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"Stabilisateur automatique de tension, notamment pour machines à souder,"
L'invention concerne un stabilisateur automatique de tension, notamment pour machines à souder alimentées par une source de tension alternative, caractérisa parce qu'il comporte des moyens susceptibles de produire, à partir de certaines alternances de cette tension alternative, une ondu- lation de tension dont l'amplitude à n'importe quel angle de phase choisi soit proportionnelle au débit d'une alternance particulière de cette tension pour l'angle de phase choisi,
et des moyens supplémentaires réglables susceptibles de produire des pulsations de tension à un certain angle de
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phase pour ces alternances de la tension alternative déter- minée par une valeur réglée préalablement de tension continue dans la gamme de l'ondulation de tension.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, des circuits sont montés en parallèle avec le réseau de déphasage et comprennent plusieurs multivibrateurs mono- niables à retard constant, des plusations de tension étant fournies à ohaoun des multivibrateurs.
Dans les dessins qui représentent un mode de realirrtion de l'invention et dans lesquels des repères sbalogues sont employés pour désigner des pièces analogues : la figure 1 est un diagramme schématique repré- sentant la forme d'une onde synthétisée pour une alternance de tension alternative olassique; - la figure 2 est une vue schématique représentant un circuit capable de produire une forme d'onde synthétisée telle que représentée dans la figure 1; - la figure 3 ont un sohéma de câblage d'un circuit de compensation monophasé comprenant le réseau de déphasage perfectionné de l'invention;
la figure 4 est un schéma de câblage représentant la façon de relier électriquement en une disposition de ircuits en parallèle les multivibrateurs monostables à retard c matant envisagés par l'invention; la figure 5 représente un certain nombre d'ondu- lations de tension telles qu'elles sont produites en diffé- rents endroits dans le circuit de la figure 3; - la figure 6 représente certaines ondulations de tension telles qu'elles sont produites en différents endroits dans le circuit de l'un des multivibrateurs quand une pulsa- tion positive y est appliquée;
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la figure 7 est un diagramme schématique repré- sentant les connexions de circuit des multivibrateurs et qui fonctionnent de façon à fournir les diverses pulsations d'allumage aux valves électriques de déonarge d'une machine à souder triphasée;
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- la figure 8 représente un certain nombre dt0rd, lations de tension telles qu'elles sont produites par les multivibrateurs et qui sont fournies par les connexions de
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sortie respectivement, du circuit représwY dans la tic-,,-ot 7.
L'invention concerne des compensateurs ru.tOU1-l.tii)ue de tension comprenant des circuits de déphasage perfectionnés et se réfère plus particulièrement à un appareil de cetis nature qui compensera automatiquement les variations de tend, on dans le courant alternatif fourni aux machines à souder par exemple pour maintenir le courant de soudure à une valeur constante pour n'importe quel réglage particulier de la chaleur.
Les systèmes de soudure ont été munis de moyens de commande du déphasage dans lesquels une valeur particu- lière du courant de soudure est obtenue en décalant le point
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d'allumage des ignitrono qui, à leur tour, oornandeni, le passage du courant primaire vers le tr<..sforiN.9ur (18 soudure.
Ces réseaux de déphasage exigent généralement #-- 7'6;.;1::,<.'(; manuel bien que certains systèmes de so...re du..:,i:1 le r=.e:é étaient munis de réseaux de déphasage au. c< >de!t le courant de soudure en réglant automatiquement le point d'allu- mage des ignitrons de telle sorte qu'il soit fonction de la tension de la ligne ou du oourant de soudure produit.
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Dans la présente invention, les variationo de la tension du courant d'alimentation sont compensées automati- quement en fournissant une tension ondulée qui est synthétl- # sée par la tension de ce courant d'alimentation de telle
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aorte que son amplitude soit proportionnelle au débit de la machine à souder à tous les angles de phase dans la gamme des angles d'allumage de cette machine. Pour chaque cycle, une pulsation d'allumage est produite au moment où la tension ondu- lée atteint certaine valeur voulue prédéterminée.
Si la valeur . prédéterminée est maintenue constante au moyen d'un tube régu- lateur de tension, une chute de la tension de la ligne fera avancer l'angle d'allumage et inversement une augmentation de la tension de la ligne retardera l'angle d'allumage en mainte- nant ainsi sensiblement constant le courant de soudure secon- daire de la machine.
Un autre objet plus spécifique de l'invention est de fournir un circuit de compensation monophasé qui comprendra un principe de fonctionnement amélioré dans lequel le déphasage se produit automatiquement en relation dans le temps avec la grandeur des variations et proportionnellement à la grandeur de ces variations se produisant dans la tension du courant d'alimentation, de sorte que pour tout réglage particulier, le débit du circuit de compensation soue forme de pulsations de tension sera déphasé automatiquement et de façon continue.
Un autre objet est de fournir un circuit de oompen- sation monophasé de la nature décrite en combinaison avec plusieurs multivibrateurs monootables à retard constant et qui sont déclenchés par les pulsations de sortie du circuit de compensation pour produire les pulsations d'allumage néces- saires pour les valves électriques de décharge d'une maohine à souder triphasée. Les différentes pulsations d'allumage sont ainsi produites à l'angle de phase convenable pour leur phase respective pour n'importe quel réglage particulier du circuit de compensation.
Avec ces objets et divers autres en vue, l'invention peut se composer de certaines nouvelles caractéristiques de
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construction et de fonctionnement comme il va être décrit plus complètement et particulièrement mis en évidence dans la spécification, les dessins et les revendications ci-annexés.
Il faut avant tout synthétiser une ondulation de tension de la tension alternative fournie par les lignes d'alimentation. L'amplitude de cette ondulation sera propor- tionnelle au débit de la machine à souder à tous les angles de phase dans la gamme des angles d'allumage de.la machine.
Une telle ondulation synthétisée est représentée nous forme de diagramme dans la figure 1. Bien qu'il soit difficile de déterminer théoriquement l'ondulation nécessaire pour une machine à souder triphasée à cause des caractéristiques non linéaires du fer dans le transformateur, on peut affirmer que l'objectif principal est de produire un courant moyen constant malgré les variations de tension du courant de la source. Il est donc nécessaire que les angles d'allumage soient tels que la zone en-dessous de la courbe de tension de la source soit constante.
