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"Dispositif de réglage des électrodes dans les fours à arc"
Le réglage.des électrodes dans les fours à arc a pour but de réalisur par un déplacement des électrodes le réglage
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automabique de 'la longueur des arcs et par conséquent de la puissance absorbée par le four. Comme les distances entre les
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électrodes et la matière varient constamncnb et de façon irrúculiore par usure des ' électrodes dans l'arc et par la fusion do la charge introduite, il faut modifier c0118L:"ù1:±lhmt la position clos électrodes individuelles, l,c dépLtcmei1r. des élocrorles se 6lts ,,h>rJgJ lcs .Foui"i 0 arc, par CA)'T 1 n' 11' '1,.,1'''''111' 'll 011 1 .1' ;c ij ±.i < il,t TJ .
]).¯1.11;; l ' Rl>;j <;t Je la r3i écntc; invnnLion, on a nupposc
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que le déplacement des électrodes se fait par commande hydrauli- que, toutefois le réglage des électrodes selon l'invention est également applicable exactement de la même manière dans son principe lorsque le déplacement des électrodes se fait par commande 'électrique, par exemple par un moteur électrique. Comme les modifications de la distance entre les électrodes et la masse fondue se font le plus souvent très brusquement, c'est-à- dire en une fraction d'une seconde, il est nécessaire, pour maintenir aussi constante que possible la puissance absorbée par le four, d'utiliser un système de réglage qui soit en mesure de suivre ces modifications'à une vitesse aussi égale que possible.
Les-nombreux dispositifs de réglage connus jusqu'ici sont trop lents, de sorte qu'il Seproduit dans la puissance absorbée par les fours à arc des variations très fortes, bien que de courte durée. La caractéristique de réglage, c'est-à-dire la caractéristique de fonctionnement, qui doit être maintenue constante était, précédemment, l'intensité du courant passant dans les électrodes. Confie la puissance absorbée ne dé- pend pas seulement de l'intensité, mais aussi de l'impédance de l'arc, on préfère depuis quelque temps le réglage de l'impédance.
Dans' le réglage de l'impédance, on utilise comme caractéristique de réglage le rapport entre l'intensité et la tension d'électrode.
Dans l'objet de la présente invention, on se base sur un réglage de l'impédance. Toutefois, on peut appliquer les,mêmes principes également à un réglage uniquement de l'intensité lorsqu'il n'est pas nécessaire, en raison des conditions parti- culières de fonctionnement du four, de faire usage d'un réglage de l' impédance .
Conformément à la présente invention, le réglage des électrodes se fait par application de la caractéristique de réglage,-après amplification électronique, à la grille d'une ou de plusieurs lampes commandées, par exemple de thyratrons,
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de le courant d'anode cette lampe ou de ces lampes commandées excitant un électro-aimant ou commandant un moteur électrique, par le moyen de quoi on 'ouvre ou on ferme la valve .de commande lu dispositif de commande'hydraulique des électrodes.
Par comparai- son avec les dispositifs connus de réglage'des'électrodes fonction- pant avec des éléments intermédiaires mécaniques, cela offre 'le grand avantage qu'il ne se produit pratiquement aucun retard
Jans le dispositif de réglage jusqu'à l'électro-aimant ou jusqu'au moteur électrique manoeuvrant la v ve de commande, étant donné que
Les intervalles de temps qu'il faut que des phénomènes électroniques s'accomplissent sont, comme on sait, d'une durée qui est de beaucoup inférieure par son ordre de grandeur à celle qu'on peut atteindre avec les dispositifs de commande fonctionnant mécaniquement, même les plus rapides, ces dernières durées étant toujours de l'ordre de grandeur de 0,1 seconde.
Il est avantageux d'utiliser, pour la commande des courants ,,,excitant l'électro- aimant ou assurant le fonctionnement du moteur électrique, chaque fois deux lampes de commande fonctionnent en push-pull' qui coopèrent de telle sorte qu'elles soient allumées en même temps par des Grilles en parallèle et que leurs courants d'anode se superposent et excitent le même électro-aimant ou font fonctionner le même moteur. En général, la valve de commande possède, dans le cas d'un réglage hydraulique des électrodes, trois positions à savoir, en dehors de la position zéro, une position dans laquelle l'électrode monte et une autre position dans laquelle l'électrode descend.
