Brevet FR2597005A1 — publié le 19871016

i Dispositif d'isolation pour filtre électrostatique La présente invention concerne les filtres électrostatiques et plus particulièrement des dispositifs permettant de régler la charge présente dans le filtre électrosta5 tique. Les dispositifs classiques de régulation de filtres électrostatiques ont pour objet de détecter l'apparition d'étincelles dans le filtre électrostatique et réduire la tension lorsque des étincelles apparaissent. Une grande partie 10 de la littérature concerne la détection rapide des étincelles et le type de réponse qui est nécessaire. La réponse usuelle consiste à réduire la tension de commande par l'intermédiaire d'un transformateur, en inversant cette commande graduellement ou conformément à un programme prédétermine. Une difficulté consiste en ce que fréquemment les sections du filtre électrostatique sont branchées en parallèle de sorte qu'une étincelle massive ou fréquente apparaissant dans une section du filtre électrostatique décharge effectivement les autres sections. Bien que la capacité et l'in20 ductance naturelles des autres sections du filtre électrostatique puissent éventuellement réduire cet effet de décharge, les autres sections du filtre électrostatique seront déchargéeso Dans des dispositifs connus de régulation de filtres électrostatiques (brevet US N 2 752 000 par exemple), on 25 a utilisé un pont redresseur double alternance dont deux sommets opposés étaient raccordés à un transformateur à haute tension et dont un sommet est raccordé à la terre. L'autre sommet était subdivisé en deux sorties délivrant chacune une commande sur une alternance. Un inconvénient manifeste de cette structure réside dans le temps mort qui apparaît entre des alternances prises une sur deux lorsque la recharge de la section du filtre électrostatique n'est pas possible. En outre ces systèmes ne permettent pas d'isoler une multiplicité de sections du filtre élec35 trostatique. Au lieu de cela, la répartition de sections du filtre électrostatique en différentes classes d'alternances est mise en oeuvre simplement pour obtenir une commande indépendante de deux filtres électrostatiques. La détection exécutée lors d'alternances prises de deux en deux indique des fil5 tres électrostatiques alternés. C'est pourquoi ce système est en soi limité à un fonctionnement à une alternance et ne peut comporter que deux filtres électrostatiques. C'est pourquoi il existe un besoin d'un dispositif perfectionné d'isolation pour des filtres électrostati10 ques, qui empêche la propagation d'un état de formation d'étincelles dans l'ensemble du système des filtres électrostatiques pour la décharge de ces derniers. Conformément à la forme de réalisation donnée à titre d'illustration, qui présente les caractéristiques et 15 avantages de la présente invention, il est prévu un filtre électrostatique comportant une pluralité de sections de filtre et possédant un transformateur à haute tension servant à produire une haute tension alternative. De même ce filtre électrostatique comporte des moyens redresseurs qui sont accouplés 20 au transformateur de manière à convertir sa haute tension alternative en un signal de sortie à haute tension, à courant continu. Le filtre électrostatique comporte également une pluralité de moyens servant à réaliser une conduction unidirectionnelle. Chacun des moyens de conduction est branché sépa25 rément entre les moyens redresseurs et une section différente correspondante faisant partie des sections du filtre électrostatique. Ces moyens redresseurs sont raccordés de manière à transmettre un courant entre le transformateur et les moyens réalisant une conduction unidirectionnelle. Chacun de ces mo30 yens réalisant une conduction unidirectionnelle est orienté de manière à réaliser une conduction dans le même sens par rapport aux moyens redresseurs de sorte qu'une tension de décharge présente dans l'une des sections du filtre électrostatique ne décharge pas les autres sections. Grâce à l'utilisation de l'appareil du type in- diqué précédemment, on obtient une isolation améliorée du filtre électrostatique. Dans une forme de réalisation préférée, une pluralité de redresseurs à semiconducteur sont raccordés en commun par leurs cathodes. Cette cathode commune est com5 mandée par un ensemble transformateur/redresseur. Les anodes des redresseurs à semiconducteur commandent séparément des sections correspondantes du filtre électrostatique. Par conséquent, les redresseurs agissent à la manière de diodes de blocage de telle sorte qu'une basse tension produite par une 10 étincelle dans une section ne peut pas se propager