Régulateur de four électrique à arc polyphasé Les régulateurs classiques de fours électriques à arc polyphasés ont pour consigne soit de maintenir constant le courant des électrode, soit de maintenir constante l'impédance des arcs. Le premier mode de réglage, dans; le cas d'un four triphasé, a le désavan tage<B>de</B> ne pas assurer l'indépendance des réglages individuels des diverses électrodes. lors d'une pertur bation dans une phase.
En effet, par exemple lors d'une rupture d'arc dans une phase, le courant des deux autres phases diminue, ce qui oblige les régula- teurs correspondants à réduire momentanément la longueur des ares correspondants jusqu'au rétablisse ment dans la phase perturbée du courant nominal. Il peut alors se produire une carburation da bain du fait que les deux électrodes ont tendance à toucher le bain.
De plus, le réglage de courant assure, pour un facteur de puissance constant, une variation die puissance absorbée par le four, proportionnelle aux variations de tension du réseau.
En revanche, le secondmode de réglage présente l'avantage d'assurer l'indépendance totale des régla ges individuels des électrodes, puisque sa consigne est donnée par le rapport de la tension d'arc et du courant d'électrode.
Une modification de l'impédance d'un arc n'influence pas les mesures d'impédance des deux autres régulateurs. Cependant ce mode de ré glage a le désavantage de faire varier la puissance absorbée par 1e four, proportionnellement au carré des variations de tension du réseau pour un facteur de puissance constant. Cette dernière particularité du réglage d'impédance est spécialement gênante lors que les variations,
du réseau sont importantes et que la fourniture d'énergie électrique est limitée par con trat.
L'invention vise à réaliser un régulateur présen tant l'avantage du réglage d'impédance en ce qui con- cerne l'indépendance des électrodes et permettant d'obtenir des variations de puissance, en fonction des variations dé tension du réseau, égales. ou inférieures à celles qui se produisent dans le cas d'un réglage de courant.
Elle a pour objet un régulateur de four électrique à arc polyphasé agissant sur la position des électrodes de ce four qui est caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque électrode, un dispositif mesu rant l'écart entre le courant de cette électrode et une grandeur de référence, un dispositif mesurant l'écart entre la tension simple mesurée entre la phase cor respondant à cette électrode et la sole du four,
et la tension simple mesurée entre la même phase et un neutre artificiel réalisé au moyen du réseau d'alimen- tation du four, et un dispositif comparant ces écarts et commandant l'électrode.
Le dessin. annexé représente, à titres d'exemples, quelques formes d'exécution du régulateur selon l'in vention.
La fig. 1 est le schéma d'une première forme d'exécution, et la fig. 2 est le schéma d'une seconde forme d'exécution.
La fig. 3 est un diagramme explicatif.
La fig. 4 est le .schéma d'une troisième forme d'exécution.
Les fig. 5 et 6 sont des diagrammes explicatifs.. La fig. 7 est le schéma & 'une quatrième forme d'exécution.
La fig. 8 est un autre diagramme explicatif. Dans l'exemple selon la fig. 1, le courant de cha cune des électrodes du four, qui est mesuré par un transformateur de courant 1, est redressé par un pont de redresseurs 2 et circule dans une résistance de charge 3.
Un stabilisateur de courant ou de ten sion 4 qui fournit, une grandeur de référence débite par l'intermédiaire d'un pont de redresseurs 5 sur une résistance de charge 6.
De plus, en série avec le pont 2, est connecté un pont 7 alimenté par un trans formateur 8, dont le primaire mesure la tension sim ple entre la phase correspondant à ladite électrode et un neutre artificiel réalisé au moyen de trois im pédances égales 9. En série avec le pont 5 est con- necté un pont 10 alimenté par un transformateur 11, dont le primaire mesure la tension simple entre la même phase et la sole du four.
La tension totale aux bornes des résistances 3 et 6 constitue l'écart de ré glage ; il est nul lorsque les courants circulant dans ces deux résistances sont égaux ; en revanche, il est positif lorsque le courant,total fourni par les ponts de redresseurs 5 et 10 est supérieur au courant total fourni par les ponts de redresseurs 2 et 7. Dans le cas contraire, il est négatif.
