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WO2008122734A2 - Method for determining a welding current supplied by a resistance welding machine, and machine using said method - Google Patents

Method for determining a welding current supplied by a resistance welding machine, and machine using said method Download PDF

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Publication number
WO2008122734A2
WO2008122734A2 PCT/FR2008/050348 FR2008050348W WO2008122734A2 WO 2008122734 A2 WO2008122734 A2 WO 2008122734A2 FR 2008050348 W FR2008050348 W FR 2008050348W WO 2008122734 A2 WO2008122734 A2 WO 2008122734A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
welding
current
intensity
frequency
inverter
Prior art date
Application number
PCT/FR2008/050348
Other languages
French (fr)
Other versions
WO2008122734A3 (en
Inventor
Bruno Cochet
Jean-Claude Geoffroy
Hervé LEPELETIER
Gérard Poussin
Original Assignee
Saitek
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saitek filed Critical Saitek
Publication of WO2008122734A2 publication Critical patent/WO2008122734A2/en
Publication of WO2008122734A3 publication Critical patent/WO2008122734A3/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/25—Monitoring devices
    • B23K11/252—Monitoring devices using digital means
    • B23K11/257—Monitoring devices using digital means the measured parameter being an electrical current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/241—Electric supplies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/04—Compositions for glass with special properties for photosensitive glass
    • C03C4/06—Compositions for glass with special properties for photosensitive glass for phototropic or photochromic glass

Definitions

  • the present invention relates to a resistance welding machine for performing resistance welding of workpieces. It relates more precisely to a DC resistance welding machine of the type comprising a switching inverter, in which the AC electrical energy is converted into direct current; this direct current is then converted into relatively high frequency AC electrical energy by the switching inverter; finally, this high-frequency alternative electric energy is reconverted into electrical energy into direct current, by the use of an adaptation and isolation transformer and a rectification stage.
  • the DC electrical energy thus obtained is delivered to welding electrodes and allows the resistance welding of parts using the Joule effect.
  • Such a machine is frequently referred to as an inverter resistance welding machine.
  • a permanent objective in such a welding machine is to reduce the variable magnetic fields emitted, in particular the magnetic fields radiated by the variable currents flowing in the supply cables of the welding tools (so-called welding cables), these tools being the more often tongs or welding guns.
  • the electric current delivered by such a welding machine comprises a relatively high frequency variable current component (from a thousand to a few tens of thousands of Hertz) noted in the following ⁇ IHF-
  • This current ⁇ IHF is a parasitic current, whose Frequency is related to the switching frequency of the inverter (and is usually twice that of the inverter), which contributes to the emission of undesirable variable magnetic fields.
  • This parasitic current is of amplitude inversely proportional to the inductance of the cable and / or the welding tool.
  • a first object of the invention is to propose a resistance welding machine comprising an electric power generator comprising a switching inverter generating an intermediate signal at a switching frequency, this machine emitting a limited variable magnetic field thanks to the reduction of the parasitic current ⁇ IHF welding current, not very noisy, but does not have the aforementioned drawbacks.
  • a second object of the invention is to define a method for determining a welding current delivered by a resistance welding machine comprising a switching inverter generating an intermediate signal at a switching frequency, which limits the radiating fields by reducing the parasitic current ⁇ I H F, without however imposing the use of a welding machine having the aforementioned drawbacks, that is to say having an electric generator designed on the basis of a high switching frequency or requiring complex current control means.
  • the method consists in determining the frequency of the switching inverter as a function of the intensity of the welding current.
  • the operation of the welding machine can indeed be optimized by taking into account, on the one hand, compliance with standards setting maximum electromagnetic radiation; and on the other hand, by reducing switching losses in particular, by reducing the switching frequency when possible.
  • the voltage delivered by the switching inverter is a signal showing a cyclic ratio, such as a rectangular signal; and that the intensity of the welding current is substantially proportional to the duty cycle ⁇ of the voltage delivered by the switching inverter.
  • the intensity I S o of the welding current is linked to the duty cycle by the relation:
  • Is 0 ⁇ * ⁇ / RCABLE (1)
  • ⁇ is a constant
  • R CA BLE is the resistance of the cable.
  • ⁇ IHF ⁇ * ⁇ * (1 - ⁇ ) / (LCABLE * F) (2)
  • ⁇ is the duty cycle of the current delivered by the switching inverter, i.e. relative pulse width of the rectangular wave, which varies between 0 and 1;
  • ⁇ is a constant;
  • LC A BLE is the inductance of the connection cable of the welding tool and / or the welding tool itself.
  • an average welding current intensity to adjust the inverter on a high frequency
  • a high welding current intensity to adjust the inverter to a lower frequency.
  • the duty cycle is also average, that is to say, takes a value close to 0.5.
  • the current ⁇ I H F function of the duty cycle passes through a maximum when the duty ratio ⁇ is 0.5. It is therefore very interesting for such values of ⁇ , to increase the frequency F, since this makes it possible to reduce ⁇ HF according to (2).
  • the control of the electrical generator is electronic and in some cases made entirely by software by means of a microprocessor forming part of control means. -control provided to control the electric generator.
  • the characteristics of the welding current and the operation of the electric generator can be changed by the software and updated in real time.
  • the implementation of the invention in such a welding machine may not require specific configuration of the hardware means of the machine, the modifications for the implementation of the invention concerning only the software.
  • the method of determining a welding current may relate to any type of resistance welding machine when it has frequency control means adapted to be configured to determine it according to the intensity of the welding current, according to a first mode.
  • the intensity curve of the desired welding current (during a welding operation) is set in advance. Therefore, depending on this intensity curve, it is possible in advance to determine the frequency curve to be used, which depends on the predetermined curve of intensity of the welding current. For example, in the simplest case, the welding current is constant. The frequency to be used in the switching inverter is then determined directly in advance.
  • the frequency curve of the inverter during the welding operation is also predetermined. according to said intensity curve.
  • the frequency of the inverter is determined substantially in real time. In this case, the intensity of the current delivered during the welding operation is measured, and the frequency of the switching inverter is determined or regulated during the welding operation as a function of the intensity of the delivered welding current.
  • the method for determining the welding current and the welding machine using this method according to the invention are to be used in particular in automobile repair shops, in which for obvious reasons of protecting the health of the operators, it is particularly important to be careful to limit the variable magnetic fields emitted.
  • Figure 1 shows an external perspective view of a resistance welding machine.
  • FIG. 2A shows the general circuit diagram of the electric generator of a welding machine according to the invention.
  • FIGS. 2B, 2C and 2D schematically show the portion of electrical circuit formed respectively by a welding gun with its ground pad and by a conventional welding clamp and integrated transformer-rectifier assembly respectively.
  • Figure 3A shows the intensity profile of a welding current step delivered by a welding machine.
  • FIG. 4 is a diagram of the frequency of cutting / intensity of the welding current - duty cycle, of an electric generator using the method for determining a welding current according to the invention.
  • FIG. 5 shows an intensity / time diagram and a frequency / time diagram during a welding cycle.
  • This machine comprises a power generator 2 of power housed in a metal housing or other 22. It further comprises in addition at least one welding tool, powered by an electric cable connected to said electric generator 2.
  • the welding machine of Figure 1 comprises thus a welding clamp 4, and a first cable 12 through which the clamp is connected to the electric generator, and another power tool, a welding gun 6, connected to the electric generator by a second cable 8.
  • the mass pad 26, which is associated with the welding gun, is connected to the electrical generator 2 by means of a connecting cable 18.
  • the electrical generator furthermore comprises control-command means 24 by means of which the operation can be controlled and regulated. of the machine.
  • the welding machine also comprises feed means not shown for its own power supply.
  • a suspension device 14 can support the weight of the clamp and cables to facilitate interventions.
  • the welding machine is movable on wheels 16, so as to be easily moved to a car repair shop or other. Referring to Figure 2A, the electric generator of a welding machine according to the invention will now be described.
  • the first block 10 is a voltage rectifier assembly. Usually, this function is performed by a diode rectifier bridge, associated with a filter capacitor. This diode rectifier assembly with filtering capacitor 10 is interposed between the power supply UE of said electric generator and the switching inverter 20. Powered by single-phase or three-phase alternating current, usually at 50 Hz or 60 Hz, the voltage rectifier assembly outputs a DC voltage U A between its two terminals.
  • the second block 20 is constituted by a switching inverter, comprising an H bridge comprising controlled switches, of the number of four T1 to T4, each having a diode (D1 to D4) mounted with its inverted polarities.
  • These switches may in particular be insulated gate or IGBT bipolar transistors, and are controlled to transform the DC voltage direct current, into a high frequency UOND voltage current, thus achieving a DC / AC conversion.
