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TUBES A FAIBLE CHUTE DE TENSION INTERNE POUR REDRESSEURS A CONTACTS MOBILES.
La présente,invention concerne les redresseurs ou convertisseurs mécaniques, à contacts mobiles et leurs circuits, dont le dispositif de fer- meture et de coupure des cqntacts est placé dans un circuit de courant fort utilisant une self à saturation pour établir, au début et à la fin de chaque période de conduction du circuit de courant fort, des moments relativement longs de courant faible, afin de faciliter la fermeture et l'ouverture des contacts, en combinaison avec un jeu de tubes mis en shunt sur les contacts, de manière à limiter les tensions de contact pendant la fermeture et l'ou- verture de ces contacts.
L'invention concerné spécialement un ensemble de tubes à anode double ou autre dispositif statique double à conduction asymétrique dont on utilise le circuit entre anodes ou l'équivalent pour cons- tituer, aux bornes du dispositif de fermeture et d'ouverture des contacts, un chemin de shuntage à faible chute de tension interne ou chute d'arc.
L'emploi d'une self à saturation pour produire des moments de courant faible dans l'onde de courant fort, pendant l'ouverture et la fer- meture d'un dispositif à contacts, est un procédé bien connu.
L'expérience a montré que la durée de vie d'un contact d'un re- dresseur mécanique est fortement prolongée, si les durées des arcs, pendant l'ouverture et la fermeture des contacts, sont extrêmement courtes, ce qui peut être obtenu en shuntant les bornes des contacts par un tube ayant une chute d'arc extrêmement faible.
On a considéré, dans le passé, pouvoir utiliser divers tubes au césium, mais ceux-ci sont compliqués et leur fonc- tionnement difficile, ils ne sont pas aussi sûrs qu'ils pourraient l'être, dans leur état actuel de développement, ils demandent un temps d'échauffe- ment considérable, et malgré leur chute d'arc extrêmement faible, on pourrait obtenir des contacts à meilleur performance ou à plus longue durée de vie, si on avait un tube à chute d'arc encore plus faible.
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L'invention a pour buts de procurer des tubes et des circuits spéciaux, ou des dispositifs équivalents à conduction asymétrique avec leurs circuits, et des combinaisons de ceux-ci avec un circuit de courant fort qui contient un dispositif mécanique à contacts et une self à satu- ration.
Le tube à double anode ou autre dispositif à conduction asymé- trique de la présente invention est basé sur un principe entièrement nou- veau permettant d'obtenir une faible chute de tension dans un dispositif, comme un tube construit en matières ordinaires et rempli d'un gaz cou- rant, du mercure ou du xénon, par exemple.
Une alimentation de tube, connectée extérieurement, intervient au début d'une période de conduction du circuit de courant fort, pour amorcer, pour l'anode du tube qui est connectée à la borne de sortie du courant du dispositif à contacts, un circuit anode-cathode interne au tube laissant passer un courant qui n'est que légèrement supérieur au courant le plus élevé qu'on peut attein- dre à tout instant au début du moment initial de faible courant, et aussi durant les moments de fin de courant faible de la période de conduction du circuit de courant fort. Le courant shuntant les contacts circule alors de la seconde anode à l'anode mentionnée en premier lieu, et la chute d'arc effective est très faible, puisqu'elle est la différence entre la chute d'arc de la seconde anode à la cathode et la chute d'arc de la pre- mière anode à la cathode.
En fait, quand le courant commence à circuler l'anode à anode, la quantité totele de curant extérieur fourni à la cathode ne change pas, et le courant de la première anode mentionnée ne se renverse pas. Le cou- rant de l'anode citée en premier lieu ou extérieurement excitée baisse sou- dainement de la quantité du courant qui apparaît brusquement dans la se- conde anode. Des essais ont montré que moins de 0,5 volt suffit pour fai- re passer ce courant d'une anode à l'autre, et dans certains cas on peut même obtenir des chutes d'arc plus faibles, ou encore une chute d'arc négative, comme cela sera expliqué plus loin.
Dans de nombreux cas, une commande par grille est intéressante, et le tube est construit, dans ces conditions, de fagon qu'une seule gril- le règle le passage du courant des deux anodes, ce qui constitue un nouveau type de tube.
Plusieurs formes d'exécution de l'invention sont représentées, à titre d'exemple, aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue schématique de circuits et d'appareils représentant l'invention sous la forme d'un redresseur mécanique à six con- tacts commandé magnétiquement qui transforme un circuit d'alimentation tri- phasé en un circuit de charge à courant continu, utilisant des tubes à double anode, à remplissage gazeux et à commande par grille pour constituer le shuntage des contacts'à nouvelle chute d'arc équivalente faible.
La figure 2 est une vue semblable d'un redresseur utilisant des dispositifs de fermeture et d'ouverture des contacts rotatifs synchrones.
La figure 3 est une vue en coupe d'une forme d'exécution préfé- rée d'un contacteur à grande vitesse, à commande magnétique et à remplis- sage gazeux, avec les circuits indiqués schématiquement et d'autres élé- ments associés, représentant un convertisseur monophasé, pour transformer du courant 60 cycles à tension constante (par exemple) en un courant de soudure à tension réglable de la même fréquence.
La figure 4 est une vue d'une modification du circuit représenté à la figure 1, représentant un circuit de contact ou circuit de courant fort d'un contacteur utilisant deux tubes ou autres dispositifs statiques à con- duction asymétrique ordinaires identiques pour shunter le contact, au lieu
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du tube à double anode.
La figure 5 est une autre vue partielle, semblable à la figure 4 montrant l'utilisation de plusieurs contacts dans la même phase ou le même circuit de courant fort pour obtenir une capacité de courant plus grande, et montrant aussi la variante d'un tube à deux anodes dans lequel la gril- le d'un thyratron ordinaire est faite assez robuste pour servir de premiè- re anode ou anode à courant le plus élevé connectée à la borne de sortie de courant du contact shunté par le tube ; la figure 6 est un, autre schéma partiel, semblable à la figure 4, mais montrant une connexion de thyratron à anode et grille inversées par rapport à la connexion de contacteur représentée à la figure 4, de manière à obtenir l'effet d'un tube à chute d'arc négative.
La figure 1 représente un circuit d'alimentation triphasé à fré- quence industrielle 1 qui alimente un dispositif de transformation de ten- sion, comme un transformateur 2 à primaires Pl, P2, P3 en triangle et des se- condaires Sl, S3, S3 en étoile. La figure représente un circuit redresseur hexaphasé à double étoile utilisant six contacteurs ou dispositifs de fer- meture et d'ouverture de contacts 11, 12, 13, 14, 15 et 16, numérotés dans l'ordre d'un circuit hexaphasé.
La borne secondaire S1 du circuit d'alimen- tation envoie du courant à un premier circuit de courant fort contenant un contacteur à conduction positive 11, et à un second circuit de courant fort qui contient un contacteur à conduction négative'ou de polarité oppos- sée 14. De même, la seconde borne S2 alimente deux circuits de courant fort contenant les contacteurs à conductions positive et négative 13 et 16, tan- dis que la troisième borne S3 alimente deux circuits de courant fort, conte- nant respectivement les contacteurs à conductions positive 15 et négative 12.
Les circuits de sortie des trois contacteurs à conduction positive 11, 13 et 15 sont reliés à un circuit de charge ou borne de sortie Ll positive, tandis que les bornes de sortie des trois contacteurs à conduction négati- ve 14, 16 et 12 sont connectées au circuit négatif de retour L2 du circuit de sortie à courant continu de l'appareil.
Chacun des six circuits de courant fort contenant les contacteurs respectifs 11 à 16, constitue une phase du redressement dans laquelle le cou- rant est commuté à zéro, à la fin de chaque période de conduction. Chacun de ces circuits, en plus du contacteur, comprend sa propre self à saturation 17 insérée en série en un certain point du circuit de courant fort.
Le fonctionnement et la nature des selfs à saturation 17 sont connus et bien compris. Il suffit de dire que le fer 17' du circuit magné- tique de la réactance doit avoir une courbe d'hystérésis à faible flux ré- siduel, ou bien il faut utiliser un moyen convenable pour déplacer la cour- be d'hystérésis, par exemple un contre-enroulement à courant unilatéral 17", de façon que la self à saturation donne l'effet d'avoir un flux rési- duel d'hystérésis aussi faible que l'on veut, et qu'on puisse régler les flux résiduels d'hystérésis pour les conditions apparaissant au début et à la fin de chaque période de conduction du circuit de courant fort. Cha- que contre-enroulement 17" est alimenté en courant continu d'une polarité au sens tel que le contre-enroulement s'oppose au flux produit par le courant circulant dans le circuit de courant fort, comme on sait.
Les excitations des contre-enroulements peuvent être réglées au moyen de résistances variables 17"'.
L'effet de la self à saturation 17 est tel que, lorsqu'un courant commence à circuler dans le circuit avec une valeur voisine de zéro, mais augmentant à partir de zéro, la valeur du courant soit trop faible pour sa- turer la self ou réactance, et celle-ci a donc une impédance réactive éle- vée. La self est calculée de façon que cette impédance réactive non saturée soit suffisante pour limiter le courant à une valeur faible, dans le circuit de courant fort où la self est placée, et de cette manière la'self à satura-
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tion, dans son état non saturé, freine l'accroissement du courant fort dans le circuit, établissant un moment de courant faible pouvant durer de 10 à 20 degrés ou plus, au début de la période de conduction du courant.
Dès que la self à saturation 17 sature, son impédance tombe à une valeur très faible, pratiquement négligeable, de sorte que la self à saturation n'a pratiquement pas d'effet sur le circuit de courant fort, pendant la plus grande partie de sa période de conduction du courant.
La période de conduction de courant de ce circuit de courant fort se termine quand le courant retourne à zéro, suivant un procédé commu- nément dénommé commutation de courant, parce que le courant est habituel- lement commuté ou aiguillé vers un autre circuit. Quand cette fois le courant se rapproche de zéro, la self à saturation redevient non saturée et reprend une valeur de self-induction élevée qui retarde l'extinction totale du courant, et fait qu'un faible courant continue à circuler pen- dant une dizaine de degrés ou plus, après que le courant se serait déjà éteint s'il n'y avait pas eu la tension aux bornes de la réactance.
De cette manière, la self à saturation 17 établit des moments de faible courant, au début et à la fin de chaque période de conduction du circuit de courant fort, pendant lesquels les contacts mobiles peuvent être fermés et ouverts, respectivement, sous un courant faible qui peut être environ égal au trentième du courant de pointe, ou même moins.
Chacun des contacteurs ou dispositifs d'ouverture et de ferme- ture du circuit 11 à 16 est représenté, à la figure 1, avec une commande magnétique composée d'un électro-aimant 18 et d'un bobinage ou enroulement série 19 inséré, en série, à un certain endroit du circuit de courant fort contenant les contacts du contacteur.
Les dispositifs d'ouverture et de fermeture de circuit Il à 16 sont, de préférence, des contacteurs à rem- plissage gazeux construits comme le montre la figure 3, mais dans un sens plus large ils peuvent être considérés comme des symboles de tout disposi- tif à contacts mobiles, commutateur ou contacteur, à commande par électro- aimant, piston hydraulique, came ou autre à commande par électro-aimant, piston hydraulique, came ou autre dispositif vibratoire mécanique, du par rotation, comme dans le cas du commutateur rotatif de la figure 2.
Chacun des dispositifs à contacts 11 à 16 de la figure 1 lais- se passer du courant dans un seul sens, périodiquement, les dispositifs à contacts 11, 13 et 15 laissant passer du courant positif, et les dispositifs a contacts 12,14 et 16 du courant négatif. Pendant les périodes de conduc- tion positive des conducteurs d'alimentation respectifs SI, S2 et S3, les bornes côté source A'1, A'3, et A'5 des dispositifs contacteurs à conduc- tion positive 11,13 et 15 respectivement, sont les bornes positives ou d'en- trée du courant de ces contacteurs, et les bornes côté charge A1, A3 et A5 sont les bornes négatives ou de sortie du courant de ces contacteurs.
