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Circuit pour l'allumage alternatif de deux ignitrons connectés en parallèle et en opposition.
La présente invention concerne un circuit pour l'allu- mage alternatif, à l'aide d'un élément commandé, de deux ignitrons connectés en parallèle et en opposition.
Un tel circuit est divulgué dans le brevet français n 1.282.577, en particulier à la Fig. 2. Dans ce circuit, l'élé- tuent commandé est un contacteur à conducteur bilatérale, d'un relais par exemple.
La présente invention a pour but de procurer un circuit dans lequel ce contacteur soit remplacé par la chaîne de courant
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principal d'un commutateur semi-conducteur à redressement, par exemple un redresseur semi-conducteur commandé. Cela présente la difficulté que, si l'on désire que les ignitrons fonctionnent de façon satisfaisante dans une gamme étendue de courants et/ou de tensions, il est nécessaire d'appliquer toute la tension ano- dique de chaque ignitron à son électrode d'allumage, de sorte que la tension appliquée par l'intermédiaire du commutateur semi- conducteur est trop élevée, dans ces circonstances, pour cet élément.
Suivant la présente invention on résout ce problème en faisant en sorte que la tension anodique totale puisse être appliquée à ?'électrode d'allumage de chaque ignitron alors que la tension maximum agissant sur le commutateur semi-conducteur est égale au plus à la moitié de cette tension anodique.
Le circuit de la présente invention est caractérisé en ce que l'élément commandé est un commutateur semi-conducteur à redressement dont la chaîne de courant principale est connectée entre les prises médianes des enroulements de deux auto-transfor- mateurs, l'enroulement dont la prise médiane est reliée à l'anode du commutateur semi-conducteur est connecté entre les anodes des deux ignitrons, et chaque extrémité de l'autre enroulement est reliée à une anode de deux diodes dont les cathodes sont reliées respectivement à Panade et à l'électrode d'allumage d'un des deux ignitrons.
Lorsqu'on ne désire pas régler la phase d'allumage de chaque ignitron, le commutateur semi-conducteur à redressement peut consister en un redresseur de puissance, par exemple une diode pnpn, ayant une tension de seuil bien déterminée de façon que l'on puisse mettre en série avec lui un interrupteur mécanique.
Le circuit de la présente invention convient cependant particulièrement bien au cas où on désire régler la phase d'allu- mage. Dans ce cas, on utilise comme commutateur semi-conducteur
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à redressement un redresseur semi-conducteur commandé.
Comme cela est décrit dans le brevet du 10 septem- bre 1964 de la demanderesse intitulé: Circuit d'allumage d'igni- tron", il est généralement utile et souvent indispensable de con- necter en série avec le commutateur semi-conducteur à redres- sement, dans le circuit allant de l'anode de chaque ignitron à son électrode d'allumage, une résistance dépendant fortement de la tension et devenant conductrice uniquement lorsque la ten- sion aux bornes de cet élément dépasse la tension d'arc entre anode et cathode de chacun des deux ignitrons ou bien la moitié de cette tension. Cet élément peut consister en une résistance dépendant de la tension (VDR).
On utilisera cependant de préré- rence une diode ayant une tension de Zener supérieure à la tension d'arc entre anode et cathode de chacun des deux ignitrons ou bien supérieure à la moitié de cette tension, cette diode étant connectée en sens inverse.
L'invention sera décrite plus en détail ci-après avec référence au dessin annexé, donnant le schéma d'une forme d'exécution du circuit de la présenté invention.
La forme d'exécution représentée comprend deux igni- trons 1 et 2 connectés en parallèle et en opposition et servant d'intermédiaire entre une charge 3, par exemple un transformateur de soudage, et une source de tension d'alimentation alternative 4, par exemple un réseau à courant alternatif de 50 herz par exemple. Le circuit d'allumage des ignitrons 1 et 2 contient un commutateur semi-conducteur à redressement 5 consistant en un redresseur semi-conducteur commandé du typenpnp dont la chaîne de courant principal est mise en série avec une diode semi- ' conductrice 6 connectée en sens inverse entre les prises médianes des enroulements 7 et 8 de deux autres transformateurs 9 et 10.
