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- SYSTEME DE CONTROLE ET D*EXCITATION DTIGNITRONO-
La présente invention est relative à des perfectionnements, change- ments et additions à celle. objet du brevet principal, et elle concerne des cir- cuits de contrôle et dtexcitation d'ignitrons, plus perfectionnés que ceuxhreven- diqués dans le brevet principal dans lesquel des moyens sont déjà employés pour prolonger la vie du tube ; courant dtexcitation est en effet transféré de l'i- gnitron à une anode auxiliaire dès que l'arc est allumé, Dtautres moyens ont encore été utilisés pour prolonger la vie des tubes du type ignitron, comme par exemple l'utilisation de grilles ou électrodes ana- logues en vue d'un allumage précis et d'une désionisation rapide ;
diffucultés ont cependant été rencontrées lorsque, pour l'une ou l'autre raison, la tâche
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cathodique ne se forme pas car si, dans ce cas, la grille est rendue positive, ltionisation résiduelle dans la valve peut former une tache cathodique sur les parois latérales ou en un autre endroit également indésirable, à l'intérieur de l'ampoule de la valve,
Différentes solutions de ce problème ont déjà été proposées.
En particu- lier dans la disposition décrite dans le brevet belge n 474.029 déposé par la Société demanderesse le 21 juin 1947 (comme 8ème perfectionnement au brevet prin- cipal), un dispositif de couplage est utilisé entre le circuit de l'anode auxi- liaire et le circuit d'excitation des grilles de commande, de telle manière que le circuit d'excitation ne puisse pas être suffisamment alimenté pour provoquer la conductibilité de la valve, en l'absence d'une émission électronique appropriée de la cathode, telle que celle obtenue par la formation d'une tache cathodique régulièrement constituée à cette intention.
L'objet de linvention est de présenter un circuit perfectionné d'excitation et de contrôle, du type décrit ci-dessus, dans lequel certaines caractéristiques de protection sont prévues, certaines composantes coûteuses du circuit d'excitation éliminées et le circuit rendu plus simple et moins onéreux en vue d'une application générale.
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques nouvelles de l'in- vention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent donnés simplement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels :
La fig.l est une représentation schématique d'un circuit conforme à l'in- vention, utilisant une disposition simplifiée de transformateur de couplage entre le circuit de l'anode d'entretien et le circuit de contrôle de la grille d'un igni- tron contrôlé par la grille;
La fig.2 représente une modification du dispositif de la Fig.l utilisant dtautres moyens de protections-
La Fig.l représente une application de l'invention à un circuit redresseur monophasé à valves électriques, mais il est évident que l'invnetion est également applicable aux différents types commerciaux de redresseurs polyphasés et les deux tubes redresseurs représentés doivent être considérés comme les deux tubes déphasés de 180 , de tout système redresseur polyphasé. Le système de conversion représenté comprend un circuit 1 à courant alternatif et un circuit 2 à courant continu interconnectés de la manière habituelle par une paire de valves électriques
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3 & 4 et un transformateur de conversion 5.
Le type particulier de valve représenté sur le dessin, est un ignitron à grille de contrôle, tel que décrit dans le brevet belge n 440.963 déposé par la Société demanderesse le 22 mars 1941. Pour faire comprendre ltinvention telle qu'elle est utilisée dans un système de conversion, il suffit de se référer à ltune des valves, 3 par exemple, à laquelle sont appliqués les circuits dtexcitation et de contrôle de l'invention, puisque chaque paire de valves déphasées de 1800 dans tout système polyphasé, sera commandée par un circuit d'excitation identique à celui décrit ci-après.
Chaque valve possède une enveloppe à l'intérieur de laquelle se trouvent une anode 6, une première électrode ou grille 7 agissant comme anode intermédiaire et une électrode de contrôle ou grille 8 qui détermine l'instant dtallumage et réduit la période de désionisation à la fin d'une période de conduction. Chacune des valves 3 & 4 possède également une cathode liquide 9 en mercure et un ignitor 10. Au-dessus de la surface du mercure, on a disposé une anode dtentretien ou d'excitation 11, dont la fonction principale est de maintenir la tache cathodique après que celle-ci a été allumée par l'ignitor 10,et de remplit d'autres fonctions décrites ci- agrès.
