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DISPOSITIFS ELECTRONIQUES D'ALIMENTATION DES MOTEURS! COURANT CONTINU PAR ' UNE SOURCE 'DE 'COURANT ALTERNATIF.
La présente invention se rapporte aux dispositifs électroniques d'alimentation d'une charge à courant continu, d'un moteur par exemple, au moyen d'une source de courant alternatif.
Elle a pour but de réaliser une commande électronique du type ci- dessus, assurant une régulation satisfaisante de tension sur une gamme éten- due, au moyen d'un dispositif électronique moins compliqué et, en général, d'un nombre de tubes électroniques inférieur au nombre habituellement néces- saire pour ces applications.
L'invention a encore pour objet de fournir une commande électro- nique capable de commander l'inversion du sens de rotation d'un moteur à courant continu, en l'occurence, et selon le sens d'un écart fait par l'in- tensité, la tension ou autre valeur par rapport à un point déterminé, et assurant un bon réglage de la vitesse du moteur, dans les deux sens de ro- tation, à l'aide d'accessoires électroniques relativement simples et peu nom- breux.
Les dispositifs alimentés en courant alternatif du type général dont il s'agit sont équipés de tubes commandables à arc ou à décharges en atmosphère gazeuse, des thyratrons ou des ignitrons par exemple, qui sont connectés à la charge ou moteur en -Lui montage pour redressement total. On sait que le déclenchement du fonctionnement de ces tubes peut être obtenu soit par une tension périodique de commande à phase mobile synchrone avec la tensi- on alternative d'anode, soit par une tension de commande unidirectionnelle de valeur variable.
L'application d'une tension périodique synchrone de commande permet d'amener les tubes redresseurs pratiquement de la conductibilité nulle à la conductibilité totale, alors que la commande antérieurement obtenue au moyen de la tension unidirectionnelle ne permet une variation et un réglage de la conductibilité du tube qu'entre les valeurs de demi-phase et de phase totale. L'invention a donc également pour objet d'assurer, au moyen d'une tension de commande unidirectionnelle, un réglage ou une commande de la tensi-
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on redressée sur une gamme plus étendue que précédemment, en particulier jus- qu'à la conductibilité au'quart de phase du montage pour. redressement total.
Selon l'une des caractéristiques de l'invention, les tubes re- dresseurs commandés d'un dispositif à redressement total, pour alimentation d'une charge à courant continu,, sont pourvus de circuits de'grilles ou de commande auxquels les tensions unidirectionnelles ne sont appliquées que pour déclenchement en réponse aux variations d'une composante de ces ten- sions, sensible aux conditions de fonctionnement; et la valeur des tensions de commande relatives aux tubes respectifs est différenciée tie manière que 1' amorçage des tubes s'effectue à différentes valeurs de la composante sensible aux conditions de fonctionnement.
Par exemple, lorsque cette composante de- vient moins négative, la conductibilité d'une tube est d'abord amorcée pour fonctionnement demi-phasé,puis la conductibilité de ce même tube est progrès-. sivement augmentée jusqu'à la conductibilité totale, tandis que l'autre tube n'est amorcé que lorsque le premier a presque complètement atteint la conduc-. tibilité totale.
Ceci permet de faire varier la tension redressée de sa va- leur en fonctionnement au quart de phase à sa valeur en fonctionnement à pleine phase, c'est-à-dire entre moins de 25% et 100% de la tension caracté- ristique,
Selon une autre caractéristique de l'invention, la composante sen- sible aux conditions de fonctionnement, de tension de commande des tubes est directement dérivée du circuit de charge par un dispositif potentiométrique ou à l'impédance, c'est-à-dire que cette composante de tension de grille est prise sur un élément de résistance connecté en série ou en parallèle avec le circuit de débit des tubes redresseurs commandés, au besoin par l'intermédiai- re d'un dispositif de filtrage, sans amplificateur intermédiaire, ni sources distinctes de courant.
Le nombre de tubes électroniques auxiliaires et acces- soires correspondants se trouve ainsi réduit au minimum.
D'autres buts et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description suivante de diverses formes de réalisation, données en ré- férence aux dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 est un schéma des circuits d'une commande pour un moteur non réversible;
La figure 2 est le schéma d'une commande de régulateur de four à arc équipé avec un moteur réversible, et
Les figures 3 à 7 sont des diagrammes explicatifs de tension rela- tifs au dispositif de la figure 2.
Les bornes de courant alternatif de la commande de moteur repré- sentée à la figure 1 sont connectées au primaire d'un transformateur 2 dont les secondaires sont indiqués en 3, 4 et 5. L'induit 8 du moteur à commander est alimenté au moyen du secondaire 3 par l'intermédiaire de deux thyratrons 6 et 7 connectés en redresseurs d'onde totale. L'enroulement inducteur 9 du moteur est excité au moyen du secondaire 4 par l'intermédiaire d'un redresseur 11 et d'un rhéostat de champ 12.
Un autre circuit comportant les redresseurs 13 et 14, alimenté par le secondaire 5, applique sa tension de débit aux résistances potentiométri- ques, connectées en série 15, 16 et 17. Un tube régulateur de tension, à catho- de froide, 18, est connecté aux résistances 15 et 16 afin d'entretenir dans ces résistances une tension constante courant continu. Les variations normales de tension du réseau et les irrégularités cycliques de tension du circuit des redresseurs 13 et 14 sont absorbées par la résistance 17. La résistance 16 per- met un réglage de un à deux volts pour compenser les variations inhérentes à la fabrication dans les caractéristiques d'amorçage des grilles des deux thy- ratrons.
