Brevet FR2236333A1 — publié le 19750131

La présente invention concerne un dispositif pour le fonc- tionnement sur convertisseur statique de courant dlun appareil de chauffage électrique même en cas de défaillance d'un ou de plusieurs thyristors dudit convertisseur, dont le groupe de commande est pré cédé d'un régulateur de courant recevant de transmetteurs appropriés une valeur de consigne et une valeur réelle du courant dans le cir- cuit de charge. On contact de tels dispositifs9 par exemple d'après la Revue SIEADENS 47 (1973), nO 1, pages 48 à 52 et figures 6 et 7. Dans le fonctionnement sur convertisseur statique de courant d'appareils de chauffage électrique, par exemple celui de fours de fusion 'a des fréquences d'alimentation de l'ordre de O à 10 Hz ou de fours à recuire à moyennes fréquences de l'ordre de 300 à 10 000 Hz, il faut s'attendre parfois à des défaillances de thyristors dans le convertisseur pendant le recuit et, par suite, à des mises hors circuit du four. Le produit alors justement soumis au processus de traitement thermique dans un tel cas de perturbation doit souvent & re considéré comme un rebut irrécupérable causant de grandes pertes d'argent, sur des fournées précieuses. Dans les appareils de chauffage électrique en service, il est usuel d'associer à chaque thyristor, dans les multiples groupes d'un convertisseur statique de courant, un fusible en série avec le circuit de commutation dudit thyristor, pour protéger des surcharges ces composants également précieux, puis de rendre perceptible par une installation d'alarme la rupture du fusible au moyen de contacts avertisseurs coopérant avec lui et/ou mettre alors hors circuit l'installation du four. Avant que le personnel alerté ait pu intervenir utilement, en remplaçant par exemple le composant thyristor défectueux, le produit recuit à traiter est souvent déjà dégradé et d'autres fusibles ou thyristors sont éventuellement détruits aussi. L'expérience recueillie sur de tels appareils de chauffage électrique alimentés par convertisseur statique de courant a montré que, lors des perturbations de fonctionnement précitées, on peut encore préserver, au moins pendant un temps limité, les caracteris- tiques métallurgiques du produit recuit tant que la puissance convertie peut selon les conditions données etre maintenue à environ la moitié de sa valeur fixée à l'origine. L'invention a précisément pour objet un dispositif qui maintienne le fonctionnement en cas de défaillance d'un ou de plusieurs transistors en sorte que le produit recuit ne soit pas dégradé. Ce dispositif, du genre annoncé, est caractérise par le fait qu'un montage de surveillance dérive de chaque thyristor d'un groupe dusconvertisseur statique de courant un signal représentatif, ou témoin, de ltétat de fonctionnement dudit thyrism tor et ce signal influence le régulateur de courant dans le sens d'un abaissement de la valeur de consigne du courant en cas de perturbations du fonctionnement des thyristors. On a en outre reconnu qu'en cas de defaillance d'un ou de plusieurs fusibles et ou thyristors du convertisseur statique de courant, il est aussi possible de maintenir un fonctionnement de secours de appareil de chauffage électrique en obtenant autrement que par abaissement direct de la valeur de consigne du-courant une réduction du courant de charge dès la défaillance d'un ou de plusieurs thyristors. On obtient également une réduction du courant de charge par des moyens simples dès lors qu9en cas de perturbations du foli tionnement d'un transistor, le signal témoin de l'état dudit fonctionnement influence dans le sens d'une modification de son amplification le régulateur de courant, agencd en régulateur proportioNle*. Dans un mode de réalisation préféré, le signal témoin met en court-circuit une résistance placée dans le circuit de contreréaction du régulateur de courant. On se base ainsi sur le fait qu'en utilisant un régulateur proportionnel comme régulateur de courant, n peut faire agir le signal témoin sur la contre-réaction de celui-ci. Ledit régulateur de courant peut notamment être un amplificateur opérationnel. En cas de surveillance