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Patent 2086489 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent Application: (11) CA 2086489
(54) English Title: ENHANCED PROCESS AND ELECTRICAL POWER SUPPLY FOR PLASMA TORCH
(54) French Title: PROCEDE ET ALIMENTATION ELECTRIQUE PERFECTIONNES POUR TORCHE A PLASMA
Status: Deemed Abandoned and Beyond the Period of Reinstatement - Pending Response to Notice of Disregarded Communication
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • B23K 10/02 (2006.01)
  • B23K 9/30 (2006.01)
  • H05H 1/36 (2006.01)
  • H05H 1/40 (2006.01)
(72) Inventors :
  • PASQUINI, PIERRE (France)
  • NUNS, JACQUES (France)
(73) Owners :
  • ELECTRICITE DE FRANCE
(71) Applicants :
(74) Agent: SMART & BIGGAR LP
(74) Associate agent:
(45) Issued:
(22) Filed Date: 1992-12-30
(41) Open to Public Inspection: 1993-07-01
Availability of licence: N/A
Dedicated to the Public: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): No

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
91 16 414 (France) 1991-12-31

Abstracts

French Abstract


ELECTRICITE DE FRANCE - SERVICE NATIONAL
Procédé et alimentation électrique perfectionnés pour torche
plasma.
ABREGE DU CONTENU TECHNIQUE DE L'INVENTION
La torche à plasma (10; 11, 12, 14) comprend
une alimentation électrique (20) avec un circuit d'arc
(21) et un circuit de bobine (22) qui sont montés en
série et avec des moyens (30) pour la commande de
l'intensité du courant circulant dans la bobine (22)
constitués, entre autres, montés en dérivation sur cette
bobine (14) d'un hacheur composé d'une batterie de
condensateurs (31) et d'au moins un interrupteur électro-
nique de puissance (32) qui peut être placé éloigné de
la bobine. L'interrupteur électronique est de préférence
du type thyristor-diode (321, 322) à circuit de désamor-
çage résonant (31, 323).
Une variante de ce hacheur utilise au moins
un interrupteur électronique de type thyristor GTO
commandable à l'enclenchement et à l'ouverture, ou au
moins un thyristor classique équipé d'un circuit auxi-
liaire d'extinction.
Application aux torches de grande puissance
à usage industriel par exemple métallurgique.
Figure 2 -

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.


16
REVENDICATIONS
1 - Procédé pour régulariser l'usure afin
d'en augmenter la longévité, d'une électrode d'une torche
à plasma constituée, entre autres, de deux électrodes
tubulaires coaxiales entre lesquelles s'établit un arc
et qui sont séparées par une chambre où est injecté un
gaz plasmagène, d'au moins une bobine de champ magnétique
qui entoure localement une électrode de préférence
l'électrode amont repérée par rapport au sens d'écoule-
ment du plasma, d'une alimentation électrique pour
fournir de l'énergie à l'arc et à la bobine, et de moyens
pour maîtriser le déplacement du pied de l'arc sur
l'électrode de manière à lui faire décrire une course
longitudinale alternative au besoin vibratoire, caracté-
risé en ce qu'on utilise une alimentation électrique avec
un circuit d'arc et un circuit de bobine, on monte en
série ce circuit d'arc et ce circuit de bobine, on monte
en dérivation sur cette bobine un condensateur et au
moins un hacheur composé d'au moins un condensateur et
d'au moins un interrupteur électronique de puissance, qui
peut être placé éloigné de la bobine.
2 - Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'on utilise dans des interrupteurs
à thyristors et diodes avec un montage résonant.
3 - Torche à plasma (10), notamment pour la
mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une quelconque
des revendications 1 et 2, constituée, entre autres, de
deux électrodes (11, 12) tubulaires coaxiales entre
lesquelles s'établit un arc, d'une chambre (13) qui
sépare ces électrodes (11, 12) et dans laquelle est
injecté un gaz plasmagène, d'au moins une bobine (14) de
champ magnétique qui entoure localement une électrode de
préférence l'électrode amont (11) repérée par rapport au
sens d'écoulement du plasma, d'une alimentation électri-
que (20) pour fournir de l'énergie à l'arc et à la