Si la tension de la source est exprimée par :
E = Emax sin wt on peut montrer par des calculs appropriée, en supposant une fréquence constante et une charge constante, que l'ondulation ayant une amplitude proportionnelle au oourant de charge moyen est donnée par l'équation
Klmoy = Emax + Emax Cos wt où K est une constante de proportionnalité. L'ondulation exprimée par l'équation ci-dessus peut être engendrée au moyen du circuit représenté dans la figure 2.
Si Emax sin wt est exprimé sur les bornes d'entrée L1 et L2 ,la tension aux bornes du condensateur C1 sera Emax cos wt, la tension aux bornes de C2 sera Emax et la tension aux bornes du redresseur DR1 sera Exam+Emaxoos w 5, où il faut
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remarquer que le condensateur C1 a une capacité beaucoup plus grande que le condensateur C2. Si la tension d'entrée augmente,
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02 sera chargé à travers DR1 à la nouvelle valeur de Nmax* " Cependant, dans le cas ou la tension d'entrée diminuerait, on comprendra qu'un autre trajet doit être prévu pour déohar..... ger 02 à sa nouvelle faible valeur de Emax.
La décharge de C2 se fait à travers le redresseur DR2. Une pulsation forte- ment négative est fournie par le transformateur TR2 au moment'
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cz 7ma,,. oon W t a sa valeur négative maxima et par conséquent C2 S8 décharge en une très petite fraction de cycle a sa nouvelle faible valeur de Bmax* Cependant, une autre décharge eût empêchée par le redresseur DR qui agit comme court- . circuit pour la pulsation dès que la tension aux bornes de C2 devient égale à la tension aux bornes de Ci. les éléments du circuit de la figure 2 doivent.être choisie de telle aorte que la chute de tension aux bornes des redresseurs DR1 et
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IR2 soit petite et que la résistance de fuite de Cl soit élevée.
La disposition de montage synchrone représentée dans la figure 2 réglera, donc la charge sur le condensateur C2 pour chaque cycle de façon à la conformer aux variations de la
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tension fournie aux bornes d'entrée LI et Lu.
La figure 3 est un schéma de câblage représentant ' ' ' un circuit de compensation monophasé qui réalise d'une façon pratique la disposition de blooage synchrone représentée
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achématiquement dans la figure 2. La tension de la ligne est reçue par le transformateur 10 dont le primaire 11 est relié . directement à une source de tension alternative par les bornes
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il et L2. Les enroulements secondaires 12 et 13 du transfor- mateur 10 sont reliés de façon appropriée par les conducteurs 14 et 15 au potentiomètre 16 ayant le diviseur réglable 17.
Du potentiomètre, la tension alimente un circuit électrique comprenant l'enroulement d'inductance 18, la résistance 20
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et le condensateur 21. Le débit du circuit de résonance est obtenu aux bornes 22 et 23 et oelui-oi sera une onde sinusoï- dale pure exempte de toutes pointes ou régime transitoire.
Cependant, le "Q" du filtre doit être assez faible, pour permettre de transmettre les variations rapides de la tensior de la ligne. La sortie du circuit de résonance est couplée par le condensateur 24 au redresseur 26 qui sert à charger le condensateur 24 de la façon expliquée à propos la figure 2,
Le redresseur 27 est également emploi- en liaison aveo l'enroulement secondaire 28 du transformateur de peinte 30 pour fournir un blocage synchrone pour donner le temps de rétablissement le plus rapide possible au système. L'alimen- tation du transformateur de pointe 30 est 90' en retard par rapport à 1* alimentation du transformateur 10. tire onde sinu- soidale bloquée est appliquée à la grille du tube 31 ayant la plaque 32, la cathode 33 et la grille de commande 34.
La forme de cette onde sinusoïdale est représentée dans la figure 5B dans laquelle on remarquera que celle-ci est une tension puisée continue ayant une ondulation sinusoïdale analogue à colle représentée dans la figure 5a, bien que déphasée sensi- blement de 90 comme résultat de l'action du circuit le réso- nanoe comprenant l'enroulement d'inductance 18 et le oonden sateur 21. Conformément à l'invention, il est done ssible de régler l'importance du déphasage étant donnée l' enrou- lement d'inductance 18 est muni dans ce but d'un noyau de ser réglable. Pour le tube 31, on peut choisir un 12Ax7 puisqu'on veut que le tube ait un très élevé et une caractéristique à out-off net.
Par conséquent, si la grille est suffisamment positive pour provoquer la conduction, on obtient une conduc- tion complète presque immédiatement et quand la tension de la grille descend en-dessous de cette valeur le tube est complè- tement coupé. Pour une représentation graphique de cette action,
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on se réfère à la figure 5D. "'"\'5 le circuit plaque-cathode du tube 31 comprend une alimentation d'énergie et une résistance de charge. Celle-ci est désignée par le repère 36, et est reliée par le conducteur 37 au côté positif de l'alimentation de courant continu, comme
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indiqué clairement par les redresseurs 3a qui sont relies d. :
' façon appropriée aux extrémités respectives de l'enroulement
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secondaire 40 du transformateur de puissance principal 10. ""': J'('( Le côté négatif de l'alimentation d'énergie est complété part4,=, le conducteur 41, celui-ci comprenant la prise réglable 42 et
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qui est relié en 43 à la cathode 33 du tube 31, La oathode de ce tube est mise à un niveau de référence de courant continu . voulu au moyen d'un diviseur de tension qui va être décrit.
