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CIRCUIT.DE CONVERSION
La présente invention se rapporte aux circuits pour convertir une tension alternative en une tension unidirectionnelle,et plus'
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pmticul.rement9, un circuit perfectionné pour produire une tension unidirectionnelle à partir d'une tension alternative discontinuât la présente invention présente un circuit de conversion perfec -
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ti.('IÜ1' d'une tension alternative discontinueparticulierement pour les circuits de limitation de courant ayant des périodes assez grande:. de tension nulle entre chaque demi-cycle, dans lesquels
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les périodes de tension nulle sont réduites, prorJl1is:,.nt ainsi une ten'3ion do sortie unidirectionnelle qui pe".1t Lrû rac 13 'i1 s pour predu:1l"e un,? t,;
!1slon uniürPci.0i7I2é1 le cc.1 a: j vex,rt uni-foe.
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-en un laps de temps exrmement court.
L'invention est particulièrement utile dans les systèmes de contrôle comprenant des.tubes redresseurs à décharge, contrôlés, tels que ceux disposés pour constituer un redresseur de l'onde entière, pour fournir une;charge à courant continu à partir d'une source monophasée de courant alternatif,avec une tension de contrôle appliquée sur la grille de chaque tube pour déterminer l'instant de la décharge dans chaque demi-cycle positif de la tension anodique.
Pour limier le courant dans chaque tube redresseur à une valeur maximum prédéterminée, évitant ainsi des détériorations au tube ou sa destruction, un circuit de limitation de courant est utilisé habituellement pour fournir une tension de limitation qui agit de manière à limiter la période de décharge dans chaque tube # Le circuit de limitation du courant produit une tension déterminée en comparant un tension de référence connue avec une tension de signal unidirec - tionnelle proportionnelle à la .valeur d'une tension alternative discontinue dérivée du courant pulsatoire conduit-par les tubes redresseurs.
Pour un fonctionnement sûr et rapide du circuit de limitation du courant, la tension de limitation doit être une tension unidirectionnelle uniforme.ne présentant aucune irrégularité sensible, qui répond aux variations du courant du redresseur en un laps de temps extrêmement court.
L'invention peut être incorporée dans un circuit de limitation du courant pour un système de contrôle d'un redresseur de puissance, dans lequel un moteur à courant continu est alimenté par une source monophasée à courant alternatif,le redresseurcomprenant plusieurs ' valves du type à décharge dans un milieu gazeux,comprenant une paire de thyratrons, connectés pour former un redresseur à pont de l'onde entière. Une tension de.contrôle est appliquée à la grille de chaque thyratron pour contrôler le moment ou ce dernier devient conducteur dans chaque demi-cycle positif de la tension anodique.
Pour limiter le courant du redresseur à une @ le sécurité prédéterminée ,
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un circuit est prévu pour fournir une composante de la tension de contrôle pour retarder l'instant dela décharge dans chaque thyratron lors d'un courant excessif du redressuer. Cette composante de limitation du courant de la tension de contrôle est dérivée en comparant une tension de référence connue avec une tension de signal unidirectionnelle qui est une mesure exacte du courant du redresseur,
La tension de signal unidirectionnelle est employée en combinaison avec un transformateur de courant ayant un enroulement primaire connecté dans le circuit anodique de chaque thyratron et un enroule - ment secondaire commun à embrachement central.
Pour éviter les conditions indésirables de saturation du noyau du transformateur de courant, les enroulements primaires sont.connectés suivant une polarité telle que les impulsions de courant unidirectionnel des thyratrons produisent des flux ayant des directions opposées, une tension alternative discontinue étant induite dans l'enroulement secondaire du transformateur de courant. Un circuit emmagasinant l'énergie est connecté aux bornes de chaque portion de l'enroulement secondaire, chaque circuit alimentant l'une des valves redresseuses de la paire de valves disposées pour former un redresseur de l'onde entière,pour emmagasiner l'énergie durant les demi-cycles positifs et négatifs de la tension alternative discontinue et pour délivrer l'énergie emmagasinée durant les intervalles entre les demi-cycles..