Pour amener la valve de commande par excitation d'électro-aimants dans ces trois positions, il est avantageux què, dans chaque cas, il y ait deux lampes de commande ou deux groupes de deux lampes de commande qui fonction- nont, en opposition de telle sorte que l'une des lampes ou l'un des groupes de lampes soit allumé lorsque l'impédance dépasse la valeur à réaliser, que l'autre lampe ou groupe de lampes
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de commande soit allumé lorsque l'impédance devient inférieure à cette valeur, les courants d'anode exeitant deux électro- aimants qui ouvrent et ferment d'une manière connue la valve de commande.
Comme dans tous les problèmes de réglage, il se pose dans ce cas également le 'problème de l'obligation de pren- dre des mesures spéciales pour empêcher quc les organes de déplacement dépassent la valeur à réaliser, ce qui fournirait un excès de réglage qui déclencherait la manoeuvre opposée de réglage, de sorte qu'il pourrait se produire un mouvement pendulaire. Un tel mouvement pendulaire se produit avec une facilité particulière lorsque, comme c' est nécessaire dans le réglage des électrodes des fours à arc, le réglage doit s'effectuer en un temps aussi cout que possible.
Pour obtenir d'une part qu'en cas d'écarts importants par rapport à la valeur à réaliser l'électrode .soit déplacée rapidement, mais d'autre part que la vitesse ne 'soit pas trop grande quand on se rapproche de la valeur réalisée à une vitesse telle. qu'il y ait risque que l'électrode dépasse notablement la valeur réalisée, on peut prévoir, selon une autre caractéristi- que de la présente invention, deux systèmes de lampes de commande dont l'un commande une valve de réglage de précision et 'l'autre une valve de réglage rapide et grossier. Dans ce cas, on utilise' alors pour le réglage rapide et grossier une valve de commande ayant une plus grande section de passage.
On règle les valeurs auxquelles les deux systèmes de lampes de commande entrent en action de telle sorte que la valve de com- mande pour le réglage rapide et grossier ne soit ouverte qu'au moment et pour le temps où l'impédance s'écarte fortement de la valeur à réaliser.
Dès que l'écart s'est/abasissé ¯ en-dessous d'une certaine valeur, on ferme la valve de commande du réglage grossier et rapide et le réglage précis sur la valeur
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:é.ali-1-a 1,' -1'fccli;= unLquununb par la valve do co<ii i;t=1de cae 111<ciDÎon (le sccbion moindre, lu lieu d'élecbro-aimants qui ne provoquent qu'une ouverture et une fonnebure -de la valve de COli1:,l:.,ndo, on peut utiliser un /loctro-u.ÍiJ1J.nt avec force de rappel de telle sorbe que la valve de coiiifianrlc soit ouverte en fonction de l'intensité du courant d'anode.
Comme lampes de commande, on utilise avec avantage des thyratrons ou des lampes de commande analogues à atmosphère gazeuse qui offrent l'avantage d'admettre des courants d'anode intenses. Ces lampes ont toutefois l'inconvénient que l'intensité du courant d'anode n'est pas proportionnelle à la tension de grille, ct que la grille amorce seulement l'opération de décharge qui n'est toutefois ni commandée ni éteinte par cette grille.
Pour obtenir malgré cela un courant d'anode d'une intensité proportionnelle à la tension de commande, on peut superposer à la tension de grille des lampes de commande, qui est une tension constante on elle-même connue, une tension alternative, de telle sorte que l'allumage d.e :La lampe se fasse dans les inter- valles de chaque période en fonction de la tension de commande.
Plus la tension de commande est élevée, plus l'allumage de'la lampe-se fait à un instant plus tôt à l'intérieur de chaque période, de telle sorte qu'on obtient de cette manière que l'in- tensité effective du courant d'anode soit proportionnelle à la tension de commande appliquée. Quand on fait usage d'un proportionnel de ce genre, on peut utiliser, à la place d'électro-aimants excités par le courant d'anode, un moteur entraîné par ce courant d'anode.
