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@ Equipement pour la commande de la position des électrodes dans un four à arc .
La présente invention concerne les tours à rxrc électrique et plus spécialement un équipement pour commander la position des électrodes dans un four à arc.
Il est usuel dans la production d'acier de bonne qualité, d'utiliser des fours à arc électrique polyphasée, comportant plusieurs électrodes ainsi que des organes de commande de la position des électrodes, associée à chaque électrode. Le courant passe, dans ces fours,dea électrodes vers la charge du tour, qui est mine à la masse* La partie du trajet comprise entre l'électro** de et la charge du four forme un arc qui fournit la chaleur néces- saire au fonctionnement du four.
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Des organes sont prévus, d'une façon générale, pour déterminer la position de chacune des électrodes par rapport à la charge du four, en fonction de la longueur de l'arc conjugua, qui est indiquée par le courant et la tension de cet arc. Lorsque le courant de l'arc augmente, oe qui indiqua que cet are est trop court, l'électrode est relevé , tandis que lorsque la tension de l'ocre augmente, ce qui indique que cet are est trop long, l'électrode est abaissée.
Ces variations de longueur de l'arc se produisent par suite de l'usure de l'électrode par com- bustion pendant le fonctionnement normal du four, et également du fait que .La hauteur de la charge du tour, formés par exemple par des riblons, balane au cours de la fluidification.
Un type d'équipement de commande de la position des élec- trodes utilise un moteur électrique réversible et un treuil relié à l'électrode au moyen d'un câble et de poulies. Le moteur réagit à un dispositif de détection du courant et de la tension dans l'électrode. Doms les applications normales des systèmes utilisant un treuil et un câble pour la commande des électrodes, le moteur d'entraînement est du type réversible à courant continu;
ainsi, chaque fois que l'électrode doit être déplacée, le moteur doit subir un démarrage, une accélération jusque la vitesse requise, puis un fonationnement pendant le temps nécessaire pour réaliser la correction de position de l'électrode* Si une correc- tion doit se faire en sens opposé, il est nécessaire d'arrêter le moteur, d'inverser son sens de rotation et de le ramener à la vitesse voulue* Lors du fonctionnement réel d'un four, le moteur de commande du treuil est continuellement en service, c'est-àdire qu'il fonctionne, qu'il s'arrête et qu'il subit une inversion.
Dans un équipement de commande de position des électrodes du type à moteur à courant continu et à treuil, l'inertie totale du système est très élevée du fait de l'inertie inhérente de
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l'induit du acteur,, Des mesures pratiques indiquent que plus de 90% de l'inertie d'un tel système proviennent de l'induit du moteur à courant continu.
En conséquence, le mouvement de l'électrode est retardé de façon indésirable quand le moteur subt une excitation initiale ou une inversion. Est outre, la variation du signal de commande résultant de la détection, fourni à un générateur rotatif, exige un laps de temps nota- ble avant que la tension engendrée n'atteigne une valeur suf- fisante pour la commande du moteur d'entraînement de l'élec- trode.
L'un des bute de l'invention est de créer un équipement de commande de la position des électrodes réagissant de façon précise et rapide à des variations de la tension et du courant dans l'électrode et comportant un moteur unidirectionnel, tour- nant do façon continue à sa vitesse maximum ou nominale pendant le fonctionnement du four.
Un autre but de l'invention est de créer un accouplement électromagnétique monté de façon à commander la position d'une électrode d'un tour. arc excité par un signal formé par une tension de polarisation suffisant pour maintenir l'électrode en position, ainsi que par des signaux de tension proportionnel$ à la tension et au courant dans l'électrode, servant à déplacer cette électrode par rapport au corps du four* Un autre but encore est de créer un dispositif de freinage à commande électrique comportant un circuit d'excitation relié à la source de signaux formés par une tension de polarisation.
Un autre but encore de l'invention est de créer un dispo- sitif d'entraînement unidirectionnel associé à une paire d'or- ganes de sortie entraînés par ce dispositif d'entraînement, ainsi qu'à une paire d'accouplements électromagnétiques reliant sélectivement chaque organe de sortie à une électrode de four à arc, en fonction du courant et de la tension dans l'électrode, une tension de polarisation étant appliquée à chaque accouple- ment pour maintenir l'électrode dans une condition stable
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quand un état d'équilibre est atteint.