d'un seul groupe de thyristors9 le signal témoin peut mettre en court-circuit une partie de la résistance globale du circuit de contre-réaction du régulateur & courant. S'il s'agit, au contraire, de plusieurs groupes de thyristors, il est opportun d'amener les signaux témoins à un montage d'exploitation qui fournisse un premier signal de sortie en préset d'un seul signal témoin et un deuxième en présence de plusieurs signaux témoins, le premier signal de sortie mettant en courtcircuit une première résistance, et lecdeuxième le montage en série de la première résistance et d'une autre, dans le circuit de contre- réaction du régulateur de courant. Comme interrupteur de mise en courb circuit de chaque résistance, on peut notamment utiliser un composant semi-conducteur. On profère cependant un transistor à effet de champ9 celui-ci ne représentant qu'une relativement faible résistance ohmique à 11 état conducteur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés schématiquement par le dessin annexé. La figure 1 représente un dispositif connu pour le fonce tionnement sur convertisseur statique de courant d'un four à recuire O recevant son courant d'alimentation, de fréquence prédéterminable9 d'un convertisseur statique de courant SR qui est relié à un réseau N et dont le groupe de commande St est actionné par un régulateur de courant IR proportionnel et intégral. Ce régulateur de courant IR reçoit sur une de ses entrées la valeur de consigne du courant icones d'un transmetteur de valeur de consigne SG et sur son autre entrée la valeur réelle de courant iréelle prélevée sur un transformateur de courant W dans le circuit du four. Le mime régulateur de courant IR recale la valeur réelle du courant iréelle sur la valeur de consigne i cons. En cas de défaillance d'un ou de plusieurs thyristors dans le convertisseur statique de courant SR pendant le processus de recuit dans le four O, la masse fondue est en danger si l'amenée du courant s'interrompt. Afin de maintenir un fonctionnement de secours à puissance réduite en cas de telles défaillances de thyristors du convertisseur statique de courant SR, on se sert de l'annonce de dérangement fournie par des fusibles associés chacun à un thyristor pour diminuer la valeur de consigne de courant i cons.0 Comme on le voit sur la figure 2a, les thyristors Thaî et Tha2, d'une part, et Thbl et Thb2, d'autre part, forment des groupes de transistors a et b, et il se trouve en série avec le circuit de commutation de chaque thyristor Th un fusible Sial, Sia2 ou Sibl, Sib2 dont l'état est reproduit, ou représenté, par des contacts avertisseurs al, a2 et bl, b2. La fusion d'un fusible Si s'accompagne de l'ouverture du contact avertisseur a ou b correspondant. Si, par exemple, les contacts avertisseurs al et a2 du groupe de thyristors a sont fermés et que, par conséquent, les thyristors Thai et Tha2 soient en état de fonctionner, on voit que, d'après la figure 2b, un relais Dl, dont ltenroulement est en série avec les contacts avertisseurs al et a2 dans un meme circuit, se trouve excité, avec son contact de travail dl fermé.Les contacts avertisseurs bl et b2 fermés sont eux aussi en série dans un même circuit avec l'enroulement d'un relais D2, si bien que, normalement le contact de travail d2 de ce relais D2 est également fermé. I1 arrive ainsi un courant de commande aux bases des transistors à effet de champ FET1, FET2 dans un montage d'exploitation AW Les transistors à effet de champ FET19 FET2 sont ainsi rendus conducteurs et les résistances R1, R2 et R3 sont mutuellement en parallèle. Un potentiomètreS servant de transmetteur de valeur de consigne SG, est alors parcouru par un courant déterminé par ces trois résistances R19 R2, R3 en parallèle.Du réglage de la prise sur le transmetteur de valeur de consigne SG il résulte donc l'arrivée d'une valeur de consigne fixée icones à l'entrée de valeur de consigne du régulateur de courant IR. Si l'un des contacts avertisseurs al, a2 ou bl, b2, par exemple al, s'ouvre lorsque le fusible Si correspondant brûle par suite d'un défaut de thyristor, le relais D1 ne reçoit plus de courant. Son contact de travail