Dispositif de régulation et de protection d'appareils électriques La présente invention a pour objet un dispositif de régulation et de protection, à seuil de fonctionne ment préétabli, applicable notamment aux tubes d'émission avec courant-grille. Ce dispositif est con necté entre une source de courant et un circuit d7uti- lisation à protéger.
De nombreux dispositifs de protection ont été réalisés. Ces dispositifs font usage d'éléments méca niques, un interrupteur par exemple, des éléments électromécaniques, tels que les différents types de relais commandant des contacts, ou bien mettent en jeu les modifications d'une variable: température, intensité de courant, tension, etc., agissant sur un bilame ou sur tubes électroniques ou sur des élé ments semi-conducteurs, etc., permettant ainsi d'agir sur les circuits associés dans le sens de la sécurité.
Dans de très nombreux cas, le dispositif de pro tection agit par interruption d'un circuit ou par in troduction d'éléments nouveaux dans le circuit qu'il protège. L'action du dispositif de protection peut être, suivant son emploi, à retardement, avec une certaine temporisation, ou bien immédiate. En géné ral, on fixe un certain point qui délimite le seuil de sécurité à ne pas dépasser, ledit seuil déterminant l'action du dispositif lorsque son point de fonction nement est atteint ou accidentellement dépassé.
Dans le cas d'utilisation d'un tube d'émission avec polarisation automatique par courant-grille, il se pose le problème de la polarisation de la grille de commande au cours du fonctionnement de l'émet teur. Si cette polarisation n'est pas maintenue à une certaine valeur lorsque le tube se trouve en état de repos, le courant anodique croît dans de très fortes proportions, ce qui se traduit par l'usure prématurée du tube ou sa destruction complète, lorsque le temps de repos est trop prolongé. Ce phénomène se produit notamment lorsque le tube se trouve non excité ; le courant anodique moyen de fonctionnement prévu passe facilement à plusieurs fois sa valeur lorsque l'excitation, susmentionnée, manque, et par consé quent la puissance dissipée par l'anode également, ce qui conduit à son échauffement anormal.
Cette anode rougit et se trouve détériorée au bout d'un certain temps. Il importe donc d'introduire un dispo sitif de protection convenable susceptible de limiter le courant anodique en absence d'excitation.
Dans de très nombreux montages des tubes d'émission avec courant-grille, et notamment des trio des, l'attaque est faite par l'intermédiaire d'un dispo sitif de couplage approprié connecté à la cathode et la polarisation de la grille de commande au point de fonctionnement choisi est déterminée à l'aide d'une résistance de polarisation convenable dans le circuit de la grille. La valeur de cette résistance est généra lement faible, et dans ce cas, cette valeur n'est pas favorable pour une bonne modulation du tube.
Parmi les dispositifs de protection on a fait usage d'un relais de surintensité intercalé en série dans le circuit anodique d'un tube d'émission. Les contacts dudit relais court-circuitent une résistance de pro tection, de valeur convenable, connectée en série dans le circuit anodique d'alimentation. Lorsque l'in tensité du courant de l'anode dépasse une valeur pré déterminée, le relais ouvre le contact qui court-cir cuitait ladite résistance et l'introduit dans le circuit anodique; la chute de tension anodique produite empêche de dépasser une valeur de courant anode dangereuse pour la vie du tube. Cependant, en l'ab sence d'excitation l'échauffement anodique reste très élevé, ce qui raccourcit la vie de ce tube. Par ail- leurs, la constante relativement longue de ce dispo sitif le rend impropre aux signaux télégraphiques ra pides.
Il a été fait également usage d'un autre dispositif de protection qui consiste à intercaler un élément à conductibilité unidirectionnelle, telle une diode, entre la résistance de polarisation connectée à la grille et la masse. Une faible tension continue est appliquée audit élément à conduction unidirectionnelle dans un sens convenable ; il en résulte qu'en absence d'ex citation, une petite tension de protection s'établit dans le circuit de grille et limite ainsi le courant ano dique maximum. Toutefois dans un tel dispositif la valeur importante atteinte par le courant de grille réduit l'effet de compensation obtenue. L'action sur le courant de plaque est semblable à celui du relais de surintensité précité.
Le dispositif faisant l'objet de la présente inven tion vise à éviter les inconvénients précités et est caractérisé en ce qu'il est composé d'un montage parallèle dont l'une des branches est constituée par un élément à conductibilité unidirectionnelle con necté en série avec une source de tension continue de protection et l'autre branche par une résistance connectée en série avec une source de tension con tinue de sensibilisation, ces deux sources étant à basse impédance, le montage étant réalisé de manière que lesdites sources de tension continue soient con nectées en présentant des polarités opposées auxdits éléments, la tension variable apparaissant aux bor nes du circuit,
due à la modification de l'intensité du courant dans le circuit d'utilisation et traversant l'élé ment résistant, étant limitée unidirectionnellement à une valeur égale à celle définie par la source de pro tection l'élément à conductibilité unidirectionnelle devenant conducteur pour toute valeur de tension supérieure à cette limite.
