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Dispositif électrique à vapeur.
L'invention concerne les dispositifs électriques à vapeur et particulièrement les valves électriques à vapeur devant fonctionner dans un système changeur de fréquence.
Dans le fonctionnement des dispositifs électriques à vapeur, tels que les changeurs de fréquence, l'amorçage de l'étincelle de cathode se fait d'ordinaire en phase avec le système ayant la fréquence la plus basse et on maintient l'étincelle cathodique pendant un intervalle de temps déterminé au moyen d'une électrode d'entretien*
Un a rencontré des difficultés parce que l'anode d'entretien demande un courant exceptionnellement élevé pour maintenir l'étincelle cathodique pendant l'intervalle de conduction. L'expérience a montré que ce courant élevé est
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dû à la chute rapide de la valeur du courant de charge dans le circuit à fréquence élevée et à la forte ionisation rési- duel-Leou plutôt à la présence d'une grande quantité d'électrons négatifs et d'ions positifs dans l'espacement de la valve rempli de vapeur.
Pourfaire passer le courent, l'électrode d'entretien doit recueillir. des électrons négatifs, et comme celle-ci n'a pas de pouvoir de sélection, elle recueille les électrons négatifs de l'espace chargé de convertisseur plutôt que ceux de l'étin- celle cathodique, de sorte que celle-ci pourrait s'éteindre. Un tel effet est à éviter parce qu'il produit un arc direct au court-circuit dans le système à fréquence basse.
Dans un convertisseur normal, l'électrode d'entretien fonctionnera de manière satisfaisante avec un courant de l'ordre de deux ampères, mais dans son système de conversion en haute fréquence, on a trouvé qu'il fallait un courant de trente ampères pendant l'intervalle de conduction, si l'on voulait maintenir une étincelle cathodique convenable.
Conformément à l'invention, ce courant d'entretien élevé peut être fortement réduit en établissant une grille de désionisation entre l'électrode d'entretien et la majeure partie de l'espace chargée de vapeur, de façon à empêcher le passage d'électrons de cet espace vers l'électrode d'entretien.
De préférence, cette électrode de désionisation a la forme d'une grille en graphite avec des ouvertures assez larges et est placée immédiatement au-dessus de la cathode et de son électrode d'entretien de sorte que la grille de désionisation sépare l'électrode d'entretien de la majeure partie de la vapeur ionisée dans l'enceinte de la valve.
Une forme d'exécution préférée de l'invention est représentée à titre d'exemple dans les dessins annexés.
La figure 1 est une coupe verticale partielle d'une valve électrique à vapeur conforme à l'invention; et @
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La figure 2 est un schéma d'un système convertisseur électrique à vapeur utilisant de telles valves.
La valve électrique à vapeur comprend une enveloppe fermée 1, métallique d'ordinaire, et une cathode 2, consistant d'habitude en un bain de mercure 3 au fond de l'enveloppe 1.'Une électrode d'allumage 4 est prévue pour amorcer périodiquement l'émission d'électrons par la cathode, ce que l'on nomme usuelle- ment amorcer une étincelle cathodique ; électrode d'allu- mage 4 est alimentée de préférence par un circuit à impulsion ou à "pointes" 5 à la fréquence de la tension à fréquence basse.
Afin de maintenir l'étincelle cathodique pendant un intervalle déterminé de la période de la tension à fréquence basse on prévoit une électrode d'entretien 6 placée près de la surface du bain de mercure 3, que reçoit de la tension d'un transformateur d'excitation 7 pendant un intervalle déterminé de la période de la tension à fréquence basse, habituellement un intervalle de 120 du cycle de la tension à basse fréquence.
Une anode d , est associée à la cathode, est habituel- lement faite en graphite et est maintenue écartée de l'enveloppe
1 et du bain cathodique 3. !l'anode 8 est d'ordinaire entourée d'une ou plusieurs électrodes d commande 9 et 10 auxquelles on applique une tension de commande à la fréquence élevée provenant d'une source de tension de commande 11, de sorte que l'anode 6 enregistre plusieurs cycles de la tension à fréquence éleveependant le moment où l'électrode d'entretien 6 maintient l'étincelle cathodique.
Les grilles de commande 9 et 10 sont usuellement percées de petites ouvertures 13 de sorte que l'atténuation en électrons est très grande dans les grilles de commande, permettant un réglage important de l'anode 8 par la tension de grille de commande. On place d'ordinaire un écran de cathode 12 entre la partie active de la surface cathodique 2 et les ouvertures 13 des grilles de commande 9 et 10 pour diminuer au plus les chances que des gouttes de matière cathodique passent de la
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surface cathodique à travers les ouvertures 13 des grilles de com- mande 9 et 10.
