Brevet FR2133471A1 — publié le 19721201

L'invention concerne un dispositif pour déterminer la tension entre des pointes d'électrodeset etla masse fondue dans des fours métallurgiques à courant triphasé, et notamment pour déterminer la tension d'arc dans des fours à arc à courant triphasé. Le dispositif suivant l'invention ne se limite pas aux exemples décrits par la suite. I1 peut être utilisé dans des fours à courant triphasé de différents types, tels que par exemple dans des fours à arcs à courant triphasé et dans des fours électriques de refonte des scories. Pour des raisons de simplicité, l'invention sera expliquée en application à un four à courant triphasé. La condition requise pour un comportement recherché du four et un réglage exact des électrodes dans les fours à arc à courant triphasé est la mesure de la tension d'arc exacte entre les pointes des électrodes0 Tant que cette tension ne peut pas être mesurée exactement, ni de façon continue, il ngest pas non plus possible de mesurer la puissance effective de l'arc entre les trois électrodes. Ces grandeurs et les courants associés sont déterminants pour un comportement économique du four et sont, en dehors de quelques autres influences, prépondérants pour la "phase aigùe". Pour des raisons pratiques, il n'est pas possible de mesurer la tension d'arc directement sur les pointes des électrodes ou dans leur voisinage étant donné que les conducteurs de mesure ne pourraient pas être disposés de façon adéquates C'est pourquoi jusqu'à maintenant une tension était prélevée la plupart du temps à proximité de la monture des électrodes et envoyée aux appareils de mesure et de réglage. Ce type connu d'obtention de mesures est entaché d'erreurs - Le point de mesure est situé sur la voie de passage du courant fort C'est-à-dire qu'en plus de la tension d'arc, on mesure aussi une partie de la chute de tension dans le con docteur. - Les perturbations dans les conducteurs de mesure sont si élevées par suite des fortes intensités qu'il se produit des erreurs importantes qui ne doivent pas être prises en compte. Un autre procédé connu pour connattre la tension d'arc à partir de diagrammes circulaires, lorsque la tension du transformateur et l'intensité du courant sont connues, est également entaché d'erreurs: - Les diagrammes circulaires ne sont valables que pour des courants sinusoïdaux, ce qui n'est pratiquement jamais le cas dans les décharges d'arc. - Les chutes de tension dans un des conducteurs sont détermi- nées respectivement par le courant circulant dans ce conducteur et par les courants circulant dans les conducteurs voisinus Les diagrammes circulaires sont obtenus pour des courants définis, stationnaires et sinusoldaux, dans les trois conducteurs. Mais, dans la pratique, de forts déplacements de charge se produisent ; les courants ne sont presque jamais sinusoldaux et les chutes de tension et les tensions d'induction mutuelle dépendent de la vitesse de variation du courant. C'est pourquoi le diagramme circulaire n'est pas explicite de façon exacte pour l'obtention de l'état de fonctionnement0 L'invention a pour but de mesurer de façon continue la tension (effective) entre les pointes des électrodes et la masse fondue dans le cas de fours métallurgiques à courant triphasé, et notamment la tension d'arc dans des fours à arc à courant triphasé. Ce probe est résolu conformément à l'invention grâce au fait qu'on reproduit,-par l'intermédiaire des courants des conducteurs dans le système à courant fort au moyen d'organes différentiateurs, d'une part les contre-tensions induites dans les conducteurs de courant fort aux bornes d'un montage à résistances et d'autre part les chutes de tension ohmiques dans les conducteurs à courant fort aux bornes de résistances, qu'on additionne les contre-tensions induites formées et les chutes de tension ohmiques pour obtenir des chutes de tension totales et on forme la différence entre la tension aux bornes du transformateur du cbté du courant fort et les chutes de tension totales. A l'aide du dispositif suivant l'invention, il est possible d'obtenir de façon indirecte la tension d'arcs La tension formée conformément à l'invention est une vraie reproduction de la tension d'arc efficace, tant en ce qui concerne la forme de la courbe et les valeurs (efficaces et moyennes) que la position de phase0 La connaissance de la tension d'arc est la condition requise pour un réglage précis de la longueur de l'arc et de la puissance de l'arc ainsi que pour une adaptation optimale automatique du transformateur de four. L'invention part des considérations suivantes, Les contre-tensions induites dans les