La commande du moteur peut en même temps s'effectuer, selon une autre caractéristique de la présente invention, par modification, en fonction du mouvement d-e la valve de commande, d'unie résistance, en particulier d' une
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résistance à montage potentiojilétrique qui fournit une tension opposée correspondant à la position de la valve. Avec cette tension opposée qui agit en sens contraire de la tension (le commande, on
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obtient que le moteur soit mis hors service lorsque la tension de commande est égale à la tension opposée, et qu'il tourne en sens contraire lorsque la tension de commande est infériette à la tension opposée.
Pour éviter un mouvement. pendulaire, .il est connu dans la-technique du réglage d'utiliser ce qu'on appelle un systeme de rappel qui communique au mécanisme de mesure une impulsion de rappel avant que la valeur réalisée ait atteint la valeur à réaliser. Un tel rappel peut s'obtenir, dans l'objet de la présente invention, par exemple par introduction avec retard, dans l'entrée du système amplificateur, d'une tension qui dépend de la tension de commande et qui réduit par ce moyen la grandeur en cours de réglage.
Dans le réglage proportionnel, il est avantageux que la tension appliquée au système d'alilplifica- tion dépende non seulement de la tension de commande, mais aussi de la position de la valve, ce qu'on peut obtenir par exemple par production de cette tension par un autre potentiomètre
Sur les figures des dessins joints sont représentés schématiquement des exemples d'exécution de système de réglage des/électrodes selon la présente invention.
La figure 1 représente la disposition s.ous sa forme la plus simple. Le dispositif est divisé en quatre éléments fondamentaux, qui, dans les figures suivantes, ne seront représentés en partie que sous la forme de symboles, pour rendre le dessin plus clair. L'élément I est le dispositif connu de production d'une ttension de commande dépendant de l'impédance, donc le mécanisme de mosure proprement dit.
L' élément II est le dispositif s'amplification. L'élément III est le système de lampes servant à produire les courants excitant les électro-aimants ou entraînant le moteur électrique.
Enfin, IV est le dispositif qui sert à ouvrir et à fermer la valve.
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Dans l'élément 1, on produit d''une manière- connue à l'aide d'un transformateur d'intensité 1 un courant proportion- nel au courant d'anode passant dans l'électrode, et dans son circuit se trouve une résistance 2 sur laquelle on prélève une tension proportionnelle à l'intensité du..courant d' électrode.
La résistance 3 est montée en parallèle avec l'arc, on peut donc recueillir sur cette résistance une tension proportionnelle à latension de l'arc.;Ces deux tensions sont appliquées'-par l'intermédiaire de deux transformateurs 4 aux redresseurs 5.
Il est avantageux que le transformateur 4, au moins, qui se trouve dans le circuit de mesure dé la tension soit un transformateur à fuites, car dans un transformateur à faibles fuites il se produit, lorsqu'il y a des vacations de charge ra- pides et fréquentes, des courants d'enclenchement de valeur élevée qui chargeraient trop fortement le transformateur.
Pour protéger les redresseurs et les lampes d'une sur- charge en cas d'augmentation brusque de la tension, on peut en outre prévoir du côté secondaire du transformateur de tension une self à basculement composée d'une bobine à noyau en fer et d'un condensateur, branché en parallèle. L'inductance d'une self à fer diminue lorsque l'intensité augmente. La capacité et l'inductance peuvent donc être choisies de façon que, lorsqu'on atteint une intensité déterminée, il se produise une résonnance dans le circuit oscillant., formé, par la self à fer. et le condensateur. Par ce moyen, la résistance formée, par la self et le condensateur prend une valeur élevée- et limité ainsi l'intensité.
Les redresseurs 5 sont montés l'un à la suite de l'autre et l'ensemble du dispositif de mesure est agencé de façon que, lorsque l'impédance.atteint la valeur à réaliser, ces redresseurs suppriment mutuellement la tension ou fournissent une tension différentielle qui est, pour les autres éléments
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ch isp.-.LLi.r, L. Loil a réaliser qui nua déclunclu; !!.uc'.:ne mAnoeuMTe de n.'.;1 ;;.