Cette action augmente l'uniformité de la tension alternative avant le redressement sans ajouter de retard, pour produire une tension de signal unidirectionnelle partiellement filtrée, unetension de limitation du courant étant obtenue qui est une mesure précise du courant redressé et qui répond extrêmement rapidement à toute variation du courant du redresseur. ,
La Fig. 1 est-un diagramme schématique illustrant l'application de l'invention à un système de contrôle dans lequel un moteur à courant continu est alimenté par un redresseur de puissance du type pont, rdessant l'onde entière,monophasé)
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Les Fig.
2A et 2 B représentent des courbes caractéristiques qui facilitent la-,compréhension du fonctionnement du circuit de conversion ;
La Fig. 2 A illustre une condition du courant pulsatoire du redresseur ;
La Fig. 2B illustre une condition du courant continu du redresser
A la Fig.
1, l'armature d'un moteur 11 à courant continu est alimenté à partir d'un redresseur monophasé de l'onde entière, du type à pont représenté comme comprenant plusieurs valves redresseuses du type à décharge dans un milieu gazeux comprenant deux valves 12 et 13 contrôlées par la grille, de préférence des thyratrons, et deux valves 14 et 15 à deux éléments, de préférenne des phanotrons, alimen - tées par une source monophasée convenablede tension alternative, représentée en 16 et 17, chaque conducteur étant connecté à l'anode' d'un thyratron et à la cathode d'un phanotron.
Les cathodes des deux thyratrons. 12 et 13 sont connectées à la borne .positive de l'armature.du moteur tandis que les anodes des deux phanotrons Il+ et 15 sont connectées à la borne négative de l'atmature du moteur.
Le courant d'armature du moteur est contrôlé en fournissant à la grille de chacun des thyratrons une tension ayant une composante alternative et une composante continue variable. Cette dernière contrôle l'instant auquel se produit la décharge dans chaque thyratron, au cours de chaque demi-cycle positif 'de'sa tension anodique, et contrôle .ainsi l'amplitude moyenne du courant conduit par chaque thyratrons La composantealternative est fournie par le transformateur 18 comnrenant un enroulement primaire 18a connecta aux conducteurs d'alimentation 16 et 17, et un enroulement secondaire 18b à embranche- ment central* Un circuit déphaseur à pont, comprenant une résistance 19 connectée en série avec un condensateur 20,
est connecté aux bornes de l'enroulenent secondaire 18 Bd La tension entre l'embrachement
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central 18C de l'enroulement secondaire 18B et la borne commune 21 entre la résistance 19 et le condensateur 20 est déphasée d'environ
90 degrés électriques par rapport à la tension d'alimentation,et par conséquent,
la tension alternative entre les points 18C et 21 va être en retard par rapport à la tension anodique de chaque thyratron de 90 degrés électriques environo Une paite de résistances 22 et 23 diviseurs de tension sont connectées entre les points 18C et 21 pour diviser la tension en deux parties sensiblement égales''. Une connexion est réalisée entre le point 18C et la grille du thyratron 12 et entre le noint 21 et la grille du thyratron 13, et la moitié environ de la tension déphasée ,en arrière est fournie à la grille de chaque thyra - tron.
La composante continue variable de la tension de grille des thyratrons est produite par un circuit de contrôle comprenant un potentiomètre 24 en circuit avec une résistance 25, et un second potentiomètre 26 en circuit avec une autre résistance 27.Un curseur 24 A du potentiomètre 24 est connecté à la borne négative de 3.'armature 11 du muteur. La résistance 27 et la borne positive de l'armature du moteur sont connectées aux bornes opposées du condensateur 28 et la somme de la teniion du moteur et des différentes tensions dans le circuit de contrôle va apparaître aux bornes de ce condensateur.