L'enroulement 28 du transformateur de pointe 30 est relié par'. le conducteur 45 au côté positif.d'une alimentation à courant continu comprenant le tube régulateur de tension 46. Le conduc-
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teur 45 est relié en 47 au conducteur de plaque 48 qui conati- tue la borne positive de l'alimentation à courant continu, celle-ci comprenant l'enroulement secondaire 50 du transforma*,'
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teur d'énergie principal 10. Les redresseurs 51 sont reliés de façon appropriée aux bornes respectives de l'enroulement ##" secondaire 50 pour redresser le oourant obtenu du transforma- teur d'énergie principal. Le côté négatif de l'alimentation est complété par le conducteur 52 qui comprend la prise réglable 53 et le tube régulateur de tension 46. Oe tube est rempli de gaz et est du type à oathode froide.
En fonctionnement ce tube fournira une tension de sortie fixe quelles que soient les
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variations de tension en ce qui concerne le courant d'alimen- tation et quelles que soient les variations qui peuvent avoir' - lieu dans la charge.
Comme il est clairement évident dans la figure 5B,
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la valeur pré-établie de la tension sur la cathode 33 du il
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tube 31 déterminera l'angle d'allumage pour le circuit de compensation de la tension. Dana cette figure', on remarquera que le niveau de courant continu de référence a été réglé de .. façon à produire des pulsations d'allumage à l'angle de dépha- sage représente. Pour assurer le réglage de cette tension ' cathodique,
l'invention prévoit le diviseur de tension 44 qui est d'un type pour donner une commande par vernier sans inter- ruptions. Les résistances 54 et 55 sont reliées respectivement aux bornes 56 et 57 qui sont disposées en oerole pour le branchement sélectif au moyen de manettes 58 et 59. On remar- quera que les manettes sont reliées ensemble pour tourner simultanément. Les manettes 58 et 59 sont reliées l'une à l'autre par les conducteurs 60 et 61 par l'intermédiaire de la résistance 62. La borne d'extrémité gauche 57 est réunie par le conducteur 63 à la résistance 64 qui a une prise réglable en 65.
Cette prise est réunie au conducteur 66 ayant la résis- tanoe 67 et est reliée en 68 au coté positif de la. source de courant continu. D'une façon à peu près analogue, la borne d'extrémité de droite 56 est réunie par le conducteur 70 à la résistance 71, celle-ci ayant la prise réglable 72 et est reliée par le conducteur 73 au oôté négatif du système repré- senté par le conducteur 15. Le potentiomètre représenté par la résistance 64 et la prise 65 donnera une commande de la limite supérieure en ce qui concerne le régulateur de tension, tandis que la résistance 71 et la prise 72 donneront la commande de la limite inférieure.
La prise réglable 74 ayant un contact aveo la résistance 66, donnera la commande par vernier voulue de la tension continue appliquée à la cathode 33,but pour lequel la prise réglable est reliée à oette oathode par le conducteur 75.
Le tube 31 est couplé par condensateur avec le tube
76, oe couplage comprenant le conducteur 77 avec le oondensa-
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tour 78 interposé, Sn oonaequenoe, le débit du tuba 31 oontpÔJb1. la grille 79 du tube 76, et celui-ci est bloqué au niveau zéro au moyen du redresseur 80. Le tube 76 est, de prête-
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renoe, un thyratron à cathode chaude tel qu'un H)21 ayant;, ''''"±,#% une plaque fil et une grille 79.
Le circuit plaque-cathode ' '# ;v|p du tube comprend l'enroulement primaire 83 du transformateur
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de sortie 84 et au moyen du conducteur 85 le condensateur 86 't est également compris dans ce circuit, puisque le conducteur 85 et aussi le conducteur cathodique 87 sont reliés au côté %,V négatif du système représenté par le conducteur 15. bzz Si le tube 31 cesse d'être conducteur, la tension grille sur le tube 76 devient nulle et ce tube 76 est h n ,' ensuite rendu conducteur. Ceci cet représenté graphiquement figures 5D et 5E, la première représentant des ondulations
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caractéristiques du tube 31 qui ont lieu au point 33 dans le . circuit plaque du tube et la dernière représentant des ondu- latione par rapport au tube 76 qui ont lieu au point 88 dans le circuit plaque de ce tube.
L'allumage du tube 76 décharge
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le condensateur 86 à travers l'enroulement 83 du transforma #'# leur de sortit 84. et par conséquent$ oe transformateur produit une pulsation de tension qui est employée pour entraîner
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trois des cinq multivibrateurs représentés dans la figure les pulsations de tension qui et produisent à 360* ; d'intervalle sont représentée!! graphiquement dans la figure 5?. Le condensateur 86 cet rechargé au moyen du transforma- ; teur de pointe 30 qui comprend l'enroulement secondaire 29 de ce transformateur en combinaison avec le redresseur 89.
Cette, charge du condensateur a lieu pendant chaque cycle quand la grille du tube 76 est négative.
Les pulsations de tension produites par 1* enroule- ment primaire 83 du transformateur 84 sont fournies aux
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multivibrateurs ayant une liaison dans un circuit comme -
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représenté dans la figure 4. Les multivibrateurs ont certaines caractéristiques de retard, de sorte que des pulsations de tension individuelles sont fournies à des instants convenables pour allumer les six ignitrons d'une machine à souder tripha- sée.
Il est possible, au moyen des multivibrateurs, de mainte- nir les pulsations d'allumage en relation convenable aveo leur phase respeotive pour n'importe quel réglage de déphasage particulier du circuit de compensation de la tesion. Le conducteur 90 est relié au côté positif de l' menttion ayant l'enroulement secondaire 50 du transformateur principal 10 et oe oonduoteur est relié à son tour aux circuits plaque des multivibrateurs. D'une façon analogue, le oonduoteur 91 eut relié au cote négatif de l'alimentation et oe conducteur ent à son tour relié respectivement aux cathodes des divers multi- vibrateur))).
Les pulsations de tension de l'enroulement primaire
83 du transformateur 84 sont fournies à l'enroulement sccon- daire 92 de ce transformateur, et ces pulsations passent par l'action du redresseur 93 aux grilles de commande 94,95 et
96 des multivibrateurs 97, 98 et 99 respectivement. Les grilles de commande 100 et 101 des multivibrateurs 102 et 103 reçoivent les pulsations du multivibrateur 99 d'une façon qui va être décrite.