Pen- dant les périodes de conduction négative, les courants forts passent par les contacteurs à conduction négative 14, 16 et 12 et leurs bornes respectives côté source A4, A6 et A2 sont les bornes de sortie du courant de ces contac- teurs, tandis que les bornes côté charge A4', A6' et A2' sont les bornes d'en- trée du courant de ces contacteurs 14, 16 et 12 respectivement.
Chacun des contacteurs 11, 12, 13, 14, 15 et 16 est shunté ou court-circuité par son propre tube basse tension Tl, T2, T3, T4, T5 et T6 respectivement. Chacun de ces tubes, le tube Tl par exemple, a un circuit cathodique numéroté de façon correspondante Cl par exemple, et deux élec- t rodes auxiliaires espacées ayant des bornes de connexion Al et A1' par exem- ple, ces deux électrodes auxiliaires p ouvant servir d'anodes quand elles sont suffisamment positives par rapport à la cathode de ce tube.
Dans une forme préférée de l'invention représentée à la figure 1, chacun des tubes de shuntage des contacteurs, Tl par exemple, est un tube à commande par grille et remplissage gazeux ou thyratron, dans lequel les deux électrodes
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auxiliaires sont deux anodes écartées en substance symétriquement de la cathode et très voisines l'une de l'autre. Chaque thyratron, comme Tl, a aussi une grille commune numérotée de façon correspondante, comme Gl, cet- te grille étant placée de façon à commander les courants anodiques des deux anodes Al et Al' de ce tube. Les autres cinq tubes T2 à T6 sont construits de même, avec les mêmes circuits cathodiques et anodiques, les mêmes cir- cuits de grille, tous numérotés de la même façon que le tube lui-même.
La figure 1 représente, à titre d'exemple, un dispositif d'exci- tation et de commande pour les six tubes Tl à T6. Chacun des circuits anodiques excités, sans signe prime, A1 à A6 des différents tubes de la figure 1 reçoit une tension anodique positive soutenue appliquée de l'exté- rieur par tout moyen convenable. Dans une forme d'exécution préférée de l'in- vention représentée à la figure 1, la source de tension anodique est une source intermittente qui applique, par intermittences,la tension anodique à travers aes redresseurs 20, et consiste en deux phases de sortie d'un transformateur auxiliaire d'alimentation anodique 21.
Ce dernier a un pri- maire 22 en triangle alimenté par le réseau triphasé 1 et deux enroulements secondaires hexaphasés en étoile sans point neutre 23 et 24, les diverses phases attaquant, par paires, les redresseurs 20 de manière à alimenter les divers circuits anode-cathode, comme le circuit anodique Al et le cir- cuit cathodique correspondant C1, Chaque circuit anodique reçoit donc une tension anodique positive utile ou appropriée qui est appliquée un rien avant que la période de conduction du courant du circuit de courant fort associé (par exemple le circuit de courant fort contenant le contacteur 11) ne commence.
Cette tension anodique est maintenue aussi longtemps que l'une ou l'autre des phases secondaires d'alimentation du transformateur 21 est suffisamment positive, et cette tension anodique est supprimée à un cer- tain moment après la fin de la période de conduction du circuit de courant fort.
Pour pouvoir régler la tension de sortie continue, la plupart des redresseurs exigent une commande d'allumage différé, grâce à laquelle on choisit le moment, dans la période du courant d'alimentation, où la pério- de de conduction des diverses phases du redresseur commence. Le redresse- ment de la figure 1 comprend un dispositif de réglage de la tension de ce genresous la forme d'une commande de grille appliquée aux circuits de grille respectifs Gl à G6 des tubes Tl à T6.
Chaque circuit de gril- le, comme le circuit de grille Gl par exemple, comprend une source de polarisation convenable, représentée schématiquement par une batterie B, et un des enroulements secondaires de trois transformateurs de comman- de de grille 31,32 et 33, dont les enroulements primaires sont alimentés par les phases respectives de sortie d'un transformateur triangle-étoile 34 relié, par un déphaseur 35, au réseau triphasé 1. Chacun des trois transformateurs de commande de grille 31, 32 et 33 comprend deux enroule- ments secondaires séparés 36 qui appliquent, à son circuit de grille asso- cié, une onde sinusoïdale ou une impulsion de tension de pointe, suivant la nature du transformateur. Chacun des circuits de grille comporte aus- si sa propre résistance de grille.
Un simple réglage du déphaseur 35 détermine le point, dans la période du courant de réseau, où chaque grille devient assez positive pour allumer chaque tube, ou pour permettre à celui-ci de commencer à laisser passer le courant. Par exemple, quand le circuit de grille Cl du tube Tl devient suffisamment positif par rapport à son circuit cathodi- que Cl, ce tube laisse passer immédiatement du courant de l'anode à la cathode par son circuit anodique à excitation séparée Al, puisque le trans- formateur d'alimentation anodique 21 a appliqué auparavant à ce circuit anodique, une-tension anodique positive convenable.
Le redresseur représenté à la figure 1 est mis en marche par la'fermeture d'un interrupteur tripolaire 37 alimentant le déphaseur de commande de grille 35 à partir du réseau 1. Un courant anodique soute- nu commence immédiatement à circuler dans les circuits anodiques sans signe
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prime des tubes dont le circuit de grille est suffisamment positif pour que le tube s'allume à ce moment. Chaque tube, comme le tube Tl par exemple, quand il s'allume ou commence à devenir conducteur, commence une période de conduction de courant de son circuit de courant fort associé, son contac- teur correspondant 11 étant ouvert.
Quand ce tube, Tl par exemple, commence à faire passer le courant dans son circuit anode-cathode à excitation séparée A1-C1, l'intérieur du tube s'ionise et cette ionisation spatiale provoque immédiatement un arc en, tre le second circuit anodique à signe prime A1' et le circuit cathodique C1, parce que le déphaseur de commande de grille 35 est toujours réglé de- façon que le circuit de grille correspondant, comme Gl, ne devienne assez positif qu'au moment où le second circuit anodique reçoit une tension plus positive que celle de la première anode Al de ce tube.
Le potentiel appli- qué par le circuit de courant fort aux deux circuits anodiques, comme A1 et Al', immédiatement avant l'allumage du tube Tl, est commandé par les poten- tiels ou déphasages relatifs des bornes secondaires respectives SI, S2 et S3 (comme la borne d'alimentation SI, si on considère le fonctionnement du tube Tl par exemple). Le déphaseur 35 est réglé de façon que le tube Tl ne s'allume qu'au moment où la borne d'alimentation SI rend le circuit anodi- que d'entrée de courant A1' plus positif que le circuit-anodique de sortie de courant Al,afin que le circuit anodique d'entrée Al soit prêt à s'allu- mer ou à conduire le courant, dès que le fonctionnement du tube est amor- cé par application d'un potentiel de grille suffisamment positif au circuit de grille Gl.
Le courant commence donc à circuler dans le circuit de courant fort contenant le contacteur 11 shunté par le tube Tl, et quand le courant commence à croître à partir de zéro, la self à saturation n'étant pas satu- rée, avec en cas de non saturation une impédance réactive assez élevée pour limiter le courant fort à une faible valeur, ce courant reste faible jus- qu'au moment où la self se sature, délimitant ainsi un moment où le courant est faible au début de la période de conduction du circuit de courant fort.
Dès le début du passage du courant (par exemple dans le circuit de courant fort contenant le contacteur 11) par le circuit conducteur ano- de-anode, Al' vers Al), du tube correspondant Tl, il faut faire intervenir un dispositif qui amène le contacteur 11 en position fermée avec une synchro- nisation telle que le contact se ferme rapidement, le mouvement de fermeture devant être terminé après le début du moment de courant faible au commencement de la période de conduction et avantla fin de ce moment. A la figure 1, cet- te commande synchronisée du contacteur 11 est constituée par l'électro-aimant 18 dont la bobine d'excitation série 19, placée en série dans le circuit de courant fort,est traversée par le courant anode-anode du tube (comme Tl) dès que celui-ci devient conducteur.
Le courant qui traverse la bobine 19 de l'électro-aimant exerce une puissante force de fermeture sur le contacteur
11 qui se place dans sa position fermée dans le temps limite du moment initial de courant faible ménagé par la self à saturation 17.
Au premier moment où les plots de contact se touchent, ceux-ci non seulement ont un faible courant à véhiculer, mais en outre la présence en shunt du tube réduit la tension de contact à une faible valeur qui est la chute de tension interne du tube, à distinguer de la tension appliquée à ce moment au circuit de courant fort. Plus cette tension interne du tube peut être rendue faible, moins les plots de contact seront endommagés au mo- ment de la fermeture. Si on peut maintenir cette tension interne du tube inférieure à 5 volts ou inférieure à la tension d'entretien d'un arc aux contacts, il n'y aura en substance pas d'étincelle ni de brûlure des con- tacts.
Dans les tubes à deux anodes, comme Tl, la chute de tension réel- le entre le circuit anodique ou borne A1', et le circuit anodique ou borne
A1, est très faible, de l'ordre de 0,5 volt ou moins, puisque la chute de
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tension réelle est la différence entre la chute de tension circuit anodique Al'-circuit cathodique C1 et la chute de tension circuit anodique Al-cir- cuit cathodique précité C1,
Dès la fermeture des contacts, du contacteur 11 par exemple, il y aura en substance une chute de tension zéro à leurs bornes, qui courtcircuite le tube associé, comme Tl, et éteint le courant du circuit anodique Al'.
Après cela, le circuit anodique, comme Al, sans signe prime reste traversé par un courant anode-cathode ininterrompu. Chacun des circuits anodiques sans signe prime Al à A6 contient une résistance anodique Ra qui limite le courant anodique soutenu ou extérieur à une valeur qui n'est que légèrement supérieure au courant le plus élevé que pourrait véhiculer, à tout moment, le circuit anodique correspondant avec signe prime (comme A1'), pendant le début du moment initial de faible courant de la période de conduction du circuit de courant fort.
En maintenant un faible courant ininterrompu dans le circuit anodique sans signe prime de chaque tube, on tient ces tubes prêts à allumer le circuit anodique avec signe prime du tube correspondant, au moment voulu, à la fin de la période de conduction du circuit de courant fort., comme cela sera expliqué. Entretemps, pendant la majeure partie de la période de conduction, le contacteur (11 par exemple) est fermé et laisse passer le courant élevé traversant le circuit de courant fort.
A la fin de la période de conduction du circuit de courant fort (comme le circuit contenant le contacteur 11), quand le courant retourne à zéro dans le procédé de commutation, celui-ci atteint une valeur faible à laquelle la self à saturation 17 devient non saturée et introduit brusquement, dans le circuit de courant fort, une impédance selfique élevée qui s'oppose à toute variation rapide du courant fort, et marque le début du moment final de courant faible de la période de conduction du circuit de courant fort.
La self 17, dans son état non saturé, prolonge ce faible courant au delà du moment où le courant fort serait commuté ou réduit à zéro, et établit ainsi un moment de courant faible d'une durée de 10 degrés ou plus, suivant les nécessités de l'ouverture des contacts, comme cela sera décrit maintenant.
Un moyen de synchronisation convenable doit être prévu pour que les contacteurs (par exemple, le contacteur 11) ouvrent leurs contacts au début (ou à un certain point) du moment final de courant faible de la période de conduction du circuit de courant fort contenant le contacteur considéré A la figure 1, cette synchronisation de fin de période est effectuée, par la bobine 19 de l'électro-aimant 18. A la figure 2, cette synchronisation est obtenue par le réglage du commutateur rotatif et de son ou de ses balais.