L'anode du redresseur commandé 5 est reliée à l'anode de la diode 6, et la cathode de cette diode est reliée à la prise médiane de
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l'enroulement 7 qui est connecté entre les anodes des deux igni- trons 1 et 2. L'émetteur de type-n du redresseur commandé 5 est relié à la prise médiane de l'autre enroulement 8 et 4 une borne d'une source 11 produisant des impulsions de commande à phase réglable ayant une fréquence de récurrence de 100 herz par exemple. L'autre borne de cette source est reliée 4 l'électro- de de commande du redresseur commandé 5. de telle façon que les impulsions de commande positives soient appliquées à cette élec- 'trode de commande.
Chaque extrémité de l'autre enroulement 8 est reliée à l'anode de deux diodes 12 et 14 portant les références respectives 13 et 15, tandis que les cathodes de ces diodes sont reliées respectivement à l'anode et à l'électrode d'allumage d'un ignitron correspondant 1 ou 2.
Lorsque, par exemple,la borne positive de la source de tension 4 est portée à une tension positive de 220 volts, l'ignitron 2 est encore non conducteur alors que l'ignitron 1 s'est déjà éteint parce que le courant qui le traverse est devenu inférieur à son courant de maintien- La tension de la source 4 est donc appliquée à la combinaison série comprenant la charge 3 et l'enroulement 7.
L'impédance de cet enroulement est grande par rapport à celle de la charge 3, de sorte qu'en substance toute la tension de la source 4 est appliquée à l'enroulement 7,
Lorsqu'une impulsion de sens passant est appliquée, au moment choisi,par la source 11 entre l'émetteur dt l'électrode de commande du redresseur commandée celui-ci devient conducteur et la tension appliquée à la moitié gauche de l'enroulement 7 fait circuler un courant dans cette moitié de l'enroulement) la diode 6, le redresseur commandé 5, la moitié gauche de l'enroule- ment 8 et la diode 12.
Ce courant crée aux bornes de tout l'en- roulement 8 une tension qui est en substance égale à la tension appliquée à tout l'enroulement 7 et 4 la valeur instantanée de la tension de la source 4, cette tension étant appliquée à l'électrode
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d'allumage de l'ignitron 2 par l'intermédiaire de la diode 15.
Cette tension provoque l'établissement d'un arc entre l'électrode d'allumage et la cathode de l'ignitron 2, cet arc produit une tache cathodique sur la surface de la cathode en mercure de l'igni- tron, ionise la.vapeur de mercure dans l'ignitron et allume un arc entre anode et cathode. Cet arc fait passer le courant princi- pal par la charge 3 et provoque donc une forte chute de la tension aux bornes de l'enroulement 7, Pendant le reste de la demi-période considérée de la tension d'alimentation, la tension appliquée à cet enroulement et, par conséquent, aussi celle appliquée à l'en- roulement 8 sont au maximum égales à la tension d'arc entre anode et cathode de l'ignitron 2, cette tension d'arc étant de'20 volts par exemple.
Les caractéristiques de l'ignitron utilisé, la tension dé la source 4 et l'impédance de la charge 3 font que la décharge entre l'électrode d'allumage et la cathode de l'ignitron 2 s'éteint immédiatement après l'allumage de la décharge principale * entre anode et cathode. Il peut se faire cependant que la tension régnant entre l'électrode d'allumage et la cathode après l'allumage de la décharge principale n'ait pas suffisamment diminué pour assurer l'extinction de l'arc d'allumage. Dans ce cas, un courant important continue à circuler vers l'électrode d'allumage pendant le reste de la demi-période, de sorte que cette électrode finit par brûler ou tout au moins par être fortement endommagée.
