Brevet FR2544578A1 — publié le 19841019

La présente invention concerne une méthode améliorée pour l'alimentation, en énergie électrique, d'un four b plasma à arc. On sait qu'un four à plasma å arc comporte deux électrodes entre lesquelles on crée une différence de potentiel électrique suffisante pour qu'un arc électrique puisse s'établir entre ces électrodes. I1 peut être alimenté soit en courant alternatif, soit en courant continu redressé à partir d'un courant alternatif mono ou polyphasé. Dans le cas d'une alimentation en courant alternatif, le circuit d'alimentation comporte généralement: - un transformateur qui assure la transformation de la tension du réseau en une tension plus appropriée pour le four plasma ; - une première self qui permet de filtrer les harmoniques émis par l'arc du four è plasma - un premier condensateur qui permet d'éliminer la composante de courant continu éventuellement produite par l'arc - une seconde self, qui sert è limiter le courant dans le four à une valeur maximum - un second condensateur, qui sert à améliorer le facteur de puissance du circuit (cos p, Lorsque l'on désire alimenter le four en courant continu, on intercale, entre le circuit précité et le four à plasma, un appareil produisant du courant redressé, par exemple un redresseur b diodes ou un redresseur - régulateur à thyristors. Dans ce cas, le circuit d'alimentation peut ne pas comporter le prerier cnr;sateiir et/ou le seconde self. Bien ou' il fonctionnent généralement de façon satisfaisante, ces circuits d'alimentation donnent quelquefois lieu à des incidents sérieux qui peuvent endommager l'installation et compromettre gravement la régularité de le marche du four. Au nombre des incidents le plus fréquents, on peut citer l'apparition de surintensités de courant dans le secondaire du transformateur d'alimentation, ce qui entrain automatiquement le déclenchement des disjoncteurs de sécurité et l'interruption de l'alimentation du four. On a également constaté quelquefois la destruction des condensateurs. Les recherches effectuées par le demandeur l'ont amené b constater que la survenance de ces incidents était liée à l'apparition de certaines fréquences de résonance du circuit d'alimentation. On sait que, d'une manière gén-érale, les caractéristiques d'un arc électrique, à savoir sa tension d'amorçage et se résitance, dépendent notament du milieu gazeux présent entre les électrodes et de la vitesse d'augmentation de la tension aux électrodes. Dans un système tel qu'un four å plasma à arc, ces caractéristiques, et en particulier la résistance, sont également sensihles à un retard d'allumage de l'arc. En effet, un retard d'allumage entraîne un refroidissement du plasma, avec conme conséquence, une augmentation de la résitance et une diminution du courant d'arc. La présente invention a pour objet un procédé permettant de reril8dier flux inconvénients ci-dessus mentionnés, en limitant I'anplitrlde des variations de l'instant d'allumage de l'arc. La présente invention est basée sur la constatation inattendue, selon laquelle la stabilité de l'arc est influencée par la valeur du rapport existant entre la fréquence de la tension d'alimentation et au nioins une des fréquences de résonance du circuit d'alimentation du four à plasma. Le procédé qui fait l'objet de la présente invention, dans lequel on alimente le four à plasma par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation présentant au moins une fréquence de résonance et auquel on applique une tension d'alimentation de fréquence déterminée, est essentiellement caractérisé en ce que l'on règle les fréquences de résonance dudit circuit d'alimentation à des valeurs telles que, combinées à la fréquence de ladite tension d'alimentation, elles ne provoquent pas de variations de l'instant d'allumage de l'arc supérieures ù 0,2 millisecondes. On a constaté que les variations de l'instant d'allumage de l'arc sont d'autant plus grandes que la tension d'alimentation est plus faible et que la diffdrence entre la fréquence de résonance et la fréquence de la tension d'alimentation est plus élevée. Selon l'invention, on peut réduire l'instabilité de l'instant d'allumage de l'arc, en sugmentant la tension d'alimentation de l'arc et en limitant les différences entre la fréquence de la tension d'alimentation et les fréquences de résonance. I1 est également apparu, au cours des recherches qui ont conduit à l'invention, qu'une augmentation de la tension d'alimentation permettait d'augmenter la valeur maximum admissible des fréquences de résonance du circuit d'alimentation. Cette possibilité pe-ut s'expliquer par les deux observations suivantes a) pour des tensions d'amorçage d'arc égales, le retard entre la fréquence de la tension d'alimentation diminue, lorsque la tension d'alimentation augmente ; b) la tension d'amorçage de l'arc diminue lorsque la vitesse d'augmentation de la tension aux électrodes augmente. Il convient donc, dans chaque cas particulier d'application du procédé de l'invention, de choisir les fréquences de résonance du circuit d'alimentation du four è plasma en tenant compte de la tension d'alimentation et des caractéristiques de l'arc, en particulier de sa tension d'amorçage. Le procédé de l'invention est applicable aux fours à plasma alimentés aussi bien en courant alternatif qu'en courant redressé. Dans le cas d'un four à plasma alimente en courant alternatif, le circuit d'alimentation présente généralement la configuration illustrée à la figure 1 et comprenant - un transformateur T, appliquant aux bornes du circuit la tension d'alimentation désirée - des disjoncteurs t) et D 2 9 contistuant des organes de 1: sécurité en cas d'incident ; - une première