La puissance nécessaire aux circuits d'ignitor et de grille peut être prise aux barres 12 alimentées par le circuit 1. Le circuit d'allumage 13 des ignitors 10 est alimenté par les barres 12b à travers un appareil déphaseur fixe 12' et un transformateur 14. Le déphasage désiré peut aussi être accompli dans le cas d'un système polyphasé, par un choix convenable des phases des tensions fournies,
lesquelles seront déphasées d'une quantité fixe. La forme spécifique du circuit 13 d'allumage de l'ignitor ne constitue pas un objet de la présente invnetion et tout circuit convenable peut être employé comme circuit de contrôle et d'excitation par exemple celui décrit dans le brevet belge 471.116 que la Société demanderesse a déposé le 11 février 1947 (comme 3e perfectionnement au brevet principal). Comme représenté, le circuit 13 de l'ignitor est alimenté par le transformateur 14 et relié aux ignitors 10 des valves 3 & 4 à travers un transformateur d'isolement 15 possédant un enroulement primaire 16 et une paire d'enroulements secondaires 17 & 18. Ce transformateur 15 est utilisé pour porter 1& valeur des pointes de tension fournies à l'ignitor, à celle du potentiel élevé des valves.
L'enroulement primaire 16 est alimenté à travers une réactance
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19 non linéaire ou d'allumage, et une capacité 20, connectée en shunt, ces élé- ments donnant naissance à une pointe de tension lors de la décharge de la capa- cité 20 à travers la réactance 19. Ces impulsions de tension apparaissant aux bornes des enroulements secondaires 17 & 18 ont llieu deux fois durant chaque pé- riode de la tension apparaissant aux barres 12 en des instants déterminés par la saturation de la réactance 19. Comme les deux ignitors 10 sont alimentés par le transformateur 15, durant les demi-périodes opposées de la tension appliquée, une borne commune ou médiane des enroulement 17 & 18 est reliée aux cathodes 9 des valves 3 & 4.
L'extrémité extérieure de l'enroulement 17 est reliée à l'ignitor 10 de la valve 3 ,à travers une résistance 21 de limitation du courant et un redresseur 22. De même, la borne extérieure de l'enroulement 18 est reliée à l'ignitor 10 de la valve 4 à travers une résistance 23 de limitation du courant et un redresseur 24. Une réactance linéaire 25 est également incluse dans le circuit 13, entre le transformateur 14 et la capacité 20 ; cette résistance sert à éviter la décharge de la capacité dan s le circuit d'alimentation, lors de la saturation de la réactance d'allumage 19, et aussi à limiter le courant dérivé du circuit d'alimentation au moment où la capacité 20 se décharge à travers l'enroua lcment 16 du transformateur.
Le circuit d'allumage 13 comprend également un ap- pareil déphaseur sous la forme d'un élément inductif saturable constitué d'un noyau 26 et d'un enroulement à courant alternatif 27, $onnecté en série avec le circuit d'excitation, entre le transformateur 14 d'alimentation et la réactance linéaire 25. La réactance saturable est également munie de moyens de contrôle constitués par exemple par un enroulement 28 de contrôle, alimenté en courant continu par une source 29 à travers une résistance 30 de contrôle. Une capacité 31 ,connectée en shunt sur le circuit d'excitation ,entre l'enroulement 27 et la réactance linéaire 25, sert à maintenir la tension à une valeur sensiblement cons- tante pour toute une gamme de déphasages.
Une réactance 32 est connectée en se rie avec la capacité 31, pour supprimer les oscillations indésirables.
Comme le circuit 13 d'allumage des ignitors 10 ne fournit du courant à ces derniers que durant quelques degrés électriques après l'allumage, l'anode 11 d'entretien est utilisée pour maintenir la tache cathodique sur la cathode 9 sensiblement durant le reste de la demi-période de la tension anodique positive.
