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La présente invention concerne un appareil qu'on peut utiliser chaque fois qu'un courant de sortie soit servir de oritère pour indiquer celle de deux tensions d'entrée qui est la plus haute.
Cette appareil est caractérisé en ce que les sources des deux ten- sions à comparer sont respectivement connectées à travers un redresseur à une résistance commune, et en ce que l'un des redresseurs est connecté en série avec le circuit d'entrée d'un basculeur bistable dont le signal de sortie commande un transistor de commutation.
La figure 1 du dessin annexé représente un premier exemple d'utili- sation de l'appareil selon-- l'invention pour le réglage d'un générateur synchro- ne.
Le générateur 1 est excité par l'excitatrice principale 2. Cette machine comprend un circuit d'excitation en dérivation, connecté en série avec une excitatrice auxiliaire 3 comprenant à son tour deux enroulements d'excita- tion 4 et 5. L'enroulement 4 est parcouru par un courant d'excitation négatif constant, fourni par la source 6 et pouvant être réglé par un rhéostat 7. Le courant d'excitation positif circulant dans l'enroulement 5 est fourni par la même source. Il est déterminé par la résistance 8, et interrompu et rétabli par le transistor de commutation 9. Le redresseur 10 empêche dans ce cas l'appari- tion de fortes pointes de tension sur le transistor 9,pendant les opérations de commutation. De préférence, l'énsemble est proportionné de façon que la constance de temps du circuit 5,8,10 soit égale pour la fermeture et l'ouverture.
La valeur moyenne du courant circulant dans l'enroulement 5 donc un fin de compte l'excitation du générateur 1 sont ainsi'déterminées par la durée relative du maintien en circuit du transistor 9. Cette durée relative doit donc être commandée par les quantités à régler, notamment par la tension fournie par le générateur 1. La mesure de cette tension est effectuée par les trois trans- formateurs monophasés 11, et par les trois redresseurs 12 connectés à ces trans- formateurs'. La résistance 32 permet d'introduire une composante complémentaire qui dépend'du courant engendré. La tension continue pulsatoire engendrée par les trois redresseurs 12 connectés en série, est filtrée par un filtre compre- nant la résistance 13 et le condensateur 14.
On utilise la tension filtrée pour faire fonctionner la lampe à effluves 16 à travers la résistance limiteuse d'in- tensité 15 ou un autre dispositif stabilisateur, par exemple un tube diode de Zener. Une tension constante est donc appliquée pendant le fonctionnement aux bornes du condensateur 17 connecté aux deux électrodes de la lampe à effluves.
La résistance 18 empêche la naissance d'oscillations de basculement. Le conden- sateur de filtrage 14 est connecté en parallèle avec le diviseur de tension 19, qui applique au condensateur 20 une tension proportionnelle à la tension aux bornes du condensateur 14. Cette dernière tension est donc proportionnelle à la quantité qui doit être réglée, c'est-à-dire (abstraction faite d'une composan- te introduite accidentellement et dépendant de l'intensité) à la tension engen- drée par le générateur 1. A cet effet les conditions sont choisies telles que les tensions appliquées aux bornes des condensateurs 17 et 20 soient précisément égales entre elles lorsque la tension engendrée par le générateur atteint sa valeur théorique. Dans l'exemple représenté la polarité négative de chacune de ces tensions se présente au point commun des deux condensateurs.
Or en partant du mode de fonctionnement du régulateur dit de Tirrill, on peut veiller à ce que l'enroulement 5 de l'excitatrice auxiliaire 3 soit toujours mis en circuit par le transistor de commutation 9 lorsque la tension réelle aux bornes du condensateur 20 est inférieure à la tension théorique aux bornes du condensateur 17.
A cet effet les deux condensateurs, remplissant la fonction de sour- ces des deux tensions à comparer, sont respectivement connectés à travers des redresseurs 21 et 22 à une résistance commune 23. Le redresseur 21 est complémen-
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tairement connecté en série avec les résistances 24, sur lesquelles on reviendra dans la suite de cette description. Le redresseur 22 est connecté en série avec le circuit d'entrée d'un basculeur bistable formé par la résistance 25. Dans le présent exemple ce basculeur est formé par le déclencheur dit de Schmidt doté de deux transistors A et B complémentairement dotés de résistances 26 à 30 et alimentés par la source 31.
On voit immédiatement qu'un courant ne peut traverser les redresseurs 21 ou 22 que lorsque la tension correspondante est supérieure à la tension avec laquelle elle doit être comparée. Par exemple, le passage d'un courant à travers le redresseur 22 cesse indépendamment de la valeur absolue des tensions dès que la tension aux bornes du condensateur 20 devient un peu supérieure à celle qui est appliquée aux bornes du condensateur 17. Ceci arrête cependant également le passage du courant à travers la résistance 25, et le basculeur passe à l'au- tre position de stabilité.