17
bobine, et des moyens (30) pour maîtriser le déplacement
du pied de l'arc sur l'électrode de manière à lui faire
décrire une course longitudinale alternative, au besoin
vibratoire, afin d'en régulariser l'usure et d'en
augmenter la longévité, caractérisée en ce que l'alimen-
tation électrique (20) comprend un circuit d'arc (21) et
un circuit de bobine (22), en ce que ce circuit d'arc
(21) et ce circuit de bobine (22) sont montés en série,
en ce que ces moyens (30) comprennent montés en dériva-
tion sur la bobine (14) au moins un hacheur composé d'au
moins un condensateur (31) et d'au moins un interrupteur
électronique de puissance (32) placé éloigné de la
boblne.
4 - Torche selon la revendication 3, caracté-
risée en ce que le hacheur (32) comprend au moins un
interrupteur fait d'un thyristor principal (321), d'une
diode de récupération (322) et d'un circuit de désamor-
çage du thyristor principal (321).
5 - Torche selon la revendication 3, caracté-
risée en ce que le hacheur (32) comprend au moins un
interrupteur fait d'un thyristor principal (321), d'une
diode de récupération (322) et d'un circuit de désamor-
çage du thyristor principal (321) avec un montage
résonant.
6 - Torche selon l'une quelcongue des
revendications 3 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend
un hacheur composé d'une batterie de condensateurs (31)
et de plusieurs ensembles thyristors-diodes (32) montés
en parallèle.
7 - Torche selon l'une quelconque des
revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend
un circuit (33) d'aide à la commutation monté en paral-
lèle sur l'interrupteur fait du thyristor principal (321)
et de la diode de récupération (322).
8 - Torche selon l'une quelconque des

18
revendications 4 à 7, caractérisée en ce que le montage
résonant a une fréquence limite de fonctionnement
déterminée par la capacité (C1) du condensateur (31) et
l'impédance (R2, L2) des câbles de liaison (323) connec-
tant la bobine (14) à l'alimentation électrique (20),
lorsque la hacheur fonctionne.
9 - Torche selon l'une quelconque des
revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que le circuit
d'aide à la commutation (33) comprend une résistance (R3)
au besoin connectée en série à un condensateur (C3).
- Torche selon l'une quelconque des
revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend
un circuit régulateur d'amorçage.
11 - Torche selon la revendication 10,
caractérisée en ce que le circuit régulateur d'amorçage
comprend une petite inductance montée en série avec
chaque thyristor (321) d'un hacheur (32).
12 - Torche selon la revendication 3,
caractérisée en ce que le hacheur (32) comprend au moins
un thyristor GTO (Gate Turn Off) commandable à l'enclen-
chement et à l'ouverture.

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.


2 ~ 8 9
~a présente invention concerne les torches à
plasma et, plus particulièrement, les torches à plasma
de grande puissance dont la longévité de l'une au moins
des électrodes est augmentée.
Les torches à plasma ou chalumeaux à plasma
d'arc sont connus dans la technique. Ce type de torche
est constitué essentiellement de deux électrodes tubulai-
res et coaxiales, une amont et une aval repérées par
rapport au sens d'écoulement du plasma qui sont séparées
par une chambre. On établit un arc entre les électrodes
et, simultanément, on injecte un gaz plasmagène dans la
chambre qui sépare les électrodes. L'arc qui éclate entre
les électrodes est entretenu et porte le gaz à très haute
temp~rature et l'ionise. A la sortie de l'une des
électrodes, l'électrode aval, ce gaz est animé d'une
grande vitesse et le plasma qu'il constitue forme l'agent
caloporteur.
Certains types de torche à plas~a délivrent
des puissances comprises entre 100 et 500 kW et celles
auxquelles l'invention s'applique plus particulièrement
peuvent produire plusieurs mégawatts comme cela est
nécessaire pour certaines applications in~ustrielles par
exemple m8tallurgiques.
Dans ce type de torche à plasma, les ~lectro-
des sont des constituants consommables. La longévité des
~lectrodes est fonction de nombreux paramètres. Par
exemple interviennent la puissance de la torche et plus
particulièrement la valeur du courant d'arc, la nature
du gaz plasmagène in~ecté car du fait de sa décompositlon
; 30 des réactions peuvent avoir lieu avec les matériaux
; constitutifs des électrodes. La longévité des électrodes
est, aussi, fonction du service de la torche suivant que
celui-ci est continu ou discontinu.
........... . . . . . . . .
,
.~ , . . .
. . . .

