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Perfectionnements aux systèmes de commande.
Cette invention se rapporte à des systèmes de commande et en particulier à des systèmes de commande automatique pour maintenir des conditions souhaitables dans des systèmes de chauf- fage haute fréquence et analogues.
Dans ces dernières années, des systèmes comprenant des générateurs électriques à haute fréquence d'un type bien connu dans la techniqué radio-électrique sont devenus d'un usage gran- dissant pour chauffer des substances diverses, soit par des courants de Foucault qui y sont induits par des champs électri- ques à haute fréquence, soit par les pertes diélectriques qui y sont produites lorsqu'elles sont soumises à l'influence de champs électriques à haute fréquence.
Dans le but d'employer de tels générateurs ainsi que leurs circuits accouplés avec la plus grande efficacité et par conséquent le plus avantageusement, il - est habituellement nécessaire que les paramètres et constantes
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du circuit soient réglés pour convenir aux propriétés électri- ques et autres de la cha.rge à chauffer ; parexemple, il est souvent avantageux d'avoir un circuit dont la charge constitue un élément accordé à la résonance avec le circuit résonnant comprenant une partie d'un générateur électronique ou d'une autre source d'énergie à haute fréquence.
C'est un problème simple oue d'ajuster les constantes du générateur pour convenir aux circuits électriques concrétisant la charge à chauffer initialement; mais, lorsque la température de la substance chauffée croît, sa cons- tante di-électrique, sa résistance électrique, sa perméabilité ou une autre propriété électrique subit de même des changements avec la température, modifiant ainsi les valeurs auxquelles le générateur ou son circuit devra.it être ajusté. Par exemple, la modification de la constante diélectrique de la charge peut changer la fréquence sur laquelle le circuit de charge résonne naturellement.
L'invention a pour buts de fournir: un arrangement pour régler automatiauement les constan- tes d'un générateur électrique à haute fréquence ou d'un cir- cuit de chauffage qu'il alimente afin de maintenir un rapport voulu entre elles; un arrangement pour ajuster automatiquement la fréquen- ce de résonance d'un circuit de chauffage à haute fréquence et d'un générateur électrique qui lui fournit le courant, afin de maintenir une relation voulue entre eux à tout moment durant le fonctionnement; un arrangement pour ajuster automatiquement la fréquence de résonance d'un circuit de chauffage à haute fréquence et d'un générateur électrique qui lui fournit le courant afin de main- tenir effectivement l'égalité entre eux à tout moment durant le fonctionnement ;
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un système automatique pour maintenir les constantes du circuit d'un circuit de charge à haute fréquence et d'un généra- teur électrique lui fournissant le courant dans un rapport tel les unes par rapport aux autres qu'un courant pratiquement constant soit maintenu dans le circuit de charge; un système pour ajuster la tension continue fournie à un générateur électrique à haute fréquence de telle façon qu'on maintienne un courant de valeur prédéterminée dans le circuit de charge de chauffage alimenté par le courant provenant du dit générateur.
Ces buts et d'autres de l'invention ressortiront de la description suivante faite avec référence au dessin annexé dans lequel:
Fig.l est un schéma d'un générateur électrique à haute fréquence fournissant du courant à une charge diélectrique à des fins de chauffage et comportant des dispositifs régulateurs pour maintenir une relation désirée, par exemple l'égalité de fréquence de résonance entre le circuit résonnant du générateur et le circuit de charge, suivant une forme de réalisation de l'invention,
Fig.
2 est un schéma d'une variante de l'invention de la fig.l, utilisée lorsque la charge à chauffer est un corps con- ducteur chauffé principalement par un courant électrique à haute fréquence qui y est induit,
Fig.3 est une vue schématique d'une modification de l'invention dans laquelle un générateur électronique fournis- sant du courant à haute fréquence pour chauffer une charge di- électrique est ajusté pour maintenir constant le courant circu- lant dans la charge, en dépit de variations des constantes élec- triques et diélectriques de cette dernière ; Fig. 4 est un schéma d'une variante du circuit de la fig.3 dans laquelle on maintient la constance du courant cir-
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culant dans une charge diélectrique en faisant varier la tension continue fournie au générateur électronique.
Sur la fig.l, un générateur électronique d'oscillations 1 de tout type convenable et bien connu en technique comporte une anode 2 connectée, par l'intermédiaire d'un bobinage d'arrêt approprié 3, à l'extrémité positive d'une source de courant con- tinu dont l'extrémité négative est mise à la masse. L'anode 2 est reliée de façon semblable à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur variable 4 qui est mis en parallèle avec un enrou- lement 5 en série avec un second condensateur 6. Un point inter- médiaire de l'enroulement 5 est connecté à la cathode 7 de la lampeltandis que l'électrode de commande 8 de la lampe 1 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance convena- ble 9 shuntée par un condensateur 10.
A titre d'exemple, le génératour d'oscillations 1. est connecté à un circuit de chauffage pour une charge 11 par l'in- termédiaire d'une ligne de transmission 12 de toute longueur appropriée et de toute forme bien connue en technique. L'énergie est amenée de l'inductance 5 à la ligne de transmission 12 par l'intermédiaire d'un enroulement 13 couplé inductivement à l'in- ductance 5, et l'énergie va de l'extrémité de sortie de la. ligne 12 au circuit de charge par l'intermédiaire d'un enroule- ment primaire 14 qui est de préférence couplé de façon plutôt lâche à un enroulement secondaire 15.
La charge 11, laquelle peut comprendre une paire de plaques terminales 16,17, entre lesquelles est placée toute matière diélectrique qu'on désire chauffer, est connectée directement aux extrémités de l'enroule- ment 15, ces extrémités étant shuntées de même par un condensa- teur variable 18.
