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EMI1.1
CI1:CUI'rS NLECTEONIOURS CHANGEURS De FREQUENCE.
L'invention est relative à des circuits électroniques changeurs de fréquence, et en particulier, à de tels circuits fournissant une fréquen- ce relativement élevée par rapport à la fréquence des circuits ordinaires de puissance.
Dans certaines applications industrielles comme par exemple dans les systèmes alimentant les fours d'induction à haute fréquence, on emploie des circuits à tubes à décharges fournissant des courants alternatifs de fréquences relativement élevées par rapport aux fréquences usuelles et on dérive l'énergie de circuits alternatifs de fréquences usuel-
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-les. Jusqu'à présent, les circuits changeurs de fréquence alimentés par des circuits alternatifs de fréquences usuelles ont présentés cer- taines caractéristiques indésirables. Parmi celles-ci, il faut citer un facteur de puissance faible, une efficacité faible et un facteur d'uti- lisation peu élevé des appareils électroniques employés, un prix initial élevé et des complications extrêmes dans le circuit de contrôle associé.
La présente invention fournit des circuits électroniques changeurs de fréquence alimentés par une source alternative de fréquence usuelle, ne possédant aucun des désavantages cités plus haut. L'invention fournit de tels circuits, simples, solides, alimentai un circuit de charge à haute fréquence à partir d'une source de fréquence usuelle.
Le système comprend plusieurs appareils à décharges à vide poussé, possédant chacun une grille de contrôle opérant avec un circuit oscila- toire. Les circuits de contrôle contrôlent d'une manière sélective l'am- plitude du potentiel de polarisation négatif appliqué aux grilles pour diminuer ou limiter le courant de grille durant les ondes négatives de la tension anode-cathode. Un système est également prévu pour contrôler la valeur de la puissance transmise au circuit de charge.
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques nouvelles de l'invention, en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemples et dans lesquels
La fig.l représente schématiquement l'invention appliquée à un sys- tème d'alimentation d'un circuit de charge à haute fréquence tel qu'un four d'induction à haute fréquence, à partir d'une source alternative monophasée de fréquence usuelle; la fig. représente certaines caractéristiques d'opération du dis- positif de la fig.l; les fig.3 et 4 représentent des modifications du dispositif de la fig.1 ; la fig. 5 représente l'invention appliquée à un système polyphasé, et, la fig.6 en représente certaines caractéristiques opératoires.
La fig.l illustre schématiquement l'application de l'invention à un circuit électronique changeur de fréquence alimentant un
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circuit de charge à haute fréquence tel qu'un four d'induction 1 à par- tir d'un circuit d'alimentation monophasé alternatif 2 de fréquence usuelle, par exemple 50 cycles. Le système comprend un transformateur 3 dont l'enroulement secondaire 4 est muni d'une borne intermédiaire ou neutre 5 reliée à la terre ou au point de potentiel de référence. Une paire d'appareils électroniques à décharges 6 et 7 opèrent en push- pull et chacun est muni d'une anode 8, une cathode 9 et une grille de contrôle 10.
Des selfs de filtrage 11 et 12 sont reliées en série avec l'enroulement secondaire 4 et les appareils électroniques 6 et ? pour empêcher la transmission de courants à haute fréquence au transforma- teur 3. Les appareils électroniques 6 et 7 sont à vide poussé et les cathodes 9 sont reliées au point de potentiel de référence ou à la ter- re. Un circuit oscillant 13 comprennant une capacité 14 et une self 15 est reliée aux anodes 8 des appareils 6 et 7 à travers les capacités 16 et 17. Le circuit oscillant 13 est relié aussi aux grilles de contrô- le 10 des apparr@ils 6 et 7 à travers les capacités 18 et 19. Le circuit de charge 1 c'est-à-dire la bobine de chauffage du four d'induction est alimenté à partir de la self 15 du circuit oscillant 13 à travers un transformateur à air 20.
Pour accroître la tension de polarisation des grilles de contrôle 10 durant les ondes négatives de la tension anode-cathode des appareils 6 et 7, on emploie un circuit de contrôle 21 comprenant les résistances 22 et 23 ayant un point commun 24. Celui-ci est relié aux cathodes 9 des appareils électroniques 6 et 7 à travers une autre résistance 25 commune aux circuits de grille des deux appareils à décharges. Le cir- cuit de contrôle 21 est alimenté exclusivement par les courants de gril- le tandis que les capacités 18 et 19 by-passent les courants haute fré- quence vers la terre à travers la partie supérieure de la self 15.