La résistance 15 est pourvue d'une prise de contact ou curseur dont le réglage détermine la vitesse à laquelle le moteur est destiné à tourner.
Ce curseur est connecté à une résistance variable 21 à laquelle est connectée en parallèle une capacité 22. La résistance 21 est montée en série avec une résistance variable 23... 'Une tension à courant continu variable;proportionnel-
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le au courant de charge moyen passant dans le circuit des thyratrons, est ap- pliquée à la résistance 23 par un redresseur 25 alimenté par un transformateur 26 comportant deux primaires intercalés respectivement dans les circuits de plaque des thyratrons 6 et 7. Une capacité d'aplanissement 27 est connectée aux bornes de la résistance 23.
Une résistance potentiométrique 28 est connectée aux bornes de' l'induit 8 en série avec une bobine de réactance de'filtrage 29, une capacité 31 étant connectée aux bornes de la résistance 28. La chute de tension appli- quée à la résistance 28 est proportionnelle à la tension aux bornes de l'in- duit du moteur.
Le circuit de grille des thyratrons 6 et 7 passe du conducteur commun 32 de cathodes des thyratrons par la résistance 28, la résistance 23, la résistance 21, et une partie branchée de la résistance 15 au point 33. A partir de ce point, le circuit de grille du thyratron 6 passe par la résistan- ce 34 et une résistance 30 à la grille du tube, tandis que le circuit de gril- le du tube 7 passe du point 33 par la résistance 16 et une résistance 36 à la grille. Le dispositif est pourvu d'un interrupteur ou contacteur de commande comportant les contacts 37 et 38. Ces deux contacts ne sont fermés que lors- que le moteur est au repos et doivent être ouverts pour démarrer et faire fonc- tionner le moteur .
Le circuit de grilles susmentionné des thyratrons 6 et 7 comprend deux sources principales de tensions à courant continu en série opposition.
L'une de ces sources est représentée par la partie branchée réglable du rhéo- stat 15. La tension constante réglable de cette partie détermine la vitesse de moteur désirée, et applique aux grilles des deux thyratrons un potentiel positif par rapport à leurs cathodes, tendant à les faire fonctionner à plei- ne phase, c'est-à-dire avec la conductibilité maximum. La seconde source principale de tension de grilles du circuit de grilles des thyratrons 6 et 7 est-représentée par la partie branchée de la résistance 28, qui fournit une tension courant continu variable proportionnelle à la tension aux bornes de l'induit dumoteur.
Cette tension prise sur la résistance 28 est de même ordre de valeur que la tension de commande réglée par le rhéostat 15, mais de pola- rité opposée de manière à réduire l'angle d'amorçage et de conductibilité des thyratrons. Si l'on suppose momentanément que les deux tensions de grilles qu'on vient de mentionner sont les seules effectives dans le circuit de gril- les des thyratrons et que la tension d'induit effective aux bornes de la ré- sistance 28 est approximativement proportionnelle à la vitesse du moteur, le dispositif fonctionne de la manière suivante :
Les grilles des thyratrons peuvent être polarisées à n'importe quel potentiel positif par rapport aux cathodes, par réglage de la résistance potentiométrique 15.Il en résulte qu'avec n'importe quel réglage choisi du rhéostat 15, les thyratrons laissent passer le courant en fonctionnant à plein phase et accélèrent le moteur jusqu'à ce que sa tension d'induit, et par con- séquent, la tension de cathode des thyratrons, dépasse la tension de grille choisie. A partir de ce moment, le point d'amorçage des thyratrons s'abaisse progressivement jusqu'au point d'amorçage à demi-phase, et si la vitesse et la tension de l'induit du moteur continuent encore à augmenter, la conducti- bilité des thyratrons cessera complètement, la tension de grille'des thyra- trons devant négative par rapport à la tension cathodique.
Une légère baisse de vitesse et de tension cathodique provoquera d'abord l'amorçage à demi-pha- se des thyratrons. Maïs si la charge continue à ralentir le moteur, la con- ductibilité s'établira pendant la totalité de la phase. La vitesse du moteur est pratiquement maintenue de cette manière à la valeur désirée. Elle peut être réglée au moyen du rhéostat 15, dans les limites d'une gamme comprise en- tre la vitesse fondamentale caractéristique et la valeur de vitesse correspon- dant à quelques volts. On peut obtenir du moteur une vitesse supérieure à la vitesse fondamentale de la manière habituelle par réglage du rhéostat de champ inducteur 12.
Si le couple appliqué au moteur vient à changer, la tension déri- vée de la partie active de la résistance 28 ne constitue plus -une mesure suf- fisamment précise de la vitesse du moteur. Toutefois, la résistance 23 repré-
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sente une autre source de tension pour le circuit de grille des thyratrons
6 et 7. Cette tension est proportionnelle au courant de charge et à la chute
IR du circuit du moteur et est destinée à compenser les variations de vitesse du moteur provoquées par les variations de la chute IR. A cette fin, la ten- sion de la résistance 23 est appliquée directement pour augmenter la tension de grille des thyratrons, dans le sens positif, à un degré que l'on peut régler au moyen du curseur de la résistance 23, de manière à compenser exactement la chute IR dans l'induit du moteur.