Pour utiliser efficacement le système décrit ci-dessus au chauffage de la. charge 11, il est habituellement souhaitable que la fréquence de résonance du circuit comprenant l'enroule-
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ment 15 shunté par le diélectrique de la charge 11 et du con- densateur 18, soit réglée pour résonner sur la même fréquence que le circuit anti-résonnant 4, 5, 6 du générateur 1. Alors qu'il est facile de régler le condensateur 18 ou l'enroulement 15 pour arriver à une telle résonance au début du cycle de chauffage de la charge 11, on constate généralement que la constante diélectri- que de la charge 11 change lorsque sa température croît, ce qui détruit donc l'accord du circuit résonant 11,15, 18.
Afin de fournir un dispositif de réglage automatique du condensateur 18 ou de la. capacité actuelle de la charge 11 afin de maintenir un accord résonnant entre le circuit 11,15, 18 et le circuit anti- résonnant 4, 5, 6, j'installe une paire de redresseurs 19, 21 de tout type convenable ayant des électrodes semblables connectées à deux prises sur l'enroulement 15. Les autres extrémités des redresseurs 19 et 21 sont reliées respectivement l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une couple de condensateurs 22, 23 et d'une couple de résistances 24,25. Les extrémités intermédiai- res des condensateurs 22,23 et des résistances 24,25 sont connectées ensemble et sont connectées de même par une impédance 26 à un point de l'enroulement 15 qui est médian entre les pri- ses auxquelles les redresseurs 19 et 21 sont reliés.
Un conden- sateur 27 est inséré entre un point milieu de l'enroulement 14 et le point de prise mentionné en dernier lieu.
L'arrangement comprenant les éléments 19 à 27 constitue un circuit électrique qu'on peut démontrer avoir une tension continue nulle antre les extrémités opposées des résistances 24 et 25 lorsque la fréquence de résonance du circuit 11, 15, 18 est égale à la fréquence de résonance du circuit anti-résonnant 4, 5, 6. Entre les extrémités opposées des résistances 24 et 25 on trouvera une tension continue dont la polarité dépendra du fait que la fréquence de résonance du circuit comprenant les Eléments 11, 15 et 18 est inférieure à la fréquence de résonance du circuit anti-résonnant 4,5, 6 ou est supérieure à la fréquen-
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ce de résonance de ce dernier.
En d'autres mots, tant que la fréquence de résonance du circuit 11,15, 18 est la même que celle du circuit anti-résonnant 4, 5, 6, la différence de tension entre les extrémités extérieures des résistances 24, 25 sera nulle ; mais, si la fréquence de résonance du circuit 11,15, 18 tombe en dessous de celle du circuit 4, 5, 6, une différence de potentiel continue apparaîtra entre les extrémités opposées des résistances 24, 25 et sera proportionnelle à cette différence de fréquence dans une large plage de différence de fréquences.
D'au- tre part, si la fréquence de résonance du circuit 11,15, 18 de- vient supérieure à celle du circuit 4,5, 6, une tension conti- nue apparaîtra aux bornes des extrémités opposées des résistances 24, 25, sera de polarité inverse à celle qui vient d'être décrite et sera de même proportionnelle à la différence de fréquences entre les deux circuits dans une large plage de fréquences.
En connectant magnétiquement l'élément de réglage du condensateur 18 ou de l'enroulement 15 ou de la charge 11 à un moteur électrique convenable dont le sens de rotation dépend de la polarité de la différence de potentiel entre les extrémités opposées des résistances 24 et 25, il est possible d'obliger un tel moteur à déplacer l'élément variable du condensateur 18 jusqu'à ce qu'il rétablisse l'égalité de fréquence de résonance entre le circuit 11,15, 18 et le circuit 4, 5, 6. Une façon d'actionner un tel moteur consiste à installer une paire de triodes électroniques 28, 29 dont les cathodes sont reliées en-
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Dernble à l'exLréniiL<4 n,glLlvo d'uno nourno dn tnnilon nonvenn- ble 31.
L'extrémité positive de la source de tension continue 31 est connectée aux anodes des lampes 28 et 29 par l'intermédiaire d'une couple d'enroulements magnétisants 32, 33 qui sont dispo- sés de façon à agir sur un noyau 34 en matière magnétique conve- nable qui est soutenu de façon à permettre un mouvement longitu- dinal à travers les enroulements 32, 33. Le noyau 34 est muni de même d'un enroulement 35 de polarisation continue qui est alimenté
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au moyen d'une source de courant convenable 36. Les cathodes des lampes 28, 29 sont reliées à l'extrémité commune des résistances 24, 25.
Les enroulements 32, 33 ainsi que les lampes 28, 29 sont réglés de telle façon que les courants circulant dans les lampes 28 et 29 exercent des tractions égales et opposées sur le noyau 34, quand il n'y a pas de différence de tension continue entre les extrémités opposées des résistances 24, 25.
Avec l'arrangement qui vient d'être décrit, l'apparition d'une différence de tension continue entre les extrémités opposées des résistances 24, 25, qui indique comme on l'a décrit ci-dessus nue la résonance du circuit 11, 15, 18 s'écarte de l'égalité avec la fréquence de résonance du circuit 4, 5, 6, causera le passage d'un courant accru à travers l'une des lampes 28 et 29 et le passage d'un courant réduit à travers l'autre, ce par quoi le noyau 34 est déplacé. Ce déplacement du noyau 34 est agencé de façon à mouvoir l'élément variable du condensateur 18 dans la direction convenant pour ramener l'égalité entre les fréquences de résonance du circuit 11, 15,18 et du circuit 4,5, 6.
