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Circuit à temps
Cette invention porte sur un circuit électronique à temps destiné à être utilisé notamment avec une alimentation en tension alternative.
Les appareils de soudure par résistance utilisent fréquemment un circuit électronique à temps pour déterminer la durée de certaines opérations successives. un utilise actuellement à cette fin et pour d'autres usages, un certain nombre de circuits à temps différents comportant une valve électrique qui devient con- ductiice à la fin de l'intervalle de temps. Toutefois, autant que l'on sache, ces circuits antérieurs ont un fonctionnement assez irrégulier dans certaines circonstances, ou bien ils comportent un trop grand nombre d'éléments pour être économiquement pratiques dans de nombreuses applications.
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Les plus pratiques de ces circuits à temps antérieurs sont pourvus d'une connexion entre le circuit de commande de la valve et la source de tension alternative. Il en résulte que le circuit de commande de la valve subit les à-coups de tension qui peuvent se produire dans les lignes d'alimentation, par le fonc- tionnement d'autres appareils branchés sur ces mêmes lignes, par exemple . Par conséquent, une surtention, d'une certaine polarité et de valeur suffisante peut rendre la valve conductrice indépen- damment du temps., et le fonctionnement de l'installation peut s'en ressentir sérieusement.
La présente invention a par conséquent pour but d'offrir: - Un nouveau circuit électronique à temps perfectionné.
-Un nouveau circuit à temps de construction pratique évitant sensiblement toute variation de l'intervalle de temps ayant pour origines les surtensions d'alimentation.
- Un nouveau circuit à temps comportant,une valve électrique qui est rendue conductrice au bout d'un intervalle de temps de durée préalablement déterminée et mesuré avec pré- cision.
- Un nouveau circuit à temps comportant une valve élec- trique qui est rendue conductrice au bout d'un intervalle de temps de durée préalablement déterminée et mesuré avec précision, et évitant sensiblement toute variation de l'intervalle de temps ayant pour origine les surtensions d'alimentation.
L'invention elle-même, ainsi que ses autres buts et avantages, ressortiront mieux de la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée en référence au dessin annexé, dont la figure unique est un schéma d'un montage préféré de l'invention.
Si l'on considère le dessin, un transformateur d'alimen- tation 3 présente un enroulement primaire 5 alimenté par une paire
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de lignes d'alimentation tension alternative 7 et 9, et un enrou- lement secondaire 11 pourvu d'une paire de bornes d'extrémités 13 et 15 et d'une borne internédiaire 17. La borne de l'extrémité de droite, 15, de l'enroulement secondaire 11 est connectée au moyen de la bobine d'excitation 19 d'un relais 21 et d'une résistance 23 à l'anode 25 d'une valve électrique 27, de préférence du type à arc, un thyratron par exemple. La cathode 29 du tube 27 est connectée par une résistance 31 à la même borne d'extrémité 15 de l'enroulement secondaire 11.
Cette cathode 29 est également con- nectée à la borne intermédiaire 17 de l'enroulement secondaire 11 par l'interrupteur de démarrage normalement ouvert 33. L'inter- rupteur 33 est shunté par le contact normalement ouvert 35 d'un relais de réalisation 37, dont la bobine d'excitation 39 est connectée entre la cathode 29 et la borne de droite 15 du secon- daire 11 au moyen d'un interrupteur d'arrêt normalement fermé 41.
Une première capacité 43 et une résistance 45 sont con- nectées en série, dans l'ordre cité, de la borne intermédiaire 17 de l'enroulement secondaire 11 à la borne de l'extrémité gauche 13. L'électrode de commande 47 du tube 27 est connectée par une résistance de grille 49 et une seconde capacité 51 à un point 53 situé entre la première capacité 43 et sa résistance associée 45. Une résistance variable 55, qui peut être graduée en unités de temps dans la gamme de fonctionnement pour laquelle le circuit est construit, est montée en dérivation sur la se- conde capacité 51.
Puisque le relais 21 doit être alimenté par le tube 27, une capacité appropriée 57 peut être connectée en shunt avec sa bobine d'excitation 19 afin de le maintenir dans sa position d'excitation pendant chaque demi-période négative de courant alternatif suivant une demi-période positive pour laquelle le tube 27 est conducteur. Un entend par demi-période positive, une
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demi-période pendant laquelle l'anode du tube 27 est positive par rapport à la cathode.
Une charge appropriée 59 est connectée entre les bornes d'extrémité 13 et 15 de l'enroulement secondaire 11 par le con- tact normalement ouvert 61 du relais 21.