maille, composée de - une self L1 , destinée à filtrer les harmoniques émis par l'arc du four ; - un condensateur C , assurent ltéliminatation de la composante de courant continu éventuellement produite par l'arc; - un condensateur C 2 X permettant d'améliorer le facteur de puissance du circuit. - une seconde maille, montée en parallèle aux bornes du condensateur C2 et composée de: - une self L2 , permettant de limiter le courant dans le four, - le four à plasma FAP. Un tel circuit à deux mailles présente des fréquences de résonance qui sont déterminées par les éléments constitutifs des deux mailles. Selon une première variante du procédé de l'invention, applicable dans le cas d'un circuit d'alimentation à deux fréquences de résonance, on limite l'amplitude des variations de l'instant d'allumage de l'arc en réglant lesdites fréquences de résonance de façon telle que les trois conditions suivantes soient simultanément satisfaites : - les deux fréquences de résonance ne sont pas symètriques par rapport à la fréquence de la tension d'alimentation ; - une des deux fréquences de résonance n'est pas un multiple entier de l'autre ; - aucune des fréquences de résonance ne correspond à une fréquence harmonique ou subharmonique de la fréquence de la tension d'alimentation. Ces conditions peuvent s'exprimer de la façon suivante (1) f1 + f2 0 2 F (2) f1 i a. f2 ou f2 # b. f1 (3) t ' c.F f2 * d.F avec : F = fréquence de la tension d'alimentation, f1 f2 = fréquences de résonance, a, b, c, d, = noires entiers non nuls. Un four h plasma peut également être alimenté en courant alternatif redressé. Dans ce cas, le circuit d'alimentation comporte généralement des redresseurs disposés avant le four, comme le montre, à titre indicatif, la figure 2. Selon une deuxième variante du procédé de l'invention, applicable au cas d'un four à plasma alimenté en courant alternatif redressé, on limite l'amplitude des variations des caractéristiques de l'arc en réglant toutes les fréquences de résonance du circuit d'alimentation, de telle façon que - toutes les fréquences de résonance du circuit différent de la fréquence de la tension d'alimenttion, ainsi que de ses harmoniques, dans le cas d'une alimentation monophasée, ou - toutes les fréquences de résonance du circuit différent d'une fréquence égale à n fois la fréquence de la tension fondamentale, ainsi que de ses harmoniques, dans le cas d'une alimentation polyphasée à n phases. Ces conditions peuvent encore s'écrire : - alimentation monophasée (4) fi + e.F - alioentation n - phasée (5) fi + g. n. F. avec : F = fréquence de la tension d'alimentation ou de la tension fondamentale, fi = fréquence de résonance (i = 1, ... entier) e,g = nombres entiers ou nuls n = nombre de phases. Selon une modalité intéressante de mise en oeuvre de cette deuxibme variante, on adapte les valeurs de la self L et/ou d'au moins un des condensateurs C1 et C2 , de façon que les fréquences de résonance du circuit d'alimentation différent d'au moins 10 S et de préférence d'eu moins 13 %, des valeurs desdites fréquences ou harmoniques de la tension d'alimentation, respectivement de la tension fondamentale. REVENDICATIONS 1. Procédé pour stabiliser l'alimentation électrique d'un four à plasma è arc, dans lequel on elimente ledit four par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation qui présente au moins une fréquence de résonance et auquel on applique une tension d'alimentation de fréquence déterminée, c a Q r a c t é r i s é en ce que l'on règle la ou les fréquences de résonance dudit circuit d'alimentation é des valeurs telles que, combinées à la fréquence de ladite tension d'alimentation, elles ne provoquent pas de variations de l'instant d'allumage de l'arc supérieures à 0,2 millisecondes. 2. Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que, dans le cas où ledit four å plasma est alimenté en courant alternatif par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation présentant deux fréquences de résonance, on limite l'amplitude des varia~tions de l'instant d'allumage de l'arc en réglant lesdites fréquences de résonance, de façon telle que les trois conditions suivantes soient simultanément satisfaites : a) les deux fréquences de résonance ne sont pas symètriques par rapport à la fréquence de la tension d'alimentation b) une des deux fréquences de résonance n'est pas un multiple entier de l'autre ; c) aucune des deux fréquences de résonance ne correspond å une fréquence harmonique ou subharmonique de ladite fréquence de la tension d'alimentation. 3. Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que, dans le cas où ledit four à plasma est alimenté en courant alternatif redressé, par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation présentant au moins une fréquence de résonance, on limite l'amplitude des variations des caractéristiques de l'arc en réglant toutes lesdites fréquences de résonance de tell façon que a) toutes les fréquences de résonance du circuit différent de la fréquence de la tension d'alimentation, ainsi que de ses harmoniques, dans le cas d'une alimentation monophasée, ou que, b) toutes les fréquences de résonance du circuit différent d'une fréquence égale b n fois de la tension fondamentale, ainsi que de ses harmoniques, dans le cas d'une alimentation polyphasée 8 n phases. 4. Procédé suivant la revendication 3-, c a r a c t é r i s-é en ce que l'on adapte la valeur d'au moins un des éléments constitutifs dudit circuit d'alimentation, de façon que lesdites fréquences de résonance différent d'au moins 10 'S, et de préférence d'au moins 13 %, des valeurs desdites fréquences ou harmoniques de la tension d'alimentation, respectivement de la tension fondamentale.