Le dispositif de protection peut être avantageu sement utilisé avec un tube électronique d'émission fonctionnant avec un courant-grille.
Selon une utilisation du dispositif, faisant égale ment l'objet de l'invention, le dispositif est appliqué à la protection d'un tube d'émission de puissance, la grille du tube est mise à la masse par l'intermé diaire du dispositif de protection, les sources des tensions continues de protection et de sensibilisation ayant respectivement leur pôle positif et négatif mis à la masse, la cathode de l'élément à conductibilité unidirectionnelle étant connectée à la borne négative de la source de protection,
la diminution de l'inten sité du courant de grille du tube en l'absence d'exci tation ayant pour effet d'entraîner le déblocage de l'élément à conductibilité unidirectionnelle qui as sure alors directement la connexion de ladite grille avec le pôle négatif de la source de tension de pro tection.
Dans les montages classiques des triodes d'émis sion de puissance, l'impédance de grille est très ré duite, sa résistance de polarisation étant de valeur faible. Il en résulte des difficultés pour atteindre un taux de modulation élevé sans distorsion et de puis sance délivrée sensiblement constante.
Dans le dispositif de régulation, la résistance con nectée en série avec la source de tension de sensibi lisation et qui joue le rôle de résistance de polarisa tion, présente de préférence une valeur élevée, com patible avec le tube d'émission utilisé, ce qui est rendu possible par le choix de la tension de la source de tension de sensibilisation dont la valeur est plu sieurs fois plus élevée que celle de la tension de la source de protection, cette disposition permettant de faire fonctionner le tube d'émission en un point de fonctionnement, tel que par une attaque suffisante il puisse être modulé au taux de 100 a/o sans distor sion, la valeur élevée de la résistance,
en comprimant les variations d'attaques, permettant d'obtenir d'au tre part, une puissance de sortie sensiblement cons tante.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une for me d'exécution du dispositif faisant l'objet de la pré sente invention.
La fig. 1 est un schéma simplifié du dispositif de protection, permettant d'expliquer le principe du fonctionnement.
La fig. 2 est un schéma de ce dispositif associé dans une application particulière, avec une triode d'émission.
Le dispositif de protection représenté sur la fig. 1 est généralement connecté entre une source de cou rant et un circuit d'utilisation, non représentés sur cette figure mais illustrés et décrits plus loin à l'aide de la fig. 2.
Le principe de fonctionnement du dispositif de protection sera expliqué à l'aide de la fig. 1.
Le dispositif est constitué par deux bras A B D et A C D en parallèle, connectés entre les points A et D. Le bras A B D comprend, connectés en série, un élément à conductibilité unidirectionnelle E C U entre A et B et une source de protection S P entre B et D connectée par son pôle négatif en B. Le bras A C D comporte, connectés en série, un élément ré sistant E R entre A et C et une source de sensibili- lisation positive S S entre C D connectée par son pôle positif en C.
L'élément E C U étant monté dans le sens con ducteur soit de A vers B, par exemple, son état est fonction de la tension présente au point A. Celle-ci, à son tour, dépend de la valeur de la tension posi tive de la source S S, et en outre elle dépend de l'intensité et du sens de courant I G qui fait appa raître une chute de tension aux bornes de l'élément résistant E R.
Par exemple, pour fixer les idées, soit la tension négative de la source de protection S P = -15v, la tension positive S S = -I- 100 volts, et la résistan ce de l'élément E Régale à 820 ohms. Dans ce cas, l'élément E C U supposé sans résistance, reste con ducteur tant que la chute de tension produite par le courant I G circulant à travers la résistance E R dans le sens C A est inférieure à 100 -f- 15 = 115 volts, ce qui correspond à un courant I G d = 0,140 ampère.
Etant conducteur, l'élément
EMI0003.0004
<B>ECU</B> applique donc constamment une tension négative fixe de -15 volts au point A pour toutes les valeurs de courant 1 G < 0,140 A qui passe en totalité par le bras A B D.
Lorsque le courant I G @ 0,140 A, la tension au point A rend l'élément E C U non conducteur, et le courant passe par le bras A C D, la commutation d'un état à l'autre étant instantanée.
