Brevet FR2145415A1 — publié le 19730223

t'invention concerne un dispositif convertisseur d'énergie électrique, permettant de délivrer une puissance alternative monophasée en absorbant une puissance électrique triphasée équilibrée, notamment pour un four, et en particulier une tour de fusion d'une ligne d'étamage électrolytique de t81e, ou pour un réseau de traction, un réseau d'éclairage routier, etc...... On sait en effet que de telles applications provoquent un déséquilibre du réseau d'alimentation si celui-ci n'est pas de puissance très supérieure à celle de la charge alimentée, et se traduisEnt par un mauvais facteur de puissance et des chutes de tension importantes. Un but de l'invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus, et de procurer un dispositif convertisseur d'énergie électrique de ce genre qui ne provoque pas de déséquilibre du réseau d'alimentation et qui assure un bon facteur de puissance et de faibles chutes de tension, méme lorsque la puissance monophasée à fournir est élevée. Selon un premier aspect de l'invention, convenant particulièrement dans le cas de fortes intensités, le dispositif convertisseur d'énergie électrique est caractérisé en ce qu'il est constitué par un transformateur comprenant un enroulement primaire triphasé et un enroulement secondaire hexaphasé en double étoile, chaque étoile de l'enroulement secondaire comportant deux bornes de sortie, l'une d'entre elles étant constituée par le point neutre de l'étoile et l'autre résultant de la mise en parallèle dans chaque phase de l'étoile de deux redresseurs commandés ou thyristors montés tette -beche, les bornes de sortie ainsi définies de chaque étoile étant réunies deux à deux, et le neutre d'une étoile étant réuni à la borne qui résulte de la mise en parallèle dans chaque phase de l'autre étoile des deux redresseurs commandés ou thyristors montés tete-beche et vice versa. Selon un autre aspect de l'invention, convenant particulièrement dans le cas de fortes tensions, le dispositif convertisseur d'énergie électrique est caractérisé en ce qu'il est constitué de deux ponts de Graetz commandés alimentés par un même réseau triphasé et débitant en sens inverse et successivement dans la charge. Selon une forme préférée de réalisation, une logique de cadencement assure à chaque demi-période le passage du régime redresseur au régime onduleur par un thyristor différent, afin de répartir par permutation la conduction de plus longue durée qui résulte du changement de sens de courant sur tous les thyristors successivement. L'invention s'applique de la façon la plus avantageuse à l'alimentation en courant alternatif monophasé d'une tour de fusion pour ligne de fabrication de tole étamée par voie électrolytique. Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence au dessin annexé7 des dispositifs d'alimentation en énergie électrique d'une tour de fusion pour ligne de fabrication de tôle étamée par voie électrolytique. La figure I représente schématiquement une tour de fusion pour ligne de fabrication de tble étamée par voie électrolytique. La figure 2 représente un dispositif d'alimentation en énergie électrique connu, à réglage de la tension par self-inductance saturable. La figure 3 représente un autre dispositif d'alimentation en énergie électrique connu, à réglage de la tension par deux thyristors montés tete bêche, La figure 4 représente un dispositif d'alimentation selon l'invention à transformateur avec secondaire en double étoile. La figure 5 représente la variation de la tension et de l'intensité délivrées par le dispositif de la figure 4. La figure 6 représente un dispositif d'alimentation selon l'invention à deux ponts de Craetz Dans la tour de fusion représentée en figure 1, une ttle 1 étamée électrolytiquement est dirigée vers les rouleaux de guidage 2 à 9. Un générateur électrique alternatif 10 apporte le courant aux rouleaux 3 et 8 chauffant ainsi par conduction la partie de tole située entre ces deux rouleaux, Le sens d'avancement de la tle est celui indiqué par les flèches situées à gauche et à droite de la figure, sur la tôles 1. Le rouleau 6 est immergé dans un bac de trempe 11. Les rouleaux 2 et 9 sont mis à la masse et des circuits magnétiques 12 et 13 de blocage du courant de fuite sont disposés en amont et en aval des rouleaux d'amenée de courant 3 et 8. L'usage actuel est d'alimenter la tour de fusion en courant alternatif monophasé 50 Hz, le réglage de la tension efficace s'effectuant par une sel;- inductance saturable disposée au primaire du transformateur d'alimentation, conformément à la figure 2 dans laquelle 14 et 15 sont les conducteurs de ligne, 16 une self à noyau saturable avec son enroulement de saturation 17 parcouru par un courant i , 18 le transformateur d'alimentation de la tour de fusion dont le secondaire 19 donne entre ses bornes 20 et 21 une tension U qui est appliquée entre les rouleaux 3 et 8 de la figure 1. Ce dispositif de réglage par self inductance saturable de la tnneinn Ueff appliquée entre les rouleaux 3 et 8 est de plus en plus abandonné car les constantes de temps varient de 2 à 20 secondes suivant l'état de saturation du circuit, pour les groupes de fortes puissances de 3 à 5 MW nécessaires à la fusion de l'étain sur les lignes rapides dont la vitesse atteint 540 à 700 mètres par minute. Un autre dispositif utilisé pour le réglage de la tension efficace d'alimentation est celui représenté sur la figu re 3. Dans cette figure, l'inductance saturable 16 au primaire du transformateur t8 d'alimentation a été remplacé par deux thyristors 22 et 23 montés tinte huche dans le circuit secondaire du transformateur d'alimentation 18. Ces deu systèmes ont l'inconvénient d'être monophasés, ce qui risque de provoquer des incidents sur le réseau d'alimentation vu l'importance