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- RELAIS TEMPORISE ELEC'-RONIQUE -
La présente invention est relative à des perfectionnements, changements et additions à celle, objet du brevet principal et concer- ne des circuits électriques comprenant des tubes électroniques des- @ tinés à apporter un retard déterminé dans le contrôle d'une opération,
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r.lfÇ3J,..,.",----. et particulièrement à ceux de ces circuits produisant des effets électriques similaires à ceux d'une inductance ou d'une capacitance.
Un objet de l'invention est de présenter un appareil qui produit une tension ( ou un courant ) croissant lentement après application d'une tension ( ou un courant ) constante.
Un autre objet de l'invention est de présenter un circuit
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électrique possédant une constante de temps élevée, ne nécessitant pas l'utilisation de circuits conventionnels RC ou RL à constantes de temps élevées.
Un autre objet de l'invention est de présenter un circuit à retard élevé et réglable, lorsque l'opération a lieu dans une direction, et un retard similairement élevé mais indépendamment réglable lorsque l'opération a lieu dans la direction inverse.
Un autre objet de l'invention est an relais qui ne relie le circuit d'utilisation à la source de puissance qu'après un in- tervalle de temps prédéterminé, après que la puissance a été appliquée et, dans le cas d'une interruption de puissance, ne reconnecte le circuit d'utilisation à la source de puissance qu'après un intervalle de temps détrminé par la durée de l'inter- ruption.
Une autre caractéristique importante de l'appreil présenté par l'invention est que les différentes composantes du circuit sont standards, facilement obtenables et de faible prix.
En plus des objets précédents, l'invention utilise des cir- cuits à tubes électroniques agissant comme inductances et capaci- tances effectives de très grande valeur, sans nécessiter la construction réelle de ces inductances et capacitances.
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'exem- ple non limitatif et dans lesquels: la Fig. 1 représente le dispositif, objet de l'invention, adapté pour être utilisé d.ns un relais temporisé; la Fig. 2 est un circuit approximativement équivalent à celui de la Fig. 1; la Fig. 3 représente une disposition de l'invention produisant des effets électriques similaires à ceux d'une capacité. la Fig. 4 représente un système de contrôla temporisé complet
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utilisant les principes de l'invention.
La Fig. 1 représente un dispositif, objet de l'invention, utili- un tube 1 à décharge électronique aym t une cathode, une anode et une électrode de contrôle. La cathode du tube 1 est reliée à son anode à travers la résistance 2, la source 3 de potentiel continu et l'interrupteur 4 ; lapol.rité de la source 3 est telle que l'anode du tube 1 est positive par rapport à la cathode. Le condensateur 5, la résistance 6 et le redresseur 7 sont reliés en série aux bornes de la résistance 2, le redresseur 7 étant connecté de manière à être conducteur lorsque le tube 1 conduit.
Le circuit d'utilisation 8 est relié aux bornes de la résistance 2 et reçoit donc une tensioné gale à la chute de tension dans cette résistance. Une résistance 9 est reliée aux bornes du redresseur 7 et constitue un chemin de décharge pour le condensateur 5.
On comprendra mieux la manière dont fonctionne le dispositif de la fig. 1 en se référant à la fig. 2 qui représente un circuit équivalent à ce dispositif immédiatement après la fermeture de l'interrupteur 4. Dans la fig. 2, l'effet de l'appareil 1 est représenté par la résistance 10 et la source de tension 11, qui sont les images respectives de la résistance interne et de la tension d'une source produisant sur les circuits extérieurs les mêmes effets que le tube 1. Bien que cette représentation du tube 1 ne soit pas exacte, elle est suffisamment correcte pour constituer une indication utile du fonctionnement. La tensicn de la source 11 est - u eg , où e5 est le potentiel négatif de l'électrode de contrôle de l'appareil 1, par rapport à la cathode.
La résistance 10 est égale à la résistance spatiale effective du tube 1 dési- gr.ée généralement par "résistance de plaque " rp.
Additionnons les tensions le Ion,,,, du circuit comprenant l'in- terrupteur 4, le tube 1, la résistance 2 et la source 3; il vient: (1) E3- U eg + ( rp + R2) il où: E3 est la tension de la source 3, en volts,
R2 est la valeur de la résistance, en ohms, il est le courant conduit par lo tube 1, en ampères.
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L'équation ci-dessus a été écrite en supposant que le courant parcourant le circuit shunt aux extrémités de la résistance 2, est négligeable par rapport au courant conduit par le tube 1, condition qui peut être obtenue par un choix convenable des composantes du circuit.
La valeur de eg peut être déterminée par la valeur du courant traversant la résistance 6, vu que c'est la chute de tension IR dans cette résistance qui produit eg. En négligeant l'influence de ce courant sur la chute de tension dans la résistance 2, il vient:
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où: i2 est le courant qui traverse la résistance 6, en ampères
C est la capacité du condensateur 5, en farads
R6 est la valeur de la résistance 6, en ohms.