Il est évident que le dispositif de protection dé crit ci-dessus, convenablement associé à un circuit, permet de fixer les limites de fonctionnement. Le seuil minimum, correspondant aux conditions de sé curité de fonctionnement, est donné par la valeur de la tension de la source de protection S P et la limite supérieure est en fonction de la source de sensibilisation S S et de la résistance ohmique de l'élément résistant E R.
L'utilisateur peut choisir ou modifier à volonté la valeur de ces trois variables possibles, en fonction des exigences particulières du circuit auquel est asso cié le dispositif, ce qui lui donne une grande sou plesse d'utilisation.
C'est ainsi que le dispositif, trouve une applica tion particulièrement intéressante lorsqu'il est asso cié dans un étage de puissance, avec une triode d'émission fonctionnant avec le courant-grille, tel qu'il est représenté sur la fig. 2.
En effet, dans un étage de puissance on a inté rêt à réguler le courant de grille d'une manière aussi précise ou étroite que possible. Un bon moyen d'y parvenir est de disposer dans le circuit de grille une source positive de tension SS en série avec une ré sistance R P relativement élevée.
Tout se passe bien tant que l'espace grille- cathode est excité par une tension de haute fréquen ce H F. Cette tension rendant lors de ses crêtes la grille positive par rapport à la cathode fait débiter à cette grille un certain courant qui passant dans la résistance R P crée une chute de tension de telle sorte que V,r, - I G X R P < O mettant la grille dans des conditions favorables de fonctionnement.
Si l'excitation H F diminue, le courant I G dimi nue et la chute I G X R P également, le potentiel du point A remonte et cela place la grille dans de mau vaises conditions et en particulier fait augmenter beaucoup le courant d'anode I A. Comme l'excita tion H F est réduite, la puissance de sortie H F est réduite donc la dissipation anodique augmente beau coup d'où danger pour le tube d'émission.
On dispose un circuit auxiliaire comportant une diode D I et une source de tension S' P de valeur égale à la polarisation minimum acceptable pour la grille du tube.
Dès que le potentiel en A cesse d'être assez né gatif pour la sécurité du tube la diode entre en ac- tion et assure que le potentiel du point A reste tou jours négatif.
Le dispositif décrit utilisé comme circuit de pola- risation-grille permet d'agir dans le sens de la sécu rité en utilisant le courant-grille pour commander l'état d'un élément conducteur à conduction uni directionnelle.
Un signal P E attaque la cathode de la triode T R par l'intermédiaire d'un transformateur T E conve nable. La grille de la triode est connectée au circuit de polarisation constitué par le dispositif de protec tion, au point A à la grille, et au point D à la masse M. L'anode est connectée à un transformateur de sortie T S approprié où apparaît le signal de sortie P S.
Le circuit de polarisation comporte les éléments déjà décrits à propos de la fig. 1, sauf E R remplacé par une résistance fixe R P de polarisation et E C U par une diode D I avec l'anode connectée au point A. La flèche indique le sens du courant I G et le signe plus la polarité correspondante de la tension- grille V G. La source positive de sensibilisation S S et la source de protection S P sont à impédance in terne faible, de même la diode D I possède une faible résistance interne.
Le fonctionnement du dispositif de protection utilisé en circuit de la polarisation-grille de la triode T R est analogue à celui décrit précédemment.
En présence d'un signal d'attaque, le courant de grille 1 G traverse la résistance d'autopolarisation R P et y développe une chute de tension VRP qui est fonction de son intensité et de la valeur de la résis tance R P. La différence de tension Vss-VRp com pense au point A la tension positive fournie par la source S S. Sa tension résultante en ce point étant supérieure négativement à celle du point B, la diode D I demeure non conductrice.
En l'absence du signal d'attaque ou d'un signal faible, le courant I G diminue d'intensité, et par con séquent, la tension négative au point A diminue. Lorsque la tension en ce point devient positive par rapport à celle du point B, la diode D I change d'état et devient conductrice ; elle court-circuite les points A et B. La totalité du courant I G passe par la diode. La nouvelle tension au point A reste pra tiquement constante jusqu'à la disparition complète du courant de grille.
Les avantages notables apportés par le disposi tif décrit, notamment associés avec les tubes d'émis sion à courant-grille, méritent d'être spécialement mentionnés.
La constante de temps très faible du circuit de commutation, constitué par la diode D I commandée par le courant-grille I G, permet une protection ex trêmement rapide et de fonctionner en télégraphie à des vitesses supérieures à 5000 bauds.
