Brevet FR2480528A1 — publié le 19811016

DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT ELECTRIQUE REVERSIBLE, NOTAMMENT POUR REGULATEURS DE FOURS A ARC. La présente invention concerne un dispositif d'entraînement électrique réversible comportant un frein de réaction bidirectionnel et alimenté par un redresseur recevant le courant alternatif du secteur, en étant utilisé avec un moteur électrique à enroulement série. Le dispositif d'entraînement électrique conforme à la présente invention peut être utilisé avantageusement dans un appareillage assurant la régulation de la quantité de courant fourni à des fours électriques à arc, o le disposi- tif d'entraînement sert à faire monter et descendre le porte-électrode. Les avantages desrégulateurs électriques d'entraînement comportant desre- dresseurs consistent en ce que la tension appliquée aux pôles du moteur et par conséquent le nombre de tours - peuvent être réglés d'une façon graduellement variable sans avoir à insérer un contact mécanique. On peut utiliser des composants électroniques opérant à grande vitesse et, en con- séquence, la constante de temps du système est déterminée uniquement par le moteur. L'utilisation de composants électroniques permet simultanément de réduire les impératifs d'entretien du fait qu'il n'existe aucun composant mécanique, ce qui se traduit par une fiabilité plus grande. Les dispositifs électriques d'entraînement sont généralement pourvus de ponts redresseurs à thyristors. En ce qui concerne le nombre et les emplace- ments des thyristors, il existe plusieurs agencementsconnus, dont l'un fait intervenir quatre thyristors reliés de façon à former un pont dans lequel le moteur est placé dans une diagonale. Pour réduire l'influence des sur- tensions, des résistances, des inductances ou des réseaux à résistances- condensateurs (RC) sont branchés en série avec le moteur. Pour réduire encore le coût, on a réalisé des ponts semi-commandés compor- tant deux thyristors et deux diodes et dans lequels les thyristors sont placés, soit symétriquement, soit asymétriquement. Ces ponts présentent l'avantage que la durée de la période de conduction peut être idéale, c'est-à-dire atteindre 180 . Le freinage du moteur est généralement assuré à l'aide de résistances de freinage qui sont reliées aux pôles du moteur et qui peuvent être commandées lors du freinage, ou bien à l'aide de résistances de freinage qui sont enclenchées de façon continue. L'inversion est effectuée par inversion de la polarité de la tension appliquée aux pôles du moteur. Dans ce but, on utilise des contacteurs mécaniques ou des contacteurs sans contacts, ou bien on fait intervenir deux ponts redres- seurs branchés en parallèle et un signal de commande est appliqué toujours à l'un des ponts en produisant une tension correspondant au sens de rotation. La complexité des circuits électroniques de commande de dispositifs d'entral- nement augmente proportionnellement avec le nombre de thyristors et avec la complexité des fonctions et, en conséquence, ces sytémes sont coûteux et présentent peu de fiabilité. D'autre part, dans des dispositifs d'entraînement utilisés dans des fours à arc, on peut employer l'appareillage comportant des éléments électroniques complexes seulement en coopérant avec des dispositifs auxiliaires de protection. En conséquence, les circuits utilisés sont géné- ralement de construction simple. Dans ces agencements, la résistance de frei- nage est branchée - pour obtenir un court temps de récupération - parallè- lement au moteur. Il en résulte que la consommation de courant est deux à trois fois supérieure à celle de l'énergie d'entraînement, du fait que la puissance perdue est égale ou supérieure à la puissance active du moteur. L'invention a pour but de fournir un régulateur d'entraînement qui soit simple, d'un fonctionnement sûr, tout en étant simultanément d'une structure robuste; en outre, le régulateur doit présenter une constante de temps néces- saire pour assurer la régulation avec une perte d'énergie minimale et doit permettre d'exécuter les opérations nécessaires de montée et