A la figure 1, vers la fin de chaque période conductrice du circuit de courant fort, le moment de courant faible final est établi par le fait que la self à saturation 17,devenant non saturée, réduit le courant du circuit fort à une valeur tellement faible que la bobine série 19 de l'électroaimant n'est plus capable de tenir le contact fermé, celui-ci s'ouvrant sous l'effet du ressort de rappel d'ouverture du contact. (Ce ressort de rappel est indiqué symboliquement, à la figure 1, par la position normalement ouverte du contact qui correspond à l'état de repos du contacteur).
On peut, dans le moment de courant faible final, rendre ce courant plus faible qu'aumoment initial de courant faible, en calculant convenablement la self à saturation et en réglant le contre-enroulement de la self, par variation de la résistance de contre-enroulement 17"' qui fait partie de l'appareillage du contre-enroulement représenté de façon très simplifiée à la figure 1.
La force de rappel du contacteur est telle que le contact s'ouvre rapidement avant expiration du moment de courant faible final.
Dès que les contacts s'ouvrent durant le moment de courant faible final de la période de conduction, le tube connecté en parallèle laisse
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immédiatement passer le courant faible véhiculé par le circuit de courant fort en cette fin de période de conduction, parce que le gaz qui remplit le tube est maintenu ionisé par l'arc ininterrompu établi entre cathode et anode sans signe prime, Donc, non seulement le contact s'ouvre quand le courant qui le traverse est fafble, mais il a à ses bornes une tension très faible qui est la chute interne précitée d'anode à anode., dans le tube connecté en parallèle.
De estte manière, le contact me doit faire qu'un très petit mouvement pour atteindre une tension de rupture supérieure à la chute de tension d'anode à anode appliquée aux plots de contact. Les plots de contact s'écartent donc sans produire un arc.
Le tube continue alors à conduire le faible courant pendant le reste du moment de courant faible final de la période de conduction, et à la fin de celle-ci l'anode avec signe prime cesse de conduire le courant, par manque de tension à ses bornes. Un peu après,le courant anode-cathode soutenu s'interrompt dans le circuit anodique sans signe prime, parce que la tension anodique fournie par le transformateur d'excitation anodique 21 devient négative, et le tube s'éteint entièrement jusqu'au début du cycle suivant qui est une répétition du fonctionnement qui vient d'être décrit.
La figure 2 représente un circuit semblable à celui de la figure 1, sauf que les contacteurs sont cette fois représentés par des dispositifs contacteurs rotatifs 11' à 16' entraînés par un petit moteur synchrone 40 alimenté par le circuit d'alimentation principal 1. La synchronisation et l'ordre de commutation de ces contacteurs rotatifs 11' à 16' de la figure 2, peuvent être réglés par tout moyen convenable (non représenté), par exem- ple en décalant judicieusement les balais qui frottent sur la partie mobi- le des contacteurs. Le fonctionnement de l'appareil de la figure 2 est, à tout autre point de vue., le même que celui'de l'appareil de la figure 1.
La figure 3 représente une application importante de l'invention à la commande de la tension d'un circuit de soudure à courant alternatif représenté schématiquement en 44. La figure 3 représente aussi une coupe agrandie et partiellement schématique d'un des contacteurs à commande magné- tique 11 à 16 ( par exemple 11) qui sont représentés schématiquement à la figure 1.
Comme la figure 3 le montre, le contacteur 11 comprend un boîtier scellé hermétiquement 45 composé d'un couvercle plat 46 én métal non magné- tique, d'un corps cylindrique 47 en matière isolante, comme de la porcelaine, et d'un mince fond 48 en matière isolante qui peut aussi être de la porcelai- ne. Le dispositif d'ouverture et de fermeture des contacts est placé à l'in- térieur de ce boîtier hermétique et des conducteurs convenables d'amenée et de sortie du courant vont aux bornes opposées du dispositif d'ouverture et de fermeture des contacts.
Dans la forme d'exécution de la figure 3, le couvercle 46 du boîtier 45 sert de conducteur d'amenée du courant, cons- tituant un moyen conducteur de commutation du courant entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier, tandis que l'autre conducteur d'amenée du courant est constitué par un anneau de fond plat 49 en métal conducteur. Il va de soi que toutes les parties du boîtier hermétique 47 sont convenablement reliées et scellées les unes aux autres, comme la figure 3 le montre schéma- tiquement.
Le dispositif d'ouverture et de fermeture des contacts placé à l'intérieur du boîtier hermétique 45, comprend deux plots de contacts fixes 51 et 52 espacés l'un de l'autre avec des surfaces de contact 53 inclinées en biseau. Ces pièces de contact 51 et 52 sont représentées schémàtiquement sous la forme de minces lames de contact en un métal de contact convenable.
Ces lames sont attachées aux extrémités de deux plaques-bornes de contact 54 et 55 qui sont placées sur deux pièces polaires feuilletées respectives
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56 et 57 1Jep#smtrsur le minée-fond-isolant-"48 .Les pièceS""'POJ.:SÍres --56 èt=57 se terminent en biseau et ces extrémités sont surmontées par les surfaces biseautées 53 des lames de contact 51 et 52.
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Les deux plots de contact 51 et 52 sont placés, à une certaine distance, sous un dispositif de contact mobile composé d'un ressort porte- contact normalement plane, rigide 58 en une matière élastique aimantable.
Les deux extrémités du ressort 58 sont prises dans un support rigide repré- senté sous la forme d'un anneau ou cadre d'entretoisement 58' disposé sur la face supérieure des deux contacts fixes 54 et 55. A la partie milieu du ressort 58 est suspendu un contact mobile 59 ayant la forme d'un coin dont la masse est faite en un métal magnétique ; contact mobile en coin 59 se trouve normalement légèrement au-dessus des surfaces de contact en biseau 53 des contacts fixes de façon à ponter celles-ci quand le ressort 58 s'in- curve vers le bas, hors de sa position rectiligne normale, sous l'effet de la force d'attraction magnétique.
Le boîtier hermétique 45 du contacteur est à remplissage gazeux représenté schématiquement par un petit cercle 60, suivant la méthode cou- rante de marquage d'un tube à remplissage gazeux. Le gaz de remplissage doit être non oxydant pour ne pas abîmer les contacts par où passe le cou- rant, et il ne peut pas se décomposer ; ilaura, de préférence, une rigidité diélectrique ou tension de rupture élevée, et aussi un poids moléculaire élevé, pour qu'il ait un plus grand effet d'amortissement. Des gaz conve- nables sont l'azote, l'hexafluorure de soufre, l'oxyde de carbone, l'acide carbonique, l'hydrogène ou un gaz inerteo Le gaz sera àvantageusement mis sous une pression de 1 à 5 atmosphères, plus ou moins.
Les éléments propres de contact 53 et 59 ont de petites dimen- sions utiles, peut être de l'ordre de 3/16 pouce (4,8 mm); et un contact est capable de laisser passer plusieurs centaines ou un millier d'ampères et même plus. La séparation des contacts, c'est-à-dire la longueur du mouvement total du contact 59, doit être aussi faible que possible, afin que les durées d'ouverture et de fermeture soient assez courtes que pour pouvoir être comprises facilement dans les deux moments de courant faible au début et à la fin de chaque période de conduction. La distance de sépa- ration des contacts fixes et mobile peut être aussi faible que 2 ou 3 milliè- mes de pouce (0,05 ou 0,075 mm) ou peut être aussi grande que 15 millièmes de pouce (0,38 mm).
Il est souhaitable de construire un contact pratiquement sans frot- tement, surtout après usure des contacts, et sans production d'arc malgré les très petits écartements utilisés comme précité.Il faut que les contacts 53 et 59 soient entre eux en bon contact électrique et en bon contact ther- mique. Ceci serait impossible sans le remplissage gazeux 60, sans les mo- ments de faible courant établis par la self à saturation 17 et le ou les tubes de shuntage des contacts à tension faible incapable d'entretenir un arc.
Le contacteur à boîtier hermétique 45 qui vient d'être décrit et qui est représenté à la figure 3 répond à ou est actionné par l'attrac- tion magnétique périodiquement exercée sur le ressort 58 et le coin de contact mobile 59, par les pièces polaires 56 et 57, Afin de garder le boîtier her- métique 45 aussi petit que possible et de ne pas multiplier les conducteurs d'amenée de courant, il est préférable de placer l'électro-aimant 18 qui ai- mante les pièces polaires 56 à 57,à l'extérieur du boîtier.
A cet¯effet, l'électro-aimantl8est monté sous le mince fond isolant 48 du boîtier 45 avec deux pièces polaires 61 et 62 placées exactement sous les pièces polaires in- térieures respectives 56 et 57,dont elles ne sont séparées que par un mince "entrefer" défini par l'épaisseur de la mince paroi isolante 48.
Un autre motif pour lequel il est bon de monter l'électro-aimant 18 à l'extérieur du boîtier hermétique 45, est le volume pris par la bobine d'excitation 19, surtout dans le cas d'un enroulement en série dans le cir- cuit de courant fort, comme représenté. Comme cette bobine ou enroulement L9 se trouve en série dans le circuit de courant fort pendant toute la durée de la période de conduction, elle doit être faite de gros conducteurs capa- bles de véhiculer le courant total qui passe pendant la majeure partie de
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la période de conduction, partie beaucoup plus longue que les brèves pério- des de conduction du tube de shuntage,
lequel ne conduit que le faible cou- rant des début et fin de période pendant une partie des moments de faible courant au commencement et à l'expiration de la période de conduction du circuit de courant fort.
Dans le circuit représenté à la figure 3, du courant monophasé provenant d'une phase du réseau triphasé 1, va par la self à saturation 17 et la bobine 19 de l'électro-aimant aux plaques-bornes du contacteur 46 et 49 connectées respectivement aux conducteurs 64 et 69 et aux deux contacts fixes 54 et 55 à l'intérieur du contacteur. Le circuit de courant fort continue, de la plaque inférieure49 du boîtier de contacteur 45, vers la borne Ll' du circuit de sortie. La borne Ll' est reliée à l'enroulement primaire d'un transformateur abaisseur 70 qui alimente le circuit de charge 44. L'autre borne de l' enroulement primaire du transformateur 70 est reliée au-fil de sortie 12' qui retourne au circuit d'alimentation 1.
La figure 3 représente un seul dispositif à contact mobile ayant la forme d'un contacteur à commande magnétique Il. Le circuit de sortie 11'-12' de ce contacteur est un circuit à courant alternatif, et ce contac- teur unique 11 peut donc laisser passer, à des moments différents, des courants en directions opposées. Comme le même contacteur laisse passer les ondes de courant positives et négatives, les bornes 46 et 49 du con- tacteur peuvent être shuntées à la fois par un tube T7 connecté positive- ment et un tube T8 connecté négativement, chaque tube commandant l'ouver- ture et la fermeture des contacts pour son propre sens du courant.
Dans le cas particulier de la figure 3, le circuit de sortie 11'-12' et le circuit de charge de soudure 44 ont la même fréquence que le circuit d'alimentation 1, mais la tension du circuit de sortie L1'-L2' et donc celle du circuit de soudure 44 sont réglables par commande d'alluma ge différé des tubes positif et négatif, T7 et T8 respectivement, shuntant les bornes 46 et 49 du contacteur.
A la figure 3, les tubes positif T7 et négatif T8 sont sembla- bles aux tubes Tl et T4 par exemple de la figure 1, aussi connectés respec- tivement positivement et négativement. Ainsi,la borne côté source 46 du con- tacteur 11 est connectée au circuit anodique à signe prime A7' du tube posi- tif T7, et au circuit anodique sans signe prime a8 du tube négatif T8. De même, la borne côté charge 49 du contacteur est reliée au circuit anodique sans signe prime A7 du tube positif T7 et au circuit anodique à sigle prime A8' du tube négatif T8.
Les circuits anodiques sans signe prime A7 et A8 sont alimentés,comme à la figure 1, par des enroulements secondaires 23' et 24' de transformateurs 23" et 24" alimentés eux-mêmes par deux phases du réseau 1 déphasées entre elles de 60 , et utilisant des redresseurs 20 com- me décrit avec référence à la figure 1.