Le signal de sortie du basculeur, se présentant aux bornes de la résistance 29, commande le transistor de commutation 9 par l'intermédiaire d'un amplificateur comprenant le transistor C. Ainsi qu'il'a été indiqué précédemment, ce transistor de commutation agit sur le courant circulant dans l'enroulement d'excitation 5. Grâce à l'utilisation d'un basculeur bistable selon l'invention, on obtient avec certitude que le transistor de commutation occupe toujours une position nettement en ou hors circuit, c'est-à-dire qu'il ne reste jamais dans une position intermédiaire exerçant sur ce transistor une action nuisible.
La grande inertie électrique de l'ensemble comprenant le générateur, l'excitatrice principale et l'excitatrice auxiliaire ne permettrait aucun réglage stable sans dispositions spéciales. On prévoit donc les blocs de renvoi 32 pro- portionnels à la tension et à l'intensité de l'excitatrice principale, et à la tension et à l'intensité de l'excitatrice auxiliaire. Ainsi qu'il a été indiqué symboliquement sur le dessin, ces tensions sont appliquées aux bornes des résis- tances 24 connectées en série avec le redresseur 21. Les tensions renvoyées sont donc ajoutées à la tension réelle, et les conditions sont choisies telles que l'ensemble engendre des oscillations avec une période courte comparée aux con- stantes de temps des machines. Il en résulte un réglage stable de la tension du générateur.
Par rapport aux régulateurs connus, l'appareil qui vient d'être dé- crit offre essentiellement les avantages suivants : ne comprend aucun organe mobile, notamment aucun contact, il n'exige donc pratiquement aucun entretien.
Il se prête à une construction moins encombrante et moins coûteuse qu'un régula- teur dit de tirrill. Les tensions et leurs composantes, notamment les tensions renvoyées qui doivent être comparées entre elles, peuvent être engendrées sans grande perte de puissance dans des circuits à forte résistance chimique.
La figure 2 représente un deuxième exemple d'utilisation de l'appa- reil selon l'invention dans un ensemble de commande par la grille pour redresseurs de courant, c'est-à-dire dans un dispositif destiné à engendrer des impulsions réglables en phase convenant à llallumage de redresseurs de courant commandés par la grille.
Le fonctionnement de l'ensemble de commande par la grille représen- té sur le dessin est fondé sur le principe connu en soi de la commande verticale dite sinusoïdale. On utilise dans ce cas une tension sinusoïdale U en phase avec la tension alternative de réseau alimentant le redresseur de courant. Selon la figure 3 on ajoute à cette tension sinusoïdale une tension continue constante Uk d'une valeur telle que la somme Uo=U +Uk soit toujours positive. On compare la valeur momentanée de U avec la tension de commande continue et variable U .
Une impulsion d'allumage doit toujours se présenter lorsque la tension différen tielle U-Vv passe par zéro en partant de valeurs négatives, c'est-à-dire chaque fois que l'angle de déphasage devient égal à a. L'avantage particulier de la com-
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mande verticale sinusoïdale réside dans le fait que la tension continue, engen- drée par le redresseur de courant, est une fonction linéaire de la tension de commande U . v
Pour tenir compte des conditions imposées au fonctionnement du re- dresseur de courant, la position des impulsions doit être déplaçable dans l'in- tervalle 0¹Ó¹150 Cette valeur de 1500 n'est indiquée qu'à titre d'exemple.
Certains écarts vers le haut et vers le bas spnt fréquemment indiqués.On doit également veiller à ce qu'aucune impulsion ne puisse être engendrée dans l'in- tervalle 150¹Ó¹360 De plus il est nécessaire d'obtenir qu'aucune impulsion ne soit engendrée même dans le cas de variations rapides de la tension du réseau, et du'un court-circuit accidente entre la grille de commande de.la cathode du redresseur de courant n'entraîne aucune suite nuisible à l'ensemble de commande par la grille.
Le régulateur selon l'invention répond à toutes ces conditions.
Il est évident qu'on peut remplacer par des transistors les tubes électroniques à décharge qu'on utilise dans les ensembles de commande par la grille de ce genre. Ce remplacement entraîne cependant certains inconvénients.
Pour déterminer aussi exactement que possible les positions des impulsions, on doit éviter des intersections relativement longues entre les tensions U et U à comparer entre elles. Ces tensions doivent donc être aussi hautes que possible.
D'autre part, la charge qu'on peut imposer à l'entrée des transistors est limitée, aussi bien en ce qui concerne la tension d'arrêt que l'intensité de passage.