Le dispositif de la fig.l opère pour transformer le courant alter- natif de fréquence usuelle, dérivée du circuit 2, en courant alternatif de fréquence plus haute. Par exemple, le système peut être employé pour fournir de la puissance à 50.000 cycles par seconde. Les appareils élec- troniques 6 et 7 conduisent tour à tour du courant alternatif basse fréquence. L'excitation haute fréquence est dérivée du circuit
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oscillant 13 à travers les capacités 18 et 19 et les capacités 16 et 17.
Le circuit de contrôle 21 produit des tensions de polaris-ation dont l'amplitude croît durant les ondes négatives de la tension anode- cathode des appareils 6 et 7. Cette variation d'amplitude est obtenue par le jeu des résistances 22 et 23 opérant avec la résistance 25. Con- @ sidérons par exemple l'appareil électronique 6 au moment ou sa tension d'anode devient négative. La grille 10 a tendance à conduire une quan- tité croissante de courant continu provoquant un accroissement du cou- rant redressé qui passe entre la grille 10 et la terre à travers les ré- sistances 22 et 25, sans interférer avec l'opération de l'appareil élec- tronique 7.
De manière similaire, la tension de polarisation de la gril- le 10 de l'appareil électronique 7 croît durant les ondes négatives de la tension anode-cathode par la transmission de courant redressé à tra- vers la résistance 23 et la résistance 25.
Le circuit de contrOle 21 comprenant les résistances 22, 23 et 25 est alimenté exclusivement par les courants de grille. par conséquent, les courants anode-cathode des appareils 6 et 7 ne sont pas transmis à travers ces résistances.
La façon dont opère le dispositif de la fig.1 sera expliquée en se référant aux caractéristiques de la fig.2; la courbe A représente la tension anode-cathode appliquée à l'un des appareils électroniques, par exemple l'appareil 6, et la courbe B, la variation de l'amplitude de la tension de polarisation négative produite par le circuit de contrôle 21. Durant les ondes négatives, l'amplitude de la tension de polarisa- tion croit sensiblement, limitant ou réduisant l'amplitude du courant de grille de l'appareil électronique 6. De manière similaire, la ten- sion de polarisation appliquée à la grille 10 de l'appareil à décharges 7 croit durant les ondes négatives de sa pension anode-cathode.
La tension de polarisation négative appliquée à la grille de contre le 10 des appareils à décharges 6 et 7 comprend deux composantes par suite du fait que la résistance est commune aux grilles des deux ap- pareils 6 et 7. L'une des composantes est celle qui apparait aux bor- nes de la résistance 25 et elle est due à la somme ou à la moyen-
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-ne des courants de grille conduits par les circuits de grille des ap- pareils 6 et 7. L'autre composante de la tension de polarisation néga- tive est celle due à l'une ou l'autre des résistances 22 ou 23.
Les composantes apparaissant aux bornes des résistances 22 et 23 varient indépendamment l'une de l'autre et provoquent l'accroissement des ten- sions de polarisation résultante durant les ondes négatives respecti- ves de la tension anode-cathode appliquée aux appareils électroniques 6 et 7 par le transformateur 3. La fig.3 représente schématiquement une modification du dispositif de la fig.l. Dans cette disposition, un circuit de contrôle 26 applique aux grilles 10 des appareils élec- troniques 6 et 7 une composante de tension dérivée du circuit d'ali- mentation 2 et à travers un transformateur 27 possédant un enroulement primaire 28 et un enroulement secondaire 29 muni d'une borne intermé- diaire ou neutre 30.
Une résistance 31 est reliée entre le neutre 30 et la terre ou le point de potentiel de référence; les selfs 3 et 33 sont reliées entre l'enroulement secondaire 29 et les grilles 10 pour empêcher la transmission d'impulsions à haute fréquence du circuit 13 au transformateur 27 et à la résistance 31. Des capacités de filtrage 34 et 35 by-passent les impulsions haute fréquence de sorte que celles ci ne sont pas transmises au transformateur 27 ou la résistance 31.
Dans le dispositif de la fig.3, le courant transmis à travers la résistance 31 est exclusivement du courant de grille; par consé- quent, les courants anode-cathode des appareils électroniques 6 et 7 ne sont pas transmis à travers cette résistance.
Le circuit de la fig.3 opère pour limiter les courants de grille durant les ondes négatives de la tension anode-cathode, c'est-à-dire durant les ondes négatives de la tension basse fréquence dérivée du circuit d'alimentation 2. La tension basse fréquence introduite dans le circuit de contrôle 26 au moyen du transformateur 27 en même temps que l'excitation haute fréquence, applique aux grilles 10 des appareils 6 et 7 une tension de polarisation redressée par suite des caractéris- tiques de redressement de ces appareils électroniques. La tension de polarisation apparait aux bornes de la résistance 31 et des par-
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-ties associées de l'enroulement secondaire 29, produisant ainsi l'ac- croisement désiré du potentiel de polarisation aux instants voulus.