2 ~
La longevité des électrodes peut varier de
quelques dizaines d'heures pour des torches de relati-
vement petite puissance à plusieurs centaines d'heures
pour celles de grande puissance que concerne plus
particulièrement l'invention.
Cette longévité, relativement brève, des
électrodes est un inconvénient notable en particulier en
matière industrielle~
Pour tenter de remédier a cet inconv~nient,
on a proposé d'~quiper ce type de torches d'au moins une
bobine de champ magnétique qui entoure localement de
préférence l'électrode amont, et d'alimenter celle-ci à
l'aide de moyens qui permettent de maîtriser le dépla-
cement du pied amont de l'arc sur l'électrode amont de
manière à lui faire décrire une course longitudinale
alternative à laquelle se superpose de préférence une
oscillation ou une vibration du pied d'arc pendant le
balayage proprement dit.
Une solution de ce type est, par exemple,
divulguée par le document FR 2 609 358. Selon la solution
proposée par ce document, on alimente la bobine de champ
qui entoure localement l'électrode amont à l'aide d'un
circuit électrique particulier, qui lui est propre et qui
est alimenté en courant continu variable dont l'intensité
change par palier ou progressivement et dont l'intensité
benéficie en outre de préférence d'uns ondulation
pulsatoire dont la fréquence est notablement plus grande
que celle de la variation du courant continu auquel elle
se superpose. On conçoit que l'utilisation d'un clrcuit
électrlque d'alimentation spécial, autonome pour la
bobine de champ qui s'ajoute au circuit d'alimentation
principal nécessaire pour l'amorçage et l'entretien de
l'arc proprement dit, complique techniquement et accroît
financièrement le cout, de l'installation.
Le but de l'invention est de résoudre ce type
, . . .
, , ': .
,
. ..

de difficultés en faisant en sorte que la maîtrise du
déplacement d'au moins un pied d'arc, notamment du pied
d'arc amont, sur une électrode, notamment l'électrode
amont, afin d'en régulariser l'usure et d'en augmenter
la longévité puisse être obtenue sans pour autant faire
appel à un circuit autonome, spécialisé pour l'alimenta-
tion d'au moins une bobine de champ qui entoure locale-
ment l'une des électrodes, et de préférence l'electrode
amont.
L'invention a pour ob~et un procédé pour
ré~ulariser l'usure afin d'en augmenter la longévité,
d'une électrode d'une torche à plasma constituée, entre
autres, de deux électrodes tubulaires coaxiales entre
lesquelles s'établit un arc et qui sont s~parées par une
chambre où est injecté un gaz plasmagène, d'au moins une
bobine de champ magnétique qui entoure localement une
électrode de preference l'~lectrode amont repérée par
rapport au sens d'écoulement du plasma, d'une alimenta-
tion électrique pour fournir de l'énergie à l'arc et à
la bobine, et de moyens pour maitriser le déplacement du
pied de l'arc sur l'électrode de préférence le pied amont
sur l'électrode amont de manière à lui faire décrire une
course longitudinale alternative au besoin vibratoire.
Ce procédé est caractéris~ en ce qu'on utilise une
alimentation électrique avec un circuit d'arc et un
circuit de bobine, on monte en série ce circuit d'arc et
ce circuit de bobine, on monte en dérivation sur cette
bobine un hacheur composé d'au moins un condensateur
branché aux bornes de la bobine et d'au moins un inter-
rupteur électronique qui peut être placé éloign~ de labobine.
L'invention a aussi pour objet une torche à
plasma, notamment pour la mise en oeuvre du procédé
indiqué auparavant, constituée entre autres, de deux
~lectrodes tubulaires coaxiales entre lesquelles s'é-
... - . ,, .... . , -
~: :
~ .

8 ~
tablit un arc, d'une chambre gui sépare ces électrodes
et dans laquelle est in~ecté un gaz plasmagène, d'au
moins une bobine de champ magnétique qui entoure loca-
lement une électrode de préférence l'électrode amont
rep~rée par rapport au sens d'écoulement du plasma, d'une
alimentation électrique pour fournir de l'énergie à l'arc
et ~ la bobine et des moyens pour maîtriser le déplace-
ment du pied de l'arc sur l'électrode de pr~férence le
pied amont sur l'électrode amont de manière à lui faire
décrire une course longitudinale alternative, au besoin
vibratoire, afin d'en régulariser l'usure et d'en
augmenter la longévit~. Cette torche à plasma est
remarquable en ce que l'alimentation électrique comprend
un circuit d'arc et un circuit de bobine, en ce que ce
circuit d'arc et ce circuit de bobine sont montés en
s~érie, et en ce que ces mo~ens comprennent montés en
dérivation sur la bobine au moins un hacheur composé d'au
moins un condensateur aux bornes de la bobine et d'au
moins un interrupteur électronique qui peut être placé
éloigné de la bobine.
D'autres caractéristiques de l'invention
ressortiront de la lecture~de la description et des
revendications qui suivent, ainsi que de l'examen du
dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, où :
- la Figure 1 est une vue génerale schéma-
tique simplifiée de l'installation électrique d'une
torche ~ plasma selon la technique antérieure du document
cité;
- la Figure 2 est une vue partielle schéma-
tique d'un mode de réalisation d'une installation selon
l'invention;
- les Figures 3, 4, 5 et 6 sont des vues
similaires à celle de la Figure 2 illustrant le compor-
tement et l'état de l'installation dans differentes
phases de son forctionnement pour en faciliter la

