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Régulateur de tension thermolonique pour génératrice à courant continu.
La présente invention est relative aux régulateurs de tension thermoioniques pour les génératrices à courant continu. Comme on le sait, ces régulateurs présentent l'avan- tage d'une grande exactitude et rapidité de réglage. Ils com- prennent habituellement des tubes amplificateurs montés en cascade et dans ce cas la grille du premier tube est influencée par la tension à régler et le tube final est intercalé dans le circuit excitateur de la dynamo de telle façon que lorsque la tension est modifiée, par exemple par suite d'une variation de la charge, le courant inducteur soit influencé de manière à contrarier la variation de la tension.
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On a constaté que si la tension de la génératrice comporte une forte composante alternative, il peut se produire des inconvénients. Il en est également ainsi si les appareils de consommation raccordés prennent un courant comportant une composante alternative, comme c'est le cas, par exemple, pour les moteurs. Les courants alternatifs à basse fréquence dûs à l'action réciproque des courants alternatifs produits par les génératrices ou les moteurs, ont probablement aussi un effet nuisible. Ces inconvénients consistent en ce que lorsque la composante alternative est modifiée, par exemple par suite d'une variation de la charge, la tension de la géné- ratrice ne demeure plus constante et l'exactitude du réglage diminue considérablement.
Ces inconvénients sont dûs à ce que les limites de'la tension de grille des tubes utilisés sont étroites, car pour une valeur déterminée de la composante alternative de la tension de la génératrice il peut aisément arriver qu'un ou plusieurs tubes commencent à fonctionner en dehors de la région linéaire de sorte que la valeur moyenne du courant anodique n'est plus influencée seulement par les variations de la tension de grille mais aussi dans une grande mesure par ladite tension alternative. Puisque c'est précisé- ment la valeur moyenne du courant anodique dont il s'agit ici, il est clair que dans ces conditions le régulateur ne peut plus fonctionner de façon satisfaisante.
L'invention a pour but d'apporter des moyens de remédier à ces inconvénients.
Conformément à l'invention, un des circuits de grille d'un régulateur thermoionique d'une génératrice élec- trique à courant continu comprend un dispositif filtreur in- tercalé, de préférence, dans le circuit d'entrée du régulateur.
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Ce dispositif filtreur, qui peut être constitué de la manière connue par des résistances, des condensateurs, et, éventuelle- ment, des bobines de réactance peut être agencé de telle façon que le déphasage qu'il provoque, demeure dans les limites déterminées et qu'il ne se produise pas de réaction nuisible.
On comprendra mieux l'invention en se référant au dessin annexé qui en représente, à titre d'exemple, quelques modes de réalisation.
La figure 1 représente un dispositif connu,
La figure 2 montre un diagramme,
Les figures 3 à 6 représentent des dispositifs filtreurs ainsi qu'un diagramme explicatif.
La figure 7 représente un autre schéma des connexions d'un dispositif suivant l'invention.
Sur la figure 1, G représente la génératrice à courant continu dont on désire maintenir constante la tension, et M désigne un appareil de consommation, par exemple un moteur. La tension de la génératrice agit à travers une batterie compensatrice 3 sur la grille du tube 1 qui bien qu'il soit représenté sur la figure 1 comme un tube-triode, peut aussi comporter plus de trois électrodes.
Le courant anodique du tube 1 agit sur la tension de la grille du tube 2 par l'intermédiaire d'une résistance de couplage 5 qui est parcourue par le courant anodique.
Comme le dessin le montre, le courant anodique peut être four- ni par la génératrice elle-même mais il est aussi possible d'utiliser à cet effet toute autre source de=tension. Pour obtenir la valeur exacte de la tension de polarisation, on a intercalé une source de tension 4 dans la ligne reliant l'ano- de du tube 1 à la grille du tube 2. En outre, le circuit anodique du tube 2 comprend l'enroulement inducteur 6 de la
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génératrice.