On doit donc limiter la tension et l'intensité dans le circuit d'entrée du mon- tage à transistor, et ceci n'est pas possible sans perte importante de puissance à cause des hautes tensions et des résistances de faible valeur. L'appareil se- lon l'invention permet d'éviter cet inconvénient, en premier lieu grâce au fait que la limitation est assurée par des redresseurs résistant à la tension dans des circuits à haute résistance ohmique, de sorte que les pertes de puissance restent très réduites même en présence de hautes tensions.
Selon la figure 2 on utilise l'appareil selon l'invention pour com- parer entre elles les tensions U et U . En ce qui concerne la tension U il peut s'agir d'une tension réglable manuellement, ou de la tension de sortie d'un régulateur précédent. La source de la tension U comprend les éléments 35 (sour- ce de tension continue U) et 36 ( transformateur de la tension alternative U ) connectés en série, ensuite le groupe formé par la résistance 37 et le conden- sateur 38, sur lequel on reviendra dans la suite de cette description.
La source fournissant la tension U est connectée à travers le re- dresseur 33 à la résistance 34. La source engendrant la tension Uest égale- ment connectée à la résistance 34 à travers le redresseur 39. Le redresseur 39 est d'autre part connecté en série avec le circuit d'entrée d'un basculeur bis- table comprenant la résistance 40. Dans ce deuxième exemple, ce basculer est encore formé par le déclencheur dit de Schmidt doté de transistors 41 et 42, comprenant complémentairement les résistances 43 à 47 et alimentés par la source 48.
Le signal de sortie -du,basculeur, qui se présente aux bornes de la résistance 46, commande le transistor de commutation 49 à travers l'élément de différentiation 50, 51 appliquant une courte impulsion au transistor de commu- tation à chaque mouvement de renversement du basculeur bistable. On voit sans difficulté qu'une impulsion positive est appliquée au transistor de commutation chaque fois que la tension U dépasse la tension Uen partant du bas, donc cha- que fois aux phases a (figure 3). Les impulsions négatives se présentant entre les impulsions positives n'offrent aucun intérêt.
Grâce à l'utilisation d'un basculeur selon l'invention, on obtient avec certitude que les impulsions posi- tives commandant le transistor de commutation se présentent toujours sous la même forme, quel que soit l'angle d'intersection entre les courbes des tensions :
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U et U o v
La formation des impulsions' d'allumage à appliquer au redresseur de courant a lieu par l'intermédiaire d'un montage à réaction, dont l'élément actif de commutation est constitué par le transistor de commutation 49 lui-même. Chaque fois qu'une impulsion positive est appliquée par le groupe de différentiation 50,51, le transistor de commutation 49 établit la connexion entre l'enroulement primaire 52 du transformateur de réaction et la source de courant 53.
L'enroule- ment secondaire 54 fait immédiatement passer un courant de réaction sur le tran- sistor de commutation à travers le redresseur 55 sollicité dans le sens du pas- sage, et la résistance réglable 56. L'impulsion d'allumage est simultanément engendrée dans le deuxième enroulement secondaire 57. La durée de cette impulsion est déterminée par l'aire de la tension et du temps que peut absorber le trans- formateur de réaction. En effet, l'intensité du collecteur du transistor de com- mutation augmente dès que la saturation commence dans le fer, tandis que l'in- tensité de base diminue. Dès que cette intensité de base ne suffit plus à main- tenir le transistor à l'état complètement conducteur, le flux magnétique décroît dans le fer du transformateur et le courant est coupé par le transistor.
Le rappel à fêtât de repos de l'ensemble du montage de réaction n'a lieu qu'à la fin de la décharge dans le redresseur de courant 58, parce que le courant de grille de celui-ci maintient le noyau de fer du transformateur de réaction à l'état de saturation, même après la disparition du courant dans le transistor. L'enroulement 59 est parcouru par un courant continu déterminé par la résistance 60, et cet enroulement sert à désaimanter le noyau de fer au moment du retour à l'état de repos. Pendant ce retour, la tension induite dans l'enroulement primaire 52 s'ajoute à la tension de la source 53, et sollicite le transistor de commutation dans le sens de l'arrêt. Pendant toute la durée du retour à l'état de repos, le redresseur 61 maintient cette tension complémen- taire constante à la valeur de la tension fournie par la source 62.
Cette source est réglée de façon que l'aire de tension et de temps de la période de retour à l'état de repos soit égale à l'aire de tension et de temps de la période direc- trice déterminée par la durée nécessaire de l'impulsion.
Le redresseur précité 55 empêche les impulsions, engendrées par le groupe de différentiation 50, 51 de passer sans utilisation à travers l'enrou- lement secondaire 54. La totalité de l'énergie de ces impulsions est donc dis- ponible pour l'amorçage du dispositif de réaction. La résistance 63, connectée en parallèle avec le redresseur 55 sert en combinaison avec la résistance 51 à la stabilisation du transistor de commutation 49 dans les périodes d'arrêt.