de descente ainsi que les opérations de freinage destinées à assurer un alignement précis des électrodes. La présente invention concerne un dispositif d'entraînement électrique réversible comportant des freins bidirectionnels à courant de réaction, qui sont constitués de thyristors et de diodes, le dispositif étant alimenté par un redresseur recevant du courant alternatif provenant du secteur et étant pourvu d'un pont redresseur et d'un moteur à enroulement sphérique qui est branché dans la diagonale commune de deux ponts redresseurs com- mandés de manière qu'un freinage soit assuré dans les deux directions à l'aide de résistances-shuntp et de résistances de freinage commutables. L'invention est caractérisée en ce que les branches des deux ponts redresseurs commandés qui contiennent des diodes sont communes et en ce que la résistance shunt correspondant à un sens Je rotation-est identique à la résistance de freinage correspondant à l'autre sens de rotation. Ce problème est résolu dans le circuit de la façon suivante: Des points de jonction des thyristors redresseurs des deux ponts redresseurs commandés sont reliés aux pôles du moteur et deux éléments série contenant une ré- sistance et un thyristor de commande connecté en série sont chacun connectés auxdits points communs, le point de jonction desdits éléments série est le point commun des deux thyristors de commande connectés en opposition, tandis que le point commun des deux diodes formant les autres branches du pont est connecté au point précité. Entre les points de jonction des résistances et des thyristors de commande et les points communs respectifs, il est prévu des thyristors de freinage interposés à raison d'un dans chaque cas. Dans le cas o une isolation galvanique est nécessaire, le circuit peut être agencé de manière à comporter un transformateur à prise centrale et le point commun des deux thyristors de commande connectés en opposition est relié directement à la prise centrale du transformateur sans utilisation de diodes. Dans un autre mode préféré du dispositif d'entraînement électrique conforme à l'invention, dans, le cas de moteurs électriques de faible puissance, les anodes des thyristors redresseurs sont connectées au secteur, soit direc- tement, soit par l'intermédiaire d'un transformateur, tandis que les cathodes des thyristors redresseurs sont connectées au moteur électrique à enroulement série. Le principe de l'invention consiste en ce que les pôles du moteur sont reliés aux points communs des cathodes de deux thyristors redresseurs, en ce que les anodes des thyristors de commande sont connectées aux mêmes points communs, la cathode de chaque thyristor de commande étant connectée à une résistance shunt, et les autres extrémités de ces résistances shunts étant jointes ensembles. La cathode de chaque thyristor de commande est connectée, par l'intermédiaire d'une diode de protection, avec l'anode de l'autre thyris- tor de commande et, en outre, le point de jonction des résistances shunts est connecté, par l'intermédiaire d'une diode, soit au secteur, soit aux bornes du transformateur, soit directement à la prise centrale du transformateur. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mais non limitatif. La Figure 1 représente un schéma du dispositif d'entraînement électrique conforme à la présente invention. La Figure 2 représente un mode préféré de réalisation du dispositif d'entraînement électrique selon l'invention, qui est pourvu d'un transfor- mateur; et la Figure 3 montre un mode simplifié de réalisation du dispositif d'entraînement électrique conforme à la présente invention. Sur la Figure 1, on a représenté un circuit dans lequel des thyristors redresseurs Tl et T2 d'un des ponts redresseurs commandés et des thyristors redresseurs T4 et T5 de l'autre pont redresseur sont connectés au secteur H. Les thyristors redresseurs Tl et T2 sont reliés à un point commun 2, tandis que les thyristors redresseurs T4 et T5 sont reliés à un point commun 1. Ces points communs 1 et 2 sont connectés aux pôles P1 et P2 du moteur M, qui est un moteur à courant continu. Entre