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L'invention est matérialisée dans ut équipsmsnt pour 1. commande de la position d'une électrode dans un fotu? à U. comprenant un dispositif i.ectrar4tetr un support 4"1'o14. réversible et un dispositif à commande élwetriqus pouvant agir pour accoupler le dispositif électromoteur à l'électrode selon un degré qui présente une relation fonctionnelle avec l'ampli- tude des signaux électriques appliqués pour produire le déplacement de l'électrode par rapport au corps du four,
la vitesse de déplacement relative étant fonction du degré d'accouplement* cet équipement étant caractérisé par le fait qu'une première source de signaux électriques proportionnels au courant traver-
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sant l'électrode est montée de façon à exciter le dispositif à commande électrique pour faire agir l'accouplement dans le sens correspondant au relèvement de l'électrode, une Seconde source de signaux proportionnels à la tension dans l'électrode étant montée de façon à faire agir l'accouplement dans le sono assu-
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rant l'abaissement de l'électrode, Un dispositif lou:
a1..anü des signaux de polarisation électrique étant a0noli au 4i.po.itif à commande électrique dans un sens additif JU S'apport à ' l'un au moins des premiers et seconds jeux de signas électriques D'autres buts et avantages encore de l1 invention apparat- tront à la lecture de la description qui va. suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif et sur lesquels:
La tige 1 est une représentation schématique de l'équipement de détermination de la position des électrodes suivant 1* invention,
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La fisè 2 montre l'accouplement 'lt01IOaall..1quI utilisé j
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dans l'appareil représenté sur la figà 1.
4tau La fi. 3 montre une variante de réalisation de l'invention. montre uzr war:aate a.ett,aa dur ,nrant,au, Si l'onler't6re plus en détail aux dessins, le tour 1 arc électrique 10 représenté comprend un corps 11 renfermant une
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4b*ffl constitués par va bain de matière en fuaioa 12 et rois $l$otr$d mobiles 131 14 et 15 disposée$ au-deeeu< de et beia 12.
Le éltatrodts 13s 14 et 15 sont eoaneetéee aux troif "..4.0tturs dealisontation de phase$ 16, 17 et 18 respectivement* qui sont connectés à leur tour' unw source convenable 4'&11...tat10. en courant triphasé 29'
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Un équipement 20 de commande de la position des élsotrodes est relié .4CIh1qu'.'At .
chacun dot électrodes 13, 14 et 15 par un câble 21, de sorte que ou* 41wetrod peuvent ttrt relevées et abalosées selon les conditions régnant dans le four* Etaaô doua nâ que dea équiptaeats de ooiMnutdw de position 20 Identiques tont prévus pour Commander la pouition de chacun* des électrodes 13, 14 et 15t un seul d' entre eux est reprisenté ici pour la clarté du dessin* L'équipement de aommande de position 20 comprend un moteur d'tntraînenent 22, qui est accouplé mécaniquement à un tambour de treuil 23 par l'intermédiaire d'un accouplement élootromagod- tique 24 et d'un réducteur 25. L'accouplement 24 est représenté schématiquement sur la fige 1 et cohorte un enroulement de commande 26.
Un câble 21 est relié par une extrémité au tambour 23 du treuil et paon* sur une paire de poulies 27 afin de pouvoir @ être relié par son autre extrémité à la partie supérieure de l'é-
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lectrode 13. Le moteur d'entraînement 22 peut être du type à con- rant alternatif ou à courant continu, maie il est formé de pré- férence par un moteur à induction triphasé à courant alternatif, fournissant un couple élevé, qui est connecté comme montré à
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l'alimentation triphasée 29.
Comme indiqué plus en détail es.-.pri., le moteur 22 fonctionne de façon continue et sans Inversion, dans
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un sens tendant à relever l'électrode 139 afin de compenser lo poids de otllt-fil, qui agit vers le boue Quand l'équipementjde ocazande de position de l'électrode n'est pas utilisé$ cette '1.,. trode est maintenue par le frein électromagnétique 30, qui comprend
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enroulement 31.
