Brevet FR2429537A1 — publié le 19800118

La presente invention se rapporte à l'alimentation en energie électrique d'un four électrique à arcs, et plus particulièrement à l'alimentation d'un tel four à partir d'un réseau de faible puissance de court-circuit. D'une façon générale, un four électrique à arcs comporte trois électrodes en graphite alimentées chacune par le réseau triphasé à travers un transformateur de four, les trois électrodes étant branchées en couplage étoile, et le neutre étant constitué par la sole du four, ctest-à-dire en fait par la ferraille ou le minerai préréduit qu'elle contient. En raison en particulier des éboulements qui se produisent continûment dans la ferraille pendant le fonctionnement du four, le courant absorbé au secondaire du transformateur de four est essentiellement variable. Ces variations se traduisent sur le réseau par des variations de tension de même allure, qui ne sont pas tolérables pour les autres utilisateurs lorsqu'il n'existe pas un rapport suffisant entre la puissance qui peut être fournie par le réseau et la puissance absorbée par le four. La limite généralement permise par les fournisseurs énergie est de l'ordre de 1 % en variations de tension dues à la présence du four. Avec les alimentations pour fours électriques connues actuellement, les fournisseurs énergie exigent un rapport entre la puissance de court-circuit du réseau et la puissance nominale du four de l'ordre de 50 à 100.Par exemple, pour un four de 10 A de puissance nominale, il faudra un réseau d'alimentation dont la puissance de court-circuit est de l'ordre de 700 à 800 MVA. Or, dans certains pays, ia puissance de court-circuit du réseau ne dépasse pas 30 MVA, ce qui rend impossible avec les dispositifs d'alimentation actuellement connus, le branchement des fours électriques courants sur un tel réseau. En outre, les dispositifs d'alimentation connus présentent divers inconvénients : - On sait que, suivant les phases de la fusion, il est nécessaire d'utiliser des tensions secondaires du transformateur de four variant généralement dans un rapport de 1 à 3. Celà s'effectue actuellement à l'aide d'un régleur de tension venant commuter un certain nombre de prises au primaire du transforma teur de four. Ce système connu est complexe, onéreux et diminue la fiabilité de l'ensemble. - En amont du transformateur de four, on utilise un disjoncteur qui est sollici té très fréquemment, devant en particulier fonctionner, outre lorsque l'on dé tecte une surintensité, à chaque changement du cycle d'exploitation du four. Un tel disjoncteur fonctionne en moyenne entre 80 et 100 fois par jour. On ne peut donc pas utiliser un disjoncteur classique, construit pour ne fonctionner que sur défaut, et dont le nombre de fonctionnements est assez limité, et l'on ast conduit à utiliser des disjoncteurs spéciaux qui sont extrêmement onéreux. - Le rqgme normal de fonctionnement du four se fait à cos ç faible, ce dernier descendant fréquemment jusqutà des valeurs de l'ordre de 0,5 à 0,7, alors que le fournisseur d'énergie exige un cos t minimum de tordre de 0,86 à 0,9. Avec les dispositifs d'alimentation connus, on compense le mauvais cos d du circuit de four à l'aide d'une batterie de condensateurs placée près de l'en- trée du circuit, mais ces condensateurs sont onéreux et leur présence diminue la fiabilité du dispositif. - Dans le cas en particulier de fours de faible puissance, il est nécessaire, pour protéger ceux-ci, de limiter le courant de court-circuit du système par adjonc tion de selfs en série dans le circuit, ce qui complique d'autant le circuit d alimentation. - Actuellement, en cas de court-circuit franc dans le four, le dispositif de dé tection d'une surintensité correspondant à un tel court-circuit, commande le dispositif à treuil permettant de relever les électrodes afin de supprimer le point de contact qui crée le court-circuit. Cette opération mécanique prend un certain temps, de sorte que, si le défaut ntest pas éliminé assez rapide ment, le disjoncteur de protection déclenche, ce qui entraine une perte de temps, car il faut ensuite le réenclencher. La présente invention concerne un dispositif d'alimentation en énergie électrique d'un four à arcs permettant le branchement du four sur un réseau de faible puissance de court-circuit, et ne présentant en outre pas les inconvénients des dispositifs connus actuellement. I1 est caractérisé en ce que le transforma teur de four est connecté au réseau par l'intermédiaire d'au moins un groupe tour- nant constitué par au moins un moteur électrique accouplé à au moins une génératrice, en ce que le ou les circuits reliant la ou les génératrices au transformateur de four sont munis de moyens de mesure de la puissance fournie par la ou lesdites génératrices, ces moyens de mesure étant reliés à un ensemble de mgula- tion et de commande agissant sur l'excitation de la ou des génératrices de façon à en faire varier la tension délivrée dans un sens tendant à s'opposer aux variations mesurées de ladite puissance fournie. Par ailleurs, le transformateur de four de l'invention est un transformateur à rapport fixe, le réglage de sa tension secondaire se faisant par variation de l'excitation de la génératrice ou des génératrices utilisées. Le circuit de l'invention ne comporte en outre pas de disjoncteur en amont du transformateur de four, la coupure du courant soit en cas de court-ch; cuit accidentel dans le four, soit en cas de surintensité dans le circuit, se faisant simplement par désexcitation de la ou des génératrices. Dans le cas d'ut il i- sation de fours de petites dimensions enfin, l'addition de selfs de protection ne stimpose plus puisqu'il est possible de limiter le courant de court-circuit par simple action sur l'excitation de la ou des génératrices. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence à la figure unique annexée représentant schématiquement un schéma unifilaire d'alimentation d'une des électrodes d'un four par un dispositif conforme à l'invention. Sur la figure, la référence 1 désigne une des phases du réseau que l'on supposera être un réseau de faible puissance de court-circuit, par exemple de 30 MVA, et à partir duquel on désire alimenter un four électrique 2 d'une puissance nominale de l'ordre de 4 NOVA. De manière classique, le four 2 dont la sole est reliée à la masse, comporte trois électrodes en graphite, dont une seule 3 a été représentée, le schéma étant unifilaire. Chaque électrode 3 est tenue par un bras 4 fixé à un mât d'électrode 5. Un transformateur de courant 6, relié à l'électrode 3 par un cable souple 7, permet d'effectuer une mesure du courant débité par l'électro- de dans le four, et un transformateur de tension 8 permet d'effectuer une mesure de la tension d'électrode. Ces deux données sont envoyées dans un régulateur 9 classique qui permet d'effectuer la régulation nécessaire de l'impédance de l'arc. Pour ceci, le régulateur 9 commande un moteur 10 agissant sur un dispositif à treuil il qui, en déplaçant verticalement le mât 5, permet de relever ou d'abaisser l'électrode 3. De manière classique, on relève l'électrode si le courant augmente trop ou si la tension chute exagérément, et vice-versa. Par ailleurs, la mesure du courant par le transformateur 6 est connectée, dans le régulateur 9 à un circuit logique qui détermine la présence d'un court-circuit accidentel dans le four, coutF circuit qui se produit généralement lorsqu'une ferraille vient touc)iedc- trodes à la fois. maintenant Conformément/à l'invention, le dispositif est muni d'un transformateur de four 27 à rapport de transformation fixe, lui-même alimenté, à partir du réseau 1, à travers un groupe tournant constitué par un moteur synchrone ou asynchrone 12 accouplé, par l'intermédiaire d'un volant 13, à un alternateur 14idont ltexcitation 15 est réglable d'une part manuellement, et d'autre part automatiquement grâce à un second dispositif de régulation et de commande 16. Faisant suite à l'alternateur 14 se trouve un sectionneur 17 destiné à couper le circuit aval lorsque celui-ci n'est pas en charge. Un transformateur de courant 18 et un transformateur de tension 19 permettent de mesurer la puissance de sortie de l'alternateur 14, et leurs mesures sont dirigées vers le régulateur 16. Conformément à l'invention, le régulateur agit sur l'excitation 15 en fonction de la variation de la puissance mesurée de manière à faire varier la tension de l'alternateur 14 dans un sens S'opposant à ces variations de puissance. L'ensemble agit donc en alimentation stabilisée, et les variations d'intensité dans le four n'ont que très peu de répercussions sur le réseau.Par ailleurs, lorsque le transformateur de courant 18 mesure un courant d'intensité anormale, qui provo querait normalement la disjonction des systèmes connus, le régulateur agit sur l'excitation 15 de manière à couper celle-ci, annulant donc la tension fournie par l'alternateur 14. En outre, lorsque le circuit logique intégré au régulateur 9 détecte un court-circuit accidentel dans le four, au lieu de commander la remon- tée des électrodes, il envoie un signal, par une connexion 20, sur le régulateur 16, ledit signal entrainant également la suppression de l'excitation de l'alter~ nateur. Enfin, pour régler la tension secondaire du transformateur de four 17 en fonction des différentes phases de la fusion, on fait varier simplement l'ex- citation 15 de l'alternateur. Corne représenté sur le dessin, le moteur 12 est relié au réseau 1 par l'intermédiaire d'un disjoncteur de protection 21, ainsi qu'éventuellement d'un transformateur abaisseur 22 qui permet d'obtenir la tension souhaitée d'alimentation pour le moteur, par exemple 5,5 KV. Par ailleurs, du fait que la puissance réactive du four est fournie en grande partie par l'alternateur 14 et non pas totalement par le réseau, l'adjonction de batteries de condensateurs pour compenser un mauvais cos dfl au four n'est plus nécessaire. L'invention trouve son utilisation dans l'industrie de la fusion de l'acier par fours électriques. RGVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en énergie électrique d'un four à arcs, du type utilisant, pour l'alimentation des électrodes du four, un transformateur de four alimenté à partir du réseau, le secondaire dudit transformateur étant équipé de moyens de détection d'une surintensité correspondant à un court-circuit accidentel dans le four, ledit dispositif étant en outre équipé de moyens de réglage de la tension secondaire du transformateur de four, caractérisé en ce que le transformateur de four est connecté au réseau par l'intermédiaire d'au moins un groupe tournant constitué par au moins un moteur électrique accouplé à au moins une génératrice, en ce que le ou les circuits reliant la oules généras trices au transformateur de four sont munis de moyens de mesure de la puissance fournie par la ou lesdites génératrices, ces moyens de mesure étant reliés à un ensemble de régulation et de commande agissant sur l'excitation de la ou des génératrices de façon à en faire varier la tension délivrée dans un sens tendant à s'opposer aux variations mesurées de ladite puissance fournie. 2. Dispositif d'alimentation selon la revendication i, caractérisé en ce que le transformateur de four est un transformateur à rapport fixe et en ce que la ou lesdites génératrices sont munies de moyens autonomes de réglage de leur excitation qui constituent lesdits moyens de réglage de la tension secondaire du transformateur de four. 3. Dispositif d'alimentation selon la revenlcation 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection d'une surintensité correspondant à un court-circuit accidentel dans le four sont connectés à un dispositif permettant de couper l'excitation de ladite ou desdites génératrices. 4. Dispositif d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la puissance fournie par la ou les génératrices comportent un moyen de mesure du courant débité, ledit moyen étant en outre relié à un dispositif permettant de couper l'excitation de la ou des génératrices lorsque ledit courant débité dépasse une valeur prédéterminée.