En considérant d'abord le multivibrateur 97, on comprendra que celui-ci se compose essentisliou d'un tube, du type à double triode à cathode chaude tel que 6463, qui est caractérisé par une faible ohute de tension intérieure quand il est oonduoteur. Le tube comprend deux plaques 104 et 105 et deux cathodes 106 et 107 qui sont reliées par une résistance 108 au conducteur 110 relié au conducteur 91.
Le circuit de la plaque 105 comprend l'enroulement primaire Iu d'un transformateur 112 et entre la grille de commande 113
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et sur ce circuit plaque est branché un potentiomètre réglable 114 au moyen duquel il est possible de régler la période de
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retard commandée par ce tube particulier Par le oonduoteur'", 115 les plaques 104 et 105 sont reliées au conducteur 90.
Le multivibrateur 98 est analogue à 97, Cependant pour des buts de différentiation, l'enroulement primaire dans le circuit de la plaque 105 sera identifié par le repère 116
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et le transformateur par le repère 117. Le potentiomètre ont identifié par le repère 118, Les multivibrateurs 99, 102 et .c7*, 103 sont de même analogues et, pour distinguer ces tubes l'un de l'autre, les enroulements primaires sont identifies
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par les repères 120, 121 et 122, pour les transformateurs z 123, 124 et 125 respectivement. Les potentiomètres réglables . sont, identifiés par les repères 126, 127 et 128.
Entre le
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circuit plaque et le circuit cathodique de chacun des mutinez', vibrateurs est branche un condensateur 130 qui fonctionne - . /!#*< comme condensateur de découplage pour les mult,v3,brat*ure t j .y:, de sorte que quand un multivibrateur bascule, le reste n'est affecte en aucune façon.
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On a expliqué antérieurement que la pulsation .* , -r,\. produite par le circuit de compensation de la tension est "' ''39*7 fournie aux tubes 97, 98 et 99. Conformément à l'invention, -If? la pulsation fournie au multivibrateur 90 est employée pour entraîner les deux autres multivibrateurs 102 et 103. Dans
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ce but, le transformateur 123 est muni de l'enroulement *'-.'*''# secondaire 131. Une extrémité de cet enroulement est reliée
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au conducteur 110 qui, à son tour, est réuni aux cathodes des' tubes 99, 102 et 103 et les relie au conducteur 91 constituent la borne négative de la source à courant continu comme décrit.
L'autre borne de l'enroulement 131 est reliée au circuit de ?}, filtrage comprenant les redresseurs 132 et le condensateur
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133 et par les conducteurs 134 et 135 les pulsations positive
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produite par l'enroulement secondaire 131 sont fournies . aux grilles 100 et 101 des tubes 102 et 103.
Pendant les états de fonctionnement normal des multivibrateurs, le cote droit de ohaoun d'eux sera oonduo- teur. Bn d'autres termes pour le tube 97, on oomprendra que la conduction aura normalement lieu entre la plaque 105 et la cathode 107.
La tension cathodique développée aux bornes de la rsistanoe 108 maintiendra le coté gauche de chaque multivibrateur dans un état non conducteur* Quand une pulsa- tion positive sera appliqué* à la grille 94 par exemple du tube 97, elle fera démarrer la oonduotion entre la plaque 104 et la cathode 106, et par conséquent une pulsation négative, est produite sur la grille 113 du côté droit du tube, Oette pulsation négative sur la grille 113 met fin à la oonduotion du côté droit, et celui-ci restera dans un état non oonduc- teur jusqu'à ce que le condensateur 136 soit charge par l'intermédiaire du potentiomètre 114 et de la résistance 137.
Âpre. la charge du condensateur 136 à une valeur prédéter- minée, la grille 113 est de nouveau rendue positive par rapport à sa cathode et par conséquent la oonduotion reprend entre la plaque 105 et la cathode 107. Quand la conduction a lieu de nouveau du côté droit du tube, une pulsation de polarité positive se développe à travers les enroulements 111 du transformateur 112 et cette pulsation est employée comme l'une des pulsations d'allumage pour la machine à souder triphasée. la conduction du oôté droit produit une polari- sation positive sur les cathodes et coupe la oonduotion sur le coté gauche du tube. Aucune autre action ne se produit jusqu'à ce qu'une autre pulsation soit appliquée à la grille 94.
Le retard suivant la fourniture de la pulsationà la grille 94 jusqu'à oe qu'une pulsation de polarité positive soit produite dans les enroulements 111, peut être réglé par
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le potentiomètre puisque le potentiomètre commande la. '' : constante de tempe du circuit de charges 4 ;r ï j,.v ', rt bzz Simultanément à la fourniture d'une pulsion bzz la grille 94. on comprendra que d'une façon analogue ¯ est 5: t..r a.1'*k fourni aux grille* 95 et 96* Le fonctionnement des'tubes 4afr 98 et 99 est analogue à celui de 97 à cette exception prêt rh;t' que les potentiomètre de chacun d'eux ont été réglés poU*1-*/ donner don périodes de retard différente , le tout étant t idoeaeaire pour la phase particulière commandés par le tube 9 pe6<.lf.
Pour le multivibrateurs 97 le potentioaetre 114 :. #et règle pour un retard de 1200, Pour le multinmibrateur 91 ,iï la période de retard est de 606, Pour le multivibrateur. 99 bzz le retard eat de 180*. De ce dernier multivibrateur, la" -/0\ pulsation engendrée dans son transformateur 123 est fournie' respectivement aux grilles 100 et 101 des mu.tirà.brateuxw '.4,-s 102 et 103.
La période de retard réalisée par les Nultivi" .;",L
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Orateurs 102 et 103 est, en conséquence, mesurée par rapporta
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à 99 et les potentiomètres 127 et 126 de oeux-oi sont règles pour des retards de 120 et 600 respectivement. bzz Les ondulations qui apparaissent en dif têrente points dans le circuit des multivibrateurs ont été reperd. bzz sontdes graphiquement dans les figures 6À et 63, Le tube z 6463 a été choisi pour ce circuit à cause de sa performance,.,,," élevée et de ses caractéristiques de coupure nette.