Quand une telle égalité des fréquences de résonance est rétablie de la sorte, le courant circulant dans les lampes 28 et 29 sera de nouveau égal et aucun mouvement ultérieur du noyau 34 n'aura lieu jusqu'à ce que cette égalité ait cessée nouveau d'exister.
Bien que l'on ait représenté l'armature du moteur 34 comme étant fixée de façon à déplacer la partie variable du condensateur 18, il est évident qu'elle peut être attachée de façon à mouvoir la pièce variable du condensateur 4 commandant l'accord du cir- cuit anti-résonnant du générateur 1. Dans un tel cas, le généra- teur 1 changerait continuellement de fréquence jusqu'à l'égalisa- tion avec la fréquence de résonance du circuit de chauffage 11, 15, 18, quelque fort que la fréquence de résonance de ce dernier puisse varier au cours d'un cycle de chauffage.
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Quoique l'on ait représenté un arrangement dans lequel le dispositif à moteur actionné par la différence de potentiel entre les extrémités opposées des résistances 24 et 25 se meut jusqu'à ce que la résonance soit rétablie entre les circuits de charge et du générateur, on comprendra que l'arrangement peut être con- çu, on polarisant d'une façon convenable le noyau mobile 34, de façon à maintenir tout degré prédéterminé d'écart par rapport à la résonance exacte, selon des principes bien connus en technique.
Sous un aspect plus général, ma conception est que le discrimi- nateur 19,26 peut maintenir tout réglage prédéterminé des cons- tantes ou paramètres des circuits de charge et du générateur.
Par exemple, on peut ajuster la distance entre les électrodes supportant une charge diélectrique; ou l'inductance ou la capa- cité du générateur ou du circuit de travail ; le couplage entre le générateur et le circuit de travail ; la valeur des tensions de plaque ou de grille ; la forme de l'onde des tensions pulsatoires appliquées aux électrodes de plaque ou de commande du générateur.
Fig.l représente donc un arrangement pour maintenir l'égalité d'accord entre un circuit de charge chauffant diélec- triquement et le circuit anti-résonnant d'un générateur élec- tronique qui lui fournit du courant. Toutefois, il est souvent souhaitable de maintenir une résonance similaire entre des par- ties différentes du circuit d'un générateur électronique fournis- sant de l'énergie pour chauffer une charge métallique ou autre au moyen de courants qui y sont induits grâce à l'action magnéti- que d'un enroulement parcouru par courant à haute fréquence ; lafig.2 représente une variante de l'invention adaptée à un tel objet.
Etant donné que dans la réalisation de la fig. 2 les cir- cuits principaux du générateur à haute fréquence peuvent être les mêmes que ceux illustrés dans la. fig.l, on a réduit le schéma
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de la fig. 2 au circuit anti-résonnant du générateur d'oscillations et de la charge chauffée inductivement et alimentée par ce géné- rateur. Ainsi, le circuit anti-résonnant du générateur peut comprendre un condensateur 4 semblable au condensateur 4 de la fig.l et de même une inductance 41 en série avec un second con- densateur 42. Le condensateur 42 est shunté par un circuit com- prenant une inductance 43 en série avec un enroulement inducteur 44 d'un four électrique à haute fréquence.
L'enroulement 44 en- veloppe une charge appropriée 45 et est adapté à y induire des
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OUIII't:.1n!.:J fi ll'Ol1dtlult.J op!.l;o mhnrgm 'la)), êL1'C1 nhl1llrrro aï, pont. par exemple comprendre un ruban se déplaçant de façon continue.
Le point médian de l'enroulement 44 est relié à une prise sur l'inductance 41 par l'intermédiaire d'un condensateur convena- ble 46.
Aux extrémités de l'enroulement 44 sont connectés une paire de redresseurs 47, 48 analogues aux redresseurs 19, 21 de la fig.l. Aux bornes des extrémités libres 47, 48, sont connec- tés deux condensateurs identiques et montés en série 22, 23 ainsi que 2 résistances identiques et montées en série 24,25. Les ex- trémités communes des résistances 24, 25 et des condensateurs 22, 23 sont reliées ensemble à une extrémité d'une impédance 26 dont l'autre bout est connecté à la prise médiane de l'enroulement 44.
Comme dans le cas des résistances 24,25 de la fig.l, les résistances numérotées de façon semblable sur la fig. 2 présente- ront aux bornes de leurs extrémités opposées une tension continue qui sera nulle quand le circuit local 42, 43, 44 résonnera sur la même fréquence que le circuit anti-résonnant 4, 41, 42. Semblable- ment, la tension continue entre les extrémités opposées de ré- sistances 24,25 sera proportionnelle et aura une polarité quand la fréquence de résonance du circuitlocal 42, 43, 44 sera infé- rieure à celle du circuit anti-résonnant 4, 41, 42 ; elle aura la polarité opposée lorsque la fréquence de résonance du circuit local 42, 43, 44 sera supérieure à celle du circuit local 44,41,42.
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Comme dans le cas de l'arrangement de la fig.l, on peut employer la tension aux bornes des extrémités extérieures des résistances 24 et 25 pour commander un moteur ajustant les éléments détermi- nant la fréquence soit de l'oscillateur 1 soit du circuit de charge 42, 43, 44, afin de maintenir la fréquence de résonance du circuit 4, 41, 42 égale à tout moment à celle du circuit local 42, 43, 44 en dépit de toute variation que ce dernier peut subir par suite de changement dans les constantes électriques de l'en- roulement 44 et de la charge chauffée 45 traitée de cette façon.