Le condensateur 28 est connecté dans le circuit cathode-grille des thyratrons et, par conséquent, la tension nette du circuit de contrôle détermine la composante de la tension continue qui est ajoutée à la composante de la tension alternative dans le circuit de grille,
Le potentiomètre 24 et la résistance 25 sont alimentés par une source convenable le tension continue-constante.
Cette source est représentée comme comprenant un transformateur 29 de tension de contrôle ayant un enroulement primaire ponophasé 29a connecté aux conducteurs 16 et 17 d'alimentation et un enroulèrent secondaire 29b
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¯Un condensateur 30 est connecté par l'intermédiaire d'un redresseur 31 aux bornes de l'enroulement secondaire 29b pour constituer une source de tension continue sensiblement constante, le potentiomètre 24 tant connecté aux bornes du condensateur 30. ta chute de tension aux bornes du potentiomètre 24 et de la résistance 25 est opposée à la tension du moteur et sert de tension de contrôle dans le circuit de contrôle.
La vitesse' du .moteur 11 est contrôlée nar l'amplitude de la tension de contrôle fournie. En supposant que le second potentiomètre
26 et la résistance 27 soient inactifs la tension apparaissant aux bornes du condensateur 28 est déterminée par la différence entre les tensions opposées' de contrôle et du moteur. Si l'on désire augmenter la vitesse du moteur 11 le curseur 24a est déplacé dans le sens des aiguilles d'une montre comme représenté à.la Fig.l, pour augmenter la valeur de la tension de contrôle dans le circuit de contrôle . Il en résulte un certain déséquilibre et la composante continue de la tension de grille du thyratron augmente, de telle sorte que la tension de grille devient plus positive par rappor.t à la tension cathodique .
L'instant où la déchargedans chaque demi-cycle positif de leurs tensi.ons anodiques, se produit dans les thyratrons, est avancé, augmentant a4nsi la valeur moyenne du courant d'armature du moteur 11.
Lorsque la vitesse du moteur augmente, sa force contre-électromotrice qui est opposée à la tension de contrôle, augmente proportionnellement pour réduire la composante continue de la tension de grille. Ceci retarde le moment où la décharge se produit dans les thyratrons jusqu'à ce qu'une nouvelle condition d'équilibre s'établi'se dans laquelle la vitesse du moteur 11 correspond au réglage de la tension de contrôle.
Pour limiter à une valeur de sécurité prédéterminée le courant dans le circuit anode-cathode de chacun des thyratronsnn circuit de linitation de courant est prévu pour produire une tension de signal unidirectionnelle proportionnelle au courant dans le ci-cuit anode- cathode de chacun des thyratrons, pour la comparer avec une tension
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--de référence, et dériver une tension de limitation du courant qui est introduite dans le circuit de contrôle de manière à diminuer la composante continue de la tension de grille du thyratron. La tension de limitation du courant apparait aux bornes d'une partie du poten - tiomètre 26 et de laiésistance 27.
Par conséquent contrairement, à l'hypothèse faite plus haut, ces éléments affectent la tension nette dans le circuit de contrôle.
La tension de référence de limitation du courant est produite par un potentiomètre 39 qui est connecté en série avec la résistance 25 aux bornes du condensateur 30 et qui est muni d'un curseur 39ao Pour produire la tension de signal unidirectionnelle proportionnelle au courant dans les circuits anode-cathode des thyratrons, un transfor- mateur de courant 32 est utilisé en combinaison avec un circuit de conversion comprenant une paire de circuits emmagasinant l'énergie et des moyens redresseurs convenables.
Le transformateur de courant 32 comprend deux enroulements primaires 32a et 32b, chacun de ces enroulements étant connecté à l'un des conducteurs d'alimentation 16 et 17, et un enroulement secondaire unique 32c ayant un embranchement central 32d et des bornes extérieures 32e et 32f. Les courants dans les enroulements primaires 32a et 32b lorsque les thyratrons respectifs 12 et 13 sont conducteurs, produi - sent dans le transformateur 32 des flux ayant des directions opposées.