A la figure 3, les grilles G7 et G8 des tubes correspondants T7 et T8 sont en synchronisme avec la tension d'alimentation du circuit de cou- rant fort, grâce à des circuits de grille comprenant chacun une batterie de polarisation de grille B, un secondaire de transformateur 36 et une résis- tance de grille Rg, comme à la figure 1. Les enroulements secondaires 36 font partie d'un transformateur de commande de grille 31' relié, par l'inter- médiaire d'un interrupteur marche-arrêt 37', à une phase de sortie d'un dé- phaseur 35 alimenté par le circuit d'alimentation triphasé 1.
Le fonctionnement de la commande de circuit de soudure représen- tée à la figure 3, est semblable à celui de la commande de redressement qui a été décrit avec référence à la figure 1. On utilise la même commande d'al- lumage différé, par commande de circuit de grille,pour régler la tension de sortie du circuit de soudure, la différence essentielle entre les deux cas étant qu'à la figure 3, le circuit de courant fort est monophasé avec une sortie monophasée, le même contacteur servant à laisser passer les demi-pério-
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des positives et négatives du courant de charge.
A la figure 3, la self à saturation 17 doit fonctionner en étant traversée, à des moments différentspar des courants du circuit de courant fort des deux polarités, et elle doit donc avoir un circuit magnétique 17' à magnétisme résiduel naturellement faible, sans l'aide de contre-enroulement, ou bien, si on utilise un contre-enroulement comme représenté en 17t de la figure 3, le courant qui le traverse doit s'inverser en synchronisme avec les inversions du courant fort. A titre d'exemple, le contre-enroulement 17 est représenté à la figure 3 alimenté, par l'intermédiaire d'une résistan- ce 17r, en courant alternatif par la même phase qui alimente le circuit de courant fort de l'appareil convertisseur.
La figure 4 représente un des circuits de courant fort de l'ap- pareil de la figure 1, avec certaines modifications concernant les tubes à basse tension shuntant les bornes du contacteur 11. Au lieu d'utiliser un tube à deux anodes, le circuit de la figure 4 utilise deux tubes iden- tiques à une seule anode, à commande par grille et à remplissage gazeux ou thyratrons T et T' de type courant, qui peuvent être considérés comme les symboles de tout dis sitif statique équivalent donnant deux circuits de courant commandés à conduction asymétrique.
L'anode ou circuit positif A du tube sans signe prime T ou dis- positif équivalent à conduction asymétrique de la figure 4, est connectée à ou correspond à la borne négative de sortie de courant Ll du contacteur 11, et ce circuit anodique A reçoit périodiquement d'une source extérieure, de l'énergie suivant un procédé essentiellement ou fonctionnellement sem- blable à celui utilisé pour le circuit anodique sans signe prime Al de la figure 1, avec certaines différences de détail.
Par exemple, la ten- sion du circuit anodique A de la figure 4 provient d'une source de tension continue, comme une batterie de plaque PB, avec, en série, une t ension alter- native de renfort provenant d'un transformateur 75 relié à une phase du ré- seau qui retarde, par exemple de 60 degrés, sur la phase qui alimente le circuit de courant fort contenant le contacteur 11. Quand, par exemple, la polarité du transformateur de renfort 75 devient assez négative, dans le circuit entre anode A ou positif et cathode C ou négatif du tube T ou dis- positif équivalent à conduction asymétrique, la tension de la batterie de plaque est forcée vers le bas, vers des valeurs négatives, de façon qu'il n'y ait plus de tension plaque suffisante, et le tube T s'éteint donc périodiquement à la fin des périodes de conduction du circuit de courant fort.
Ce circuit anodique à excitation extérieure contient, comme auparavant, une résistance anodique de limitation de courant Ra. Le disposi- tif à conduction asymétrique ou tube T est aussi pourvu d'un circuit de commande ou de grille contenant une résistance Rg qui est reliée au circuit anodique ou positif A, de façon que le tube ou dispositif laisse passer le courant chaque fois qu'il reçoit une tension positive convenable de sa source de tension plaque ou d'alimentation.
Le second tube T' ou dispositif équivalent à conduction asymétri- que, constituant borne positive, de la figure 4 est connecté en série et en opposition avec le tube T constituant borne négative. La cathode ou circuit négatif du tube ou dispositif T' à borne positive est reliée à la c athode o u circuit négatif C du tube ou dispositif T à borne négative, tandis que l'anode ou circuit positif A' du tube ou dispositif T' à borne positive est connectée à, ou correspond à la borne positive ou d'entrée de courant Al' du contacteur 11.
La grille ou circuit de commande G' du tube ou dis- positif T' à borne positive est parfaitement synchronisée avec le circuit d'alimentation 1, en vue de l'allumage différé par commande de grille, et comprend un d éphaseur 35, un transformateur de commande de grille 31 et une résistance de grille Rg, comme dans les circuits de la figure 1, sauf qu'à la figure 4, la batterie de polarisation de grille a été omise par raison de simplification.
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Le fonctionnement du dispositif de la figure 4 est en principe le même que celui décrit avec référence à la figure 1, sauf qu'il manque une sourcé de pré-ionisation facilitant l'établissement d'un arc vers le second circuit anodique, à fonctionnement intermittent, A' de la figure 4.
Comme cette seconde anode se trouve dans un tube séparé T', le tube T' ne s'a- morce pas sous une tension initiale aussi faible que la différence de po- tentiel entre anodes A1'-A1 de la figure 1. Par conséquent, au tout premier moment, la différence de potentiel totale du circuit à tubes apparaissant aux bornes du contacteur 11 est momentanément plus élevée à la figure 4 qu'à la figure la Après amorçage du second tube T', cette différence de poten- tiel aux bornes du contacteur est, en principe'. la même qu'à la figure 1, notamment la différence entre la tension interne du tube entre anode A' et cathode C et celle entre anode A et cathode C.
Comme auparavant, l'anode A doit laisser passer un courant légèrement plus élevé que le courant le plus élevé véhiculé par l'anode A', de façon qu'il n'y ait pas inversion de courant d'arc dans le premier tube T, quand le deuxième tube T' s'allume.
La figure 5 représente une autre variante de l'appareil représen- té à la figure 1. avec uniquement une phase redresseuse ou un circuit de courant fort. Dans le cas présent, afin que le circuit de courant fort ait une capacité de courant plus grande que celle d'un seul dispositif à contacts 11 de la figure 1, on utilise.,un contacteur multiple représenté schématique- ment par plusieurs dispositifs à contacts 11a llb et 11c qui, quoique dis- posés côte à côte en réalité, sont disposés les uns au-dessus des autres pour la facilité de la représentation.
Ces trois contacts sont montés sur un même électro-aimant 18 suffisant .pour donner les flux magnétiques néces- saires aux trois contacteurs 11a, 11vb et 11c, De préférence,l'électro-ai- mant 18 de la figure 5 comporte trois bobinages série 19a, 191 et 19c. un en série avec chaque contacteur 11a, llb et 11c respectivement. L'utilisa- tion d'une bobine d'enclenchement séparée 19a, 19b, 192 pour chacun des con- tacteurs connectés en parallèle permet de mieux diviser le courant entre les trois circuits parallèles, mais ceci n'est pas toujours indispensable.
A la figure 5, chacun des contacteurs 11a, 11b, 11c est shunté par son propre tube à double anode Ta, Tb ou Tc, Dans ce cas-ci cependant? les premiers circuits anodiques Aa, Ab, des tubes correspondants ta,
Tb et tc sont reliés à des anodes qui ont la forme, en réalité, de grilles 81, 82 et 83 plus robustes que normalement dans les tubes monoanodiques à commande par grille et suffisantes, en tous cas, pour véhiculer les courants des moments de courant faible qui traversent les tubes shuntant les con- tacteurs Ces tubes ta, % et tc fonctionnent donc comme des tubes à dou- ble anode sans grille de commande,les deux anodes étant réunies dans un circuit anodique à signe prime commun A'abc' aux bornes positives ou d'en- trée de courant des trois contacteurs 11a, llb et 11c.
Les grilles 81, 82 et 83 de ces trois tubes Ta' Tb et Tc servent de bornes anodiques secondes ou à signe prime A'abc et sont reliées aux bornes négatives ou de sortie de courant des contacteurs respectifs 11a, llb et 11c.
A la figure 5, les circuits anodiques sans signe prime Aa, Ab et Ac. sont alimentés comme le circuit anodique sans signe prime Al de la figure 1, par l'intermédiaire de résistances anodiques Ra, et des enrou- lements secondaires 23' et 24' de deux transformateurs d'alimentation ano- dique 23" et 24" dont les enroulements primaires sont reliés à deux phases, déphasées entre elles de 60 , du réseau 1. Comme à la figure 1, les cir- cuits d'alimentation anodique de la figure 5 contiennent des redresseurs
20 pour redresser chaque phase de l'alimentation des circuits anodiques. epté A part la question de la multiplicité des contacts qui a déjà été considérée, le circuit de la figure 5 fonctionne en principe de la même façon que celui de la figure 1. mais sans commande de grille.
Il y a cependant une différence importante en ce que la chute de tension d'arc entre la grille et l'anode d'un tube à grille de commande est très faible, parce que la distance anode-grille est plus petite que la distance anode-
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cathodeo En fait, la chute d'arc entre grille et anode dans les tubes Ta, Tb et tc de la figure 5 est généralement plus faible que la différence de p otentiel d'anode à anode dans le tube Tl de la figure 1.
La figure6 est une vue semblable à la figure 5, sans contacts multiples, sauf en ce que le tube à grille Td de la figure 6 est inversé par rapport à la figure 5. Ainsi, à la figure 6, l'anode principale du tu- be Td est reliée au circuit anodique sans signe prime Ad connecté à la bor- ne de sortie du courant Ll du contacteur 11, tandis que la grille 84 du tu- be Td est reliée au circuit anodique avec signe prime Ad connecté à la borne d'entrée du courant du contacteur 11.
Le circuit anodique sans signe prime Ad est alimenté, comme déjà décrit, par l'intermédiaire de la résistance anodique Ra, des redresseurs 20, et des transformateurs d'alimentation ano- dique 23" et 24", Le fonctionnement du circuit de la figure 6 est le même que pour les circuits des figures 1 et 5 sauf que, grâce à la faible chute de tension interne entre la grille 84 et le circuit cathodique Cd du tube Td de la figure 6, la chute de tension différentielle grille-anode du tube, dans le circuit Ad-A., peut être rendue vraiment extrêmement faible et probablement même négative, de sorte qu'il n'y aura aucune tension d'entretien d'arc sur les contacts mobiles du contacteur 11, quand celui-ci s'ouvre ou se ferme .
La présente invention procure donc un nouveau type de tube ou circuit de tubes, avec un circuit d'anode à anode dans un tube ayant deux électrodes pouvant servir d'anodes. Ce nouveau tube ou circuit de tubes est spécialement d'application et d'utilité dans les installations à redresseurs ou convertisseurs mécaniques d'un type où les fermetures et coupures de con- tacts se font dans des conditions de faible courant et sous des tensions extrêmement basseso Ces conditions de faible courant sont obtenues, comme d'habitude dans ces redresseurs mécaniques, par la mise en série de selfs à saturation dans les circuits de courant fort.
Les conditions de basse tension de contact sont obtenues dans un tube avec un premier chemin d'arc ou courant spatial entre une première ano- de ou connexion d'anode et une cathode ou connexion de cathode, et un se- cond chemin d'arc ou courant spatial entre une seconde anode ou connexion d'anode et la dite cathode ou connexion de cathode. Les connexions sont telles que la différence de potentiel résultante d'anode à anode soit une faible tension différentielle égale à la différence entre les chutes de ten- sion des deux chemins d'arc ou de courant spatial. Ceci est obtenu en faisant circuler, par le premier chemin d'arc ou de courant spatial, un courant anode-cathode extérieur supérieur au courant pouvant circuler, à tout moment, par le second chemin d'arc ou de courant spatial.