dl s'ouvre et interrompt le courant de commande en direction du transistor à effet de champ FET1. La résistance R1 est alors débranchée de son montage en parallèle avec les résistances R2,R3 et le potentiomètre SG est parcouru par un plus faible courant. Pour une même position de la prise sur le transmetteur de valeur de consigne SG, la-valeur de consigne du courant icones introduite. dans le régulateur de courant IR diminue donc, ce qui entratne une réduction de la valeur réelle de courant iréelle. Si, après la défaillance du thyristor Th du groupe a, c'est-à-dire alors que la puissance du four est déjà diminuée, un thyristor, par exemple Thbl, du groupe b tombe à son tour en panne et ouvre par conséquent aussi le contact avertisseur bl, le relais D2 est lui aussi désexcité. Son contact de travail d2 s'ouvre et la résistance R2, le transistor à effet de champ FET2 n'étant plus sollicité, est également retirée de son montage en parallèle avec la résistance R3. A position de la prise inchangée sur le transmetteur de valeur de consigne SG, le courant du four s'abaisse dlun autre échelon, puisqu'il ne reste plus maintenant que la résistance R3 dans le circuit dudit transmetteur SG. La figure 3 illustre une autre possibilité d'intervention sur la valeur de consigne en cas de défaillances de thyristor. On y remarque entre le transmetteur de valeur de consigne SG et le régulateur de courant IR un amplificateur V à contre-réaction galvanique. Dans celui-ci, des résistances R4 et R5 en série dans le circuit de contre-réaction sont influencées d'après l'état de fonctionnement des thyristors du convertisseur statique de courant SR.Si ltun des contacts avertisseurs al, a2, bl, b2, par exemple le contact al ou bl, s'ouvre, il en résulte aussi l'ouverture du contact de travail d3 du relais D3 ou d4 du relais D4. En ce cas, un circuit NI (ou NOR) présente un signal de sortie qui court-circuite, par l'intermédiaire du transistor FET1, la résistance R4 dans le circuit de contre-réaction de l'amplificateur V, si bien que la résistance R5 reste seule dans ledit eircuit. La valeur de consigne de courant icones réglée sur le transmetteur SG et amenée à l'entrée de valeur de consigne du régulateur de courant IR s'abaisse de ce fait, et de même le courant du four. Si, après la perturbation de thyristor précitée, il s'en produit une autre dans un groupe de thyristor distinct, c'est-à- dire si les deux relais D3 et D4 sont désexcités, un circuit NON-ET (ou NAND) délivre un signal de sortie qui actionne le transistor à effet de champ PET2. Le circuit de commutation de celuici courtcircuite les deux résistances R4 et R5, si bien que l'amplification de V et, par conséquent, la valeur de consigne de courant icone introduite dans le régulateur de courant IR, et précédemment déjà diminuée, se trouvent encore réduites davantage. Dans l'exemple selon la figure 4, un appareil de chau- fage électrique 0, plus particulièrement un four de fusion, est alimenté, à partir d2un réseau de tension alternative N, par l'intermédiaire drun convertisseur statique de courant SR commandé. La fréquence du courant de charge peut par exemple être comprise entre O et 10 Hz. Avec le convertisseur statique de courant SR coopère un groupe de commande St précédé d'un régulateur de courant IR du type proportionnel. Une valeur de consigne de courant icons. four- nie par un transmetteur SG représenté sur la figure sous la forme d'un potentiomètre parvient à l'une des entrées dudit régulateur de courant IR.Son autre entrée reçoit une valeur réelle de courant iréelle d'un transformateur de courant W placé dans le circuit de charge. Le régulateur de courant IR recale en fonctionnement normal, non perturbé, la valeur réelle de courant irréelle sur la valeur de consigne icones. prescrite. Le convertisseur statique de courant SR renferme un certain nombre de thyristors: on s'est borné à en représenter quatre, désignés par Thaîg Tha2, Th, , Thb2, sur la figure 4. Ceux-ci font partie d'une seule et même branche du convertisseur et sont répartis en un groupe de thyristors X et un groupe b. Un montage de surveillance est destiné å maintenir