On peut de même commander au moyen d'un tel moteur le couplage entre la charge et l'oscillateur; par exemple en faisant varier le condensateur 42 ou l'inductance 41. En général, la tension aux bornes des résistances 24, 25 permet d'effectuer les réglages envisagés ci-dessus lors de la description de la fig.l.
Fig.3 montre une autre forme de réalisation de l'inven- tion en relation avec un générateur électrique à haute fréquence servant à chauffer une charge diélectrique 11 analogue à la charge 11 décrite en liaison avec la fig.l. La lampe 1 du générateur et les élémentsqui y sont connectés et qui sont numérotés de 2 à 10 sont identiques à ceux déjà décrits pour la fig.l et ne doivent pas être évoqués en détail ici. Toutefois, il y est installé une réactance 51, qui peut par exemple être une petite inductance, qui est en rapport inductif avec l'inductance 5 et qui est con- nectée entre l'extrémité de cette dernière et la masse. La réac- tance 51 est shuntée par un circuit comprenant un redresseur 52 en série avec une résistance 53.
On a représenté la charge diélectrique 11 connectée à l'inductance 5 non par une ligne de transmission telle que la ligne 12 de la fig. 1 mais par une inductance variable 54 et par une paire de condensateurs variables 55, 56. L'élément variable de l'un des condensateurs 55, 56 est relié, de façon semblable à celle déjà décrite pour l'élément variable du condensateur 18 à la fig.1, titi noyas 34 du motour à h mouvement alternatif cnmpor-
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tant une paire d'enroulements convenables 57 et 58. Le point médian des enroulements 57 et 58 est relié à l'extrémité positive d'une source de tension continue 59 dont l'extrémité négative est mise à la masse.
L'extrémité libre de l'enroulement 58 est con- nectée à l'extrémité négative de la source de tension 59 par le truchement d'une résistance variable 61. L'extrémité libre de l'enroulement 57 est connectée à l'anode d'une triode 62 dont la cathode est mise à la masse. L'électrode de commande de la lampe 62 est connectée à une prise faite sur la résistance 53.
Au début d'un cycle de chauffage le courant dans la charge 11, qu'on peut facilement montrer être semblable au cou- rant dans la réactance 51, est réglé à une valeur désirée à la- quelle on a l'intention de le maintenir en déplaçant l'élément variable du condensateurs 25. En même temps, la résistance 61 est réglée de telle façon que les effets magnétiques des enroulements 57 et 58 sur le noyau 34 s'équilibrentoxactement l'un l'autre.
Si, ultérieurement, la fréquence de résonance du circuit conte- nant la charge 11, les condensateurs 55, 56, les inductances 54,5 et 51 ou n'importe laquelle de ses autres propriétés subit un changement quand le chauffage continue de telle sorte que le pas- sage du courant dans la réactance s'écarte de la valeur susmen- tionnée à laquelle il a été primitivement réglé, la chute de tansion @ aux @ de la résistance 53 changern, appli- quant de ce fait une tension de polarisation différente à l'é- lectrode de commande de la lampe 62. Ceci créera une variation de courant dans l'enroulement 57 avec le résultat que le noyau 34 se déplacera dans une direction telle qu'il réglera le conden- sateur 56.
Un tel mouvement de réglage se poursuivra jusqu'à ce
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riiio 1.m nmiran-h r3:ma In r>'att.ance 51. rovlmnnn da nnnvonn n ti v,a- leur initiale; à ce moment, la tension de polarisation appliquée par la résistance 53 à la lampe 62 reviendra à sa valeur primi- tive. En conséquence d'un tel retour, le courant à travers l'en-
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roulement 57 équilibrera de nouveau la traction de l'enroulement 58 sur le noyau 34 et le mouvement ultérieur du condensateur va- riable 56 cessera.
Il est évident qu'en modifiant la polarisation agissant sur le noyau 34 de toute façon désirée à l'avance, on peut obli- ger le courant de charge à suivre tout programme désiré ou toute relation par rapport à la polarisation commandant la quantité
Bien qu'on ait décrit avec référence à ln fig.3 une va- riante de l'invention dans laquelle le réglage pour le passage d'un courant.constant dans la charge chauffante est produit par la variation d'éléments de couplage ou autres dans le circuit chauffant, il est possible de même de se servir de la chute de tension continue de sortie aux bornes de la résistance 53 pour régler le courant constant de charge en modifiant la tension continue appliquée à la plaque de l'oscillateur 1. La fig.4 montre des détails de la partie du circuit dans laquelle cette régulation de tension continue est réalisée.
De cette façon, la tension pour la plaque du générateur d'oscillations 2 peut être obtenue d'une paire de redresseurs 71, 72 à grille de commande dont les anodes sont alimentées par les extrémités opposées de l'enroulement secondaire 73 d'un transformateur d'alimentation ordinnire. Les cathodes des redresseurs 71, 72 sont relises directement par le truchement de la bobine d'arrêt 3 à l'anode 2 de l'oscillateur 1 et le point médian de l'enroulement 73 est relié à la masse. Entre la cathode des lampes 71, 72 et leurs électrodes de commande sont connectés les enroulements secon- daires 74 d'un transformateur de pointe, qui sont shuntés res- pectivement par des condensateurs 75 de découplage haute fré- quence.
Un enroulement primaire 76 fournit l'énergie aux enrou- lements secondaires 74 et est alimenté par une source de tension alternative au moyen d'une self saturable 77. La saturation ma- gnétique d'un noyau de fer de l'enroulement 77 est commandée par le' courant anodique d'une triode 78 dont la tension de grille est dé-
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terminée par la chute aux bornes de la résistance 53 de la fig.3.
Le système à réactance saturable qui vient d'être décrit est bien connu dans la technique électronique pour la commande du passage du courant dans des lampes à grilles de commande telles que les redresseuses 71 et 72. Lorsqu'on emploie l'arrangement de la fig.