L'équation (2) peut êtree xprimée sous la forme fonctionnelle (voir Gardiner & Barnes, " Transient in Linear Systems ", Willey, 1942).
(3) 12 (S) - CR2 Si1 (S) - CR6Si2 (S) dans le cas où il et i2 sont égaux à zéro au moment de la ferme- ture de l'interrupteur 4. Résolvant l'équation 3 par rapport à i2 et calculant la chute IR de tension dans la résista ce 6, il vient pour eg,
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L'équation (1),mise sous forme fonctionnelle,devient:
(5) E3(S) = u eg (S) + (rp + R2) il (S) Résolvant les équations 4 et 5 par rapport au courant il(S), il vient:
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-.,-..-.. ..3 \YI Q OO o 'r3/S dans le cas de la tension de llunité produite lors de la fermeture de l'interrupteur 4, l'équation 6 peut être retransformée et donne;
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L'équation 7 peut être comparée avec l'équation relative à un accroissement brusque @e la tension ap liquée à un circuit série comprenant une résistance et une inductance, cette équaticr étant:
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où E est la tension appliquée,
R est la résistance série en ohms,
L est l'inductance série en henrys, io est le courant initial en opères.
En comparant les équations 7 et 8, il apparaît évident que le circuit de la fig. 2 peut être rep::.-éser.t8 par un circuit série LR conventionnel possédant les constantes suivantes: (9) Résistance équivalente = rp +R2
Inductance équivalente = CR6 (rp+ (1+u) R2) =Tc(rp+(1+u) R2)
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Courant initial équivalent = E3 rp + +1) R
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arc étant ia constance ae temps aux vernes .e 1. rc si star. ce 2.
L'efficacité du circuit de la fig. 1 comme inductance de valeur élevée, peut être expliqué en cousidérant un circuit réel pouvant être utilisé à la fig. 1. Avec une valeur de 180 volts à la source 3 et un tube à décharge électronique 1 du type trjode hi - mu 6F5 (u=100, rp - 60. 000 chns), on peut utiliser les valeurs suivantes des différents éléments du circuit:
R2 = 106 ohms
C5 = 2 microfarads
R6 = 2 x 106 ohms.
En substituant ces valeurs dans les équations (9) ci-dessus, il vient pour les composantes équivalentes du circuit:
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Réquiv. = 1.06 x 106 ohms
Léquiv. = 404 x 106 henrys La constante de temps R équiv. devient alors 381 sécondes. equ v, Le courant initial est 1,78 x 10-6 ampères, valeur négligeable par rapport à celle du courant final de 170 x 10-6 ampères.
Bien que les valeurs ci-dessus soient basées sur des approxima- tions ne représentant pas exactement l'action du tube 1, il est évident que des effets de valeurs extrêmement élevées d'inductance peuvent être simulés par le circuit de la fig. 1. De telles valeurs d'inductance ne peuvent être obtenues par les méthodes usuelles que par des inducteurs de dimensions excessives puisque la résistance de l'inductance ne doit pas être assez grande pour abaisser la constante de temps du circuit complet. Vu différemment, l'action du dispositif de l'invention peut seulement être obtenue avec une inductance ayant une constante de temps de l'ordre de 400 secondes, une valeur sensiblement plus élevée que celles qui peuvent être obtenues économiquement.
Bien que le circuit de la fig. 1 agisse comme inductance en ce qui concerne un accroissement de tension aux bornes de l'alimentation 8, il diffère d'un circuit RL conventionnel en ce sens qu'aucune énergie n'est emmagasinée dans un champ magnétique. Ceci constitue un avantage supplémentaire du circuit car les à-coups de tension normalement élevés inhérents à l'ouverture d'un circuit inductif sont évités, éliminant ainsi la nécessité d'appareils spéciaux pour empêcher les destructions d'isolement et les arcs aux contacts d'in- terrupteurs. De plus, l'absence d'énergie emmagasinée dans le cir- cuit permet l'utilisation d'appareils de contrôle simples pour établir la vitesse à laquelle le système est ramené au repos après ouverture de l'interrupteur 4.
Le redresseur 7 et la résistance 9 de la fig. 1 sont employés pour constituer un chemin de décharge pour le condensateur 5, dans
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lequel une constante de temps contrôlable est obtenue. Si l'inter- rupteur 4 est ouvert après que le condensateur 5 est chargé ou partiellement chargé, le condensateur 5 se déchargera à travers la résistance 9, le tube 1 et la résistance 2. Un courant relati- vement faible circule ra à travers la résistance 6 car la tension positive de l'électrode de contrôle du tube 1 associée à la charge du condensateur 5 rend la résistance de l'espace électrode de contrôle-cathode plus petite que la valeur ohmique de la résistance 6.