Un courant aussi important continue à traverser la diode 12 et un courant deux fois plus important traverse le redresseur semi- conducteur commandé 5, de sorte que ce dernier élément en particu- lier est rapidement surchargé. On évite ceci au moyen de la diode .
6 qui s'éteint dés que la tension aux bornes de la moitié gauche 'de l'enroulement 7 devient plus petite que la tension de Zener, 12 volts par exemple. Le redresseur commandé 5 se coupe alors aussi immédiatement, ce qui interrompt tout passage de courant
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vers l'électrode d'allumage de l'ignitron 2.
La diode semi-conductrice 6 peut aussi être remplacée par un autre élément dont la résistance est fortement fonction de la tension et qui ne devient conducteur que lorsque la tension aux bornes de cet élément dépasse la moitié de la tension d'arc entre anode et cathode de chacun des deux ignitrons, par exemple une résistance dite VDR. Au lieu d'une diode semi-conductrice ou d'une résistance VDR, on peut utiliser deux éléments corres- pondants, par exemple, dans les connexions entre chaque extrémité d'un enroulement 7 et les anodes des ignitrons 1 et 2, dans les connexions entre chaque extrémité de l'enroulement 8 et les anodes 13 et 15 des diodes respectives 12 et 14, ou encore en série avec les diodes 12 et 13 ou les diodes 14 et 15.
Suivant l'emplacement choisi pour ces éléments, leur tension de seuil de conductivité doit être supérieure à la moitié ou à la totalité de la tension d'arc entre anode et cathode de chaque ignitron tandis que, dans certains cas, par exemple lorsque des diodes semi-conductrices ou des résistances VDR sont mises en série avec les diodes 14 et 15, la coupure ou la faible conductivité de ces éléments n'entraîne pas nécessairement la coupure du re- dresseur semi-conducteur commandé. Un courant de circulation peut, par exemple, continuer pendant le reste de la demi-période corres- pondante en passant par les moitiés gauches ou droites des enroule- ments 7 et 8, la diode 12 ou 13 et le redresseur commandé 5.
On remarquera enfin que, si on désire provoquer un allumage particulièrement énergique des ignitrons 1 et 2, il est aussi possible de relever la tension aux bornes de l'enroulement 8 et, par conséquent, la tension sur l'électrode d'allumage de cgaque ignitron dans un rapport supérieur à un rapport de 1 à 2 par trans- formation, par exemple à l'effet de compenser la chute de tension dans la diode 6 ou aux bornes d'éléments correspondants. Il suffit pour celà de relier l'anode de chacune des diodes 12 et 13 à une
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prise intermédiaire de l'enroulement 8 située entre l'extrémité de l'enroulement 8 reliée à la diode 14 ou 15 et la prise médiane de cet enroulement.
REVENDICATIONS.
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1. Circuit pour l'allumage alternatif de deux ignitrons connectés en parallèle et en opposition à l'aide d'un élément com- mandé, caractérisé en ce que l'élément commandé est un commutateur semi-conducteur à redressement dont la chaîne de courant principale est connectée entre les prises médianes des enroulements de deux auto-transformateurs, l'enroulement dont la prise médiane est reliée à l'anode du commutateur semi-conducteur est connecté entre les anodes des deux ignitrons, et chaque extrémité de l'autre en- roulement est reliée à une anode de deux diodes dont les cathodes sont reliées respectivement à l'anode et à l'électrode d'allumage d'un des deux ignitrons.
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Circuit for the alternating ignition of two ignitrons connected in parallel and in opposition.
The present invention relates to a circuit for the alternating ignition, using a controlled element, of two ignitrons connected in parallel and in opposition.
Such a circuit is disclosed in French Patent No. 1,282,577, in particular in FIG. 2. In this circuit, the controlled element is a contactor with two-sided conductor, for example a relay.