un fonctionnement de secours à puissance réduite en cas de défaillance ou de surcharge d'un ou de plusieurs des thyristors Thal Tha2, Thb19 Thb2 Il fournit pour chaque groupe de thyristors a ou b un signal xl ou x2 indicatif, ou témoin, de l'état de fonctionnement perturbé, lequel signal est utilisé pour modifier llamplifícation du régulateur de courant IR: un fusible Si portant le mbme indice que le thyristor Th correspondant est branché à cet effet en série avec le circuit de commutation de chaque thyristor Th.Chaque fusible Si Si Sibl ou Sib2 possède un contact avertisseur al, a2, bl ou b2, dont sa fusion détermine l'ouverture. Les contacts avertisseurs al, a2 et bl, b2 d'un mime groupe de thyristors a ou b sont branchés en série. Ces deux montages en série al, a2 et bl, b2 sont reliés, d'un coté, en commun au pAle négatif X d'une source de tension continue et9 de l'autre c8té, par un circuit NI P1 ou P2 servant à l'inversion du signal, à un montage d'exploitation A. Celui-ci renferme un circuit NI B et un circuit NON-ET D dont les entrées respectives sont reliées, pour chacun d'eux, aux sorties des circnits NI Pl et P2.Ledit montage -d'exploitation A assure l'émission d'un premier signal de sortie zl (positif) en présence d'un des deux signaux témoins xl ou x2 (négatifs) et celle dlun deuxième signal de sortit z2 (positif) en la présence simultanée des deux signaux témoins xi et x2 (négatifs). La sortie du circuit NI B est reliée à I1 entrée de commande d'un premier commutateur constitué dans cet exemple par un transistor à effet de champ FET 5. La sortie du circuit NON-ET D est de même reliée à 1'entrée de commande d'un deuxième commutateur, ou transistor B effet de champ, FET 6. Le circuit de commuta tion du premier transistor à effet de champ FRETS court-circuite une première résistance R6; celui du deuxième transistor FET6 est branché en parallèle sur le montage en série des premiere et deuxième résistances R6 et R7, celles-ci placées dans le circuit de contre-réaction du régulateur de courant IR. La valeur ohmique des deux résistances R6, R7 est élevée, comparativement à celle des transistors à effet de champ FETS, FET6 à l'état conducteur et peut par exemple être de 10 kOhms. On peut court-circuiter ainsi la résistance R6 par le premier commutateur et le montage en série des deux résistances R6, R7 par le second. En dehors de toute perturbation du groupe de thyristors a9 les deux contacts avertisseurs al et a2 de ce groupe sont fermés. Le signal témoin xl est un signal 1 et il apparat comme signal inversé yl, à la sortie du circuit NI Pu, un signal 0 qui est transmis aux premières entrées respectives du circuit NI B et du circuit NON-ET D. S'il n' > a également pas de perturbation dans le groupe de thyristors b, les deux contacts avertisseurs bl, b2 de ce groupe sont aussi fermés, le signal représentatif x2 est un signal 1 et le signal inversé y2 de la sortie du circuit NI P2, signal amené aux secondes entrées respectives du circuit NI B et du circuit NON-ET D, est donc un signal 0. Les deux signaux O ainsi présents aux entrées du circuit NI B donnent un signal 1 comme signal de sertie zl. Le transistor à effet de champ FET5 reste de ce fait à 19 état bloqué.De mimez les deux signaux O des entrées du circuit NON-ET D fournissent un signal 1 comme deuxième signal de sortie z2 et le transistor à effet de champ FET6 est maintenu à l'état bloqué. Les deux résistances R6, R7 agissent donc à plein dans le circuit de contre-réaction du régulateur de courant IR, lequel présente son amplification maximale. Si l'un des contacts avertisseurs al ou a2 s'ouvre, à la fusion du fusible correspondant Si al ou Sia2 due à un défaut de thyristor ou à une surcharge, le signal reproductif xl se change en un signal 0. Il apparaît à la sortie du circuit NI P1 un signal 1 qui est-transmis aux secondes entrées du circuit NI P et du cir- cuit NON.ET D. Le signai O et le signal I respectivement présents à la première et à la deuxième entrée du circuit NI B donnent comme signal de sortie zl un signal 0. Le transistor B effet de champ PETS devient ainsi conducteur et la première résistance R6 