Il est W&V souhaitable d'employer des condensateurs de haute qualité \f'1 dans le circuit de réglage du tempe pour réduire au minimum -f
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les variations de réglage dues aux variations de température
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On et réfère à la figure 7 pour représenter la '±,;
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façon dont les transformateurs des divers multivibrateurs sont
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branchas de façon à fournir leurs pulsations d'allumage aux. ignitrons d'une machine à souder triphasée.
Le repère 142 ¯ ,- ::; représente l'enroulement seûcadaire du transformateur 112 \f-
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qui a une extrémité reliée au conducteur de sortie 143 de oe transformateur, Le transformateur 117 est muni de deux enroulements secondaires, à savoir 144 et 145, avec le conducteur 146 fournissant la pulsation pour l'enroulement 144 et le condue- teur 147 fournissant la pulsation pour l'enroulement 145. Ce?' enroulements secondaires 144 et 145 sont reliés en opposition comme indiqua par les bornes 3, 4 et 6, 5 de sorte que les pulsations fournies par l'enroulement 145 one e polarité inverse de celles produites par l'enroulement 144.
Cette oaraotéristique de l'invention est représentée graphiquement par les ondulations représentées dans les figures 8B et 60 et dans lesquelles la figure SB représente la pulsation posi- tive pour l'enroulement 144, oelle-oi étant retardée de 60 , tandis que la figure 80 représente les pulsations positives pour l'enroulement 145 qui coïncident dans le temps aveo les pulsations dérivées du transformateur 84 dans le circuit de compensation de la tension, Lee enroulements secondaires des transformateurs 123, 124 et 125 sont indiqués par les repères 148, 149 et 150 et la borne qui fournit la pulsation pour les enroulements respectifs est indiquée par le repères 151,
152 et 153. On remarquera, en se référant à la figure 8D, que la pulsation fournie par l'enroulement 148 est retardée de 186 les pulsations pour les enroulements 149 et 150 étant retardées par rapport à celle-ci de 1200 et 60 .
Dans le présent circuit decompensation de la tension, le déphasage des pulsations d'allumage par rapport à la tension de la ligne est automatique et continu et celui- ci compense dans toute la mesure possible toutes variations ayant lieu dans la tension de la ligne.
Par exemple, une chute dans la tension de la ligne fera avancer l'angle d' lu- mage et inversement une augmentation de la tension de la
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ligne le retardera,voir figure 1, étant donné que l'ampli- tude de l'ondulation de tension synthétisée à tout angle.de phase choisi est proportionnelle au débit de la tension alternative pour cet angle de phase particulier. Les pulsa- tiens de tension produites par le transformateur 84 peuvent être fournies aux ignitrons ou autres valves de commande d'une machine à souder monophasée pour les allumer de facon à maintenir le courant de l'enroulement secondaire à une valeur constante.
Les multivibrateurs sont déclinez à être employés principalement là où il faut un certain nombre de pulsations d'allumage pour un fonctionnement polyphasé.
Tour les machines à souder triphasées , l'invention emploie cinq multivibrateurs qui donneront une série de six pulsations d'allumage pour chaque pulsation de tension et . dans lesquels ces pulsations d'allumage seront maintenues dans une relation convenable avec leur phase respective pour?, ' tout réglage particulier du déphasage.
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"Automatic voltage stabilizer, in particular for welding machines,"
The invention relates to an automatic voltage stabilizer, in particular for welding machines supplied by an alternating voltage source, characterized because it comprises means capable of producing, from certain alternations of this alternating voltage, a ripple of voltage the amplitude of which at any chosen phase angle is proportional to the flow rate of a particular half-wave of this voltage for the chosen phase angle,
and additional adjustable means capable of producing voltage pulses at an angle of
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phase for these alternations of the alternating voltage determined by a pre-set DC voltage value in the voltage ripple range.
According to another characteristic of the invention, circuits are connected in parallel with the phase-shifting network and comprise several mononiable constant delay multivibrators, voltage increases being supplied to ohaoun of the multivibrators.
In the drawings which show one embodiment of the invention and in which sbalogue marks are used to designate similar parts: Figure 1 is a schematic diagram showing the shape of a synthesized wave for alternating voltage alternation olassic; FIG. 2 is a schematic view showing a circuit capable of producing a synthesized waveform as shown in FIG. 1; FIG. 3 is a wiring diagram of a single-phase compensation circuit comprising the improved phase-shifting network of the invention;
Fig. 4 is a wiring diagram showing how to electrically connect in a parallel circuit arrangement the monostable delay multivibrators contemplated by the invention; Figure 5 shows a number of voltage ripples as produced at various locations in the circuit of Figure 3; FIG. 6 shows certain voltage ripples as produced at different places in the circuit of one of the multivibrators when a positive pulsation is applied thereto;
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Fig. 7 is a schematic diagram showing the circuit connections of the multivibrators and which operate to provide the various ignition pulses to the electric de-energizing valves of a three-phase welding machine;
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- figure 8 shows a number of voltage relationships as produced by multivibrators and which are provided by the connections of
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output respectively of the circuit represwY in the tic - ,, - ot 7.
The invention relates to ru.tOU1-l.tii) ue voltage compensators comprising improved phase shift circuits and more particularly refers to an apparatus of this nature which will automatically compensate for variations in tendency in the alternating current supplied to the machines. soldering for example to keep the solder current at a constant value for any particular heat setting.
The welding systems have been provided with phase shift control means in which a particular value of the welding current is obtained by shifting the point
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ignition of ignitrono which, in turn, oornandeni, the passage of the primary current to the tr <.. sforiN.9ur (18 welding.
These phase shift networks generally require # - 7'6;.; 1 ::, <. '(; Manual although some systems so ... re du ..:, i: 1 le r = .e: é were fitted with phase-shifting networks to. c <>! t the welding current by automatically adjusting the ignition point of the ignitrons so that it was a function of the line voltage or the welding current produced .
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In the present invention, variations in the voltage of the supply current are compensated automatically by providing a rippled voltage which is synthesized by the voltage of this supply current of such.