compr~hension;
- la Figure 7 illustre la variation de
l'intensité et de la tension dans certains composants au
cours du fonctionnement;
- la Figure 8 illustre la variation de
l'intensité du courant dans la bobine en fonction de la
fréquence de fonctionnement du hacheur et
- la Figure 9 illustre une variante de
réalisation d'une installation selon l'invention.
Les torches à plasma et les installations
électriques destinées à leur alimentation étant bien
connues dans la technique, on ne décrira dans ce qui suit
que ce gui concerne directement ou indirectement l'inven-
tion. Pour le surplus, l'homme du métier puisera dans les
solutions classiques courantes à sa disposition pour
faire face aux problèmes particuliers auxquels il est
confronté.
Dans ce qui suit, un même numéro de référence
identifie toujours un élément homologue, quel que soit
le mode de réalisation ou sa variante d'exécution.
Pour la commodité de l'exposé, on décrira
successivement chacun des constituants de l'invention
avant d'en exposer le fonctionnement et la construction,
s'il y a lieu~
Comme cela est représenté schématiquement sur
la Figure 1, une torche à plasma du type auguel s'appli-
que l'invention, désignée dans son ensemble par la
r~férence 10, comprend deux électrodes 11 et 12 tubulai-
res coaxiales entre lesquelles est établi et entretenu
un arc A. Une chambre 13 sépare les ~lectrodes 11 et 12
et c'est dans celle-ci qu'est injecté un gaz plasmagène.
Au moins une bobine 14 de champ magnétique entoure
localement au moins l'une des électrodes, de préférence
l'électrode amont 11 repérée par rapport au sens d'écou-
lement du plasma, comme illustr~ par une flèche.
.~ ...... .

~8~489
Une alimentation électrique 20 fournit de
l'énergie électrique à l'arc et à la bobine.
Selon la technique ant~rieure, par exemple
celle exposée dans le document précité, cette instal-
lation électrique 20 comprend deux circuits distinctsautonomes : un circuit 21 plus particulièrement destin~
~ alimenter l'arc et que l'on peut qualifier de circuit
principal de puissance, et un circuit 22 plus particuliè-
rement destiné à alimenter la bobine et que l'on peut
qualifier par exemple de circuit auxiliaire.
Comme on le voit, le circuit d'arc 21
comprend, entre autxes, un transformateur 210 par
exemple de 2,5 MVA à quatre secondaires qui sont munis
chacun d'un redresseur 211 particulier triphase par
exemple du type pont de Graetz à thyristors. Deux de ces
secondaires sont par exemple couplés en étoile et deux
autres couplés en trian~ls. Ce circuit comprend toujours
une inductance de lissage 212. Ce circuit comprend aussi
comme il est habituel des protections,~des sectionneurs
et disjoncteurs dont le r~le est classique et sur lequel
on ne s'~tendra pas.
Le circuit de bobine 22 comprend, entre
autres, un transformateur 220 particulier par exemple de
100 kVA installes et son propre redresseur 221 par
exemple un pont de Graetz tri ou hexaphase à thyristors
et diodes et au besoin une inductance de lissage.
Selon la technigue anterieure, c'est ce
circuit 22 specifique qui délivre l'intensite, à la va-
leur de consigne, du courant qui alimente la bobine 14
afin de maîtriser le déplacement du pied d'arc amont.
Comme on le voit sur la Figure 2, selon
l'invention, l'alimentation électrique 20 comprend
maintenant un circuit d'arc 21 et un circuit de bobine
22 qui sont montés en série, c'est-à-dire qui ne sont
plus ni distincts ni autonomes.
.
'.
;
~: ' .. , . ~ , ,
-
:

X ~ 8 ~
Selon l'invention, les moyens 30 pour maîtri-
ser le déplacement du pied de l'arc sur l'électrode de
manière à lui faire décrire une course longitudinale
alternative au besoin vibratoire afin d'en régulariser
l'usure et en augmenter la lon~vité, comprennent, montés
en dérivation sur la bobine 14 au moins un hacheur
composé d'au moins un condensateur 31 et d'au moins un
interrupteur électroni~ue 32 dont il y a lieu de noter
qu'il est placé éloigné physiquement de la bobine pour
les raisons qui apparaîtront par la suite. Comme on le
voit sur la Figure 2, selon l'invention, un tel hacheur
32 comprend au moins un interrupteur fait d'un thyristor
principal 321 et d'une diode de récupération 322;
Ce hacheur 32 comprend au moins un interrup-
teur fait d'un thyristor principal 321, d'une diode derécupération 322 et d'un circuit de désamorçage du
thyristor principal avec un montage résonant. Ce montage
résonant a une fréquence limite de fonctionnement
déterminée par la capacité du condensateur 31 et l'impé-
dance en particulier l'inductance des cables de liaison323 connectant la bobine 14 aux interrupteurs électroni-
ques lorsque le hacheur fonctionne.
S'il y a lieu, un circuit 33 d'aide à la
commutation est monté en parallèle sur l'interrupteur
fait du thyristor principal 321 et de la diode de récupé-
ration 322. Ce circuit 33 comprend de préérence une
résistance R3 et un condensateur C3 en série.
Selon une variante de réalisation illustrée
en Figure 9, le hacheur peut atre composé d'une batterie
de condensateurs 31, d'au moins un thyristor GT0 (Gate
Turn Off) 321 commandable à l'enchenchement et à l'ouver-
ture et d'au moins une diode 322. L'ensemble du hacheur
peut dans ce cas etre éloigné de la bobine. Dans cette
variante, le thyristor GT0 peut etre remplace par un
thyristor classique équipé d'un circuit auxiliaire
~- ' ~,................. .

8 ~
d'extinction.
L'alimentation de l'arc à quatre secondaires,
deux en série et deux en parallèle, permet selon les
couplages adoptés de délivrer 500, 1000 ou 2000 A sous
4 O00, 2 OOO ou 1 000 V. On relèvera toutefois qu'en
condition normale de fonctionnement, en particulier pour
des installations industrielles, l'arc est alimenté avec
un courant d'intensité d'environ 1000 A et que grâce à
l'invention il est possible de dévier une partie réglable
de ce courant dans la bobine de mani~re à pouvoir
maltriser les déplacements du pied d'arc notamment du
pied d'arc amont.
Pour les raisons que l'on comprendra par la
suite, le choix du transformateur, des redresseurs et de
l'inductance de lissage permet d'obtenir un courant
continu avec une ondulation résiduelle à une ~r~quence
multiple de celle du réseau. Dans certains cas, on tire
parti de cette ondulation résiduelle pour faire vibrer
sur lui-même le pied d'arc pendant son balayage longitu-
dinal alternatif de l'électrode.
Grace à l'invention, la solution retenue
permet de maintenir le hacheur 32 physiquement loin de
la bobine 14 ce qui permet de s'affranchir des difficul-
t~s qui naîtraient autrement de l'impédance et en
particulier de l'inductance répartie des câbles de
liaison 323 qui engendre à la commutation des surtensions
importantes gênantes. Selon la solution de l'invention,
on met à profit cette inductance et c'est cette induc-
tance répartie des câbles de liaison qui est utilisée
3~ pour constituer un montage à résonance servant pour la
commande de l'interrupteur.
On décrira maintenant le fonctionnement de
l'installation selon l'invention dans ses diverses
phases.
Dans la suite on désigne par :
. .