Un circuit emmagasinant l'énergie est connecté aux bornes de chaque moitié de l'enroulement secondaire 32c .
Chaque circuit emmagasinant l'énergie comprend une résistance 33 et un condensateur 34 connectés en série. La résistance 33 est reliée à une borne terminale de l'enroulement secondaire 32c , et le condensa- teur 34 est relié à l'embranchement central 32d. Les connexions communes entre chaque résistance et chaque capacité sont identifiées par les numéros 35 et 36 de référence . JLes mcyens redresseurs préférée représenté à la Fig.l ( l'intention .n'est pas limitée à l'emploi de
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ces moyens qui peuvent être différents) comprennent une valve électrique duplex 37 du type double diode comprenant une raire d'anodes séparées et une paire de cathodes interconnectées comprises dans une enveloppe- commune.
Une connexion est réalisée entre le point commun 35 et 36 de chaque circuit emmagasinant l'énergie, et une anode différente. Les cathodes sont connectées à une borne 38.
Le potentiomètre 26 est connecté entre la borne 38 et l'embranchement central 32d.
On comprendra facilement le fonctionnement du circuit en se référant aux courbes caractéristiques des figures 2A et 2B. La courbe 42 représente la tension d'alimentation en 16-17 ; la courbe 43 représente le courant anode-cathode conduit par le thyratron 12, qui est aussi le courant dans l'enroulement primaire 32a du transfor- mateur de courant; la courbe 44 représente la tension induite
32e et 32f apparaissant aux bornes/de l'enroulement secondaire 32c du transfor - mateur de courant ; la courbe 45 représente la tension aux bornes de la partie de l'enroulement secondaire 32c entre la borne 32e et l'embranchement central 32d ';la courbe 46 représente la tension aux bornes du condensateur 34 de l'un des circuits emmagasinant l'énergie entre les points 35 et 32d ;
la courbe 47 représente la tension de signal redressée entre la borne cathodique 38 de la valve électrique 37 et l'embranchement central 32d. La Fig.2A représente les courbes caractéristiques pour un courant pulsatoire ' dans le redresseur principal qui donne un retard de l'instant de décharge dans le thyratron, au cours de chaque demi-cycle positif de la tension anodique, et le suffixe " a " est ajouté à tous les numéros de référence a:-tribués à ces courbes, pour indiquer cette condition.
La Fig. 2B représente les courbes caractéristiques pour un ccurant continu dans le redresseur principal donnant une avance de l'instant de décharge dans les thyratrons, et le suffixe Il b " est ajouté à tous les numéros de référence attribués à ces ccurbes, pour distinguer cette condition de celle de la Fig. 2A. L'abstisse de ces courbes représente le temps et dans un but de simplification
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une période de.temps est représentée, qui correspond à une condition d'état stable. -- .
Durant la période pendant laquelle le thyratron 12 est conduc - teur, comme représenté par la courbe'43, le courant dans l'enroulement
32a primaire du transformateur de courant idduit une tension dans l'enroulement secondaire 32c qui est positive par rapport à la borne
32e. Durant la période pendant laquelle le thyratron 13 est conducteur qui peut être représenté par une courbe identique à la courbe 43, mais déphasée de 180 degrés électriques, le courant dans l'enroulement primaire 32b induit une tension dans l'enroulement secondaire 32c qui estpositive par rapport à la borne 32f. Par conséquent, la tension apparaissant aux bornes de l'enroulement 32c,entre les points 32e et
32f est une tension alternative représentée par la courbe 44.
Dans Je cas d'un courant pulsatoire du redresseur, cette tension est discon - tinue, comme représenté par la courbe 44a. La tension entre la borne 32e et l'embranchement central 32b de l'enroulement secondaire 32c, comme représenté par la courbe 45',possède une amplitude approximativement égale à la moitié de celle de la courbe 44 avec laquelle elle est en phase, tandiq que la tension entre la borne 32f et l'embranchement central 32d, non représentée aura une amplitude approximativement égale à la moitié de celle de la courbe 44 mais elle sera diphasée de cette dernière de 180 degrés électriques. La valeur moyenne de la tension secondaire du transformateur de courant est directement propo - tionnelle à la valeur moyenne du courant du redresseur principal.