  • a high frequency F said switching frequency and characteristic of the inverter.
  • the signal delivered at the output of this inverter is a rectangular voltage UOND, characterized by its cyclic ratio ⁇ , the latter and the switching frequency F being two adjustable parameters of the inverter 20.
  • the inverter 20 is controlled by control-control means 24.
  • control-command means 24 generally comprise memory locations. and a microprocessor. They are connected by circuits 26 to said controlled switches T1 to T4.
  • the third block 30 is also called x transformer-diode subsystem (SETRD) '; it connects to the output terminals C and D of the inverter 20.
  • the output signal UOND of the inverter is applied to a transformer M having a secondary circuit with a hold median.
  • This transformer M adapts the signal voltage to the welding needs while ensuring the galvanic isolation between the primary and secondary circuits. Thanks to the presence on its secondary circuit of a median tap, it delivers two voltages U 2 and U ' 2 , associated with two diodes D'i and D' 2 forming a rectifier.
  • the supply voltage U s available at the output between the diodes D'i , D ' 2 and the midpoint of the secondary circuit of the transformer makes it possible to deliver between the usual connection points A and B of a welding tool, the current welding required to perform resistance welding.
  • the third block 30 thus constitutes a transformer and diode rectifier assembly (30) interposed between the switching inverter (20) and a connection location (A, B) of a tool of the welding machine.
  • the block 40 represents the welding circuit, that is to say the part of the electrical circuit constituted by the supply cable called the welding cable and the welding tool, typically a clamp or a welding gun. Referring to FIGS. 2A, 2B, 2C and 2D, this welding circuit will now be described.
  • this welding circuit 40 is represented in the form of the electric circuit equivalent to the real circuit.
  • This equivalent circuit has an inductance Ls, a resistor Rs, and is crossed by an intensity I S o.
  • the voltage across the resistor Rs is the welding voltage Uso.
  • the welding current is conveyed by cables 42.
  • FIGS. 2B, 2C and 2D show schematically the same welding circuit in the case where the welding tool is respectively a welding gun 6 with a ground pad 26, a welding clamp 4, and a welding clamp at a set integrated transformer rectifier 4 '.
  • the welding tool is powered by cables 42.
  • FIG. 2C shows a known welding clamp structure 4. This comprises a body 48 and clamp arms 44, which grip a welding assembly 46, usually consisting of two sheets to be welded together.
  • FIG. 2D shows the configuration obtained for a welding clamp with integrated rectifier transformer assembly.
  • the transformer and diode rectifier assembly (30) is deported in the tool of the welding machine and integrated with it. This is called an integrated transformer tool.
  • the clamp 4 'then connects to the welding machine not at the connection points A and B, which in fact are in this case integrated with the clamp itself, but at the points C and D.
  • a connecting cable 32 is made necessary to connect the switching inverter 20 of the electric generator 2 with the transformer-rectifier assembly 30 housed in the housing 48 'of the clamp 4, which replaces the cables 42.
  • an advantage of the invention is to allow the use of a reduced L CA BLE inductance welding circuit cable, without the parasitic current ⁇ IHF OR the variable magnetic field emitted by the machine being reached. dangerous values.
  • a welding machine according to the invention may comprise at least one low-impedance cable, for example having an inductance of less than 0.2 ⁇ H / m.
  • the intensity is zero; at a moment to, we suddenly increase the intensity which is established at time ti at an intensity Io.
  • the intensity is then kept constant for a short period that lasts a few tenths of a second to a second, and during which the welding point is made.
  • this period is completed, at a time t 2 , the current is interrupted and the intensity drops to 0 from time t 3 .
  • a first component is constituted by low frequency variations; their frequency is a multiple of the supply frequency of the welding machine, for example 300 Hz, when the three-phase power of the welding machine is at 50 Hz.
  • the switching frequency of the switching inverter depends on the intensity of the welding current, which is indicated on the abscissa. On the abscissa is also shown the duty cycle ⁇ , which is proportional to the intensity of the welding current Iso, as recalled by the relation (1). On the ordinate is the frequency F of the switching inverter
  • the frequency F of the switching inverter is constant and is equal to F MA ⁇ .
  • FMAX is the maximum operating frequency of the inverter. This maximum operating frequency is determined as follows.
  • the magnetic fields emitted by the machine are studied for all intensities varying between 0 and I A ; the maximum frequency FMAX is then determined, so that the fields emitted by the machine, whatever the intensity belonging to this interval, remain in admissible values.
  • the frequency of the switching inverter F is determined according to the curve, thus assigning a reduced switching frequency F compared to FMAX-
  • the value of the intensity I A above which the frequency of the switching inverter is reduced can vary.
  • the predetermined value I A is reached for a value of the cyclic ratio ⁇ of the current I O ND of the inverter between 0.5 and 0.7.
  • the frequency F of the inverter varies as a function of decreasing the intensity I S o of the welding current.
  • the duty cycle in the electric generator of such a welding machine can not usually reach 1; its maximum value is usually close to 0.9.
  • This maximum value of the duty cycle corresponds to the maximum intensity of the welding current Iso.
  • the frequency of the switching inverter reaches its minimum value F 0 .
  • the method of determining the frequency of the switching inverter has the advantage of reducing the acoustic noise generated by the welding machine.
  • the operating frequency range of the switching inverter can be entirely, or at least very largely in the inaudible range (beyond a frequency F L of about 16 kHz).
  • Fp is greater than F L , and is therefore inaudible.
  • This mode of determining the frequency as a function of the intensity of the desired welding current is applicable in particular for the welding machines in which an intensity profile is determined in advance and thus also in advance is determined in advance. corresponding cutting frequency profile.
  • the mode of determining the frequency will be presented in more detail in the case where the welding operation instead of being a simple current step as in FIG. 3A, follows a cycle of welding.
  • the curve at the top of FIG. 5 shows the variations of the intensity of a welding current Iso as a function of time.
  • the second curve, at the bottom of FIG. 5, shows the corresponding operating frequencies of the switching inverter. These frequencies are chosen according to the intensity of the current (which is a function of time).
  • the welding cycle presented has three phases. Initially, the intensity delivered is zero. From a time tio and up to a moment you, during a phase I, gradually increases the intensity of the current between 0 and an intensity value I P. In a second phase II, the intensity is kept constant at the value Ip until a time ti 2 .
  • a third phase III after dropping the intensity abruptly to a value I 2 , the intensity is kept constant at this value I 2 for a period until the instant t ⁇ from which the intensity becomes zero .
  • the control of the current in the case of a welding cycle such as that presented in FIG. 5, is done in the following way: Throughout the duration of the welding cycle, the intensity of the welding current is evaluated.
  • the frequency remains equal to F MA ⁇ . If, on the other hand, the intensity exceeds said value I A , then the switching frequency F decreases and takes the function value of the intensity, lower than the maximum operating frequency F MA ⁇ , which is given by the curve of the figure 4.
  • this general rule applies as follows: At the beginning of phase I, the intensity of the current is less than I A ; the frequency remains fixed at the maximum frequency
  • phase III the intensity of the welding current remains strictly less than the intensity I A. Therefore, throughout this phase, a switching frequency of the switching inverter equal to FM ⁇ X is used.

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Abstract

The invention relates to a method for determining a welding current (ISO) supplied by a resistance welding machine that comprises a cutting inverter (20) generating an intermediate signal at a cutting frequency (F), wherein the method comprises determining the frequency (F) of the cutting inverter based on the intensity (ISO) of the welding current. The resistance welding machine includes a power electric generator (2) including a cutting inverter (20) having means for determining the cutting frequency (F) of the inverter based on the intensity of the welding current (ISO). The determination method or this welding machine can reduce the variable magnetic field generated and optionally the noise level during welding operations.

Description

Procédé de détermination d'un courant de soudage déliyré par une machine à souder par résistance, machine utilisant ce procédé Method for determining a soldering current by a resistance welding machine, machine using this process
La présente invention concerne une machine à souder par résistance destinée à réaliser le soudage par résistance de pièces. Elle concerne plus précisément une machine à souder par résistance en courant continu du type comportant un onduleur à découpage, dans laquelle l'énergie électrique alternative est transformée en courant continu ; ce courant continu est alors converti en énergie électrique alternative à relativement haute fréquence par l'onduleur à découpage ; enfin cette énergie électrique alternative à haute fréquence est reconvertie en énergie électrique en courant continu, par l'utilisation d'un transformateur d'adaptation et d'isolement et d'un étage de redressement. L'énergie électrique en courant continu ainsi obtenue est délivrée à des électrodes de soudage et permet le soudage de pièces par résistance en utilisant l'effet Joule. Une telle machine est fréquemment appelée 'machine à souder par résistance à inverter'.The present invention relates to a resistance welding machine for performing resistance welding of workpieces. It relates more precisely to a DC resistance welding machine of the type comprising a switching inverter, in which the AC electrical energy is converted into direct current; this direct current is then converted into relatively high frequency AC electrical energy by the switching inverter; finally, this high-frequency alternative electric energy is reconverted into electrical energy into direct current, by the use of an adaptation and isolation transformer and a rectification stage. The DC electrical energy thus obtained is delivered to welding electrodes and allows the resistance welding of parts using the Joule effect. Such a machine is frequently referred to as an inverter resistance welding machine.