La polarité de l'écart dé termine le sens de déplacement de l'électrode. Lors que les deux tensions simples mesurées par les trans formateurs 8 et 11 sont égales (charge du four symé trique ou équilibrée) et par conséquent lorsque les courants fournis par les ponts 7 et 10 sont les, mêmes, l'écart de réglage est nul si le courant d'électrode est égal à la valeur de consigne fournie par le stabi lisateur 4.
Le régulateur réagit alors comme un régu lateur de courant et la puissance absorbée par le four varie proportionnellement aux variations dé tension du réseau.
En, revanche, si la tension du réseau est constante et si le point neutre du four se déplace, c'est-à-dire si la tension mesurée par le transformateur i l est différente de celle mesurée par le transformateur 8, les courants fournis par les ponts 7 et 5 sont égaux,
de sorte que l'écart de réglage dépend du déséqui libre entre les courants fournis par les ponts 2 et 10 mesurant respectivement le courant d'électrode et la tension entre cette électrode et la sole. Le régulateur réagit alors comme un régulateur d'impédance, dont les avantages ont été mentionnés ci-dessus.
Dans le cas de la fig. 2, l'écart de réglage est proportionnel à la. différence des effets des courants circulant dans deux bobines 12 et 13 du régulateur.
Le courant circulant dans la bobine 12 est propor tionnel au courant d'électrode, tandis que le courant circulant d'ans la bobine 13 constitue la grandeur de référence fournie par un amplificateur magnétique,
stabilisé par rapport aux variations de tension du réseau alternatif d'alimentation au moyen d'un enrou lement de prémagnétisation 14 et d'un. élément 15 à caractéristique non linéaire.
Le courant de référence est influencé par l'écart des ampères-tours fournis par deux enroulements de commande 16 et 17 ali mentés respectivement par la tension entre ladite électrode et la sole du four et la tension entre cette électrode et un neutre artificiel réalisé au moyen des trois impédances égales 9.
En cas d'égalité des ampères-tours fournis par les enroulements 16 et 17, c'est-à-dire lorsque la tension entre électrode et sole est égale à la tension simple dix réseau, le courant circulant dans l'enroulement 13 est constant, quelles que soient les variations de ten sion du réseau et le réglage s'effectue à courant cons- tant.
En revanche, lorsque la tension du réseau d'ali mentation reste constante, mais si le point neutre du four se déplace, le courant circulant dans l'enrou lement 13 ne sera influencé que par le courant cir culant d'ans l'enroulement 16 qui est proportionnel à la tension entre électrode et sole, de sorte que le réglage s'effectue alors à impédance constante.
Pour réaliser un régulateur permettant d'obtenir des variations de puissance, en fonction des varia tions de tension du réseau, inférieures à celles qui se produisent dans le cas d'un réglage de courant, il suffit de doubler l'effet de la mesure de cette tension et de doubler également l'effet de la grandeur de référence. Par ,exemple, dans le cas de la fig. 1,
les courants fournis par les ponts de redresseurs 7 et 5 seront doublés par rapport aux courants fournis par les ponts 2 et 10. Lorsque les tensions U et U' sont égales (charge du four équilibrée),
le système est en équilibre lorsque la somme du courant proportionnel à la tension simple du réseau et du courant propor tionnel au courant d'électrode est égale à la somme du courant de référence fourni par l'élément 4 et le pont de redresseurs 5 et du courant fourni par le pont 10. Dans ce cas, l'équation du réglage corres pond à la droite 19 de la fig. 3.
Dans le cas de l'exemple de la fig. 2, il suffit de doubler la valeur de consigne du stabilisateur magné tique alimentant l'enroulement 13 et de doubler les ampères-tours démagnétisants de l'enroulement de commande 17.
Un autre moyen d'obtenir la caractéristique de réglage mentionnée ci-dessus est d'introduire dans la mesure de la tension simple entre l'électrode et le neutre artificiel un élément à caractéristique non li néaire.
Dans le cas de la fig. 4, cet élément 18 est placé dans le circuit secondaire du transformateur 8. Cet élément pourrait aussi âtre placé dans le circuit pri maire de ce transformaxeur. Lorsque la charge du four est équilibrée et que la tension simple du réseau est à sa valeur nominale U,z, les courants fournis par les re- dresseurs 2, 7, 10 et 5 sont égaux.