L'équipement de commande de position de l'électrode comprand également un circuit de polarisation 32 associé à l'accouplement 24, un circuit 33 fournissant des signaux proportionnels au courant à travers l'électrode, et un circuit 34 fournissant des signaux proportionnels à la tension dans l'électrode. Le circuit 33 est connecté au circuit de polarisation 32 et à l'électrode 13 afin de fournir un signal 'OU. forât de tension proportionnelle au courant traversent l'électrode, et le circuit 34 est accouplé à 1* électrode 13 afin de fournir un signal sous forme de tension proportionnelle au potentiel à travers cette électrode.
Comme expliqué en détail plus loin, les circuits de production de si- gnaux 33 et 34 agissent pour augmenter ou réduire la tension d'alimentation fournie à l'accouplement 24 en fonction des variations de la tension et du courant dans l'électrode 13.
Le circuit de polarisation 32 est connecté à une phase de l'alimentation 29 par un transformateur de tension 35 dont l'enroulement secondaire est connecté par des conducteurs 36 aux bornes d'entrée d'un redresseur à onde totale 37. Le circuit i de polarisation comprend également un potentiomètre 38, qui est connecté par les conducteurs 40 et 41 aux bornes de sortit du redresseur à onde totale 37, de sorte qu'une tension unidireo- tionnelle constante est fournie aux bornes du potentiomètre 38.
Ce potentiomètre 38 comprend un curseur ou bras 42, qui divise la résistance dudit potentiomètre en une partie supérieu- re 43 et une partie inférieure 45. Des conducteurs 47 et 48 relient la partie inférieure 45 du potentiomètre à l'enroulement 26 de commande de l'accouplement* Le circuit de polarisation 32 fournit également de l'énergie à l'enroulement 31 du frein 30, à travers un premier conducteur 50 qui relie un coté de l'enrou- lement 31 au conducteur 40 et un ..Gond conducteur 52 qui relie l'autre coté de cet enroulement au conducteur 41, à travers une
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résistance 53.
Un interrupteur 55 prévu dans le conducteur 50 permet d'exciter l'enroulement 31 du frein Indépendamment des autres phases de l'équipement, tandis qu'un second interrupteur 56 monté en parallèle avec l'interrupteur 55 et couplé aux circuits de commande de position des électrodes des autres phases permet l'excitation simultanée des freins de chaque circuit de commande.
Le circuit 33 agit pour fournir un signal tous forée de tension proportionnelle au courant traversant l'électrode 13.
Ce courant traversant l'électrode 13 est détecté au moyen d'un transformateur d'intensité 60 dont le secondaire est couplé inductivement au conducteur 16 d'alimentation de l'électrode.
Une tension proportionnelle au courant ainsi détecté est dérivée à travers un potentiomètre 62 shuntant le secondaire du transformateur d'intensité 60 et couplé par un transformateur de tension 63 aux bornée d'entrée d'un redresseur à onde totale 64.
Les bornes de sortie du redresseur 64 sont connectées l'une à l'autre par l'intermédiaire.d'une résistance 66 qui est prévue dans le conducteur 47 et qui est placée en série avec le curseur ou bras 42 du potentiomètre 58. On voit la leoturo de ce qui précède qu'un signal formé par une tension est obtenu aux bornes de la résistance 66, ce signal étant proportionnel au sourant passant dans le conducteur 16 d'alimentation de l'électrade; quel que soit l'état du reste du circuit, le signal sous forme de tension ainsi obtenu va être tel que la borne 68 de la résis- tance 66 soit positive par rapport à sa borne 69.
On comprendra également que le signal sous forme de tension E1 obtenu aux bornes de la résistance 66 s'ajoute à la tension de polarisation E3 obtenue aux bornes de la partie inférieure 45 du potentiomètre 38.
Le circuit 34 agit pour fournir un signal sous forme de tension proportionnelle à la tension à travers l'électrode 13.