L'clé..icnb II ci3{, un dispositif amplificabuur danu lequel ].a bciitLion fournie par l'élément est appliquée par l'inter- médiaire d'une résistance 6, et 1v;nLueiiaii-pi avec utilisation d'une tetmion 7 de polarisation de grille, à la grille de co.amande 8 d'une lampe amplificatrice. Le courant d'anode de cette lampe
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#=,lifica,tr"ice produit dans la résistance 9 une différence de tension qui est une fonction de la tension de mesure qui dépend de la caractéristique de la lampe amplificatrice. Cette tension est appliquée à titre de tension de commande à l'élément III qui contient les lampes de puissance.
L'élément III peut être constitué, dans le cas le plus simple, d'une lampe à vide poussé ou à atmosphère gazeuse, et de préférence par un thyratron. Toutefois, on utilise avec avantage, comme le montre le dessin, deux thyratrons 10. Les anodes de ces thyratrons sont reliées aux extrémités d'un enroulement du transformateur 11 dont la pièce du milieu est reliée aux cathodes, ou bien on adopte le montage inverse.
Comme un thyratron ne laisse passer le courant, comme on sait, que pendant une demi-onde du courant alternatif, il circule dans les conducteurs d'anode des courants continus pulsatoires qui sont décalés, dans le temps l'un par rapport à l' autre, et dans le conducteur de cathode un courant continu pulsatoire dont .le nombre dos impulsions est double.
L'aimant 12 qui sert à actionner la valve
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peut par conséquent être monté soit sous la forme d'un:conttcteu-r de cathode, soit dans les conducteurs d'anode sous la forme d'un aimant à courant alternatif avec deux enroulements isoles l'un de l'autre. Dans le schéma simplifié représenté dans la figure 1,'il n'y a qu'un électro-aimante c'est-à-dire que la valve
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n Lotz r==.it ùbre ouverte que dans un seul sens. 1 on iitilisa un :lFci:ro-,i¯nt:nt;
1%1 dont la course d'attraction Lie l'mtcnité du c3ur;.nt, par exemple un aimanb tournant ;wc force
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;.;.;,¯ 1, on t 1, t'. ¯¯ .'1,:;' le disprutif do façon (jut., 1W ^..il, 1'i:.ritl.nc uijb à la valeur a réaliser, le courant, d'anode c.v.i une valeur telle que la valve soi tout juste mainbonuo dans la pojibion zéro. En cas d'écarbs do l'impédance par rapport a la valeur à réaliser pour cebbe grandeur, le courant d'anbde au,muÛc etouvre la valve dans l'un des sons, ou bien il'diminue encore davantage et ouvre la valve en sens contraire'.
Selon une autre caractéristique de la présente invention,
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on ubilioc, coi=unc le montre la figure 2, deux laMpes uplifica- trices montées en opposition et deux groupes, montes en opposi- tion, de lampes de commande. On se, sert de nouveau, à titre de, mécanisme de mesure I, du même dispositif que dans la figure 1.
C' est pourquoi ce mécanisme de mesure n'est représenté que d'une manière symbolique. Les deux lampes amplificatrices 18 sont montées en opposition, de telle sorte que sous l'action des courants d'anode il se forme sur les résistances 19 des tensions différentielles qu'on dirige pour l'amorçage des lampes de commnade vers l'élémentIII. Tant que l'impédance de l'arc correspond à la valeur à réaliser, le courant d'iode est nul dans les deux lampes amplificatrices* Il se forme alors sur l'une ou l'autre des grilles de commande des lampes 13, suivant que l'impédance est supérieure ou inférieure à la valeur à réaliser, une tension positive de commande, de telle sorte que,
dans cette lampe, il passe un courant d'anode et qu'il se forme en conséquence une tension de commande sur la résistance 19. Dans l'élément corres-- pondant III, il y a deux groupes de lampes de commando,; et l'un de ces groupes s'amorce lorsqu'il se produit une tension de
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coui il,le en ,, et c' est l'autre groupe qui s'amorce quand il .20 produit une tension de commande en b. Dans l'élémenb IY G''jx.cite alors d'une façon correspondante soit l'électro de 1±'>..,¯;<; ], soib l'éleobro de levage 16. ion manoeuvre de ;.1"."'3 ">'J Î'"r àl<3 en conséquence de: la manière suivrbc.
