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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS A DECHARGE AVEC TACHE CATHODIQUE.-
La présente invention vise des perfectionnements apportés aux tubes à décharge à cathode liquide et à électrode plongée dans ladite cathode afin d'effectuer l'amorçage de l'arc*
Elle s'applique également à des dispositifs à tache cathodique qui ne comportent pas d'éleotrodes spéciales d'amorçage et a pour objet de ré- duire les retours d'arc,
Par suite de la forte densité de courant qu'ils peuvent supporter, les tubes à décharge de ce genre ont trouvé leur application surtout dans les installations à basse tension et à grande puissanoe, Pour des tensions plus .
élevées* ils manifestent une eertaine tendance à l'amorçage d'arcs en retour qui rendent leur fonctionnement Incertain et nécessitent une protection oonsi-' dérablet @
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La présente invention a surtout pour objet d'éviter l'amorqage d'aras en retour, même pour des tensions relativement élevées.
Conformément à la présente Invention on améliore sensiblement leur fonctionnement aux tensions élevées en disposant un ou plusieurs écrans appropriés entre anode et cathode. Ces écrans sont de préférence disposés de façon à constituer un chemin en zig-zag pour la décharge de telle sorte que l'anode se trouve complètement protégée des rayonnements ou des particules éma- nant de la surface cathodique, Comme la présence d'une électrode à immersion tend à confines la décharge à une région particulière de la surface cathodique, on peut prévoir le ou les écrans susceptibles de réduire au minimum la projec- tion de la matière cathodique dans le voisinage de l'anode.
De l'application de ces moyens résulte une forte diminution des possibilités d'amorçage d'aras en retour,
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessina qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et dans lesquels ;
La Fig.1 représente une coupe d'un dispositif à décharge conforme à l'invention.
La Fig.2 est une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la Fig.l.
La Fig.3 est une coupe mettant en évidence les éléments essentiels d'une parlante de l'invention.
Les Fig.4 et 5 sont des vues de détail, en coupe et en plan, d'un élément particulier de la structure de la Fig.3,,
La Fig.6 est une coupe longitudinale d'une variante.
La Fig.7 est une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la Fig.6.
La Fig.8 est une coupe mettant en évidence les caractéristiques essentiels de la variante et la Fig.9 en est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la Fig.8.
A la Fig.1, on a désigné par 1 une enveloppe scellée comportant une partie cylindrique en verre par exemple dont l'extrémité supérieure de sec- tion réduite est fermée par un chapeau rentrant 2 scellé au verre. On notera que ce chapeau, ainsi que les autres éléments décrits ar la suite et scellés directement au verre peuvent être constituée par des alliages spéciaux tels @
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qu'un mélange de 54% de fer, 28% de nickel et 18% de cobalt que l'on soude aisément à un verre dur connu aux Etats-Unis sous le nom de Corning-G 71.
Le chapeau 2 comporte, en son centre, une ouverture qui laisse passer une tige-support 3 en acier par exemple comportant à son extrémité supé- rieure un épaulement 4 fixe par soudure ou de toute autre manière équivalente, à la surface externe du chapeau 2. L'anode est de préférence en graphite et elle est constituée par un bloc plein 5 fileté de manière à visser sur l'extrémité inférieure de la tige 3. La connexion à la source est assurée par un oâble 3? soudé à l'extrémité externe de la tige 3.
La longueur de cette dernière est telle que l'anode se rapproche de l'enveloppe,
L'extrémité inférieure de l'enveloppe 1 est fermée par une pièce métallique circulaire 6 soudée au bord du cylindre de verre et comportant une partie plate 8 faisant saillie vers l'intérieur de l'enveloppe. Pour obtenir une rigidité suffisante capable de résister à la déformation due à la différence de pression entre les faces externe et interne de l'enveloppe.
la partie cens trale de cette pièce d'extrémité est renforcée par une forte plaque 7,générale- ment en acier,brasée ou fixée de toute autre manière appropriée. On obtient une élasticité suffisante permettant d'éviter la rupture du scellement verre-métal, consécutivement à la dilatation de la pièce d'extrémité, et à la plaque de ren- forcement, en prévoyant une partie recourbée sur son bord externe, Une pièce de fer 9, fixée à la partie inférieure de la plaque 7,permet la liaison de la pièce d'extrémité à la source*
L'extrémité inférieure du tube contient une certaine quantité de mercure qui, recouvrant la surface de la pièce d'extrémité. constitue une ca- thode et fournit de la vapeur de mercure en cours de fonctionnement.
En con- nexion avec la cathode, on prévoit une électrode d'amorçage 12 à immersion, Cette électrode peut avoir la forme d'un cylindre effilé de matière semi-conduo- trice telle que le carbure de silicium revêtu de carbure de bore et d'argile.
On peut évidemment employer tout autre dispositif d'amorcare.
