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Interrupteur horaire.
L'invention est relative à un interrupteur horaire comportant un trajet de décharge dans du gaz ou de la vapeur, qui est alimenté par du courant alternatif et est commandé par la grille.
Actuellement on utilise fréquemment les interrupteurs horaires de ce genre pour le dosage exact des impulsions de courant de durée souvent très courte qui sont requises dans les machines à souder par points ou en cordon, ou bien dans les installations radiologiques.
Les interrupteurs horaires connus présentent le désavantage que la durée des impulsions de tension engendrées, durée qui commande, par exemple, un autre trajet de décharge dans du gaz ou de la vapeur, dépend de la tension d'alimentation
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et des grandeurs électriques des tubes à décharges utilisés.
Ceci a, par exemple, pour résultat que, pour un même réglage des éléments d'un circuit à retardement (constitué, par exem- ple, par une résistance et un condensateur) qui déterminent prin cipalement la durée des impulsions de tension, le remplacement d'un tube à décharges par un tube à décharges similaires pro- voque une variation de la durée des impulsions, en raison des différences qui existent toujours entre les tubes à décharges du même type en ce qui concerne la pression de la vapeur, etc.
La présente invention est basée sur l'idée d'agencer l'interrupteur horaire de telle façon que la durée des impul- sions de tension engendrées soit sensiblement indépendante de la tension d'alimentation utilisée et des grandeurs carac- téristiques du tube à décharges.
Conformément à l'invention, la grille de commande du trajet de décharge est reliée, d'une part, par l'intermé- diaire d'une résistance, de préférence réglable, à l'anode et, d'autre part, à travers un condensateur, éventuellement régla- ble, à la cathode du trajet de décharge, le reste du disposi- tif étant agencé de telle façon que le rapport existant entre la tension anodique et la tension de polarisation de grille soit indépendant de la valeur de la tension d'alimentation.
Le reste du dispositif comporte, de préférence, une résistance montée en parallèle avec le trajet de décharge et en série avec une seconde résistance qui est intercalée entre la cathode et l'une des armatures du condensateur et qui sert à engendrer la tension de polarisation de grille négative.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on a monté en série avec le trajet de décharge un trajet de décharge auxi- liaire dont le circuit de grille comprend des moyens qui permettent d'appliquer la tension continue d'alimentation à un moment, de préférence réglable, qui est déterminé par rapport à la phase d'une tension alternative.
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L'invention, le fonctionnement du dispositif réalisé conformément à l'invention 'ainsi que les possibilités de son application vont être décrits en détail en regard du dessin annexé, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant bien entendu partie de l'invention.
La Fig. 1 représente un mode de réalisation avanta- geux de l'invention.
La Fig. 2 montre la courbe caractéristique d'alluma- ge d'un trajet de décharge commandé par une grille.
La Fig. 3 représente à titre d'exemple, non limita- tif, un mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif représenté sur la Fig. 1, comprend un trajet de décharge 2 qui est alimenté par une source de courant continu 1 ayant une tension E et qui comporte une anode 3, une grille de commande 4 et une cathode 5. Avec interposition d'une résistance-limiteur de courant 6, la grille de commande 4 est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance R, de préfé- rence réglable, à l'anode du trajet de décharge 2 et, à travers un condensateur C (éventuellement réglable) à la cathode. Au lieu d'être relié directement à la cathode 5, le condensateur C peut y être relié par l'intermédiaire d'une résistance R1 qui sert à engendrer une tension de polarisation de grille négative, une résistance R2 étant montée en parallèle avec le trajet de décharge.
Les deux résistances R1 et R2 forment un potentiomètre, de sorte que le rapport entre la' tension anodi- que et la tension de polarisation de grille est indépendant de la valeur de la tension d'alimentation.
Le dispositif fonctionne comme suit. La fermeture de 1'interrupteur S branche le trajet de décharge sur la source de tension continue 1. Toutefois, l'allumage n'a pas lieu immé- diatement du fait que le courant il qui commence à passer par les résistances R2 et R1, applique à la grille un potentiel -
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négatif par rapport à la cathode, ce qui empêche l'allumage.
Ce n'est qu'âpres que le condensateur C a été chargé par le courant i2,à travers la résistance R, à une valeur telle que le potentiel de la grille dépasse le potentiel d'allu- mage, que le trajet de décharge s'allume.