L'anode 11 d'entretien et les grilles 7 & 8 peuvent aussi être alimentées par les barres 12, à travers un transformateur d'isolement 33 comportant un
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enroulement primaire 34 relié aux barres 12 et deux enroulements secondaires 35 & 36. La tension dérivée du transformateur 33 est habituellement déphasée en avant par rapport à la tension anodique principale par un appareil déphaseur fixe 12", de manière à ce qu'elle soit suffisamment positive pour maintenir la tache cathodique lorsqu'il y a émission. Un tel déphasage peut aussi être obtenu dans un système polyphasé par un choix judicieux des phases des tensions fournies convenablement déphasées.
L'enroulement secondaire 35 du transformateur 33 ali- mente une résistance 39 de polarisation positive, à travers l'enroulement primaire 40 d'un transformateur 41 de couplage. Ce dernier possède un enroulement secon- daire 42, dont une borne est reliée à la cathode 9 de la valve 3 et loutre à ltanode d'entretien 11,à travers le redresseur 43. Le résultat de cette con- nexion est que, durant la demi-période positive de la tension anodique de la val- ve 3, la majeure partie de la tension de l'enroulement 35 apparait aux bornes de l'enroulement primaire 40 et alimente l'anode 11 d'entretien.
Si la tache catho-- dique est formée. le courant circule dans le circuit de l'anode d'entretien compre nant la borne supérieure du transformateur 42, le redresseur 43, le chemin de dé@l @ -ge vers la cathode 9 et le retour vers la borne inférieure du transformateur 42.
Dès que le courant circule dans le circuit de l'anode d'entretien 11, une tension à front raide apparait aux bornes de la résistance 39, avec la polarité indiquée, par suite de la faible impédance du circuit de l'enroulement secondaire 42, et cette tension constitue une tension positive d'allumage pour les grilles 7 & 8.
Lorsque la tension anodique de la valve 3 est négative, ou qu'elle est posi- tive mais qu'il n'existe pas d'arc d'excitation, il est nécessaire de maintenir les grilles 7 & 8 à un potentiel négatif par rapport à la cathode. Une tension de polarisation négative pour la grille 7 et la grille de contrôle 8 est fournie par tout redresseur convenable, par exemple le redresseur 44 diamétrique, à deux voies, alimenté par l'enroulement secondaire 36 du transformateur 33 et dont le circuit de sortie est connecté aux bornes d'une résistance 45, agissant comme résistance négative de polarisation, avec la polarité indiquée.
La borne posi- tive de la résistance 45 est reliée à la borne positive de la résistance 39 de polarisation positive et la borne négative est reliée à la grille 7, à travers la résistance 46,et à la grille 8, à travers la résistance 47. La valeur de la ré- systance 47 est plus élevée que celle de la résistance 46, de manière à ce que
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que la grille 8 et la grille 7 conduisent des courants relatifs convenables durant l'allumage et la désionisation.
Par conséquent, le circuit des grilles
7 & 8 présente, par rapport à la cathode et en opposition, une tension de pola- risation négative fournie par la résistance 45 et une tension de polarisation positive de contrôle, plus élevée, fournie par la résistance 39, à tout instant où du courant circule dans le circuit de l'anode 11 d'entretien.
Le fonctionnement des circuits d'allumage et d'excitation du système à valves électriques de la fig.l, est sensiblement le suivant : Le circuit 13 de l'ignitor fournit, lorsqu'il est alimenté, une poite positive de courant à chaque demi-période de la tension appliquée, par décharge de la capacité 20 à travers la réactance dallumage 19 et le transformateur d'allumage 15. La pointe appa- raissant durant une demi-période d'une polarité donnée, donne naissancee à un courant dans l'ignitor 10 de la valve 3 pour établir une tache cathodique et la pointe apparaissant pendant la demi-période suivante donne naissance dans ltigni- tor 10 de la valve 4, à un courant retardé de 180 .
Avant rétablissement de la tache cathodique, les grilles 7 & 8 sont sous contrôle de la résistance 45 de @ polarisation négative et sont par conséquent, à un potentiel négatif par rap- port à la cathode associée 9, puisque un courant très faible ou nul circule iL travers la résistance 39 par suite de l'impédance élevée du transformateur 41 dont le circuit de l'enroulement secondaire 42 est ouvert. Lorsque la tache cathodique apparait, du courant commence à circuler dans le circuit de l'anode auxiliaire 11 ; courant maintient la tache cathodique après disparition de la pointe de tension fournie à l'ignitor.