Un objectif permanent dans une telle machine à souder est de réduire les champs magnétiques variables émis, en particulier les champs magnétiques rayonnes par les courants variables circulant dans les câbles d'alimentation des outils de soudage (dits câbles de soudage), ces outils étant le plus souvent des pinces ou des pistolets de soudage.A permanent objective in such a welding machine is to reduce the variable magnetic fields emitted, in particular the magnetic fields radiated by the variable currents flowing in the supply cables of the welding tools (so-called welding cables), these tools being the more often tongs or welding guns.
Le courant électrique délivré par une telle machine à souder comporte une composante de courant variable à relativement haute fréquence (de un millier à quelques dizaines de milliers d'Hertz) notée dans ce qui suit ΔIHF- Ce courant ΔIHF est un courant parasite, dont la fréquence est liée à la fréquence de découpage de l'onduleur (et vaut habituellement le double de celle-ci), et qui contribue à l'émission de champs magnétiques variables indésirables. Ce courant parasite est d'amplitude inversement proportionnelle à l'inductance du câble et/ou de l'outil de soudage. De ce fait, l'utilisation croissante de câbles de basse impédance, typiquement dont l'impédance est inférieure à 0,2 μH/m, a tendance à faire fortement augmenter le courant parasite ΔÏHF- II est donc de plus en plus nécessaire de mettre en place des structures de machines aptes à limiter le courant parasite ΔIHF- II est connu par ailleurs que ce courant ΔIHF a une amplitude inversement proportionnelle à la fréquence de découpage de l'onduleur.The electric current delivered by such a welding machine comprises a relatively high frequency variable current component (from a thousand to a few tens of thousands of Hertz) noted in the following ΔIHF- This current ΔIHF is a parasitic current, whose Frequency is related to the switching frequency of the inverter (and is usually twice that of the inverter), which contributes to the emission of undesirable variable magnetic fields. This parasitic current is of amplitude inversely proportional to the inductance of the cable and / or the welding tool. As a result, the increasing use of low impedance cables, typically having an impedance of less than 0.2 μH / m, tends to increase the parasitic current Δ H H F - It is therefore increasingly necessary to set up machine structures able to limit the parasitic current ΔI H F- It is also known that this current ΔI H F has an amplitude inversely proportional to the switching frequency of the inverter.
Pour réduire ΔIHF, il est donc connu d'augmenter la fréquence de découpage utilisée. En pratique, cela impose donc de redimensionner l'onduleur et finalement d'utiliser un transformateur conçu pour fonctionner à relativement haute fréquence, de manière à conserver une efficacité énergétique acceptable. Le coût de l'onduleur est donc augmenté. Cependant, cette méthode a l'avantage de permettre l'utilisation de fréquences ultrasonores, donc inaudibles, ce qui entraine une amélioration des conditions de travail par la suppression de certains sifflements aigus peu agréables.To reduce ΔIHF, it is therefore known to increase the switching frequency used. In practice, this therefore requires resizing the inverter and finally using a transformer designed to operate at relatively high frequency, so as to maintain an acceptable energy efficiency. The cost of the inverter is increased. However, this method has the advantage of allowing the use of ultrasound frequencies, therefore inaudible, which leads to an improvement in working conditions by the suppression of some uncomfortable high-pitched whistles.
Une autre méthode connue pour réduire l'ondulation de courant ΔIHF consiste à utiliser la technique de modulation de largeur d'impulsion. Cette technique permet ainsi de contrôler l'ondulation de courant par le contrôle de l'amplitude de la tension de sortie. On fait en effet varier le rapport des amplitudes entre la tension du signal porteur et la tension d'un signal modulateur. Cette technique nécessite que la machine à souder comprenne des moyens de contrôle de courant complexes, et de ce fait coûteux. Un premier objectif de l'invention est de proposer une machine à souder par résistance comportant un générateur électrique de puissance comprenant un onduleur à découpage générant un signal intermédiaire à une fréquence de découpage, cette machine émettant un champ magnétique variable limité grâce à la réduction du courant parasite ΔIHF du courant de soudage, peu bruyante, mais ne présentant pas les inconvénients précités.Another known method for reducing ΔIHF current ripple is to use the pulse width modulation technique. This technique thus makes it possible to control the current ripple by controlling the amplitude of the output voltage. Indeed, the ratio of the amplitudes between the voltage of the carrier signal and the voltage of a modulating signal is varied. This technique requires that the welding machine comprises complex current control means, and therefore expensive. A first object of the invention is to propose a resistance welding machine comprising an electric power generator comprising a switching inverter generating an intermediate signal at a switching frequency, this machine emitting a limited variable magnetic field thanks to the reduction of the parasitic current ΔIHF welding current, not very noisy, but does not have the aforementioned drawbacks.
Cet objectif est atteint grâce au fait que la machine à souder comporte des moyens de détermination de la fréquence de découpage de l'onduleur en fonction de l'intensité du courant de soudage. Un second objectif de l'invention est de définir un procédé de détermination d'un courant de soudage délivré par une machine à souder par résistance comportant un onduleur à découpage générant un signal intermédiaire à une fréquence de découpage, qui limite les champs rayonnes en réduisant le courant parasite ΔIHF, sans imposer néanmoins l'utilisation d'une machine à souder présentant les inconvénients précités, c'est-à-dire comportant un générateur électrique conçu sur la base d'une fréquence de découpage élevée ou nécessitant des moyens de contrôle de courant complexes.This objective is achieved by virtue of the fact that the welding machine comprises means for determining the switching frequency of the inverter as a function of the intensity of the welding current. A second object of the invention is to define a method for determining a welding current delivered by a resistance welding machine comprising a switching inverter generating an intermediate signal at a switching frequency, which limits the radiating fields by reducing the parasitic current ΔI H F, without however imposing the use of a welding machine having the aforementioned drawbacks, that is to say having an electric generator designed on the basis of a high switching frequency or requiring complex current control means.
Cet objectif est atteint par le fait que le procédé consiste à déterminer la fréquence de l'onduleur à découpage en fonction de l'intensité du courant de soudage.This object is achieved by the fact that the method consists in determining the frequency of the switching inverter as a function of the intensity of the welding current.
Le fonctionnement de la machine à souder peut ainsi en effet être optimisé en prenant en compte, d'une part, le respect de normes fixant des maxima de rayonnements électromagnétiques ; et d'autre part, en réduisant les pertes notamment de commutation, en réduisant la fréquence de découpage lorsque c'est possible.The operation of the welding machine can indeed be optimized by taking into account, on the one hand, compliance with standards setting maximum electromagnetic radiation; and on the other hand, by reducing switching losses in particular, by reducing the switching frequency when possible.
Pour comprendre l'intérêt de la détermination de la fréquence en fonction de l'intensité du courant de soudage, il faut noter tout d'abord que dans une telle machine, la tension délivrée par l'onduleur à découpage est un signal faisant apparaître un rapport cyclique, comme par exemple un signal rectangulaire ; et que l'intensité du courant de soudage est sensiblement proportionnelle au rapport cyclique δ de la tension délivrée par l'onduleur à découpage. En effet, l'intensité ISo du courant de soudage est liée au rapport cyclique par la relation :To understand the interest of the determination of the frequency as a function of the intensity of the welding current, it should first be noted that in such a machine, the voltage delivered by the switching inverter is a signal showing a cyclic ratio, such as a rectangular signal; and that the intensity of the welding current is substantially proportional to the duty cycle δ of the voltage delivered by the switching inverter. Indeed, the intensity I S o of the welding current is linked to the duty cycle by the relation:
Is0 = μ * δ / RCABLE (1 ) dans laquelle μ est une constante, et RCABLE est la résistance du câble.Is 0 = μ * δ / RCABLE (1) where μ is a constant, and R CA BLE is the resistance of the cable.