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La tension à travers l'électrode 13 est délestée au moyen d'un potentiomètre 72 monté en dérivation avec cette électrode par les conducteurs 73 et 74, qui sont connectés aux bornes d'entrée d'un redresseur à onde totale 76* Les bornes de sortie du re- dresseur 76 sont connectées aux bornes d'une résista=* 78 placé dans le conducteur 47;en série avec le curseur 42 du potentiomètre 38.
Le redresseur 76 est orienté de telle sorte que$ si l'on néglige le reste du circuit, la borne 80 de la résistance 78 soit positive par rapport à sa borne SI* On peut voir que le signal sous forme de tension E2 obtenu aux bornée de la résistance 78 est soustrait de la tension de polarisation E3.
Quand les conditions de tension et de courant dans l'électrode 13 correspondent; aux valeurs désirions une tension égale à le tension de polarisation E3' plus la tension E1' *oins la tension E2' excite l'enroulement 26 de l'accouplement au degré nécessaire afin qu'il en résulte un couplage suffisant entre le moteur 22 et le réducteur 25, pour maintenir juste l'électro- de 13 d'une façon s'opposant à l'effet de la pesanteur. Dans cette condition de travail, le système peut être considéré comme étant en équilibre.
Si l'intervalle dans lequel l'arc Jaillit devient trop petit, ce qui provoque une augmentation du courant dans l'are électrique et une réduction de sa tension, le signal sous forée de tension E1 augmente, tandis que le signal sous formé de tension E2 diminue. En conséquence, l'excitation de la bobine 26 de l'accouplement dépasse la valeur nécessaire pour supporter ou maintenir l'électrode, et le couplage entre le moteur 22 et le réducteur 25 est augmenté à un point tel que l'électrode commence à s'élever a une vitesse qui présente une relation fons- tionnelle avec le degré de déséquilibre.
Lorsque l'électrode est relevé, le courant qui la traverse diminue et la tension à ses
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bornes augmente, ce qui provoque une réduction correspondant* de
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et une augmentation de . Ce phénomène poursuit jusqu'à ce que le système soit de nouveau en équilibrai l'électrode t'arrête alors*
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Si par a11l'\U81' lut'rYalle de jaillissement de l'arc prend me longueur supérieure à 0.11.1 qui est désirable, 99 qui frrovoque itobtestiot 4t..
MË aime et doua 4ourut trop faible dan. ltélotteodet le .111.1 doué tort* de tiûiiôû t2 tupttât de façon oorret1pondu'. et le signal mous fort* de tension il diminue également de façon correspondant@* Ceci 4.."i±11're " le système et fournit un couple Insuffisant entre le moteur 22
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et le réducteur 25 pour retenir l'électrode 1>9 qui commence ainsi à se déplacer vers la charge 12. Lorsque cette électrode
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13 se rapproche de la charge 12, son courant augmente et es ten- ion diminue, de aorte qu'il en s6rvGa une augmentation de l'Mei" talion de la bobine 26 de l'eoaoupaemant, jusqu'à, os que le couplage entre le moteur 22 et le réducteur 25 devienne suffisant pour assurer le maintien de l'électrode.
Si l'on se réfère maintenant à la fig. 2, qui *outre en détail le mécanisme d'accouplement 24, on voit que l'arbre de sortie 90 du moteur 22 est accouplé mécaniquement à des pales de ventilateur 92 et à un élément d'entrée 93 de 1* accouplement de sorte que ces éléments vont tourner à la même vitesse que le moteur 22. L'élément d'entrée 93 de l'accouplement a, d'une façon
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générale, une forme annulaire et est disposé coaxialement à l'in- térieur de l'enroulement de commande 26.
L'élément de sortit 94 de l'accouplement est accouplé mécaniquement à l'arbre de sortis 96 de cet accouplement et il a également, d'une façon générale, une forme annulaire, cet élément de sortit 94 étant eoaxial à l'élément d'entrée 93. L'arbre de sortie 96 de l'accouplement est relié à l'arbre d'entrée 97 du réducteur 25, de aorte que la
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rotation de cet arbre de ortie 96 ont transmise à l'électrode 13.
