Brevet FR2423914A1 — publié le 19791116

La présente invention concerne un procédé d'alimentation, en courant électrique, des installations de traitement d'articles et un dispositif permettant de mettre en oeuvre ce procédé et, plus particulièrement, un procédé d'alimentation, en courant électrique, des installations de traitement d'articles au moyen de décharges luminescentes et un dispositif pour leur mise en oeuvre. L'invention peut être utilisée avec succès pour la ré- alisation de traitements chimico-thermiques et du renforcement des articles effectués à l'aide de décharges luminescentes par exemple, pour la nitruration ionique et les méthodes ioniques d'application de revêtements. A l'heure actuelle les divers procédés de traitement des articles par décharges luminescentes deviennent de plus en plus répandus. Cependant, si l'intensité du courant est supérieure à plusieurs ampères, la décharge luminescente est une forme instable d'une décharge dans le gaz, puisque sous l'effet de diverses actions perturbatrices elle est susceptible de se transformer en une décharge en arc. Cela conduit à un chauffage local des articles à traiter, à une détérioration de leur surface et à une surcharge de la source d'alimentation. C'est pourquoi les installations modernes de traitement d'articles à l'aide d'une décharge luminescente nécessitent des procédés et des dispositifs spéciaux d'alimentation en courant électrique. On connaît un procédé d'alimentation, en courant électrique, des installations de traitement d'articles au moyen de décharges luminescentes consistant en ce qu'à l'intervalle de décharge on applique des impulsions d'alimentation et on fait varier leur fréquence. Lors de la formation d'une décharge en arc le degré de détérioration des articles traités est déterminé par la quantité d'énergie introduite dans l'article à traiter durant le temps d'existence de la décharge en arc. Dans le procédé décrit l'énergie introduite dans l'article à traiter par chaque impulsion d'alimentation encourant électrique n'est pas contrôlée et varie en fonction des paramètres (conductibilité de l'intervalle de décharge, tension) et du caractère de la- décharge (luminescente ou en arc). De plus, lors de la formation d'une décharge en arc l'énergie d'impulsion d'alimentation en courant électrique augmente brusquement du fait d'un accroissement de l'intensité du courant de décharge, puisque la valeur de l'intensité du courant d'une décharge en arc est de plusieurs ordres supérieure à celle d'une décharge luminescente.Cela crée les conditions dans lesquelles une décharge en arc détériore les articles à traiter. De plus, on arrive à assurer l'exXinc- tion d'une décharge en arc du fait que l'intervalle de temps entre impulsions d'alimentation en courant électrique est plus long que la durée de la désionisation de l'intervalle de décharge indépendamment de la formation de la décharge en arc. Dans ce cas, si une décharge en arc ne s'est pas formée durant l'existence de l'impulsion suivante dtalimenltation en courant électrique, alors l'impulsion suivante peut être fournie dans un temps dont la durée est plus courte que la durée de désionisation de l'intervalle de décharge.Si les intervalles de temps séparant les impulsions sont plus longs que la durée de désionisation de l'intervalle de décharge, cela provoque une diminution du rendement, puisque durant la pause le processus de traitement soit n'a pas lieu du tout, soit est considérablement moins intense. On connaît également un dispositif d'alimentation, en courant électrique, des installations de traitement d'arc ticles au moyen de décharges luminescentes permettant de mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus. Ledit dispositif comprend un pont de redresseurs alimenté à partir d'un secteur triphasé dont le groupe de valves anodiques non commandé est connecté, par l'intermédiaire d'une résistance limitatrice de courant, aux articles à traiter qui sont disposés dans une chambre à décharge faisant partie d'un four électrique, tandis que le groupe de valves cathodiques est connecté à ltanode de la chambre à décharge connectée, à son tour, à l'entrée d'une unité de commande dont les sorties sont connectées aux entrées de commande du groupe de valves cathodiques. Dans le dispositif susmentionné le groupe de valves cathodiques du pont de redresseurs est directement connecté au corps de la chambre à décharge qui est une anode et ledit groupe est réalisé sous forme de trois branches à valves dont chacune se présente