L'ensemble doit être considéré comme un système à réaction négative. Il est aisé de voir que lorsque la tension de la génératrice varie accidentellement, par exemple par suite d'une variation de la charge, le courant inducteur est également modifié de telle façon que la variation de la tension soit neutralisée.
Si la tension de la génératrice comporte une cer- taine composante alternative, cette dernière peut atteindre après amplification une valeur assez élevée pour qu'elle agisse sensiblement sur le courant anodique moyen et, par conséquent, sur le courant excitateur (voir la figure 2).
Soit A, par exemple, le point de la courbe caractéristique en lequel travaille un tube pour un état de fonctionnement déterminé. Lorsqu'une tension alternative élevée est appli- quée à la grille, il est aisé de voir que ce point se déplace vers la gauche ce qui a pour résultat de modifier le courant anodique moyen. On pourrait utiliser naturellement des tubes ayant de larges limites pour la tension de grille, mais ces tubes donnent lieu à leur tour à d'autres inconvénients.
@ On peut remédier à ces inconvénients en intercalant un dispositif filtreur dans un des circuits de grille, de préférence dans le premier. Le système le plus simple est celui dans lequel la grille du premier tube est reliée, à travers une résistance, à l'une des bornes de la source de tension et en même temps à travers un condensateur, à l'autre borne. Ce système, représenté sur la figure 3, entraîne toute- fois d'autres inconvénients. Dans un autre mode de réalisation de l'invention ces inconvénients sont écartés.
Comme il a été dit plus haut, l'ensemble du dispo- sitif constitue un système à réaction négative. C'est préci-
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sèment du fait que la réaction est négative que sans plus il ne peut pas se produire d'oscillations propres. La situation est modifiée, toutefois, si, comme le montre la figure 3, le dispositif comprend un circuit constitué par une résistance
R et un condensateur C.
Le diagramme vectoriel de ce montage est repré- senté sur la figure 3a où E représente la composante alterna- tive de la tension de la génératrice tandis que ER et EK désignent les composantes de cette tension qui existent, respectivement, aux bornes de la résistance et du condensateur.
On voit directement que E est fortement déphasé par rapport à E. La réaction négative se transforme par suite de ce déphasage en une réaction positive de sorte qu'il peut se produire de très fortes oscillations. Il est possible de donner au condensateur une valeur plus faible de façon que les tensions produites correspondent à peu près aux vecteurs E'R et E'K Il est évident que dans ce cas, toutefois, le filtrage est tout à fait insuffisant. Un condensateur trop grand, par contre, présente l'inconvénient de nuire à la rapidité du réglage.
Conformément à l'invention, on utilise un dispositif filtreur comportant des moyens particuliers de limiter le déplacement angulaire du vecteur de la composante alternative de la tension de la grille par rapport au vecteur de la ten- sion alternative fournie par la génératrice, de telle façon que la production d'oscillations nuisibles soit supprimée.
On a trouvé qu'on peut obtenir ce résultat, par exemple, à 1-1,aide d'un montage tel que celui de la figure 4 où la grille est reliée, à travers la résistance R1, à l'une des bornes de la source de tension et à travers la résistance
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R2 à l'autre borne, cette dernière résistance étant shuntée par un condensateur K. La cathode est raccordée à la borne reliée à K, la source de tension compensatrice n'étant pas représentée pour plus de simplicité. De préférence, une des résistances ou toutes les deux sont réglables.
Une variante de ce montage est représentée sur la figure 5 où le condensateur est connecté en série avec les deux résistances R1 et R2 Le cas échéant, un second conden- sateur K1 peut être connecté en parallèle avec la résistance R1 ce condensateur réduisant davantage le déplacement angu- laire dudit vecteur.
La figure 6 représente une autre variante qui comprend une self-inductance L en série, avec laquelle un condensateur peut être monté en parallèle.