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so that its amplitude is proportional to the output of the welding machine at all phase angles in the range of ignition angles of this machine. For each cycle, an ignition pulse is produced as the ripple voltage reaches some predetermined desired value.
If the value. predetermined constant by means of a voltage regulator tube, a drop in line voltage will advance the ignition angle and conversely an increase in line voltage will delay the ignition angle by. thus keeping the machine's secondary welding current substantially constant.
Another more specific object of the invention is to provide a single phase compensation circuit which will include an improved operating principle in which the phase shift occurs automatically in relation over time to the magnitude of the variations and in proportion to the magnitude of these variations occurring. producing in the voltage of the supply current, so that for any particular adjustment, the output of the compensation circuit in the form of voltage pulses will be phase-shifted automatically and continuously.
Another object is to provide a single-phase compensation circuit of the nature described in combination with several monootable constant delay multivibrators which are triggered by the output pulses of the compensation circuit to produce the ignition pulses necessary for the electric discharge valves of a three-phase welding machine. The different ignition pulses are thus produced at the phase angle suitable for their respective phase for any particular setting of the compensation circuit.
With these and various other objects in view, the invention may consist of certain novel features of
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construction and operation as will be described more fully and particularly pointed out in the accompanying specification, drawings and claims.
Above all, it is necessary to synthesize a voltage ripple of the alternating voltage supplied by the supply lines. The magnitude of this ripple will be proportional to the welding machine output at all phase angles in the range of the machine firing angles.
Such a synthesized ripple is shown diagrammatically in Figure 1. Although it is difficult to theoretically determine the necessary ripple for a three-phase welding machine due to the non-linear characteristics of the iron in the transformer, it can be said that the main objective is to produce a constant average current despite the voltage variations of the source current. It is therefore necessary that the ignition angles are such that the area below the voltage curve of the source is constant.
If the source voltage is expressed by:
E = Emax sin wt it can be shown by appropriate calculations, assuming a constant frequency and a constant load, that the ripple having an amplitude proportional to the average load current is given by the equation
Klmoy = Emax + Emax Cos wt where K is a constant of proportionality. The ripple expressed by the above equation can be generated by means of the circuit shown in Figure 2.
If Emax sin wt is expressed on input terminals L1 and L2, the voltage across capacitor C1 will be Emax cos wt, voltage across C2 will be Emax and voltage across rectifier DR1 will be Exam + Emaxoos w 5 , where it is necessary
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notice that capacitor C1 has a much larger capacity than capacitor C2. If the input voltage increases,
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02 will be charged through DR1 to the new value of Nmax * "However, in the event that the input voltage decreases, it will be understood that another path must be provided to deohar ..... ger 02 to its new low value of Emax.
The discharge of C2 is done through the rectifier DR2. A strongly negative pulsation is supplied by the transformer TR2 at the moment '
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cz 7ma ,,. oon W t has its maximum negative value and therefore C2 S8 discharges in a very small fraction of a cycle at its new low value of Bmax * However, another discharge would have been prevented by the rectifier DR which acts as short-. circuit for the pulsation as soon as the voltage at the terminals of C2 becomes equal to the voltage at the terminals of Ci. the elements of the circuit in figure 2 must be chosen such that the voltage drop across the rectifiers DR1 and
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IR2 is small and the Cl leakage resistance is high.
The synchronous mounting arrangement shown in Figure 2 will, therefore, adjust the load on capacitor C2 for each cycle to conform to variations in the
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voltage supplied to input terminals LI and Lu.
Fig. 3 is a wiring diagram showing a single phase compensation circuit which conveniently realizes the synchronous blocking arrangement shown.
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achematically in Figure 2. The line voltage is received by transformer 10 whose primary 11 is connected. directly to an alternating voltage source via the terminals
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he and L2. The secondary windings 12 and 13 of the transformer 10 are suitably connected by the leads 14 and 15 to the potentiometer 16 having the adjustable divider 17.
From the potentiometer, the voltage supplies an electrical circuit comprising the inductance winding 18, the resistor 20
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and the capacitor 21. The flow of the resonance circuit is obtained at the terminals 22 and 23 and where it will be a pure sine wave free from any spikes or transient conditions.
However, the "Q" of the filter must be low enough, to allow the rapid variations in line tension to be transmitted. The output of the resonance circuit is coupled through capacitor 24 to rectifier 26 which serves to charge capacitor 24 as explained in connection with Figure 2,
Rectifier 27 is also used in conjunction with secondary winding 28 of paint transformer 30 to provide synchronous blocking to give the system the fastest possible recovery time. The power to peak transformer 30 is 90 'behind the power to transformer 10. The blocked sine wave pull is applied to the grid of tube 31 having plate 32, cathode 33 and grid. order 34.
The shape of this sine wave is shown in Figure 5B in which it will be noted that this is a continuous pulsed voltage having a glue-like sine wave shown in Figure 5a, although significantly out of phase by 90 as a result of l The action of the circuit, the resonano comprising the inductance winding 18 and the condenser 21. According to the invention, it is therefore possible to adjust the magnitude of the phase shift given the inductance winding 18. is provided for this purpose with an adjustable ser core. For tube 31, we can choose a 12Ax7 since we want the tube to have a very high and a net out-off characteristic.
Therefore, if the grid is positive enough to cause conduction, full conduction is obtained almost immediately and when the grid voltage drops below this value the tube is completely cut. For a graphic representation of this action,
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reference is made to FIG. 5D. The plate-cathode circuit of tube 31 includes a power supply and a load resistor. This is designated by the numeral 36, and is connected by conductor 37 to the positive side of the DC power supply, as
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clearly indicated by rectifiers 3a which are connected d. :
'' suitably at the respective ends of the winding
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secondary 40 of the main power transformer 10. "" ': J' ('(The negative side of the power supply is completed part4, =, the conductor 41, the latter comprising the adjustable tap 42 and
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which is connected at 43 to the cathode 33 of the tube 31, the cathode of this tube is brought to a direct current reference level. desired by means of a voltage divider which will be described.