sous forme d'un montage en série d'une diode et d'un thyristor. Il en résulte que la quantité d'énergie introduite dans l'article par chaque impulsion d'alimentation en courant électrique augmente sensiblement au moment où il se produit une décharge en arc, ce qui peut provoquer la détérioration des articles à traiter. De plus, la présence dans le circuit de décharge d'une résistance limitatrice du courant réduit le rendement de l'installation. L'invention a pour but de réaliser, d'une part, un procédé d'alimentation, en courant électrique, des installations de traitement d'articles au moyen de décharges luminescentes, selon lequel l'alimentation en courant électrique se ferait sous forme d'impulsions et permettrait d'éviter la détérioration des articles subissant le traitement, ce qui peut avoir lieu lorsqu'une décharge luminescente se transforme en une décharge en arc, et, d'autre part, un dispositif d'alimentation, en courant électrique, des installations des traitements d'articles au moyen de décharges luminescentes permettant de mettre en oeuvre le procédé susmentionné et comportant de tels éléments et connexions complémentaires qui donneraient la possibilité d'éliminer la possibilité de détérioration des articles par une décharge en arc. Le but visé est atteint par le fait que, dans un procédé d'alimentation, en courant électrique, des installations de traitement d'articles à l'aide de décharges luminescentes dans lequel on applique à l'intervalle de décharge les impulsions d'alimentation et on fait varier leur fréquence, l'énergie de chaque impulsion est maintenue,conformément à l'invention, constante, indépendamment du caractère et des paramètres de la décharge. I1 est avantageux que l'énergie de chaque impulsion soit inférieure à l'énergie minimale de l'impulsion de la décharge en arc provoquant la détérioration des articles subissant le traitement. I1 est avantageux qu'au moment où se produit une décharge en arc l'impulsion suivante soit fournie au bout d'un intervalle de temps plus long que la durée de désionisation de l'intervalle de décharge. Le but visé est atteint par le fait que, dans un dispositif d'alimentation, en courant électrique, des installations de traitement d'articles au moyen de décharges luminescentes comportant un pont de redresseurs, alimenté à partir d'un secteur triphasé et dont le groupe de valves anodiques non commandées est connecté aux articles à traiter placés dans la chambre à décharge d'un four électrique et servant de cathode pour ladite chambre à décharge, tandis que le groupe de valves cathodiques est connecté à l'anode de la chambre à décharge reliée à l'entrée d'une unité de commande dont les sorties sont connectées aux entrées de commande du groupe de valves cathodiques, on prévoit, en outre, selon l'invention, un condensateur et au moins deux thyristors dont les cathodes sont connectées à l'anode de la chambre à décharge, tandis que leurs entrées de commande sont reliées aux sorties correspondantes de l'unité de commande, le groupe de valves cathodiques du pont de redresseurs étant réalisé sous la forme de deux groupes de valves commandés dont les cathodes communes sont connectées aux armatures correspondantes du condensateur et aux anodes des thyristors Une telle conception du dispositif, faisant l'objet de l'invention et permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, donne la possibilitéde maintenir constante lté- nergie de chaque impulsion d'alimentation en courant e9Eectrique en cas de changement des paramètres et du caractère de la décharge, ce qui, parle choix d'une valeur d'énergie de l'impulsion inférieure à la valeur minimale d'énergie de l'impulsion de la décharge en arc provoquant la détérioration des articles, Dermet d'éviter entie'rement la possibilité de détéroration des articles par la décharge en arc. Dans ce qui suit l'invention est expliquée par un exemple concret de sa réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un schéma de principe du dispositif d'alimentation en courant électrique selon l'invention d'une installation de traitement d'articles au moyen de décharges luminescentes ; et - les courbes a, b, c de la figure 2 représentent les diacrammes temporels du fonctionnement du dispositif selon l'invention permettant de réaliser le procédé selon 1 t invention. Le procédé d'alimentation, en courant électrique, des installations de traitement d'articles au moyen de décharges luminescentes, selon l'invention, consiste à appliquer à l'intervalle de décharge