Cornas le comprendront les techniciens spécialisés dans ce domaine, la vitesse de rotation de l'élément de sortit 94 et par suite celle de l'arbre de sortie 96 dépend du degré d'axai tation de l'enroulement de commando 26, Comme indiqua précédem- ment, quand la tension et le apurant de l'électrede est les valeure désirée.. L'excitation de l'enroulement 26 tst telle qu'elle pre- ,roque un couplage suffisant entre les éléments 93 et 94 pour retenir l'électrode dans une position $tables En conséquence,
quand l'excitasion de l'enroulement 26 tombe au-dessous de cette valeur$ ce couplage est insuffisant pour retenir l'électrode et celle-ci commence à se déplacer vers la charge 12 du four, en raccourcissant ainsi l'arc électrique.
Inversement, quand l'exci- tation de l'enroulement 26 dépasse cette valeur, le couplage est suffisant pour déplacer l'électrode 13 vers le haut à l'écart de la charge 12 et pour augmenter par conséquent la longueur de l'arc. comme visible sur la fige 1, l'enroulement 31 du frein peut être relié par l'interrupteur 55 et 56 à un circuit placé en pa- rallèle avec le potentiomètre 38 fournissant la tension de pola- risation, de sorte que, lorsqu'une tension de polarisation est présente, l'enroulement 31 va être excité pour Maintenir le plateau 101 à l'écart du disque 100, en permettant ainsi à l'arbre 96 de tourner.
Une réduction de la tension de polarisation à un degré permettant à l'électrode 13 de tomber dans la charge du four provoque une réduotion de la puissance fournit à l'enroule- ment 31 du frein a un degré tel que les ressorts 104 déplacent le plateau 101 pour l'appliquer contre le disque 100 en arrêtant par suite le mouvement vers le bas de l'électrode.
Sur la tige 2, le frein 30 est disposé au voisinage de l'accouplement 24 et comprend un disque 100 qui, est talé sur l'arbre 96 de sortis de l'accouplement et qui tourne avec lait
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Au voisinage du disque 100 et sensiblement due son prolongement il est prévu un plateau 101 qui est monté à coulissement dans une embase rigide 102 afis de pouvoir se déplacer axialement par rapport à l'arbre 96 et qui présente un* garniture de friction 108 placée en regard du disque 100.
Plusieurs ressorti 104 ( dont un seul est représenté sur la fig. 2) sont disposât dans l'enbrase 102 afin de solliciter le plateau 101 vers une position d'application nous une pression élevée contre le disque 100.
On a montré sur la fig. 3 une variante de réalisation de l'invention dans laquelle un double accouplement électromagnétique 110 est prévu de sorte que l'électrode 13 peut être déplacée positivement vers le haut et vers la bas* Ceci est récessaire quand l'inertie de l'ensemble d'entraînement et de support de l'électrode est suffisante pour retenir cette électrodede sorte qu'elle ne descend pas d'elle-même sous l'effet de son propre poids et qu'il est nécessaire de la déplacer positivement vers le bas.
D'une façon plus précise, le double accouplement électromagnétique 110 comprend une paire d'éléments d'entrée 112 et 113, qui sont entraînés chacun à une vitesse de rotation constante dans des directions opposées par un pignon 114 accouplé à l'arbre de sortie 116 du moteur 22. Deux éléments de sortie 118 et 119 sont disposés au voisinage des éléments d'entrée 112 et 113 respectivement et peuvent tourner chacun indépendamment par rapport à eux sur des arbres 120 et 122. Deux éléments ou pignons de sortie 124 et 125 sont montés sur les arbres 120 et 122 respectivement, afin de pouvoir tourner avec les éléments de sortie 118 et 119.
En outre, chacun des pignons de sortie 124 et 125 engrène avec un pignon 126 monté sur l'arbre de sortie 127 de l'accouplement, qui est conjugué au réducteur 25. L'arbre do sortit 127 porte également un frein 30 qui agit de la même manière que le frein
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étudié à propos du mode de réalisation représenté sur les fig.