The object of the present invention is to provide a circuit in which this contactor is replaced by the current chain
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main of a semiconductor rectifier switch, for example a controlled semiconductor rectifier. This presents the difficulty that if it is desired for ignitrons to operate satisfactorily over a wide range of currents and / or voltages, it is necessary to apply the full anodic voltage of each ignitron to its electrode. ignition, so that the voltage applied through the semiconductor switch is too high, under these circumstances, for this element.
According to the present invention this problem is solved by making it so that the total anode voltage can be applied to the ignition electrode of each ignitron while the maximum voltage acting on the semiconductor switch is equal to at most half of. this anode voltage.
The circuit of the present invention is characterized in that the controlled element is a rectifying semiconductor switch, the main current chain of which is connected between the center taps of the windings of two auto-transformers, the winding of which middle tap is connected to the anode of the semiconductor switch is connected between the anodes of the two ignitrons, and each end of the other winding is connected to an anode of two diodes whose cathodes are respectively connected to the panade and to the ignition electrode of one of the two ignitrons.
When it is not desired to adjust the ignition phase of each ignitron, the rectifying semiconductor switch can consist of a power rectifier, for example a pnpn diode, having a well-determined threshold voltage so that one can put a mechanical switch in series with it.
The circuit of the present invention is, however, particularly well suited to the case where it is desired to adjust the ignition phase. In this case, we use as semiconductor switch
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with rectification a controlled semiconductor rectifier.
As described in Applicant's patent of September 10, 1964 entitled Ignitor Ignition System ", it is generally useful and often essential to connect in series with the solid state rectifier switch. - in the circuit going from the anode of each ignitron to its ignition electrode, a resistance depending strongly on the voltage and becoming conductive only when the voltage across this element exceeds the arc voltage between anode and cathode of each of the two ignitrons or half of this voltage This element may consist of a voltage dependent resistor (VDR).
However, a diode will preferably be used having a Zener voltage greater than the arc voltage between anode and cathode of each of the two ignitrons or even greater than half this voltage, this diode being connected in the opposite direction.
The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawing, giving the diagram of an embodiment of the circuit of the present invention.
The embodiment shown comprises two ignitons 1 and 2 connected in parallel and in opposition and serving as an intermediary between a load 3, for example a welding transformer, and an alternating supply voltage source 4, for example. an alternating current network of 50 herz for example. The ignition circuit of ignitrons 1 and 2 contains a rectifying semiconductor switch 5 consisting of a semiconductor rectifier controlled from the typeenpnp whose main current chain is put in series with a semiconductor diode 6 connected in the direction. inverse between the center taps of windings 7 and 8 of two other transformers 9 and 10.
The anode of the controlled rectifier 5 is connected to the anode of the diode 6, and the cathode of this diode is connected to the center tap of
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the winding 7 which is connected between the anodes of the two ignitons 1 and 2. The n-type emitter of the controlled rectifier 5 is connected to the middle tap of the other winding 8 and 4 a terminal of a source 11 producing control pulses with adjustable phase having a repetition frequency of 100 Hz for example. The other terminal of this source is connected to the control electrode of the controlled rectifier 5 so that the positive control pulses are applied to this control electrode.
Each end of the other winding 8 is connected to the anode of two diodes 12 and 14 bearing the respective references 13 and 15, while the cathodes of these diodes are connected respectively to the anode and to the ignition electrode. of a corresponding ignitron 1 or 2.
When, for example, the positive terminal of the voltage source 4 is brought to a positive voltage of 220 volts, ignitron 2 is still non-conductive while ignitron 1 has already gone out because the current flowing through it has become lower than its holding current - The voltage from source 4 is therefore applied to the series combination comprising load 3 and winding 7.
The impedance of this winding is large compared to that of load 3, so that in substance all the voltage from source 4 is applied to winding 7,
When a forward pulse is applied, at the chosen moment, by the source 11 between the emitter and the control electrode of the controlled rectifier, the latter becomes conductive and the voltage applied to the left half of the winding 7 becomes current flow through this half of the winding) the diode 6, the controlled rectifier 5, the left half of the winding 8 and the diode 12.
