Installation de réglage automatique d'un four à arc triphasé Le réglage automatique des fours à arc se fait en déplaçant chaque électrode au moyen d'un servo moteur de manière à satisfaire une consigne bien déterminée, dont la plus utilisée est celle à impé dance constante, qui consiste à annuler l'écart entre une grandeur électrique proportionnelle au courant d'électrode et une grandeur proportionnelle à la tension entre l'électrode et la sole du four.
Ce mode de réglage présente l'avantage de tenir compte du déplacement du point neutre de la charge et assure l'indépendance totale des réglages indivi duels de chaque électrode.
Pour pouvoir utiliser au maximum ces avanta ges, il est nécessaire que la mesure de chaque tension simple soit faite avec la plus grande précision pos sible. Or, il est très difficile et même impossible de réaliser en pratique une prise de sole idéale dont la résistance soit nulle.
La chute de tension dans la prise de sole, due à sa résistivité, fausse la mesure de tension, même si cette dernière se fait au moyen d'un dispositif de mesure à haute impédance. De plus, la prise de sole, dont la résistance peut varier énormément au cours d'une fusion, devient souvent pratiquement inexis tante après un certain temps de service. Dans ce cas, les avantages du réglage d'impédance n'existent plus car le réglage se fait alors pratiquement à cou rant constant.
Le but de l'invention est de remédier à ce dé faut en évitant d'utiliser une prise de sole, et son objet est une installation de réglage automatique d'un four à arc triphasé qui est caractérisée par le fait qu'elle comprend un dispositif de mesure indi recte des tensions simples du four, ce dispositif comprenant un réseau auxiliaire triphasé dons les tensions composées sont proportionnelles à celles du réseau d'alimentation du four et dont la charge est constituée par trois impédances variables cou plées en étoile et constituant chacune l'organe de réglage d'un dispositif asservi,
dont la grandeur de référence est proportionnelle au courant circulant dans une électrode du four et la grandeur réglée est proportionnelle au courant circulant dans la phase correspondante du réseau auxiliaire. Ce dispositif de mesure indirecte constitue un modèle analogique du four électrique, avec lequel il est alors possible de mesurer avec une grande précision des tensions simples proportionnelles à celles du four électrique et de réaliser ainsi un réglage d'impédance parfait sans utiliser la prise de sole du four.
Les fig. 1 à 4 du dessin annexé représentent chacune, à titre d'exemple, le schéma d'une forme d'exécution de l'installation selon l'invention.
Dans l'exemple suivant la fig. 1, qui est général, un transformateur 1, dont les tensions composées secondaires sont proportionnelles à celles du réseau R.S.T. d'alimentation du four, alimente un réseau auxiliaire constitué par des résistances variables 2, 3 et 4 couplées en étoile. L'écart entre le courant dans la phase R du réseau auxiliaire mesuré par un transformateur de courant 5, et le courant circulant dans la phase correspondante de la ligne d'alimen tation du four, mesuré au moyen d'un transformateur de courant 8, est amplifié par un élément 11 qui agit sur la résistance variable 2.
Lorsque l'écart aug mente, l'élément 11 fait augmenter la résistance 2 jusqu'à ce que les courants mesurés par les trans formateurs 5 et 8 soient pratiquement égaux.
Si l'écart diminue ou devient négatif, l'élément 11 fait diminuer la résistance 2.
Les éléments 5, 8, 11 et 2 constituent donc un dispositif asservi dont l'organe de réglage est la résistance variable 2, la grandeur de référence le courant mesuré par le transformateur 8 et la gran- deur réglée le courant mesuré par le transforma teur 5.
Les mêmes réglages s'effectuent dans les deux autres phases au moyen des éléments 6, 9, 12 et 3 pour la phase S et des éléments 7, 10. 13 et 4 pour la phase T.
On obtient ainsi, à l'aide de ces trois dispositifs asservis, une répartition des courants dans les trois phases du réseau auxiliaire qui est la même que celle des courants réels circulant dans les électrodes El, E2, E3 du four. Le point neutre du réseau auxi liaire se déplace donc en fonction de la répartition des courants d'électrodes.
Pour réaliser un réglage d'impédance, il suffit d'annuler l'écart entre une grandeur proportionnelle au courant circulant dans la phase R de la ligne d'alimentation du four et une grandeur proportion nelle à la tension aux bornes de la résistance 2 du réseau auxiliaire, en agissant sur le déplacement de l'électrode correspondante du four au moyen d'un servomoteur 14. Un réglage analogue se fait pour les électrodes des phases S et T au moyen des servo moteurs 15 et 16.
