Brevet FR2610150A1 — publié le 19880729

La présente invention est relative aux appareils générateurs d'ozone ou ozoneurs et concerne plus particulièrement les dispositifs d'alimentation électrique de ces appareils. L'ozone est obtenu en quantité importante en soumettant de l'air ou de l'oxygène à une décharge électrique. à une pression légèrement supérieure a la pression atmosphérique. Il se produit alors une ionl- sation par chocs des molécules d'oxygène conduisant a la formation d'ozone suivant la formule: 3 02 4- > 2 03 - 2 x 34000 cal. L'ozone est un excellent oxydant utilisé dans multiples domaines et en particulier dans le traitement des eaux potables. La cellule de base d'un ozoneur est formée d'un condensateur dont le diélectrique est compose d'un intervalle d'air ou d'oxygène en série avec une substance isolante constituée en général de verre. Les ozoneurs industriels sont en général constitués par des groupements de plusieurs cellules de base bran- chees en parallèle entre des bornes d'alimentation reliées à un générateur de tension alternative. En appliquant une tension alternative entre les deux électrodes de la cellule de base, on crée aux bornes de l'intervalle d'air une différence de poten- tiel et par conséquent un champ électrique. Si la valeur crête de la tension appliquée est inférieure à la tension d'amorçage de l'air ou de l'oxygène, l'ozoneur se comporte comme deux condensa- teurs en série, a savoir un condensateur air et un condensateur verre. Par contre, si la valeur crête de la tension appliquée est supérieure a la tension d'amorçage, des effluves se produisent dans l'air qui devient alors partiellement conducteur. La puissance active consommée par l'ozoneur est donnee par la formule de Manley: P = 4f C U (U - U -C /C v o m o a t dans laquelle: - U représente la tension d'amorçage; O - Um, la tension maximale aux bornes de l'ozoneur; - C, la capacité du condensateur air; a - Cv, la capacité du condensateur verre; - Ct, la capacité totale qui est égale à C.C a v et C +C a v - f. la fréquence de la tension d alimenta- t ion. Pour une fréquence donnée, le maximum de la puissance sera obtenue pour dP/dUo = O. 2 P K1 U P = K1 Uo (Um UoK2) = 1 2 o 1 o m dP -=--2 K K U K U dU i 2 o i m o dP -- z = lorsque K U 2 K K2 U soit U = 2K2U d osue K 1 Um 1 o m 2o dU O C C (C +C) C +C a a a v a v K. = ----__ 2 Ct CaCv Cv or C 0, 1 Cv => K2-i,1' i av 2 => P sera donc maximale pour U = 2 U m o On c9nnait déjà d'aprés la demande de brevet Français 84 20 046 déposée le 28 Décembre 1984 par la Demanderesse, un dispositif d'alimentation, à partir 2 610150 d'un réseau triphasé d'un ozoneur comportant au moins deux éléments d'effluvation à caractère capacitif, ce dispositif comportant deux transformateurs monophasés à entrefers, élévateurs de tension, connectés en mon- tage SCOTT, branchés entre le réseau triphasé et les- dits éléments d'effluvation. Un gradateur à thyristors de type connu en soi est connecté entre le réseau d'alimentation et les transformateurs. Ce gradateur opère par découpage de l'onde depuis la valeur zéro de la tension jusqu'à la valeur U. Le dimensionnement en puissance apparente m de ce gradateur est donc: S = ui \ Par ailleurs, la tension inverse supportée par les thyristors est égale à 2U crete soit 2U F et donc à peu prés 3U eff. Ce dispositif présente un certain nombre d'inconvénients notamment au niveau du dimensionnement de ce gradateur et en particulier des thyristors dont le prix dépend beaucoup de la tension inverse qu'ils doivent être capables de supporter. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes en proposant un dispositif qui soit sim- ple, fiable et d'un prix de revient relativement fai- ble. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation, à partir d'un réseau tri- phasé, d'un ozoneur comportant au moins deux éléments d'effluvation à caractère capacitif, ledit dispositif comportant deux transformateurs monophasés à entre- fers, élévateurs de tension, connectés en montage SCOTT, branchés entre le réseau triphasé et lesdits éléments d'effluvation, caractérisé en ce qu'il com- porte en outre un transformateur triphasé dont les enroulements secondaires sont branchés entre lesdits transformateurs monophasés et le réseau triphasé et dont les enroulements primaires sont branchés en étoi- le et sont reliés au réseau triphasé à travers un gradateur. Selon un autre aspect, l'invention a égale- ment pour objet un ozoneur équipé d'un tel dispositif d'alimentation. