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PERFECTIONNEMENTS AUX CIRCUITS DEPHASEURS.
La présente invention concerne des circuits permettant d'extraire d'une tension d'entrée alternative, qui peut être. mais non nécessairement. de phase fixe, une tension alternative de sortie de même fréquence que celle de la tension d'entrée, mais qui est susceptible de présenter, vis-à-vis d'elle, des variations de phaseo
De tels circuits déphaseurs sont fréquemment utilisés dans des appareils employant des valves de commande à gaz, ou à commande discontinue, appelées couramment "thyratrons"; le courant moyen traversant les valves est modifié par l'application de potentiels alternatifs dans leurs circuits de grille et d'anode, et en faisant varier la phase relative de ces poten- tiels, de manière à faire varier le moment, dans chaque alternance du potentiel de 19anode, où la valve devient conductrice.
Dans cet ordre d'idées, on cherche quelquefois à commander ce dé- phasage au moyen d'un courant ou d'une tension continues et à limiter le déphasage maximum à un angle inférieur à 1800 . On peut obtenir ce dernierrésultatau moyen d'un circuit alternatif en pont, ayant des branches réactive et non réactive, par les variations relatives desquelles le déphasage est obtenu. la variation étant réalisée sur la branche non réactive.
La présente invention a donc pour objet un circuit déphaseur per- fectionné, à déphasage maximum de 180 et susceptible de répondre rapidement à une variation de courant ou de tension de commande continue.
Dans un circuit déphaseur en pont, comprenant des branches ré- active et non réactive dont les variations relatives permettent d'obtenir le déphasage, la branche réactive comporte, conformément à l'invention, un condensateur en série, et la branche non réactive comporte des circuits unidirectionnels en parallèle inversé, l'un de ces circuits au moins étant contrôlé en fonction d'une tension continue, afin de faire varier la valeur
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de la branche non réactive et à produire ainsi le déphasage désiré.
Pour réaliser l'invention, la tension alternative d'arrivée est appliquée, à la manière habituelle, à deux branches adjacentes d'un cir- cuit en pont, au moyen d'un transformateur dont l'enroulement ou les enrou- lements secondaires forment les branches adjacentes, leur point commun for- mant un point de la diagonale sur laquelle apparait la tension alternative de sortie.
Les deux autres branches du pont sont constituées par les bran- ches réactive et non réactive dont le point commun est l'autre point de la diagonale où apparait la tension de sortie. La branche réactive est cons- tituée par un simple condensateur, mais un condensateur soit au moins être en série dans ladite branche.
Les circuits unidirectionnels, en parallèle inversé, formant la branche non réactive, sont constitués par une diode et une triode thermieni- ques, la triode constituant le circuit contrôlable et ayant sa grille sou- mise à un potentiel continu de contrôle, grâce auqùel on peut faire varier le déphasage produit par le pont. La diode permet la décharge partielle de la charge acquise par le condensateur de la branche réactive pendant les alternances de la tension alternative d'entrée pendant lesquelles la trio- de laisse passer le courant; le condensateur est porté à une tension con- tinue moyenne telle que le courant moyen dans la diode est égal au courant moyen dans la triode.
Une variation du potentiel de la grille de la triode fait ainsi varier la charge moyenne du condensateur et provoque le degré voulu de déphasage.
La triode n'est indiquée que comme un exemple non limitatif de dispositif conducteur unidirectionnel contrôlable; elle pourrait être rem- placée par une tétrode ou une pentode. La diode pourrait être remplacée par une valve à cristal, si le rapport de sa résistance est suffisamment élevé.
L'invention sera d'ailleurs bien comprise en se référant à la description qui suit et au dessin qui l'accompagne, à titre d'exemple non limitatif, et dont la figure unique est un schéma de circuit déphaseur conforme à l'invention.