The winding 28 of the tip transformer 30 is connected by '. the conductor 45 to the positive side of a direct current power supply comprising the voltage regulator tube 46. The conductor
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The tor 45 is connected at 47 to the plate conductor 48 which connects the positive terminal of the direct current power supply, the latter comprising the secondary winding 50 of the transformer.
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Main power transformer 10. The rectifiers 51 are suitably connected to the respective terminals of the secondary ## "winding 50 to rectify the current obtained from the main power transformer. The negative side of the power supply is completed. by conductor 52 which comprises adjustable tap 53 and voltage regulator tube 46. The tube is gas filled and is of the cold cathode type.
In operation this tube will provide a fixed output voltage whatever the
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voltage variations with respect to the supply current and whatever variations may take place in the load.
As is clearly evident in Figure 5B,
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the preset value of the voltage on the cathode 33 of the il
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tube 31 will determine the firing angle for the voltage compensation circuit. In this figure, it will be noted that the reference DC level has been adjusted to produce ignition pulses at the dephasing angle shown. To ensure the adjustment of this cathode voltage,
the invention provides the voltage divider 44 which is of a type to give uninterrupted vernier control. The resistors 54 and 55 are connected respectively to the terminals 56 and 57 which are arranged in an oerole for the selective connection by means of handles 58 and 59. It will be noted that the handles are connected together to rotate simultaneously. The levers 58 and 59 are connected to each other by the conductors 60 and 61 through the resistor 62. The left end terminal 57 is joined by the conductor 63 to the resistor 64 which has a tap. adjustable in 65.
This plug is joined to the conductor 66 having the resistance 67 and is connected at 68 to the positive side of the. direct current source. In much the same way, the right end terminal 56 is joined by the conductor 70 to the resistor 71, the latter having the adjustable tap 72 and is connected by the conductor 73 to the negative side of the system shown. felt by conductor 15. The potentiometer represented by resistor 64 and tap 65 will give upper limit command with respect to the voltage regulator, while resistor 71 and tap 72 will give lower limit command.
The adjustable tap 74 having contact with the resistor 66, will give the desired vernier control of the direct voltage applied to the cathode 33, for which purpose the adjustable tap is connected to this oathode through the conductor 75.
Tube 31 is capacitor-coupled with tube
76, this coupling comprising the conductor 77 with the oondensa-
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turn 78 interposed, Sn oonaequenoe, the flow of the tuba 31 oontpÔJb1. the grid 79 of the tube 76, and the latter is blocked at zero level by means of the rectifier 80. The tube 76 is ready-
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renoe, a hot cathode thyratron such as a H) 21 having ;, '' '' "±, #% a wire plate and a grid 79.
The plate-cathode circuit '' #; v | p of the tube comprises the primary winding 83 of the transformer
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output 84 and by means of the conductor 85 the capacitor 86 't is also included in this circuit, since the conductor 85 and also the cathode conductor 87 are connected to the%, V negative side of the system represented by the conductor 15. bzz If the tube 31 ceases to be conductive, the grid voltage on tube 76 becomes zero and this tube 76 is hn, 'then made conductive. This is represented graphically in figures 5D and 5E, the former showing undulations
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characteristics of the tube 31 which take place at point 33 in the. plate circuit of the tube and the last representing corrugations with respect to tube 76 which take place at point 88 in the plate circuit of this tube.
Ignition tube 76 discharge
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the capacitor 86 through the winding 83 of the transforma # '# their output 84. and therefore $ this transformer produces a voltage pulse which is used to drive
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three of the five multivibrators represented in the figure the voltage pulsations which and produce at 360 *; intervals are shown !! graphically in Figure 5 ?. The capacitor 86 this recharged by means of the transformer; peak tor 30 which comprises the secondary winding 29 of this transformer in combination with the rectifier 89.
This charging of the capacitor takes place during each cycle when the grid of tube 76 is negative.
The voltage pulses produced by the primary winding 83 of the transformer 84 are supplied to the
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multivibrators having a link in a circuit like -
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shown in Figure 4. Multivibrators have certain delay characteristics, so that individual voltage pulses are provided at suitable times to ignite the six ignitrons of a three-phase welding machine.
It is possible, by means of multivibrators, to keep the ignition pulses in proper relation to their respective phase for any particular phase shift adjustment of the voltage compensation circuit. The conductor 90 is connected to the positive side of the mention having the secondary winding 50 of the main transformer 10 and this inverter is in turn connected to the plate circuits of the multivibrators. Similarly, the oonduoteur 91 was connected to the negative side of the power supply and this conductor in turn is connected respectively to the cathodes of the various multi-vibrators))).
The voltage pulsations of the primary winding
83 of transformer 84 are supplied to the secondary winding 92 of this transformer, and these pulses pass through the action of rectifier 93 to control gates 94,95 and
96 of the 97, 98 and 99 multivibrators respectively. The control gates 100 and 101 of the multivibrators 102 and 103 receive the pulses from the multivibrator 99 in a manner which will be described.
Considering first the multivibrator 97, it will be understood that the latter consists essentially of a tube, of the hot cathode double triode type such as 6463, which is characterized by a low internal voltage drop when it is oonduotor. The tube comprises two plates 104 and 105 and two cathodes 106 and 107 which are connected by a resistor 108 to the conductor 110 connected to the conductor 91.
The circuit of the plate 105 comprises the primary winding Iu of a transformer 112 and between the control grid 113
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and on this circuit board is connected an adjustable potentiometer 114 by means of which it is possible to adjust the period of
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delay controlled by this particular tube By the oonduoteur '", 115 the plates 104 and 105 are connected to the conductor 90.
Multivibrator 98 is analogous to 97, however for purposes of differentiation the primary winding in the circuit of plate 105 will be identified by the numeral 116
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and the transformer by the reference 117. The potentiometer identified by the reference 118, The multivibrators 99, 102 and .c7 *, 103 are similarly similar and, to distinguish these tubes from one another, the primary windings are identified
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by the references 120, 121 and 122, for the transformers z 123, 124 and 125 respectively. Adjustable potentiometers. are, identified by references 126, 127 and 128.