La résistance 56 précitée est destinée au réglage de l'intensité de base dans le transistor de commutation. Son utilisation est indiquée si on tient compte des dispersions relativement importantes qui font partie des propriétés des transistors.
La protection nécessaire contre les court-circuits de l'ensemble de commande par la grille est assurée par le fait que le dispositif de réaction est simplement amorcé par les impulsions engendrées par le groupe de différen- tiation 50, 51 de sorte que la charge imposée au transistor de commutation ne risque pas de dépasser la durée de ces impulsions, même dans le cas d'un court- circuit dans l'enroulement 57.
Lorsqu'on ne fait agir que des impulsions à énergie relativement faible, la puissance de commutation du transistor 42 peut servir directement à la commande d'un thyratron, par exemple.
On décrira maintenant le but du groupe RC, comprenant la résistance 37 et le condensateur 38 et des organes de commutation qui s'y rattachent.
Cette partie complémentaire destinée à la commutation remplit deux fonctions: elle empêche la naissance d'impulsions d'allumage dans l'intervalle 150¹Ó¹ 360 , et permet la formation d'impulsions d'allumage même dans le cas de vari-
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ations rapides de la tension du réseau. Par exemple, en suposant que la tension du réseau s'abaisse brusquement, la tension Usuit cette variation sans aucun , retard alors que les tensions continues Uk et Su, obtenues par redressement et filtrage, se modifient assez lentement. Si on choisit dans ce cas la position des impulsions d'allumage à proximité de a = 0 , il ne se produit aucun chevau- chement des courbes U et U pendant un certain temps, et aucune impulsion d'allu- mage ne peut être engendrée.
Par contre, si on choisit la position des impulsions d'allumage à proximité de a = 150 , il en résulte un décalage inacceptable des impulsions d'allumage en direction des valeurs plus élevées en a.
Le transistor 64 est "ouvert " chaque fois pendant une demi-période par la tension alternative engendrée par le transformateur 65. L'enroulement pri- maire de ce transformateur est connecté avec deux conducteurs du réseau triphasé d'alimentation de façon que le transistor devienne toujours conducteur pendant les intervalles 150¹Ó¹ 330 . Le courant de collecteur de ce transistor passe sous la forme de courant complémentaire dans le circuit d'entrée du basculateur bistable, c'est-à-dire à travers la résistance 40. Il en résulte que le transis- tor 41 du déclencheur de Schmidt est toujours en circuit dans l'intervalle pré- cité, quelle que soit celle des tensions Uet U qui est la plus forte. Il se peut donc qu'une impulsion d'allumage soit engendrée au début de cet intervalle, mais cette impulsion n'est jamais engendrée pendant l'intervalle.
Or le courant complémentaire précité donne lieu à une chute de tension A U aux bornes du groupe RC comprenant la résistance 37 et le condensateur 38. Le comportement de cette chute de tension est indiqué par la courbe /, U de la figure 3. Cette chute de tension s'ajoute selon la courbe inférieure de la figure 3 à la tension U .
En ce qui concerne l'effet final, la tension est donc comparée à la tension de commande U selon la courbe U + U. On voit immédiatement que les inconvénients précités sont ainsi éliminés. En admettant que l'abaissement de la tension U , résultant des variations de la tension du réseau, n'est pas supérieur à la valeur ¯ U de la tension complémentaire engendrée par le groupe RC, la rapidité quel- conque de la variation et le réglage quelconque du point d'allumage a entraî- nant toujours un point d'intersection entre les courbes U + AU et U . Il n'en résulte donc aucune impulsion d'allumage. D'autre part, aucun retard de la posi- tion des impulsions ne peut se présenter au delà de a = 150 lorsque le courant complémentaire actionne le basculeur bistable au plus tard à a = 150 .
Des moyens complémentaires et simples permettent de régler les limi- tes de l'intervalle. A cet effet on peut par exemple déphaser la tension du trans- formateur 65, ou appliquer au transistor 64 la somme d'une tension alternative et d'une tension continue réglables.
Au point a = 150 , la courbe de la tension U n'est généralement pas symétrique à celle du point a = 330 La courbe au point a = 330 est déter- minée par le choix des éléments 37, 38, et doit être identique pour toutes les phases d'une installation généralement polyphasée. Une faible constante de temps du groupe RC 37,38 offre l'avantage d'une position plus nettement définie des im- pulsions dans la zone a = 0 , sans aucun risque d'un chevauchement prolongé entre les tensions U et U + ¯ u Le point de désamorçage du transistor 64, situé en haut à a = 330 doit donc être décalé davantage vers a = 360 .