Le circuit de conversion agit sur la tension de l'enroulement secondaire 32c du transformateur de courant pour convertir cette tension alternative en une tension de signal unidirectionnelle directe - ment proportionnelle a la valeur moyenne de la tension alternative.
Un circuit emmagasinant l'énergie comprenant la résistance 33 et le condensateur 34, est connecté aux bornes de chaque partie de l'enrou - lament secondaire 32c. Durant chaque cycle de la tension alternative, le condensateur 34 se charge et se décharge alternativement avec une
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¯polarité alternantee La pointe de chaque impulsion de tension est aplanie car le condensateur emmagasine de l'énergie, tandiq qu'une tension est continuellement fournie et l'énergie emmagasinée dans le condensateur délivrée à la valve redresseuse durant l'intervalle entre les pointes. La-tension résultante aux bornes du condensateur
34 entre le point 35 et 1''embranchement central 32d est représentée par la courbe 46.
De même, la tension entre la connexion 36 et l'embranchement central 32d peut être représentée par une courbe identique à la courbe 46, mais déphasée de 180 degrés électriques-*
Puisque la valve 37 devient conductrice chaque fois qu'une tension positive est appliquée à une anode. un.courant anode-cathode va circuler durant chaque cemi-cycle positif de la tension entre la connexion 35 et l'embranchement 32d et durant chaque demi-cycle positif de la tension entre la connexion 36 et l'embranchement 32d. Par conséquent, la tension de signal unidirectionnelle apparaissant aux'bornes du potentiomètre 26 connecté entre la borne cathodique 38 de la valve 37 et l'embranchement central 32d, aura une caractéristique ,:partiellement filtrée représentée par la courbe 47.
Pour comparer la tension de signal unidirectionnelle avec la tension de référence de limitation du courant, un circuit diviseur de tension comprenant les résistances 40 et 40a est prévu, et une tension de limitation du courant est dérivée par l'intermédiaire d'une valve électrique 49. Comme représenté à la Fig.1, la'valve 49 est un tube triode convenable ayant une anode 49a, une cathode 49b et une grille de contrôle 49c. La tension anodiquè de la valve 49 est fournie par une source de tension constante qui est représentée à la Fig.l comme comprenant un transformateur monophasé 50 ayant-un enroulement primaire
50a connecté aux conducteurs d'alimentation 16 et 17 et un enroulement secondaire 50b.
Un condensateur 51 est connecté par l'intermédiaire d'un redresseur 52 aux bornes de l'enroulement secondaire 50b pour constituer une source de tension continue constanteo L'anode 49a de la valve 49 est connectée à une borne du condensateur 51. La combinaison
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¯de la résistance 27 et d'une partie du potentiomètre 26 est connectée entre la cathode 49b et l'autre borne du condensateur 51, et. la chute de tension aux bornes de cette combinaison sera déterminée par la valeur du courant anode-cathode conduit par la valve 49.
Cette chute de tension, qui- est la tension de limitation du courant, va tendre à s'opposer à la 'tension nette dans le circuit de contrôle et, par conséquent, diminuer la comnosante continue de la tension de grille du thyratron pour limiter la période de décharge dans chaque thyratron
La valeur du courant anode-cathode condiit par la valve 49 est contrôlée par la tension sur la grille 49c, et la tension de grille est à son tour déterminée par le circuit diviseur de tension. Les résistances 40 et 40a sont connectées en série entre le curseur 39a du potentiomètre 39 et la borne 38. La connexion commune entre les résistances 40 et 40a est reliée à la grille de contrôle 49c.