Between the
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plate circuit and the cathode circuit of each of the mutineers', vibrators is connected a capacitor 130 which works -. /! # * <as the decoupling capacitor for mult, v3, brat * ure t j .y :, so that when a multivibrator toggles, the rest is not affected in any way.
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It was previously explained that the pulse. *, -R, \. produced by the voltage compensation circuit is "'' '39 * 7 supplied to tubes 97, 98 and 99. In accordance with the invention, the pulse supplied to multivibrator 90 is used to drive the other two multivibrators 102 and 103. In
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For this purpose, the transformer 123 is provided with the secondary winding * '-.' * '' # 131. One end of this winding is connected
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to conductor 110 which, in turn, joins the cathodes of tubes 99, 102 and 103 and connects them to conductor 91 constitutes the negative terminal of the DC source as described.
The other terminal of the winding 131 is connected to the circuit of?}, Filtering comprising the rectifiers 132 and the capacitor
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133 and by conductors 134 and 135 the positive pulsations
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produced by the secondary winding 131 are provided. to the grids 100 and 101 of the tubes 102 and 103.
During normal operating states of multivibrators, the right side of ohaoun of them will be inverter. In other words for tube 97, it will be understood that conduction will normally take place between plate 105 and cathode 107.
The cathode voltage developed across the resistanoe 108 will keep the left side of each multivibrator in a non-conductive state * When a positive pulsation will be applied * to the grid 94 for example of tube 97, it will start the conduction between the plate 104 and cathode 106, and therefore a negative pulsation, is produced on the grid 113 on the right side of the tube, This negative pulsation on the grid 113 ends the wave on the right side, and this will remain in a non-state. driver until capacitor 136 is charged through potentiometer 114 and resistor 137.
Bitter. When the capacitor 136 is charged to a predetermined value, the grid 113 is again made positive with respect to its cathode and therefore the conduction resumes between the plate 105 and the cathode 107. When the conduction takes place again on the right side from the tube, a pulsation of positive polarity develops through the windings 111 of the transformer 112 and this pulsation is used as one of the ignition pulses for the three-phase welding machine. conduction on the right side produces a positive polarization on the cathodes and cuts the conduction on the left side of the tube. No further action occurs until another pulse is applied to grid 94.
The delay following the supply of the pulse to gate 94 until a positive polarity pulse is produced in windings 111, can be adjusted by
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the potentiometer since the potentiometer controls the. '': temperature constant of the load circuit 4; r ï j, .v ', rt bzz Simultaneously with the supply of a pulse bzz the gate 94. it will be understood that in a similar way ¯ is 5: t .. r a.1 '* k supplied to grids * 95 and 96 * The operation of tubes 4afr 98 and 99 is similar to that of 97 with this exception ready rh; t' that the potentiometers of each of them have been adjusted for * 1 - * / give different delay periods, the whole being t ideal for the particular phase controlled by tube 9 pe6 <.lf.
For the 97 multivibrators the 114 potentioaetre:. #and sets for a delay of 1200, For the multinmibrator 91, the delay period is 606, For the multivibrator. 99 bzz the delay is 180 *. From this latter multivibrator, the "- / 0 \ pulsation generated in its transformer 123 is supplied 'respectively to the gates 100 and 101 of the mu.tirà.brateuxw' .4, -s 102 and 103.
The period of delay achieved by the Nultivi ".;", L
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Speakers 102 and 103 is, accordingly, measured againsta
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to 99 and oeux-oi faders 127 and 126 are set for delays of 120 and 600 respectively. bzz The ripples that appear at various points in the multivibrator circuit have been lost. bzz are graphically shown in Figures 6A and 63. Tube z 6463 was chosen for this circuit because of its high,. ,,, "performance and sharp cutoff characteristics.
It is W&V desirable to employ high quality \ f'1 capacitors in the tempe control circuit to minimize -f
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adjustment variations due to temperature variations
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We and refer to figure 7 to represent the '± ,;
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how the transformers of the various multivibrators are
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branches so as to supply their ignition pulses to the. ignitrons of a three-phase welding machine.
The mark 142 ¯, - ::; represents the secondary winding of the transformer 112 \ f-
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which has one end connected to the output conductor 143 of the transformer. The transformer 117 is provided with two secondary windings, namely 144 and 145, with the conductor 146 providing the pulsation for the winding 144 and the conductor 147 providing the pulse. pulsation for winding 145. This? ' Secondary windings 144 and 145 are connected in opposition as indicated by terminals 3, 4 and 6, 5 so that the pulses supplied by winding 145 have the opposite polarity to those produced by winding 144.
This arraoteristic of the invention is graphically represented by the undulations shown in Figures 8B and 60 and in which Figure SB shows the positive pulse for winding 144, where it is delayed by 60, while Figure 80 represents the positive pulses for winding 145 which coincide in time with the pulses derived from transformer 84 in the voltage compensation circuit, the secondary windings of transformers 123, 124 and 125 are indicated by references 148, 149 and 150 and the terminal which provides the pulsation for the respective windings is indicated by the marks 151,
152 and 153. It will be appreciated, with reference to FIG. 8D, that the pulsation supplied by the winding 148 is delayed by 186 the pulsations for the windings 149 and 150 being delayed relative to this by 1200 and 60.
In the present voltage compensation circuit, the phase shift of the ignition pulses with respect to the line voltage is automatic and continuous and the latter compensates as far as possible for any variations taking place in the line voltage.
For example, a drop in line tension will increase the lighting angle and conversely an increase in line tension.
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line will delay it, see Figure 1, since the magnitude of the synthesized voltage ripple at any chosen phase angle is proportional to the flow rate of the alternating voltage for that particular phase angle. The voltage pulses produced by transformer 84 can be supplied to ignitrons or other control valves of a single phase welding machine to turn them on so as to maintain the current of the secondary winding at a constant value.
Multivibrators are intended to be used primarily where a certain number of ignition pulses are required for polyphase operation.
In three-phase welding machines, the invention employs five multivibrators which will give a series of six ignition pulses for each voltage pulse and. wherein these ignition pulses will be maintained in a suitable relationship with their respective phase for any particular adjustment of the phase shift.