Brevet FR2742934A1 — publié le 19970627

FILTRE ELECTRIQUE L'invention a pour objet un tiltre électrique pour l'amortissement d'oscillations électriques avec au mmoins un 1er circuit para llèle d'au moins Lune 1ère résistance pure d'amortissement paral ièlement à un 1er circuit en série, qui comporte au moins une lère bobine de filtrage en série avec au moins un 1er condensateur de tiltrage. L'invention se refère à un état de la technique tel qu'il est connu par la revue ai lemande etz, vol. 114 (1993), n' 22, pages 1382 à 1385. Il y est indiqué, pour la réductiori de la teneur en oscillations harmoniques dans des reseaux de courant triphasé, des ]5 t itres passe-haut adaptes avec amortissement résistant, qui réagissent de manière insensible aux toléerances des ti I tre, lu d(Jl reseau. Grace à l'amortissement résistant i l est possible de réduire I'intluence d'osci lations harmoniques transitoires, tel les qu'ell es se produisent par exemple a la mise en marche de transtornmateurs de machines rotatives ou de bancs de condensateurs. Plus I'amortissement résistant est tort, c'est-à-dire plus la resistance pure est faible parallèlement à 1 'indructivité d'un circuit d'absorption, plus taible est le maximum d'impédance en cas de résonance paralIlèle. Pour minimiser les pertes à la tréquence du réseau, le i Itre peut comporter un circuit d'arrêt parallèlement à la résistance d'amortissement. Des indications plus précises concernant le dimersioniement de l'amortissement résistanrt ne sont pa, dJonnees L ' invention i pou,,r but de développer un filtre electrique du type precité de maniè3re à eviter des excitations de tiI tre de sou--harmoniques ou d'inter- harmoniques, c'est-à-dire -'o,:i iiat irins dans la plage de tréquences comprises entre des harmoniriques entières de la réequence du réseau. Pour cela, la valeur de résistance de la lère resistance d'amortissement RI, RP, Rd' est telle qu'une 1ère ampli fication de courant par le tiitre est de l 'ordre de 3 a 5 tois, en son point de pôle de fréquence f' le plus bas, causé par celui-ci et la fréquence f du point de pôle de rrequence le plus bas n'est pas un multiple entier de la fréquence de réseau tr d'un réseau de courant alter-natit 1, qui est en liaison active avec le filtre F1 à F3. L'invention a pour avantage qu'en présence d'une source de courant d'excitation, par exemple d'un tour à arc avec à peu près la même trequence que celle d'une inter-harmonique indésirable, l'amplification résultante par e rf I r reest si raible qu'une rétroaction sur un circuit de régulation de courant pour ur e soureUr de couranri de ce type, res, te à ID l'intérieur de 1 imities tolerables. Une distorsion de la ters ion dku "eseaL, '- niur un rail de te ti ion, auquel est raccordé le filtre, peut être maintenue àa l'intérieur de valeurs limites, qui sont dorinnees par des entreprises de distribution électrique. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Des rormes de réalisation de l'invention sont représentées à titre d'exemples non limitatifs sur les dessins annexés. La figure 1 représen te un réseau de courant alternatit avec filtres electriques et un t-our a arc à courant continu, raccordé par un redresseur, la figure Z est un spectre de courant caractéristique d'un tonct1onnement en courant continu du redresseur de la t iqure 1, la figure 3 est iunrispectre de courant caractéristique d'un ronct iorinemerit en courant alternatif d'un tour a arc a courant al ternratit, la 1-igure 4 est un'l diaqruimme d' impedance pour un réseau de courant alternatif selon la figure 1 et la rigure b est un diaqranmme, qui indique l'influence de deux résistances d'amortissement diftérentes sur l 'am, itication du courant du réseau par l'impédance des filtres. 