LU85301A1 - Procede pour stabiliser l'alimentation electrique d'un four a plasma a arc - Google Patents

Description

« I; 0 -ίο 2242/8304.

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM V00R RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk BRUXELLES, (Belgique).

Procédé pour stabiliser l'alimentation électrique d'un four à plasma à arc.

La présente invention concerne une méthode améliorée pour l'alimentation, en énergie électrique, d'un four à plasma à arc.

On sait qu'un four à plasma à arc comporte deux électrodes entre lesquelles on crée une différence de potentiel électrique suffisante pour qu'un arc électrique puisse s'établir entre ces électrodes. Il peut être alimenté soit en courant alternatif, soit en courant continu, redressé à partir d'un courant alternatif mono ou polyphasé.

Dans le cas d'une alimentation en courant alternatif, le circuit d'alimentation comporte généralement : - un transformateur qui assure la transformation de la tension du réseau en une tension plus appropriée pour le four ....

- 2 - 1 · "l - une première self qui permet de filtrer les harmoniques émis par l'arc du four à plasma; - un premier condensateur qui permet d'éliminer la composante = de courant continu éventuellement produite par l'arc; - une seconde self, qui sert à limiter le courant dans le four à une valeur maximum; - un second condensateur, qui sert à améliorer le facteur de puissance du circuit (cos φ).

Lorsque l'on désire alimenter le four en courant continu, on intercale, entre le circuit précité et le four à plasma, un appareil produisant du courant redressé, par exemple un redresseur à diodes ou un redresseur - régulateur à thyristors. Dans ce cas, le circuit d'alimentation peut ne pas comporter le premier condensateur et/ou la seconde self.

Bien qu'ils fonctionnent généralement de façon satisfaisante, ces circuits d'alimentation donnent quelquefois lieu à des in-1 cidents sérieux qui peuvent endommager l'installation et com promettre gravement la régularité de la marche du four.

Au nombre des incidents les plus fréquents, on peut citer l'apparition de surintensités de courant dans le secondaire du transformateur d'alimentation, ce qui entraîne automatiquement le déclenchement des disjoncteurs de sécurité et l'interruption de l'alimentation du four. On a également constaté quelquefois la destruction des condensateurs.

Les recherches effectuées par le demandeur l'ont amené à constater que la survenance de ces incidents était liée à l'appa-rition de certaines fréquences de résonance du circuit d'ali-.mentation.

' l· ! - 3 - 1 On sait que, d'une manière générale, les caractéristiques d'un ; , arc électrique, à savoir sa tension d'amorçage et sa résistance, i dépendent notamment du milieu gazeux présent entre les électro- i des et de la vitesse d'augmentation de la tension aux électrodes .

Dans un système tel qu'un four à plasma à arc, ces caractéristiques, et en particulier la résistance, sont également sensibles à un retard d'allumage de l'arc.En effet, un retard d'allumage entraîne un refroidissement du plasma, avec comme conséquence, une augmentation de la résistance et une diminution du courant d'arc.

La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier aux inconvénients ci-dessus mentionnés, en limitant l'amplitude des variations de l'instant d'allumage de l'arc.

La présente invention est basée sur la constatation inattendue, selon laquelle la stabilité de l’arc est influencée par la valeur du rapport existant entre la fréquence de la tension d'alimentation et au moins une des fréquences de résonance du circuit d'alimentation du four à plasma.

Le procédé qui fait l'objet de la présente invention, dans lequel on alimente le four à plasma par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation présentant au moins une fréquence de résonance et auquel on applique une tension d'alimentation de fréquence déterminée, est essentiellement caractérisé en ce que l'on règle les fréquences de résonance du dit circuit d'alimentation à des valeurs telles que, combinées à la fréquence de la dite tension d'alimentation, elles ne provoquent pas de variations de 1' instant d'allumage de l'arc supérieures à 0,2 millisecondes.

ti - 4 -

On a constaté que les variations de l'instant d'allumage de l'arc sont d'autant plus grandes que la tension d'alimentation est plus faible et que la différence entre la fréquence de résonance et la fréquence de la tension d'alimentation est plus élevée.

Selon l'invention, on peut réduire l'instabilité de l'instant d'allumage de l'arc, en augmentant la tension d'alimentation de l'arc et en limitant les différences entre la fréquence de la tension d'alimentation et les fréquences de résonance.

Il est également apparu, au cours des recherches qui ont conduit à l'invention, qu'une augmentation de la tension d'alimentation permettait d'augmenter la valeur maximum admissible des fréquences de résonance du circuit d'alimentation.

Cette possibilité peut s'expliquer par les deux observations suivantes : a) pour des tensions d’amorçage d'arc égales, le retard entre la fréquence de résonance et la fréquence de la tension d'alimentation diminue, lorsque la tension d'alimentation augmente; b) la tension d'amorçage de l'arc diminue lorsque la vitesse d'augmentation de la tension aux électrodes augmente.

Il convient donc, dans chaque cas particulier d'application du procédé de l'invention, de choisir les fréquences de résonance du circuit d'alimentation du four à plasma en tenant compte de la tension d'alimentation et des caractéristiques de l'arc, en particulier de sa tension d'amorçage.

Le procédé de l'invention est applicable aux fours à plasma alimentés aussi bien en courant alternatif qu'en courant re-/j dressé.