4, on peut bien entendu supprimer de la fig.3 les éléments 56, 57 58, 59, 61, 62 et 34.
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An (1l'littL dii uyolo tla 011hUrr'..,g.." an r.,glo la nnurnnt afinn la charge 11 à sa valeur désirée par la variation du condensateur variable 55. Si, à tout moment ultérieur, le courant dans la charge dépasse la valeur désirée, la chute de tension continue entre la prise ou la résistance 53 et la masse croît évidemment, ce qui augmente le passage dû-courant dans la lampe 78 et modifie ainsi l'état de la réactance 57 de telle façon que les impulsions pro- venant des enroulements 74 agiront par l'intermédiaire des gril- les pour rendre les lampes 71 et 72 conductrices plus tard au cours du cycle à courant alternatif. Un des résultats est que la tension appliquée à l'anode de l'oscillateur 1 diminuera et que ce dernier fournira moins de puissance à la charge 11.
Il en résulte que le courant dans la charge 11 retombera de nouveau à sa valeur initiale à laquelle on désirait le maintenir. Il est évident que si le passage du courant dans la charge 11 venait à diminuer, la chute de tension dans larésistance 53 décroitrait de façon semblable avec le résultat qu'une tension plus posi- tive appliquée aux grilles des redresseurs 71 et 72 causerait l'application d'une tension accrue aux anodes de l'oscillateur 1. Ce dernier réagira donc pour ramener le passage du courant dans la charge à la valeur de son réglage initial.
En reliant le redresseur 52 et la résistance 53 à des prises convenable:.) faites sur uno inductance dans un circuitde chauffage inductif, il est manifeste, sans explication supplé- mentaire, qu'on peut utiliser les méthodes des figs. 3 et 4 pour maintenir constant le passage/du courant dans une charge chauffée
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par induction de façons analogues à celles qui ont été appliquées dans les figs.3 et 4 pour maintenir constant le passage du cou- rant dans une charge diélectrique telle que 11. Alternativement, on peut maintenir une tension constante aux bornes du dit en- roulement inducteur en reliant le redresseur 52 et la résistance 53 à une prise sur cet enroulement inducteur d'un élément chauf- fant par induction.
On croit de même qu'il est manifeste qu'on peut utiliser les noyaux 34 des arrangements des figs.l et 3 pour modifier des éléments de couplage tels que les enroulements 13 et 14 de la fig.l, des éléments quelconques déterminant la fréquence de l'oscillateur 1, la résistance 9 dans les figs.l et 2, la posi- tion de la liaison entre la cathode et les inducteurs 5 dans les fig.l et 3, ou en changeant des tensions de commande pour le chauffage par induction. En changeant la position de la résis- tance 53 sur la prise allant à la grille de la lampe 78 suivant toute manière prédéterminée, on peut astreindre la tension four- nie au générateur à suivre tout programme désiré ou toute rela- tion avec la quantité commandant cette position.
Il est de même supposé manifeste que les redresseurs 19 et 21 ainsi que le condensateur 27 peuvent être connectée res- pectivement à l'enroulement 13 et à la partie de l'inductance 5 qui en est veisine nu liou de l'être aux enroulements 15 et 14.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Improvements to control systems.
This invention relates to control systems and in particular to automatic control systems for maintaining desirable conditions in high frequency heating systems and the like.
In recent years, systems comprising high-frequency electric generators of a type well known in radioelectric technology have become increasingly used for heating various substances, either by eddy currents therein. induced by high frequency electric fields, or by the dielectric losses produced therein when subjected to the influence of high frequency electric fields.
In order to employ such generators as well as their coupled circuits with the greatest efficiency and therefore the most advantageous, it is usually necessary that the parameters and constants
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of the circuit are adjusted to suit the electrical and other properties of the heat to be heated; for example, it is often advantageous to have a circuit the load of which constitutes an element tuned to resonance with the resonant circuit comprising part of an electronic generator or other source of high frequency energy.
It is a simple problem or to adjust the constants of the generator to suit the electric circuits concretizing the load to be heated initially; but, as the temperature of the heated substance increases, its dielectric constant, electrical resistance, permeability or some other electrical property likewise undergoes changes with temperature, thus modifying the values at which the generator or its circuit should .it be adjusted. For example, changing the dielectric constant of the load can change the frequency at which the load circuit naturally resonates.
The objects of the invention are to provide: an arrangement for automatically adjusting the constants of a high frequency electric generator or of a heating circuit which it supplies in order to maintain a desired relationship between them; an arrangement for automatically adjusting the resonant frequency of a high frequency heating circuit and an electric generator which supplies current to it, so as to maintain a desired relationship between them at all times during operation; an arrangement for automatically adjusting the resonant frequency of a high frequency heating circuit and an electric generator which supplies current to it in order to effectively maintain equality between them at all times during operation;
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an automatic system for maintaining the circuit constants of a high frequency load circuit and an electric generator supplying it with current in such a ratio to each other that a practically constant current is maintained in the circuit. charging circuit; a system for adjusting the direct voltage supplied to a high frequency electric generator such that a current of predetermined value is maintained in the heating load circuit supplied by the current coming from said generator.
These and other objects of the invention will emerge from the following description given with reference to the appended drawing in which:
Fig. 1 is a diagram of a high frequency electric generator supplying current to a dielectric load for heating purposes and having regulating devices to maintain a desired relationship, e.g. equal resonant frequency between the resonant circuit of the generator and the charging circuit, according to one embodiment of the invention,
Fig.