8 9
L, et ~1 l'inductance et la résistance, res
pectivement de la bobine 14
C1 la capacité du condensateur 31
L2 et R2 l'inductance et la résistance, res-
pectivement des câbles de liaison
323.
Initialement, on supposera que l'alimentation
délivre un courant I d'intensité constante et que la
présence du circuit d'aide à la commutation 33 sur lequel
on reviendra par la suite, peut être néglig~e. L'état
initial de l'installation correspond alors à celui qui
est schématisé sur la Figure 3. Le courant I étant établi
dans la bobine 14, la tension à ses bornes est celle Ucl
du condensateur 31 et la tension aux bornes du thyristor
321 est positive. On a la relation : Uc~ = R1I. A l'ins-
tant t = to~ le thyristor est enclenché et celui-ci
demeure conducteur pendant la durée to à t~. L'état de
l'installation est alors celui qui est schématisé sur
la Figure 4.
Le condensateur 31 entre en oscillation de
par l'impédance répartie des câbles de liaison 323
essentiellement inductive L2 et résistive R2. Le conden-
sateur et les câbles utilisés sont donc équivalents ~ un
circuit RLC série dans lequel la tension et l'intensité
du courant ucl et iLl ont des variations sinusoïdales
amorties. Le courant dans la bobine diminue lentement car
l'impédance répartie des câbles de liaison est plus
petite que celle de la bobine. Le thyristor 321 est donc
traversé par un courant sinuso~dal auquel se superpose
la valeur du courant dévié de la bob~ne. Cette phase
81 achève lorsque le courant dans le thyristor s'annule
à l'instant t = tl, instant où la tension aux bornes du
condensateur est négative et maximale. Le thyristor se
bloque "naturellement". L'état de l'installation devient
alors celui qui est schématise sur la Figure 5.
..
~ .
, ~

'~ 9 ~ 9
Pendant la phase qui s'écoule de l'instant t1
à l'instant t2 la diode 322 est conductrice. Le circuit
oscillant R2ClL2 constitué par le condensateur et les
câbles de liaison effectue une deuxi~me demi-oscillation
pour tenter de revenir dans les conditions initiales de
tension uc~ at d'intensité iL1 avec des variations quasi-
sinuso~dales. La différence entre l'intensité I du
courant délivré par l'installation et celle iLl de celui
qui circule dans la bobine, s'ajoute à l'intensite iL2 du
courant dans les câbles de liaison. Quant ce courant iL2
repasse par 0 à l'instant t = t2, la tension ucl aux
bornes du condensateur retrouve une valeur positive et
maximale, mais un peu inférieure à sa valeur initiale R1I
du fait des amortissements résultants de la résistance
Rz des ca~les de liaison. La diode 322 se bloque. L'~tat
de l'installation devient alors celui qui est schématisé
sur la Figure 6.
Pendant la durée qui s'écoule de l'instant t2
à l'instant t3, le condensateur se charge et l'on se
trouve dans une situation similaire à celle de la
situation initiale illustrée sur la Figure 3, en obser-
vant toutefois que l'intensité iLl du courant qui circule
dans la bobine n'est plus l'intensité I du courant
délivré par l'installation. En principe, la charge du
condensateur Cl est une charge sinusoïdale amortie qui
devrait permettre de retrouver la situation
iL1 = I et u~ 1I. Toutefois, selon l'invention on
commande à ce moment le thyristor 321 hacheur 32 suffi-
samment tôt pour qu'on puisse admettre que le courant iLl
est pratiquement resté inchangé; le condensateur C1 se
charge donc avec un courant d'intensite I ~ 1L1 que l'on
peut considérer comme constant.
A l'instant t = t3 on réenclenche le thyris-
tor 321 pour décrire un nouveau cycle de fonctionnement.
On voit donc qu'il est ainsi possible de
~.:
' -,

11 2~ 8~
diminuer progressivement l'intensité du courant de la
bobine 14 en modifiant la fréquence de commande du
thyristor 321 du hacheur 32.
Pour une fréquence donnée, l'intensité
instantanée iLl de la bobine se stabilise autour d'une
valeur en oscillant à la fréquence de commande du
thyristor. On observera que l'amplitude de cette os-
cillation est petite devant la valeur de l'intensité du
courant total circulant dans la bobine. En régime
permanent, on peut donc reprendre les mêmes s~uences du
processus de fonctionnement en considérant l'intensité
IL1 du courant dans la bobine constante. Dans cette
situation, on a une variation sinusoïdale de l'intensité
du courant thyristor (321)-diode (322) pendant la durée
to à t2 avec une composante continue superposée égale à
I ~ IL1~ et on a une croissance linéaire de la tension UO1
aux bornes du condensateur pendant la durée qui va de
l'instant t2 à l'instant t3 du fait de la charge de ce
condensateur par le courant d'intensité I ~ IL1~
On observera qu'en cas d'extinction de l'arc,
le courant dans la bobine peut se dissiper dans la diode
322 de l'interrupteur du hacheur jusqu'à extinction.
On observera aussi que la fréquence f0 de
résonance qui est déterminée par la capacité C1 du
condensateur 31 et l'inductance L2 des câbles de liaison
323 fixe une valeur que ne doit pas dépasser la fréquence
f de commande du thyristor 321. En effet, si la commande
de l'interrupteur a lieu à une fréquence f supérieure à
la fréquence f0 limite indi~uée précédemment, ce thyris-
tor resterait en permanence conducteur et pour pouvoir
bloquer ce thyristor et revenir à un fonotionnement
normal du hacheur il faudrait alors arrêter la source de
courant. En pratique, cette fréquence f n'est pas la
valeur limite réelle à ne pas dépasser. En effet, pour
ne pas avoir de réenclenchement inopiné du thyristor, il
'~ .,
.' ~ -