La manière dont une machine à souder selon l'invention permet de limiter le courant parasite ΔIHF, peut alors être mieux comprise en étudiant la relation entre courant parasite ΔIHF, rapport cyclique δ et fréquence F de l'onduleur :The manner in which a welding machine according to the invention makes it possible to limit the parasitic current ΔIHF can then be better understood by studying the relation between parasitic current ΔI H F, duty cycle δ and frequency F of the inverter:
ΔIHF = λ * δ * (1 - δ) / (LCABLE * F) (2) dans laquelle δ est le rapport cyclique du courant délivré par l'onduleur à découpage, c'est-à-dire largeur d'impulsion relative de l'onde rectangulaire, qui varie entre 0 et 1 ; λ est une constante ; et LCABLE est l'inductance du câble de connexion de l'outil de soudage et/ou de l'outil de soudage lui-même.ΔIHF = λ * δ * (1 - δ) / (LCABLE * F) (2) where δ is the duty cycle of the current delivered by the switching inverter, i.e. relative pulse width of the rectangular wave, which varies between 0 and 1; λ is a constant; and LC A BLE is the inductance of the connection cable of the welding tool and / or the welding tool itself.
En effet, il est possible notamment, pour une intensité de courant de soudage moyenne, de régler l'onduleur sur une fréquence élevée, et pour une intensité de courant de soudage élevée, de régler l'onduleur sur une fréquence plus réduite. Ainsi, lorsque l'intensité de courant de soudage voulue est moyenne, d'après (1), le rapport cyclique est aussi moyen, c'est-à-dire prend une valeur voisine de 0,5. Or, le courant ΔIHF fonction du rapport cyclique passe par un maximum lorsque le rapport cyclique δ vaut 0,5. Il est donc très intéressant pour de telles valeurs de δ, d'augmenter la fréquence F, car cela permet de réduire ΔÏHF d'après (2).Indeed, it is possible in particular, for an average welding current intensity, to adjust the inverter on a high frequency, and for a high welding current intensity, to adjust the inverter to a lower frequency. Thus, when the desired welding current intensity is average, according to (1), the duty cycle is also average, that is to say, takes a value close to 0.5. However, the current ΔI H F function of the duty cycle passes through a maximum when the duty ratio δ is 0.5. It is therefore very interesting for such values of δ, to increase the frequency F, since this makes it possible to reduce ΔÏHF according to (2).
Inversement lorsque l'intensité du courant de soudage est élevée, le rapport cyclique est grand (voisin de 0,8 ou 0,9) ; et d'après (2), ΔIHF est alors faible. Il est donc possible de ce fait de régler l'onduleur sur une fréquence plus faible. L'onduleur étant dimensionné pour ces conditions de soudage (pour l'intensité maximale de courant délivrée), le fait de limiter la fréquence de travail au moment où l'intensité de courant de soudage maximale est délivrée, permet en conséquence et avantageusement de limiter également le dimensionnement du générateur électrique.Conversely, when the intensity of the welding current is high, the duty cycle is large (close to 0.8 or 0.9); and according to (2), ΔI H F is then weak. It is therefore possible to adjust the inverter to a lower frequency. Since the inverter is dimensioned for these welding conditions (for the maximum intensity of current delivered), the fact of limiting the working frequency at the moment when the maximum welding current intensity is delivered makes it possible, and advantageously, to limit also the dimensioning of the electric generator.
Un autre avantage d'un tel fonctionnement est le suivant : Plus la fréquence est élevée, plus les pertes du générateur électrique sont également élevés, et de ce fait, plus l'efficacité de celui-ci diminue. Il est donc préférable, et c'est la disposition présentée ci-dessus, de régler l'onduleur sur une fréquence élevée lorsque le courant de soudage est faible, et sur une fréquence basse lorsque le courant de soudage est élevé.Another advantage of such an operation is as follows: The higher the frequency, the greater the losses of the electric generator are also high, and therefore the more the effectiveness of it decreases. It is therefore preferable, and this is the arrangement presented above, to set the inverter on a high frequency when the welding current is low, and on a low frequency when the welding current is high.
Par ailleurs, pour certains procédés de contrôle d'un courant de soudage et/ou dans certaines machines à souder, la commande du générateur électrique est électronique et dans certains cas faite entièrement par logiciel au moyen d'un microprocesseur faisant partie de moyens de contrôle-commande prévus pour piloter le générateur électrique. De ce fait, les caractéristiques du courant de soudage et le fonctionnement du générateur électrique peuvent être changés par le logiciel et mis à jour en temps réel. De ce fait avantageusement la mise en œuvre de l'invention dans une telle machine à souder peut ne pas nécessiter de configuration spécifique des moyens matériels de la machine, les modifications pour la mise en œuvre de l'invention concernant uniquement le logiciel. Cela étant, le procédé de détermination d'un courant de soudage, ainsi que la machine à souder utilisant ce procédé et définis par la présente invention peuvent concerner tout type de machine à souder par résistance dès lors que celle-ci présente des moyens de commande de la fréquence aptes à être configurés pour déterminer celle-ci en fonction de l'intensité du courant de soudage, Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la courbe d'intensité du courant de soudage souhaité (pendant une opération de soudage) est fixée par avance. De ce fait, en fonction de cette courbe d'intensité, on peut à l'avance déterminer la courbe de fréquence à employer, qui dépend de la courbe prédéterminée d'intensité du courant de soudage. Par exemple, dans le cas le plus simple, le courant de soudage est constant. On détermine alors directement à l'avance la fréquence à utiliser dans l'onduleur à découpage. Si au contraire, pendant une opération de soudage, l'intensité du courant de soudage varie suivant une courbe d'intensité prédéterminée, qui constitue un cycle de soudage, la courbe de fréquence de l'onduleur pendant l'opération de soudage est également prédéterminée en fonction de ladite courbe d'intensité. Selon un second mode de réalisation de l'invention, la fréquence de l'onduleur est déterminée sensiblement en temps réel. Dans ce cas, on mesure l'intensité du courant délivré pendant l'opération de soudage, et on détermine ou régule la fréquence de l'onduleur à découpage pendant l'opération de soudage en fonction de l'intensité du courant de soudage délivré.Moreover, for certain methods for controlling a welding current and / or in certain welding machines, the control of the electrical generator is electronic and in some cases made entirely by software by means of a microprocessor forming part of control means. -control provided to control the electric generator. As a result, the characteristics of the welding current and the operation of the electric generator can be changed by the software and updated in real time. Advantageously, the implementation of the invention in such a welding machine may not require specific configuration of the hardware means of the machine, the modifications for the implementation of the invention concerning only the software. However, the method of determining a welding current, as well as the welding machine using this method and defined by the The present invention may relate to any type of resistance welding machine when it has frequency control means adapted to be configured to determine it according to the intensity of the welding current, according to a first mode. In accordance with the invention, the intensity curve of the desired welding current (during a welding operation) is set in advance. Therefore, depending on this intensity curve, it is possible in advance to determine the frequency curve to be used, which depends on the predetermined curve of intensity of the welding current. For example, in the simplest case, the welding current is constant. The frequency to be used in the switching inverter is then determined directly in advance. If, on the contrary, during a welding operation, the intensity of the welding current varies according to a predetermined intensity curve, which constitutes a welding cycle, the frequency curve of the inverter during the welding operation is also predetermined. according to said intensity curve. According to a second embodiment of the invention, the frequency of the inverter is determined substantially in real time. In this case, the intensity of the current delivered during the welding operation is measured, and the frequency of the switching inverter is determined or regulated during the welding operation as a function of the intensity of the delivered welding current.
Le procédé de détermination de courant de soudage et la machine à souder utilisant ce procédé selon l'invention sont à utiliser en particulier dans les ateliers de réparation automobile, dans lesquels pour des raisons évidentes de protection de la santé des opérateurs, il est particulièrement important de veiller à limiter les champs magnétiques variables émis.The method for determining the welding current and the welding machine using this method according to the invention are to be used in particular in automobile repair shops, in which for obvious reasons of protecting the health of the operators, it is particularly important to be careful to limit the variable magnetic fields emitted.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :The invention will be better understood and its advantages will appear better on reading the detailed description which follows, of embodiments shown by way of non-limiting examples. The description refers to the accompanying drawings, in which:
La figure 1 présente une vue perspective extérieure d'une machine à souder par résistance.Figure 1 shows an external perspective view of a resistance welding machine.
La figure 2A présente le schéma général du circuit du générateur électrique d'une machine à souder selon l'invention. Les figures 2B, 2C et 2D présentent de manière schématique la portion de circuit électrique constituée respectivement par un pistolet de soudage avec son patin de masse et par une pince de soudage respectivement classique et à ensemble transformateur-redresseur intégré.FIG. 2A shows the general circuit diagram of the electric generator of a welding machine according to the invention. FIGS. 2B, 2C and 2D schematically show the portion of electrical circuit formed respectively by a welding gun with its ground pad and by a conventional welding clamp and integrated transformer-rectifier assembly respectively.
La figure 3A présente le profil d'intensité d'un échelon de courant de soudage délivré par une machine à souder.Figure 3A shows the intensity profile of a welding current step delivered by a welding machine.