Si la tension du réseau varie, il se produit un écart entre les courants fournis par les! redresseurs 7 et 10 du fait de la pré sence de l'élément 18 à caractéristique non linéaire. Cet écart s'additionne à la grandeur de référence de courant ou s'en retranche suivant que la tension du réseau diminue ou augmente par rapport à sa valeur nominale U,,. Si cet écart varie linéairement avec la tension du réseau, on obtient ainsi, comme le montre la caractéristique 19 de la fig. 3,
un courant réglé 1 qui décroit linéairement en fonction de la tension simple U' du réseau. Un dimensionnement convenable de l'élément 18 permet d'obtenir une caractéristique de réglage 19 tangente à l'hyperbole 20 correspon- dant à une puissance constante lorsque la tension et le courant d'électrode sont à leurs valeurs nominales Un et 1,,
<B>.</B> En revanche, si la tension du réseau est constante et si le point neutre du four se déplace, le régulateur se comporte comme un régulateur d'im- pédance puisque l'écart de réglage est fonction uni quement de l'écart entre les courants fournis par les redresseurs 2 et 10.
La fig. 5 montre comment se déplace la caractéristique du réglage d'impédance lorsque la tension simple U' du réseau diffère de sa valeur nominale U,L.
Pour obtenir la caractéristique de réglage 19 de la fig. 3 lorsque la charge du four est équilibrée, l'élément 18 de la fig. 4 doit être dimensionné de manière à obtenir la caractéristique statique 21 de la fig. 6, où U' représente la tension simple mesurée à partir d'un neutre artificiel et U,. la tension appli quée aux bornes du pont de redresseurs 7 de la fig. 4.
En choisissant l'élément 18 de manière à réaliser la caractéristique 22 de la fig. 6, on obtient un régla ge à puissance de phase constante. Cette caractéristi que peut être obtenue approximativement en donnant au transformateur 8 une courbe de saturation déter minée ou en utilisant plusieurs éléments à caractéris, tique non linéaire dont les coudes de saturation sont étagés.
L'équation de cette courbe est
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U", et I" sont les valeurs nominales de U et de I. Une autre possibilité d'obtenir un réglage à puis sance constante lorsque la charge du four est équili brée consiste à placer l'élément à caractéristique non linéaire 18 dans le circuit de mesure du courant d'électrode comme le montre la fig. 7.
Dans ce cas, l'addition de la tension proportionnelle à la tension simple U' et de la tension proportionnelle au courant d'électrode se fait dans le circuit secondaire à cou rant alternatif du transformateur 8 par l'intermédiaire d'une résistance 24. Pour obtenir un réglage à puis@- sance constante lorsque la charge du four est équili brée, il suffit que la tension Ui aux bornes de la résis tance 24 varie en fonction du courant d'électrode I, selon la caractéristique 25 de la fig. 8.
Cette carac téristique peut être obtenue approximativement en donnant au transformateur intermédiaire 23 un!e courbe de saturation déterminée ou en utilisant une série d'éléments à caractéristiques non linéaires. L'équation de la courbe 25 est
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La résistance 24 pourrait aussi être remplacée par un pont de redresseurs placé en série avec le pont 7.
Polyphase electric arc furnace regulator The conventional regulators of polyphase electric arc furnaces have for instruction either to maintain constant the current of the electrodes, or to maintain constant the impedance of the arcs. The first setting mode, in; in the case of a three-phase furnace, has the disadvantage of not ensuring the independence of the individual settings of the various electrodes. during a disturbance in a phase.
Indeed, for example during an arc break in one phase, the current of the other two phases decreases, which obliges the corresponding regulators to temporarily reduce the length of the corresponding ares until reestablishment in the disturbed phase. rated current. A bath carburization can then occur because the two electrodes tend to touch the bath.
In addition, the current adjustment ensures, for a constant power factor, a variation in the power absorbed by the furnace, proportional to the variations in network voltage.
On the other hand, the second adjustment mode has the advantage of ensuring the total independence of the individual adjustments of the electrodes, since its setpoint is given by the ratio of the arc voltage and the electrode current.