Le courant anodique I A, en l'absence d'excita tion est déterminé par la tension de la source S P et peut être ramené à une valeur très réduite. La réduction du courant IA, donc celle de l'émission de la cathode, et de l'échauffement de l'anode elle- même sont favorables à la durée de vie des tubes. Ceux-ci travaillent, en l'absence d'attaque, avec une dissipation anodique considérablement réduite. La haute tension anodique pouvant être appliquée en permanence, réduit le phénomène connu du durcis sement prématuré de la couche émissive de la ca thode.
La valeur élevée de la résistance de polarisation que le montage permet de choisir donne lieu à une compression des variations d'attaque et de ce fait tend à un nivellement très important de la puissance délivrée.
La polarisation sur résistance de valeur très éle vée réduit la tension de déchet dans le cycle de mo dulation, linéarise la caractéristique Lp/Vp, et de ce fait, permet d'atteindre une modulation plus pro fonde avec une forme d'ondes convenables.
Le caractère aléatoire du courant de grille de certains tubes de puissance, en rend l'utilisation mal aisée dans un montage classique. Le déplacement du point de fonctionnement perturbe fortement le rendement du tube, sa puissance et la linéarité de la modulation.
En cas d'inversion du courant de grille, le tube ne- peut être utilisé, que très difficilement en raison de l'absence ou de l'inversion de polarisation.
Le dispositif décrit élimine ces inconvénients. La possibilité d'ajuster la tension de la source de sensi- bilisation S S permet un réglage optimum, sans dif ficulté, du point de fonctionnement du tube et en cas de courant de grille inverse, le tube restera tou jours polarisé à la valeur de la source de protection S P.
Par suite du nivellement du courant de grille dû à la valeur élevée de la résistance R P et par suite de l'effet inhérent de régulation, ce montage permet l'utilisation de tubes de mêmes caractéristiques dans une large plage de dispersion, compte tenu des va riations de caractéristiques tout au long de la vie du tube.
Par un réajustage par paliers de la tension de sensibilisation, il est possible d'obtenir un fonctionne ment à puissance sensiblement constante pendant toute la durée de la vie du tube et ainsi d'utiliser de façon optima des tubes surpuissants ou faibles. REVENDICATIONS I.
Dispositif de régulation et de protection à seuil de fonctionnement préétabli d'appareils électriques, connecté entre une source de courant et un circuit d'utilisation à protéger, caractérisé en ce qu'il est composé d'un montage parallèle dont l'une des bran ches (A, B, D) est constituée par un élément à con- ductibilité unidirectionnelle (ECU) connecté en série avec une source de tension continue de protection (SP) et l'autre branche (A, C, D) par une résistance (ER)
connectée en série avec une source de tension continue de sensibilisation (SS), ces deux sources étant à basse impédance, le montage étant réalisé de manière que lesdites sources de tension continue soient connectées en présentant des polarités oppo sées auxdits éléments (ECU et ER), la tension varia ble apparaissant aux bornes du circuit au point (A), due à la modification de l'intensité du courant dans le circuit d'utilisation et traversant l'élément résistant (ER),
étant limitée unidirectionnellement à une va leur égale à celle définie par la source de protection (SP) l'élément à conductibilité unidirectionnelle (ECU) devenant conducteur pour toute valeur de tension supérieure à cette limite.
II. Utilisation du dispositif selon la revendication I avec un tube d'émission de puissance, caractérisée en ce que la grille du tube est mise à la masse par l'intermédiaire dudit dispositif de protection, les sour ces des tensions continues de protection (SP) et de sensibilisation (SS) ayant respectivement leur pôle positif et négatif mis à la masse, la cathode de l'élé ment à conductibilité unidirectionnelle (DI) étant connectée à la borne négative à la source de protec tion, la diminution de l'intensité du courant de grille (IG)
du tube en l'absence d'excitation ayant pour effet d'entraîner le déblocage de l'élément à conduc- tibilité unidirectionnelle qui assure alors directement la connexion de ladite grille avec le pôle négatif de la source de tension de protection.
SOUS-REVENDICATION Utilisation selon la revendication II caractérisée en ce que la résistance (RP), connectée en série avec la source de tension de sensibilisation (SS) et qui joue le rôle de résistance de polarisation, présente une valeur élevée, compatible avec le tube d'émis sion utilisé, ce qui est rendu possible par le choix de la tension de la source de tension de sensibilisation (SS) dont la valeur est plusieurs fois plus élevée que celle de la tension de la source de la protection (SP),
cette disposition permettant de faire fonctionner le tube d'émission en un point de fonctionnement tel que pour une attaque suffisante il puisse être modulé au taux de 100 % sans distorsion, la valeur élevée de la résistance, en comprimant les variations d'atta ques, permettant d'obtenir, d'autre part, une puissan ce de sortie sensiblement constante.