Par un choix convenable de la résistance 9, la décharge du condensa- teur 5 peut etre contrôlée de manière à obtenir le retard désiré de manière telle que la fermeture de l'interrupteur 4 va faire parcourir dans la résistance 2 un courant dont la valeur initiale est enrelation désirée avec la période de temps pendant laquelle l'in- terrupteur 4 est ouvert. Comme la constante de temps de la dé- charge dépend de la valeur de la résistance 9 et celle de la charge, de la valeur de la résistance 6, ces valeurs peuvent être réglées indépendamment pour obtenir les valeurs désirées des constantes de temps.
Une forme modifiée de l'invention est représentée à la fig. 3.
Ce circuit diffère de celui de la fig. 1 par le fait que le conden- sateur 5 et la résistance 6 sont intervertis. Du point de vue du courant parcourant la résistance 2, le circuit de la fig. 3 a-it comme un circuit RC série, avec une résistance en shunt sur la capa- cité. Ainsi, la tension transitoire aux bornes de l'alimentation 8, lorsque l'interrupteur 4 est fermé, ressemble à celle existant aux bornes d'une résistance ensérie avec un con ensateur, lorsqu'une tension brusque est appliquée à l'ensemble.
D'autres modifications des circuits des figures 1 et 3 peuvent être considérées. Si, par exemple, une inductance est substituée au condensateur 5, fig. 1, la tension transitoire aux bornes de l'ali- mentation 8 correspondra à celle existant aux bornes d'une résistance lorsqu'une tension brusque est appliquée à travers un condensateur.
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De même, le circuit de la fi. 3 donnera un effet similaire à une inductance si le condensateur 5 est remplacé par une inductance.
L'application des principes de l'invention à un circuit à relais temporisé, est représenté à la fig. 4. Le but de ce circuit est de fermer les contacts A et B du relais, en un instant prédéterminé après qu'une tension alternative est fournie par la source 12; d'ouvrir instantanément ces contacts lors d'une coupure de tension provenant de la source 12 ; et de refermer les contacts A et B en un instant pré- déterminé après que la tension alternative est fournie à nouveau par la source 12, le temps de femeture dépendant de la lenteur de la période à t ension nulle.
Dans une application pratique de ce circuit, les contacts A et B peuvent se trouver dans le circuit reliant la source 12 au circuit d'utilisation 13, ce dernier comprenant des circuits redresseurs ou autres conduisant aux anodes de tubes à décharge électronique du type à vapeur de mercure, tels que ceux utilisés dans le générateur d'impulsions d'un système de détection d'un objet éloigné.
Par l'utilisation de ce contrôle, il est possible d'appliquer automa- tiquement une tension anodique aux redresseurs lorsque les cathodes sont suffisamment chauffées ce qui, en même temps,évite les destructions de tubes dues à l'application d'une tension lorsque les cathodes ne sont pas encore chauffées. Comme le temps variable de refermeture dépend de la durée de la coupure de la tension de la source 12, il y a possibilité de fermeture automatique du circuit avec perte minimum de temps de fonctionnement, lorsque la tension de la source 12 tombe durant un intervalle de temps non suffisamment grand pour que les cathodes des tubes à vapeur de mercure se refroidissent à la température ambiante.
Si l'on considère en détail le circuit, de la fige 4, on voique la tension de la source 12 est appliquée au potentiomètre 13' et aux extrémités 14 et 15. L'application de cette tension permet aux redres- sears 18 et 19 de charger les condensateurs 16 et 17, respectivement.
La charge du condensateur 17 rend positive l'anode du tube à décharge 20 par rapport au noint 15, tandis que la charge du condensateur 16
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agissant à travers la résistance 21-, rend négative la cathode du tube 20 par rapport au point 15. Ainsi, le circuit comprenant le potentiomètre 13', les redresseurs 18 et 19 et les condensateurs 16 et 17 tend à rendre l'anode du tube 20 positive par rapport à la cathode, d'une quantité déterminée par le potentiel de la source 12. Le circuit comprenant les résistances 21, 24 et 32, le redres- seur 23 et la capacité 22 est indentique à celui de la fig. 1.
Par conséquent, le courant parcourant la résistance 21 et l'appareil 20 va croitre doucement après que la tension e la source 12 est appliquée.
L'électrode de contrôle du tube 26 à décharge gazeuse est reliée à la cathode du tube 20 tandis que la cathode du tube 26 est reliée au point 15. Ainsi, lorsque l'appareil 20 est non - conducteur, l'électrode de contrôle du tube 26 est négative par rapport à la cathode d'une quantité dépendant de la charge du conden- sateur 16. Cependant, lorsque le tube 20 est conducteur et que du courant parcourt la résistance 21, une chute de tension apparaît aux bornes de la résistance, tendant à rendre la cathode du tube 20 moins négative que le point 15.