Le temps T qui s'écoule entre la fermeture de l'interrupteur S et l'allumage du trajet de décharge 1, est sensiblement indépendant de la tension d'alimentaticn et des grandeurs caractéristiques du tube à décharges. Comme le mon- tre la figure,
E désigne la tension d'alimentation,
Va la tension existant entre l'anode 3 et la catho- de 5 du trajet de décharge 1,
Vg la tension entre la grille 4 et la cathode 5 et
Vo la tension du condensateur C.
Aussitôt après la fermeture de l'interrupteur S on trouve :
E = il . (R2 + R1) (1)
E = i2 .R + i2 1/C dt (2) (le courant de grille étant négligé dans cette der- nière équation)
Par intégration de l'équation (2) on trouve:
Vc = E. (1 - e RC) (3) où le temps t et la tension Vc du condensateur sont supposés être nuls au moment où l'interrupteur S se ferme. La tension de grille Vg se compose de la tension du condensateur C et de la tension aux bornes de la résistance R1 et elle est, par conséquent, égale à:
V = V - i . R g c il. ¯¯1
Par substitution des équations (1) et (2) dans l'é- quation précédente on obtient:
EMI4.1
'Vg = E.
(1 - e lm ) - E. , + 1 R2 = E 11, 2 + E2 e m ) (4)
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La-tension anodique Va du trajet de décharge est égale à la tension existant aux bornes de la résistance R2 et, par conséquent : Va = i1 . R2 = R2/R1 + R2 E (5)
Le trajet de décharge s'allume lorsque Vg et Va satisfont à des conditions déterminées. Le rapport entre la tension de grille et la tension anodique est représenté par la courbe d'allumage de la Fig.2 et peut être exprimé par Inéquation suivante:
Va = g. Vg - Vo (6) où g = -tg [alpha]et Vo peuvent être calculés de la Fig.2 et cons- tituent les grandeurs caractéristiques du trajet de décharge, grandeurs qui peuvent être très-différentes même pour des tubes égaux de même type.
L'introduction des valeurs de Vg et de Va suivant les équations (4) et (5) dans Inéquation (6) donné Inéquation suivante pour le moment d'allumage t = T:
EMI5.1
'R R T E..- +2R2 = g. E (l\ +2 R :. e Re) - V La division par g. e. donne :
EMI5.2
1 R2 ff2 ruz v 0 g.Rl + R2 Rl + R' - g.E ou e t fi 9) - 1 R2 vo 'ldÎ (i ¯ # 1) B + 2 R ' -g7E
Par calcul logarithmique'on trouve le temps T, c'est- à-dire l'intervalle de temps qui s'écoule entre la fermeture de l'interrupteur S et l'allumage du trajet de décharge 1:
EMI5.3
T = C R In 1 (7) (1 -1 ) . R2 0 g R, + R2 g.E.
Une valeur de la constante g du tube que l'on peut aisément réaliser en pratique, est - 100. En introduisant cette
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valeur dans l'équation (7) on trouve:
EMI6.1
T C R In CRIn 1,01 R2 Vo RZ t R2 -100 E
Comme la valeur Vo, par exemple 200 volts, est sensiblement égale à la valeur de la tension E, par exemple 250 volts, ces valeurs peuvent être négligées en pratique vis- à-vis de la faible valeur du facteur 1/-100 de sorte qu'on ob- tient l'équation:
EMI6.2
T = C R 1,01 R2 l - (8) 1,01 R + 2 R2 + 0,01
Comme le montre cette équation, les grandeurs ca- ractéristiques n'exercent dans ce cas sensiblement aucune in- fluence sur le temps T, notamment si la valeur de R1 n'est pas trop grande par rapport à la valeur de R2.
Pour l'équation (8) on peut écrire approximativement:
EMI6.3
T = C. R, ln.
R2 11, + R 2 ou T = C.R.ln (1 + y±) (9) R2
Cette dernière équation montre que le temps T est indépendant de la tension d'alimentation E si l'agencement est tel que le rapport entre la tension de polarisation de grille
R et la tension anodique (c'est-à-dire 1/R2) soit indépendant R2 de la valeur de la tension d'alimentation.