La figure 3B présente les variations d'intensité pendant une courte période dudit échelon. La figure 4 est le diagramme fréquence de découpage / intensité du courant de soudage - rapport cyclique, d'un générateur électrique utilisant le procédé de détermination d'un courant de soudage selon l'invention.Figure 3B shows the intensity variations for a short period of said rung. FIG. 4 is a diagram of the frequency of cutting / intensity of the welding current - duty cycle, of an electric generator using the method for determining a welding current according to the invention.
La figure 5 présente un diagramme intensité/temps et un diagramme fréquence/temps au cours d'un cycle de soudage. En faisant référence à la figure 1, une machine à souder par résistance va maintenant être décrite.Figure 5 shows an intensity / time diagram and a frequency / time diagram during a welding cycle. Referring to Figure 1, a resistance welding machine will now be described.
Cette machine comporte un générateur électrique 2 de puissance logé dans un carter métallique ou autre 22. Elle comporte notamment en outre au moins un outil de soudage, alimenté par un câble électrique connecté audit générateur électrique 2. La machine à souder de la figure 1 comporte ainsi une pince de soudage 4, et un premier câble 12 par lequel la pince est reliée au générateur électrique, ainsi qu'un autre outil électrique, un pistolet de soudage 6, relié au générateur électrique par un deuxième câble 8. Le patin de masse 26 qui est associé au pistolet de soudage, est raccordé au générateur électrique 2 à l'aide d'un câble de raccordement 18. Le générateur électrique comporte par ailleurs des moyens de contrôle-commande 24 au moyen desquels on peut commander et régler le fonctionnement de la machine. La machine à souder comporte également des moyens d'alimentation non représentés pour sa propre alimentation électrique.This machine comprises a power generator 2 of power housed in a metal housing or other 22. It further comprises in addition at least one welding tool, powered by an electric cable connected to said electric generator 2. The welding machine of Figure 1 comprises thus a welding clamp 4, and a first cable 12 through which the clamp is connected to the electric generator, and another power tool, a welding gun 6, connected to the electric generator by a second cable 8. The mass pad 26, which is associated with the welding gun, is connected to the electrical generator 2 by means of a connecting cable 18. The electrical generator furthermore comprises control-command means 24 by means of which the operation can be controlled and regulated. of the machine. The welding machine also comprises feed means not shown for its own power supply.
Comme la pince est généralement assez lourde, un dispositif de suspension 14 permet de supporter le poids de la pince et des câbles pour faciliter les interventions. Enfin, la machine à souder est mobile sur des roues 16, de manière à pouvoir être déplacée facilement dans un atelier de réparation automobile ou autre. En se référant à la figure 2A, le générateur électrique d'une machine à souder selon l'invention va maintenant être décrit.As the clamp is usually quite heavy, a suspension device 14 can support the weight of the clamp and cables to facilitate interventions. Finally, the welding machine is movable on wheels 16, so as to be easily moved to a car repair shop or other. Referring to Figure 2A, the electric generator of a welding machine according to the invention will now be described.
Son circuit électrique comporte trois blocs 10, 20, 30 disposés en série. Le premier bloc 10 est un ensemble redresseur de tension. Habituellement, cette fonction est réalisée par un pont redresseur à diodes, associé à un condensateur de filtrage. Cet ensemble redresseur à diodes avec condensateur de filtrage 10 est interposé entre l'alimentation en courant UE dudit générateur électrique et l'onduleur à découpage 20. Alimenté en courant alternatif monophasé ou triphasé, habituellement en 50Hz ou 60Hz, l'ensemble redresseur de tension délivre en sortie une tension continue UA entre ses deux bornes.Its electrical circuit comprises three blocks 10, 20, 30 arranged in series. The first block 10 is a voltage rectifier assembly. Usually, this function is performed by a diode rectifier bridge, associated with a filter capacitor. This diode rectifier assembly with filtering capacitor 10 is interposed between the power supply UE of said electric generator and the switching inverter 20. Powered by single-phase or three-phase alternating current, usually at 50 Hz or 60 Hz, the voltage rectifier assembly outputs a DC voltage U A between its two terminals.
Le deuxième bloc 20 est constitué par un onduleur à découpage, comprenant un pont en H comportant des interrupteurs commandés, au nombre de quatre Tl à T4, chacun comportant une diode (Dl à D4) montée avec ses polarités inversées. Ces interrupteurs peuvent être notamment des transistors bipolaires à grille isolée ou IGBT, et sont commandés pour transformer le courant électrique de tension continue UA, en un courant de tension alternative UOND de fréquence élevée, réalisant ainsi une conversion continu/alternatif (DC/AC) à une fréquence élevée F dite fréquence de découpage et caractéristique de l'onduleur. Le signal délivré en sortie de cet onduleur est une tension rectangulaire UOND, caractérisée par son ratio cyclique δ, celui-ci et la fréquence de découpage F étant deux paramètres réglables de l'onduleur 20. En outre, l'onduleur 20 est piloté par des moyens de contrôle- commande 24. Ceux-ci comportent notamment des moyens de commande de la fréquence de l'onduleur. Ils commandent l'onduleur en fixant sa fréquence de découpage, la durée pendant laquelle il fonctionne, le rapport cyclique δ, et d'autres caractéristiques désirées de la tension de sortie UOND- Ces moyens de contrôle-commande 24 comportent généralement des emplacements de mémoire et un microprocesseur. Ils sont reliés par des circuits 26 auxdits interrupteurs commandés Tl à T4.The second block 20 is constituted by a switching inverter, comprising an H bridge comprising controlled switches, of the number of four T1 to T4, each having a diode (D1 to D4) mounted with its inverted polarities. These switches may in particular be insulated gate or IGBT bipolar transistors, and are controlled to transform the DC voltage direct current, into a high frequency UOND voltage current, thus achieving a DC / AC conversion. at a high frequency F said switching frequency and characteristic of the inverter. The signal delivered at the output of this inverter is a rectangular voltage UOND, characterized by its cyclic ratio δ, the latter and the switching frequency F being two adjustable parameters of the inverter 20. In addition, the inverter 20 is controlled by control-control means 24. These include means for controlling the frequency of the inverter. They control the inverter by setting its switching frequency, the duration during which it operates, the duty cycle δ, and other desired characteristics of the output voltage UOND. These control-command means 24 generally comprise memory locations. and a microprocessor. They are connected by circuits 26 to said controlled switches T1 to T4.
Le troisième bloc 30 est aussi appelé xsous-ensemble transformateur-diode (SETRD)' ; il se connecte aux bornes C et D de sortie de l'onduleur 20. Dans ce bloc, le signal de sortie UOND de l'onduleur est appliqué à un transformateur M possédant un circuit secondaire à prise médiane. Ce transformateur M adapte la tension du signal aux besoins du soudage tout en assurant l'isolation galvanique entre les circuits primaire et secondaire. Grâce à la présence sur son circuit secondaire d'une prise médiane, il délivre deux tensions U2 et U'2, associées à deux diodes D'i et D'2 formant un redresseur. La tension d'alimentation Us disponible en sortie entre les diode D'i, D'2 et le point médian du circuit secondaire du transformateur permet de délivrer entre les points de branchement habituels A et B d'un outil de soudage, le courant de soudage nécessaire pour exécuter le soudage par résistance. Le troisième bloc 30 constitue donc un ensemble transformateur et redresseur à diodes (30) interposé entre l'onduleur à découpage (20) et un emplacement de branchement (A,B) d'un outil de la machine à souder.The third block 30 is also called x transformer-diode subsystem (SETRD) '; it connects to the output terminals C and D of the inverter 20. In this block, the output signal UOND of the inverter is applied to a transformer M having a secondary circuit with a hold median. This transformer M adapts the signal voltage to the welding needs while ensuring the galvanic isolation between the primary and secondary circuits. Thanks to the presence on its secondary circuit of a median tap, it delivers two voltages U 2 and U ' 2 , associated with two diodes D'i and D' 2 forming a rectifier. The supply voltage U s available at the output between the diodes D'i , D ' 2 and the midpoint of the secondary circuit of the transformer makes it possible to deliver between the usual connection points A and B of a welding tool, the current welding required to perform resistance welding. The third block 30 thus constitutes a transformer and diode rectifier assembly (30) interposed between the switching inverter (20) and a connection location (A, B) of a tool of the welding machine.
Sur la partie droite du schéma, le bloc 40 représente le circuit de soudage, c'est-à-dire la partie de circuit électrique constituée par le câble d'alimentation dit câble de soudage et l'outil de soudage, typiquement une pince ou un pistolet de soudage. En se référant aux figures 2A, 2B, 2C et 2D, ce circuit de soudage va maintenant être décrit.On the right side of the diagram, the block 40 represents the welding circuit, that is to say the part of the electrical circuit constituted by the supply cable called the welding cable and the welding tool, typically a clamp or a welding gun. Referring to FIGS. 2A, 2B, 2C and 2D, this welding circuit will now be described.
