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Dispositif pour améliorer le facteur de puissance et stabiliser les ares voltaïques à courant continu servant aux réactions chimiques.
Demande de brevet allemand .en sa faveur du 21 Juin 1939.
Il est connu de stabiliser des arcs voltaïques à courant continu, alimentés par des redresseurs, en intercalant dans le circuit du courant alternatif des redresseurs des bobines de réactance qui ne donnent cependant qu'un mauvais facteur de puissance et une mauvaise utilisation de l'installation. De plus, il est connu d'ali- menter des arcs voltaïques au moyen de redresseurs contrôlés et de les stabiliser , par un réglage automatique, dépendant du courant et exempt d'inertie, de la tension continue, par l'intermédiaire du contrôle du redresseur. Dans ce cas une tension de réglage proportionnelle au courant de charge est introduite dans le. contrôle du redresseur.
Lors des changements de la résistance de l'arc et des à-coups de courant en résultant, il se produit, par suite de cette tension de réglage, dépendant du courant, un déplacement du départ d'allumage des anodes, de sorte qu'onobtient un réglage de la tension continue et une égalisation approximative du courant de l'arc. Il en résulte donc, pour le redresseur, une caractéristique de tension décroissant avec l'accroissement du courant. Il est désirable que cette caractéristique du redresseur présente des chutes aussi brusques que possible, afin que, aussi dans le cas de faibles changements du courant, des changements de tension suffisamment grands aient pour résultat que le courant reste pratiquement constant ou égal et que l'arc brûle d'une manière plus stable.
En outre,un réglage de tension aussi exempt d'inertie que possible est nécessaire pour les arcs voltaïques qui servent à l'exécution de réactions chimiques, en particulier à la conversion de carbures d'hydrogène, parce que, dqns ce cas, le temps de désionisation est tres court, de sorte que l'arc a la tendance de se désamorcer.
De plus, il est connu, dans le but d'aplanir le courant du redresseur, d'intercaler dans le circuit du courant continu des grandes bobines de réactance. Cependant, l'ondulation du courant continu est sans importance pour les arcs voltaïques qui servent à l'exécution de réactions chimiques. Par conséquent, il n'y a, dans ces cas, pas de nécessité d'employer des bobines de réactance coûteuses et diminuant le rendement.
Dans le cas des arcs voltaïques utilisés pour les réactions chimiques, les changements subits ou brusques de la résistance proviennent de ce que l'arc change subitement sa longueur et que, par suite de la constance du gradient de tension volt/cm pour une tension alimentaire restant égale, le courant doit diminuer ou augmenter.
Le fonctionnement non silencieux des arcs voltaïques, brûlant, par exemple, dans des hydrocarbures, est particulièrement prononcé à cause des temps de désionisation courts, de sorte que le réglage par l'intermédiaire du contrôle doit répondre à des exigences particulièrement sévères:
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Cependant, aussi longtemps qu'une anode brûle, la tension du redresseur ne peut pas être influencée, de sorte qu'un réglage de la tension continue et, partent, du courant, n'a lieu que seulement dans les intervalles entre l'allumage d'une anode et l'allu- mage de l'anode suivante.
Donc, puisqu'un réglage de la. tension continue n'est pas possible dans ces intervalles, il se'peut qu'il se produise des changements de courant qui sont limités par les inductances du transformateur redresseur et des bobines d'inductance intercalées. Or, pour obtenir un facteur de puissance optimum de l'installation il est nécessaire que les inductances intercalées soient petites. Sur la figure 1 la courbe a représente la caractéristique statique de la tension continue du redresseur. La car@e- téristique de l'arc voltalque a la forme d'une hyperbole équilatère, représentée par les courbes,12, c et d, pour différentes longueurs de l'arc.
La caractéristique normale, réglée, de régi:ne, de l'arc est représentée par la courbe c et donne au point A de son intersection avec la caractéristique a du redresseur le point de régime. Supposons que le courant de l'arc soit de 100%. Lorsque la résistance de l'arc augmente, par exemple de 33%, le courant diminuera, pour une tension continue alimentaire restant égale, a@pro- ximativement à la valeur de OC = 100 = 75%. Pour atteindre de nou-
133 veau le courant normal, la tension du redresseur devrait donc être augmentée à 133% de la tension de régime normale AB = 80;';, ce qui n'est pas possible dans ce cas, puisque la tension de régi ne se monte déjà à 80% de la tension à vide.