Les montages représentés ne sont donnés qu'à titre d'exemples. Il existe naturellement un grand nombre de possi- bilités et de combinaisons de résistances, capacités et self-inductances. Il est seulement essentiel de maintenir dans des limites déterminées le déplacement angulaire du vecteur de la tension de grille subsistante.
On a trouvé qu'on peut avantageusement relier l'anode du tube à la source de tension à régler, par exemple, en alimentant l'anode directement à partir de la génératrice ou, pour une alimentation à l'aide de dispositifs séparés, en intercalant une impédance entre la génératrice et l'anode.
Le montage peut être agencé dans ce cas de telle façon qu'il soit introduit dans le circuit de grille une composante de tension qui contrarie la composante de tension qui produit les oscillations. La figure 7 représente un montage de ce genre qui est très efficace, plus particulière-
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ment dans le cas d'alimentation à l'aide de dispositifs séparés. L'anode d'un tube ainsi que la grille du tube suivant sont reliés au secteur par l'intermédiaire d'une résistance R3 en série avec un condensateur K1 La résistance ou le con- densateur est, de préférence, variable, ce qui permet de régler la phase de la tension introduite dans le circuit de grille.
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Thermolonic voltage regulator for direct current generator.
The present invention relates to thermionic voltage regulators for direct current generators. As is known, these regulators have the advantage of great accuracy and rapidity of adjustment. They usually include amplifier tubes mounted in cascade and in this case the grid of the first tube is influenced by the voltage to be set and the final tube is interposed in the exciter circuit of the dynamo in such a way that when the voltage is changed, for example as a result of a variation of the load, the inductor current is influenced so as to counteract the variation of the voltage.
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It has been observed that if the voltage of the generator has a strong AC component, there may be drawbacks. This is also the case if the connected consumption devices take a current with an AC component, as is the case, for example, for motors. Low frequency alternating currents, due to the interaction of alternating currents produced by generators or motors, probably also have a detrimental effect. These drawbacks consist in that when the AC component is modified, for example as a result of a variation in the load, the voltage of the generator no longer remains constant and the accuracy of the adjustment decreases considerably.
These disadvantages are due to the fact that the limits of the grid voltage of the tubes used are narrow, because for a determined value of the AC component of the voltage of the generator it can easily happen that one or more tubes start to operate in outside the linear region so that the average value of the anode current is no longer influenced only by variations in the gate voltage but also to a large extent by said alternating voltage. Since it is precisely the mean value of the anode current which is in question here, it is clear that under these conditions the regulator can no longer operate satisfactorily.
The object of the invention is to provide means of remedying these drawbacks.
According to the invention, one of the gate circuits of a thermionic regulator of a direct current electric generator comprises a filter device inserted, preferably, in the input circuit of the regulator.
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This filtering device, which can be constituted in the known manner by resistors, capacitors, and, optionally, reactance coils can be arranged in such a way that the phase shift which it causes remains within the determined limits and that 'there is no adverse reaction.
The invention will be better understood by referring to the appended drawing which shows, by way of example, some embodiments thereof.
Figure 1 shows a known device,
Figure 2 shows a diagram,
Figures 3 to 6 represent filter devices as well as an explanatory diagram.
FIG. 7 represents another diagram of the connections of a device according to the invention.
In FIG. 1, G represents the direct current generator of which it is desired to keep the voltage constant, and M designates a consumption device, for example a motor. The voltage of the generator acts through a compensating battery 3 on the grid of the tube 1 which, although it is represented in FIG. 1 as a tube-triode, can also include more than three electrodes.
The anode current of tube 1 acts on the voltage of the grid of tube 2 by means of a coupling resistor 5 which is traversed by the anode current.
As the drawing shows, the anode current can be supplied by the generator itself, but it is also possible to use any other voltage source for this purpose. To obtain the exact value of the bias voltage, a voltage source 4 has been inserted in the line connecting the anode of tube 1 to the grid of tube 2. In addition, the anode circuit of tube 2 comprises the anode. inductor winding 6 of the
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generator.