2 is a diagram of a variant of the invention of FIG. 1, used when the load to be heated is a conductor body heated mainly by a high frequency electric current which is induced therein,
Fig. 3 is a schematic view of a modification of the invention in which an electronic generator supplying high frequency current to heat a dielectric load is adjusted to keep the current flowing through the load constant, by despite variations in the electric and dielectric constants of the latter; Fig. 4 is a diagram of a variant of the circuit of FIG. 3 in which the constancy of the circulating current is maintained.
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culant in a dielectric load by varying the direct voltage supplied to the electronic generator.
In fig.l, an electronic oscillation generator 1 of any suitable type and well known in the art comprises an anode 2 connected, via a suitable stop coil 3, to the positive end of a direct current source with negative end grounded. The anode 2 is similarly connected to ground via a variable capacitor 4 which is put in parallel with a winding 5 in series with a second capacitor 6. An intermediate point of the winding 5 is connected to the cathode 7 of the lamp, while the control electrode 8 of the lamp 1 is connected to ground through a suitable resistor 9 shunted by a capacitor 10.
By way of example, the oscillating tower 1 is connected to a heating circuit for a load 11 via a transmission line 12 of any suitable length and of any shape well known in the art. Energy is supplied from inductor 5 to transmission line 12 through a winding 13 inductively coupled to inductance 5, and energy goes from the output end of the. line 12 to the load circuit via a primary winding 14 which is preferably rather loosely coupled to a secondary winding 15.
Load 11, which may comprise a pair of end plates 16,17, between which is placed any dielectric material which it is desired to heat, is connected directly to the ends of winding 15, these ends being similarly shunted by a variable capacitor 18.
To effectively use the system described above for heating the. load 11, it is usually desirable that the resonant frequency of the circuit comprising the coil
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15 shunted by the dielectric of load 11 and capacitor 18, be set to resonate at the same frequency as the anti-resonant circuit 4, 5, 6 of generator 1. While the capacitor is easy to adjust 18 or winding 15 to achieve such a resonance at the start of the heating cycle of load 11, it is generally observed that the dielectric constant of load 11 changes as its temperature increases, which therefore destroys the tuning of the load. resonant circuit 11, 15, 18.
In order to provide an automatic adjustment device for the capacitor 18 or the. current capacity of load 11 in order to maintain resonant tuning between circuit 11,15, 18 and anti-resonant circuit 4, 5, 6, I install a pair of rectifiers 19, 21 of any suitable type having similar electrodes connected to two taps on the winding 15. The other ends of the rectifiers 19 and 21 are respectively connected to one another by means of a pair of capacitors 22, 23 and a pair of resistors 24, 25. The middle ends of capacitors 22,23 and resistors 24,25 are connected together and are likewise connected by impedance 26 to a point of winding 15 which is midway between the taps at which rectifiers 19 and 21 are related.
A capacitor 27 is inserted between a midpoint of the coil 14 and the last mentioned point of engagement.
The arrangement comprising the elements 19 to 27 constitutes an electrical circuit which can be demonstrated to have a zero DC voltage between the opposite ends of the resistors 24 and 25 when the resonant frequency of the circuit 11, 15, 18 is equal to the frequency of resonance of the anti-resonant circuit 4, 5, 6. Between the opposite ends of resistors 24 and 25 there will be a direct voltage, the polarity of which will depend on whether the resonant frequency of the circuit comprising Elements 11, 15 and 18 is less than the resonant frequency of the anti-resonant circuit 4.5, 6 or is greater than the frequency
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this resonance of the latter.
In other words, as long as the resonant frequency of circuit 11, 15, 18 is the same as that of anti-resonant circuit 4, 5, 6, the voltage difference between the outer ends of resistors 24, 25 will be zero. ; but, if the resonant frequency of circuit 11, 15, 18 falls below that of circuit 4, 5, 6, a continuous potential difference will appear between the opposite ends of resistors 24, 25 and will be proportional to this frequency difference in a wide range of frequency difference.
On the other hand, if the resonant frequency of circuit 11, 15, 18 becomes higher than that of circuit 4, 5, 6, a direct voltage will appear across the opposite ends of resistors 24, 25, will be of reverse polarity to that which has just been described and will likewise be proportional to the difference in frequencies between the two circuits in a wide range of frequencies.
By magnetically connecting the regulating element of capacitor 18 or winding 15 or load 11 to a suitable electric motor whose direction of rotation depends on the polarity of the potential difference between the opposite ends of resistors 24 and 25 , it is possible to force such a motor to move the variable element of the capacitor 18 until it re-establishes the equality of resonant frequency between the circuit 11, 15, 18 and the circuit 4, 5, 6 One way of operating such a motor consists in installing a pair of electronic triodes 28, 29 whose cathodes are connected together.
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Last at the exLréniiL <4 n, glLlvo d'uno nourno dn tnnilon nonvenn- ble 31.
The positive end of the direct voltage source 31 is connected to the anodes of the lamps 28 and 29 by means of a pair of magnetizing windings 32, 33 which are arranged so as to act on a core 34 of material. suitable magnetic which is supported so as to allow longitudinal movement through windings 32, 33. Core 34 is likewise provided with a DC bias winding 35 which is energized.
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by means of a suitable current source 36. The cathodes of the lamps 28, 29 are connected to the common end of the resistors 24, 25.
The windings 32, 33 as well as the lamps 28, 29 are adjusted so that the currents flowing in the lamps 28 and 29 exert equal and opposite tractions on the core 34, when there is no difference in direct voltage between the opposite ends of the resistors 24, 25.