Dans une forme d'exécution où les deux anodes sont proches l'une de l'autre et disposées symétriquement par rapport à la cathode, dans un tube à remplissage gazeux, comme aux figures 1 à 3, le transfert du courant spatial du chemin à excitation extérieure au chemin non excité par lequel passe le courant de shuntage du contacteur, est pratiquement instanta- né et ne demande en substance aucune tension supplémentaire pour l'amorçage du nouvel arc, par ce que tout l'intérieur du tube à remplissage gazeux est garni de gaz ionisés, surtout dans la région de l'anode à excitation exté- rieure qui véhicule le courant le plus élevé.
Les dimensions des appareils commutateurs ou convertisseurs de la présente invention sont extrêmement réduites, compte tenu des courants forts très élevés véhiculés. Un dispositif mécanique à contact mobile com- me les contacteurs 11, 12, 13, 14, 15, 16, 11A, llb et 11c, peut être cons- truit très petit, si les surfaces de contact ne s'oxydent pas et si aucun arc ne se produit entre contacts à la fermeture et à l'ouverture. L'oxyda- tion des contacts est éliminée par le remplissage gazeux 60 utilisé, de préférence, dans toutes les formes d'exécution de l'invention à commande magnétique. Les arcs sont supprimés grâce aux moments de faible courant éta-
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blis par les tubes de shuntage. Le remplissage gazeux sous pression 60 est aussi un bon conducteur thermique qui évacue la chaleur des contacts 53 et 59.
Grâce à leurs faibles dimensions, les contacteurs ou éléments de contact 53 et 59 ont de faibles constantes de temps, c'est-à-dire que les mouvements d'ouverture et de fermeture des contacts se font en de temps très courts. L'élément de contact 59, étant très réduit., a une faible mas- se ou inertie, et ne demande qu'une force d'accélération réduite pour effec- tuer le mouvement d'ouverture ou de fermeture. Les mouvements d'ouverture et de fermeture étant réduitsc'est-à-dire la distance parcourue par le contact mobile étant très courte, le temps nécessaire au contact mobile pour parcourir cette distance est, par conséquent,, très court. Toutes ces consi- dérations démontrent qu'il ne faut qu'une force magnétique et une force de rappel par ressort ou autre relativement petites., pour fermer et ouvrir les contacts.
Il est donc possible d'utiliser des forces de fermeture et d'ouverture des contacts extrêmement grandes, comparées à la faible masse du contact mobile à déplacer ou à accelérer, de manière à obtenir un temps de fermeture ou d'ouverture des contacts extrêmement court.
D'autre part., les tubes de shuntage à basse tension interne peuvent aussi être extrêmement petits et hors de proportion avec les cou- rants relativement élevés véhiculés par les circuits de courant fort.
Non seulement ces tubes ne doivent pas laisser passer ces courants forts (puisqu'ils ne sont traversés que par le courant des moments de courant faible), mais ils ne véhiculent ces courants que pendant des périodes ex- trêmement courtes, ces courants ayant la forme d'impulsions de courant fai- bles de très courte durée
Les tubes ou circuits de tubes à signe prime constituent les bor- nes positives, laissent passer leurs courants de premier moment de courant faible pour amorcer les périodes de conduction de leurs circuits de courant fort uniquement pendant le temps nécessaire aux contacteurs à commande ma- gnétique pour enclencher leurs contacts mobiles., et ce temps de fermeture est rendu aussi court que possible.
Les mêmes tubes ou circuits de tubes à signe prime constituant les bornes positives, laissent passer leurs cou- rants de dernier moment de courant faible uniquement pendant une période limite qui sert de facteur de sécurité entre la fin de l'ouverture du contact mobile et l'expiration du dernier moment de courant faible de la période de conduction du circuit principal de courant fort. Les différents tubes de shuntage des contacteurs agissent comme des lampes à faible chute de ten- sion interne dans le circuit de courant fort, et leurs faibles chutes de tension réduisent leur échauffement interne et augmentent leur capacité de courant. Les tubes à remplissage gazeux résistent momentanément très bien à des courants de surcharge extrêmement élevés., sans échauffement ni autre inconvénient.
Comme les tubes., dans le cas présentne doivent lais- ser passer que des faibles impulsions de courte durée., ils peuvent être cons- truits en prévision d'un courant de régime qui n'est qu'une très petite fraction de la valeur des courants des moments de faible courant., moments pendant lesquels ces tubes sont en service.
Il est vrai que l'excitation externe des tubas sans signe prime constitue une certaine perte d'énergie, énergie nécessaire à l'entretien des courants d'excitation ou d'ionisation des tubes. Il faut cependant remar- quer que les moments de faible courante établis par la self à saturation
17, limitent le courant véhiculé par ces tubes à une valeur qui peut être de l'ordre du trentième du courant maximum ou de pointe véhiculé par les cir- cuits de courant fort.
Quoique ces courants d'arc établis par excitation externe dans les tubes à double anodesoient légèrement supérieurs à ces courants de moments de courant faibleils ne dépassent pas 3,5 à 4,5% du courant de pointe et ne passent pas, en outre,, de façon ininterrompue, puisqu'ils sont arrêtés un rien après la fin de chaque période de conduc- tion et restent ainsi interrompus jusqu'au moment de l'amorçage de la pério-
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de de conduction suivante du circuit de courant fort.
La perte d'énergie due à l'excitation extérieure des tubes n'est donc qu'une très petite frac- tion des 3,5 ou 4.5% du courant de régime de l'appareil redresseur ou con- vertisseur, parce que ces courants élevés de régime sont débités sous une tension beaucoup plus élevée que la tension des circuits d'excitation exter- ne des anodes sans signe prime des tubes.
Si le tube à double anode exige cette dépense d'énergie pour l'excitation extérieure d'une des anodes, il permet d'obtenir une coupure et fermeture de contact sans arc tellement efficace, que la dimension des contacteurs peut être .fortement réduite comparée à celle des anciens contac- teurs, la durée de vie des surfaces de contact étant d'ailleurs prolongée dans de grandes proportionso Ces énormes avantages dépassent de beaucoup le goût insignifiant des circuits d'excitation extérieure des tubes, et le rendement total du redresseur ou convertisseur mécanique à contact mobile reste toujours très supérieur à celui des tubes seuls et des machines dyna- mo-électriques .
Il va de soi que les formes d'exécution de l'invention représentées et décrites ne sont données qu'à titre d'exemple, et que de nombreuses modi- fications peuvent y être apportées par substitution d'éléments, de construc- tion et de circuits équivalents, et l'addition ou l'omission de diverses par- ties, comme des charges fictives et autres particularités connues, sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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LOW INTERNAL VOLTAGE DROP TUBES FOR MOVABLE CONTACT RECTIFIERS.
The present invention relates to mechanical rectifiers or converters, with movable contacts and their circuits, of which the device for closing and breaking the cqntacts is placed in a high current circuit using a saturation inductor to establish, at the start and at the start. the end of each period of conduction of the high current circuit, relatively long moments of low current, in order to facilitate the closing and opening of the contacts, in combination with a set of tubes shunted on the contacts, so as to limit contact voltages during the closing and opening of these contacts.
The invention is particularly concerned with an assembly of tubes with a double anode or other double static device with asymmetric conduction, the circuit of which is used between anodes or the equivalent to constitute, at the terminals of the device for closing and opening the contacts, a Low internal voltage drop or arc drop shunt path.
The use of a saturation choke to produce low current moments in the high current wave, during the opening and closing of a contact device, is a well known method.
Experience has shown that the service life of a contact of a mechanical straightener is greatly prolonged, if the durations of the arcs, during the opening and closing of the contacts, are extremely short, which can be obtained by bypassing the contact terminals with a tube with an extremely low arc drop.
It has been considered in the past to be able to use various cesium tubes, but these are complicated and their operation difficult, they are not as sure as they could be, in their present state of development they require a considerable heat-up time, and despite their extremely low arc drop, better performance or longer life contacts could be obtained if one had an even lower arc drop tube.
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The invention aims to provide special tubes and circuits, or equivalent asymmetric conduction devices with their circuits, and combinations thereof with a high current circuit which contains a mechanical device with contacts and a choke. saturation.
The double anode tube or other asymmetric conduction device of the present invention is based on an entirely new principle of achieving low voltage drop in a device, such as a tube constructed of ordinary materials and filled with. a common gas, mercury or xenon, for example.
A tube power supply, connected externally, intervenes at the beginning of a conduction period of the high current circuit, to initiate, for the anode of the tube which is connected to the current output terminal of the contact device, an anode circuit -cathode internal to the tube allowing a current to flow which is only slightly higher than the highest current that can be reached at any time at the start of the initial low current moment, and also during the low current end moments of the conduction period of the high current circuit. The current shunting the contacts then flows from the second anode to the anode mentioned first, and the effective arc drop is very low, since it is the difference between the arc drop from the second anode to the cathode and the arc drop from the first anode to the cathode.
In fact, when the current begins to flow from anode to anode, the total amount of external curant supplied to the cathode does not change, and the current from the first mentioned anode does not reverse. The current of the first mentioned or externally excited anode suddenly drops by the amount of the current which suddenly appears in the second anode. Tests have shown that less than 0.5 volts is sufficient to pass this current from one anode to another, and in certain cases it is even possible to obtain lower arc drops, or even a drop in arc. negative arc, as will be explained later.
In many cases, a grid control is advantageous, and the tube is constructed, under these conditions, in such a way that a single grid regulates the flow of current from the two anodes, which constitutes a new type of tube.
Several embodiments of the invention are shown, by way of example, in the accompanying drawings.
Fig. 1 is a schematic view of circuits and apparatus showing the invention in the form of a magnetically controlled six-contact mechanical rectifier which transforms a three-phase power circuit into a direct current load circuit. , using double anode, gas-filled, grid-controlled tubes to bridge the contacts at new low equivalent arc drop.
Figure 2 is a similar view of a rectifier using devices for closing and opening synchronous rotary contacts.
Figure 3 is a sectional view of a preferred embodiment of a high speed, magnetically actuated, gas filled contactor, with the circuits shown schematically and other associated elements; representing a single-phase converter, to transform current 60 cycles at constant voltage (for example) into an adjustable voltage welding current of the same frequency.
FIG. 4 is a view of a modification of the circuit shown in FIG. 1, showing a contact circuit or high current circuit of a contactor using two identical tubes or other static devices with ordinary asymmetric conduction to bypass the contact. , instead
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double anode tube.
Figure 5 is another partial view, similar to figure 4 showing the use of several contacts in the same phase or the same high current circuit to obtain a larger current capacity, and also showing the variant of a tube two-anode in which the grill of an ordinary thyratron is made strong enough to serve as the first anode or highest current anode connected to the current output terminal of the contact shunted by the tube; Figure 6 is another partial diagram, similar to Figure 4, but showing a reverse anode and gate thyratron connection with respect to the contactor connection shown in Figure 4, so as to obtain the effect of a negative arc drop tube.
FIG. 1 represents a three-phase power supply circuit at industrial frequency 1 which supplies a voltage transformation device, such as a transformer 2 with primary P1, P2, P3 in delta and secondaries S1, S3, S3 in a star. The figure shows a six-phase double-star rectifier circuit using six contactors or contact closing and opening devices 11, 12, 13, 14, 15 and 16, numbered in the order of a six-phase circuit.
The secondary terminal S1 of the power supply circuit sends current to a first high current circuit containing a positive conduction contactor 11, and to a second high current circuit which contains a negative conduction or opposite polarity contactor. Likewise, the second terminal S2 supplies two high current circuits containing the positive and negative conduction contactors 13 and 16, while the third terminal S3 supplies two high current circuits, respectively containing the high current contactors. positive 15 and negative 12 conductions.