Pour faire fonctionner l'appareil, on peut fermer l'in- terrupteur de démarrage 33 pour faire commencer l'intervalle de temps. Avant la manoeuvre de l'interrupteur de démarrage 33, la seconde capacité 51 est chargée à une valeur maximum préala- blement déterminée par la tension apparaissant dans la partie de l'enroulement secondaire 11 comprise entre la borne de droite 15 et la borne intermédiaire 17, plus la tension apparaissant aux bornes de la première capacité 43. Lorsque la tension sur l'en- roulement secondaire Il donne à sa borne d'extrémité gauche 13 une polarité positive par rapport à la borne d'extrémité droite 15, le courant passe du point 53 situé entre la première capacité 43 et sa résistance associée 45, par la seconde capacité 51, la résistance de grille 49,
l'électrode de commande 47 et la ca- thode 29 du tube 27 .et, par la résistance 31,à la borne de droite 15 du secondaire. Puisque le circuit électrode de commande- ca.thode à l'intérieur de la valve 27 forme effectivement un re- dresseur, il n'y passe pratiquement aucun courant lorsque l'élec- trode de commande est négative par rapport à la cathode. Par conséquent, pendant qu'un voltage alternatif apparaît aux bornes de la première capacité 43, la seconde capacité 51 se maximum charge à une valeur/ préalablement choisie. Le voltage sur la pre- mière capacité 43 est, naturellement décalé en arrière du voltage existant entre les bornes 13 et 17, le retard dans le montage pré- féré étant de l'ordre de 80 degrés.
Lorsque l'interrupteur de démarrage 33 est fermée il complète un circuit passant par la bobine d'excitation 39 du re-
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lais de réalimentation 37. Par suite, le contact 35 du relais se ferme afin d'assurer un circuit de réalimentation en déri- vation de l'interrupteur de démarrage. Un circuit allant de la cathode 29 à la borne intermédiaire 17 de l'enroulement secon- daire 11 se trouve ainsi fermé. Lorsque ce circuit de la cathode 29 à la borne intermédiaire 17 est fermé, toute charge de la seconde capacité 51 est empêchée et ne peut se produire avant que le voltage sur la seconde capacité 51 soit inférieur au voltage de la première capacité 43, ce qui ne se produit, comme on le verra plus loin, qu'après l'expiration de l'intervalle de temps.
Lorsque l'interrupteur de démarrage 33 est fermé, la première et la seconde capacités 43 et 51 sont connectées en série entre l'électrode de commande 47 et la cathode 29. Les caractéristiques du tube 27 exigent naturellement qu'un voltage plus positif qu'une valeur déterminée soit appliqué entre l'électrode de commande 47 et la cathode 29 pendant une demi- période positive pour que le tube devienne conducteur. Pour un tube)approprié, tel qu'un thyratron RCA-2050, la tension criti- que est de l'ordre de moins 6 volts.
La tension apparaissant alors entre l'électrode de commande 47 et la cathode 29 après fermeture de l'interrupteur de démarrage 33 est essentiellement à tout instant la sonme algébrique du voltage de la seconde capacité 51 et du voltage de la première capacité 43. La charge de la seconde capacité 51 est de polarité tendant à rendre l'électrode de commande 47 fortement négative par rapport à la cathode 29. Le voltage al- ternatif de la première capacité 43, tout en étant déphasé en arrière par rapport au voltage existant entre les bornes 13 et 17, est, en ce qui concerne son application entre l'électrode de commande et la cathode, déphasé en avant d'environ 80 degrés
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par rapport à la tension anode-cathode du tube.
Cependant, la valeur instantanée de crête du voltage de la première capacité est considérablement inférieur à la charge de la seconde capacité 51 lorsque l'on ferme l'interrupteur 33, de sorte que le tube 27 reste non conducteur.
La seconde capacité 51 ne se chargeant plus après fermeture de l'interrupteur de démarrage 33, elle commence à se décharger dans la résistance variable 55 en shunt avec elle à un taux préalablement choisi par le réglage de cette résistance.
Au bout d'un temps préalablement choisi déterminé par le réglage de la résistance 55, le voltage de la seconde capacité 51 est réduit à tel point que la somme alg/ébrique des voltages des pre- mière et seconde capacités devient plus positive que la valeur critique de conductibilité du tube 27. un préfère que le degré de déphasage en avant du voltage de la première capacité par rapport à la tension anode-cathode du tube, soit de l'ordre de 80 degrés car le voltage de la première capacité atteint alors sa valeur de crête dans le sens positif approximativement au même instant de la période de la tension d'alimentation auquel la ten- sion anode-cathode devient positive pour permettre la conducti- bilité du tube.