Dans le dispositif représenté, l'électrode d'amorçage 12 est montée sur un godet 13 comportant, à son extrémité inférieure,une bride soudée par l'intermédiaire d'un petit récipient en verre 14, à un cylindre 15 qui fait partie intégrante de la surface intérieure de la pièce d'extrémité. Un conduc- teur d'amenée 16 scellé au godet 13, permet la oonnexion de l'éleotrode d'amor- çage 12 à une source non représentée pour amorcer le dispositif à décharge au début de chaque période* Pendant le fonctionnement la tache cathodique ne s'é-
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-loigne pas beaucoup du voisinage de l'électrode d'amorçage.
Quand des dispositifs à décharge de ce type sont introduits dans des circuits inductifs, il peut subsister une ionisation résiduelle suffisante pour amorcer des aras en retour pendant et surtout au début des alternances de non conductibilité*
Ce danger peut être considérablement réduit par des moyens de ré- frigération destinés à maintenir la tension de vapeur assez faible au voisinage de l'anode et à disposer en contact avec l'arc de grandes surfaces métalliques en vue de hâter le processus de déionisation.
A cet effet, on peut faire usage d'un serpentin 19 en acier sans soudure, partant de la cathode pour aboutir aux environs de l'anode. De préfé- renae, on augmente le pas de ce serpentin dans sa partie supérieure, de telle sorte que la chaleur rayonnée par l'anode maintienne les parois supérieures de l'enveloppe à une température qui ne soit pas trop Inférieure à oelle du verre au voisinage du scellement d'anode* Cette égalisation de température contribue à diminuer le danger de craquelure du verre en cas de surcharge,
En dehors de cette surface bien définie de métal refroidi qui est en contact avec l'axe, l'invention permet de réaliser une protection bien meil- leure contre les aras en retour par l'application d'écrans additionnels trans- versaux, disposés comme on le décrira par la suite* D'une façon générale,
ces écrans doivent âtre tels que l'anode ne soit pas exposée à Inaction directe de la cathode, et que le courant de décharge doive suivre un chemin sinueux,
Dans le cas particulier de la Fig.1, cet écran relativement petit est visible en 21 : il est placé entre l'anode et la région de la surface ca- thodique où s'amorce la décharge* Cet écran est constitué par une spirale tubu- laire disposée directement au-dessus de l'électrode d'amorçage* Dans sa partie centrale, pour la rendre opaque, on a prévu deux disques métalliques réfrac- taires 22 fixés de toute manière appropriée, Au-dessus de cet écran et assez loin de la surface cathodique, on a disposé un second écran transversal visible en 24, qui comporte une ouverture centrale de diamètre inférieur à celui de l'écran 21.
Ces deux écrans contribuent à protéger l'anode de la cathode et Imposent une certaine déviation à la décharge. Il en résulte qu'on protège le tube contre les arcs en retour, L'expérience a en effet montré qu'on peut, dans certaines conditions, appliquer au tube* une tension plusieurs fois supérieure à la tension admissible en l'absence d'écran.
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Ces résultats semblent dus au fait qu'on protège l'anode contre toute projection de matière cathodique, et le transfert Indirect de la vapeur de mercure dans la région de l'anode est considérablement diminué du fait que la décharge doit parcourir un chemin sinueux* Pour maintenir à une température relativement basse les écrans 21 et 24, ainsi que le serpentin'19, on prévoit une circulation de liquide réfrigérant, Comme on le voit sur la Fig.1, les en- trée et sortie du liquide sont constituées par des ajutages 26 et 27 prévus dans les ouvertures correspondantes de la pièce d'extrémité.
Ces cylindres sont hermétiquement scellés à des tubes concentriques 28 et 29* Les connexions au tube 19 ne sont pas visibles sur la Fig.l, mais sont représentées en pointillé en 28', et 29t, Fig.2*
Sur la Fig.3, on a représenté une variante dans laquelle l'enve- loppe est constituée par deux cylindres concentriques 30 entre lesquels circule un fluide réfrigérant* A l'intérieur de l'enveloppe se trouve une anode 3t et une cathode mercurielle 32 séparées par un système d'écrans, L'écran inférieur est formé par une spirale 33 analogue à l'écran 21.
Dans les Fig.4 et 5, on voit aisiment que la partie centrale de cette spirale est bouchée par deux disques métalliques 34 maintenus par un boulon 35, La position de l'écran 33 est telle qu'il se trouve au-dessus de l'électrode d'amorçage 36, Par conséquent, l'écran est Interposé entre l'anode 31 et la partie de la surface cathodique sur laquel- le s'amorce la décharge* Un second écran 37, espacé du précédent, est constitué par une forte plaque métallique comportant une ouverture 38 en son contre* Cette plaque comporte un rebord 39 soudé, par sa périphérie, à la surface interne de l'enveloppe, de manière à assurer un bon contact thermique, Grâce à ce disposi- tif, l'écran peut être maintenu à une température inférieure à celle de la fu- sion du métal qui le constitue,
Ce dispositif joue exactement le même rôle que celui décrit à propos de la Fig.1.