Lorsque l'interrupteur ou contacteur de commande est amené à la position d'arrêt à laquelle ses contacts 37 et 38 sont fermés, une tension négative appliquée aux grilles des thyratrons par la résistance 39 provoque l'arrêt du moteur. Pendant que l'interrupteur se trouve à cette position d'ar- rêt, les résistances 21 et 34 chargent les capacités 22 et 35, respectivement.
La constante de temps du circuit de la capacité 22 et de la résistance 21 est inférieure à celle du circuit formé par la capacité 35 et la résistance 34, et la constante de temps du circuit 21 et 22 est de l'ordre du temps'd'accé- lération du moteur à pleine vitesse. Avec ces constantes de temps, l'ouver- ture des contacts 37 et 38 a pour résultat d'effectuer l'accélération du moteur par impulsions de demi-périodes alternées, d'une durée de 7,- à 2, période, transmises par le thyratron 7 seulement.¯Apres décharge des capacités 22 et
35, seulement, le thyratron 6 se trouve en état de s'amorcer et à partir de ce moment, les deux thyratrons fonctionnent. De cette manière, le courant de démarrage du moteur est limité à une valeur en deca de la capacité de sur char- . ge des thyratrons.
La forme de réalisation représentée à la figure 2 est le disposi- tif de commande réversible d'un moteur M, utilisé comme régulateur d'intensi- té pour four à arc.
Le dispositif est alimenté par les bornes de courant alternatif
101 au moyen des transformateurs 102, 202 et 104. Le transformateur 102 com- porte les enroulements secondaires 103, 105, et le transformateur 202 les enroulements secondaires 203, 205. Deux thyratrons 106 et 107 sont connectés à l'enroulement 103 pour alimentation de l'induit 106 du moteur M par redres- sement total de l'onde de courant. Deux thyratrons 206 et 207 sont montés en- tre l'enroulement 203 et le circuit d'induit du moteur M pour redressement to- tal. Les deux jeux de redresseurs sont connectés avec l'induit 108 en opposi- tion de polarité, afin que le moteur tourne dans le sens de relevage de l'élec- trode lorsque les redresseurs 106 et 107 sont conducteurs et dans le sens d' abaissement de l'électrode lorsque les redresseurs 206 et 207 sont conducteurs.
L'enroulement inducteur 109 du moteur est excité au moyen du transformateur
104 par l'intermédiaire des redresseurs 111 et d'un rhéostat de champ 112.
Au secondaire 105 du transformateur 102 est connecté un circuit de redressement comportant deux redresseurs 113 et 114 dont le circuit de dé- bit passe par une résistance 117 et un tube à cathode froide 118. Etant donné la fonction stabilisatrice du tube 118, la tension aux bornes de ce tube est constante, tandis que les fluctuations de la tension du réseau sont absorbées par la résistance 117. La chute de tension existant aux bornes du tube 118 est appliquée comme tension constante de polarisation au circuit de grilles des tubes 106 et 107.
De même, le secondaire 205 du transformateur 202 alimente un cir- cuit de redressement comportant les redresseurs 213 et 214 dont la tension de débit est appliquée aux bornes d'une résistance 217 et d'un tube régulateur de tension à cathode froide 218. La chute de tension dans le tube 218 est ap- pliquée comme tension constante de polarisation au circuit de grilles des tu- bes 206 et 207.
Le four à arc dont'le dispositif doit régler le courant est repré- senté en 140 et son électrode mobile en 141. L'électrode est relevée et abais- sée au moyen d'un câble passant sur un tambour 142 entraîné par l'induit 108 du moteur M. Le courant est amené au four au moyen d'un câble 143 sous la com- mande du contact principal 144 d'un interrupteur également pourvu de contacts auxiliaires 145 et 146.
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Deux transformateurs d'intensité 150 et 250 -sont associés au câble 143. Le voltage secondaire du transformateur 150 est'appliqué aux bornes d'un rhéostat 151, dont le curseur ext relié au curseur d'unrhéostat similaire$ 251 connecté au transformateur d'intensité 250. La tension du rhéostat 151 alimente un re- dresseur 152 dont la tension de débit est appliquée aux bornes d'un rhéostat 153. Un redresseur semblable 252 et un rhéostat 253 sont associés au rhéostat 251. La borne positive du rhéostat 153 est connectée au moyen d'une résistan- ce 155 à la grille du thyratron 106, et le curseur du même rhéostat est' connec- té au moyen d'une résistance 156 à la grille du thyratron 107.
Les résistances 255 et 256 connectent les grilles des thyratrons 206 et, 207, respectivement, au curseur et à la borne négative du rhéostat 253.
Le moteur est pourvu d'un frein à friction réglée par ressort 158, dont la bobine de relâchement magnétique 159 est connectée en série au circuit d'induit.
Lorsque l'interrupteur est ouvert, c'est-à-dire lorsque les con- tacts 144, 145 et 146 sont aux positions représentées à la figure 2, aucun courant n'arrive au four et les tensions appliquées aux rhéostats 151 et 251 sont nulles. Les grilles des thyratrons 106 et 107 de relevage d'électrode sont polarisées négativement par la tension constante courant continu fournie par le tube 118 et les grilles des thyratrons 206 et 207 d'abaissement d'élec- trode sont également polarisées négativement 'au moyen de la tension aux bornes de la résistance 217 par l'intermédiaire du contact 146 de l'interrupteur.