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En cas d'écart de l'impédance par rapport à la valeur à réaliser pour cette grandeur, par exemple lorsque l'impédance est trop grande, la tension a, amplifiée par la lampe amplifica- trice correspondante, allume les lampes'Supérieures décommande, l'électro 15 s'excite et ouvre la valve de-commande dans le sens nécessaire pour déplacer l'électrode dans la direction qui supprime l'écart qui s'était produit entre la valeur effective de l'impédance et la valeur à réaliser pour cette dernière. Dès que l'impédance a de nouveau repris la valeur à réaliser, la lampe amplificatrice cesse d'être parcourue par le courant, la lampe de commande n'est plus allumée et l'électro l' en conséquence n'est plus excité. la valve 11 retombe à sa position zéro.
Dans le cas où l'impédance présente un écart de sens contraire par rapport à la valeur à réaliser pour cette grandeur, il se forme une tension d'allumage en b , en conséquence c'est la bobine 16 qui est excitée et la valve 14 s'ouvre en sens contraire du sens précédent.
La figure 3 représente d'une manière symbolique un dis- positif dans lequel sont prévues deux valves pour le réglage grossier et le réglage fin. Les éléments II et'III sont prévus chacun' en double et suivant une disposition systématiquement identique à celle qui est représentée dans la figure 2. Chacun des systèmes III commande un système de valve IV, la'valve 17 ayant une section de passage petite, et la valve 18 une section de passage plus grande. , '
Les systèmes II et III sont réglés de façon que les électros de levage qui actionnent. la valve 17 entrent en action pour des écarts de réglage encore relativement faibles, tandis que les électros de levage de la valve 18 n'entrent en action que lorsqu'on dépasse un écart de réglage relative- ment grand.
Les deux valves de commande manoeuvrent le même dispositif de réglage hydraulique des électrodes. Si la valve 17
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W 1;. t71"'Tv.,L'1., J'élccbrode ue déplace relativement 1unGr;munt. üi, en rJu:J de la valve 17, la valve 18 est éGalement ouverte, l'électrode so déplace sensiblement plus vite, do sorte que l'on compense rapidement par réglage de forts écarts, tandis que lorsque l'électrode se rapproche de la.position qu'elle doit occuper, elle n'a qu'une faible vitesse.
La figure 4 représente l'application du morne principe dans le réglage proportionnel. Les éléments I, II et III sont exécutés de la même façon que dans les dispositifs selon les figures 2 et 3. On superpose à la tension de commande, dans l'élément III, une tension alternative, ce qui fait qu'on obtient que l'instant de l'allumage dés lampes de commande dépend de la tension de commande amplifiée dans l'élément II et que, d'une manière correspondante; l'intensité effective des courants de sortie de l'élément IIIest proportionnelle ou bien est une fonction de l'écart de la valeur effective de l'impédance par rapport à la valeur qu'il s'agit de réaliser pour cette dernière.
Dans ce cas, l'élément IV contient non pas deux électros de levage, mais deux électro-aimants dont la course d'attraction dépend de l'intensité du courant d'excitation, par exemple deux électros tournants. Les deux électros' tournants ouvrent la valve 21 dans un sens de rotation contraire, le mode de fonctionnement est donc dans son principe le même que dans le dispositif selon la figure 2 avec cette différence que la valve 21 s'ouvre d'autant plus que l'écart est plus .grand entre la ..=leur réalisée et la valeur à réaliser.
La figure 5 représente un dispositif dans lequel l'ouverture et la fermeture de la valve sont assurées non pas par des électros do levage, mais par un moteur électrique, l'our obtenir que la valve de réglage 22 occupe toujours une position
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qui uoit parrort,ionnclle à la tension de sortie de l'amplifica- tour 2 et par conséquent à l'écart de réglage, un émetteur de tension 23 est relié à la valve.