La Fig.3 représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention dans lequel on a prévu des moyens qui permettent d'effectuer la mise en circuit en dépendance de la phase d'une tension alternative.
Les éléments de couplage analogues à ceux de la
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Fig.l, sont désignés sur la Fig.3 par les mêmes références.
L'interrupteur S de la Fig. 1 est remplacé par un tube à décharges à gaz 7 qui comporte une anode 8, une cathode 9 et une grille de commande 10. Une résistance 11 qui est par- courue par le courant de la source de courant continu sert à engendrer une tension de polarisation de grille négative et est reliée, d'une part, à la cathode 9 et d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance-limiteur de courant 12 et de l'enroulement secondaire 13 d'un transformateur 14, à la gril- le 10 du tube à décharges. L'enroulement primaire 15 de ce transformateur est branché sur un réseau à courant alternatif.
La valeur de la tension continue se produisant aux bornes de la résistance 11, est assez élevée pour empêcher l'allumage de trajet de décharge, 7. Lorsque la résistance 11 est court-cir- cuitée par l'interrupteur 16, la grille 10 acquiert un poten- tiel alternatif et le trajet de décharge. s'allume à un moment qui dépend de la phase de la tension alternative, un condensa- teur 17 étant prévu pour le réglage de cette phase.
L'interrupteur horaire réalisé conformément à l'in- vention est utilisé pour commander deux tubes à décharges principaux 18 et 19 qui sont alimentés par du courant alter- natif et dont les anodes 20 et 21 sont reliées à l'enroulement secondaire 22 d'un transformateur en série 23. La dérivation médiane de l'enroulement secondaire 22 est reliée aux cathodes 24 et 25 des tubes à décharges 18 et 19 et à la cathode 5 du tube à décharges 2. Les grilles de commande 26 et 27 des tubes 18 et 19 sont reliées à un point d'un potentiomètre 28 qui est alimenté par la source de courant continu 1. Ceci a pour ré- sultat que, si le trajet de décharge 7 n'est pas conducteur, une tension négative par rapport aux cathodes 24 et 25 ést appliquée aux grilles 26 et 27 des tubes à décharges princi- paux.
Toutefois, dès que le trajet de décharge 7 s'allume, la
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tension des grilles par rapport aux cathodes est modifiée par la chute de potentiel se produisant dans la résistance
R2, à un degré tel que les tubesà décharges principaux peu- vent être allumés. La résistance du transformateur en série
23 monté en série avec l'appareil de consommation 29 et le réseau à courant alternatif 30 est ainsi considérablement réduite et le courant commence à passer par le circuit de charge.
La durée de ce passage de courant est limitée car, lorsque le trajet de décharge 2 s'allume, la résistance R2 est court-circuitée et les grilles des tubes à décharges principaux 18 et 19 acquièrent, comme avant, un potentiel tel que ces derniers sont bloqués.
Le passage de courant étant terminé, l'état primi- tif doit être rétabli. A cet effet, le trajet de décharge 7 doit être éteint (par exemple, au moyen d'une grille extinc- trice ou d'un interrupteur incorporé au circuit anodique, or- ganes qui ne sont pas représentés pour plus de clarté) et le condensateur C doit être déchargé, par exemple, comme le mon- tre la figure au moyen d'un contact 31 qui est accouplé méca- niquement avec le contact 16, et d'une résistance 32..
L'utilisation d'un second interrupteur horaire analogue permet de rétablir l'état primitif automatiquement, comme il est nécessaire, par exemple, dans les machines à souder en cordon.
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Time switch.
The invention relates to a time switch comprising a gas or steam discharge path, which is supplied by alternating current and is controlled by the grid.
At present time switches of this kind are frequently used for the exact metering of current pulses of often very short duration which are required in spot or bead welding machines, or else in radiological installations.
Known time switches have the disadvantage that the duration of the voltage pulses generated, duration which controls, for example, another discharge path in gas or steam, depends on the supply voltage
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and the electrical quantities of the discharge tubes used.
This has, for example, the result that, for the same setting of the elements of a delay circuit (constituted, for example, by a resistor and a capacitor) which mainly determine the duration of the voltage pulses, the replacement from a discharge tube by a similar discharge tube causes a variation in the duration of the pulses, due to the differences which always exist between the discharge tubes of the same type with regard to the vapor pressure, etc.