12
faut respecter certaines conditions, entre autres la
nécessité d'appliquer à ses bornes une tension négative
pendant une durée suffisante, au moins égale à la dur~e
tq de désamorcage de l'interrupteur, or cette durée est
fonction de l'intensité du courant dévié, puisque ce
courant vient se superposer ~ l'alternance sinuso~dale
et aussi à l'amortissement du circuit. Il existe donc une
fréquence limite qui physiquement est inférieure à la
valeur de la fréquence limite théorique f0.
10L'exposé qui précède montre que l'installa-
tion électrique selon l'invention fonctionne selon deux
régimes différents successifs, l'un se déroulant au cours
du fonctionnement du hacheur et l'autre se déroulant
comme si ce dernier n'existait pas.
15Pour le premier régime pour lequel le hacheur
est en fonctionnement, des développements mathématiques
classiques des équations régissant les circuits montrent
que les seuls paramètres importants significatifs sont
la capacité C1 du condenseur 31, la résistance Rl et
l'inductance L~ de la bobine 14 de même que la résistance
R2 et l'inductance L2 des câbles de liaison 323 et
montrent aussi que seules importent les conditions
initiales du régime. On peut ainsi déduire l'intensité
iL2 du courant dans l'interrupteur et la tension ucl aux
bornes du condensateur- Ce régime est celui qui prévaut
de l'instant to à l'instant t2 auquel l'interrupteur se
bloque. Cet arrêt à l'instant t2 se produit lorsque
l'intensité iL2 dans les câbles de liaison s'annule avec
une pente positive. On connait alors ~ cet instant t2 la
tension uc~ (t2) aux bornes du condensateur at l'intensité
iLl (t2) du courant dans la bobine.
Pour le second régime, des développements
mathématiques classiques montrent alors que le hacheur
étant arrêté, on se trouve en présence d'un circuit
oscillant LRC série dont les paramètres sont la capacité
:~ .
,

'~8~89
13
Cl du condensateur 31 et la résistance R1 et l'inductance
L1 de la bobine 14. Ce régime se termine à l'instant t3
égal ~ l'inverse de la fréquence de commande du thyris-
tor. A la remise en marche de l'installation, corres-
pondant au premier régime indiqué auparavant les condi-
tions initiales sont celles de l'intensité iL3 (t3) du
courant circulant dans la bobine 14 et la tension ucl (t3)
aux bornes du condensateur 31.
Il suffit alors de procéder par itération
jusqu'à la stabilisation du courant dans le bobine pour
une fréquence de commande donnée.
On a utilisé ce qui précède avec une torche
à plasma de 2 MW dont l'alimentation etait assurée à
l'aide de câbles de liaison dont l'inductance était de
l'ordre de 20 ~H et en utilisant un condensateur de
capacité 400 ,uF. Pour une telle réalisation, la frequence
propre de fonctionnement du hacheur était de 1780 Hz. La
résistance et l'inductance de la bobine étaient de
l'ordre de 70 m n et 4 mH respectivement. Le hacheur fait
de diode et de thyristor devant supporter des pointes de
courant dont l'intensité peut atteindre 3000 A environ
sous des tensions de l'ordre de 500 V, on a utilisé
plusieurs interrupteurs selon l'invention montés en
parallèle afin de tenir compte des aptitudes des compo-
sants du commerce. Pour la construction pratique, on autilisé des thyristors-diodes portant la référence CSR
447 sur le catalogue de la société BROWN-BOVERI.
Lorsqu'on monte plusieurs interrupteurs du
type thyristor-diode en parallèle, comme indlqué precé-
demment, il faut faire en sorte ~ue l'un deux ne s'amorcepas plus vite qu'un autre sans quoi celui amorcé le
premier serait traversé par la totalité du courant et
serait donc détruit. Pour éviter cet inconvénient, on
place en série avec chaque thyristor un circuit regula-
teur d'amorc~age fait d'une petite inductance ou self