trois boucles R-S, S-T et T-R sont proportionnelles à la variation dans le temps des flux magnétiques associés à ces boucles (ctest-à-dire proportionnelles à dt . Les flux magnétiques sont eux-mêmes respectivement proportionnels aux trois intensités des courants circulant dans les conducteurs. L'importance de l'influence des courants circulant dans les conducteurs voisins sur le champ magnétique associé dans chaque boucle dépend de la disposition géométrique relative des conducteurs entre eux ( pratiquement constante).La contre-tension induite dans la boucle R-S par exemple est e t = Ki . dIS + K2 dis +K3 dit RS . dt + dt + dt On obtient des formules semblables pour les contre-tensions induites dans les autres boucles0 Ces contre-tensions d'induction sont formées conformément à l'invention dans le montage de mesure grâce au fait que les trois courants circulant dans les conducteurs sont évalués, différenciés et reproduits aux bornes de résistances, sous la forme de tensions. On tient compte des différentes constantes KI, K2, K3 à l'aide de prises de résistances. Les trois tensions induites obtenues sont reliées ensemble dans un montage en triangle suivant le système-à courant triphasé et sont réunies aux bornes d'un montage de résistances symétriques en étoile (transformateur triangleétoilé). Les tensions aux bornes des résistances, montées en étoile, sont donc une bonne représentation des contre-tensions inductives (chutes de tension) dans les différentes phases du système à courant fort. Les diverses chutes de tension ohmiques, qui sont formées par le courant dans les résistances ohmiques, sont ajoutées auxdites tensions inductives. La somme est proportion nelle à la chute de tension totale dans le conducteur considéré. Ces chutes de tension sont soustraites de la tension aux bornes du transformateur (avec réduction correspondante). La diffe rence correspond à la tension d'arc. A titre d'exemples on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé deux formes de réalisation du dispositif suivant l'invention. La figure 1 représente un dispositif conforme à 1' invention. La figure 2 montre une variante du dispositif de la figure 1. La figure 3 montre des diagrammes de fonctionnement du dispositif conforme à l'invention. La référence 1 désigne un four à arc représenté schématiquement, qui possède trois électrodes 2. Celles-ci sont alimentées par le transformateur de four 3, partiellement représenté. L'ensemble K1 - K2 - K3 - M représente un montage triangle-étoile constitué par les résistances R1 à R12 . Des transformateurs différentiateurs 4, 5 et 6, dérivent des tensions et celles-ci sont appliquées aux bornes des résistances R1, R2 et R3. Ces tensions sont proportionnelles à diR/ dt, diS/dt et diT/dt.Des tensions dérivées de façon analogue sont appliquées aux résistances R4, R5 et R6 ainsi que R7, R8 et R9. Les contre-tensions induites, associées aux trois phases (chutes de tension) sont prélevées entre les points K1, K2, K3 et Mo Au lieu des transformateurs différentiateurs 4, 5 et 6, on peut également utiliser d'autres moyens pour dériver des tensions, qui sont proportionnelles à di/dt, comme par exemple une bobine de blocage dans le circuit secondaire d'un transformateur de courant ou d'un amplificateur différentiateur disposé de façon appropriée, Les chutes de tension ohmiques dans les différentes phases sont ajoutées aux contre-tensions induites.Les chutes de tension ohmiques sont reproduites aux bornes de résistances R13, R14 et R15, qui sont traversées par les courants proportionnels aux courants de phases. A cet effet, les résistances R. R14 et R15 sont reliées à des transformateurs 7, 8 et 9. On forme la différence entre les tensions UR, Us et UT du côté du courant rort et les tensionsOU UR, tUs et a UT, qui ont été formées par addition des contre-tensions induites et des chutes de tension ohmiques. Pour cela, on torme une tension proportionnelle aux tensions UR, Us et UT, à l'aide du transformateur -16 aux bornes des résistances R16, R17 et tR Les différences des tensions U R - a UR , Us - bUS et UT ~ UT sont présentes aux bornes 10/11, 12/13 et 14/15 et correspondent aux tensions d'arc ULR, ULS et ULT. Les tensions dérivées conformément à l'invention et correspondant aux tensions d'arc effectives sont amplifiées dans des amplificateurs 17, 18 et 19 afin que les transformateurs de mesures ou appareils de mesures branchés en série en aval n'influencent pas le montage de mesure proprement dit, à résistance élevée. Les convertisseurs de mesures 20 et 21, susceptibles d'être raccordés aux entrées des amplificateurs 17, 18 et 19, ont par exemple pour