en direction des autres sections. C'est pourquoi le filtre électrostatique n'est jamais perturbé pendant un intervalle de temps excessif. Au lieu de cela, des sections ne produisant pas d'étincelles fonc15 tionnent de façon continue, tandis que la charge présente dans la section du filtre électrostatique produisant des étincelles est éventuellement régénérée par le transformateur/redresseur. Dans cette forme de réalisation préférée, ces re20 dresseurs d'isolation sont montés dans une chambre ou un logement situé à la partie supérieure des sections du filtre électrostatique. Etant disposés de cette manière, ils sont protéqés vis-àvis de l'environnement et peuvent être protégés au moyen du réglage de la température et de l'humidité, comme 25 cela s'avère approprié. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence au dessin annexé, dont la figure unique représente un schéma d'un filtre électrostatique conforme aux 30 principes de la présente invention. Ci-après on va donner une description détaillée de la forme de réalisation préférée de l'invention. En se référant à la figure, l'alimentation au réseau est appliquée à des bornes 10 et 12, qui sont raccordées 35 au primaire d'un transformateur à haute tension TI. Sinon, l'énergie appliquée aux bornes d'alimentation au réseau 10, 12 peut être tirée d'un régulateur d'alimentation en énergie. Par exemple un régulateur classique à thyristors peut délivrer une onde alternative qui est interrompue sur une ampleur 5 variable au début de chaque alternance de manière à fournir une alimentation variable. Un régulateur d'alimentation en énergie convenant à cet effet est indiqué dans le brevet US N 4 290 003. Le transformateur T1 est un transformateur refroi10 di par air ou par huile, qui est monté à l'intérieur d'un boîtier commun TR comportant des moyens redresseurs réalisés sous la forme de quatre diodes CRA,CRB,CRC et CRD. Les cathodes des diodes CRA et CRB sont raccordées séparément à différentes bornes correspondantes du secondaire du tranformateur T1, tandis 15 que leurs anodes sont raccordées en commun à une borne de moyens formant bobine d'arrêt L1, dont l'autre borne est repérée comme constituant la ligne 16. Les moyens formant bobine d'arrêt L1 sont constitués par une inductance dimensionnée de manière à empêcher des phénomènes transitoires impliquant un 20 courant excessif. Les cathodes des diodes CRA et CRB sont raccordées séparément aux anodes de diodes respectives CRC et CRD, dont les cathodes sont raccordées à la terre. Le transformateur/redresseur TR peut être monté à la partie supérieure d'une chambre désignée comme étant le logement PH. Ce loge25 ment peut être un hangard chauffé permettant d'accéder à une section PR du filtre électrostatique. Le logement PH utilise un dispositif de chauffage 14. Ce dispositif de chauffage peut être alimenté par le courant électrique ou par la vapeur produite par une centrale 30 associée par exemple. Un avantage lié à l'utilisation d'un logement à chauffage PH, réside dans le fait que les lignes à haute tension aboutissant à la section PR du filtre électrostatique peuvent être maintenues à une température et à une humidité réglées. Ceci non seulement protège les conducteur, 35 mais empêche l'apparition de courants de fuite. Des moyens de conduction unidirectionnelle sont représentés ici sous la forme d'une pluralité de redresseurs à semiconducteur CR1,CR2,CR3... CRn. Les cathodes des différents redresseurs CR1-CRn sont raccordés en commun à la li5 gne 16. Les redresseurs CR1-CRn possèdent une tension de claquage inverse relativement élevée de 140 kilovolts. Cependant, on peut utiliser d'autres tensions de claquage, en fonction de l'amplitude de la tension apparaissant dans la ligne 16. Les redresseurs CR1-CRn sont formés chacun par une diode de 10 forte puissance, possédant une longueur d'environ 30 centimètres. Chaque diode possède un courant nominal moyen de 1 à 2 ampères, bien que manifestement d'autres valeurs nominales conviennent en fonction des dimensions de la section du filtre électrostatique, qui est commandée. On comprendra que l'interruption marquée dans la ligne entre les redresseurs CR3 et CRn indique que le nombre des redresseurs peut être accru. Le nombre des redresseurs utilisés dépend des dimensions et de la capacité de transmission de puissance du filtre électrostatique particulier. Les anodes des différents redresseurs CRi,CR2, CR3... CRn sont représentées comme étant raccordées séparément aux électrodes de sections individuelles respectives Pl, P2,P2,... Pn, d'un filtre électrostatique. A nouveau on peut augmenter le nombre des sections du