A change in the impedance of an arc does not influence the impedance measurements of the other two regulators. However, this adjustment mode has the disadvantage of varying the power absorbed by the furnace, in proportion to the square of the network voltage variations for a constant power factor. This last feature of the impedance setting is especially troublesome when the variations,
of the grid are important and that the supply of electrical energy is limited by contract.
The invention aims to achieve a regulator having the advantage of impedance adjustment as regards the independence of the electrodes and making it possible to obtain equal power variations as a function of the voltage variations of the network. or less than those which occur in the case of a current adjustment.
Its object is a polyphase electric arc furnace regulator acting on the position of the electrodes of this furnace which is characterized in that it comprises, for each electrode, a device measuring the difference between the current of this electrode and a reference quantity, a device measuring the difference between the phase-to-neutral voltage measured between the phase corresponding to this electrode and the bottom of the furnace,
and the phase-to-neutral voltage measured between the same phase and an artificial neutral produced by means of the supply network of the furnace, and a device comparing these differences and controlling the electrode.
The drawing. appended shows, by way of example, some embodiments of the regulator according to the invention.
Fig. 1 is the diagram of a first embodiment, and FIG. 2 is the diagram of a second embodiment.
Fig. 3 is an explanatory diagram.
Fig. 4 is the diagram of a third embodiment.
Figs. 5 and 6 are explanatory diagrams. FIG. 7 is the diagram & 'a fourth embodiment.
Fig. 8 is another explanatory diagram. In the example according to fig. 1, the current of each of the electrodes of the oven, which is measured by a current transformer 1, is rectified by a bridge of rectifiers 2 and flows through a load resistor 3.
A current or voltage stabilizer 4 which provides a reference quantity output via a bridge of rectifiers 5 on a load resistor 6.
In addition, in series with the bridge 2, is connected a bridge 7 supplied by a transformer 8, the primary of which measures the sim ple voltage between the phase corresponding to said electrode and an artificial neutral produced by means of three equal im pedances 9 In series with the bridge 5 is connected a bridge 10 supplied by a transformer 11, the primary of which measures the phase-to-neutral voltage between the same phase and the bottom of the furnace.
The total voltage across resistors 3 and 6 constitutes the adjustment deviation; it is zero when the currents flowing in these two resistors are equal; on the other hand, it is positive when the total current supplied by the rectifier bridges 5 and 10 is greater than the total current supplied by the rectifier bridges 2 and 7. Otherwise, it is negative.
The polarity of the deviation determines the direction of movement of the electrode. When the two phase-to-neutral voltages measured by transformers 8 and 11 are equal (symmetrical or balanced furnace load) and consequently when the currents supplied by bridges 7 and 10 are the same, the adjustment deviation is zero if the electrode current is equal to the setpoint supplied by the stabilizer 4.
The regulator then reacts like a current regulator and the power absorbed by the oven varies in proportion to the variations in network voltage.
On the other hand, if the voltage of the network is constant and if the neutral point of the oven moves, that is to say if the voltage measured by the transformer is different from that measured by transformer 8, the currents supplied by bridges 7 and 5 are equal,
so that the adjustment deviation depends on the free imbalance between the currents supplied by the bridges 2 and 10 respectively measuring the electrode current and the voltage between this electrode and the sole. The regulator then reacts like an impedance regulator, the advantages of which have been mentioned above.
In the case of fig. 2, the adjustment deviation is proportional to the. difference in the effects of the currents flowing in two coils 12 and 13 of the regulator.
The current flowing in the coil 12 is proportional to the electrode current, while the current flowing through the coil 13 constitutes the reference quantity supplied by a magnetic amplifier,
stabilized with respect to voltage variations of the AC power supply network by means of a premagnetization winding 14 and a. element 15 with non-linear characteristic.
The reference current is influenced by the deviation of the ampere-turns supplied by two control windings 16 and 17 supplied respectively by the voltage between said electrode and the bottom of the furnace and the voltage between this electrode and an artificial neutral produced by means of the three equal impedances 9.
If the ampere-turns supplied by windings 16 and 17 are equal, that is to say when the voltage between electrode and sole is equal to the phase-to-neutral voltage of the network, the current flowing in winding 13 is constant , whatever the variations in network voltage and the adjustment is carried out at constant current.