Lors- qu'on ferme l'interrupteur en supposant que l'électrode 141 est d'abord hors de contact avec la charge du four, de sorte que les transformateurs 150 et 250 ne sont pas alimentés, le contact 145, maintenant fermé, applique un potentiel positif aux grilles des thyratrons 206 et 207, tandis que le potentiel négatif précédemment effectif est supprimé par l'ouverture du contact 146. L'induit 108 du moteur, alors alimenté par les thyratrons 206 et 207, abaisse l'électro- de 141 dans le contenu du four. Le courant commence à passer dans le câble IL,.3 et les. tensions dans les rhéostats 151 et 251 prennent des valeurs croissan- tes.
Le courant du four augmente jusqu'à une valeur déterminée par le réglage dutrhéostat 251, valeur à .laquelle la tension redressée fournie par le trans- formateur d'intensité 250 au rhéostat 253 devient plus négative que la ten- sion positive aux bornes du tube 218. A ce moment, les thyratrons 206 et 207 cessent d'être conducteurs et le moteur est arrêté par la cessation de l'ex- citation de la bobine de frein 159.
Des valeurs numériques déterminées permettront d'expliquer plus clairement les caractéristiques régulatrices de ce dispositif. On supposera donc, à titre d'exemple, que la tension courant continu stabilisée par les tubes 118 et 218 est de 150 volts, que la tension d'amorçage de grille des thyratrons est de zéro volt pour un potentiel anodique d'approximativement 20 volts et -3 volts à la tension maxima d'anode (voir figure 3); et que les résistances 151, 154 et 251 sont réglées de manière qu'avec 100% du courant choisi passant dans l'électrode du four la tension courant continu dans la résistance 153 soit de 1465 volts et que celle de la résistance 253 soit de 153,5 volts.
Dans ces conditions, tant que le courant passant dans l'électrode du four reste à 1005, c'est-à-dire à la valeur choisie, une polarisation de grille de -3,5 volts est appliquée à tous les thyratrons et aucun changement ne se produit dans la position de l'électrode. Une élévation de ? % du courant passant dans l'électrode du four élevé la tension de la résistance 153 à 147, volts. La polarisation de grille des thyratrons 106 et 107 prend une valeur de -2,8 volts qui les amorce à la position demi-phasée. Le moteur se trouve ainsi alimenté approximativement à demi voltage dans le sens de relevage de l'électrode du four.
Ce relèvement de l'électrode,a pour effet d'abaisser l'intensité du courant passant dans l'électrode, diminution qui, lorsqu'el- le atteindra une fraction de un pour cent abaissera la tension de la résis- tance 153 à 147 volts, ou moins. Les thyratrons 106 et 107 cesseront d'être conducteurs et le frein agira sur le moteur pour empêcher tout autre mouve- ment de l'électrode.
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Au sujet du fonctionnement décrit ci-dessus on remarquera.que 1' augmentation de 2% au-delà de la valeur choisie de courant d'électrode abais- se la polarisation de grille des thyratrons 206 et 207 de -3,5 à -4,25 volts par augmentation de la tension aux bornes de la résistance 253; et des que les thyratrons 106 et 107 laissent passer le courant,, une importante chute de tension apparaît aux bornes de la résistance à maxima d'intensité de relé- vage 157; la polarisation négative de grille des thyratrons 206 et 207 s'en trouve considérablement augmentée et toute possibilité de conductibilité si- multanée des quatre thyratrons à la fois et ainsi complètement éliminée, même avec un réglage incorrect de la résistance.
Naturellement, une élévation du courant d'électrode supérieure à 1% provoque une augmentation proportionnelle de la tension de grille des thyratrons et avance le point d'amorçage de ceux-ci jusqu'à ce qu'ils soient conducteurs pendant la totalité de la phase, au cas où de fortes corrections du courant d'électrode sont nécessaires.
De même, une chute de courant d'électrode de four jusqu'à 99,5% de la valeur choisie provoque l'amorçage des thyratrons 206 et 207 approximati- vement à demi-phase. Le moteur fonctionne alors en sens inverse pour abaisser l'électrode et augmenter ainsi le courant d'électrode jusqu'à une fraction d' un pour cent près de la valeur choisie.
Pour simplifier l'explication précédente, on avait supposé que les deux paires de thyratrons étaient réglées par les résistances 153 et 253 de manière à s'amorcer à la même tension.
Il est toutefois préférable, et c'est là une caractéristique de 1' invention que la résistance 153 soit calculée ou réglée de manière que le thy- ratron 107 ne s'amorce que lorsque la tension de grille du thyratron 106 est devenue suffisamment positive pour que sa conductibilité dure pendant la to- talité de la phase, et que la résistance 253 soit établie ou réglée de maniè- re que le thyratron 207 s'amorce seulement après que le thyratron 206 foncti- onne pendant la totalité de la phase. Il en résulte que la vitesse minimum du moteur peut être considérablement réduite en dessous du quart de la vi- tesse à pleine phase. Cet avantage est expliqué ci-dessous en référence aux figures 3 à 7.
La figure 3 représente les caractéristiques de thyratrons prises ci-dessus comme exemple. Le graphique A représente la tension d'anode de l'un quelconque des thyratrons, la graphique B la tension d'amorçage ou ten- sion initiale de grille, et la ligne G la résultante variable de tension à courantt continu appliquée entre la cathode et la grille du tube. Si la ten- sion de grille de -3,5 volts, normalement appliquée et correspondant à 100% du courant choisi, vient à monter progressivement dans le sens positif, le thyratron 106 s'amorce dès que la tension atteint une valeur de -3,0 volts.