La variante de la Fig.6 est destinée à fonctionner à des tensions plus élevées pouvant atteindre 30.000 volts par exemple. Elle comporte une @ circule enveloppe constituée par deux tubes concentriques 110 et 111 entre lesquels/un liquide réfrigérant. Le cylindre interne est évasé à ses extrémités, de manière à pouvoir âtre soudé au premier* Les ajutages dtentrée et de scelle sont repré- sentés en 112 et 113. Les extrémités du cylindre sont fermées en 115 et 116 par des pièces comportant des rebords périphériques soudés au tube interne,
A l'Intérieur de l'enveloppe et à son extrémité supérieure, on voit une anode 118 constituée par un bloc de graphitue.
Il est Isolé de la
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pièce d'extrémité par un scellement qui comporte une partie Isolante 120 et une partie métallique 121. Une virole métallique 124 a pour but de protéger le joint entre l'isolant et la pièce d'extrémité 115 contre les tensions élec- trostatiques excessives. Entre le chapeau 121 et l'anode, on a prévu un sup- port constitué par une tige pleine 122. La borne d'anode est connectée à une source non représentée par un câble 123.
A l'extrémité Inférieure de l'enveloppe, on voit la cathode mer- curielle 126 en contact avec la pièce d'extrémité 116. Cette cathode peut être aushi constituée par du calcium ou tout métal équivalent. Un conducteur plein 132 est fixé à la pièce d'extrémité inférieure et assure la connexion éleotri- que avec la cathode*
On voit en 127 l'électrode d'amorçage en matière semi-conductrice et en contact permanent aveo la cathode elle comporte un conducteur d'amenée 128 isolé de la cathode par une perle de verre 130 ou par tout isolant équiva- lent.
Dans cette variante,lets écrans sont formés par des pièces métal- liques espacées les unes des autres et constituées par des demi-disques 134-135- 136 comportant des rebords indiquée en 134'-135'-136' soudés à la paroi interne du tube. Ce mode de construction très simple permet de maintenir les écrans à une température relativement basse.
Comme la tache cathodique se produit toujours au voisinage de l'électrode 127, il est préférable de placer l'écran Inférieur 134 directement au-dessus d'elle de manière à créer un obstacle à la matière cathodique proje- tée. Les autres écrans 135 et 136 sont distribués sur les parois de l'enveloppe, de telle sorte qu'ils protègent l'anode par rapport à la cathode et obligent le courant à parcourir un trajet sinueux. C'est ce qu'on voit sur la Fig.7 dans laquelle les dits écrans se chevauchent mutuellement.
L'expérience montre que, pour un dispositif à décharge ne compor- tant pas d'écran, l'arc en retour se produit à 2.000 volts; avec deux écrans, à 9.000 volts et aveo trois à environ 30.000 volts,,Avec les trois écrans, on constate un certain accroissement de la chute de tension dans l'arc; elle at- teint par exemple 25 volts; cette valeur est cependant sans inconvénient quand il s'agit de hautes tensions.
Sur la Fig.8, on a représenté une variante dans laquelle l'enve- loppe est encore constituée par deux tubes concentriques métalliques 140 et 141; l'anode est représentée en 143 et la cathode merourielle en 144.
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Le système d'amorçage est du type décrit dans la demande de brevet N 334.529 du 8 Octobre 1938; il comporte une enveloppe 145 à l'intérieur de laquelle se trouve-une électrode d'amorçage 146 et deux anodes de maintien 147 et 148, Après l'amorçage initial par une tension convenable appliquée à l'électrode 146, ces anodes fonctionnent alternativement et maintiennent une tache cathodique permanente confinée au mercure renfermé dans l'enveloppe 145; mais cette tache peut se diviser dans le cas où l'on applique un potecntiei pool- tif à l'anode 143 du manière à ce qu'il apparaisse une autre tache cathodique sur la surface de la cathode non limitée par le dispositif décrit ci-dessus.
Cette division de la tache cathodique est possible grâce à des fentes étroites 150 prévues dans l'enveloppe 145. Les conducteurs d'amenée 152 alimentent les électrodes 146-147-148.
Le système d'écrans de la Fig.8 comporte une feuille métallique supérieure 154 de forme représentée par exemple Fig.9 et munie d'un rebord 155 fixé à la paroi interne de l'enveloppe, de façon à assurer un bon contact ther- mique, L'éoran inférieur 156 a une forme telle qu'il vient compléter l'écran 154, c'est-à-dire qu'il s'étend sur la région du chemin de décharge non protégé par l'écran supérieur; il le chevauche donc légèrement comme l'indique la Eg.9.
On peut évidemment imaginer d'autres formes d'écrans, En tout cas, la condition à remplir est telle que chaque écran doit occuper un espace moindre que la sur- face de la section droite du trajet de la décharge, et que l'ensemble des écrans protège l'anode contre les projections de matière cathodique*
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisa-* tion de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières,, données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.