With the arrangement which has just been described, the appearance of a DC voltage difference between the opposite ends of the resistors 24, 25, which indicates, as described above, the resonance of the circuit 11, 15 , 18 deviates from equality with the resonant frequency of circuit 4, 5, 6, will cause an increased current to flow through one of the lamps 28 and 29 and a reduced current to flow through the other, whereby the core 34 is moved. This displacement of the core 34 is arranged so as to move the variable element of the capacitor 18 in the direction suitable for bringing back the equality between the resonant frequencies of the circuit 11, 15, 18 and of the circuit 4,5, 6.
When such equality of resonant frequencies is thus reestablished, the current flowing through lamps 28 and 29 will again be equal and no further movement of core 34 will take place until this equality has ceased again. to exist.
Although the armature of the motor 34 has been shown as being fixed so as to move the variable part of the capacitor 18, it is obvious that it can be attached so as to move the variable part of the capacitor 4 controlling the tuning. of the anti-resonant circuit of generator 1. In such a case, generator 1 would continuously change frequency until equalizing with the resonant frequency of heating circuit 11, 15, 18, however strong that the resonant frequency of the latter can vary during a heating cycle.
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Although an arrangement has been shown in which the motor device actuated by the potential difference between the opposite ends of resistors 24 and 25 moves until resonance is reestablished between the load and generator circuits, we It will be appreciated that the arrangement may be designed by suitably biasing the movable core 34, so as to maintain any predetermined degree of deviation from the exact resonance, according to principles well known in the art.
In a more general aspect, my conception is that the discriminator 19,26 can maintain any predetermined setting of the constants or parameters of the load circuits and of the generator.
For example, one can adjust the distance between the electrodes supporting a dielectric charge; or the inductance or capacity of the generator or the working circuit; the coupling between the generator and the working circuit; the value of the plate or gate voltages; the waveform of the pulsating voltages applied to the plate or control electrodes of the generator.
Fig. 1 therefore shows an arrangement for maintaining equal tuning between a dielectric heating load circuit and the anti-resonant circuit of an electronic generator which supplies it with current. However, it is often desirable to maintain a similar resonance between different parts of the circuit of an electronic generator supplying power to heat a metallic or other load by means of currents induced therein by the power. magnetic action of a winding carried by high frequency current; lafig.2 represents a variant of the invention suitable for such an object.
Since in the embodiment of FIG. 2 the main circuits of the high frequency generator may be the same as those illustrated in. fig.l, we have reduced the diagram
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of fig. 2 to the anti-resonant circuit of the oscillation generator and of the load inductively heated and supplied by this generator. Thus, the anti-resonant circuit of the generator can comprise a capacitor 4 similar to the capacitor 4 of FIG. 1 and likewise an inductor 41 in series with a second capacitor 42. The capacitor 42 is shunted by a circuit comprising an inductor 43 in series with an inductor winding 44 of a high frequency electric furnace.
The winding 44 envelops a suitable load 45 and is adapted to induce therein
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OUIII't: .1n!.: J fi ll'Ol1dtlult.J op! .L; o mhnrgm 'la)), êL1'C1 nhl1llrrro aï, bridge. for example include a ribbon moving continuously.
The midpoint of winding 44 is connected to a tap on inductor 41 via a suitable capacitor 46.
At the ends of the winding 44 are connected a pair of rectifiers 47, 48 similar to the rectifiers 19, 21 of fig.l. At the terminals of the free ends 47, 48, are connected two identical capacitors and mounted in series 22, 23 as well as two identical resistors mounted in series 24, 25. The common ends of resistors 24, 25 and capacitors 22, 23 are connected together at one end of an impedance 26, the other end of which is connected to the center tap of winding 44.
As in the case of the resistors 24,25 in fig.l, the resistors numbered similarly in fig. 2 will present at the terminals of their opposite ends a direct voltage which will be zero when the local circuit 42, 43, 44 resonates on the same frequency as the anti-resonant circuit 4, 41, 42. Similarly, the direct voltage between the opposite ends of resistors 24,25 will be proportional and have a polarity when the resonant frequency of the local circuit 42, 43, 44 is lower than that of the anti-resonant circuit 4, 41, 42; it will have the opposite polarity when the resonant frequency of the local circuit 42, 43, 44 is greater than that of the local circuit 44,41,42.
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As in the case of the arrangement of Fig. 1, the voltage across the outer ends of resistors 24 and 25 can be used to drive a motor adjusting the frequency determining elements of either oscillator 1 or the circuit. load 42, 43, 44, in order to keep the resonant frequency of circuit 4, 41, 42 equal at all times to that of local circuit 42, 43, 44 despite any variation that the latter may undergo as a result of the change in the electrical constants of the winding 44 and the heated load 45 treated in this way.
The coupling between the load and the oscillator can also be controlled by means of such a motor; for example by varying the capacitor 42 or the inductance 41. In general, the voltage at the terminals of the resistors 24, 25 makes it possible to carry out the adjustments envisaged above during the description of FIG.
Fig.3 shows another embodiment of the invention in relation to a high frequency electric generator for heating a dielectric load 11 similar to the load 11 described in connection with fig.l. The generator lamp 1 and the elements which are connected to it and which are numbered from 2 to 10 are identical to those already described for fig.l and should not be discussed in detail here. However, there is installed a reactance 51, which can for example be a small inductor, which is inductive in relation to the inductor 5 and which is connected between the end of the latter and the ground. Reactor 51 is shunted by a circuit comprising a rectifier 52 in series with a resistor 53.
There is shown the dielectric load 11 connected to the inductor 5 not by a transmission line such as the line 12 of FIG. 1 but by a variable inductance 54 and by a pair of variable capacitors 55, 56. The variable element of one of the capacitors 55, 56 is connected, in a manner similar to that already described for the variable element of the capacitor 18 to fig. 1, titi noyas 34 of the motor with h reciprocating movement cnmpor-
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both a pair of suitable windings 57 and 58. The midpoint of the windings 57 and 58 is connected to the positive end of a DC voltage source 59 whose negative end is grounded.