La conductibilité du thyratron 106 commence alors à demi-phase et applique au moteur une onde de tension de la forme représentée par le graphique Al de la figure 4, faisant fonctionner celui-ci un peu au-dessous du quart de sa vitesse.
Une élévation plus forte de la tension de grille avance le point d'amorcage du thyratron 106 et augmente de manière correspondante la vitesse du moteur jusqu'à ce qu'au niveau de tension zéro la conductibilité du thyra- tron 106 commence pratiquement au début de la phase comme représenté à la fi- gure 5.
Une légère augmentation supplémentaire de la tension positive appli- quée à la grille., dépendant du réglage de la résistance 153 (figure 2), amor- ce le thyratron 107 au point d'amorçage situé à demi-phase., comme indiqué par le graphique A2 de la figure 6. Ceci augmente la tension appliquée au moteur.
En continuant de s'élever, la tension appliquée à sa grille avance progressivement le point d'amorçage du thyratron 107 et le moteur s'accélère de façon correspondante, jusqu'à ce que vers +3volts de polarisation, les deux thyratrons laissent passer le courant pendant.la totalité de la phase comme représenté à la figure 7. Dans les conditions prises ci-dessus comme exemple,
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le fonctionnement du moteur à pleine vitesse résulterait d'une augmentation du courant d'électrode à 105% de la valeur choisie.
Bien que la sensibilité de réglage par rapport aux caractéristiques d'amorçage des thyratrons disponibles soit fixe, il est possible de la faire varier sur une gamme étendue par le choix de tubes r.égulateurs de tension de' divers voltages. - -
Bien que les circuits inverseurs de la figure 2 aient-été éxpli- qués en application à la régulation de courant, il est évident qu'en rempla- gant les transformateurs d'intensité 150 et 250 (Figure 2) par des transfor- . mateurs de tension, le dispositif peut être utilisé comme régulateur électro- nique d'induction ou de tension du type élévateur.
Les spécialistes reconnaîtront que diverses modifications peuvent être apportées aux formes de réalisation précédemment décrites sans s'écarter de l'esprit et des caractéristiques de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Dispositif de commande électronique pour alimenter une charge à courant continu au moyen de tension réglable venant,d'une source de courant alternatif, comprenant un dispositif d'alimentation en courant alternatif,.un circuit de charge, plusieurs tubes à décharge à arc susceptibles d'être com- mandés, insérés entre le circuit de charge et le dispositif d'alimentation pour le redressement à double alternance-et ayant des circuits de commande respectifs,
une source de courant continu à tension constante réglable et une source de courant continu à tension répondant à des conditions connectées en série et en opposition avec les circuits de commande précités de sorte que chaque tube reçoit une tension continue résultante de commande à régler entre la condition de demi-phase et la condition pratiquement de phase totale sui- vant l'amplitude de la tension résultante précitée, et un dispositif à résis- tance potentiométrique associé aux circuits de commande pour rendre les tensi- ons résultantes différentes entre elles afin d'allumer un des tubes à une va- leur de la tension répondant à des conditions et d'allumer tous les tubes à une autre valeur de la tension répondant à des conditions.
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ELECTRONIC MOTOR POWER SUPPLIES! DIRECT CURRENT THROUGH 'A SOURCE' OF 'ALTERNATIVE CURRENT.
The present invention relates to electronic devices for supplying a direct current load, for example a motor, by means of an alternating current source.
Its purpose is to achieve an electronic control of the above type, ensuring satisfactory voltage regulation over a wide range, by means of a less complicated electronic device and, in general, of a lower number of electron tubes. to the number usually required for these applications.
Another object of the invention is to provide an electronic control capable of controlling the reversal of the direction of rotation of a direct current motor, in this case, and according to the direction of a deviation made by the inversion. - voltage, voltage or other value in relation to a determined point, and ensuring a good adjustment of the motor speed, in both directions of rotation, using relatively simple and few electronic accessories .
The devices supplied with alternating current of the general type in question are equipped with controllable tubes with arc or discharges in a gaseous atmosphere, thyratrons or ignitrons for example, which are connected to the load or motor in -Iu assembly for rectification total. It is known that the triggering of the operation of these tubes can be obtained either by a periodic mobile phase control voltage synchronous with the alternating anode voltage, or by a unidirectional control voltage of variable value.
The application of a synchronous periodic control voltage allows the rectifier tubes to be brought practically from zero conductivity to full conductivity, whereas the control previously obtained by means of the unidirectional voltage does not allow variation and adjustment of the conductivity. of the tube between the half-phase and full-phase values. The object of the invention is therefore also to ensure, by means of a unidirectional control voltage, an adjustment or control of the tension.
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is rectified over a wider range than previously, in particular up to the quarter-phase conductivity of the assembly for. total recovery.
According to one of the characteristics of the invention, the rectifier tubes controlled by a total rectification device, for supplying a direct current load, are provided with grid or control circuits to which the unidirectional voltages are applied only for tripping in response to variations of a component of these voltages sensitive to operating conditions; and the value of the control voltages relating to the respective tubes is differentiated so that the ignition of the tubes takes place at different values of the component sensitive to the operating conditions.
For example, when this component becomes less negative, the conductivity of a tube is first initiated for half-phase operation, then the conductivity of this same tube is progress-. sively increased to full conductivity, while the other tube is not started until the first has almost completely reached the conduc-. full flexibility.