Donc, le contrôle du redresseur ne peut plus stabiliser le régime dans le cas où la résistance de l'arc subit des changements de cette importance, de sorte que l'arc se désamorce. Le fonctionnement de l'arc aux changements de résistance de cette grandeur serait possible seulement lorsqu'on choisit une moindre tension normale, de régime. Puisque le rapport de la tension de régime à la tension à vide du redresseur correspond approximativement au facteur de puissance, l'installation devrait travailler continuellement avec un moindre facteur de puissance.
Il a été trouvé suivant la présente invention que ces inconvénients sont supprimés lorsqu'on intercale dans le circuit du courant continu une petite bobine de réactance dimensionnée de manière qu'à des changements brusques de la résistance de l'arc le courant subisse, jusqu'à l'allumage de l'anode suivante du redresseur et jusqu'au réglage en résultant de la tension, par le contr3le du redresseur, un décroissement, respectivement un accroissoment, à une valeur à laquelle un desarmorçage de l'arc n'a pas encore lieu.
Le courant diminue de la valeur il, = 100%, voir la figure 2, suivant une fonction exponentielle e, à la va.leur i2-, 75%, le temps T entre les valeurs limites il'et i2 étant donna par la grandeur de la réductance et de la résistance.
Lorsque, après un temps t, compté à partir du commencement to du changement de la résistance de l'arc, il se prod@ it l'allumage de l'anode suivante du redresseur et, partant, un réglage de la teision du redresseur par la grandeur du réglage du contrôle, dépendant du courant, le courant aura subi, au temps t, avec l'intercalation de la bobine de réactance, une diminution suivant la courbe e à 85'' du courant nominal et il peut, si les résistances de l'arc restent les mêmes pour cette valeur,
être maintenu à la valeur du courant normal par une augmentation de la tension de régime de 80 à 100.80= 94% de tension vide. Donc, loi sjue la¯ bo'Di#ie ie 85 intrc;>lXe la tension à vide. Donc, lorsque la bobine de réactance, intercalée dans le circuit'du courant continu, est choisie suivant la présente invention de manière, qu'endéans la suite des allumages des anodes du redresseur, aux changements de la résistance, le courant ne di- @
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minue pas au-dessous d'une valeur donnée par le facteur de puissance de régime de l'installation, et au-dessous de'laquelle l'arc se dé- samorcerait, il est donc encore justement possible de stabiliser l'arc voltaique, sans qu'il soit nécessaire de diminuer la tension de régime et, partant, le facteur de puissance.
Il n'est pas possible de choisir une bobine de réactance plus petite, parce qu'autrement il ne serait pas possible d'intercep- ter complètement les à-coups de courant, ou il serait nécessaire de diminuer la tension de régime relativement à la tension à vide et, partant, aussi le facteur de puissance. Des bobines de réactance de plus grandes dimensions n'apportent pas d'avantages essentiels au point de vue stabilisation, tout en exigeant une plus forte dépense de matériaux et de puissance, parce qu'il faut toujours conserver une certaine différence de tension entre le régime et la marche à vide pour le réglage du courant, d'on la limite supérieure du fac- teur de puissance est fixée.
L'avantage apporté par la présente invention consiste par conséquent en ce que l'installation peut être exploitée avec un meilleur facteur de puissance moyennant une dépense minimum en matériaux, et en ce que l'arc brûle d'une maniè- re plus stable.
Les fluctuations de courant, admissibles sans ranger pour le fonctionnement stable de l'arc voltalque, dépendent de l'allure des caractéristiques de l'arc relativement a la caractéristi- que du redresseur, déterminée par les conditions de travail de l'arc.
Par conséquent, la grandeur de la bobine de réactance pour un fonc- tionnement stable de l'arc voltaîque avec un facteur de puissance optimum est donnée par les conditions de travail de l'arc.