Le dispositif asservi constitué, pour la phase R, par les éléments 5, 8, 11 et 2, peut être constitué soit par un équipement électromécanique soit par un équipement entièrement électrique ou électronique.
La fig. 2 montre un exemple particulier faisant usage d'un régulateur électromécanique. Dans ce cas, l'organe de réglage est constitué par une résis tance variable 2 ajustée mécaniquement sous l'effet de la différence des couples fournis par deux dispo sitifs électromagnétiques biphasés 11c1 et llb ali mentés respectivement par un courant proportionnel au courant de la phase R du four et un courant pro portionnel à celui de la phase correspondante du réseau auxiliaire. Le servomoteur 14 agit sur le déplacement de l'électrode de la phase R de manière à annuler l'écart entre le courant fourni par le trans formateur 8 et la tension mesurée aux bornes de la résistance variable 2.
La fig. 3 montre un autre exemple particulier, utilisant un équipement entièrement électrique. Dans ce cas, l'organe de réglage est constitué, pour la phase R, par deux résistances fixes 17 et 18 dont la première est traversée par le courant de phase du réseau auxiliaire redressé au moyen du pont de redresseurs 19 et dont la seconde est tra versée par la somme de ce courant et d'un courant pulsé en phase avec ce dernier, fourni par un ampli ficateur 20.
La grandeur d'entrée de cet amplifica teur est égale au produit réalisé par un élément mul tiplicateur 21, d'une grandeur électrique proportion nelle au courant de phase redressé du réseau auxi liaire obtenu au moyen d'un pont de redresseurs 22 et d'une grandeur électrique continue fonction de l'écart entre le courant circulant dans la phase R du four et le courant circulant dans la phase corres pondante du réseau auxiliaire. Cette grandeur élec trique continue est obtenue au moyen d'un généra- teur de fonction 23 et d'un amplificateur 24 dont la grandeur d'entrée est l'écart entre les courants re dressés par le pont 22 et un second pont 25. Les organes 17, 18 et 20 forment ensemble une résis tance variable.
Lorsque, par exemple, le courant de la phase R du four diminue, l'écart entre le courant de consigne et le courant réglé augmente ainsi que le courant de sortie de l'amplificateur 20. Etant donné que la ten sion aux bornes de la résistance 18 augmente, le courant de la phase correspondante du réseau auxi liaire diminue jusqu'à ce que l'écart appliqué à l'entrée de l'élément 24 soit pratiquement nul. La présence, dans la chaîne de réglage, du multiplica teur 21 donne au dispositif une caractéristique sta tique non linéaire.
Le gain de la boucle de réglage varie proportion nellement au courant de phase du réseau auxiliaire et inversement proportionnellement à la grandeur de sortie correspondante de l'élément 23.
Cette variation du gain en fonction du point de fonctionnement en régime établi est défavorable au point de vue stabilité dynamique du dispositif. Pour obtenir un gain qui varie linéairement avec le cou rant réglé, il est nécessaire de faire varier la pente de la caractéristique statique de l'élément 23 pro portionnellement à sa grandeur de sortie, ce qui nécessite l'emploi d'un élément dont la grandeur de sortie varie en fonction de sa grandeur d'entrée selon une exponentielle.
L'élément 23 peut être constitué par un géné rateur de tension ou de courant et l'élément 24 peut présenter une caractéristique proportionnelle, inté grale, ou les deux à la fois.
De plus, les courants qui traversent les résistances 17 et 18 pouvaient être alternatifs ; dans ce cas, le pont de redresseurs 19 serait supprimé et l'élément 21 devrait faire le produit d'une grandeur continue et d'une grandeur alternative en phase avec le cou rant du réseau artificiel.
La fig. 4 montre un autre exemple utilisant un transistor. Dans ce cas, l'organe de réglage de chaque phase se compose d'un circuit alimenté par le cou rant de phase redressé du réseau auxiliaire qui com prend une résistance fixe 18 connectée en parallèle avec le circuit émetteur-collecteur d'un transistor 26 dont le courant de base est proportionnel au produit, réalisé par l'élément 21, d'une grandeur électrique proportionnelle au courant de phase du réseau auxi liaire redressé au moyen du pont 22 et d'une gran deur électrique fonction de l'écart entre le courant de phase du four et le courant de la phase corres pondante du réseau auxiliaire.
