Procédé pour stabiliser l'alimentation électrique d'un four
à plasma à arc.
La présente invention concerne une méthode améliorée pour l'alimentation, en énergie électrique, d'un four à plasma à arc.
On sait qu'un four à plasma à arc comporte deux électrodes entre lesquelles on crée une différence de potentiel électrique suffisante pour qu'un arc.électrique puisse s'établir entre ces é lectrodes. Il 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 <EMI ID=1.1> - une première self qui permet de filtrer les harmoniques émis par l'arc du four à plasma;
- un premier condensateur qui permet d'éliminer la composante de courant continu éventuellement produite par l'arc;
- une seconde self, qui sert à limiter le courant dans le four à une valeur maximum;
- un second condensateur, qui sert à améliorer le facteur de <EMI ID=2.1>
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 à diodes ou un redresseur - régulateur à thyristors. Dans ce cas, le circuit d'alimentation peut ne pas comporter le premier condensateur et/ou la seconde self.
Bien qu'ils 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 la marche du four.
Au nombre des incidents les plus fréquents, on peut citer l'apparition de surintensités de courant dans le secondaire du transformateur d'alimentation, ce qui entraîne 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 à 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 générale, les caractéristiques d'un arc} électrique, à savoir sa tension d'amorçage et sa résistance, dépendent notamment 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 à plasma à arc, ces caractéristiques, et en particulier la résistance, sont également sensibles à un retard d'allumage dé l'arc.En effet, un retard d'allumage entraîne un refroidissement du plasma, avec comme conséquence, une augmentation de la résistance et une diminution du courant d'arc.
La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier aux inconvénients ci-dessus mentionnés, en limitant l'amplitude 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 moins 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 du dit circuit d'alimentation à des valeurs telles que, combinées à la fréquence de la dite tension d'alimentation, elles ne provoquent pas de variations de l'instant d'allumage de l'arc supérieures à 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 différence 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 augmentant 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.
<EMI ID=3.1>
duit 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 peut s'expliquer par les deux observations suivantes :
a) pour des tensions d'amorçage d'arc égales, le retard entre la fréquence de résonance et la fréquence de la tension d'alimentation diminue, lorsque la tension d'alimentation augmente;
<EMI ID=4.1>
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 à 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 re-
<EMI ID=5.1> Dans le cas d'un four à plasma alimenté 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; <EMI ID=6.1> puissance du circuit.
- une seconde maille M2, 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 �ans 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 les dites fréquences de résonance de façon telle que les trois conditions suivantes soient simultanément satisfaites :
- les deux fréquences de résonance ne sont pas symétriques par <EMI ID=7.1> - 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 :
<EMI ID=8.1>
avec : F = fréquence de la tension d'alimentation,
<EMI ID=9.1>
a,b,c,d, = nombres entiers non nuls.
Un four à 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 diffèrent de la fréquence de la tension d'alimentation, ainsi que de ses harmoniques, dans le cas d'une alimentation monophasée; ou
- toutes les fréquences de résonance du circuit diffèrent d'une fréquence égale à n fois la fréquence de la tension fondamentale, ainsi que de ses harmoniques, dans le cas d'une ali- <EMI ID=10.1>
Ces conditions peuvent encore s'écrire :
- alimentation monophasée :
<EMI ID=11.1>
- alimentation n - phasée .
<EMI ID=12.1>
avec : F = fréquence de la tension d'alimentation ou de la
tension fondamentale,
f. = 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
<EMI ID=13.1>
quences de résonance du circuit d'alimentation diffèrent d'au moins 10 % et de préférence d'au moins 13 %, des valeurs des dites 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 à arc, dans lequel on alimente le dit 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, caractérisé en ce que l'on règle la ou les fréquences de résonance du dit circuit d' alimentation à des valeurs telles que, combinées à la fréquence de la dite tension d'alimentation, elles ne provoquent pas de variations de l'instant d'allumage de l'arc supérieures à 0,2 millisecondes.
Method for stabilizing the electrical supply of an oven
plasma arc.
The present invention relates to an improved method for supplying electrical energy to an arc plasma oven.
It is known that an arc plasma oven has two electrodes between which a sufficient electric potential difference is created for an electric arc to be established between these electrodes. It can be supplied with either alternating current or direct current, rectified from a single or multi-phase alternating current.
In the case of an AC supply, the supply circuit generally includes:
- a transformer which ensures the transformation of the network voltage into a more suitable voltage for the oven <EMI ID = 1.1> - a first inductor which makes it possible to filter the harmonics emitted by the arc of the plasma oven;
- a first capacitor which eliminates the direct current component possibly produced by the arc;
- a second inductor, which is used to limit the current in the oven to a maximum value;
- a second capacitor, which is used to improve the factor of <EMI ID = 2.1>
When it is desired to supply the oven with direct current, an apparatus producing rectified current is inserted between the aforementioned circuit and the plasma oven, for example a diode rectifier or a thyristor rectifier - regulator. In this case, the supply circuit may not include the first capacitor and / or the second inductor.
Although they generally function satisfactorily, these supply circuits sometimes give rise to serious incidents which can damage the installation and seriously compromise the regularity of the operation of the oven.