3j 2742934 Sur les figures, les mêmes éléments sont désignés par les memes réeférences La figure i représente un four à arc à courant continu s avec 'ne cathode ou urne électrode à courant b continu 4, qui est alimentée par un convertisseur ou un redresseur 3 avec un courant continu. Le redresseur 3 est raccordé côté courant alternatif à un réseau de courant alternat it tr i)hase I avec une tréquence de réseau fn de 50 Hz (ou bU Hz) et une tension moyenne de LU I 'ordre de IU kV a bU kV, par exemple de 5j kV. Ce réseau a courant adternatil l est raccordé, par une I igne de branchement ', à un reseau de tension alternative d'ordre supérieur, non représenté, avec une haute teris ton d(e 'ordre de ilU kV à 'l kV. Par l e redresseur r sont engendrées des harmoniques qénantes en tonct ionriemeri en particulier d'ordre n = k p - 1, avec p = nombre d'impulsions du redresseur 3 et k = 1, 2,, .. un nombre entier. Le four à arc à courant continu % est en permanence dans un état de fonctionnement transitoire que le redresseur 3 tend à éloigner largement du réseau à courant alternatif 1, par un tonctionnement quasi stable. D'éventuelles excitation du réseau a courant alternatif i perturbent cet état de fonctionnement, ern ce qu'elles causent un accroissement d' inter-harmoniques entre ces harmoniques et peuvent conduire à une oscillation parasite inadmissible. Des [iltres électriques F1 à F3 empêchent cet accroissement et ev ient donc une oscil latiorn parasite inadmissible du réseau. 3( Sur lIa fiqure / sont portes eri ordonnées, le rapport du courarnt d'har'nonique [n d'ordre n au courant l à la tr-'quence ne e ou t requerac- du reseau t, et, en abscisses, la tréquence t pour un redresseur 3 à 6 impulsions et saris tiltre F à F-f. Un vol t que les harmoniques caractéristiques du 3eme, /eme, 11ème, 13ème, 1/ème et L9ème ordre du reedresseur 3 fournissent des amplitudes particulièrement grandes. Pour exclure pr-esque totalement des excitations côté réseau d'inter-harmoniques, des filtres 4 2742934 électriques F1 a F sont raccordés au réseau à courant alternatit 1. Un double r itre passe-bas F1 produit avec 'inductivité du réseau à courant alternatif 1, une résonance paral léle à unre tre quence t, voir tigure 4, qui n'est pas un multiple entier de la fréquence de réseau rN. Fous les po its de pôle de treéquence d'un ti tre Fl. a F3 doivent être amortis de manière qu'en présence d'une source de courant, excitant ces points de pôle, tels que par exemple un redresseur 3 et/ou un four à arc a cour'ant contlnu, I'ampl ircation reésultante soit si t ble qu'aucune conséquence neégative np peut se!? i 0,tIr e su, la retroaction de circuits de requidation de courant pour le redresseur 3. IJne ampli r catiun resu i rtante par un t itre FI a F3 ne doit pas conduire à une distorsion inadmissible de la tension du réseau suir e reseau a curart alternatit 1, dont la valeur limite est donnée par des exploitants de la tension de réseau. Cet ampl iticatiori de courant des inter-harmonriques dans le courant de réseau Ih ne doit pas être supérieure à b fois, de préterence elle doit être de l'ordre de 3 a 5 fois. Le point de pôle conduit habituellement à la fréquence la plus basse ft a susciter une oscillation parasite du reseau, dei sorte que l'amortissement de ce S point de pôle surtout est important. L'amortissement s'erfectue par une resi-.tance d'amortissement P1, qui est habituel lemerit conçue pour des puissances de perte de I 'ordr e, le qielqiues k I owatatt à a LU kW, Le double fi tre passe-bas F1 est constitué de St. deux z premier et rieux iemri i Dr'- nOrjtrsensér i e.Le premier ce ces deux t Itres est constitué d'une premiere bobine tiltre L1 moittee en s erie avec un premier condensateur fil tre Cl, au c i rcu i t en série duquel est monte en parallèle la résistance d'amortissement R1; il est accordé a la fréquence de