Lorsque, par exemple, le courant de la phase R du four augmente, la grandeur de sortie de la chaîne constituée par l'amplificateur 24 et le géné rateur de fonction 23 augmente, ainsi que le courant de base du transistor 26, le courant du circuit émet teur-collecteur et, par conséquent, le courant de phase du réseau auxiliaire. Ce dernier courant aug- mente jusqu'à ce que l'écart appliqué à l'entrée de l'élément 24 soit pratiquement nul.
La non-linéarité du dispositif de réglage ainsi obtenu, due à la présence du multiplicateur 21, né cessite l'emploi d'un générateur de fonction 23 dont le but est de stabiliser le gain de la boucle de réglage en fonction de la valeur de l'impédance réglée. Pour que le gain varie proportionnellement à la valeur du courant de phase réglé, il est nécessaire que la grandeur de sortie de l'élément 23 varie en fonction de sa grandeur d'entrée selon une exponentielle. La résistance 18 a pour but d'empêcher le courant de phase de s'annuler et d'éviter ainsi le désamorçage du réglage lorsqu'il y a rupture de courant dans la phase R du four.
Installation for automatic adjustment of a three-phase arc furnace The automatic adjustment of arc furnaces is carried out by moving each electrode by means of a servo motor so as to satisfy a well-determined setpoint, the most widely used of which is that at constant impedance , which consists in canceling the difference between an electrical quantity proportional to the electrode current and a quantity proportional to the voltage between the electrode and the bottom of the furnace.
This adjustment mode has the advantage of taking account of the displacement of the neutral point of the load and ensures the total independence of the individual adjustments of each electrode.
In order to be able to use these advantages to the maximum, it is necessary that the measurement of each phase-to-neutral voltage be made with the greatest possible precision. However, it is very difficult and even impossible to achieve in practice an ideal sole grip whose resistance is zero.
The voltage drop in the sole socket, due to its resistivity, distorts the voltage measurement, even if the latter is done by means of a high impedance measuring device. In addition, sole grip, the strength of which can vary greatly during a melting, often becomes practically nonexistent after a certain period of service. In this case, the advantages of impedance adjustment no longer exist because the adjustment is then carried out practically at constant current.
The object of the invention is to remedy this defect by avoiding the use of a sole socket, and its object is an installation for automatic adjustment of a three-phase arc furnace which is characterized in that it comprises a device for indirect measurement of the phase-to-neutral voltages of the furnace, this device comprising a three-phase auxiliary network where the phase-to-phase voltages are proportional to those of the furnace supply network and the load of which consists of three variable impedances coupled in a star and each constituting the adjustment member of a slave device,
whose reference quantity is proportional to the current flowing in an electrode of the furnace and the controlled quantity is proportional to the current flowing in the corresponding phase of the auxiliary network. This indirect measurement device constitutes an analog model of the electric oven, with which it is then possible to measure with great precision phase-to-neutral voltages proportional to those of the electric oven and thus achieve a perfect impedance adjustment without using the sole socket. from the oven.
Figs. 1 to 4 of the appended drawing each represent, by way of example, the diagram of an embodiment of the installation according to the invention.
In the example following fig. 1, which is general, a transformer 1, whose secondary phase-to-phase voltages are proportional to those of the R.S.T. supply to the furnace, supplies an auxiliary network made up of variable resistors 2, 3 and 4 coupled in a star. The difference between the current in phase R of the auxiliary network measured by a current transformer 5, and the current flowing in the corresponding phase of the furnace supply line, measured by means of a current transformer 8, is amplified by an element 11 which acts on the variable resistor 2.
As the difference increases, element 11 increases resistance 2 until the currents measured by transformers 5 and 8 are nearly equal.
If the difference decreases or becomes negative, element 11 decreases resistance 2.
The elements 5, 8, 11 and 2 therefore constitute a controlled device whose adjustment member is the variable resistor 2, the reference quantity the current measured by the transformer 8 and the regulated quantity the current measured by the transformer. 5.
The same settings are made in the other two phases by means of elements 6, 9, 12 and 3 for phase S and elements 7, 10. 13 and 4 for phase T.
Thus, using these three controlled devices, a distribution of the currents in the three phases of the auxiliary network is obtained which is the same as that of the real currents flowing in the electrodes E1, E2, E3 of the oven. The neutral point of the auxiliary network therefore moves as a function of the distribution of the electrode currents.