des puissances actuellement utilisées pour de telles lignes d'étamage. Dans la figure 4, un transformateur 24 comporte un enroulement primaire 25 en triangle t un secondaire hexaphaé n double étoile 26 et 27. Chaque phase comporte deux thyristors montés tPte boche, 28, 28', 29, 29', 30, 30', 31, 31', 32, 32' > 33, 33'. Les phases de chaque étoile sont réunies en un point commun : 34 pour l'étoile 26 et 35 pour l'étoile 27. Le conducteur neutre 36 de l'étoile 26 vient se réunir au point 35 de réunion des thyristors de l'étoile 27 et le conducteur neutre 37 de l'étoile 27 vient se réunir au point 34 de réunion des thyristors de l'étoile 26. Les bornes 34 et 35 sont les bornes de sortie du dispositif et alimentent la charge 38. Le dispositif comporte également une bobine d'absorption 39. Dans l'exemple cité, le dispositif est utilsé pour l'alimentation de la tour de fusion d'une ligne d'étamage électrolytique et la charge 38 est la ttle 1 de la figure I, les bornes de sortie 34 et 35 étant connectées, par l'intermédiaire de collecteurs aux rouleaux 3 et 8 (fig. 1). Le dispositif comporte outre une commande de portes des thyristors, non représentée sur la figure, un dispositif de régulation asservi à une loi U2 = kV, U étant la tension appliquée entre les rouleaux 3 et 8 et V la vitesse de défilement de la ttle 1, et une logique de cadencement déterminant la fréquence d'allumage des thyristors. La figure 5 donne une représentation de la tension et du courant dé livrésoar le dispositif. La ligne en festons, A, représente la tension et la ligne, B, le courant. Les thyristors 28, 31, 29, 32, 30, 33 sont successivement allumés par l'alternance positive, ?uis les thyristors 33', 28, 31', 29', 32', 30' pour l'alternance négatif. les changements de fonctionnement des thyristors du régime rend fesseur au régime onduleur dans les zones comprises entre 33 et 33' puis 30' et 30 etc. .. lors du changement du sens de l'alter nuance, sont A chaque fois effectués par un thyristor Aiffrent e-Ace à une permutation de ceux-ciobtenue par la logique de cadencement. a conduction est plus longue correspondant à chaque changement d'alternances est ainsi assurée susessivement par chaque thyristor. Le dispositif fonctionne avec bande morte C et centrale du passage par zéro du courant. Le dispositif ainsi décrit permet donc d'obtenir un courant alternatif mo nophasé en absorbant une énergie triphasée équilibrée et peut s'appliquer à toutes les applications pouvant ou devant utiliser des fréquences comprises entre O et 50 hettz. Dans l'application décrite à une tour de fusion d'étamage électrolytique, on peut fonctionner à des fréquences de 15 à 20 Hz environ et cette réduction de la fréquence par rapport à celle de 50 Hz utilisée dans les dispositifs connus ne pose pas de problème en ce qui concerne le courant de fuite if, car il suffit d'augmenter les selfs inductance de blo-. cage 12 et 13 (voir figure 1) dans le rapport inverse ce qui revient à augmenter la section du circuit magnétique dans ce rapport. Le dispositif peut fonctionner sans bande morte et contrôle de pansage à zéro du courant mais avec un courant o circulation, suivant la lwatureue la charge 38. Par exemple, la figure 6 est un autre mode de réalisation de l'invention qui comprend deux ponts de Graetz 40 et 41 alimentée par une meme source triphasée 42 et débitant en sens inverse dans la charge 38 qui peut, par exemple, être un four à conduction ou à arc. Dans ce cas, on peut admettre un courant de circulation entre les deux ponts 40 et 41 celui-ci étant limité par deux réactances 43 et 44. Bien que les dispositif convertisseurs d'énergie électrique qui viennent d'être décrits soient préférables, on comprendra que diverses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains de leurs organes pouvant être remplacés par d'autres qui y joueraient le meme rle technique. Revendications 1.- Dispositif convertisseur d'énergie électrique, permettant de délivrer une puissance électrique alternative onophasée en absorbant une puissance électrique triphasée équilibrée, caractérisé en ce qu'il est constitué par un transformateur comprenant un enroulement primaire triphasé et un enroulement secondaire hexaphasé en double étoile, chaque toile de l'enroulement secondaire comportant deux bornes de sortie, I'une d'entre elles étant constituée par le point neutre de l'étoile et l'autre résultant de la mise en parallèle dans chaque phase de l'étoile de deux redresseurs commandés ou thyristors montés tête beche, les bornes de sortie ainsi éfînies de chaque étoile étant réunies deux à deux, et le neutre d'une étoile étant réuni à la borne qui résulte de la mise en parallèle dans chaque phase de l'autre étoile de deux redresseurs commandés ou thyristors montés tete beche et vice-versa. 2.- Dispositif convertisseur d'énergie électrique, permettant de délivrer une puissance électrique alternative monophasée en absorbant une puissance électrique triphasée équilibrée, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux ponts de Graetz, commandés, alimentes par un merle réseau triphasé et débitant en sens inverse et successivement dans la charge. 3- Dispositif convertisseur d'énergie électrique suivant l'une des revendications 1 ou 2,caractérisé en ce qu'une logique de cadencement assure i chaque demi-période le passage "u régime redresseur au régime onduleur par un redresseur différent afin de répartir par perm.utation la conduction de plus longue durée sui résulte > 7u changement de spins du courant sur tous les redresseurs successivement. 4.- Application du dispositif convertisseur d'énergie électrique suivant l'une des revendications 1 ou 7 à l'alimentation en courant alternatif monopha- sé d'une tour de fusion pour ligne de Fabrication de ttle étamée par voie électrolytique.