les points communs 1 et 2 sont connectés deux éléments série branchés en paralléle, dont le premier est constitué par un thyristor de freinage T8 et une résistance R1, tandis que le second se compose d'une résistance R2 et d'un thyristor de freinage T6. Le thyristor de freinage T8 comporte un point commun 4 avec la résistance R2 tandis que le thyristor de freinage T7 comporte un point commun 3 avec la résistance R2. Entre lesdits points communs 3 et 4, sont connectés deux thyristors de commande T6 et T3 branchés en opposition, tandis que des diodes D1 et D2 sont reliées à ces points de connexion. Les autres fiches desdites diodes D1 et D2 sont reliées à une source de courant alternatif H constituée par le secteur. - L'agencement du circuit électronique de commande à thyristors est bien connu et remplit la fonction de fournir un signal d'activation aux thyristors au moment voulu. Comme indiqué, le moteur M est alimenté par deux ponts semi-commandés symétriques. Ces ponts ont des périodes de conduction idéales de 1800. Le premier pont redresseur commandé correspondant à la direction I se compose des thyristors redresseurs T4 et T5 et des diodes D1 et D2. De même, le segond pont redresseur commandé correspondant à la direction II se compose des thy- ristors redresseurs Tl et T2 et des mêmes diodes Dl et D2. La résistance R1 est une résistance shunt correspondant à la direction I, tandis que la résistance R2 est la résistance de freinage correspondant à la même direction I. Dans le cas d'une inversion de rotation dans la direction II, les fonctions des deux résistances sont inversées, c'est-à-dire que la résis- tance R2 devient la résistance shunt, et que la résistance R1 devient la résistance de freinage. On choisit le sens de rotation par commutation du pont redresseur commandé approprié et d'un des thyristors de commande T3 et Te. Le freinage peut être effectué par branchement de la résistance de freinage par l'intermédiaire des thyristors de freinage T7 ou T8. On peut commander la vitesse du dispositif d'entraînement en faisant varier l'angle d'écoulement du courant dans les thyristors redresseurs T4, T5, et T1, T2, ce qui fait ainsi varier la valeur de tension continue appliquée aux pôles P1 et P2. 248-0528 Le dispositif d'entralnement électrique réversible conforme à la pré- sente invention fonctionne de la façon suivante (Figure 1): Pour faire tourner le dispositif d'entraînement électrique dans la direction I, les thyristors T4 et T5 sont commandés à l'aide de signaux établissant un angle d'écoulement de courant qui correspond au nombre de tours nécessaire, ce qui provoque l'ouverture du thyristor de commande Te et le passage du courant dans la résistance R1, qui agit comme une résistance de shuntage et qui provoque la rotation du moteur. Dans les cas o les thyristors redresseurs T4 et T5 sont bloqués, le moteur fonctionne au ralenti. Le moteur est freiné à l'aide d'un signal d'ouverture qui est appliqué au thyristor de freinage T7, puisqu'alors la résistance R2 est connectée entre les pôles P1 et P2 du moteur M, le moteur M étant ainsi freiné par le courant électrique qui est transformé en énergie thermique dans la résistance R2, avec une constante de temps déterminée par la valeur ohmique de la résistance R2 et l'inductance du moteur M. Dans le cas d'une rotation dans la direction Il, les thyristors re- dresseurs Tl et T2 et le thyristors de commande T3 reçoivent un signal d'ouverture et le mouvement de rotation est freiné à l'aide de la résistance R1 qui assure l'enclenchement du thyristor de freinage T8. On se rend compte facilement qu'on obtient un pont redresseur commandé pour chaque sens de rotation, ce pont comportant des branches communes à dio- des et en même temps la résistance de shuntage correspondant à un sens de rotation est identique à la résistance de freinage correspondant à l'autre sens de rotation, et inversement. Cet agencement de circuit présente une structure 'simple, les résistances de freinage sont enclenchées seulement pendant la durée du freinage et, en même temps, le mode d'utilisation al- ternée des résistances