The present invention is based on the idea of arranging the time switch in such a way that the duration of the voltage pulses generated is substantially independent of the supply voltage used and of the characteristic quantities of the discharge tube.
According to the invention, the control gate of the discharge path is connected, on the one hand, by the intermediary of a resistor, preferably adjustable, to the anode and, on the other hand, through a capacitor, possibly adjustable, at the cathode of the discharge path, the remainder of the device being arranged in such a way that the ratio existing between the anode voltage and the gate bias voltage is independent of the value of the voltage power supply.
The remainder of the device preferably comprises a resistor mounted in parallel with the discharge path and in series with a second resistor which is interposed between the cathode and one of the plates of the capacitor and which serves to generate the bias voltage of negative grid.
In one embodiment of the invention, an auxiliary discharge path has been connected in series with the discharge path, the gate circuit of which comprises means which make it possible to apply the DC supply voltage at a time, preferably adjustable, which is determined with respect to the phase of an alternating voltage.
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The invention, the operation of the device produced in accordance with the invention 'as well as the possibilities of its application will be described in detail with reference to the appended drawing, the particularities which emerge both from the text and from the drawing naturally forming part of it. invention.
Fig. 1 represents an advantageous embodiment of the invention.
Fig. 2 shows the ignition characteristic curve of a gate controlled discharge path.
Fig. 3 shows, by way of non-limiting example, an embodiment of the invention.
The device shown in FIG. 1, comprises a discharge path 2 which is supplied by a direct current source 1 having a voltage E and which comprises an anode 3, a control grid 4 and a cathode 5. With the interposition of a resistor-current limiter 6 , the control grid 4 is connected, via a resistor R, which is preferably adjustable, to the anode of the discharge path 2 and, through a capacitor C (possibly adjustable) to the cathode. Instead of being connected directly to cathode 5, capacitor C can be connected there via a resistor R1 which serves to generate a negative gate bias voltage, a resistor R2 being connected in parallel with the path discharge.
The two resistors R1 and R2 form a potentiometer, so that the ratio between the anode voltage and the gate bias voltage is independent of the value of the supply voltage.
The device operates as follows. Closing the switch S connects the discharge path to the DC voltage source 1. However, ignition does not take place immediately because the current 11 which begins to flow through resistors R2 and R1, applies to the grid a potential -
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negative with respect to the cathode, which prevents ignition.
It is only after the capacitor C has been charged by the current i2, through the resistor R, to a value such that the potential of the gate exceeds the ignition potential, that the discharge path s 'alight.
The time T which elapses between the closing of the switch S and the ignition of the discharge path 1, is substantially independent of the supply voltage and of the characteristic quantities of the discharge tube. As the figure shows,
E designates the supply voltage,
Va the voltage existing between the anode 3 and the cathode 5 of the discharge path 1,
Vg the voltage between the grid 4 and the cathode 5 and
Vo the voltage of capacitor C.
Immediately after closing switch S we find:
E = he. (R2 + R1) (1)
E = i2. R + i2 1 / C dt (2) (the gate current being neglected in this last equation)
By integration of equation (2) we find:
Vc = E. (1 - e RC) (3) where the time t and the voltage Vc of the capacitor are assumed to be zero when the switch S closes. The gate voltage Vg is made up of the voltage of the capacitor C and the voltage across the resistor R1 and it is, therefore, equal to:
V = V - i. R g c il. ¯¯1
By substituting equations (1) and (2) in the previous equation we obtain:
EMI4.1
'Vg = E.
(1 - e lm) - E., + 1 R2 = E 11, 2 + E2 e m) (4)
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The anode voltage Va of the discharge path is equal to the voltage existing at the terminals of the resistor R2 and, therefore: Va = i1. R2 = R2 / R1 + R2 E (5)
The discharge path turns on when Vg and Va satisfy determined conditions. The ratio between the gate voltage and the anode voltage is represented by the ignition curve in Fig. 2 and can be expressed by the following inequation:
Va = g. Vg - Vo (6) where g = -tg [alpha] and Vo can be calculated from Fig. 2 and constitute the characteristic quantities of the discharge path, quantities which can be very different even for equal tubes of the same type.