The free end of the winding 58 is connected to the negative end of the voltage source 59 through a variable resistor 61. The free end of the winding 57 is connected to the anode d. 'a triode 62 whose cathode is grounded. The lamp control electrode 62 is connected to a tap made on resistor 53.
At the start of a heating cycle the current in load 11, which can easily be shown to be similar to the current in reactance 51, is set to a desired value at which it is intended to be maintained. by moving the variable element of the capacitors 25. At the same time, the resistor 61 is adjusted such that the magnetic effects of the windings 57 and 58 on the core 34 are oxidatively balanced with each other.
If, subsequently, the resonant frequency of the circuit containing load 11, capacitors 55, 56, inductors 54.5 and 51 or any of its other properties undergoes a change as heating continues such that the flow of current through the reactance deviates from the above-mentioned value to which it was originally set, the drop in tansion @ aux @ of resistor 53 changern, thereby applying a different bias voltage to the control electrode of the lamp 62. This will create a variation in current in the winding 57 with the result that the core 34 will move in a direction such as to adjust the capacitor 56.
Such an adjusting movement will continue until
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riiio 1.m nmiran-h r3: ma In r> 'att.ance 51. rovlmnnn da nnnvonn n ti v, has their initial; at this time the bias voltage applied by resistor 53 to lamp 62 will revert to its original value. As a consequence of such a return, the current through the in-
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bearing 57 will again balance the pull of winding 58 on core 34 and subsequent movement of variable capacitor 56 will cease.
It is evident that by altering the bias acting on core 34 in any way desired in advance, the charge current can be made to follow any desired schedule or relationship to the bias controlling the amount.
Although a variant of the invention has been described with reference to FIG. 3 in which the adjustment for the passage of a constant current in the heating load is produced by the variation of coupling elements or the like. in the heating circuit, it is likewise possible to use the drop in the output direct voltage across resistor 53 to adjust the constant load current by modifying the direct voltage applied to the plate of oscillator 1. The fig.4 shows details of the part of the circuit in which this DC voltage regulation is carried out.
In this way, the voltage for the plate of the oscillation generator 2 can be obtained from a pair of control gate rectifiers 71, 72 whose anodes are supplied by the opposite ends of the secondary winding 73 of a transformer. power supply. The cathodes of the rectifiers 71, 72 are connected directly through the choke coil 3 to the anode 2 of the oscillator 1 and the midpoint of the winding 73 is connected to ground. Between the cathode of the lamps 71, 72 and their control electrodes are connected the secondary windings 74 of a peak transformer, which are respectively shunted by high frequency decoupling capacitors 75.
A primary winding 76 supplies power to the secondary windings 74 and is supplied by an AC voltage source by means of a saturable inductor 77. The magnetic saturation of an iron core of the winding 77 is controlled. by the anode current of a triode 78 whose gate voltage is de-
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terminated by the drop across resistor 53 in fig.3.
The saturable reactance system which has just been described is well known in the electronic art for controlling the passage of current in control grid lamps such as rectifiers 71 and 72. When the arrangement of FIG. .
4, the elements 56, 57 58, 59, 61, 62 and 34 can of course be omitted from FIG.
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An (1l'littL dii uyolo tla 011hUrr '.., g .. "an r., Glo la nnurnnt in order to load 11 to its desired value by varying the variable capacitor 55. If, at any later time, the current in the load exceeds the desired value, the DC voltage drop between the tap or resistor 53 and ground obviously increases, which increases the flow of current in the lamp 78 and thus modifies the state of the reactance 57 in such a way that the pulses from the windings 74 will act through the grills to make the lamps 71 and 72 conductive later in the AC cycle. One of the results is that the voltage applied to the anode of the oscillator 1 will decrease and the latter will supply less power to load 11.
As a result, the current in load 11 will drop again to its initial value at which it was desired to be maintained. It is evident that if the flow of current through load 11 were to decrease, the voltage drop across resistor 53 would similarly decrease with the result that a more positive voltage applied to the gates of rectifiers 71 and 72 would cause failure. application of an increased voltage to the anodes of oscillator 1. The latter will therefore react to reduce the flow of current through the load to the value of its initial setting.
By connecting the rectifier 52 and the resistor 53 to suitable taps :.) made on an inductor in an inductive heating circuit, it is obvious, without further explanation, that the methods of figs can be used. 3 and 4 to keep constant the flow / current in a heated load
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by induction in ways similar to those which have been applied in figs. 3 and 4 to maintain constant the flow of current in a dielectric load such as 11. Alternatively, a constant voltage can be maintained across said winding inductor by connecting the rectifier 52 and the resistor 53 to a tap on this inductor winding of an induction heating element.
It is likewise believed that it is apparent that the cores 34 of the arrangements of Figs. 1 and 3 can be used to modify coupling elements such as windings 13 and 14 of Fig. 1, any frequency determining elements. of oscillator 1, resistor 9 in figs. 1 and 2, the position of the connection between the cathode and inductors 5 in fig. 1 and 3, or by changing control voltages for heating by induction. By changing the position of resistor 53 on the socket going to the grid of lamp 78 in any predetermined manner, the voltage supplied to the generator can be constrained to follow any desired schedule or any relation to the controlling quantity. this position.
It is likewise assumed obvious that the rectifiers 19 and 21 as well as the capacitor 27 can be connected respectively to the winding 13 and to the part of the inductor 5 which is veisin or to be connected to the windings 15. and 14.
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