This current creates at the terminals of all the winding 8 a voltage which is substantially equal to the voltage applied to all the winding 7 and 4 the instantaneous value of the voltage of the source 4, this voltage being applied to the electrode
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ignition of ignitron 2 via diode 15.
This voltage causes the establishment of an arc between the ignition electrode and the ignitron cathode 2, this arc produces a cathode spot on the surface of the ignitron mercury cathode, ionizes it. mercury vapor in the ignitron and ignites an arc between anode and cathode. This arc causes the main current to pass through load 3 and therefore causes a sharp drop in the voltage across the terminals of winding 7. During the remainder of the half-period considered of the supply voltage, the voltage applied to this winding and, consequently, also that applied to the winding 8 are at most equal to the arc voltage between the anode and the cathode of the ignitron 2, this arc voltage being 20 volts for example.
The characteristics of the ignitron used, the voltage of source 4 and the impedance of load 3 cause the discharge between the ignition electrode and the cathode of ignitron 2 to extinguish immediately after ignition of the main discharge * between anode and cathode. However, it may be that the voltage prevailing between the ignition electrode and the cathode after ignition of the main discharge has not decreased sufficiently to ensure the extinction of the ignition arc. In this case, a large current continues to flow to the ignition electrode for the remainder of the half-period, so that this electrode ends up burning or at least being severely damaged.
Such a large current continues to flow through diode 12 and twice as much current flows through the controlled semiconductor rectifier 5, so that this last element in particular is quickly overloaded. This is avoided by means of the diode.
6 which goes out as soon as the voltage at the terminals of the left half 'of the winding 7 becomes smaller than the Zener voltage, 12 volts for example. The controlled rectifier 5 then also cuts off immediately, which interrupts any current flow.
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to ignitron ignition electrode 2.
The semiconductor diode 6 can also be replaced by another element whose resistance is strongly dependent on the voltage and which only becomes conductive when the voltage at the terminals of this element exceeds half of the arc voltage between anode and cathode of each of the two ignitrons, for example a so-called VDR resistor. Instead of a semiconductor diode or a VDR resistor, two corresponding elements can be used, for example, in the connections between each end of a winding 7 and the anodes of ignitrons 1 and 2, in the connections between each end of the winding 8 and the anodes 13 and 15 of the respective diodes 12 and 14, or in series with the diodes 12 and 13 or the diodes 14 and 15.
Depending on the location chosen for these elements, their conductivity threshold voltage must be greater than half or all of the arc voltage between anode and cathode of each ignitron while, in some cases, for example when diodes semiconductors or VDR resistors are put in series with diodes 14 and 15, the cut-off or low conductivity of these elements does not necessarily cause the cut-off of the controlled semiconductor rectifier. A circulating current can, for example, continue for the remainder of the corresponding half-period, passing through the left or right halves of windings 7 and 8, diode 12 or 13 and the controlled rectifier 5.
Finally, it will be noted that, if it is desired to cause particularly energetic ignition of ignitrons 1 and 2, it is also possible to read the voltage across the terminals of winding 8 and, consequently, the voltage on the ignition electrode of this same. ignitron in a ratio greater than a ratio of 1 to 2 by transformation, for example in order to compensate for the voltage drop in the diode 6 or at the terminals of corresponding elements. It suffices for this to connect the anode of each of the diodes 12 and 13 to a
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intermediate tap of the winding 8 located between the end of the winding 8 connected to the diode 14 or 15 and the middle tap of this winding.
CLAIMS.
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1. Circuit for the alternating ignition of two ignitrons connected in parallel and in opposition by means of a controlled element, characterized in that the controlled element is a semiconductor rectifier switch whose current chain main is connected between the middle taps of the windings of two auto-transformers, the winding whose middle tap is connected to the anode of the semiconductor switch is connected between the anodes of the two ignitrons, and each end of the other in - bearing is connected to an anode of two diodes, the cathodes of which are respectively connected to the anode and to the ignition electrode of one of the two ignitrons.