1 et 2. Un premier enroulement 128 agit pour accouple? le premier élément de sortie 118 de l'accouplement à l'élément d'entrée 112 et un second enroulement 130 agit pour accouples le second élément de sortie 119 à l'élément d'entrée 11%
L'enroulement 128 de l'accouplement est connecté à un circuit d'alimentation comportant une résistance 78* qui est oonnectée à l'électrode 13 de telle sorte que la tension obtenue aux bornes de cette résistance 78' soit proportionnelle à la tension à travers l'électrode. En outre,
une résistance de polarisation 132 est montée en série avec la résistance 78' et est' connectée aux conducteurs 40 et 41 de telle sorte que la tension obtenue aux bornes de cette résistance 132 soit relativement fixe et soit opposée à celle obtenue aux bornes de la résistance 78'.
De même, l'enroulement 130 de l'accouplement est connecté à un circuit d'alimentation comportant une résistance 66' qui est connectée à l'électrode 13 de telle sorte que la tension obtenue aux bornes de cette résistance soit proportionnelle au courant à travers cette électrode. Une seconde résistance de polarisation 133 est montée en série avec la résistance 66' et est connectée aux conducteurs d'alimentation 40 et 41, de sorte que la tension obtenue aux bornes de cette résistance est relativement fixe et est de sens opposé à la tension obtenue aux bornes de la résistance 66' .
Quand les conditions de courant et de tension à travers l'électrode correspondent aux valeurs désirées, la tension dérivée aux bornes des résistances 66' et 78' est suffisante pour neutraliser les tensions de polarisation aux bornes des résistances 132 et 133 de sorte que l'on n'obtient aucun accouplement entre l'un des éléments d'entrée 112, 113 et l'un des
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éléments de sortit associés 118, 119 et que l'électrode 13 demeure immobile.
Quand la tension à travers l'électrode augmente et que le courant qui la traverse diminue par rapport aux Valeur@ déliré.., ce qui indiqua que l'intervalle entre l'électrode 13 et la charge 12 du four est trop grand, la tension dérivés aux 'borne. de la résistance 78' augmente et la tension dérivé* aux bornes de la résistance 66' diminue. Cette augmentation de tension aux @ornes de la résistance 78' est suffisante pour surmonter l'effet d'annulation de la tension de polarisation aux bornes de la résistance 132,
de sorte que 1* enroulement 128 est excité à un degré suffisant pour accoupler l'élément de sortit 118 à l'élément 112 et que l'arbre de sortit 127 de l'accouplement 110 va commancer à tourner dans la direction correspondant à l'abaisement de 'léleutrede, Par suite de la réduction de la tension obtenue aux bornes de la résistance 64',
la tension fournie à l'enroulement 130 demeure insuffisante pour provoque? l'accouplement entre le pignon 113 et l'élément de sortit 119* Ainsi, l'électrode 13 commence à desscendre en direc- tion de la Charge 12 du tour et ce mouvement va se poursuivre jusqu'à ce que les conditions de tension et de courant à travers cette électrode reprennent les valeurs désirées* Par ailleurs, si le courant à travers l'électrode prend une valeur supérieure à la valeur désirée et si la tension dans l'électrode tombe au-dessous d'un niveau prédéterminé,
ce qui indique que l'intervalle entre l'électrode 13 et la charge 12 du tour est trop étroit, la tension dérivée aux bornes de la résistance 66' va surmonter le potentiel de polarisation aux bornes de la résistance 133. Ceci excite l'enroulement 130 à un degré suffisant pour que l'élément de sortie 119 soit accouplé
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au pignon 113, et l'électrode va commencer à se déplacer vers le haut jusqu'à ce que les conditions régnant dans le four soient de nouveau en équilibra.
L'utilisation de tensions de polarisation dans le mode de réalisation que montre la fig. 3 pour annuler à la fois les signaux de tension et de oourant provenant de l'électrode quand la longueur de l'intervalle de Jaillissement de l'arc présente la valeur désirée permet une plus grande sensibilité et une plue grande souplesse que cela ne serait le cas ai ces signaux étaient appliqué* aux deux enroulements dans une relation d'annulaient
Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrit$$ dans le domaine des équivalences technique., zone $,écarter de l'invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.