The most frequent incidents include the appearance of overcurrents in the secondary of the power transformer, which automatically triggers the safety circuit breakers and cuts out the power to the oven. Capacitors have also sometimes been destroyed.
The research carried out by the applicant led him to note that the occurrence of these incidents was linked to the appearance of certain resonant frequencies of the supply circuit.
It is known that, in general, the characteristics of an electric arc}, namely its ignition voltage and its resistance, depend in particular on the gaseous medium present between the electrodes and on the rate of increase of the voltage at electrodes.
In a system such as an arc plasma oven, these characteristics, and in particular the resistance, are also sensitive to an arc ignition delay. Indeed, an ignition delay causes the plasma to cool, as a consequence, an increase in resistance and a decrease in arc current.
The present invention relates to a method making it possible to remedy the drawbacks mentioned above, by limiting the amplitude of the variations in the instant of ignition of the arc.
The present invention is based on the unexpected finding that the stability of the arc is influenced by the value of the ratio between the frequency of the supply voltage and at least one of the resonant frequencies of the furnace supply circuit. plasma.
The process which is the subject of the present invention, in which the plasma furnace is supplied via a supply circuit having at least one resonant frequency and to which a supply voltage of determined frequency is applied , is essentially characterized in that the resonant frequencies of said supply circuit are adjusted to values such that, combined with the frequency of said supply voltage, they do not cause variations in the instant d 'arc ignition greater than 0.2 milliseconds.
It has been observed that the variations in the ignition time of the arc are greater the lower the supply voltage and the difference between the resonant frequency and the frequency of the supply voltage. is higher.
According to the invention, the instability of the arc ignition instant can be reduced, by increasing the arc supply voltage and by limiting the differences between the frequency of the supply voltage and the resonant frequencies.
<EMI ID = 3.1>
Due to the invention, that an increase in the supply voltage made it possible to increase the maximum admissible value of the resonant frequencies of the supply circuit.
This possibility can be explained by the following two observations:
a) for equal arcing voltages, the delay between the resonant frequency and the frequency of the supply voltage decreases, when the supply voltage increases;
<EMI ID = 4.1>
voltage increase at the electrodes increases.
It is therefore appropriate, in each particular case of application of the method of the invention, to choose the resonance frequencies of the supply circuit of the plasma oven taking into account the supply voltage and the characteristics of the arc, in particular its ignition voltage.
The process of the invention is applicable to plasma ovens supplied with both alternating and recurrent current.
<EMI ID = 5.1> In the case of a plasma oven supplied with alternating current, the supply circuit generally has the configuration illustrated in FIG. 1 and comprising:
- a transformer T, applying the desired supply voltage across the circuit; <EMI ID = 6.1> circuit power.
- a second mesh M2, mounted in parallel across the terminals of the capacitor C2 and composed of:
- an L2 choke, making it possible to limit the current in the oven,
- the FAP plasma oven.
Such a two-mesh circuit has resonant frequencies which are determined by the components of the two meshes.
According to a first variant of the method of the invention, applicable in the case of a power supply circuit with two resonant frequencies, the amplitude of the variations in the ignition time of the arc is limited. by adjusting said resonance frequencies so that the following three conditions are simultaneously satisfied:
- the two resonant frequencies are not symmetrical by <EMI ID = 7.1> - one of the two resonant frequencies is not an integer multiple of the other;
- none of the resonance frequencies corresponds to a harmonic or subharmonic frequency of the frequency of the supply voltage.
These conditions can be expressed as follows:
<EMI ID = 8.1>
with: F = frequency of the supply voltage,
<EMI ID = 9.1>
a, b, c, d, = non-zero whole numbers.
A plasma oven can also be supplied with rectified alternating current. In this case, the supply circuit generally comprises rectifiers arranged before the oven, as shown, for information, in FIG. 2.
According to a second variant of the method of the invention, applicable to the case of a plasma oven supplied with rectified alternating current, the amplitude of the variations in the characteristics of the arc is limited by adjusting all the resonant frequencies of the circuit of food, so that:
- all the resonance frequencies of the circuit differ from the frequency of the supply voltage, as well as from its harmonics, in the case of a single-phase supply; or
- all the resonant frequencies of the circuit differ by a frequency equal to n times the frequency of the fundamental voltage, as well as its harmonics, in the case of a <EMI ID = 10.1>
These conditions can still be written:
- single-phase power supply:
<EMI ID = 11.1>
- n-phased power supply.
<EMI ID = 12.1>
with: F = frequency of the supply voltage or
fundamental tension,
f. = resonant frequency (i = 1, ... integer)
e, g = whole or zero numbers
n = number of phases.
According to an interesting method of implementing this
<EMI ID = 13.1>
resonance frequencies of the supply circuit differ by at least 10% and preferably by at least 13%, from the values of said frequencies or harmonics of the supply voltage, respectively of the fundamental voltage.
Claims.
1. Method for stabilizing the electrical supply of an arc plasma oven, in which the said oven is supplied via a supply circuit which has at least one resonant frequency and to which a voltage is applied power supply of determined frequency, characterized in that the resonant frequency or frequencies of said supply circuit are adjusted to values such that, combined with the frequency of said supply voltage, they do not cause variations in the arc ignition instant greater than 0.2 milliseconds.