Comme émetteur de tension, on
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pout usiliser per ,le, un potentiomètre tournant ayant sa source propre de tension et qui fournit une tension proportionnelle à l'ouverture de la v@lve. -J'il se produit un écart par rapport à la valeur a réaliser, en sorte que l'amplificateur 2 fournit une tension de courtaude dont la valeur et la polarité correspondent à l'écart, dans l'élément III les lampes de commnade s'amorcent, et le moteur 24 tourne dans le sens correspondant. En même temps que s' ouvre la valve 22,
il se produit également dans le potentiomètre une tension qui agit en sens contraire de la tension de commande sur la résistance 25. Dès que la tension sur la résistance 23 a atteint une telle que la tension propre sur l'élément III s'abaisse en dessous'de la tension d'amorçage, le moteur 24- s'arrête. la valve 22 reste ouverte et cela d'autant plus que l'écart est plus grand entre la valeur réalisée pour l'impédance et la valeur à réaliser pour.celle-ci. Sous l'action du mouvement de l'électrode qui se produit de cette manière l'écart entre la valeur réalisée et la valeur à réaliser diminue ainsi que,
d'une manière correspondante,' la tension de sortie de l'élément II. Dès que la tension produite par le potentiomètre 23 dépasse alors: la tension de commande de l'élément 11, l'élément III reçoit une tension-de commande de sens -contraire, de sorte que le moteur 24 tourne en sens contraire et commence ainsi à fermer la valve 22.Quand la valeur-réalisée devient égale à la valeur réaliser, le moteur 24 s'arrête.
La figure 6 représente une disposition selon la, figure 2, avec un dispositif de rappel. La tension de sortie de l'élément III ou bien, au contraire, la tension de- sortie de l'élément II est ramenée en partie, par l'intermédiaire d'un élément 'µ en lui-même connu, avec un retard au dispositif d'amplification. Le mode de fonctionnement de ce dispositif diffère de celui de la figure 2 par le fait qu'après l'entrée en action du dispositif de réglage, la tension de mesure
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dirigée vers l'élément II se trouve réduite d'une certaine quantité.
La valve 14 n'est donc pas fermée lorsque,, la valeur effective de l'impédance est enfin égale à la valeur, à réaliser mais, au contraire, elle l'est dès que la valeur à réaliser ne diffère plus de la valeur à réaliser que d'une faible quantité déterminée. On choisit la valeur de cette quantité de façon à ce qu'elle corresponde au retard qui se produit lors de la fermeture de'la valve. Lorsqu'on '' actionne la valve au moyen d'un é ectro de levage, il suffit que l'élément V produise une tension co stante. En cas de réglage proportionnel, la tension opposée pr duite par l'élément V peut être une fonction de la tension de commande appliquée à l'élément
IV ou à l'élément III.
Ce système de rappel permet d'obtenir avec un réglage de la plus grande rapidité la plus grande précision et il empêche tout excès de réglage et tout mouvement pendulaire.
La figure 7 représente schématiquement un dispositif avec rappel dans lequel la valve est actionnée par un moteur, cornue dans la forme d'exécution selon la figure 5. En même temps que la valve s'ouvre et se ferme, il se déplace en dehors du potentiomètre 23 un autre potentiomètre 27. L'organe de retardement 5 reçoit l'application d'une partie de la tension de sortie de l'élément II et de la tension produite sur le potentiomètre 27, de telle sorte que l'on dirige sur l'élément II avec un certain retard une tension opposée qui est une fonction de la tension de commande produite. à la sortie de l'élément II et de la position.de. la ,valve 22.
Par ce moyen, on obtient dans le cas par exemple où la valve. 22. étant largement ouverte l'impédance revient rapidement à la valeur à réaliser, par exemple sous l'action de phénomènes qui se produisent à l'inbérieur du four, en sorte que le risque d'un excès de réglage est particulièrement grand, que l'élément V fournisse une tension'opposée plus grande et que par conséquent la coupure s'effectue pour une différence plus grande entre la tension à réaliser et la tension réalisée que lorsque la valve n'est ouverte que faiblement.