comme résistances de freinage ou comme résistances de shuntage se traduit par une simplification importante. Cette solution est avantageuse du fait que le moteur d'une puissance relativement grande peut étre utilisé avec une consommation de courant qui n'est pas supérieure à-ce qui est nécessaire et, en outre, qu'il est possible d'effectuer un freinage rapide à l'aide des résistances. Il existe des domaines d'application o l'isolation galvanique par rapport au secteur d'alimentation en courant alternatif constitue un impé- ratif essentiel. Dans ce cas, on doit utiliser un transformateur d'isole- ment, et le dispositif d'entraSnement conforme à l'invention est relié aux bornes du transformateur au lieu de l'être au secteur H. En utilisant un transformateur, il est possible de simplifier le circuit de commande du dispositif d'entraînement en ce sens qu'on utilise un transformateur à prise centrale Tr et que les thyristors de commande T6 et T3 sont connectés direc- tement à la prise centrale C du transformateur rr, au lieu de l'être par l'intermédiaires de diodes. Cet agencement a été mis en évidence sur la Fig. 2. Le mode de fonctionnement et la commande de ce circuit sont complètement identiques au circuit de la Figure 1, la seule différence constituant dans le mode d'utilisation du demi-pont. Le dispositif d'entraînement électrique conforme à la présente invention peut être utilisé avantageusement à la fois avec des méthodes de faible puis- sance et avec des moteurs de grande puissance. Dans un autre mode préféré de réalisation du dispositif d'entraînement électrique conforme à la présente invention, on peut encore simplifier l'agen- cement des circuits dans le cas de moteurs à courant continu de faible puis- sance (inférieure à 2 kW), de manière à utiliser une résistance de freinage qui est continuellement enclenchée, ce qui permet de supprimer deux thyris- tors. Dans le cas d'un tel mode préféré de réalisation du dispositif d'en- traînement électrique selon l'invention, qui peut être utilisé avantageuse- ment avec des moteurs électriques de faible puissance, la résistance de freinage correspondant à un sens de rotation n'est pas identique à la ré- sistance de shuntage correspondant à l'autre sens de rotation - comme c'était le cas dans l'exemple cité ci-dessus - mais la résistance de freinage est branchée en parallèle avec le moteur pendant toute la période de fonctionne- ment. En conséquence, le moteur doit être excité par une tension d'alimen- tation plus forte. En considérant que la valeur de la résistance de freinage est approximativement comprise entre la moitié et le quart de la valeur des résistances shunts, le fait que cette résistance est continuellement en- clenchée dans le circuit ne fait pas varier les caractéristiques de consom- mation de courant du dispositif d'entraînement dans le cas le plus défavo- rable et, d'autre part, la simplicité et le faible coût de cette solution permettent de l'appliquer raisonnablement à des moteurs de faible puissance. On a représenté sur la Figure 3 un mode préféré de réalisation du dispositif d'entraînement électrique décrit ci-dessus. Le circuit conforme à la présente invention est relié au secteur d'alimentation en courant alternatif H, soit directement, soit par l'intermédiaire du transformateur Tr. Dans le premier cas, c'est-à-dire quand le circuit conforme à la pré- sente invention est connecté directement au secteur H, les thyristors redresseurs T4,T5 et TI, T2, ainsi que les diodes D1, D2, sont reliés directement au secteur H, c'est-à-dire que les bornes 6, 7 et 9, 10, sont respectivement reliées au secteur. Il va de soi que le circuit décrit ci- dessus peut également être connecté au secteur H par l'intermédiaire d'un transformateur; dans ce cas, les bornes 6, 7 et 9, 10 sont reliées aux bornes A et B du transformateur Tr. Cependant, dans cette solution, le circuit peut être simplifié de telle sorte que les diodes Dl et D2 soient omises et, à leur place, la borne 11 est reliée à là prise centrale C de l'enroulement secondaire du transformateur Tr. A l'intérieur du circuit, la