La fig.4 représente schématiquement une autre modification du dis- positif de la fig.l et les éléments correspondants ont éti désignés par les cernes numéros de référence. Le transformateur 3 possède un en- roulement primaire muni de plusieurs embranchements 36 reliés à l'ali- mentation par un interrupteur 37 pour contrôler la valeur de la puissan- ce transmise au circuit de charge à haute fréquence. Un contacteur 38 est connecté entre le circuit c'alimentation 2 à courant alternatif et le transformateur 3. Le courant transmis aux éléments chauffants delà cathode est fourni à travers un transformateur 39 relié au circuit 2 à travers un contacteur 40 et une résistance 41 contrôlant la tension.
Des capacités de filtrage 42 et 43 sont reliées aux bornes de l'enrou- lement secondaire du transformateur 39 pour empêcher la transmission d'@mpulsions haute fréquence au circuit d'alimentation 2 ou au trans- formateur 37 Des capacités 44 et 45 connectées entre les selfs 11 et 12 et l'enroulement secondaire 4 du transformateur 3 servent de by-pass pour le courant haute fréquence de sorte que celui-ci n'est pas trans- mis au transformateur 3 ou aux résistances 22, 23, 2@ et 53.
Le circuit oscillant comprend une paire de@apacités 45 et 46 dont la jonction commune 47 est reliée à la terre ou au point ce potentiel de référence; l'induction de ce circuit est fou@ni par la bobine chauf- fante du four d'induction. un circuit de contrôle 48 imprime aux grilles 10 des appareils élec troniques 6 et 7, des tensions de polarisation négatives qui augmentent durant les ondes positives de la tension anode-cathode de manière à di- minuer ou limiter l'amplitude des courants de grille durant les ondes négatives. Le circuit comprend la résistance 25 et les résistances 22 et 23 reliées aux grilles 10 des appareils électroniques 6 et 7, res- pectivement.
Le circuit de contrôle 48 est relié au circuit oscillant à travers les capacités de couplage 18 et 19. Four contrôler la quan- tité de puissance transmise au circuit de charge;, c'est-à-dire l'inten- sité de la puissance haute fréquence transmise à la bobine chauffan- te du four d'induction, une résistance réglable 53 est connectée n
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dans le circuit reliant les grilles de contrôle 10 des appareils élec- troniques 6 et 7. Toute variation de valeur de cette résistance chan- ge l'amplitude de a tension des impulsions haute fréquence transmises au circuit de charge.
Le point commun à la résistance 53 et aux capaci- tés 44 et 45 est reliée à la terre, comme le neutre 5 de l'enroulement secondaire 4 du transformateur 3.
Le dispositif de la fig. 4 comme ceux des fig. 1 et 3, est tel que les parties du circuit de contrôle qui produisent l'accroissement sé- lectif des tensions de polarisation négative sont alimentés exclusive- ment par des courants de grille et ne sont pas connectées dans les cir- cuits anode-cathode.
Le dispositif de la fig.4 opère pour transmettre de la puissance haute fréquence à la bobine chauffante du four d'induction. Les appa- reils électroniques 6 et 7 sont alternativement conducteurs durant les ondes positives de la tension basse fréquence anode-cathode, détermi- née par les parties associées de l'enroulement secondaire 4 du trans- formateur 3. Durant chaque onde, chacun des appareils électroniques transmet du courant haute fréquence dont la fréquence est déterminée par celle du circuit oscillant comprenant les capacités 45 et 46 et la bobine chauffante.
La tension appliquée aux grilles de contrôle 10 des appareils électroniques 6 et 7 comprend deux composantes principa- les dont l'une est la composante haute fréquence de la tension dérivée du circuit oscillant et l'autre la tension de polarisation négative qui croit durant l'onde négative de la tension anode-cathode. Ce po- tentiel négatif est produit par la caractéristique de redressement des appareils électroniques et par la transmission de courant à travers l'impédance du circuit de controle 48. La tension de polarisation ap- pliquée à la grille 10 de l'appareil électronique 6 est fourni princi- palement par la chute de tension apparaissant aux bornes de la résis- tance 49, de la self bl et les résistances 22, 25 et 53.
Durant les ondes négatives de la tension anode-cathode appliquée à l'appareil élg tronique 6 la borne 5 de l'enroulement secondaire 4 est positive par rapport à la borne inférieure de cet enroulement et par conséquent du courant négatif basse fréquence passe à travers la résistan-
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-ce 49, la self bl et les résistances 22, 25 et 53. Ce courant accroit la tension de polarisation négative et par conséquent tend à limiter et à réduire sensiblement la valeur du courant de grille.