réseau -N. Le 2ème de ces 2 t i tres est cunstitue d'une 2ème bobine filtre Lll montée en serie avec deux 2ème et 3ème condensateurs convertisseurs C1, Cil 1' montés en parallèle entre eux; ii est accordé a une 2ème 2742934 fréquence f2 à donner, pour laque le l'impedance de filtre Z présente un minimum. C:ette tréqtence f2 ne doit pas être une harmonique de la tréquence de réseau fN. Les réféterences R.t, et a,_ désignent des résistances ohmiques de la lere et de la '2ême bobines tiltre LL ou LiI. Un deuxieme double fi ltre passe-bas F2, raccorde au reseU a couran rt alternat it 1. est construit de la même manière. en ce qui concerne les Il circuits, que le dcIouboIe rl tr- passe-bs Fi, mais est conçu pour I'amortisemrit de la e5ème harmonique (OS). Un ti i tre passe-hadt -, raccorde au reseau à courant alternatir 1 avec deux resistances d'amortissement Ri, RP', se r à;'eort rssement de la lème harmonique. Il présente un ler montage en série de condensateurs avec 1er et -Zme condensateurs filtre C31, C32 et un 2ème montage en série de condensateurs, montés en parallèle à celui-ci, avec 3ème et 4ème condensateurs filtre C51', C32', une bobine filtre L3 2U étant montée en série a son circuit parallèle. Dans un circuit parallèle au circuit en série fait de la bobine filtre L3 et du 1er condenrsateur tittre C31 de ce 1er montage en série de condensateurs, est montée une résistance d'amortissement R. Dans un autre circuit parallèle au circuit en série fait de la bobine filtre LS et du premier conde,usateur tiI tre C31' de ce deuxième montage en série de r ondensateuirs, est montée une resistarnc d'amoi t i semel_ R' '. Ld r'rerence R--3 désigne la résist ance o hmique de ia booine filtre L3. Avec ce ti ltre asse-h idut FJ Ii ess!-nossibIe de rLduire considérablement la puissance de perte dans les résistances d'amortiseerient R, R ' par rappourt à des filtres par aii leurs usuels avec seulement une résistance d'amortissement. Il est bien entendu que tous les filtres F1 à F3 peuvent être du même type Fl, F2 ou F3. Un courant de réseau aL,N des harmoniques avec la fréquence caractéristique diu redresseur S se compose d'un courant de redresseur i. , d'inter-harmoniques, qui b b 2742934 proviennent du tour à arc 5, et d'harmoniques I,-, avec la fréquence caracter!stique du redresseur 3, sans influence de 1 'impédance des t fi l t res F1 à F3, diminué d'un courant de tiltre I"l. La figure 3 représente un spectre caractéristique d'un tour - arc a courenrit alternatif non représenté, sanris riltre hi a F3 et sans redresseur sel o l a t i q u r e L Le de,- r a t i o r de o r données et des abscisses coirc ident avec celles de la figure 2. LU Les harmoniques sonrit cl i qerie rees dans un spectre continu, causé par le comportement en fonctionnement instable de ses trois arcss. l es harmoniques de nombre entier présentent des valeurs de pointe marquées, qui sont accompagnees de bardes aterales ininterrompues, de petite amplitude. Des sous-harmoniques aussi se produisent. Pour I 'amortis'sement conviennent ici également des tiltres du type Fl, F2 et F3, selon la tigure L, avec des points de pôle fl toujours entre 2 harmoniques de nombre entier. 2U La figure 4 représente un diagramme rrequence- impédance avec utilisation d'un filtre passe-haut F3 avec un accord dans le domaine compris entre la ième et la 4ème harmoniques, dans un circuit selon la figure 1. Sont inridiquees ici en ordiriries I ' impiedarnce Z en Q et en abscisse, la trequence f, en multiples de la rrequence de r'seau rm, en h. ULine droI Le b caracterise l'impedance du systeme sans t, I tre hi à Fj, Une courbe eri poilti les avec iri ch Trtre / designe le parcours de l'impédance d'une instdl latior, de fi trage selon la - i gure L, a v e c uti I i sa t ior t i t 1 i r pass e - h au t F 3, accordé