les impulsions d'alimentation en faisant varier leur fréquence, l'énergie de chaque impulsion étant maintenue constante, indépendamment du caractère et des paramètres de la décharge Pour éviter la détérioration des articles traités, l'éner- gie de chaque impulsion est maintenue constante et inférieure à l'énergie minimale de l'impulsion de la décharge en arc provoquant la détérioration des articles traités. Pour qu'il ne se produise pas une décharge en arc réitérative, provoquée par l'ionisation résiduelle de l'intervalle de décharge à l'apparition d'une décharge en arc, l'impulsion suivante est appliquée au bout d'un intervalle de temps dont la durée est plus longue que la durée de désionisation de l'intervalle de décharge. L'invention concerne également un dispositif d'alimentation, en courant électrique, des installations de traitement d'articles au moyen de décharges luminescentes permettant de réaliser le procédé d'alimentation décrit ci-dessus. Le dispositif selon l'invention sera décrit dans le cas d'un exemple de réalisation du dispositif d'alimentation, en courant, des fours électriques que l'on utilise pour la nitruration ionique des articles. Le dispositif proposé comporte un pont de redresseurs 1 (figure 1) alimenté à partir d'un secteur triphasé 2. Un groupe de valves anodiques non commandé 3, faisant partie du pont de redresseurs 1, est réalisé au moyen de diodes 4, 5, 6 et il est connecté aux phases A, B et C du secteur 2 et aux articles à traiter 7 (sur le dessin on n'a représenté qu'un seul article) placés dans une chambre à décharge 8 d'un four électrique 9, lesdits articles à traiter servant de cathode pour cette chambre à décharge S. Cette dernière est électriquement isolée à l'aide d'un isolateur 10 de l'entrée électrique du groupe de valves anodiques 3.Le groupe de valves cathodiques 11, faisant partie du pont de redresseurs 1, est réalisé sous la forme de deux groupes de valves commandées 12 et 13, comportant des thyristors 14, 15, 16 et 17, 18, 19 respectivement et dont les entrées de commande sont connectées aux sorties correspondantes de l'unité de commande 20. L'entrée de ladite unité de commande 20 est reliée à la chambre à décharge 8. Le dispositif selon l'invention comprend aussi un conden sateur 21 et deux thyristors supplémentaires 22 et 23, dont les cathodes sont connectées au corps de la chambre à décharge 8 servant d'anode pour cette chambre à décharge 8, tandis que leurs entrées de commande sont reliées aux sorties correspondantes de l'unité de commande 20. Les cathodes communes des groupes de valves cathodiques 12 et 13 sont branchées sur les armatures correspondantes du condensateur 21 et sur les anodes des thyristors 22 et 23. En fonction de la puissance de l'installation, les thyristors supplémentaires peuvent être au nombre de quatre, de six etc... Le principe du fonctionnement du dispositif, selon l'invention, d'alimentation, en courant, des fours électriques utilisés pour la nitruration ionique des articles est le suivant. L'unité 20 (figure 1) de commande assure une mise en circuit simultanée du thyristor 22 ou 23 et de celui des thyristors du groupe de valves cathodiques 13 ou 12 respectivement à l'anode duquel est appliquée à l'instant donné la tension de phase la plus positive fournie par le secteur 2. Pour les courbes a, b, c de la figure 2, on a porté en abscisses le temps t ; on a porté en ordonnées pour la courbe 2a les valeurs des tensions de la phase U1 du secteur d'alimentation, pour la courbe 2b les valeurs de la tension U2 du condensateur 21 et pour la courbe 2c les valeurs de la tension instantanée U3 dans la chambre à décharge 8 et de la tension moyenne U4 dans la chambre à décharge 8 ; to, t1, t2 > t3, t4 sont des instants déterminés, fixes. Si on suppose qu'à l'instant t les thyristors 14 (figure 1), 23 sont mis en circuit et le condensateur 21 a été chargé au préalable jusqu'à la valeur de tension linéaire UAB (courbe a) pendant l'intervalle de temps précédent, la polarité étant montrée sur la figure 1, le condensateur se recharge par le circuit suivant : pôle positif du condensateur 21, thyristor 23, chambre à décharge 8, diode 5, source d'alimentation, sous la forme de la force électromotrice UAB, thyristor 14, pôle négatif du condensateur 21. La variation de tension U2 dans le condensateur 21 est illustrée par la courbe b de la figure 2.Dans ce cas, dans l'intervalle de décharge il se forme une impulsion de tension U3 (courbe c) dont la forme est définie par les paramètres du