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé, qui représente un schéma électrique d'un dispositif d'alimentation selon l'invention. Ce dispositif comporte essentiellement deux transformateurs monophasés 1 et 2 à entrefers, éléva- teurs de tension, qui sont reliés à un réseau d'ali- mentation triphasé et à des éléments d'effluvation 3 et 4 selon le montage SCOTT. Le primaire P2 du transformateur 2 est connecté par ses deux bornes à deux phases différentes du réseau d'alimentation et son point milieu est connecté à une borne du primaire P1 du transformateur 1, L'autre borne du primaire P1 - de ce transformateur est connectée à la troisième phase du réseau d'alimentation. Dans chacune des phases du réseau d'alimen- tation est monté en série un enroulement secondaire respectivement 5,6 et 7, d'un transformateur triphasé dont les enroulements primaires 9,10 et 11, sont mon- tés en étoile et sont reliés au réseau d'alimentation par l'intermédiaire d'un gradateur classique à décou- page d'ondes 12. Ce gradateur triphasé permet d'obtenir une variation de la tension d'alimentation du primaire du transformateur triphasé. Ainsi, la tension maximale 52 6 1 0 1 5 aux bornes des thyristors du gradateur ne dépasse pas la tension simple du réseau soit U/ \3. Avantageusement, le rapport de transforma- tion de ce transformateur triphasé est à peu près égal à 0.5. Les enroulements secondaires de ce transforma- teur étant montés en série dans le circuit d'alimenta- tion du montage SCOTT couplé à l'ozoneur. il fait donc varier la tension aux bornes du primaire du montage SCOTT de U/2 à U. Les équations de fonctionnement d'un tel dispositif sont les suivantes: --> --> -_> --> -> -> - > U' U1 *V'2 V' = U1 - m (V2 - V3) --> --> --> --> --> --> --> 1i U2 V 3 -V 1 U2 (V3 - V1) --> --> --> -_> --> --> --> U' = U3 V'1 V2 = V3 - m (V1 V2) or --> --> --> --> --> --> --> --> --> V - V2 =U3 V2 2 - V3 =U1 V3 -V1 U 2 d'o --> -.-> U' =U1(1 - m) I 1 --> --> U' = U2 (1 - m) --> --> U' = U3 (-M 3 3 La puissance est minimale dans un tel dispo- sitif lorsque les thyristors sont passants et que: U1 U2 U3 U' = --- U'2 = --- U'3 = --- 2 2 2 En effet, à ces valeurs aux bornes des pri- maires des transformateurs monophasés, l'ozoneur est à une tension U0 = U/2 donc i la valeur d'amorçage de l'ozoneur. 2 6 1 0 1 5 0 La puissance sera maximale lorsque les thy- ristors sont bloqués, c'est a dire qu'ils ne sont traversés par aucun courant. On a alors: U3 3 U 2 = U2 et U'1: U1 Le rapport de transformation du transforma- teur étant à peu près égal a 0.5. le courant primaire 3 dans le transformateur triphasé sera: J3 1/2 I et la puissance apparente S de ce transformateur sera: S = 3 V 3 = 3 V I. Ce courant 3 traversant également chaque branche du gradateurla puissance apparente de celul- ci est: S = 3 V J = U/ V3x I/2 x 3 d'o S 1/2 U I \'3. ce qui correspond à une puissance apparente égale à la moitié de celle néces- saire dans le montage précédent. La tension inverse aux bornes des thyris- tors sera égale à 3 V soit U \/. Ce dispositif fonctionnant à l'inverse du montage précédent. le taux d'harmoniques est d'autant plus faible que la puissance est élevée. L'inductan- ce propre du secondaire du transformateur triphasé filtre les harmoniques créées par l'ozoneur. L'lnduc- tance de fuite ainsi que l'inductance primaire liml- tent la déformation due à l'angle d'ouverture des thyristors. Par ailleurs. la compensation principale de l'énergie réactive de l'ozoneur se fait toujours par le courant magnétisant du montage Scott (ouverture d'entrefers dans les circuits magnétiques). Enfin, le courant tranversant les thyristors 2 6 1 0 1 5 C étant nul lorsque la puissance est maximale, le rende- ment des thyristors est donc égal a 1, ce qui permet une amélioration du rendement de l'ensemble. 2610 1 5 0 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation à partir d'un réseau triphasé, d'un ozoneur comportant au moins deux éléments d'effluvation (3,4) à caractère capacitif, ledit dispositif comportant deux transformateurs mono- phasés (1,2) à entrefers, élevateurs de tension, con- nectés en montage Scott, branchés entre le réseau triphasé et lesdits éléments d'effluvation (3,4), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un transfor- mateur triphasé (8) dont les enroulements secondaires (5,6,7) sont branchés entre lesdits transformateurs monophasés (1,2) et le réseau triphasé et dont les enroulements primaires (9,10,11) sont branchés en étoile et sont reliés au réseau triphasé à travers un gradateur (12). 2. Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le rapport de transformation du transformateur (8) est à peu près égal à 0,5. 3. Ozoneur équipé d'un dispositif d'alimen- tation tel que défini dans l'une quelconque des reven- dications précédentes.