Par conséquent, si le tube doit être rendu conduc- teur pendant une demi-période, cette conductibilité se produira au début ou au voisinage du début de la demi-période.
Lorsque le tube 27 devient conducteur, le courant passe de la borne d'extrémité droite 15 de l'enroulement secondaire 11, par la bobine d'excitation 19 du relais 21, la résistance 23, l'anode 25 et la cathode 29 du tube 27, le contact fermé 35 du relais)de réalimentation 37, à la borne intermédiaire 17. Le relais 21 est ainsi excité pour compléter le circuit passant par la charge 59 et le tube 27 devenant conducteur au début ou presque d'une demi-période assure le fonctionnement bien déterminé' du relais.
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Par la suite, on peut ouvrir à volonté l'interrupteur d'arrêt 41 pour faire cesser l'excitation du relais de réalimen- tation 37 et rendre ainsi le tube 27 non conducteur. Il en résulte la cessation de l'excitation du relais 21 et l'ouverture du cir- cuit de charge. On peut amorcer à nouveau le fonctionnement du circuit à temps en refermant l'interrupteur de démarrage 33 après un court intervalle de temps pendant lequel la seconde capacité 51 se recharge.
Il est évident que l'instant particulier d'une période du voltage de la première capacité auquel le tube devient conduc- teur dépend du degré de déphasage de ce voltage par rapport à la tension anode-cathode. De plus, pour n'importe quel déphasage donné, le tube devient toujours conducteur aux cours des opérations successives approximativement au même instant relatif de la pé- riode du voltage de la première capacité, même pour des intervalles de temps différents compris dans une gamme pratique. Or, la condi- tion optimum pour le temps de décharge de la capacité exige que l'intervalle de temps expire 'lorsque le voltage restant encore dans la capacité en décharge, dans ce cas la seconde capacité 51, ait approximativement 37% de sa valeur primitive.
La condition opti- mum peut être représentée par les équations suivantes dans lesquel- les Ec est le voltage de la capacité, t représente le temps, R représente la résistance du circuit de décharge, C est la valeur de la capacité, et Eo est le voltage initial de la capacité. Les rapports de voltages pour une capacité en décharge peuvent être
EMI7.1
exprimés par : RC Ec = Eo (1 - e (1) = t E 0 e (2) dt RC Eo
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Or, dans la condition optimum selon laquelle une valve électrique doit être rendue conductrice par décharge d'une capacité, comme représenté, la variation du voltage de la capacité avec le temps est maximum lorsque la valve devient conductrice. On trouve cette condition avec la valeur maximum de l'équation (2).
En substituant la valeur de t ainsi trouvé dans l'équation (1), il ressort que :
Ec = 0,37 Eo
Pour obtenir cette condition optimum, il est donc nécessaire que le voltage instantané de la première capacité 43 à l'instant de la période auquel le tube 27 doit être rendu conducteur, soit approximativement 37% de la charge maximum primi- tive de la seconde capacité 51.
Pour éviter les effets indésirables des surtensions d'alimentation, selon l'invention, la relation entre la première capacité 43 et la résistance 45 est agencée de manière à former effectivement un filtre pour les surtensions que l'on rencontre habituellement. Ainsi, une surtension d'alimentation n'apparaît pas avec une valeur appréciable dans le voltage alternatif de la capacité 43, de sorte que tout effet indésirable sur le fonctionne- ment du tube 27 est pratiquement évité. En même temps, l'agence- ment doit être tel que le voltage de la première capacité 43 à un instant d'une demi-période de celui-ci correspondant à l'instant auquel le tubè doit devenir conducteur soit approxima- tivement 37% de la charge maximum de la seconde capacité 51.
Pour obtenir ces conditions,on choisit la résistance 45 et la capacité 43 pour former le filtre par rapport aux surtensions. On choisit la position de la borne intermédiaire 17 de manière à assurer le rapport de voltage désiré.
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On remarquera que la première capacité 43 forme non seulement partie du filtre pour les à-coups de voltage mais elle fournit également un voltage alternatif au circuit de commande du tube pour assurer le fonctionnement positif et permet en outre l'établissement de la condition optimum de temps de décharge de la capacité pour le fonctionnement du tube sur toute la gamme de réglage de temps.
Bien que l'on ait représenté et décrit une forme préférée de réalisation de l'invention, il est bien entendu,que l'on peut y apporter de nombreuses modifications sans sortir de son esprit.
Elle ne se limite donc pas au montage particulièrement décrit.