dispositif et de la décharge, l'énergie d'impulsion n'étant déterminée que par la capacité du condensateur 21 et par la valeur de tension d'alimentation W # 2 C1 U AB formule dans laquelle C1 représente la valeur de la capacité du condensateur 21. Avant l'instant t1 le condensateur 21 se recharge de façon que sa tension soit inversée (courbe b), la tension dans l'intervalle de décharge étant réduite à zéro (courbe c).Al'instant t1 interviennent les thyristors 17, 22 et une quantité donnée d'énergie est fournie de nouveau dans la chambre à décharge. Dans ce cas, est appliquée une tension inverse aux thyristors 14, 23 durant le temps nécessaire pour rétablir leur pouvoir de commande.Si à l'instant t4 la tension de la phase B devient supérieure à la tension des phases A et C, intervient alors, en fonction de la polarité de la tension dans le condensateur 21, une paire de thyristors soit 15, 23 soit 18, 22. De façon analogue, lorsque la tension de la phase C (courbe a) est la plus positive, ce sont les thyristors 16, 19 qui fonctionnent ensemble avec les thyristors 22, 23. Si à l'instant t2 la décharge luminescente se transforme en décharge en arc, alors la tension U3 dans l'intervalle de décharge diminue, la vitesse de recharge du condensateur 21 augmente brusquement du fait d'augmentation de la valeur du courant de décharge et la durée de l'impulsion devient plus courte. De ce fait, malgré une augmentation de l'énergie consommée, l'énergie de l'impulsion reste constante. En choisissant de façon convenable la capacité du condensateur 21 et la valeur de la tension d'alimentation, il est possible de rendre l'énergie de l'impulsion inférieure à l'énergie minimale de l'impulsion de la décharge en arc, provoquant la détérioration des articles traités. Lorsque la décharge en arc s'achève (courbe c à l'instant t3) l'unité de commande 20 impose un décalage dans le temps t3-t4 indispensable pour la désionisation de l'intervalle de décharge. En réglant, à l'aide de l'unité de commande 20, la fréquence de recharge du condensateur 21, on peut faire varier la valeur moyenne de la tension dans l'intervalle de décharge comme montré sur la figure 2 (courbe c de tension U4). Le dispositif selon l'invention permet d'éviter complète ment la détérioration des articles traités par la décharge en arc, d'augmenter le rendement de l'installation et d'effectuer le réglage de la valeur moyenne de la tension de décharge, la valeur de cos W étant satisfaisante. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation, en courant électrique, des installations de traitement d'articles au moyen de décharge luminescentes dans lequel on applique, à l'intervalle de décharge, des impulsions d'alimentations et on fait varier leur fréquence, caractérisé par le fait que l'énergie de chaque impulsion est maintenue constante, indépendamment du caractère et des paramètres de la décharge. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie de chaque impulsion est inférieure à l'énergie minimale de l'impulsion de la décharge en arc provoquant la détérioration des articles traités. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'à l'apparition d'une décharge en arc qn fournit l'impulsion suivante au bout d'un intervalle de temps plus long que la durée de désionisation de l'intervalle de décharge. 4. Dispositif d'alimentation, en courant électrique, des installations de traitement d'articles au moyen de décharges luminescentes, apte à mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, comportant un pont de redresseurs, alimenté à partir d'un secteur triphasé et dont le groupe de valves anodiques non commandé est branché sur les articles à traiter placés dans la chambre à décharge d'un four électrique et servant de cathode pour ladite chambre à décharge, tandis que le groupe de valves cathodiques est connecté à l'anode de la chambre à décharge reliée à l'entrée de l'unité de commande dont les sorties sont connectées aux entrées de commande du groupe de valves cathodiques, caractérisé par le fait que ledit dispositif comporte en outre un condensateur et au moins. deux thyristors dont les cathodes sont reliées à l'anode de la chambre à décharge, tandis-que leurs entrées de commande sont branchées sur les sorties correspondantes de l'unité de commande, le groupe de valves cathodiques du pont de redresseurs étant réalisé sous la forme de deux groupes de valves commandés dont les cathodes communes sont connectées aux armatures correspondantes du condensateur et aux anodes des thyristors.