Le circuit diviseur de tension compare la tension de signal unidirection- nelle aux bornes du potentiomètre 26, qui varie en fonction directe de la valeur moyenne du courant dans le'redresseur principal, avec la tension de référence de limitation du courant déterminée par la position du curseur 39a, et une tension de contrôle déterminée par la différence entre ces deux tensions est appliquée à la grille 49c.
Un petit condensateur de filtrage 41 est connecté aux bornes du circuit cathode-grille de-la valve 49 pour enlever les irrégularités de la tension, de grille et rendre cette tension suffisamment uniforme pour donner un contrôle précis sur la valveo
Aussi longtemps que le courant conduit par les thyratrons 12 et 13 est inférieur à la valeur de sécurité prdéterminée, la tension de la grille de contrôle 49et déterminée par la comparaison de la tension de signal unidirectionnelle avec une valeur préchoisie d'une tension de référence,aura une valeur négative suffisante pour éviter la conduction ' de la valve 49.
Cependant, si le courant conduit par l'un ou l'autre thyratron excède la valeur prédéterminée, la tension de grille de la valve 49 devient immédiatement suffisamment moins négative nour rendre
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¯conductrice la valve 49. La tension résultante de limitation du courant, aux bornes de la résistance 27 et d'une partie du poten - tiomètre 26, va réduire la composante continue de la tension fournie aux grilles des thyratrons. Linstant où la décharge se produit dans les thyratrons dans chaque demi-cycle positif de leurs tensions anodiques est, par conséquent, retardé, et la période de décharge et donc le courant conduit p r chaque thyratron, est diminuéepropor - tionnellement.
Cette action continue jusqu'à ce que le courant conduit, par chaque thyratron est diminué jusqu'à une valeur qui est égale ou inférieure à la valeur qui est choisie au potentiomètre 39 de limitation du courant.
La tension de contrôle filtrée de la grille 49c est représentée par la courbe 48-aux figures 2A et 2B. Pour des résultats optima de fonctionnement dans le système de contrôle,. cette tension doit reproduire avec précision et extrêmement rapidement toute variation du courant du redresseur principal. Le condensateur de filtrage 41 nécesqaire pour produire une tension de contrôle uniforme introduit un retard indésirable dans la réponse de cette tension à une variation rapide du courant du thyratrono Par conséquent, un condensateur 41 est utilisé ayant la valeur minimum de capacitance qui maintient-les irrégularités maxima permises dans la tension de contrôle.
Le fonction- nement du circuit de conversion pour produire une tension de signal unidirectionnelle partiellement filtrée , permet l'utilisation d'une valeur plus petite de la capacitance que celle qui autrement serait possible et réduit donc à un laps de temps extrêmement court le netard complet du circuit de limitation du courant. Les condensateurs 34 dans les circuits emmagasinant l'énergie du circuit de conversion, n'entraînent aucun retard car ils sont alternativement chargés et déchargés avec une polarité alternante.
La tension de contrôle de la grille 49c est plus uniforme pour le courant pulsatoire du redresseur ( courbe 48a ) que pour le courant continu du redresseur ( courbe 48b ) l'action de filtrage partiel
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du circuit de conversion étant plus effective lorsqu'il est alimenté par une source de tension alternative discontinue ayant des périodes de tension nulle entre chaque demi-cycle positif et négatif. Dans les applications demandant le réglage du courant dans une gamme étendue, lorsque par exemple, le courant de fonctionnement normal du redresseur prin - cipal peut varier d'impulsions peu fréquentes à une valeur continue, les demandes subséquentes d'une tension de contrôle uniforme et d'une vitesse de réponse élevée seront obtenues avec des résultats optima.
La tension de signal unidirectionnelle apparaissant aux bornes du potentiomètre 26 affecte directement la tensio nette du circuit de contrôla. La valeur convenable de cette tension,qui est directement proportionnelle au courant du redresseur principal, est réglée par le curseur 26a et agit sur la composante ..continue de la tension de grilledu thyratron de manière à régler l'instant de décharge dans les thyratrons pour compenser la chute RI dans le moteur 11.