rôle de transformer les tensions d'arc alternatives ULR, ULS et ULT en des tensions continues qui correspondent à la valeur efficace et, avec le courant de phase respectif, à la puissance de l'arc. Ces tensions continues sont nécessaires pour un réglage électronique d'arc précis et ont en outre l'avantage de pouvoir être amorties à volonté pour l'enregistrement. La figure 2 montre un dispositif légèrement modifié, dans lequel les contre-tensions induites dans les conducteurs à courant fort (R, S, T) sont reproduites aux bornes d'un montage de résistances en étoile (K4, K5, K6, M1), au lieu d'un montage de résistances triangle-étoile, comme dans le cas de la figure 1. Toutes les autres parties de la figure 2 correspondent à celles de la figure 1. Le dispositif représenté en figure 2 possède, par rapport à celui représenté en figure 1, essentiellement l'avantage consistant en ce qu'il est d'une constitution plus simple et produit de meilleurs résultats dans la plupart des cas d'utilisation; le montage des résistances en étoile (K4, K5, K6, M1 > possède une sortie de faible résistance ohmique, d'où il résulte une moins grande sensibilité aux perturbations et une réduction des erreurs dues à une adaptation imprécise des appareils électroniques branchés en série en aval. On peut imaginer une simplification encore plus grande du montage de la figure 2 en reliant chaque branche du montage des résistances en étoile seulement avec les transformateurs différentiateurs de deux des phases (R, S, T). Cela est possible parce que, dans le système de courant triphasé, les grandeurs d'une phase peuvent être représentés par les grandeurs des deux autres phases. Si l'on procède ainsi, on peut supprimer dans le cas présent un enroulement du transformateur différentiateur dans chaque phase et une résistance dans chaque branche dans le montage de résistances en étoile. Naturellement, les résistances restant dans le montage de résistances en étoile doivent alors être dimensionnées différemment. La figure 3 permet de reconnattre le comportement du dispositif conforme à l'invention en fonctionnement. C'est avec un dispositif tel que celui de la figure 2, que la tension d'arc est déterminée dans un four à arc à courant triphasé. On obtient à la sortie de l'amplificateur 17 la courbe a représentée sur la figure 3. La courbe b montre la tension effective mesurée sur la pointe des électrodes (à l'aide d'une sonde de mesure). On reconnait aisément la grande coincidence des courbes a et b, ce qui est indispensable pour un bon réglage. Au contraire la courbe c, qui a été prélevée à la sortie d'un appareil usuel pour déterminer la tension d'arc, s'carte de façon importante de la courbe de consigne b. On y constate des défauts importants (écarts) dans la forme de la courbe, dans l'amplitude (non proportionnalité) et des déphasages. De ce fait, on obtient une valeur réelle non appropriée pour un réglage de bon fonctionnement de la tension et de la puissance de 1 arc REVENDICATIONS 1. Dispositif pour déterminer la tension entre des pointes d'électrodes et la masse fondue dans des fours métallurgiques à courant triphasé et notamment pour déterminer la tension d'arc dans des fours à arc à courant triphasé, caractérisé par le fait que par l'intermédiaire des courants des conducteurs dans le système à courant fort (R, S, T) et à l'aide d'organes différentiateurs (4, 5, 6), d'une part les contre-tensions induites dans les conducteurs à courant fort (R, S, T) sont formées aux bornes d'un montage de résistances et, d'autre part, les chutes de tension ohmiques dans lesdits conducteurs sont formées aux bornes de résistances (R13, R14, R15), que que contre-tensions induites formées et les chutes de tension ohmiques sont additionnées pour former des chutes de tension totales (AURt Us 4 UT), la différence étant alors formée entre la tension aux bornes du transformateur du côté à courant fort ( URt Uss UT) et les chutes de tension ( URsh Ust4UT) 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les contre-tensions induites dans les conducteurs à courant fort sont reproduites aux bornes d'un montage de résistances triangle-étoile (K1, K2, K3, M) par l'intermédiaire des courants des conducteurs dans le système à courant fort (R, S, T) à l'aide d'organes différentiateurs (4, 5, 6). 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les contre-tensions induites dans les conducteurs à courant fort sont reproduites aux bornes d'un montage de résistances en étoile (K4, K5, K6, M1) par l'intermédiaire des courants des conducteurs dans le système à courant fort (R, S, T) et à l'aide d'organes différentiateurs (4, 5, 6).