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Dispositif pour l'extinction d'un tube à décharges à cathode de mercure.
La présente invention concerne un dispositif'destiné à l'extinction d'un tube à décharges rempli de gaz ou de vapeur et muni d'une cathode de mercure, dispositif qui convient particu- lièrement bien pour des installations à haute tension et grande puissance alimentées en courant continu.
La présente invention procure'un perfectionnement d'un dispositif d'extinction, au moyen duquel l'extinction se fait à l'aide d'une impulsion de tension à partir d'un condensateur préa- lablement chargé qui, au moment de l'extinction fournit, par l'in- termédiaire d'un organe de couplage, une impulsion de décharge à travers le tube à décharges et/ou une ou plusieurs électrodes n -..
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auxiliaires.Ce procédé d'extinction convient généralement très bien pour l'extinction de tubes munis d'une cathode de mercure, vu le fait qu'on peut faire disparaître la tâche cathodique dans le temps extrêmement faible disponible pour l'extinction et donc cou per la décharge.
Toutefois, ce procédé présente souvent l'inconvénient que la. tension, qui revient au tube à décharges après l'extinction et est le plus souvent bien supérieure à la tension de régime existant avant l'extinction, apparaît également sur la branche parallèle constituée par le montage en série de l'organe de couplage précité et du condensateur d'extinction, ce qui a pour conséquence que le condensateur d'extinction doit être conçu pour une tension beau- coup plus élevée qu'il n'est nécessaire en vue de sa fonction dans la période d'extinction.
Cet inconvénient se présente plus particulièrement dans les cas où l'on utilise des tubes à décharges munis d'une cathode de mercure, de par leur aptitude de principe au passage d'assez forts courants de l'ordre de grandeur de centai- nes d'ampères pour de très hautes tensions, par exemple de l'ordre de grandeur de dizaine de kilovolts. En outre, il peut arriver que l'organe de couplage, le condensateur et l'appareil d'alimen- tation connectés en parallèle avec ces derniers reçoivent immédia- tement après l'extinction, une impulsion de courant qui peut être un multiple du courant d'extinction et, par exemple, 100 fois plus forte. On peut éviter cet inconvénient pour l'appareil d'alimenta- tion en le mettant hors circuit temporairement, il est vrai, mais cela requiert une manipulation supplémentaire.
De plus, il se pré- sente l'inconvénient d'une décharge plus ou moins forte du conden- sateur d'extinction, dans certaines conditions il est même chargé inversement, et n'est pas disponible à temps pour l'extinction suivante ce qui constitue plus particulièrement un inconvénient lorsque le tube à décharges, en vue de sa fonction dans un montage déterminé, doit être amorcé et éteint périodiquement.
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Le perfectionnement conforme à l'invention consiste à connecter en série avec le condensateur d'extinction et l'org.ane de couplage un deuxième condensateur (auxiliaire) dont la capacité en rapport avec la capacité du condensateur d'extinction est choisie de telle façon qu'il reçoive en substance la tension qui revient au tube à décharges après l'extinction. On comprendra de ce qui précède que par l'expression "en substance" on entend en l'espèce une partie de la tension telle que les inconvénients précités ne peuvent se produire.
Lorsque, par exemple, la tension revenant au tube à dé- charges après l'extinction est de quelques kilovolts, ce qui peut arriver pour la transmission d'énergie en courant continu à haute tension, et la tension sur le condensateur d'extinction destinée à l'extinction est de l'ordre de grandeur de quelques centaines de volts, par exemple de 500 volts, la tension sur ce condensateur sera tout au plus du même ordre de grandeur après l'extinction. En général on peut dire que le rapport entre les capacités du conden- sateur d'extinction et du condensateur auxiliaire est de 50 à 100, la capacité du condensateur d'extinction étant fonction naturelle- ment de la quantité d'énergie requise pour 1'extinction.