.Le circuit de contrôle 48 constitue un circuit en aeux parties pour les grilles de contrôle 10 des appareils électroniques 6 et 7, certains éléments étant liés à une seule grille de contrôle et d'au- tres éléments étant communs aux deux grilles. Cette construction per- met l'accroissement sélectif de l'amplitude ae la tension de polarisa- tion pour chacuhe des grilles de contrôle durant les ondes négatives respectives de la tension anode-cathode.
La quantité de puissance transmise à la bobine de chauffage du four d'induction est contrôlable par la résistance 53. Le réglage de cette résistance accroît l'impédance de la branche commune des circuits de grille et fait varier l'amplitude des tensions de polarisation ap- pliquées aux grilles 10 des appareils électroniques 6 et 7. Si la ré- sistance 53 est réglée pour accroître l'amplitude de la résistance ef- fective, les tensions de polarisation croissent et la quantité de puis- sance transmise à la bobine de chauffage décroît; inversement, si la valeur de la résistance décroît, la valeur de la tension de polarisa- tion décroit et la quantité de puissance transmise à la bobine de chauf fage croit.
La fig.b illustre schématiquement l'invention appliquée à un géné- rateur électronique à haute fréquence alimentant le circuit de charge haute fréquence à partir d'une source alternative polyphasée b4 de fré- quence usuelle. Le système comprend un circuit inductif tel qu'un trans formateur 55 muni de plusieurs enroulements primaires 56 et de plusieu@ enroulements secondaires 57, 58 et 59 ayant un point commun ou neutre 60 relié à la terre ou à un point de potentiel de référence. Le systè- me comprend plusieurs éppareils électroniques 61, 62 et 63 à vide pous- sé, possédant chacun une anode 64, une grille de contrôle 65 et une cathode 66. Des cathodes 66 des appareils électroniques ol-b3 sont re- liées ensenble et au point de potentiel de référence ou à la terre.
Des selfs 67, 68 et 69 sont reliées en scrie entre les enroulements 57-59 et les appareils électroniques 61,63, respectivement.
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Un circuit de contrôle 70 applique aux grilles 65 des tensions de polarisation négatives dérivées du circuit 54. Le circuit de cône trôle 70 comprend des résistances 'il, 72 et 73 reliées aux grilles 65 des appareils respectifs 61-63 et possédant un point commum 74. Dans le circuit 70, une résistance 75 est reliée entre la terre ou le point de potentiel de référence et le point commum 74 des résistances 71-73.
Les tensions de polarisation appliquées aux grilles 65 comprennent cha- cune deux composantes. L'une de celles-ci apparait aux bornes de la ré- elle sistance 75; @@ est due à la somme ou à la moyenne des courants redressés des trois appareils ol-63. La seconde composante est due au passage des courants redressés à travers les résistances 71-73 dans les circuits de grille des appareils électroniques.
Le circuit de contrôle 70 comprend aussi les résistances 76, 77 et 78 reliées entre les grilles 65 des appareils 61-63 et les enroule- ments secondaires respectifs, b8 et 57; ces résistances appliquent des composantes de tension basse fréquence aux grilles 65. Le circuit os- cillant comprenant la capacité 14 et la self 15 est reliée aux anodes des appareils 61-63 et au circuit de contrôle 70 à travers les capaci- tés 79 et 80, respectivement.
La façon dont le circuit de contrôle 70 de la fig. 5 limite l'am- plitude des courants de grille durant les ondes négatives de la tension anode-cathode sera mieux comprise en se référant aux caractéristiques opératoires de la fig.6. Les courbes C, D,E représentent les tensions respectives anode-cathode des appareils électroniques 61-63 et la cour- be F représente la tension de polarisation négative appliquée à la gril le de l'un des appareils à décharges, l'appareil 61, par exemple. On voit que l'amplitude de la tension de polarisation croit sensiblement durent les ondes négatives. Les tensions de polarisation appliquées aux grilles 65 des appareils électroniques 62 et 63 sont de même phase par rapport aux tensions respectives anode-cathode.
L'accroissement de la tension de polarisation appliquée à la grille 65 de l'appareil 61; comme illustré par la courbe F, est effectué par l'accroissement de courant qui traverse la résistance 71. Lorsque le potentiel d'anode de l'appareil électronique 61 devient négatif par rapport à sa
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cathode, la grille 6b conduit une quantité de courant plus élevée ce qui amene une chute croissante de potentiel dans le résistance 71. De cette manière, le circuit 70 tend à limiter le courant de grilles par l'accroissement de la tension de polarisation pour chaque appareil à décharges lorsque sa tension anode-cathode devient négative.
Bien que l'invention ait été décrite comme appliquée à un système particulier de connexions, il est évident qu'on ne désire pas se limi- ter à ce système particulier, donné simplement à titre d'exemple et sans aucun caractere restrictif et que, par conséquent, toutes les va- riantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquée: ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.