The output circuits of the three positive conduction contactors 11, 13 and 15 are connected to a load circuit or positive output terminal L1, while the output terminals of the three negative conduction contactors 14, 16 and 12 are connected. to the negative return circuit L2 of the DC output circuit of the device.
Each of the six high current circuits containing the respective contactors 11 to 16 constitutes a phase of the rectification in which the current is switched to zero at the end of each conduction period. Each of these circuits, in addition to the contactor, includes its own saturation inductor 17 inserted in series at a certain point of the high current circuit.
The operation and nature of the saturation chokes 17 are known and well understood. It suffices to say that the iron 17 'of the magnetic circuit of the reactance must have a low residual flux hysteresis curve, or else suitable means must be used to shift the hysteresis curve, for example. example a counter winding with unilateral current 17 ", so that the inductor at saturation gives the effect of having a residual flux of hysteresis as low as one wishes, and that one can adjust the residual fluxes hysteresis for the conditions appearing at the start and at the end of each conduction period of the heavy current circuit. Each 17 "counter-winding is supplied with direct current with one polarity in the direction such as the counter-winding s 'opposes the flow produced by the current flowing in the high current circuit, as we know.
The excitations of the counter-windings can be adjusted by means of variable resistors 17 "'.
The effect of the saturation choke 17 is such that, when a current begins to flow in the circuit with a value close to zero, but increasing from zero, the value of the current is too low to saturate the choke or reactance, and this therefore has a high reactive impedance. The choke is calculated in such a way that this reactive unsaturated impedance is sufficient to limit the current to a low value, in the high current circuit where the choke is placed, and in this way la'self to saturation.
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tion, in its unsaturated state, slows the increase of the strong current in the circuit, establishing a weak current moment that can last for 10 to 20 degrees or more, at the start of the current conduction period.
As soon as the saturation choke 17 saturates, its impedance drops to a very low, practically negligible value, so that the saturation choke has practically no effect on the high current circuit, during most of its life. current conduction period.
The current conduction period of this strong current circuit ends when the current returns to zero, in a process commonly referred to as current switching, because the current is usually switched or routed to another circuit. When this time the current approaches zero, the saturation choke becomes unsaturated again and resumes a high self-induction value which delays the total extinction of the current, and causes a low current to continue to flow for about ten degrees or more, after the current would have already gone out if it had not been for the voltage across the reactance.
In this way, the saturation choke 17 establishes low current moments, at the beginning and at the end of each conduction period of the high current circuit, during which the movable contacts can be closed and opened, respectively, under a low current. which can be about one-thirtieth of the peak current, or even less.
Each of the contactors or opening and closing devices of the circuit 11 to 16 is shown, in FIG. 1, with a magnetic control composed of an electromagnet 18 and a series winding or winding 19 inserted, in series, at a certain point in the high current circuit containing the contactor contacts.
Circuit opening and closing devices II to 16 are preferably gas-filled contactors constructed as shown in Figure 3, but in a broader sense they can be regarded as symbols of any device. tif with movable contacts, switch or contactor, controlled by an electromagnet, hydraulic piston, cam or other controlled by an electromagnet, hydraulic piston, cam or other mechanical vibratory device, by rotation, as in the case of the rotary switch in figure 2.
Each of the contact devices 11 to 16 of FIG. 1 lets current flow in only one direction, periodically, the contact devices 11, 13 and 15 allowing positive current to flow, and the contact devices 12, 14 and 16 negative current. During the periods of positive conduct of the respective supply conductors SI, S2 and S3, the source side terminals A'1, A'3, and A'5 of the positive conductor contactor devices 11, 13 and 15 respectively , are the positive or current input terminals of these contactors, and the load side terminals A1, A3 and A5 are the negative or current output terminals of these contactors.
During periods of negative conduction, the strong currents pass through the negative conduction contactors 14, 16 and 12 and their respective terminals on the source side A4, A6 and A2 are the current output terminals of these contactors, while the load side terminals A4 ', A6' and A2 'are the current input terminals of these contactors 14, 16 and 12 respectively.
Each of the contactors 11, 12, 13, 14, 15 and 16 is bypassed or short-circuited by its own low voltage tube T1, T2, T3, T4, T5 and T6 respectively. Each of these tubes, the tube T1 for example, has a cathode circuit correspondingly numbered C1 for example, and two spaced auxiliary electrodes having connection terminals A1 and A1 'for example, these two auxiliary electrodes p which can be used as anodes when they are sufficiently positive with respect to the cathode of this tube.
In a preferred form of the invention shown in Figure 1, each of the contactor shunt tubes, Tl for example, is a controlled tube by grid and gas filling or thyratron, in which the two electrodes
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auxiliaries are two anodes spaced substantially symmetrically from the cathode and very close to each other. Each thyratron, like Tl, also has a correspondingly numbered common grid, like G1, this grid being placed to control the anode currents of both anodes Al and Al 'of that tube. The other five tubes T2 through T6 are constructed similarly, with the same cathode and anode circuits, the same grid circuits, all numbered the same as the tube itself.
FIG. 1 shows, by way of example, an excitation and control device for the six tubes T1 to T6. Each of the excited anode circuits, without prime sign, A1 to A6 of the different tubes of FIG. 1, receives a sustained positive anode voltage applied from the outside by any suitable means. In a preferred embodiment of the invention shown in Figure 1, the anode voltage source is an intermittent source which intermittently applies the anode voltage across rectifiers 20, and consists of two output phases. an auxiliary anode supply transformer 21.
The latter has a primary 22 in delta supplied by the three-phase network 1 and two secondary six-phase star windings without neutral point 23 and 24, the various phases driving, in pairs, the rectifiers 20 so as to supply the various anode circuits. cathode, like the anode circuit A1 and the corresponding cathode circuit C1, Each anode circuit therefore receives a useful or appropriate positive anode voltage which is applied nothing before the conduction period of the current of the associated high current circuit (for example the high current circuit containing the contactor 11) does not start.
This anode voltage is maintained as long as one or the other of the secondary supply phases of the transformer 21 is sufficiently positive, and this anode voltage is removed at some point after the end of the conduction period of the circuit. strong current.
In order to be able to regulate the continuous output voltage, most rectifiers require a delayed ignition control, thanks to which one chooses the moment, in the period of the supply current, when the conduction period of the various phases of the rectifier begin. The rectifier of Fig. 1 includes such a voltage regulator in the form of a gate drive applied to the respective gate circuits G1 to G6 of tubes T1 to T6.
Each grill circuit, like the gate circuit G1 for example, comprises a suitable bias source, represented schematically by a battery B, and one of the secondary windings of three gate control transformers 31, 32 and 33, the primary windings of which are supplied by the respective output phases of a delta-star transformer 34 connected, by a phase shifter 35, to the three-phase network 1. Each of the three gate control transformers 31, 32 and 33 comprises two windings separate secondaries 36 which apply, to its associated gate circuit, a sine wave or a peak voltage pulse, depending on the nature of the transformer. Each of the gate circuits also has its own gate resistor.
A simple adjustment of the phase shifter 35 determines the point in the period of the network current where each grid becomes positive enough to ignite each tube, or to allow the tube to start passing current. For example, when the grid circuit C1 of tube T1 becomes sufficiently positive with respect to its cathode circuit C1, this tube immediately passes current from the anode to the cathode through its anode circuit with separate excitation A1, since the Anode supply transformer 21 has previously applied to this anode circuit a suitable positive anode voltage.
The rectifier shown in Figure 1 is started by closing a three-pole switch 37 supplying the gate control phase shifter 35 from network 1. A sustained anode current immediately begins to flow in the anode circuits without. sign
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prime tubes whose grid circuit is positive enough for the tube to light up at this time. Each tube, like tube T1 for example, when it lights up or begins to conduct, begins a current conduction period of its associated high current circuit with its corresponding contactor 11 open.
When this tube, T1 for example, begins to pass the current through its anode-cathode circuit with separate excitation A1-C1, the inside of the tube is ionized and this spatial ionization immediately causes an arc in the second anode circuit. with prime sign A1 'and the cathode circuit C1, because the gate control phase shifter 35 is always set so that the corresponding gate circuit, like G1, does not become positive enough until the moment when the second anode circuit receives a voltage more positive than that of the first anode Al of this tube.
The potential applied by the high current circuit to the two anode circuits, like A1 and Al ', immediately before the ignition of the tube Tl, is controlled by the relative potentials or phase shifts of the respective secondary terminals SI, S2 and S3. (like the power supply terminal SI, if we consider the operation of the tube T1 for example). The phase shifter 35 is set so that the tube T1 only lights up when the power supply terminal SI makes the anode current input circuit A1 'more positive than the anode current output circuit. Al, so that the input anode circuit Al is ready to ignite or conduct current, as soon as the operation of the tube is initiated by applying a sufficiently positive gate potential to the gate circuit Gl .
The current therefore begins to flow in the high current circuit containing the contactor 11 shunted by the tube T1, and when the current begins to increase from zero, the saturation inductor not being saturated, with in the event of non-saturation a reactive impedance high enough to limit the high current to a low value, this current remains low until the inductor becomes saturated, thus delimiting a moment when the current is low at the start of the conduction period of the strong current circuit.
As soon as the current begins to flow (for example in the strong current circuit containing the contactor 11) through the anode-anode conductor circuit, Al 'to Al), from the corresponding tube Tl, a device must be used which brings the contactor 11 in the closed position with a synchronization such that the contact closes quickly, the closing movement to be completed after the start of the low current moment at the beginning of the conduction period and before the end of this moment. In FIG. 1, this synchronized control of the contactor 11 is formed by the electromagnet 18, the series excitation coil 19 of which, placed in series in the high current circuit, is traversed by the anode-anode current of the. tube (like Tl) as soon as it becomes conductive.
The current flowing through the coil 19 of the electromagnet exerts a powerful closing force on the contactor
11 which is placed in its closed position within the time limit of the initial moment of low current provided by the saturation choke 17.
At the first moment when the contact pads touch each other, they not only have a low current to convey, but also the shunt presence of the tube reduces the contact voltage to a low value which is the internal voltage drop of the tube. , to be distinguished from the voltage applied at that moment to the high current circuit. The lower this internal tension of the tube can be made, the less the contact pads will be damaged at the time of closing. If this internal tube voltage can be kept less than 5 volts or less than the sustaining voltage of an arc at the contacts, there will be essentially no sparking or burning of the contacts.
In tubes with two anodes, like Tl, the real voltage drop between the anode circuit or terminal A1 ', and the anode circuit or terminal
A1, is very low, of the order of 0.5 volts or less, since the drop in
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real voltage is the difference between the anode circuit voltage drop Al'-cathode circuit C1 and the anode circuit voltage drop Al-cathode circuit above C1,
As soon as the contacts, of the contactor 11 for example, there will be in substance a zero voltage drop across their terminals, which bypasses the associated tube, like Tl, and extinguishes the current of the anode circuit Al '.
After that, the anode circuit, like Al, without prime sign remains traversed by an uninterrupted anode-cathode current. Each of the unsigned anode circuits prime A1 to A6 contains an anode resistor Ra which limits the sustained or external anode current to a value which is only slightly greater than the highest current that the corresponding anode circuit could carry at any time. with prime sign (like A1 '), during the start of the initial low current moment of the conduction period of the high current circuit.
By maintaining a low uninterrupted current in the unsigned prime anode circuit of each tube, these tubes are kept ready to ignite the prime anode circuit of the corresponding tube, at the desired time, at the end of the conduction period of the current circuit. strong., as will be explained. In the meantime, during most of the conduction period, the contactor (11 for example) is closed and allows the high current to pass through the high current circuit.
At the end of the conduction period of the high current circuit (like the circuit containing the contactor 11), when the current returns to zero in the switching process, the latter reaches a low value at which the saturation inductor 17 becomes unsaturated and suddenly introduces, into the high current circuit, a high inductive impedance which opposes any rapid variation of the high current, and marks the beginning of the final low current moment of the conduction period of the high current circuit.