filtre électrostatique com25 me cela est indiqué par l'interruption insérée dans la ligne entre les sections P3 et Pn. Comme représenté ici, les sections Pl-Pn du filtre électrostatique sont raccordées de telle sorte que leurs plaques sont reliées à la terre. Afin de faciliter la compréhension des principes 30 associés à l'appareil précédent, on va décrire maintenant brièvement son fonctionnement. Un courant alternatif est appliqué aux bornes 10 et 12 de manière à produire une haute tension alternative à partir du transformateur T1. Lors d'alternances successives, l'une ou l'autre des diodes CRA ou CRB est con35 ductrice, le courant revenant par les diodes CRC ou CRD. La ligne 16 est alimentée pendant chaque alternance étant donné que les diodes CRACRD fournissent un redressement sur deux alternances. Un tel redressement est avantageux étant donné que la puissance résultante est plus uniforme et ne diminue 5 pas de façon importante entre des alternances successives. La tension redressée est appliquée par l'intermédiaire de la ligne 16 aux cathodes des différentes diodes CR1-CRn. Cette tension négative charge les électrodes des différentes sections P1-Pn du filtre électrostatique. Dans le filtre électrostati10 que usuel, les différents paramètres, tels que la tension dans la ligne 16 ou le courant traversant le transformateur 41, peuvent être contrôlés. Si la formation d'étincelles apparaît, la commande par l'intermédiaire du transformateur T1 peut être réglée de façon correspondante. Lorsqu'une formation d'étincelles se produit, elle peut avoir une amplitude telle que la tension sur les électrodes de l'une des sections PR du filtre électrostatique peut tomber au voisinage de zéro. Par exemple une étincelle peut apparaître dans la section P2 du filtre électrostatique. 20 Par conséquent la tension présente sur l'anode du redresseur CR2 peut tomber à zéro. En l'absence des diodes CR1-CRn, chacune des électrodes situées dans les sections P1-Pn du filtre électrostatique pourrait se décharger en tombant sensiblement à zéro volt. Cependant la basse tension présente sur l'anode 25 du redresseur CR2 est transmise par l'intermédiaire de ce redresseur de manière à faire chuter la tension dans la ligne 16. Par conséquent les diodes CR1,CR3,... CRn sont polarisées en inverse. Chacune des sections P1,P3,...Pn du filtre électrostatique tend à conserver une charge de sorte que l'élec30 trode de chaque section tend à rester à une tension relativement élevée. C'est pourquoi le courant ne peut pas circuler à travers les diodes CR1,CR3,...CRn et par conséquent les charges présentes dans les sections Pl,P3,...Pn du filtre électrostatique ne peuvent pasdiminuer de façon conséquente. La tension négative réduite, mais présente dans la ligne 16 entraîne le passage d'un courant à travers le redresseur CR2, en régénérant éventuellement la charge présente dans la section P2 du filtre électrostatique. Lorsque la tension négative présente dans la section P2 du filtre électro5 statique augmente jusqu'à prendre une valeur égale à celle présente dans l'une quelconque des autres sections du filtre électrostatique, cette autre section peut alors se recharger. Lorsque la parité de tension est ainsi atteinte, les redresseurs associés CRl,CR3,...CRn sont polarisés dans le sens direct de 10 manière à appliquer un courant de charge aux sections respectives du filtre électrostatique, qui leur sont associées. Le fonctionnement indiqué précédemment se produit chaque fois qu'une section du filtre électrostatique est déchargée. Le fonctionnement précédent est automatique et ré15 pétable pour cet agencement de circuit et peut être exécuté en l'absence d'un régulateur extérieur. On notera que différentes modifications peuvent être mises en oeuvre en rapport avec la forme de réalisation préférée décrite plus haut. Par exemple le pont redresseur sur 20 deux alternances, qui est représenté sur la figure, peut être remplacé par un ou plusieurs redresseurs sur une alternance. Sinon, on peut utiliser un secondaire à prise pour fournir un redressement sur deux alternances ou sur une alternance. Les redresseurs d'isolement utilisés ici peuvent être dimension25 nés différemment en fonction de la puissance nominale du filtre électrostatique. De même le nombre des redresseurs d'isolement peut être modifié en fonction des dimensions de l'installation. En outre le schéma présenté ici est donné à titre d'exemple et peut être modifié au moyen de l'utilisation de 30 différents capteurs servant à renvoyer des signaux indiquant les conditions de fonctionnement du filtre électrostatique, dans le but de régler la puissance