La vitesse de ce changement de courant et de tension dépend de l'action de temporisation due au condensateur 22 et, lorsque la tension aux bornes de la résistance 21 rend l'électrode de contrôle du tube 26 suffisamment positive p r rapport à la cathode, ce tube devient conduoteur et le courant conduit fait fonctionner le relais 27. La tension de fonction- nement du tube 26 est dérivée directement de la source al ternative 12 à travers la résistar.ce 28.
Lorsque le tube 26 conduit du courant, la bobine 27 du relais est déplacée et fait se fermer les contacts A et B, de manière à appliquer une certaine tension à l'utilisation 13. De plus, les contacts C sont fermés et l'électrode de contrôle de l'appareil 26 est au même potentiel que la cathode. De ce fait, l'électrode de contrôle de l'appareil 26 perd le contrôle et le tube continue à conduire indépendamment de lh chute de tension à travers la
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résistance 21. On comprend, évidemment, que les contacts C ne sont pas essentiels au fonctionnement du système mais sont utiles pouréviter le cliquetis du relais.
Le condensateur 29, aux bornes du relais, est employé pour aplanir le courant traversant cette bobine et, par conséquent, pour réduire le cliquetis de l'armature du relais. Les condensateurs 30 et 31 empêchent les à-coups de tension qui peuvent apparaître lorsque la tension de la source 12 est réappliquée au circuit du tube 26 qui déclenche instantanément. Les résistances 33 et 34 consti- tuent des chemins de fuite pour la décnarge des condensateurs 17 et 16, respectivement.
Comme décrit plus hait au sujet de la fig. 1, la constante de temps de la tension apparaissant aux bornes de la résistas ce 21, fig. 4, dépend de la constante de temps du circuit comprenant la résistance 24 et la capacité 22. Ainsi, par réglage de la valeur de la résistance 24, l'intervalle de temps entre l'application de la tension de la source 12 et le fonctionnement du relais 27, peut être réglé à volonté.
Si la tension de la source 12 tombe, la tensicn de fonction- nement aux bornes du tube 26 n'est plus longtemps suffisante et le relais 27 déclenche, déconnectant ainsi l'utilisation 13 et les contacts C d'ouverture. De plus, le condensateur 22 commence à se décharger à travers la résistance 32 et l'espace électrode de contrôle-cathode du tube 20. Si la tension de la source 12 est coupée durant une longue période de temps avant d'être réapnliquée, la charge du condensateur 12 est complètement perdue et un inter- valle de temps long est obtenu entre l'application subséquente de tension et le fonctionnement du tube 26.
D'autre part, si la tension de la source 12 est réappliquée avant que le condensateur 22 ne soit déchargé, l'intervalle de temps requis pour faire réap- paraître la tension aux bornes de ce dernier, est réduit et le tube 26 fonctionne après un intervalle de temps plus court. Ainsi le
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temps nécesssaire pour appliquer une tension à l'utilisation 13 varie avec le teps pendant lequel la tension de la source 12 est coupée.
Si l'utilisation 13 consiste en une source de tension anodique à appliquer à des tubes redresseurs à vapeur de re roure, la constan- te de temps de la décharge du condensateur 22 à travers les ré- sistances 32 et 21 et l'espace électrode de contrôle-cathode du tube 20, est choisie d'après les caractéristiques de refroidis- sement des éléments chauffants du tube à vapeur de mercure, faisant ainsi fonctionner le relais 27 aussitôt que la tension anodique peut être appliquée sans danger. La valeur de cet intervalle de temps peut être choisie sans influencer l'intervalle de temps séparant l'application de la tension de la source 12 et le fonctionnement du relais 27, en faisant varier la valeur de la résistance 32.
De la discussion ci-dessus, il apparait évident que le circuit de la figure 4 présente le fonctionnement temporisé suivant: 1,- Après application de la tension de la source 12, la tension est appliquée à l'utilisation 13 après un intervalle de temps pré- déterminé, qui peut être réglé par variation de la valeur de la résistance 24; 2.- Lors d'une coupure de tension de la source 12, l'utilisation
13 est immédiatement déconnectée de la source 12; 3. - Lors de la réapplication de tension de la source 12, la tension est appliquée à l'utilisation 13 après un intervalle de temps dépendant de la période de temps durant laquelle aucune tension n'est appliquée par la source 12, la valeur de cette période de temps étant indépendamment réglable par variation de la valeur de la résistance 32.
Bien que l'on ait décrit et représenté une application par- ticalière de l'invention, il est évident qu'on ne désire passe limiter à cette forme particulière donnée simplement à titre
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d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dis- positions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.