Sur la figure 2A, ce circuit de soudage 40 est représenté sous la forme du circuit électrique équivalent au circuit réel. Ce circuit équivalent présente une inductance Ls, une résistance Rs, et est traversé par une intensité ISo, La tension aux bornes de la résistance Rs est la tension de soudage Uso- Le courant de soudage est véhiculé par des câbles 42.In FIG. 2A, this welding circuit 40 is represented in the form of the electric circuit equivalent to the real circuit. This equivalent circuit has an inductance Ls, a resistor Rs, and is crossed by an intensity I S o. The voltage across the resistor Rs is the welding voltage Uso. The welding current is conveyed by cables 42.
Les figures 2B, 2C et 2D présentent schématiquement le même circuit de soudage dans le cas où l'outil de soudage est respectivement un pistolet de soudage 6 avec un patin de masse 26, une pince de soudage 4, et une pince de soudage à ensemble transformateur redresseur intégré 4'. Dans les cas 2B et 2C, l'outil de soudage est alimenté par des câbles 42.FIGS. 2B, 2C and 2D show schematically the same welding circuit in the case where the welding tool is respectively a welding gun 6 with a ground pad 26, a welding clamp 4, and a welding clamp at a set integrated transformer rectifier 4 '. In cases 2B and 2C, the welding tool is powered by cables 42.
La figure 2C fait apparaître une structure connue de pince de soudage 4. Celle-ci comporte un corps 48 et des bras de pince 44, ceux-ci venant enserrer un ensemble à souder 46, constitué habituellement par deux tôles devant être soudées ensemble.FIG. 2C shows a known welding clamp structure 4. This comprises a body 48 and clamp arms 44, which grip a welding assembly 46, usually consisting of two sheets to be welded together.
La figure 2D présente la configuration obtenue pour une pince de soudage à ensemble transformateur redresseur 30 intégré. Dans ce cas, l'ensemble transformateur et redresseur à diodes (30) est déporté dans l'outil de la machine à souder et intégré à celui-ci. On parle alors d'un outil à transformateur intégré.FIG. 2D shows the configuration obtained for a welding clamp with integrated rectifier transformer assembly. In this case, the transformer and diode rectifier assembly (30) is deported in the tool of the welding machine and integrated with it. This is called an integrated transformer tool.
La pince 4' se raccorde alors à la machine à souder non pas aux points de raccordement A et B, qui sont en fait dans ce cas intégrés à la pince elle-même, mais aux points C et D. Un câble de liaison 32 est rendu nécessaire pour relier l'onduleur à découpage 20 du générateur électrique 2 avec l'ensemble transformateur-redresseur 30 logé dans le boîtier 48' de la pince 4, qui se substitue aux câbles 42.The clamp 4 'then connects to the welding machine not at the connection points A and B, which in fact are in this case integrated with the clamp itself, but at the points C and D. A connecting cable 32 is made necessary to connect the switching inverter 20 of the electric generator 2 with the transformer-rectifier assembly 30 housed in the housing 48 'of the clamp 4, which replaces the cables 42.
Ainsi, un avantage de l'invention est de permettre l'utilisation d'un câble de circuit de soudage d'inductance LCABLE réduite, sans pour autant que le courant parasite ΔIHF OU le champ magnétique variable émis par la machine n'atteigne des valeurs dangereuses. Avantageusement, une machine à souder selon l'invention peut comporter au moins un câble basse impédance, par exemple d'inductance inférieure à 0,2 μH/m. En se référant aux figures 3A et 3B, le profil d'intensité du courant de soudage dans une machine à souder va maintenant être décrit ; on se place dans le cas typique de la réalisation d'un point de soudure. Dans une telle machine, au moment de réaliser un point de soudure, on envoie un échelon de courant à travers les pinces de soudage. La figure 3A montre le profil d'intensité d'un tel échelon de courant.Thus, an advantage of the invention is to allow the use of a reduced L CA BLE inductance welding circuit cable, without the parasitic current ΔIHF OR the variable magnetic field emitted by the machine being reached. dangerous values. Advantageously, a welding machine according to the invention may comprise at least one low-impedance cable, for example having an inductance of less than 0.2 μH / m. Referring to Figures 3A and 3B, the current profile of the welding current in a welding machine will now be described; we place ourselves in the typical case of the realization of a weld spot. In such a machine, when making a welding point, a current step is sent through the welding tongs. Figure 3A shows the intensity profile of such a current step.
Initialement, l'intensité est nulle ; à un instant to, on augmente brutalement l'intensité qui s'établit à l'instant ti à une intensité Io. L'intensité est alors maintenue constante pendant une courte période qui dure de quelques dixièmes de seconde à une seconde, et pendant laquelle est réalisé le point de soudure. Lorsque cette période est achevée, à un instant t2, on interrompt le courant et l'intensité retombe à 0 à partir de l'instant t3.Initially, the intensity is zero; at a moment to, we suddenly increase the intensity which is established at time ti at an intensity Io. The intensity is then kept constant for a short period that lasts a few tenths of a second to a second, and during which the welding point is made. When this period is completed, at a time t 2 , the current is interrupted and the intensity drops to 0 from time t 3 .
L'émission de champs magnétiques variables par la machine à souder pendant une telle opération de soudage n'est pas liée à l'intensité proprement dite Io du courant de soudage ; elle est liée essentiellement aux variations rapides d'intensité de ce courant. Pour cette raison, dans un courant de soudage tel que l'échelon de courant qui est présenté sur la figure 3, ce que l'on cherche à réduire, ce sont les oscillations rapides du courant, et notamment les oscillations qui se manifestent lorsque l'intensité est établie à une valeur voisine de la valeur stabilisée IQ. Ces oscillations de courant que l'on cherche à éliminer sont la somme de deux composantes que l'on voit mieux apparaître sur la figure 3B.The emission of variable magnetic fields by the welding machine during such a welding operation is not related to the actual intensity Io of the welding current; it is essentially related to the rapid variations of intensity of this current. For this reason, in a welding current such as the current step which is presented in FIG. 3, what is sought to be reduced are the rapid oscillations of the current, and in particular the oscillations which occur when the intensity is set to a value close to the stabilized value IQ. These current oscillations that we seek to eliminate are the sum of two components that we see best appear in Figure 3B.
Une première composante est constituée par des variations basse fréquence ; leur fréquence est un multiple de la fréquence d'alimentation de la machine à souder, par exemple 300 Hz, lorsque l'alimentation triphasée de la machine à souder se fait à 50 Hz.A first component is constituted by low frequency variations; their frequency is a multiple of the supply frequency of the welding machine, for example 300 Hz, when the three-phase power of the welding machine is at 50 Hz.
Superposé à cette ondulation basse fréquence, existe un courant parasite haute fréquence : C'est le courant parasite ΔIHF indiqué précédemment, dont la fréquence est liée à la fréquence de l'onduleur à découpage. Ce courant parasite ΔIHF apparaît sur la figure 3B sous forme d'un signal triangulaire ; sa fréquence est de l'ordre de plusieurs kHz qui est le double de la fréquence de l'onduleur à découpage. C'est ce courant parasite ΔIHF que l'invention vise à réduire.Superposed to this low frequency ripple, there exists a high frequency parasitic current: It is the parasitic current ΔI HF indicated previously, whose frequency is linked to the frequency of the switching inverter. This parasitic current ΔI HF appears in FIG. 3B in the form of a triangular signal; its frequency is of the order of several kHz which is twice the frequency of the switching inverter. It is this parasitic current ΔI HF that the invention aims to reduce.
En se référant à la figure 4, la manière dont la fréquence de l'onduleur à découpage de la machine à souder selon l'invention peut être déterminée afin de réduire ce courant parasite, va maintenant être détaillée.With reference to FIG. 4, the manner in which the frequency of the switching inverter of the welding machine according to the invention can be determined in order to reduce this parasitic current will now be detailed.