This makes it possible to vary the rectified voltage from its value in quarter-phase operation to its value in full-phase operation, that is to say between less than 25% and 100% of the characteristic voltage,
According to another characteristic of the invention, the component sensitive to the operating conditions, of the control voltage of the tubes is directly derived from the load circuit by a potentiometric device or to the impedance, that is to say that this gate voltage component is taken from a resistance element connected in series or in parallel with the flow circuit of the rectifier tubes controlled, if necessary by the intermediary of a filtering device, without intermediate amplifier or sources distinct from current.
The number of auxiliary electron tubes and corresponding accessories is thus reduced to a minimum.
Other objects and characteristics of the invention will emerge better from the following description of various embodiments, given with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a circuit diagram of a control for a non-reversible motor;
Figure 2 is the diagram of an arc furnace regulator control equipped with a reversible motor, and
FIGS. 3 to 7 are explanatory voltage diagrams relating to the device of FIG. 2.
The alternating current terminals of the motor control shown in figure 1 are connected to the primary of a transformer 2, the secondaries of which are indicated at 3, 4 and 5. The armature 8 of the motor to be controlled is supplied by means of secondary 3 via two thyratrons 6 and 7 connected as full wave rectifiers. The inductor winding 9 of the motor is excited by means of the secondary 4 via a rectifier 11 and a field rheostat 12.
Another circuit comprising the rectifiers 13 and 14, supplied by the secondary 5, applies its output voltage to the potentiometric resistors, connected in series 15, 16 and 17. A voltage regulator tube, with cold cathode, 18, is connected to resistors 15 and 16 in order to maintain a constant direct current voltage in these resistors. Normal network voltage variations and cyclic voltage irregularities in the circuit of rectifiers 13 and 14 are absorbed by resistor 17. Resistor 16 allows an adjustment of one to two volts to compensate for variations inherent in manufacturing in the units. starting characteristics of the gates of the two thyratrons.
Resistor 15 is provided with a contact point or slider, the setting of which determines the speed at which the motor is intended to run.
This cursor is connected to a variable resistor 21 to which is connected in parallel a capacitor 22. The resistor 21 is connected in series with a variable resistor 23 ... 'A variable direct current voltage;
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The average load current flowing in the thyratron circuit is applied to resistor 23 by a rectifier 25 supplied by a transformer 26 comprising two primaries interposed respectively in the plate circuits of thyratrons 6 and 7. A capacitor of flattening 27 is connected across resistor 23.
A potentiometric resistor 28 is connected across the armature 8 in series with a filter reactance coil 29, a capacitor 31 being connected across resistor 28. The voltage drop applied to resistor 28 is. proportional to the voltage across the motor input terminals.
The gate circuit of thyratrons 6 and 7 passes from the common conductor 32 of thyratron cathodes through resistor 28, resistor 23, resistor 21, and a branched portion of resistor 15 to point 33. From this point, the Thyratron grid circuit 6 passes through resistor 34 and a resistor 30 at the tube grid, while the tube grid circuit 7 passes from point 33 through resistor 16 and resistor 36 at the grid. The device is provided with a control switch or contactor comprising contacts 37 and 38. These two contacts are only closed when the motor is at rest and must be open to start and operate the motor.
The aforementioned gate circuit of thyratrons 6 and 7 comprises two main sources of direct current voltages in opposition series.
One of these sources is represented by the adjustable branched part of the rheostat 15. The adjustable constant voltage of this part determines the desired motor speed, and applies to the gates of the two thyratrons a positive potential with respect to their cathodes, tending to make them operate in full phase, that is to say with maximum conductivity. The second main source of grid voltage of the grid circuit of thyratrons 6 and 7 is represented by the connected part of resistor 28, which supplies a variable direct current voltage proportional to the voltage across the motor armature.
This voltage taken from resistor 28 is of the same order of value as the control voltage set by rheostat 15, but of opposite polarity so as to reduce the firing angle and conductivity of the thyratrons. If we momentarily assume that the two gate voltages just mentioned are the only ones effective in the thyratron gate circuit and that the effective armature voltage across resistor 28 is approximately proportional at engine speed, the device operates as follows:
The gates of the thyratrons can be biased at any potential positive with respect to the cathodes, by adjusting the potentiometric resistance 15. As a result, with any setting chosen of the rheostat 15, the thyratrons allow current to flow through. operating at full phase and accelerate the motor until its armature voltage, and hence the cathode voltage of the thyratrons, exceeds the chosen gate voltage. From this point on, the thyratron firing point gradually decreases to the half-phase firing point, and if the speed and voltage of the motor armature continue to increase, the conductivity. The bility of the thyratrons will cease completely, the gate voltage of the thyratrons being negative with respect to the cathode voltage.
A slight drop in speed and cathode voltage will first cause the thyratrons to start half-phase. But if the load continues to slow the motor, the conductivity will be established during the entire phase. The speed of the motor is practically maintained in this way at the desired value. It can be regulated by means of the rheostat 15, within the limits of a range comprised between the characteristic fundamental speed and the speed value corresponding to a few volts. A speed greater than the fundamental speed of the motor can be obtained in the usual manner by adjusting the inductor field rheostat 12.
If the torque applied to the motor changes, the voltage derived from the active part of resistor 28 is no longer a sufficiently precise measure of motor speed. However, resistance 23 represents
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feels another voltage source for the thyratron gate circuit
6 and 7. This voltage is proportional to the load current and to the drop
IR of the motor circuit and is intended to compensate for variations in motor speed caused by variations in IR drop. To this end, the voltage of resistor 23 is applied directly to increase the gate voltage of the thyratrons, in the positive direction, to a degree which can be adjusted by means of the slider of resistor 23, so as to exactly compensate for the IR drop in the motor armature.