La diminution rapide du courant anodique à la cadence de la fréquence élevée laisse l'espace du convertisseur rempli de vapeur fortement ionisée ou contenant, au moins, un grand nombre d'électrons négatifs et d'ions positifs qui doivent être neutralisés avant que l'espace redevienne non conducteur.
L'expérience a montré que les électrons négatifs ont tendance à s'écouler de l'espace ionisé vers l'électrode d'entretien 6 et avec une plus grande facilité que les électrons émis par la cathode 2, de sorte que le courant de l'électrode d'entretien a tendance a être entièrement formé par les électrons de l'espace ionisé et que l'étincelle de cathode s'éteint. L'extinction de l'étincelle cathodique dans une valve d'une paire de valves excitées concurre- ment entraîne un raté de cette valve. Ce raté empêche la commutation dans la valve associée et provoque dans celle-ci un arc direct résul- tant en un cout-circuit'dans le circuit à fréquence basse.
Pour empêcher l'écoulement des électrons de l'espace ionisé vers l'électrode d'entretien 6, on place une grille de désionisation 15, en matière conductrice d'ordinaire, immédiatement au-dessus de la cathode 2 et de l'électrode d'entretien 6, de sorte que cette cathode 2 et cette électrode d'entretien 6 se trouvent isolées de la plus grosse partie de l'espace ionisé. De préférence, la grille d'ionisation 15 consite en une plaque de graphite percée d'une série de passages relativement grands 16.
Ceux-ci peuvent avoir des dimensions considérables parce que la grille 15 n'a qu'une fonction, celle d'empêcher le passage d'électrons vers l'électrode d'entre- tien 6 et, par conséquent, une atténuation relativement lente est suffisante-
Quoique l'en ait constaté q'une grille de désionisation 15 reliée au potentiel de cathode réduit efficacement l'écoulement d'é- lectrons vers l'électrode d'entretien 6, les meilleurs résultats ont @
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été obtenus avec une grille flottante, c'est-à-dire une grille sans potentiel fixe.
Quand on applique un potentiel positif à la grille de désionisation 15, celle-ci recueille les électrons négatifs et repousse les ions positifs.
Quoique la grille de désionisation 15 puisse être montée d'une manière appropriée quelconque, il est préférable de monter la grille de désionisation 15 sur un support 17 commun à l'écran de cathode 12 et d'isoler cette grille du support d'écran 17 au moyen d'un tube isolant 18.
La valve perfectionnée conforme à l'invention est parti- culièrement utile dans des circuits tels que les convertisseurs de fréquence, dont un exemple type est représenté à la figure 2. On utilise plusieurs valves conformes à l'invention pour convertir de l'énergie basse fréquence provenant d'une source basse fréquence en un potentiel haute fréquence utilisable dans un circuit haute fréquence tel que des circuits de chauffage par induction ou des fours électriques.
Le potentiel basse fréquence est débité aux valves disposée- par paires par un transformateur de conversion approprié 20, et la conversion est accomplie au moyen d'un système de commande par grilles faisant fonctionner les valves alternativement au potentiel haute fréquence voulu, la commutation de la haute fréquence étant facilitée au moyen d'un transformateur résonnant 21, dont les enroulements primaires 22 sont mis en série entre le transfor- mateur basse fréquence 20 et les valves de conversion. L'enroulement secondaire 23 du transformateur 21 est inséré dans un circuit accordé qui est de préférence une partie du circuit de charge 24.
Les impulsions appliquées à l'électrode d'allumage 4 des diverses valves convertisseuses, sont produites par un système d'im- pulsions et de déformation d'onde 5 dans lequel un condensateur 25 est chargé à la cadence de la basse fréquence et se décharge à travers une self à saturation 26 de façon à produire des impulsions pointues à la cadence de la basse fréquence. Les impulsions d'une
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polarité sont appliquées à l'électrode d'allumage 4 et les impulsions de l'autre polarité sont de préférence court-circuitées dans un dispositif polarisé, habituellement un conducteur unidirec- tionnel 27.
Une électrode d'entretien 6 est alimentée par la source basse fréquence 7, de préférence au moyen de deux demi-ondes successives de sorte que l'électrode d'entretien 6 travaille pendant une période de l'ordre de 120 du cycle de la basse fréquence .
Le circuit de commande par grille 11 pour l'anode 8 est alimenté au moyen d'un potentiel haute fréquence et ce potentiel peut être à auto-excitation-c'est-à-dire le potentiel étant pris du circuit de charge 24-ou à excitation-séparée c'est-à-dire le po- tentiel étant pris à une source extérieure (non représentée) ayant la fréquence voulue.