On the other hand, when the voltage of the supply network remains constant, but if the neutral point of the furnace moves, the current flowing in the winding 13 will be influenced only by the current flowing in the winding 16 which is proportional to the voltage between electrode and sole, so that the adjustment is then carried out at constant impedance.
To produce a regulator making it possible to obtain power variations, as a function of the network voltage variations, less than those which occur in the case of a current adjustment, it suffices to double the effect of the measurement of this voltage and also double the effect of the reference quantity. For example, in the case of FIG. 1,
the currents supplied by the rectifier bridges 7 and 5 will be doubled compared to the currents supplied by the bridges 2 and 10. When the voltages U and U 'are equal (balanced furnace load),
the system is in equilibrium when the sum of the current proportional to the phase-to-neutral voltage of the network and of the current proportional to the electrode current is equal to the sum of the reference current supplied by element 4 and the rectifier bridge 5 and the current supplied by bridge 10. In this case, the adjustment equation corresponds to line 19 of FIG. 3.
In the case of the example of FIG. 2, it suffices to double the set value of the magnetic stabilizer supplying winding 13 and to double the demagnetizing ampere-turns of control winding 17.
Another way to obtain the adjustment characteristic mentioned above is to introduce into the measurement of the phase-to-neutral voltage between the electrode and the artificial neutral an element with a non-linear characteristic.
In the case of fig. 4, this element 18 is placed in the secondary circuit of transformer 8. This element could also be placed in the primary circuit of this transformer. When the furnace load is balanced and the phase-to-neutral voltage of the network is at its nominal value U, z, the currents supplied by rectifiers 2, 7, 10 and 5 are equal.
If the network voltage varies, there is a difference between the currents supplied by the! rectifiers 7 and 10 due to the presence of the element 18 with a non-linear characteristic. This difference is added to the current reference quantity or subtracted from it depending on whether the network voltage decreases or increases with respect to its nominal value U ,,. If this difference varies linearly with the voltage of the network, we thus obtain, as shown by characteristic 19 in fig. 3,
a regulated current 1 which decreases linearly as a function of the phase-to-neutral voltage U 'of the network. Proper sizing of the element 18 results in an adjustment characteristic 19 tangent to the hyperbola 20 corresponding to a constant power when the electrode voltage and current are at their nominal values Un and 1 ,,
<B>. </B> On the other hand, if the mains voltage is constant and if the neutral point of the oven moves, the regulator behaves like an impedance regulator since the adjustment deviation is a function only the difference between the currents supplied by rectifiers 2 and 10.
Fig. 5 shows how the characteristic of the impedance adjustment moves when the phase-to-neutral voltage U 'of the network differs from its nominal value U, L.
To obtain the adjustment characteristic 19 of fig. 3 when the load of the oven is balanced, the element 18 of FIG. 4 must be dimensioned so as to obtain the static characteristic 21 of FIG. 6, where U 'represents the phase-to-neutral voltage measured from an artificial neutral and U ,. the voltage applied to the terminals of the rectifier bridge 7 in FIG. 4.
By choosing the element 18 so as to achieve the characteristic 22 of FIG. 6, a constant phase power regulation is obtained. This characteristic can be obtained approximately by giving the transformer 8 a determined saturation curve or by using several elements with a non-linear characteristic whose saturation bends are stepped.
The equation of this curve is
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U ", and I" are the nominal values of U and I. Another possibility of obtaining a constant power setting when the furnace load is balanced is to place the nonlinear characteristic element 18 in the circuit. for measuring the electrode current as shown in fig. 7.
In this case, the addition of the voltage proportional to the phase-to-neutral voltage U 'and of the voltage proportional to the electrode current takes place in the secondary AC current circuit of transformer 8 via a resistor 24. To obtain an adjustment at constant power when the furnace load is balanced, it suffices for the voltage Ui at the terminals of the resistor 24 to vary as a function of the electrode current I, according to the characteristic 25 of FIG. 8.
This characteristic can be obtained approximately by giving the intermediate transformer 23 a determined saturation curve or by using a series of elements with non-linear characteristics. The equation of curve 25 is
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Resistor 24 could also be replaced by a rectifier bridge placed in series with bridge 7.