Dès que l'anode auxiliaire 11 est rendue conductrice, le courant circulant dans le circuit de la résistance 39 augmente brusquement et une tension de polarisation positive à front raide s'établit aux bornes de cette résistance pour surpasser la tension de polarisation négative existant aux bornes de la résistance 45- ce qui rend positives les grilles 7 & 8 et établit la conductibilité de la valve 3.
Le circuit de l'anode 11 d'entretien remplit donc quatre fonctions, à savoir: (1) il maintient la tache cathodique après que cette dernière a été établie sur le mercure par l'ignitor; (2) il fait passer la polarisation du ou des circuits de grille d'une valeur négative à une valeur positive d'allumage; (3) il établit une tension d'allumage à front raide sans utiliser de transformateur spécial à pointe de tension ou tout autre appareil équivalent et (4) il permet
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l'utilisation d'un simple transformateur dont le rapport des nombres de tours est convenablement choisi, sans moyens d'antisaturation à courant continu.
La fig.2 représente une modification de l'invention utilisant le même prin- cipe d'introduction d'une tension d'allumage positive dérivée aux bornes d'une résistance branchée dans le circuit de l'anode d'entretien, à travers un transfor- mateur de couplage, mais, dans cette modification, la résistance constituant la source de tension de polarisation positive, est directement placée en série avec l'anode d'entretien, au lieu d'être en série avec le transformateur de couplage de manière à éviter les variations possibles dues aux: variât ions du courant de magnétisation du transformateur.
Pour simplifier la comparaison des deux circuits représentés et rendre inu- tile une répétition de la description des circuits et éléments correspondants, ces derniers ont été désignés par les mêmes numeros de référence dans les deux cas. Les tubes 3 & 4 du système convertisseur de la fig.2 sont du même type que ceux décrits à la fig.l et le circuit 13 d'allumage des ignitors est égale- ment le même.
Le circuit d'excitation et de contrôle des grilles est alimenté à partir des barres 12, à travers un appareil déphaseur fixe 12" et un transformateur de cou- plage 48, possédant un enroulement primaire 49 relié à l'appareil déphaseur et des enroulements secondaires jumelés 50 & 51. Le circuit 51 est relié à la valve 4 (la liaison est simplement indiquée par les flèche) ou à celles des valves du circuit convertisseur qui est allumée avec un retard de 180 par rapport à la valve 3. La borne supérieure de l'enroulement secondaire 50 est, comme représenté reliée à l'anode 11 d'entretien, à travers une résistance 52 et un redresseur 43.
Lorsque l'anode d'entretien ne conduit aucun courant, la grille 8 de contrôle est maintenue à une tension de polarisation négative par rapport à la cathode qui lui est associée. Cette tension de polarisation négative est obtenue à partir d'un transformateur 53 dont l'enroulement primaire 54 est connecté aux bornes de l'enroulement 50 et dont l'enroulement secondaire 55, relié au redresseur 56, alimente une résistance 57 en courant continu pour établir une tension de pola- risation négative avec la polarité indiquée. Une capacité 58 est connectée aux bornes de l'enroulement primaire 54 du transformateur 53, de manière à maintenir la tension appliquée à une valeur sensiblement constante pendant les déphasages étendus du courant de charge du transformateur 48.
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Une capacité 59 d'égalisation de la tension est connectée aux bornes du circuit de sortie du redresseur 56, c'est-à-dire en parallèle avec la résistance 57. La tension positive d'allumage appliquée à la grille 8 de contrôle est dérivée du transformateur 60 possédant un enroulement primaire 61, connecté aux bornes de la résistance 52 de l'anode d'entretien, et un enroulement secondaire 62. La borne de l'enroulement secondaire 62, où apparait la tension négative, est reliée à la borne négative de la résistance 57 de polarisation négative et l'autre borne de tension positive est reliée à la grille de contrôle 8, à travers une résistance 63.
Le rôle de cette dernière est de limiter le courant de grille pendant que la valve 3 est conductrice et aussi d'empêcher la circulation excessive de courant ionique dans la direction inverse durant la période suivant immédiatement l'instant où ltanode principale 6 cesse d'être conductrice.