When the control switch or contactor is brought to the off position at which its contacts 37 and 38 are closed, a negative voltage applied to the thyratron gates by resistor 39 causes the motor to stop. While the switch is in this off position, resistors 21 and 34 charge capacitors 22 and 35, respectively.
The time constant of the circuit of the capacitor 22 and of the resistor 21 is lower than that of the circuit formed by the capacitor 35 and the resistor 34, and the time constant of the circuit 21 and 22 is of the order of time'd acceleration of the engine to full speed. With these time constants, the opening of contacts 37 and 38 results in acceleration of the motor by pulses of alternating half-periods, with a duration of 7, - to 2, period, transmitted by thyratron 7 only. ¯ After discharging capacities 22 and
35, only the thyratron 6 is in a state to prime and from this moment the two thyratrons operate. In this way, the starting current of the motor is limited to a value below the on-load capacity. age of thyratrons.
The embodiment shown in FIG. 2 is the device for reversing a motor M, used as a current regulator for an arc furnace.
The device is powered by the AC terminals
101 by means of transformers 102, 202 and 104. Transformer 102 has secondary windings 103, 105, and transformer 202 has secondary windings 203, 205. Two thyratrons 106 and 107 are connected to winding 103 for power supply. armature 106 of motor M by total rectification of the current wave. Two thyratrons 206 and 207 are mounted between the winding 203 and the armature circuit of the motor M for full rectification. The two sets of rectifiers are connected with armature 108 in opposite polarity, so that the motor rotates in the up direction of the electrode when the rectifiers 106 and 107 are conducting and in the down direction. of the electrode when the rectifiers 206 and 207 are conductive.
The inductor winding 109 of the motor is energized by means of the transformer
104 via rectifiers 111 and a field rheostat 112.
To the secondary 105 of transformer 102 is connected a rectifier circuit comprising two rectifiers 113 and 114, the flow circuit of which passes through a resistor 117 and a cold cathode tube 118. Given the stabilizing function of the tube 118, the voltage to the terminals of this tube is constant, while the fluctuations in the network voltage are absorbed by the resistor 117. The voltage drop existing at the terminals of the tube 118 is applied as a constant bias voltage to the grid circuit of the tubes 106 and 107.
Likewise, the secondary 205 of the transformer 202 supplies a rectifier circuit comprising the rectifiers 213 and 214, the output voltage of which is applied to the terminals of a resistor 217 and of a cold cathode voltage regulator tube 218. The voltage drop across tube 218 is applied as a constant bias voltage to the gate circuit of tubes 206 and 207.
The arc furnace, the device of which is to regulate the current, is represented at 140 and its movable electrode at 141. The electrode is raised and lowered by means of a cable passing over a drum 142 driven by the armature. 108 of the motor M. The current is supplied to the oven by means of a cable 143 under the control of the main contact 144 of a switch also provided with auxiliary contacts 145 and 146.
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Two current transformers 150 and 250 - are associated with cable 143. The secondary voltage of transformer 150 is applied to the terminals of a rheostat 151, whose cursor ext connected to the cursor of a similar rheostat $ 251 connected to the transformer of current 250. The voltage of the rheostat 151 supplies a rectifier 152 whose flow voltage is applied to the terminals of a rheostat 153. A similar rectifier 252 and a rheostat 253 are associated with the rheostat 251. The positive terminal of the rheostat 153 is connected by resistor 155 to the grid of thyratron 106, and the cursor of the same rheostat is connected by means of resistor 156 to the grid of thyratron 107.
Resistors 255 and 256 connect the gates of thyratrons 206 and, 207, respectively, to the cursor and the negative terminal of rheostat 253.
The motor is provided with a spring-regulated friction brake 158, the magnetic release coil 159 of which is connected in series to the armature circuit.
When the switch is open, that is to say when the contacts 144, 145 and 146 are in the positions shown in FIG. 2, no current arrives at the furnace and the voltages applied to the rheostats 151 and 251 are zero. The grids of electrode lift thyratrons 106 and 107 are negatively biased by the constant direct current voltage supplied by tube 118 and the grids of electrode lift thyratrons 206 and 207 are also negatively biased by means of the voltage across resistor 217 via contact 146 of the switch.
When the switch is closed assuming that electrode 141 is first out of contact with the furnace load, so that transformers 150 and 250 are not energized, contact 145, now closed, applies a positive potential at the gates of thyratrons 206 and 207, while the previously effective negative potential is removed by opening contact 146. The armature 108 of the motor, then supplied by thyratrons 206 and 207, lowers the electro- de 141 in the contents of the oven. The current begins to flow in the cable IL, .3 and the. voltages in rheostats 151 and 251 take on increasing values.
The furnace current increases to a value determined by the setting of the rheostat 251, at which value the rectified voltage supplied by the current transformer 250 to the rheostat 253 becomes more negative than the positive voltage across the tube. 218. At this time, the thyratrons 206 and 207 cease to be conductive and the motor is stopped by the ceasing of the energization of the brake coil 159.