Le choix de la fréquence de l'onduleur à découpage se fait en fonction de l'intensité du courant de soudage, qui est indiquée en abscisse. En abscisse, est figuré également le rapport cyclique δ, qui est proportionnel à l'intensité du courant de soudage Iso, comme il a été rappelé par la relation (1). En ordonnée est figurée la fréquence F de l'onduleur à découpageThe switching frequency of the switching inverter depends on the intensity of the welding current, which is indicated on the abscissa. On the abscissa is also shown the duty cycle δ, which is proportional to the intensity of the welding current Iso, as recalled by the relation (1). On the ordinate is the frequency F of the switching inverter
Pour une intensité de courant de soudage Iso inférieure à une valeur inférieure prédéterminée (IA), la fréquence F de l'onduleur à découpage est constante et vaut FMAχ. Pour de telles intensités faibles ou moyennes, et en particulier autour de la valeur moyenne 0,5 du rapport cyclique δ, on limite donc le courant parasite ΔIHF en utilisant une fréquence élevée FMAX. Ladite fréquence constante FMAX est la fréquence maximale de fonctionnement de l'onduleur. Cette fréquence maximum de fonctionnement est déterminée de la manière suivante.For a welding current amperage Iso less than a predetermined lower value (I A) , the frequency F of the switching inverter is constant and is equal to F MA χ. For such low or medium intensities, and in particular around the average value 0.5 of the duty cycle δ, the parasitic current ΔI HF is therefore limited by using a high frequency FMAX. Said constant frequency FMAX is the maximum operating frequency of the inverter. This maximum operating frequency is determined as follows.
On étudie les champs magnétiques qui sont émis par la machine pour toutes les intensités variant entre 0 et IA ; on détermine alors la fréquence maximale FMAX, de telle sorte que les champs émis par la machine, quelque soit l'intensité appartenant à cet intervalle, restent dans des valeurs admissibles.The magnetic fields emitted by the machine are studied for all intensities varying between 0 and I A ; the maximum frequency FMAX is then determined, so that the fields emitted by the machine, whatever the intensity belonging to this interval, remain in admissible values.
Pour des intensités de courant de soudage excédant la valeur IA, la fréquence de l'onduleur à découpage F est déterminée suivant la courbe, en attribuant donc une fréquence de découpage F réduite par rapport à FMAX- La valeur de l'intensité IA au dessus de laquelle on réduit la fréquence de l'onduleur à découpage peut varier. En général, la valeur prédéterminée IA est atteinte pour une valeur du rapport cyclique δ du courant IOND de l'onduleur comprise entre 0,5 et 0,7. Lorsque l'intensité du courant de soudage Iso est supérieure à cette valeur prédéterminée IA, la fréquence F de l'onduleur varie en fonction décroissante de l'intensité ISo du courant de soudage.For welding current intensities exceeding the value I A , the frequency of the switching inverter F is determined according to the curve, thus assigning a reduced switching frequency F compared to FMAX- The value of the intensity I A above which the frequency of the switching inverter is reduced can vary. In general, the predetermined value I A is reached for a value of the cyclic ratio δ of the current I O ND of the inverter between 0.5 and 0.7. When the intensity of the welding current Iso is greater than this predetermined value I A , the frequency F of the inverter varies as a function of decreasing the intensity I S o of the welding current.
Structurellement, le rapport cyclique dans le générateur électrique d'une telle machine à souder ne peut habituellement atteindre 1 ; sa valeur maximale est habituellement voisine de 0,9. Cette valeur maximale du rapport cyclique correspond à l'intensité maximale du courant de soudage Iso- En vertu de ce qui précède, c'est aussi pour cette valeur que la fréquence de l'onduleur à découpage atteint sa valeur minimale F0. La méthode de détermination de la fréquence de l'onduleur à découpage a l'avantage de permettre de réduire le bruit acoustique généré par la machine à souder. Dans ce but, la plage des fréquences de fonctionnement de l'onduleur à découpage peut se trouver entièrement, ou du moins très largement dans le domaine inaudible (au-delà d'une fréquence FL valant 16 kHz environ). Dans l'exemple présenté, une très large plage d'intensités de soudage, allant de 0 à II permet de souder à une fréquence inaudible, car supérieure à une fréquence audible limite FL. Ce sont seulement les très fortes intensités de soudage, de IL à IMAχ, qui nécessiteront l'utilisation de fréquences audibles inférieures à FL. De ce fait, une grande partie des opérations de soudage réalisées pourront être réalisées à des fréquences inaudibles et donc sans générer de sifflements désagréables pour l'opérateur en charge du soudage. Par exemple comme il est présenté sur la figure 4, lorsque l'on veut utiliser une intensité de soudage égale à une valeur IP comprise entre IA et l'intensité maximale IMAX, on utilise une fréquence correspondante FP de l'onduleur à découpage comprise entre la fréquence Fo et la fréquence maximale FMAX. L'intensité Ip étant inférieure à l'intensité II, la fréquenceStructurally, the duty cycle in the electric generator of such a welding machine can not usually reach 1; its maximum value is usually close to 0.9. This maximum value of the duty cycle corresponds to the maximum intensity of the welding current Iso. By virtue of the foregoing, it is also for this value that the frequency of the switching inverter reaches its minimum value F 0 . The method of determining the frequency of the switching inverter has the advantage of reducing the acoustic noise generated by the welding machine. For this purpose, the operating frequency range of the switching inverter can be entirely, or at least very largely in the inaudible range (beyond a frequency F L of about 16 kHz). In the example presented, a very wide range of welding intensities, ranging from 0 to II, makes it possible to weld at an inaudible frequency, since it is greater than a limit audible frequency FL. It is only the very high welding intensities, from I L to I MA χ, that will require the use of audible frequencies below FL. Therefore, a large part of the welding operations performed can be performed at inaudible frequencies and therefore without generating unpleasant whistles for the operator in charge of welding. For example, as shown in FIG. 4, when it is desired to use a welding intensity equal to a value I P between I A and the maximum intensity IMAX, a corresponding frequency F P of the switching inverter between the frequency Fo and the maximum frequency FMAX. The intensity Ip being lower than the intensity II, the frequency
Fp est supérieure à FL, et est donc inaudible.Fp is greater than F L , and is therefore inaudible.
Ce mode de détermination de la fréquence en fonction de l'intensité du courant de soudage souhaitée est applicable en particulier pour les machines à souder dans lesquelles on détermine à l'avance un profil d'intensité et donc on détermine également à l'avance le profil de fréquence de découpage correspondant.This mode of determining the frequency as a function of the intensity of the desired welding current is applicable in particular for the welding machines in which an intensity profile is determined in advance and thus also in advance is determined in advance. corresponding cutting frequency profile.
Il est également possible d'asservir en temps réel ou sensiblement en temps réel (par exemple par échantillonnage) la fréquence de l'onduleur à découpage à l'intensité du courant de soudage, cela dans le cas où la machine à souder dispose de moyens de mesure de l'intensité du courant de soudage délivrée.It is also possible to slave in real time or substantially in real time (for example by sampling) the frequency of the switching inverter to the intensity of the welding current, that in the case where the welding machine has means measuring the intensity of the welding current delivered.
En se référant à la figure 5, le mode de détermination de la fréquence va être présenté plus en détails dans le cas où l'opération de soudage au lieu d'être un simple échelon de courant comme sur la figure 3A, suit un cycle de soudage.Referring to FIG. 5, the mode of determining the frequency will be presented in more detail in the case where the welding operation instead of being a simple current step as in FIG. 3A, follows a cycle of welding.
La courbe située en haut de la figure 5 fait apparaître les variations de l'intensité d'un courant de soudage Iso en fonction du temps. La seconde courbe, en bas de la figure 5, fait apparaître les fréquences de fonctionnement correspondantes de l'onduleur à découpage. Ces fréquences sont choisies en fonction de l'intensité du courant (qui est fonction du temps).The curve at the top of FIG. 5 shows the variations of the intensity of a welding current Iso as a function of time. The second curve, at the bottom of FIG. 5, shows the corresponding operating frequencies of the switching inverter. These frequencies are chosen according to the intensity of the current (which is a function of time).
Le cycle de soudage présenté comporte trois phases. Initialement, l'intensité délivrée est nulle. A partir d'un instant tio et jusqu'à un instant tu, durant une phase I, on augmente progressivement l'intensité du courant entre 0 et une valeur d'intensité IP. Dans une seconde phase II, l'intensité est maintenue constante à la valeur Ip jusqu'à un instant ti2.The welding cycle presented has three phases. Initially, the intensity delivered is zero. From a time tio and up to a moment you, during a phase I, gradually increases the intensity of the current between 0 and an intensity value I P. In a second phase II, the intensity is kept constant at the value Ip until a time ti 2 .
Dans une troisième phase III, après avoir fait chuter l'intensité brutalement à une valeur I2, l'intensité est maintenue constante à cette valeur I2 pendant une période jusqu'à l'instant t^ à partir duquel l'intensité devient nulle. Le contrôle du courant, dans le cas d'un cycle de soudage tel que celui présenté sur la figure 5, est fait de la manière suivante : Sur toute la durée du cycle de soudage, l'intensité du courant de soudage est évaluée.In a third phase III, after dropping the intensity abruptly to a value I 2 , the intensity is kept constant at this value I 2 for a period until the instant t ^ from which the intensity becomes zero . The control of the current, in the case of a welding cycle such as that presented in FIG. 5, is done in the following way: Throughout the duration of the welding cycle, the intensity of the welding current is evaluated.