résistance de freinage R5 est reliée aux pôles P1 et P2 du moteur M. En plus du moteur M et de la résistance de frei- nage R5, les thyristors T3 et T6 sont également connectés aux points communs 1 et 2 des anodes des thyristors de commande Tl, T2 et T4, T5. Les résistances shunts R3, R4, connectées en série, sont branchées en série avec les thyristors de commande T3 et T6. Le point commun 11 des résistances shunts R3, R4 est connecté, soit directement à la borne 8, soit par l'in- termédiaire des diodes Dl et D2 aux bornes 9 et 10. Pour réduire les effets transitoires, et pour obtenir un circuit de freinage efficace, des diodes de shuntage D3 et D4 sont connectées entre les points communs 12 et 13 et les points communs 1 et 2. Le dispositif d'entraînement est actionné à l'aide d'une unité de commande, non représentée sur les figures. Dans le cas d'une rotation dans une direction, les thyristors redresseurs Tl et T2, et le thyristor de commande T3 reçoivent un signal d'ouverture et le courant appliqué au moteur M par l'intermédiaire de la résistance shunt R3 fait tourner ce moteur M à 24 un nombre de tours qui est déterminé par la valeur ohmique de la résistance shunt R3 et la tension aux bornes. La résistance shunt R3 détermine la vi- tesse maximale en nombre de tours. Dans le cas d'une rotation dans l'autre direction, les thyristors redresseurs T4 et Ts et le thyristor de commande T6 reçoivent un signal d'ouverture et le nombre maximal de tours/minute est alors déterminé par la résistance shunt R4. Dans le cas d'un freinage, l'énergie emmagasinée dans le moteur est consommée par les diodes D3 et D4 et par la résistance de freinage R5, de sorte que, quand le moteur est entraîné dans une direction de rotation, les diodes de shuntage D3 et D4 produisent une tension de fermeture et, par conséquent, les diodes ne sont pas conductrices, alors que, en cas de freinage, la tension d'alimentation est interrompue et lesdites diodes D3 et D4 reçoivent la tension induite par le moteur M, de sorte que la diode associée à la direction correspondante devient conductrice et autorise ainsi la consommation de l'énergie induite par le moteur M. il La résistance de freinage R5, enclenchée de façon continue, ne charge pas la source d'alimentation en courant, du fait que sa valeur est égale au quart ou au maximum à la moitié des valeurs ohmiques des résistances de shuntage R3 et R4 et que, par conséquent, tout le courant-moteur ne passe pas dans cette résistance, qui peut avoir une puissance inférieure. En conséquence, la description faite ci-dessus montre que le circuit, agencé conformément à la présente invention, présente, en plus de caracté- ristiques de fonctionnement favorables, une structure simple, robuste et peu coûteuse, de sorte qu'on peut l'utiliser dans les conditions particu- lières régnant dans des usines métallurgiques, à la fois sous l'angle de la sécurité de marche et du prix de revient. Ce circuit électrique d'entrai- nement permet de diminuer, par suitede son prix faible, le coût des régula- teurs de fours à arc et, en outre, il permet d'établir de bonnes caracté- ristiques techniques de commande, ce qui permet d'avoir une meilleure compétitivité sur le marché des régulateurs de fours à arc électrique. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisa- gées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDI CATIONS 1.- Dispositif d'entraînement électrique réversible comportant des freins bidirectionnels à courant de réaction,-alimenté-par un redresseur recevant du courant alternatif du secteur et utilisable de préférence dans des régulateurs de fours à arc, le dispositif comportant, pour les deux sens de rotation, un pont redresseur commandé qui est formé de thyristors et de diodes, un moteur à courant continu et à enroulement série qui est branché dans la diagonale commune des deux ponts redresseurs commandés, des résistances shunts et des résistances de freinage commutables qui sont connectées en série avec ledit moteur, dispositif caractérisé en ce que les branches desdits ponts redresseurs commandés contenant des diodes sont