Un appareil redresseur 66 est connecté entre la borne côté grille de la ré- sistance 63 et le point de jonction entre l'enroulement secondaire 62 du trans- formateur de couplage et la borne négative de la résistance 57 de polarisation négative ; ce redresseur 66 est connecté de manière à permettre au courant de cir- culer de ce point de jonction (entre l'enroulement secondaire 62 et la borne néga- tive de la résistance 57) vers l'extrémité opposée de l'enroulement 62, à travers la résistance 63. Cette disposition évite l'application brusque, à la grille 8, d'une tension négative à front raide, à la fin de la période de conduction, ce qui pourrait être préjudiciable au fonctionnement de l'ignitron 3, par suite de la possibilité d'un arc en retour.
Cette tension négative à front raide apparait aux bornes de l'enroulement 62, lorsque l'anode d'entretien 11 cesse de conduire du courant et,Provoque donc l'arrêt du courant circulant dans l'enroulement 61.
Une capacité 65 est connectée entre la grille 8 et la cathode 9, de manière à constituer un chemin de faible impédance vers la cathode pour les tensions transi- toires pouvant apparaitre à la grille, à la suite des effets inductifs ou électro- statiques. Si elles ne sont pas shuntées, ces tensions transitoires peuvent être suffisantes,durant des conditions anormales, pour allumer la grille. Une résistance 67 est reliée en parallèle avec la capacité 65 pour empêcher l'apparition à la grille de tensions excessives dues aux courants élevés circulant lors d'un défaut.
La résistance 67 possède ,de préférence, une caractéristique de tension non liné- aire ; elle est constituée ,par exemple, en la substance résistante appelée "Thy- rite", qui ne produit qu'un léger accroissement de la chute de tension ,
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lorsque le courant est augmenté plusieurs fois.
Si le type de tube utilisé possède une grille supplémentaire 68 divisant la tension anode-cathode dans l'espace entre l'anode et la cathode, cette grille peut être alimentée par une résistance de fractionnement de la tension comprenant les éléments résistants 69 & 70 reliés en série avec l'anode 6 et la cathode 9 et possédant une borne 71 reliée à la grille 68.
Ces résistances peuver+ être choisies pour appliquer à la grille 68 une tension égale à la moitié de la tension anodique,
Les caractéristiques de blocage des circuits de la grille et de l'a- node d'entretien décrits plus haut, empêchent les signaux d'allumage d'atteindre la grille 8 dans le cas où ltignitor 10 n'a pas établit normalement une tache cathodique sur le bassin de mercure 9, ou bien lorsqutil est désirable de bloquer le circuit d'allumage des ignitors 10. Ces derniers doivent être bloqués dans le cas d'un retour d'arc ou pour d'autres raisons de contrôle.
Un transformateur 72 de courant est relié en série avec le circuit d'alimentation du transformateur 5 de redressement et est connecté à un petit transformateur 73 pour obtenir, après le redresseur 74, un signal de tension redressée aux bornes d'une résistance 75 de polarisation positive. Une résistance-76 de polarisation négative fixe est alimentée, à partir des bannes 12, à travers un transformateur 77 et un redres- seur 78. Leshcomposantes de tension aux bornes de ces deux résistances 75 & 76 sont en opposition et la tension résultante est utilisée pour faire fonctionner l'équipement de protection, lequel, comme représenté, comprend un relais 80 muni d'un enroulement 81 de fonctionnement et deux jeux de contacts 82 & 83. Les contacts 82 sont normalement fermés et les contacts 83 sont normalement ouverts.
Les contacts 83 sont disposés pour court-circuiter ,lorsqu'ils sont fermés, le circuit 84 connecté aux bornes de l'enroulement primaire 16 du transformateur 15 des ignitors, et les contacts 82 sont normalement fermés pour compléter un cir- cuit de contrôle, lequel, alimenté à partir des barres 85, contient un thyratron 86 et une bobine 87 de déclenchement. Cette bobine est disposée de manière à coopérer avec le cliquet 83 pour libérer ce dernier lorsque la bobine 87 est alimentée et ainsi effectuer l'ouverture des contacts 82 et la fermeture des contacts 83 pour court-circuiter le transformateur 15. La bobine 81 de l'inter- rupteur 80 est connecté en série avec un interrupteur manuel 89 de réenclenche- ment, entre les barres 85.