The choke 17, in its unsaturated state, prolongs this weak current beyond the moment when the strong current would be switched or reduced to zero, and thus establishes a weak current moment of a duration of 10 degrees or more, according to the necessities. opening of the contacts, as will now be described.
Suitable synchronization means must be provided so that the contactors (e.g. contactor 11) open their contacts at the start (or at some point) of the low current end moment of the conduction period of the high current circuit containing the contactor considered In FIG. 1, this end-of-period synchronization is performed by coil 19 of electromagnet 18. In FIG. 2, this synchronization is obtained by adjusting the rotary switch and its brush (s) .
In figure 1, towards the end of each conducting period of the high current circuit, the final low current moment is established by the fact that the saturation choke 17, becoming unsaturated, reduces the current of the high circuit to such a value weak that the series coil 19 of the electromagnet is no longer able to keep the contact closed, the latter opening under the effect of the contact opening return spring. (This return spring is symbolically indicated, in Figure 1, by the normally open position of the contact which corresponds to the rest state of the contactor).
It is possible, in the final low current moment, to make this current weaker than at the initial low current moment, by suitably calculating the choke at saturation and by adjusting the counter-winding of the choke, by varying the counter-resistance. winding 17 "'which forms part of the counter-winding apparatus shown in a very simplified manner in FIG. 1.
The return force of the contactor is such that the contact opens quickly before the final low current moment expires.
As soon as the contacts open during the final low current moment of the conduction period, the tube connected in parallel leaves
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immediately pass the weak current conveyed by the strong current circuit at this end of the conduction period, because the gas which fills the tube is kept ionized by the uninterrupted arc established between cathode and anode without prime sign, therefore, not only the contact opens when the current flowing through it is weak, but it has at its terminals a very low voltage which is the aforementioned internal drop from anode to anode., in the tube connected in parallel.
In this way, the contact only needs to make a very small movement to achieve a breakdown voltage greater than the anode-to-anode voltage drop applied to the contact pads. The contact pads therefore move apart without producing an arc.
The tube then continues to conduct the weak current during the remainder of the final weak current moment of the conduction period, and at the end of this period the anode with the prime sign stops conducting the current, for lack of voltage at its terminals. A little later, the sustained anode-cathode current stops in the anode circuit without prime sign, because the anode voltage supplied by the anode excitation transformer 21 becomes negative, and the tube goes out entirely until the start of next cycle which is a repetition of the operation which has just been described.
FIG. 2 represents a circuit similar to that of FIG. 1, except that the contactors are this time represented by rotary contactor devices 11 'to 16' driven by a small synchronous motor 40 supplied by the main power supply circuit 1. The synchronization and the order of switching of these rotary contactors 11 'to 16' of FIG. 2, can be adjusted by any suitable means (not shown), for example by judiciously shifting the brushes which rub on the moving part. contactors. The operation of the apparatus of Figure 2 is, in all other respects, the same as that of the apparatus of Figure 1.
Figure 3 shows an important application of the invention to the control of the voltage of an AC soldering circuit shown schematically at 44. Figure 3 also shows an enlarged and partially schematic section of one of the magnetically controlled contactors. - tick 11 to 16 (for example 11) which are shown schematically in Figure 1.
As Figure 3 shows, contactor 11 comprises a hermetically sealed housing 45 composed of a flat cover 46 of non-magnetic metal, a cylindrical body 47 of insulating material, such as porcelain, and a thin bottom 48 of insulating material which can also be porcelain. The contact opening and closing device is placed inside this hermetic housing and suitable current supply and output conductors go to the opposite terminals of the contact opening and closing device.
In the embodiment of FIG. 3, the cover 46 of the housing 45 serves as a current supply conductor, constituting a conducting means for switching the current between the interior and the exterior of the housing, while the The other current supply conductor consists of a flat bottom ring 49 of conductive metal. It goes without saying that all parts of the hermetic housing 47 are suitably connected and sealed to each other, as FIG. 3 shows diagrammatically.
The device for opening and closing the contacts placed inside the hermetic housing 45, comprises two fixed contact pads 51 and 52 spaced from one another with contact surfaces 53 inclined at a bevel. These contact pieces 51 and 52 are shown schematically in the form of thin contact blades of a suitable contact metal.
These blades are attached to the ends of two contact terminal plates 54 and 55 which are placed on two respective laminated pole pieces.
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56 and 57 1Jep # smtron the minée-fond-insant- "48 .Les pieces" "'POJ.:SÍres --56 èt = 57 end in a bevel and these ends are topped by the bevelled surfaces 53 of the contact blades 51 and 52.
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The two contact pads 51 and 52 are placed, at a certain distance, under a movable contact device composed of a normally planar, rigid contact carrier spring 58 made of a resilient magnetizable material.
The two ends of the spring 58 are taken in a rigid support represented in the form of a spacer ring or frame 58 'disposed on the upper face of the two fixed contacts 54 and 55. At the middle part of the spring 58 is suspended a movable contact 59 having the shape of a wedge, the mass of which is made of a magnetic metal; wedge movable contact 59 is normally located slightly above the beveled contact surfaces 53 of the stationary contacts so as to bridge these when the spring 58 bends downward out of its normal rectilinear position under the effect of the force of magnetic attraction.
The sealed housing 45 of the contactor is gas-filled, shown schematically by a small circle 60, following the common method of marking a gas-filled tube. The filling gas must be non-oxidizing so as not to damage the contacts through which the current passes, and it cannot decompose; It will preferably have a high dielectric strength or breakdown voltage, and also a high molecular weight, so that it has a greater damping effect. Suitable gases are nitrogen, sulfur hexafluoride, carbon monoxide, carbonic acid, hydrogen or an inert gas. The gas will advantageously be placed under a pressure of 1 to 5 atmospheres, plus or minus less.
Clean contact elements 53 and 59 have small working dimensions, perhaps on the order of 3/16 inch (4.8 mm); and a contact is capable of passing several hundred or a thousand amperes and even more. The separation of the contacts, that is to say the length of the total movement of the contact 59, should be as small as possible, so that the opening and closing times are short enough that they can be easily understood in both. low current moments at the start and end of each conduction period. The separation distance of the stationary and movable contacts can be as small as 2 or 3 thousandths of an inch (0.05 or 0.075 mm) or can be as great as 15 thousandths of an inch (0.38 mm).
It is desirable to construct a practically frictionless contact, especially after wear of the contacts, and without arcing despite the very small spacings used as mentioned above. The contacts 53 and 59 must be in good electrical contact with each other and in good thermal contact. This would be impossible without the gas fill 60, without the low current moments established by the saturation choke 17 and the low voltage contact shunt tube (s) incapable of sustaining an arc.
The hermetically sealed contactor 45 which has just been described and which is shown in FIG. 3 responds to or is actuated by the magnetic attraction periodically exerted on the spring 58 and the movable contact wedge 59 by the pole pieces. 56 and 57, In order to keep the hermetic case 45 as small as possible and not to multiply the current supply conductors, it is preferable to place the electromagnet 18 which magnetizes the pole pieces 56 to 57, outside the housing.
For this purpose, the electromagnet 18 is mounted under the thin insulating bottom 48 of the housing 45 with two pole pieces 61 and 62 placed exactly under the respective inner pole pieces 56 and 57, from which they are only separated by a thin "air gap" defined by the thickness of the thin insulating wall 48.
Another reason why it is good to mount the electromagnet 18 outside the hermetic case 45, is the volume taken up by the excitation coil 19, especially in the case of a series winding in the cir - fired with strong current, as shown. As this coil or winding L9 is in series in the strong current circuit throughout the duration of the conduction period, it must be made of large conductors capable of carrying the total current which passes during most of the time.
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the conduction period, which is much longer than the short conduction periods of the shunt tube,
which only conducts the low current at the start and end of the period during part of the low current moments at the start and end of the conduction period of the high current circuit.
In the circuit shown in figure 3, single-phase current coming from a phase of the three-phase network 1, goes through the saturation choke 17 and the coil 19 of the electromagnet to the terminal plates of the contactor 46 and 49 connected respectively to conductors 64 and 69 and to two fixed contacts 54 and 55 inside the contactor. The high current circuit continues from the bottom plate 49 of the contactor housing 45 to the terminal L1 'of the output circuit. The terminal L1 'is connected to the primary winding of a step-down transformer 70 which supplies the load circuit 44. The other terminal of the primary winding of the transformer 70 is connected to the output wire 12' which returns to the circuit. power supply 1.
FIG. 3 represents a single movable contact device having the form of a magnetically controlled contactor II. The output circuit 11'-12 'of this contactor is an AC circuit, and this single contactor 11 can therefore pass, at different times, currents in opposite directions. Since the same contactor allows positive and negative current waves to pass through, contactor terminals 46 and 49 can be shunted by both a positively connected T7 tube and a negatively connected T8 tube, each tube controlling the opening. - ture and closing of the contacts for its own direction of the current.
In the particular case of FIG. 3, the output circuit 11'-12 'and the solder load circuit 44 have the same frequency as the supply circuit 1, but the voltage of the output circuit L1'-L2' and therefore that of the soldering circuit 44 are adjustable by delayed ignition control of the positive and negative tubes, T7 and T8 respectively, bypassing the terminals 46 and 49 of the contactor.
In FIG. 3, the positive T7 and negative T8 tubes are similar to the tubes T1 and T4, for example, of FIG. 1, also connected respectively positively and negatively. Thus, the source side terminal 46 of the contactor 11 is connected to the prime sign anode circuit A7 'of the positive tube T7, and to the unsigned prime anode circuit a8 of the negative tube T8. Likewise, the load side terminal 49 of the contactor is connected to the unsigned prime anode circuit A7 of the positive tube T7 and to the prime anode anode circuit A8 'of the negative tube T8.
The anode circuits without prime sign A7 and A8 are supplied, as in FIG. 1, by secondary windings 23 'and 24' of transformers 23 "and 24" themselves supplied by two phases of the network 1 phase-shifted between them by 60, and using rectifiers 20 as described with reference to Figure 1.
In FIG. 3, the gates G7 and G8 of the corresponding tubes T7 and T8 are in synchronism with the supply voltage of the strong current circuit, thanks to grid circuits each comprising a grid bias battery B, a transformer secondary 36 and a gate resistor Rg, as in figure 1. The secondary windings 36 form part of a gate control transformer 31 'connected, via an on-off switch 37 ', to an output phase of a de-phaser 35 supplied by the three-phase supply circuit 1.
The operation of the welding circuit control shown in FIG. 3 is similar to that of the rectifying control which has been described with reference to FIG. 1. The same delayed ignition control is used, for example. gate circuit control, to adjust the output voltage of the soldering circuit, the essential difference between the two cases being that in figure 3, the high current circuit is single-phase with a single-phase output, the same contactor being used to leave spend the half-periods
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positive and negative charge current.
In FIG. 3, the saturation choke 17 must operate while being crossed, at different times by currents of the strong current circuit of the two polarities, and it must therefore have a magnetic circuit 17 'with naturally weak residual magnetism, without the counter-winding aid, or else, if a counter-winding is used as shown at 17t in FIG. 3, the current which passes through it must be reversed in synchronism with the reversals of the strong current. By way of example, the counter-winding 17 is represented in FIG. 3 supplied, via a resistor 17r, with alternating current by the same phase which supplies the high current circuit of the converter apparatus. .
FIG. 4 represents one of the high current circuits of the apparatus of FIG. 1, with certain modifications concerning the low voltage tubes bypassing the terminals of the contactor 11. Instead of using a tube with two anodes, the circuit of figure 4 uses two identical tubes with a single anode, controlled by grid and filled with gas or thyratrons T and T 'of the current type, which can be regarded as the symbols of any equivalent static device giving two circuits of controlled current with asymmetric conduction.