communes, en ce que la résistance shunt correspondant à une direction de rotation est identique à la résistance de freinage correspondant à l'autre direction de rotation de manière que les points communs (2, 1) desdits thyristors redresseurs (T1, T2 et T4, Ts) desdits ponts redresseurs commandés soient connectés aux pôles (P1, P2) dudit moteur (M),_et que deux éléments série contenant une résistance (R2, R1) et un thyristor de commande connecté en série (T3, T6) soient chacun reliés auxdits points communs (2, 1), en ce que le point de connexion (5) desdits éléments série constitue le point commun desdits thyristors de commande connectés en opposition (T3, T6), en ce que le point commun desdites diodes (D1, D2) est connecté avec ce point, et en ce qu'il est prévu entre les points de jonction (4, 3) desdites résistances(R1, R2) et desdits thyristors de commande(T6, 13) et les points communs respectifs (1, 2) des thyristors de freinage (Te, T7) interposés à raison d'un dans chaque cas. 2.- Dispositif d'entraînement électrique réversible comportant des freins bidirectionnels à courant de réaction, alimenté par un redresseur recevant du courant alternatif du secteur, utilisable de préférence avec des régulateurs de fours à arc et comprenant un transformateur relié au secteur, des thyristors redresseurs reliés aux bornes de l'enroulement secondaire dudit transformateur, un moteur à courant continu et à enroulement en série qui est relié au transformateur, des résistances de shuntage et des résistances de freinage commutables qui sont connectées en série avec ledit moteur, dispositif caractérisé en ce que les anodes desdits thyristors redresseurs (Ti, T2 et T4, TS) sont connectées à chaque borne (A, B) dudit enroulement secondaire dudit transformateur (Tr) , en ce que les points communs (2, 1) des cathodes desdits thyristors (TI, T2 et T4, Ts) connectés à la même borne (A ou B) sont reliées à un des pôles (P1 ou P2) dudit moteur (M), à la borne de la résistance correspondante (R2 ou R1) ainsi qu'à la cathode d'un thyristor de freinage (Te ou T7), en ce que l'anode d'un des thyristors de freinage T1 ou T7) est connectée à l'autre borne de ladite résistance (R1 ou R2) assurant la liaison avec la cathode de l'autre thyristor (T7 ou Te), en ce que deux thyristors de commande connectés en opposition (T3 et T6) sont branchés entre les points de jonction (3, 4) desdits thyristors de freinage (T7, T6) et desdites résistances série (R2, R1), et en ce que le point de jonction (5) desdits thyristors (T3, T6) est connecté à la prise centrale (C) dudit transformateur (Tr). 3.- Dispositif d'entraînement électrique reversible comportant des freins bidirectionnels à courant de réaction, alimenté par un redresseur recevant du courant alternatif du secteur, utilisable de préférence dans des régulateurs de fours à arc et comprenant des thyristors redresseurs commandés qui sont reliés, soit directement, soit indirectement par l'intermédiaire d'un transformateur, à une source de courant alternatif constituée par le secteur, et comprenant en outre un moteur électrique à enroulement série qui est connecté aux cathodes desdits thyristors redresseurs coopérant avec des résistances de shuntage branchées en série et avec une résistance de freinage branchée en parallèle, dispositif caractérisé en ce que les deux pôles (P1, P2) dudit moteur (M) sont connectés aux points communs (1, 2) des cathodes des deux thyristors redresseurs (T4, T5 et Ti, T2), en ce que lesdits points communs (1, 2) sont connectés aux anodes des thyristors de commande (T3, T6) dont les cathodes sont connectées à deux résistances de shuntage (R3, R4) branchées en série, en ce que la cathode de chaque thyristor de commande (T3, T6) est connectée, par l'intermédiaire d'une diode de protection (D3, D4) à l'anode de l'autre thyristor de commande (Te, T3) et en ce que le point commun (11) desdites résistances de shuntage (R3, R4) est connecté, soit par l'intermédiaire de diodes (D1, D2) au secteur ou aux bornes (A, B) dudit transformateur (Tr), soit directement à la prise centrale (C) dudit transformateur (Tr).