On voit que le circuit déphaseur en pont possède deux branches ad- jacentes S1 - S2, constituées par le secondaire à prise centrale X d'un transformateur T, au primaire P duquel est appliquée la tension alternati- ve d'entrée. Les deux autres branches du pont, par le réglage relatif des- quelles le déphasage est affectué, sont constituées par la branche réac- tive comportant un condensateur C1, et par la branche non réactive compor- tant les circuits conducteurs unidirectionnels de la triode V et de la dio- de D connectées en parallèle inversé.
La sortie déphasée du pont est prise entre la prise centrale X des enroulements S1 & S2 et le point commun aux branches réactive et non réactive, représenté par la ligne L, de préférence mise à la terre. La tension continue de contrôle TC du déphasage est appliquée à la grille de la triode V.
Les caractéristiques essentielles de ce circuit résident dans ce que: -A)- prises individuellement, la diode D et la triode V sont des éléments non réactifs, et ne laissent passer que des courants unidi- rectionnels.
-b) - toute variation de la tension continue sur le condensa- teur C1 affecte en sens inverse les courants continus de la diode et de la triode.
-c) - le condensateur C1 étant incapable de laisser passer une
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composante de courant continu, acquiert un potentiel continu annulant exac- tement toute composante de la tension appliquée, qui'tendrait à faire pas- ser un tel courant. Ainsi, en état d'équilibre, les courants moyens dans la diode D et la triode V sont égaux et de sens opposés.
En supposant le cas limite d'une tension négative appliquée à la grille de la triode V, qui annulerait le courant dans cette triode, le condensateur Cl se charge à travers la diode D, jusqu'à la valeur maximum de la tension alternative appliquée, et ensuite ne laisse pas passer de courant; en effet, il est en série avec une résistance infinie aux bornes de l'alimentaion alternative.,
Dans l'autre cas limite;) où la tension de contrôle de la grille de la triode V est nulle, de sorte que cette triode fonctionne comme une simple diode, le condensateur décharge sa composante continue à travers la triode et, ensuite, laisse passer un courant alternatif, avec des alter- nances passant de manière alternée dans la diode et dans la triode;
en ef- fet, le condensateur est maintenant en série avec une faible résistance, aux bornes de l'alimentation alternative.
Dans le cas extrême où la triode V est pleinement conductrice, la tension de sortie du pont, entre le point central X des enroulements S1 & S2 et la ligne L, est effectivement celle de l'enroulement S1 tout seul.
Lorsque la triode V devient progressivement moins conductrice, en raison d'une tension négative croissante appliquée à sa grille, la ten- sion positive moyenne aux bornes de C1 augmente et, dans le cas extrême où V n'est plus conductrice, la tension entre X & L est celle de l'enroule- ment S2 tout seul, (en retard de 180 sur celle de SI). soumis à la tension positive à laquelle C1 est chargé.
La tension alternative de sortie varie donc dans une gamme de phases allant de celle de l'enroulement S1, dans la condition pleinement conductrice de V, jusqu'à la phase de 180 en retard sur celle de S1, quand V est non conductrice.
Comme le courant anodique de la triode dépend de la polarisa- tion de sa grille et que la condition d'équilibre est toujours celle de courants moyens égaux et opposés dans la diode et la triode.la gamme de déphasageen- tre ces limites peut être couverte de manière continue, par suite du ré- glage de la tension de contrôle appliquée à la grille de la triode V.
Dans l'exemple de réalisation du pont déphaseur représenté au dessin, on a prévu un circuit C2 - R1 de blocage du courant continu, qui ne laisse passer que la tension alternative déphasée de sortie, et un fil- tre R2 - C3, qui remplit la double fonction de compenser le déphasage en avant introduit par le circuit C2 - R1. et d'améliorer la forme de l'onde de tension. Cette forme d'onde peut, en outre, être améliorée, si néces- saire, en mettant en série avec la diode D une résistance fixe R3, sensi- blement égale à la résistance correspondant à une polarisation nulle de la grille de la triode. La diode, toute seule, n'a qu'une résistance effecti- ve de quelques centaines d'oms, tandis que celle de la triode ne peut pas descendre en-dessous de plusieurs milliers d'ohms.