To carry out an impedance adjustment, it suffices to cancel the difference between a quantity proportional to the current flowing in phase R of the furnace supply line and a quantity proportional to the voltage across resistor 2 of the furnace. auxiliary network, by acting on the movement of the corresponding electrode of the furnace by means of a servomotor 14. A similar adjustment is made for the electrodes of phases S and T by means of servomotors 15 and 16.
The slave device constituted, for phase R, by elements 5, 8, 11 and 2, can be constituted either by electromechanical equipment or by fully electrical or electronic equipment.
Fig. 2 shows a particular example making use of an electromechanical regulator. In this case, the adjustment member is constituted by a variable resistor 2 mechanically adjusted under the effect of the difference in the torques supplied by two two-phase electromagnetic devices 11c1 and llb supplied respectively by a current proportional to the phase current. R of the furnace and a current proportional to that of the corresponding phase of the auxiliary network. The servomotor 14 acts on the displacement of the electrode of phase R so as to cancel the difference between the current supplied by the transformer 8 and the voltage measured at the terminals of the variable resistor 2.
Fig. 3 shows another particular example, using fully electrical equipment. In this case, the regulator is constituted, for phase R, by two fixed resistors 17 and 18, the first of which is crossed by the phase current of the auxiliary network rectified by means of the rectifier bridge 19 and the second of which is traced by the sum of this current and a pulsed current in phase with the latter, supplied by an amplifier 20.
The input quantity of this amplifier is equal to the product produced by a multiplier element 21, of an electrical quantity proportional to the rectified phase current of the auxiliary network obtained by means of a bridge of rectifiers 22 and of a continuous electrical quantity as a function of the difference between the current circulating in phase R of the furnace and the current circulating in the corresponding phase of the auxiliary network. This continuous electrical quantity is obtained by means of a function generator 23 and an amplifier 24, the input quantity of which is the difference between the currents drawn up by the bridge 22 and a second bridge 25. The members 17, 18 and 20 together form a variable resistance.
When, for example, the current of phase R of the oven decreases, the difference between the setpoint current and the set current increases as does the output current of amplifier 20. Since the voltage across the terminals of the resistance 18 increases, the current of the corresponding phase of the auxiliary network decreases until the difference applied to the input of element 24 is practically zero. The presence, in the adjustment chain, of the multiplier 21 gives the device a non-linear static characteristic.
The gain of the control loop varies proportionally to the phase current of the auxiliary network and inversely proportionally to the corresponding output quantity of element 23.
This variation of the gain as a function of the operating point in steady state is unfavorable from the point of view of dynamic stability of the device. To obtain a gain which varies linearly with the adjusted current, it is necessary to vary the slope of the static characteristic of the element 23 in proportion to its output magnitude, which requires the use of an element whose output magnitude varies according to its input magnitude in an exponential.
Element 23 can be constituted by a voltage or current generator and element 24 can have a proportional or integral characteristic, or both at the same time.
In addition, the currents flowing through resistors 17 and 18 could be alternating; in this case, the rectifier bridge 19 would be omitted and the element 21 would have to make the product of a continuous magnitude and an alternating magnitude in phase with the current of the artificial network.
Fig. 4 shows another example using a transistor. In this case, the regulator of each phase consists of a circuit supplied by the rectified phase current of the auxiliary network which comprises a fixed resistor 18 connected in parallel with the emitter-collector circuit of a transistor 26 whose base current is proportional to the product, produced by element 21, of an electrical quantity proportional to the phase current of the auxiliary network rectified by means of the bridge 22 and of an electrical quantity depending on the difference between the phase current of the furnace and the current of the corresponding phase of the auxiliary network.
When, for example, the current of the phase R of the furnace increases, the output quantity of the chain formed by the amplifier 24 and the function generator 23 increases, as does the base current of the transistor 26, the current of the emitter-collector circuit and, consequently, the phase current of the auxiliary network. This latter current increases until the difference applied to the input of element 24 is practically zero.
The non-linearity of the adjustment device thus obtained, due to the presence of the multiplier 21, necessitates the use of a function generator 23 whose purpose is to stabilize the gain of the adjustment loop as a function of the value of the set impedance. In order for the gain to vary in proportion to the value of the phase current set, it is necessary for the output magnitude of element 23 to vary as a function of its input magnitude according to an exponential. The purpose of the resistor 18 is to prevent the phase current from canceling itself out and thus to prevent the control from being deactivated when there is a current break in the phase R of the furnace.