The whole must be considered as a negative reaction system. It is easy to see that when the voltage of the generator accidentally varies, for example as a result of a variation in the load, the inductor current is also modified in such a way that the variation in the voltage is neutralized.
If the voltage of the generator includes some AC component, the latter can reach, after amplification, a value high enough for it to act appreciably on the average anode current and, consequently, on the exciter current (see figure 2). .
Let A, for example, be the point on the characteristic curve at which a tube works for a determined operating state. When a high AC voltage is applied to the gate, it is easy to see that this point moves to the left which results in changing the average anode current. Tubes having wide limits for the grid voltage could of course be used, but these tubes in turn give rise to other disadvantages.
@ These drawbacks can be remedied by inserting a filter device in one of the gate circuits, preferably in the first. The simplest system is that in which the grid of the first tube is connected, through a resistor, to one of the terminals of the voltage source and at the same time through a capacitor, to the other terminal. This system, shown in FIG. 3, however entails other drawbacks. In another embodiment of the invention these drawbacks are eliminated.
As stated above, the entire device constitutes a negative reaction system. It is precise
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sow from the fact that the reaction is negative that without more there can be no proper oscillations. The situation is changed, however, if, as shown in Figure 3, the device comprises a circuit consisting of a resistor
R and a capacitor C.
The vector diagram of this assembly is represented in figure 3a where E represents the alternating component of the voltage of the generator while ER and EK denote the components of this voltage which exist, respectively, at the terminals of the resistor and of the capacitor.
It can be seen directly that E is strongly out of phase with respect to E. The negative reaction is transformed as a result of this phase shift into a positive reaction so that very strong oscillations can occur. It is possible to give the capacitor a lower value so that the voltages produced roughly correspond to the vectors E'R and E'K. It is evident that in this case, however, the filtering is quite insufficient. A capacitor that is too large, on the other hand, has the drawback of reducing the speed of the adjustment.
In accordance with the invention, a filter device is used comprising special means of limiting the angular displacement of the vector of the AC component of the grid voltage with respect to the vector of the AC voltage supplied by the generator, in such a way that the production of harmful oscillations is suppressed.
We have found that this result can be obtained, for example, at 1-1, using an assembly such as that of figure 4 where the gate is connected, through resistor R1, to one of the terminals of the voltage source and through the resistor
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R2 to the other terminal, the latter resistor being shunted by a capacitor K. The cathode is connected to the terminal connected to K, the compensating voltage source not being shown for the sake of simplicity. Preferably, one or both of the resistors are adjustable.
A variant of this assembly is shown in figure 5 where the capacitor is connected in series with the two resistors R1 and R2 If necessary, a second capacitor K1 can be connected in parallel with the resistor R1 this capacitor further reducing the displacement angular of said vector.
FIG. 6 shows another variant which comprises a self-inductance L in series, with which a capacitor can be connected in parallel.
The arrangements shown are given only as examples. There are naturally a large number of possibilities and combinations of resistances, capacitors and self-inductances. It is only essential to keep within determined limits the angular displacement of the vector of the remaining gate voltage.
It has been found that it is advantageously possible to connect the anode of the tube to the voltage source to be regulated, for example, by supplying the anode directly from the generator or, for supply by means of separate devices, by interposing an impedance between the generator and the anode.
The assembly can be arranged in this case in such a way that a voltage component is introduced into the gate circuit which counteracts the voltage component which produces the oscillations. Figure 7 shows an assembly of this kind which is very effective, more particularly
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ment in the case of power supply using separate devices. The anode of one tube and the grid of the next tube are connected to the mains via a resistor R3 in series with a capacitor K1 The resistor or capacitor is preferably variable, which allows to adjust the phase of the voltage introduced into the gate circuit.