Bien que le condensateur auxiliaire doive être isolé contre la haute tension, cela ne constitue point un inconvénient, eu égard à la faible capa- cité par. rapport à celle du condensateur'd'extinction, et c'est même un avantage, en comparaison du cas où il n'y aurait pas le condensateur auxiliaire et où l'assez grand condensateur d'extinc- tion devrait être isolé contre la même haute tension, parce que pour assurer l'isolement nécessaire le volume du condensateur est 'sensiblement proportionnel au carré de la tension.
Pour éviter dans certains cas le réamorçage du tube par suite de phénomènes d'oscillation (instabilité) de la décharge, qui se produisent lorsqu'après l'extinction, la tension revenant au tube reste appliquée aux condensateurs connectés en parallè- le avec ce tube, il est désirable d'ouvrir l'organe de cou-
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plage immédiatement après l'extinction, ce qui peut se faire sans courant dès que le condensateur auxiliaire a été*chargé par la ten- sion de retour et le courant de charge ne passe sensiblement plus.
En principe on peut utiliser un interrupteur convenable quelconque comme organe de couplage, mais il est recommandé d'utiliser un tube à. décharges (auxiliaire) rempli de gaz ou de vapeur susceptible d'être commandé, et éventuellement bloqué au moyen d'une électrode auxiliaire, l'effet de soupape permettant en tout cas d'éviter des oscillations.
Bien souvent le condensateur auxiliaire, après extinc- tion, sera déchargé après quelques temps à un tel degré que le tube principal, après réamorçage, peut être éteint à nouveau en faisant se décharger à nouveau à travers le tube, au moyen de l'organe de couplage et par l'intermédiaire du condensateur auxi- liaire, le condensateur d'extinction rechargé. Si les moments d'extinction sont suffisamment écartés l'un de l'autre, cela n'en- traînera pas de difficultés en ce qui concerne l'extinction. Tou- tefois, il arrive souvent que le tube doit être amorcé et eteint successivement assez vite pour que la décharge du condensateur auxiliaire ait lieu trop lentement.
Pour ces cas le condensateur dans le dispositif conforme à l'invention est shunté par une ré- sistance variable, éventuellement susceptible d'être mise hors circuit, ayant une valeur telle que la décharge puisse avoir lieu dans un temps réglable. Cela importe notablement lorsque le tube principal doit être amorcé et éteint automatiquement de façon périodique, par exemple, 50 fois par seconde. On peut alors assurer l'effet voulu en connectant en parallèle avec le condensateur auxi- lia.ire une résistance qui présente des dimensions telles que la décharge du condensateur se soit accomplie suffisamment dans la période. A cet effet la constante de temps RC doit être du même ordre de grandeur que la durée entre deux extinctions successives.
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On remarquera que, par suite de la présence de la résis- tance, il se produira sur le tube auxiliaire, après extinction du tube principal, également une haute tension, ce qui pourrait pro- duire à nouveau une décharge à arc inopportune dans le tube auxi- liaire. Toutefois, si l'on utilise un tube auxiliaire muni d'une cathode de mercure cet inconvénient peut être évité. avec certitude par un choix de lvaleur de la résistance tel, que le courant éven- tuel serait bien inférieur au courant minimum d'une cathode de mer- cure. Pour cette raison des perturbations dans le processus d'ex- tinction par suite du percement du tube à décharges auxiliaire ne peuvent pas se produire.
Si l'on se sert d'autres organes de cou- plage, par exemple d'un tube auxiliaire muni d'une cathode à in- candescence, la résistance de pontage ne doit pas être mise en circuit avant la fin du processus d'extinction et 1'interruption de la branche parallèle Dans le cas du tube la tension produite au tube à travers la résistance n'apparaît qu'après que le passage du courant à travers le tube a été coupé. Cette mesure est néces- saire en rapport avec le fait bien connu que pour un tube à dé- charges rempli de gaz et muni d'une cathode à incandescence il n'y a pas d'intensité de courant minimum où la décharge cesse. Il est recommandé de prendre cette mesure également pour un tube muni d'une cathode de mercure, lorsqu'il s'y produirait, sous l'action de la pression du gaz et de la tension, non pas une décharge à arc mais une décharge à lueur.
Le tube à décharges principal permet en principe de connecter tant de la tension alternative que de la tension continue.