Le pont déphaseur décrit ci-dessus ne permet donc pas un dépha- sage supérieur à 1800 et, pour cette raison, il peut être appliqué à des systèmes de contrôle électronique, par exemple aux circuits de contrôle des moteurs par thyratrons. En outre, le circuit possède l'avantage (pour certaines applications) d9avoir une ligne commune L, qui peut être mise à la terre, à la fois pour la tension continue de contrôle et la tension al-
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ternative de sortie.
Si l'on désire réduire la gamme de déphasage à une valeur beau.-' coup inférieure à 180 , on peut une résistance de faible valeur, en série avec les dispositifs conducteurs unidirectionnels, en parallèle inversé, de manié= re à limiter l'avance maximum, et/ou une résistance élevée, connectée en shunt, aux bornes de ces dispositifs, pour limiter le retard maximum.
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IMPROVEMENTS TO PHASING CIRCUITS.
The present invention relates to circuits for extracting an AC input voltage, which may be. but not necessarily. fixed phase, an alternating output voltage of the same frequency as that of the input voltage, but which is liable to exhibit phase variations vis-à-vis it
Such phase shift circuits are frequently used in apparatus employing gas control valves, or discontinuously controlled, commonly called "thyratrons"; the average current flowing through the valves is modified by the application of alternating potentials in their gate and anode circuits, and by varying the relative phase of these potentials, so as to vary the moment, in each alternation of the anode potential, where the valve becomes conductive.
In this vein, it is sometimes sought to control this phase shift by means of a direct current or voltage and to limit the maximum phase shift to an angle less than 1800. The latter result can be obtained by means of an AC bridge circuit, having reactive and non-reactive branches, by the relative variations from which the phase shift is obtained. the variation being carried out on the non-reactive branch.
The subject of the present invention is therefore an improved phase shifter circuit, with a maximum phase shift of 180 and capable of responding rapidly to a variation in current or in continuous control voltage.
In a bridge phase shifter circuit, comprising reactive and non-reactive branches, the relative variations of which make it possible to obtain the phase shift, the reactive branch comprises, according to the invention, a series capacitor, and the non-reactive branch comprises unidirectional circuits in inverted parallel, at least one of these circuits being controlled as a function of a direct voltage, in order to vary the value
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of the non-reactive branch and thus produce the desired phase shift.
To carry out the invention, the incoming alternating voltage is applied, in the usual manner, to two adjacent branches of a bridge circuit, by means of a transformer, the winding or secondary windings of which form the adjacent branches, their common point forming a point on the diagonal on which the alternating output voltage appears.
The other two branches of the bridge are made up of the reactive and non-reactive branches, the common point of which is the other point on the diagonal where the output voltage appears. The reactive branch is formed by a simple capacitor, but a capacitor must at least be in series in said branch.
The unidirectional circuits, in inverted parallel, forming the non-reactive branch, are constituted by a thermal diode and a thermal triode, the triode constituting the controllable circuit and having its gate subjected to a continuous control potential, thanks to which one can vary the phase shift produced by the bridge. The diode allows the partial discharge of the charge acquired by the capacitor of the reactive branch during the alternations of the input alternating voltage during which the triode lets the current pass; the capacitor is brought to an average DC voltage such that the average current in the diode is equal to the average current in the triode.
A variation in the potential of the triode gate thus varies the average charge of the capacitor and causes the desired degree of phase shift.
The triode is only indicated as a non-limiting example of a controllable unidirectional conductor device; it could be replaced by a tetrode or a pentode. The diode could be replaced by a crystal valve, if the ratio of its resistance is high enough.