%- - 5 - :i *

Dans le cas d'un four à plasma alimenté en courant alternatif, jj , le circuit d'alimentation présente généralement la configura- Îtion illustrée à la figure 1 et comprenant : - un transformateur T, appliquant aux bornes du circuit la tension d'alimentation désirée; - des disjoncteurs et Dconstituant des organes de sécurité en cas d'incident; - une première maille composée de ; - une self L^, destinée à filtrer les harmoniques émis par l'arc du four; - un condensateur C^, assurant l'élimination de la composante de courant continu éventuellement produite par l'arc; - un condensateur C2, permettant d'améliorer le facteur de puissance du circuit.

- une seconde maille montée en parallèle aux bornes du condensateur C2 et composée de : - une self I^, permettant de limiter le courant dans le four, - le four à plasma FAP.

Un tel circuit à deux mailles présente des fréquences de résonance qui sont déterminées par les éléments constitutifs des deux mailles.

Selon une première variante du procédé de l'invention, applicable dans le cas d'un circuit d'alimentation à deux fréquences de résonance, on limite l'amplitude des variations de l'instant d'allumage de l'arc en réglant les dites fréquences de résonance de façon telle que les trois conditions suivantes soient simultanément satisfaites : - les deux fréquences de résonance ne sont pas symétriques par J rapport à la fréquence de la tension d'alimentation; Λ κί· ί ί ί - une des deux fréquences de résonance n'est pas un multiple 4 3 g ' entier de l'autre; Î- aucune des fréquences de résonance ne correspond à une fréquence harmonique ou sübharmonique de la fréquence de la tension d'alimentation.

Ces conditions peuvent s'exprimer de la façon suivante :

(1) £λ+ f2 μ 2 F

(2) f^ f a. f2 ou f2 ï h. f^

(3) ±λ / c.F f2 H a-F

avec : F = fréquence de la tension d'alimentation, f^, f2 = fréquences de résonance, a,b,c,d, = nombres entiers non nuis.

Un four à plasma peut également être alimenté en courant alternatif redressé.· Dans ce cas, le circuit d'alimentation comporte généralement des redresseurs disposés avant le four, comme le montre, à titre indicatif, la figure 2.

Selon une deuxième variante du procédé de l'invention, applicable au cas d'un four à plasma alimenté en courant alternatif redressé, on limite l'amplitude des variations des caractéristiques de l'arc en réglant toutes les fréquences de résonance du circuit d'alimentation, de telle façon que : - toutes les fréquences de résonance du circuit diffèrent de la fréquence de la tension d'alimentation, ainsi que de ses harmoniques, dans le cas d'une alimentation monophasée; ou - toutes les fréquences de résonance du circuit diffèrent d'une fréquence égale à n fois la fréquence de la tension fondamen-. taie, ainsi que de ses harmoniques, dans le cas d'une ali-J mentation polyphasée à n phases.

f - 7 -

Ces conditions peuvent encore s'écrire : r - alimentation_monophasée :

(4) / e.F

- alimentation n_-_phasée : (5) f._ / g. n. F, avec : F = fréquence de la tension d'alimentation ou de la tension fondamentale, f^ = fréquence de résonance (i = 1,... entier) e,g = nombres entiers ou nuis n = nombre de phases.

Selon une modalité intéressante de mise en oeuvre de cette deuxième variante, on adapte les valeurs de la self et/ou d'au moins un des condensateurs et façon Que les fré quences de résonance du circuit d'alimentation diffèrent d'au moins 10 % et de préférence d'au moins 13 %, des valeurs des dites fréquences ou harmoniques de la tension d'alimentation, ί respectivement de la tension fondamentale.

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Claims (4)

1. Procédé pour stabiliser l'alimentation électrique d'un four a plasma à arc, dans lequel on alimente le dit four par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation qui présente au moins * une fréquence de résonance et auquel on applique une tension d'alimentation de fréquence déterminée, caractérisé en ce que * l'on règle la ou les fréquences de résonance du dit circuit d' alimentation à des valeurs telles que, combinées à la fréquence de la dite tension d'alimentation, elles ne provoquent pas de variations de l’instant d'allumage de l'arc supérieures à 0,2 millisecondes.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où le dit four à plasma est alimenté en courant alternatif par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation présentant deux fréquences de résonance, on limite l'amplitude des variations de l'instant d'allumage de l'arc en réglant les dites fréquences de résonance, de façon telle que les trois conditions suivantes soient simultanément satisfaites : a) les deux fréquences de résonance ne sont pas symétriques par rapport à la fréquence de la tension d'alimentation; b) une des deux fréquences de résonance n'est pas un multiple entier de l'autre; > c) aucune des deux fréquences de résonance ne correspond à une fréquence harmonique ou subharmonique de la dite fréquence de la tension d'alimentation.

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où le dit four à plasma est alimenté en courant alternatif redressé, par l'intermédiaire d'un circuit d'alimen- fl tation présentant au moins une fréquence de résonance, on li- Λ ! - · - II - 9 - mite l'amplitude des variations des caractéristiques de l'arc * en réglant toutes les dites fréquences de résonance de telle façon que t a) toutes les fréquences de résonance du circuit diffèrent de la fréquence de la tension d'alimentation, ainsi que de ses « harmoniques, dans le cas d'une alimentation monophasée, ou que h) toutes les fréquences de résonance du circuit diffèrent d' une fréquence égale à n fois la fréquence de la tension fondamentale, ainsi que de ses harmoniques, dans le cas d'une alimentation polyphasée à n phases.

4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on adapte la valeur d'au moins un des éléments constitutifs du dit circuit d'alimentation, de façon que les dites fréquences de résonance diffèrent d'au moins 10 %, et de préférence d'au moins 13 %, des valeurs des dites fréquences ou harmoniques de la tension d'alimentation, respectivement de la tension fondamentale. — K \