Il s'est avéré que le montage conforme à l'invention con- vient particulièrement bien pour la mise hors circuit de grandes puissances avec une,haute tension continue de quelques dizaines de kilovolts.
Pour la mise hors circuit de ces grandes puissances du courant continu le meilleur mode d'exécution du dispositif con- @
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forme à l'invention est celui où l'on utilise comme tube auxiliai- re un tube muni d'une cathode de mercure, parce que le réamorçage du tube, après l'extinction du tube principal, peut être évité avec certitude par le temps infime de la-9 secondes où disparaît la tâche cathodique, même si le condensateur auxiliaire est shunté à demeure par la résistance. On peut donc éviter automatiquement, même pour les tensions les plus hautes, des phénomènes d'oscilla- tion dans le tube principal par suite de capacité parallèle au tube.
Pour une bonne compréhension de l'importance de l'inven- tion pour la mise hors circuit de courant continu à hautes tensions au moyen d'une impulsion d'extinction à partir d'un condensateur, sur un tube à décharges connecte en parallèle avec l'interrupteur, il est à noter sous ce rapport qu'une cause du fait que dans la technique des courants forts on ne pouvait pas jusqu'ici mettre hors circuit des courants pour ces tensions et que, par conséquent, on ne pouvait pas obtenir dans le commerce des dispositifs de cou- plage pour ces courants, réside dans le problème d'oscillation qu'on n'a pas réussi à éviter jusqu'ici.
L'utilisation d'un con- densa.teur auxiliaire conforme à l'invention apporte une solution de ce problème, qui à l'état perfectionné résulte en la combinai- son avec un tube auxiliaire muni d'une cathode de mercure comme organe de couplage. De plus, l'utilisation d'une résistance ayant une valeur convenable en parallèle avec le condensateur auxiliaire permet aussi pour la première fois en principe'de mettre hors circuit pour de hautes tensions des courants continus de centaines d'ampères même avec une périodicité de 50 fois par seconde.
Cela s'est avère intéressant plus particulièrement pour le montage en cascade décrit dans le 'brevet français 847. 401 de la Demanderesse, destiné à convertir du courant continu à haute tension en courant alternatif à plus faible tension pour la transmission d'énergie à grande distance, parce que dans ce cas l'extinction périodique des tubes à décharges utilisés pour la conversion joue un rôle important.
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La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Le chiffre de référence 1 désigne le tube à dé-charges principal qui est relié, par exemple, à une source de courant con- tinu de quelques dizaines de kilovolts par l'intermédiaire d'un dispositif consommateur, lequel tube doit être éteint périodique- ment, par exemple 50 fois par secondes. Le tube, pour lequel on a choisi un tube dit "Ignetron" dans le présent mode d'exécution, est amorcé périodiquement de la manière bien connue en appliquant une impulsion de tension entre l'électrode d'amorçage 4 en matière semi-conductrice, qui est plongée dans la cathode de mercure 3, et cette cathode de mercure.
En parallèle avec le tube à décharges, c'est-à-dire entre la cathode 3 et 1-1,anode 5, est connecté le dispositif d'ex- tinction conforme à l'invention. Il comporte le condensateur d'extinction 6 qui est chargé continuellement, avec la polarité indiquée sur le dessin, à partie d'un appareil d'alimentation en courant continu 7.
En série avec le condensateur d'extinction sont connec- tés un tube à décharges (auxiliaire) 8 comportant une cathode de mercure 9 et une anode la, pour lequel on a également choisi en l'espèce un tube du genre "Ignitron" muni d'une électrode d'amorça- ge 11, et un condensateur auxiliaire 12 shunté par une résistance
13. Comme décrit plus haut on peut omettre en principe la résis- tance lorsque l'extinction périodique n'est pas requise.