The invention will moreover be well understood by referring to the description which follows and to the drawing which accompanies it, by way of nonlimiting example, and of which the single figure is a diagram of a phase shifter circuit in accordance with the invention.
It can be seen that the bridge phase shifter circuit has two adjacent branches S1 - S2, formed by the central tap secondary X of a transformer T, to the primary P of which the input alternating voltage is applied. The two other branches of the bridge, by the relative adjustment to which the phase shift is affected, are formed by the reactive branch comprising a capacitor C1, and by the non-reactive branch comprising the unidirectional conductive circuits of the triode V and of the dio- of D connected in inverted parallel.
The phase-shifted output of the bridge is taken between the central tap X of the windings S1 & S2 and the point common to the reactive and non-reactive branches, represented by the line L, preferably earthed. The DC phase shift control voltage is applied to the gate of the V triode.
The essential characteristics of this circuit are that: -A) - taken individually, diode D and triode V are non-reactive elements, and only allow one-way currents to pass.
-b) - any variation of the direct voltage on capacitor C1 affects the direct currents of the diode and the triode in the opposite direction.
-c) - the capacitor C1 being incapable of letting a
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component of direct current, acquires a direct potential canceling exactly any component of the applied voltage, which would tend to make such a current flow. Thus, in a state of equilibrium, the average currents in diode D and triode V are equal and in opposite directions.
Assuming the borderline case of a negative voltage applied to the gate of the triode V, which would cancel the current in this triode, the capacitor Cl is charged through the diode D, up to the maximum value of the applied alternating voltage, and then do not let any current pass; indeed, it is in series with an infinite resistance across the AC power supply.
In the other borderline case;) where the control voltage of the gate of the triode V is zero, so that this triode operates as a simple diode, the capacitor discharges its DC component through the triode and, then, lets through an alternating current, with alternations passing alternately in the diode and in the triode;
in fact, the capacitor is now in series with a low resistance, across the AC power supply.
In the extreme case where the triode V is fully conductive, the output voltage of the bridge, between the central point X of the windings S1 & S2 and the line L, is effectively that of the winding S1 all by itself.
When the triode V becomes progressively less conductive, due to an increasing negative voltage applied to its gate, the average positive voltage across C1 increases and, in the extreme case where V is no longer conductive, the voltage between X & L is that of the S2 winding alone, (180 behind that of SI). subjected to the positive voltage to which C1 is charged.
The output alternating voltage therefore varies in a range of phases going from that of the winding S1, in the fully conductive condition of V, to the phase 180 lagging behind that of S1, when V is non-conductive.
As the anode current of the triode depends on the polarization of its gate and the equilibrium condition is always that of equal and opposite average currents in the diode and the triode, the range of phase shift between these limits can be covered continuously, following the adjustment of the control voltage applied to the gate of the triode V.
In the embodiment of the phase-shifting bridge shown in the drawing, a circuit C2 - R1 for blocking the direct current is provided, which only allows the output phase-shifted alternating voltage to pass, and a filter R2 - C3, which fills the dual function of compensating for the forward phase shift introduced by the C2 - R1 circuit. and improve the shape of the voltage wave. This waveform can, moreover, be improved, if necessary, by placing in series with diode D a fixed resistor R3, substantially equal to the resistance corresponding to zero bias of the gate of the triode. The diode, on its own, only has an effective resistance of a few hundred ohms, while that of the triode cannot drop below several thousand ohms.
The phase shift bridge described above therefore does not allow a phase shift greater than 1800 and, for this reason, it can be applied to electronic control systems, for example to thyratron motor control circuits. In addition, the circuit has the advantage (for some applications) of having a common line L, which can be grounded, for both the control DC voltage and the al- voltage.
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ternative output.
If one wishes to reduce the phase shift range to a much lower value than 180, one can a resistor of low value, in series with the unidirectional conductive devices, in reverse parallel, so as to limit the maximum advance, and / or a high resistance, connected as a shunt, across these devices, to limit the maximum delay.