pour un domaine compris entre la 3ème et la 4ème harmonique. Une courbe 8 representee en trait plein indique le parcours de l'impedance d'une installation de tiltrage selon la figure 1, avec utilisation d'un tiltre passe-haut F3 avec une résistance d'amortissement R = Rd' = Lo Q et la courbe 9 en pointillés indique un parcours d'impédance avec une resistance i d'amort semenrt R. = Rd' = 30 Q. Le tiltre passe- haut F3 donné a titre d'exemple forme avec I'impédance de reseau inductive, un point de pô1e de fréquence t. le plus bas pour,/ r Hz; sa tréquence d'accord f2 se situe a 3,8 F- Hz, La fiqure b represerte une amp litication de courant par l'impédance Z de i'installation de filtrage se on la tigure - 1 I t - t i or:ldu. i Itre passe- haut F, corresporn dait d la tigure 4, en ordonnées etant porté e r'!por't jdu -_nr.3r!t e reseau Il-,.N à i nter-harmon ique ai imenteée ia Frequence fl du point de pole, avec la reijuuerice cardcter ist que du courant de redresseur [.,-. en tenrant compte de l'influence de Il'impedance de 1I inst allationr de r i rr aq F1 à F3. Les valeurs en abscisses coincident avec celles de la figure 4. Une cou'-be lb represenrtee en trait piein indique Il'amplification avec une résistance d'amortissement Ri = R3' 18U 2 et la courbe 11 en pointil lés indique un parcours d'amplification avec une résistance d'amortissement Rd = R' = 3U Q. Tandis que la courbe 10 présente au point de pole de tréquence fl d 1le plus bas, a 2,7 r- Hz, une amplification indésirable de ', on obtient avec la resistance R3 = R3' = 3u Q, une ampliticatiorn e,5, voir courbe 11. Il est important que la résistance d'amortissement Rl. I3 ?3' dians I 9s r i ttres F1 à F3 soit tell e que I 'amplt i Lation a tous les points de poie de trequence o, d'amortissement. 8 2742934 REVENDICATIONS I. - F' -tr'e le t'tr'tiue pour I 'amortissement d'oscil lations electriques b5 8a avec lin molirs un Ier circuit paraI lele d'au moins une 1ere r.'-ista-ce d'amortissement ohmique (RI, R b) paraIlèlement à un Fer circuit en série, qui comporte au moins u ne ierPj bobinre ri Itre iL1, L3) en lO série avec c.) au moins un ler condensateur filtre (C1, C31, C1') caractérise en ce que d) la valeur de resistance de la lère résistance d'amortissement (RI, R3, R3'J est telle qu'une lre ampi itication i de courant par le ti tre est de 1 'ordre de 3 a b rols, en son point de pôle de trequence tr le plus bas, cause par celul-ci et e) en ce que la rréquence f du point de pôle de 2U trequence le puis bias n'est n-'s un mult iple entier de la fréquence de reseau (fl) d'un réseau de courant al ternati t 1), qqui est ri I a ison a.t ive avec le filtre eFr1:F) j. /. - i tre euec trique selon la revendication 1, cardcterise eri ce q(e le tlItre e!ectrique est un double tiltre passe-bas Fi1, F 3, - F i: re eec triqur e selon la revendication 2, caractérisé en ce que le double filtre passe-bas (FI) presente, dans un monritace en serie avec le premier circuit parallele, une deuxième bobine filtre (L11) en serie avec au moins un ?reme ound-ri-sateur r i tre (C11 Cll '). 4. - Fi I tre e ectr-lque selon la revendication 1, caracter i sé a) en ce qu'il est prévu un deuxième circuit parallèle d'au moins uine d(Jeu ieme resistance d'amortissement ohmique IR3') b> parallelement à un 2ème circuit en série, qui comporte au moins la lere L)oblne filtre L! en serie avec c) au moins urn 3eme condensateur filtre (C31'). Si - FilLre elec tri lce setof la revendication 4, caractérisé a) enri ce que le Jeme condensateur filtre (C31') est monte en serie avec un 4eme condensateur filtre (C32'), b) en ce que le premier condensateur filtre (C3I) est monte enri ser e avec uijrl Sme condensateur filtre (C32) et c) en ce que le 4eme et le bème condensateurs filtre (C32', C32) sont en t iaisonri active entre eux.