Le fonctionnement du dispositif décrit plus haut sans résistance 13 est le suivant. Si l'on rend le tube 8 conducteur au moyen de l'électrode d'amorçage 11 et suppose qu'en ce moment le tube 1 est conducteur et le condensateur 12 non chargé, et le condensateur d'extinction 6 est chargé de la manière précitée, le condensateur d'extinction se déchargera et ce par impul- n -
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sions, le condensateur non charge 12 étant à même de communiquer cette impulsion à l'anode du tube 1 entre l'anode et la cathode duquel règne en ce moment l'assez faible tension de régime de quelques dizaines de volts. Le tube a décharges auxiliaire 8 ne véhicule du courant que pendant la durée extrêmement faible néces- saire pour chargerle condensateur 12. Puis le courant cesse.
L'impulsion de courant obtenue de la sorte à partir du condensateur principal provoque dans le circuit condensateur 6, tube 8, condensateur 12, tube 1 une chute de tension de faible durée à l'anode 5 du tube 1 (éventuellement une tension négative), qui a pour effet d'éteindre le tube 1. Comme on le sait une chute de ten- sion pendant 10-9 seconde suffit déjà à faire disparaître la tâche cathodique d'un tube à décharges muni d'une cathode de mercure.
En ce moment la tension en retour, par exemple de quelques dizaines de kilovolts, vient s'appliquer entre l'anode et la catho- de du tube 1. Le rapport entre les capacités des condensateurs 6 et 12 est choisi de telle façon que cette tension apparaisse en substance sur le condensateur 12.
Dans le cas précité sans résistance 13 une extinction suivante après le réamorçage du tube 1 au moyen de l'électrode d'amorçage 4 ne peut avoir lieu qu'après que le condensateur 12 s'est suffisamment dechargé d'une manière quelconque- Sans résis- tance 13 cela n'est guère possible si l'extinction doit avoir lieu périodiquement, par exemple 50 fois par seconde. Or, la valeur de la resistance 13 est choisie de telle façon que le produit RC soit de l'ordre de grandeur de la durée d'une période ou inférieur, de sorte que la décharge du condensateur 12, après une extinction, a eu lieu dans une mesure suffisante avant l'extinction suivante.
Par la présence de la résistance 13 il se produit au tube 8 une haute tension après l'extinction, mais la valeur de la ré- sistance est choisie de telle façon que dans le cas où le tube 8 deviendrait conducteur à nouveau, le courant produit à travers le tube demeure bien inférieur au courant minimum de la cathode de
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mercure, de manière à éviter des perturbations par suite d'une dé- charge à arc dans le tube 8.
Après extinction du tube 1 le condensateur d'extinction
6 est rechargé entretemps jusqu'à la pleine tension à partir de l'appareil d'alimentation 7 et après -le réamorçage du tube une extinction suivante.peut avoir lieu périodiquement en amorçant périodiquement le tube 1.
Si l'on remplace le tube 8 par un autre organe de cou- plage, par exemple un éclateur, le fonctionnement est le même en principe. Si l'on utilise un éclateur la tension du conducteur 6 devra généralement être plus haute en rapport avec la tension de percement d'un éclateur, ou bien on aura à prévoir des moyens, par exemple une bobine d'induction, pour faire fonctionner l'é- clateur. On peut aussi utiliser d'autres éléments de couplage susceptibles d'être mis en et hors circuit.périodiquement à la vitesse requise; toutefois, il est préférable d'utiliser un tube à décharges muni d'une cathode de mercure eu égard aussi à son fonctionnement sensiblement sans inertie. Comme tel on peut utili- ser un genre quelconque des tubes à décharges munis d'une cathode de mercure.
Il est recommandé d'utiliser un tube muni d'une élec- trode d'amorçage capacitaire, car son énergie d'amorçage nécessaire est très faible par rapport à l'énergie requise pour d'autres tu- bes à décharges. Un tube de ce genre convient également comme tube à décharges principal.
Pour la mise hors circuit d'un courant continu de 6 am- pères pour 20 kilovolts au moyen du montage montré sur le dessin le condensateur 12 avait une capacité d'environ 0. 1 à 0.05 micro- farad et le condensateur principal avait une capacité de quelques microfarads, la résistance 13 ayant une valeur de l'ordre de gran-, deur de 50.000 à 100. 000 ohms. La tension sur le condensateur 6 était d'environ 600 volts.