qui lui est appliquée. En outre on peut modifier le type des filtres électrostatiques, le type des électrodes et le type des plaques, que l'on uti35 lise ici, en fonction de l'application spécifique. En outre les dimensions, la valeur ou le régime nominal des différents composants peuvent être modifies en fonction des exigences désirées concernant la capacité de transmission d:énergie, la vitesse, la température, la stabilité, l'espace, etc. Naturellement de nombreuses modificatiocns et changements peuvent être apportés 'La présente invention à la lumière des indications données précédemment et c'est pourquoi on comprendra que tout en restant dans le cadre de iLinvention, cette dernière peut être mise en oeuvre d'une autre ma10 nière que celle décrite de façon spécifique. REVENDICATIONS i. Filtre électrostatique, caractérisé en ce qu'il comporte: - une pluralité de sections de filtre (Pl,...Pn), 5 - un transformateur à haute tension (T1) servant à produire une haute tension alternative, - des moyens redresseurs (CRA,CRB,CRC,CRD) accouplés audit transformateur (T1) de manière à convertir ladite haute tension alternative en un signal de sortie à haute ten10 sion, à courant continu, et - une pluralité de moyens de conduction unidirectionnelle (CR1,...CRn), qui sont branchés séparément entre lesdits moyens redresseurs et les différentes sections correspondantes dudit filtre électrostatique, lesdits moyens redres15 seurs étant raccordés de manière à transmettre le courant entre ledit transformateur (T1) et lesdits moyens de conduction unidirectionnelle (CR1,...CRn), dont chacun est orienté de manière à établir une conduction dans le même sens par rapport auxdits moyens redresseurs,de sorte qu'une tension de déchar20 ge présente dans l'une des sections (Pl,...Pn) du filtre électrostatique, ne décharge pas les autres sections. 2. Filtre électrostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits moyens de conduction 25 unidirectionnelle (CRI...CRn) est constitué par un redresseur à semiconducteur, 3. Filtre électrostatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens redresseurs (CRA,CRB, CRC,CRD) comportent au moins une diode destinée à être conduc30 trice pendant une alternance sur deux entre ledit transformateur (31) et lesdits moyens de conduction unidirectionnelle (CRi...CRn). 4. Filtre électrostatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun desdits redresseurs à semicon35 ducteur (CRA, CRB,CRC,CRD) comporte un couple de bornes, des premières bornes desdits redresseurs étant raccordées en commun. 5. Filtre électrostatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la ou lesdites diodes (CRA,CRB,CRC, 5CRD) sont accouplées à d'autres diodes de manière à former au moins un couple de diodes servant à établir alternativement une conduction pendant des alternances successives. 6. Filtre électrostatique selon la revendication , caractérisé en ce que ledit couple de diodes est apparié 10 à d'autres diodes de manière à former un quadruplé de diodes (CRA,CRB,CRC,CRD) raccordées de manière à former un pont double alternance servant à réaliser une commande sur deux alternances. 7. Filtre électrostatique selon la revendication 15 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens formant bobine d'arrêt (L) branchés en série entre des moyens redresseurs (CRA,CRB,CRC,CRD) et ladite pluralité de moyens de conduction unidirectionnelle (CR1... CRn). 8. Filtre électrostatique selon la revendication 20 7, caractérisé en ce que lesdites bornes de chacun desdits redresseurs à semiconducteurs comprennent une anode et une cathode. 9. Filtre électrostatique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les différentes cathodes sont raccor25 dées en commun auxdits moyens formant bobine d'arrêt (L1). 10. Filtre électrostatique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une chambre (PH) située entre ledit transformateur (T1) et lesdites sections (Pl...Pn) du filtre électrostatique, lesdits moyens de 30 conduction unidirectionnelle (CR1... CRn) étant installés dans ladite chambre. 11. Filtre électrostatique selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une personne peut pénétrer dans la chambre (PH), qui comporte des moyens (14) permettant de 35 maintenir la température de l'air dans ladite chambre au-des- 2 59 7005 5 sus d'une valeur minimale prédéterminée. 12. Filtre électrostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de conduction unidirectionnel (CR1...CRn) comprennent au moins trois redresS seurs, de sorte qu'une décharge dans l'une desdites sections du filtre électrostatique ne décharge pas les deux autres sections.