Determined numerical values will make it possible to explain more clearly the regulatory characteristics of this device. It will therefore be assumed, by way of example, that the direct current voltage stabilized by the tubes 118 and 218 is 150 volts, that the gate starting voltage of the thyratrons is zero volts for an anode potential of approximately 20 volts. and -3 volts at the maximum anode voltage (see Figure 3); and that the resistors 151, 154 and 251 are adjusted so that with 100% of the selected current flowing through the furnace electrode the direct current voltage in the resistor 153 is 1465 volts and that of the resistor 253 is 153 , 5 volts.
Under these conditions, as long as the current flowing through the furnace electrode remains at 1005, i.e. at the chosen value, a gate bias of -3.5 volts is applied to all thyratrons and no change does not occur in the position of the electrode. An elevation of? % of the current flowing through the furnace electrode increases the voltage of resistor 153 to 147, volts. The gate bias of thyratrons 106 and 107 takes on a value of -2.8 volts which initiates them at the half-phase position. The motor is thus supplied at approximately half voltage in the direction of lifting of the furnace electrode.
This raising of the electrode has the effect of lowering the intensity of the current passing through the electrode, a decrease which, when it reaches a fraction of one percent, will lower the voltage of the resistor 153 to 147 volts, or less. Thyratrons 106 and 107 will cease to be conductive and the brake will act on the motor to prevent further movement of the electrode.
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With respect to the operation described above, it will be appreciated that the 2% increase above the selected value of electrode current lowers the gate bias of thyratrons 206 and 207 from -3.5 to -4. , 25 volts by increasing the voltage across resistor 253; and as soon as thyratrons 106 and 107 allow current to flow, a large voltage drop appears across the resistor at maximum lift current 157; this greatly increases the negative gate bias of thyratrons 206 and 207 and any possibility of simultaneous conductivity of all four thyratrons at once and thus completely eliminated, even with an incorrect resistance setting.
Naturally, an increase in electrode current greater than 1% causes a proportional increase in the gate voltage of the thyratrons and advances the firing point of these until they are conductive during the entire phase. , in case large corrections of the electrode current are required.
Likewise, a drop in furnace electrode current to 99.5% of the selected value causes thyratrons 206 and 207 to be fired at approximately half-phase. The motor then runs in reverse to lower the electrode and thereby increase the electrode current to a fraction of one percent near the chosen value.
To simplify the previous explanation, it had been assumed that the two pairs of thyratrons were set by resistors 153 and 253 so as to initiate at the same voltage.
It is, however, preferable, and a feature of the invention that resistor 153 is calculated or set so that thyratron 107 does not initiate until the gate voltage of thyratron 106 has become sufficiently positive to. that its conductivity lasts for the entire phase, and that resistance 253 be set or adjusted so that the thyratron 207 initiates only after the thyratron 206 operates for the entire phase. As a result, the minimum motor speed can be drastically reduced to below a quarter of the full phase speed. This advantage is explained below with reference to Figures 3 to 7.
Figure 3 shows the characteristics of thyratrons taken above as an example. Graph A represents the anode voltage of any of the thyratrons, graph B the starting voltage or initial gate voltage, and line G the resulting variable DC voltage applied between the cathode and the tube grid. If the gate voltage of -3.5 volts, normally applied and corresponding to 100% of the selected current, gradually increases in the positive direction, the thyratron 106 starts up as soon as the voltage reaches a value of -3 , 0 volts.
The conductivity of thyratron 106 then begins at half-phase and applies to the motor a voltage wave of the form shown by graph A1 of Figure 4, causing the motor to operate a little below one-quarter of its speed.
A larger rise in the gate voltage advances the firing point of thyratron 106 and correspondingly increases the motor speed until at zero voltage the conductivity of thyratron 106 begins almost at the start of the phase as shown in figure 5.
A slight further increase in the positive voltage applied to the grid., Depending on the setting of resistor 153 (Figure 2), will start thyratron 107 at the half-phase firing point, as indicated by the graph A2 of figure 6. This increases the voltage applied to the motor.
Continuing to rise, the voltage applied to its grid progressively advances the firing point of thyratron 107 and the motor accelerates correspondingly, until towards + 3volts of polarization, the two thyratrons let the current during the entire phase as shown in Figure 7. Under the conditions taken above as an example,
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running the motor at full speed would result in increasing the electrode current to 105% of the selected value.
Although the tuning sensitivity to the firing characteristics of the available thyratrons is fixed, it can be varied over a wide range by the choice of voltage regulator tubes of various voltages. - -
Although the inverter circuits of FIG. 2 have been explained in application to current regulation, it is obvious that by replacing current transformers 150 and 250 (FIG. 2) by transformers. voltage regulators, the device can be used as an electronic induction or step-up type voltage regulator.
Those skilled in the art will recognize that various modifications can be made to the embodiments previously described without departing from the spirit and features of the invention.
CLAIMS
1.- Electronic control device for supplying a direct current load by means of an adjustable voltage coming from an alternating current source, comprising an alternating current supply device, a charging circuit, several discharge tubes at controllable arcs, inserted between the load circuit and the power supply device for full-wave rectification - and having respective control circuits,
an adjustable constant voltage direct current source and a voltage direct current source responsive to conditions connected in series and in opposition to the aforesaid control circuits so that each tube receives a resulting direct control voltage to be adjusted between the condition of half-phase and the substantially full-phase condition depending on the magnitude of the aforesaid resulting voltage, and a potentiometric resistance device associated with the control circuits to make the resulting voltages different from each other in order to turn on one of the tubes at one voltage value meeting conditions and ignite all tubes at another voltage value meeting conditions.