est court-circuitée.Le signal O de la première entrée du circuit NON-ET D et le signal 1 de la seconde font apparattre un signal 1 en tant que signal de sortie z2, si bien que le transistor à effet de champ PET 6 reste à l'état bloqué. La deuxième résistance R7 agit dès lors seule dans le circuit de contre-réaction du régulateur de tension IR. L'amplification de ce dernier sten trouve réduite, d'où une diminution du courant dans l'appareil de chauffage électrique 0. Il en va de même en cas de perturbation dans le groupe de thyristors b avec situation normale du groupe a. Le montage d'exploitation A est donc conçu en sorte quten présence d'un seul signal témoin (négatif) xl ou x2, il délivre un premier signal de sortie (positif) zl à l'électrode de c-ommande du transistor à effet de champ FET 5 et fasse passer celui-ci à l'état conduteur, le transistor à effet de champ FET6 étant an contraire bloqué. Dans le cas d'une perturbation dans le groupe de transis- tors a et simultanément aussi dans le groupe b, les deux signaux représentatifs xl et x2 sont des signaux 0. Les deux entrées du circuit NI B et celles du circuit NON-ET D sont le siège de signaux 1. On obtient donc comme premier signal de sortie zl un signal O qui maintient le transistor à effet de champ PETS 'a l'état conducteur. Le deuxième signal de sortie z2 est un signal O qui maintient de même le transistor à effet de champ PET6 à l'état conducteur.Le montage en série des résistances R6 et R7 dans le circuit de contre-réaction du régulateur de courant IR se trouve ainsi court-ciruité. I1 en résulte une réduction supplémentaire de l'amplification du régulateur de courant IR, Si bien que la valeur réelle irréelle du courant dans l'appareil-de chauffage électrique O stabaisse elle aussi davantage. La charge de courant des transistots-non perturbés du convertisseur statique de courant SR est donc rendue eneore plus faible. Le montage d'exploitation A délivre ainsi en la présence simultanée de deux signaux représentatifs xl et x2 un deuxième signal de sortie (positif) z2 qui fait passer le transistor à effet de champ FET6 à llétat conducteur. Les deux résistances R6 et R7 s'en trouvent court-circuitées, d'où il résulte une réduction supplémentaire de l'amplification du régulateur de courant IR. Il peut subsister un fonctionnement de secours jusqutà ce que llon ait mis fin à la perturbation. REVENDI CI ONS 1. Dispositif pour le fonctionnement sur convertisseur statique de courant d'un appareil de chauffage électrique mme en cas de défaillance d'un ou de plusieurs thyristors dudit convertisseur, dont le groupe de commande est précédé d'un régulateur de courant recevant de transmetteurs appropriés une valeur de consigne et une valeur réelle du courant du circuit de charge2 dispositif caractérisé par le fait qu'un montage de surveillance dérive de chaque thyristor d'un groupe du convertisseur statique de courant un signal représentatif, ou témoin, de l'état de fonctionnement dudit thyrist tor et ce signal influence le régulateur de courant dans le sens d'un abaissement de la valeur de consigne du courant en cas de per turbations du fonctionnement de ce m8me transistor. 2. Dispositif selon la revendication l caractérisé par le fait que le signal témoin de l'état de fonctionnement du thyristor est dérivé d'un fusible branché en série avec le circuit de commutation de ce même transistor. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait qu'un fusible individuel assorti d'un contact avertisseur s'ouvrant lorsque ledit fusible branle est branché en série avec chaque thyristor et ces contacts avertisseurs des fusibles sont en série entre eux dans la ligne de commande d'un montage logique délivrant un signal avertisseur de perturbation à l'ouverture d'un ou de plusieurs desdits contacts. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la sortie du montage logique influence un montage d'ex exploitation compris dans le circuit du transmetteur de valeur de consigne-et diminuant, à l'arrivée d'un signal avertisseur de per turbation, le flux de courant à travers ledit transmetteur de valeur de consigne. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait qutil comporte entre l'entrée et la sortie du montage d'est ploitation un montage en parallèle de deux ou plus de deux résistances avec une ou plusieurs desquelles est branché en série un commutateur normalement fermé, notamment le circuit de commutation d'un transistor à effet de champ, commutateur commandable par le signal avertisseur de perturbation. 6. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la sortie du montage logique influence un montage d'exploitation inséré entre le transmetteur de valeur de consigne et le régulateur de courant, montage composé d'un amplificateur qui est couplé à contre-réaction au moyen de résistanees et dont l'entrée est reliée à un transmetteur de valeur de consigne, sa sortie l'étant à l'entrée de valeur de consigne du régulateur de courant, 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que le circuit de contre-réaction de l'amplificateur comporte deux ou plus de deux résistances en série, dont une ou plusieurs sont court-circuitables, en cas de perturbations par un commutateur7 notamment un transistor à effet de champ, commandable pat le signal avertisseur de perturbation. 8e Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que le montage logique est un étage inverseur de signal. 9. Dispositif selon l'le quelconque des revendications 3 à 8 caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs circuits logiques reliés entre eux, lesquels surveillent les contacts avertisseurs de plusieurs groupes due thyristors, la corrélation entre lesdits circuits logiques étant choisie en sorte qu'un autre signal aver tisseur de perturbation stajoutant à un premier déclenche une nouvelle réduction de la valeur de consigne du courant. 10. Dispositif selon la revendication 1 caracténsé par le fait que le signal témoin de l'état~de fonctionnement du thyristor influence en cas de perturbation le régulateur de courant, du type proportionnel, dans le sens d'une modification de son amplification. 11. Dispositif selon la revendication 10 caractérisé par le fait que le signal témoin provoque le court-cireuitage d'une résistance placée dans le circuit de contre-réaction du régulateur de courant. 12. Dispositif selon la revendication Il caractérisé par le fait qu'en cas de surveillance d'un seul groupe de thyristor, le signal témoin destiné à court-circuiter une partie de la résistance totale intervient dans le circuit de contre-réaction du régulateur de courant. 13. Dispositif selon l1une quelconque des revendieations ll ou 12 caractérisé par le fait qu'en cas de surveillance de plusieurs groupes de thyristors, les signaux témoins sont amenés à un montage d'exploitation fournissant un premier signal de sortie en cas de présence d'un seul signal témoin et un deuxième en cas de plusieurs signaux témoins, le premier de ces signaux étant destiné court-circuiter une première résistance, et le deuxième le montage en série de la première résistance et d'une deuxième, dans le circuit de contre-réaction du régulateur de courant. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 13 caractérisé par le fait qu'il comporte comme commutateur de court-circuitage de la résistance un transistor à effet de champs 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14 caractérisé par le fait que le montage d'exploitation comprend un circuit NI et un circuit NON-ET auxquels sont amenés en commun, comme signaux témoin, des signaux 1 en fonctionnement non perturbé O en fonctionnement perturbé, le premier signal de sortie étant prélevé à la sortie du circuit NI, le deuxième à la sortie du circuit NON-ET. 16. Dispositif selon la revendication 15 caractérisé par le fait qu'un fusible individuel est monté en série avec chaque thyristor d'un groupe et les contacts avertisseurs de chaque groupe de thyristors sont également en série entre eux, ces divers montages en série de contacts avertisseurs étant reliés, dgun eot8, en commun au p61e négatif d'une source de tension continue et, de l'autre cotés chacun à un étage NI inverseur et les signaux de sortie de ces étages NI étant amenés, en signaux témoins, au circuit NI et au circuit NON-ET.