The anode or positive circuit A of the unsigned tube prime T or equivalent device with asymmetric conduction of FIG. 4, is connected to or corresponds to the negative current output terminal L1 of the contactor 11, and this anode circuit A receives periodically from an external source, energy in accordance with a method substantially or functionally similar to that used for the unsigned anode circuit prime A1 of FIG. 1, with certain differences in detail.
For example, the voltage of the anode circuit A of figure 4 comes from a direct voltage source, such as a plate battery PB, with, in series, an alternating reinforcing voltage coming from a transformer 75 connected to a phase of the network which lags, for example by 60 degrees, on the phase which supplies the high current circuit containing the contactor 11. When, for example, the polarity of the reinforcement transformer 75 becomes quite negative, in the circuit between anode A or positive and cathode C or negative of tube T or equivalent device with asymmetric conduction, the voltage of the plate battery is forced downwards, towards negative values, so that there is no there is no sufficient plate voltage, and the tube T therefore goes out periodically at the end of the conduction periods of the high current circuit.
This anode circuit with external excitation contains, as before, a current limiting anode resistor Ra. The asymmetrical conduction device or tube T is also provided with a control or grid circuit containing a resistor Rg which is connected to the anode or positive circuit A, so that the tube or device lets current flow whenever 'it receives a suitable positive voltage from its plate voltage source or power supply.
The second tube T 'or equivalent device with asymmetric conduction, constituting a positive terminal, of FIG. 4 is connected in series and in opposition with the tube T constituting a negative terminal. The cathode or negative circuit of the tube or device T 'with positive terminal is connected to the negative method or circuit C of the tube or device T with negative terminal, while the anode or positive circuit A' of the tube or device T 'to positive terminal is connected to, or corresponds to the positive or current input terminal Al 'of contactor 11.
The grid or control circuit G 'of the tube or device T' with positive terminal is perfectly synchronized with the supply circuit 1, with a view to delayed ignition by grid control, and comprises a phase dphaser 35, a gate driver 31 and gate resistor Rg, as in the circuits of Figure 1, except that in Figure 4, the gate bias battery has been omitted for simplicity.
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The operation of the device of FIG. 4 is in principle the same as that described with reference to FIG. 1, except that it lacks a pre-ionization source facilitating the establishment of an arc towards the second anode circuit, in operation. intermittent, A 'in Figure 4.
As this second anode is in a separate tube T ', the tube T' does not sag under an initial voltage as low as the difference in potential between anodes A1'-A1 in Fig. 1. Therefore , at the very first moment, the total potential difference of the tube circuit appearing at the terminals of the contactor 11 is momentarily higher in FIG. 4 than in FIG. 1a. After ignition of the second tube T ', this potential difference at contactor terminals is, in principle '. the same as in FIG. 1, in particular the difference between the internal voltage of the tube between anode A 'and cathode C and that between anode A and cathode C.
As before, the anode A must let pass a current slightly higher than the highest current carried by the anode A ', so that there is no reversal of arc current in the first tube T , when the second tube T 'lights up.
FIG. 5 represents another variant of the apparatus shown in FIG. 1 with only a rectifying phase or a high current circuit. In the present case, in order for the high current circuit to have a greater current capacity than that of a single contact device 11 of FIG. 1, a multiple contactor is used, represented schematically by several contact devices. 11a 11b and 11c which, although arranged side by side in reality, are arranged one above the other for ease of representation.
These three contacts are mounted on the same electromagnet 18 sufficient to give the necessary magnetic fluxes to the three contactors 11a, 11vb and 11c. Preferably, the electromagnet 18 of FIG. 5 comprises three series windings. 19a, 191 and 19c. one in series with each contactor 11a, 11b and 11c respectively. The use of a separate latching coil 19a, 19b, 192 for each of the contactors connected in parallel allows the current to be better divided between the three parallel circuits, but this is not always essential.
In Figure 5, each of the contactors 11a, 11b, 11c is shunted by its own double anode tube Ta, Tb or Tc, In this case however? the first anode circuits Aa, Ab, corresponding tubes ta,
Tb and tc are connected to anodes which have the shape, in reality, of grids 81, 82 and 83, more robust than normally in single-anode tubes with grid control and sufficient, in any case, to carry the currents of the current moments low which pass through the tubes bypassing the contactors.These tubes ta,% and tc therefore function as double anode tubes without a control grid, the two anodes being united in an anode circuit with a prime sign A'abc 'common to the positive or current input terminals of the three contactors 11a, 11b and 11c.
The grids 81, 82 and 83 of these three tubes Ta 'Tb and Tc serve as second anode or prime sign terminals A'abc and are connected to the negative or current output terminals of the respective contactors 11a, 11b and 11c.
In FIG. 5, the anode circuits without prime sign Aa, Ab and Ac. are supplied like the unsigned anode circuit prime A1 of FIG. 1, via anode resistors Ra, and the secondary windings 23 'and 24' of two anode supply transformers 23 "and 24" of which the primary windings are connected to two phases, out of phase with each other by 60, of network 1. As in figure 1, the anode supply circuits of figure 5 contain rectifiers
20 to rectify each phase of the power supply of the anode circuits. With the exception of the question of the multiplicity of contacts which has already been considered, the circuit of FIG. 5 operates in principle in the same way as that of FIG. 1, but without gate control.
There is, however, an important difference in that the arc voltage drop between the gate and the anode of a control gate tube is very small, because the anode-to-gate distance is smaller than the anode distance. -
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cathodeo In fact, the arc drop between grid and anode in the tubes Ta, Tb and tc of figure 5 is generally lower than the difference in potential from anode to anode in the tube Tl of figure 1.
Figure 6 is a view similar to Figure 5, without multiple contacts, except that the grid tube Td of Figure 6 is inverted with respect to Figure 5. Thus, in Figure 6, the main anode of the tu - be Td is connected to the anode circuit without prime sign Ad connected to the output terminal of the current Ll of contactor 11, while the grid 84 of the tube Td is connected to the anode circuit with prime sign Ad connected to the terminal contactor current input 11.
The unsigned anode circuit prime Ad is supplied, as already described, via the anode resistor Ra, rectifiers 20, and anode supply transformers 23 "and 24". The operation of the circuit of FIG. 6 is the same as for the circuits of Figures 1 and 5 except that, thanks to the low internal voltage drop between gate 84 and cathode circuit Cd of tube Td of Figure 6, the differential gate-anode voltage drop of tube, in the circuit Ad-A., can be made really extremely weak and probably even negative, so that there will be no arcing voltage on the moving contacts of the contactor 11, when the latter opens or closes.
The present invention therefore provides a new type of tube or tube circuit, with an anode-to-anode circuit in a tube having two electrodes which can serve as anodes. This new tube or circuit of tubes is especially applicable and useful in installations with rectifiers or mechanical converters of a type where the closing and breaking of contacts are made under conditions of low current and at extremely high voltages. basseso These low current conditions are obtained, as usual in these mechanical rectifiers, by placing saturation inductors in series in high current circuits.
The low contact voltage conditions are obtained in a tube with a first arc path or space current between a first anode or anode connection and a cathode or cathode connection, and a second arc path. or space current between a second anode or anode connection and said cathode or cathode connection. The connections are such that the resulting anode-to-anode potential difference is a low differential voltage equal to the difference between the voltage drops of the two arcing or space current paths. This is obtained by causing an external anode-cathode current to circulate, through the first arc or space current path, greater than the current which can circulate, at any time, through the second arc or space current path.
In one embodiment where the two anodes are close to each other and arranged symmetrically with respect to the cathode, in a gas-filled tube, as in Figures 1 to 3, the transfer of the spatial current from the path to excitation external to the non-excited path through which the contactor shunt current passes, is practically instantaneous and does not require substantially any additional voltage for the initiation of the new arc, because the entire interior of the gas-filled tube is packed with ionized gases, especially in the region of the externally excited anode which carries the highest current.
The dimensions of the switching or converting devices of the present invention are extremely small, taking into account the very high strong currents carried. A mechanical moving contact device, such as contactors 11, 12, 13, 14, 15, 16, 11A, 11b and 11c, can be made very small, if the contact surfaces do not oxidize and if none arc does not occur between contacts on closing and opening. Oxidation of the contacts is removed by gas fill 60 preferably used in all embodiments of the invention with magnetic control. The arcs are suppressed thanks to the low current moments.
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blocked by the shunt tubes. The pressurized gas filling 60 is also a good thermal conductor which dissipates heat from the contacts 53 and 59.
Thanks to their small dimensions, the contactors or contact elements 53 and 59 have low time constants, that is to say that the opening and closing movements of the contacts take place in very short times. The contact element 59, being very small, has a low mass or inertia, and requires only a reduced acceleration force to effect the opening or closing movement. As the opening and closing movements are reduced, that is to say the distance traveled by the mobile contact being very short, the time required for the mobile contact to travel this distance is, consequently, very short. All these considerations demonstrate that only a relatively small magnetic force and a return force by spring or the like are required to close and open the contacts.
It is therefore possible to use extremely large closing and opening forces of the contacts, compared to the low mass of the moving contact to be moved or accelerated, so as to obtain an extremely short closing or opening time of the contacts. .
On the other hand, the internal low voltage shunt tubes can also be extremely small and out of proportion to the relatively high currents carried by the high current circuits.
Not only should these tubes not allow these strong currents to pass (since they are only traversed by the current at moments of weak current), but they carry these currents only for extremely short periods, these currents having the form weak current pulses of very short duration
The tubes or circuits of tubes with prime sign constitute the positive terminals, let pass their currents of first moment of weak current to initiate the conduction periods of their strong current circuits only for the time necessary for the contactors with magnetic control. to engage their movable contacts., and this closing time is made as short as possible.
The same tubes or circuits of tubes with prime sign constituting the positive terminals, allow their last moment currents of weak current to pass only during a limiting period which serves as a safety factor between the end of the opening of the moving contact and the end of the opening of the moving contact. 'expiration of the last low current moment of the conduction period of the high current main circuit. The various contactor shunt tubes act as lamps with low internal voltage drop in the high current circuit, and their low voltage drops reduce their internal heating and increase their current capacity. Gas-filled tubes withstand extremely high overload currents momentarily very well, without overheating or other inconvenience.
As the tubes., In the present case must allow only weak pulses of short duration to pass., They can be constructed in anticipation of an operating current which is only a very small fraction of the value. currents moments of low current., moments during which these tubes are in service.
It is true that the external excitation of the tubas without prime sign constitutes a certain loss of energy, energy necessary to maintain the excitation or ionization currents of the tubes. Note, however, that the moments of weak current established by the saturation choke
17, limit the current conveyed by these tubes to a value which may be of the order of one thirtieth of the maximum or peak current conveyed by the strong current circuits.
Although these arc currents established by external excitation in the double anode tubes are slightly higher than these low current moment currents they do not exceed 3.5 to 4.5% of the peak current and do not, moreover, pass. uninterrupted, since they are stopped a little after the end of each conduc- tion period and thus remain interrupted until the initiation of the period.
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of the next conduction of the high current circuit.
The loss of energy due to the external excitation of the tubes is therefore only a very small fraction of the 3.5 or 4.5% of the operating current of the rectifier or converter device, because these currents high RPMs are delivered at a voltage much higher than the voltage of the external excitation circuits of the unsigned prime anodes of the tubes.
If the double anode tube requires this expenditure of energy for the external excitation of one of the anodes, it makes it possible to obtain a breaking and closing of contact without arc so effective, that the size of the contactors can be greatly reduced compared. to that of the old contactors, the service life of the contact surfaces being moreover prolonged in great proportions o These enormous advantages far exceed the insignificant taste of the external excitation circuits of the tubes, and the total efficiency of the rectifier or mechanical moving contact converter is still far superior to that of tubes alone and dynamic-electric machines.
It goes without saying that the embodiments of the invention shown and described are given only by way of example, and that numerous modifications can be made thereto by substitution of elements, construction and equivalent circuits, and the addition or omission of various parts, such as dummy loads and other known features, without departing from the scope of the invention.
CLAIMS.
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