Tant que l'intensité reste inférieure à l'intensité IA, la fréquence reste égale à FMAχ. Si au contraire, l'intensité dépasse ladite valeur IA, alors la fréquence F de découpage décroît et prend la valeur fonction de l'intensité, inférieure à la fréquence maximale de fonctionnement FMAχ, et qui est donnée par la courbe de la figure 4.As long as the intensity remains below the intensity I A , the frequency remains equal to F MA χ. If, on the other hand, the intensity exceeds said value I A , then the switching frequency F decreases and takes the function value of the intensity, lower than the maximum operating frequency F MA χ, which is given by the curve of the figure 4.
Dans l'exemple présenté, cette règle générale s'applique de la manière suivante : Au début de la phase I, l'intensité du courant est inférieure à IA ; la fréquence reste donc fixée à la fréquence maximaleIn the example presented, this general rule applies as follows: At the beginning of phase I, the intensity of the current is less than I A ; the frequency remains fixed at the maximum frequency
FMAX. A partir de l'instant tA/ pendant la fin de la phase I, et pendant la phase II, l'intensité est supérieure à l'intensité IA. L'intensité est donc pendant cette période déterminée à l'aide de la courbe de la figure 4, fonction à chaque instant de l'intensité. Notamment, pendant toute la phase II, la fréquence reste fixée à la valeur FP correspondant à l'intensitéF MAX . From the moment t A / during the end of phase I, and during phase II, the intensity is greater than the intensity I A. The intensity is therefore during this period determined using the curve of Figure 4, function at each moment of the intensity. In particular, throughout phase II, the frequency remains fixed at the value F P corresponding to the intensity
Ip. Enfin, pendant la phase III, l'intensité du courant de soudage reste strictement inférieure à l'intensité IA. Par conséquent, pendant toute cette phase, on utilise une fréquence de l'onduleur à découpage égale à FMΛX. Ip. Finally, during phase III, the intensity of the welding current remains strictly less than the intensity I A. Therefore, throughout this phase, a switching frequency of the switching inverter equal to FMΛX is used.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination d'un courant de soudage (Iso) délivré par une machine à souder par résistance comportant un onduleur à découpage (20) générant un signal intermédiaire à une fréquence de découpage (F); caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer la fréquence (F) de l'onduleur à découpage en fonction de l'intensité (Iso) du courant de soudage.A method of determining a welding current (Iso) delivered by a resistance welding machine having a switching inverter (20) generating an intermediate signal at a switching frequency (F); characterized in that it consists in determining the frequency (F) of the switching inverter as a function of the intensity (Iso) of the welding current.
2. Procédé de détermination du courant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le courant (IOND) délivré par l'onduleur à découpage fait apparaître un rapport cyclique (δ), et que l'intensité du courant de soudage (Iso) est sensiblement proportionnelle au rapport cyclique (δ) du courant délivré par l'onduleur à découpage.2. Method for determining the current according to claim 1, characterized in that the current (IOND) delivered by the switching inverter shows a duty cycle (δ), and that the intensity of the welding current (Iso) is substantially proportional to the duty cycle (δ) of the current delivered by the switching inverter.
3. Procédé de détermination du courant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour une intensité de courant de soudage (Iso) inférieure à une valeur prédéterminée (IA), la fréquence (F) de l'onduleur à découpage est constante.3. A method for determining the current according to claim 1 or 2, characterized in that for a welding current (Iso) less than a predetermined value (IA), the frequency (F) of the switching inverter is constant .
4. Procédé de détermination du courant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite fréquence constante est la fréquence maximale de fonctionnement (FMAχ) de l'onduleur.4. Method for determining the current according to claim 3, characterized in that said constant frequency is the maximum operating frequency (F MA χ) of the inverter.
5. Procédé de détermination du courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite valeur prédéterminée (IA) est atteinte pour une valeur du rapport cyclique (δ) du courant (IOND) de l'onduleur comprise entre 0,5 et 0,7.5. current determination method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said predetermined value (IA) is reached for a value of the cyclic ratio (δ) of the current (IOND) of the inverter between 0.5 and 0.7.
6. Procédé de détermination du courant selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que, lorsque l'intensité du courant de soudage (Iso) est supérieure à ladite valeur prédéterminée (IA), la fréquence (F) de l'onduleur varie en fonction décroissante de l'intensité (I50) du courant de soudage. 6. A method for determining the current according to any one of claims 3 to 5, characterized in that, when the intensity of the welding current (I so ) is greater than said predetermined value (IA), the frequency (F) of the inverter varies decreasing function of the intensity (I 50) of the welding current.
7. Procédé de détermination du courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que pendant une opération de soudage, l'intensité (Iso) du courant de soudage varie suivant une courbe d'intensité prédéterminée, qui constitue un cycle de soudage, et que la courbe de fréquence de l'onduleur pendant l'opération de soudage est également prédéterminée en fonction de la courbe d'intensité.7. Method for determining the current according to any one of claims 1 to 6, characterized in that during a welding operation, the intensity (I so ) of the welding current varies according to a predetermined intensity curve, which constitutes a welding cycle, and that the frequency curve of the inverter during the welding operation is also predetermined according to the intensity curve.
8. Procédé de détermination du courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on mesure l'intensité du courant délivré pendant l'opération de soudage, et qu'on détermine la fréquence de l'onduleur à découpage pendant l'opération de soudage en fonction de l'intensité (Iso) du courant de soudage délivré.8. Method for determining the current according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the intensity of the current delivered during the welding operation is measured, and that the frequency of the inverter is determined. cutting during the welding operation as a function of the intensity (Iso) of the welding current delivered.
9. Machine à souder par résistance comportant un générateur électrique (2) de puissance comprenant un onduleur à découpage (20) générant un signal intermédiaire à une fréquence de découpage (F) ; caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de détermination de la fréquence (F) de découpage de l'onduleur en fonction de l'intensité du courant de soudage (ISo).9. A resistance welding machine comprising a power generator (2) comprising a switching inverter (20) generating an intermediate signal at a switching frequency (F); characterized in that it comprises means for determining the switching frequency (F) of the inverter as a function of the intensity of the welding current (I S o).
10. Machine à souder selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle utilise un procédé de détermination du courant de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.10. Welding machine according to claim 9, characterized in that it uses a method of determining the welding current according to any one of claims 1 to 8.
11. Machine à souder selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce qu'elle comporte notamment au moins un outil de soudage (4,6), alimenté par un câble électrique (8,12,18) connecté audit générateur électrique (2).11. Welding machine according to claim 9 or 10, characterized in that it comprises in particular at least one welding tool (4,6), powered by an electric cable (8,12,18) connected to said electric generator (2). ).
12. Machine à souder selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que l'onduleur à découpage (20) comprend un pont en H comportant des interrupteurs commandés. 12. Welding machine according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the switching inverter (20) comprises an H bridge having controlled switches.
13. Machine à soucier selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisée en ce qu'un ensemble transformateur et redresseur à diodes (30) est interposé entre l'onduleur à découpage (20) et un emplacement de branchement (A,B) d'un outil de la machine à souder.13. Machine to worry according to any one of claims 9 to 12, characterized in that a transformer and diode rectifier assembly (30) is interposed between the switching inverter (20) and a connection location (A, B) a tool of the welding machine.
14. Machine à souder selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisée en ce qu'un ensemble redresseur à diodes avec condensateur de filtrage (10) est interposé entre l'alimentation en courant dudit générateur électrique (UE) et l'onduleur à découpage (20).14. Welding machine according to any one of claims 9 to 13, characterized in that a diode rectifier assembly with filtering capacitor (10) is interposed between the power supply of said electric generator (UE) and the switching inverter (20).
15. Machine à souder selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un câble basse impédance d'inductance inférieure à 0,2 μH/m.15. Welding machine according to any one of claims 9 to 14, characterized in that it comprises at least one low impedance inductance cable less than 0.2 μH / m.
16. Machine à souder selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisée en ce que l'ensemble transformateur et redresseur à diodes (30) est intégré à l'outil de la machine à souder.16. Welding machine according to any one of claims 9 to 15, characterized in that the transformer assembly and diode rectifier (30) is integrated in the tool of the welding machine.
17. Machine à souder selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisée en ce que la plage des fréquences de fonctionnement de l'onduleur à découpage se trouve très largement dans le domaine inaudible. 17. Welding machine according to any one of claims 9 to 16, characterized in that the range of operating frequencies of the switching inverter is very largely in the inaudible range.
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