Le thyratron 86 est réenclenché par l'ouvertu-
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-re des contacts 82.
Le fonctionnement des circuits d'allumage et d'excitation du système à valves électriques ,représenté à la fig.2, est sensiblement le suivant : Le cir- cuit 13 de l'ignitor, tel que représenté, fournit, lorsqu'il est alimenté, une pointe positive de courant à chaque demi-période de la tension appliquée lors de la décharge de la capacité à travers la réactance 19 d'allumage et le trans formateur 15. Lors de l'établissement de la tache cathodique sur le bassin de mercure 9, du courant commence à circuler dans le circuit de l'anode 11 d'entreti- et une chute de tension apparait brusquement aux bornes de la résistance 52.
Cette tension est appliquée à l'enroulement primaire du transformateur 60. ]La tension apparaissant aux bornes de l'enroulement secondaire de ce transformateur, croit rapidement de zéro à une valeur positive suffisante pour surpasser la tension de polarisation négative existant aux bornes de la résistance 57 et, par conséquent, alimenter la grille de contrôle en tension positive et rendre conductrice la val- ve 3. Le rapport du transformateur 60 est choisi de telle manière qu'une tension suffisante est disponible pour maintenir la conduction de la grille durant la période de conduction de l'anode 11 d'entretien.
Lorsque l'anode d'entretien 11 cesse de conduire, la tension aux bornes de la résistance 52,et donc aux bornes de l'enroulement 62,est réduite à zéro et la tension négative de polarisation existant aux bornes de la résistance 57, est appliquée à la grille 8, ce qui me pêche la conduction de la valve jusqutà apparition de l'impulsion suivante à l'ignitor 10.
Dans là cas d'une surintensité dans l'enroulement primaire ou secondaire du transformateur 5, une tension apparait aux bornes du transformateur 73 et, par conséquent, aux bornes de la résistance 75; la tension apparaissant aux bornes de cette résistance 75 surpasse la tension négative de polarisation existant aux bor- nes de la résistance 76 et rend ainsi conducteur le thyratron 86. Lorsque ce der- nier conduit, la bobine 87 de déclenchement est alimentée pour libérer le cliquet 88 et, donc, fermer les contacts $3 court-circuitant ainsi le transformateur dtignitor et bloquant le signal d'excitation fourni aux ignitrons. Les caracté- ristiques de blocage des circuits de grille et d'anode d'entretien empêchent tout signal d'allumage d'atteindre ces électrodes.
D'après la description qui précède, il apparait que le circuit de l'anode d'entretien 11 remplit les quatre fonctions suivantes : (1) il maintient la
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tache cathodique, (2) il commande le circuit de grille; (3) il établit une ten- sion d'allumage à front raide, et (4) il élimine les moyens spéciaux d'anti- saturation à courant continu, comme exposé plus en détails pour la disposition de l'invention représentée à la Fig.l.
Bien que l'on ait décrit et représenté des formes particulières de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à celles-ci, données à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que, par conséquent, toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'in- vention.
-RESUME-
Perfectionnements au système de contrôle et d'excitation des valves électriques du type ignitron, pourvues d'une anode d'entretien et de grilles de contrôle, dans lequel le circuit de couplage entre le circuit de l'anode d'entre- tien et le circuit de la grille de contrôle utilise un simple transformateur dont le nombre de tours est convenablement choisi, donnant naissance dans le circuit de grille, seulement lors du passage de courant dans le circuit de l'anode d'entretien, à une tension de polarisation positive à front raide, surpassant la tension de polarisation négative appliquée en permanence. Cette tension de pola- risation positive peut être prise soit aux bornes d'une résistance introduite en série avec l'enroulement correspondant du transformateur, soit directement aux bornes de cet enroulement.
Un dispositif de contrôle supplémentaire est introduit dans le circuit de commande de l'ignitor pour éviter l'application d'une tension d'allumage à ces dernières, lors d'une surintensité.