14
chargee de ralentir et de repartir indépendamment desautres interrupteurs, la montée en courant dans celui-ci.
De la sorte, on maîtrise les fronts de montée de l'inten-
sité du courant à l'amorçage et on peut éviter les
inconvénients résultant des dissymétries. Pour la
réalisation pratique précédente, on a utilisé des selfs
dont l'inductance était comprise entre 5 et 15 ~H
environ.
Pour éviter les effets parasites gui se
produisent à l'amorcage des thyristors des interrupteurs,
il faut contrôler le front de la montée en intensité du
courant afin d'avoir une conduction répartie équita-
blement; il faut de même contrôler le blocage des diodes
qui résultent de la mont~e de la tension aux bornes du
condensateur. Pour cela, on utilise un circuit de
protection ou d'aide à la commutation 33 placé en
parallèle sur l'interrupteur du hacheur 32 comme cela
ressort du schéma de la Figure 2. Ce circuit 33 est de
préférence du type RC avec une résistance R3 et un
condensateur C3 en série. On a utilisé par e~emple des
résistances R3 dont la valeur est comprise entre 5 et
lo n environ et des condensateurs C3 dont la capacité est
comprise entre 0,2 ,uF et 1,7 ,uF.
Afin d'obtenir un bon enclenchement des
thyristors 321, il est nécessaire de bien contrôler le
courant de gâchette de ceux-ci. Il faut, dans un premier
temps, que la gâchette soit soumise à une pointe d'inten-
sité de courant à montée rapide puis, ensuite, que
l'intensité de ce courant soit maintenue à une valeur
inférieure. Les montages qui permettent d'obtenir une
telle commande sont connus dans la technique, c'est
pourquoi on ne s'appesantira pas sur ce point. Avec la
r~alisation pratique adoptée, l'intensité du courant de
gâchette a atteint une valeur de 3,5 A avec une crois-
sance au démarrage de 2,5 A/,us environ et a ~té ensuite
- - ............... . . .
.
,

2 ~ 8 9
stabilisée à 0,6 A environ jusqu'à la fin de la comman-
de.
La valeur de l'intensité dans la bobine est
comparée à une valeur de consigne à l'aide d'un circuit
de régulation classique connu par exemple en boucle
fermée avec contre réaction. Un type de solution est par
exemple proposé dans le document précité.
De ce qui précède, on comprend tous les
avantages qui résultent de l'invention puisque l'alimen-
tation de la bobine qui permet de maîtriser le déplace-
ment du pied de l'arc sur l'électrode ne nécessite plus
l'utilisation d'un circuit autonome avec son alimentation
propre.

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
Administrative Status

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Event History

Description Date
Inactive: IPC from MCD 2006-03-11
Inactive: IPC from MCD 2006-03-11
Time Limit for Reversal Expired 1998-12-30
Application Not Reinstated by Deadline 1998-12-30
Deemed Abandoned - Failure to Respond to Maintenance Fee Notice 1997-12-30
Application Published (Open to Public Inspection) 1993-07-01

Abandonment History

Abandonment Date Reason Reinstatement Date
1997-12-30

Maintenance Fee

The last payment was received on 

Note : If the full payment has not been received on or before the date indicated, a further fee may be required which may be one of the following

  • the reinstatement fee;
  • the late payment fee; or
  • additional fee to reverse deemed expiry.

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Fee Type Anniversary Year Due Date Paid Date
MF (application, 2nd anniv.) - standard 02 1994-12-30
Owners on Record

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Past Owners on Record
JACQUES NUNS
PIERRE PASQUINI
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Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Cover Page 1993-07-01 1 16
Claims 1993-07-01 3 110
Drawings 1993-07-01 5 72
Abstract 1993-07-01 1 28
Descriptions 1993-07-01 15 605
Representative drawing 1999-05-05 1 9
Courtesy - Abandonment Letter (Maintenance Fee) 1998-02-10 1 187
Fees 1996-11-21 1 57
Fees 1995-11-15 1 47
Fees 1994-11-17 1 56
PCT Correspondence 1993-04-19 1 36
Courtesy - Office Letter 1993-03-26 1 33
Courtesy - Office Letter 1993-09-24 3 77
PCT Correspondence 1993-05-04 1 28