The introduction of the values of Vg and of Va according to equations (4) and (5) in Inequation (6) given Following inequation for the ignition moment t = T:
EMI5.1
'R R T E ..- + 2R2 = g. E (l \ +2 R:. E Re) - V The division by g. e. gives:
EMI5.2
1 R2 ff2 ruz v 0 g.Rl + R2 Rl + R '- g.E or e t fi 9) - 1 R2 vo' ldÎ (i ¯ # 1) B + 2 R '-g7E
By logarithmic calculation we find the time T, that is to say the time interval which elapses between the closing of the switch S and the ignition of the discharge path 1:
EMI5.3
T = C R In 1 (7) (1 -1). R2 0 g R, + R2 g.E.
A value of the constant g of the tube which can easily be achieved in practice is - 100. By introducing this
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value in equation (7) we find:
EMI6.1
T C R In CRIn 1.01 R2 Vo RZ t R2 -100 E
As the value Vo, for example 200 volts, is substantially equal to the value of the voltage E, for example 250 volts, these values can be neglected in practice vis-à-vis the low value of the factor 1 / -100 so that we get the equation:
EMI6.2
T = C R 1.01 R2 l - (8) 1.01 R + 2 R2 + 0.01
As this equation shows, the characteristic quantities in this case have substantially no influence on the time T, in particular if the value of R1 is not too large compared to the value of R2.
For equation (8) we can write approximately:
EMI6.3
T = C. R, ln.
R2 11, + R 2 or T = C.R.ln (1 + y ±) (9) R2
This last equation shows that the time T is independent of the supply voltage E if the arrangement is such that the ratio between the gate bias voltage
R and the anode voltage (that is to say 1 / R2) is independent R2 of the value of the supply voltage.
FIG. 3 represents, by way of non-limiting example, an embodiment of the invention in which means have been provided which make it possible to carry out the phase-dependent switching on of an alternating voltage.
Coupling elements analogous to those of the
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Fig.l, are designated in Fig.3 by the same references.
The switch S of FIG. 1 is replaced by a gas discharge tube 7 which comprises an anode 8, a cathode 9 and a control grid 10. A resistor 11 which is carried by the current from the direct current source serves to generate a voltage of negative grid bias and is connected, on the one hand, to the cathode 9 and on the other hand, through a current limiting resistor 12 and the secondary winding 13 of a transformer 14, to the grill 10 of the discharge tube. The primary winding 15 of this transformer is connected to an alternating current network.
The value of the DC voltage occurring across resistor 11 is high enough to prevent ignition of the discharge path, 7. When resistor 11 is short-circuited by switch 16, gate 10 acquires an alternating potential and the discharge path. lights up at a time which depends on the phase of the alternating voltage, a capacitor 17 being provided for the adjustment of this phase.
The time switch produced in accordance with the invention is used to control two main discharge tubes 18 and 19 which are supplied with alternating current and whose anodes 20 and 21 are connected to the secondary winding 22 of. a series transformer 23. The middle branch of the secondary winding 22 is connected to the cathodes 24 and 25 of the discharge tubes 18 and 19 and to the cathode 5 of the discharge tube 2. The control grids 26 and 27 of the tubes 18 and 19 are connected to a point of a potentiometer 28 which is supplied by the direct current source 1. This results in that, if the discharge path 7 is not conducting, a negative voltage with respect to the cathodes 24 and 25 are applied to the grids 26 and 27 of the main discharge tubes.
However, as soon as the discharge path 7 lights up, the
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voltage of the gates relative to the cathodes is modified by the potential drop occurring in the resistor
R2, to such an extent that the main discharge tubes can be ignited. The resistance of the transformer in series
23 mounted in series with the consumer device 29 and the AC network 30 is thus considerably reduced and current begins to flow through the charging circuit.
The duration of this current flow is limited because, when the discharge path 2 turns on, the resistor R2 is short-circuited and the gates of the main discharge tubes 18 and 19 acquire, as before, a potential such that the latter are blocked.
The current flow being completed, the original state must be restored. For this purpose, the discharge path 7 must be switched off (for example, by means of an extinguishing grid or a switch incorporated in the anode circuit, parts which are not shown for the sake of clarity) and the capacitor C must be discharged, for example, as shown in the figure by means of a contact 31 which is mechanically coupled with the contact 16, and a resistor 32 ..
The use of a second, analogous time switch enables the initial state to be restored automatically, as is necessary, for example, in bead welding machines.