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GENERATEUR ELECTROSTATIQUE A TENSION CONSTANTE.
La présente invention concerne des moyens nouveaux pour rendre parfaitement constante c'est-à-dire pratiquement indépendante de l'inten- sité la tension des générateurs électrostatiques.
On sait que ceux-ci sont, par nature, des générateurs à inten- sité constante, tandis que les générateurs électromagnétiques sont plutôt des générateurs à tension constante. En effet, à tension d'excitation cons= tante, et on 1'absence de fuites et de capacités parasites, la charge four- nie par les transporteurs d'un générateur électrostatique est constante, et il en résulte, à vitesse constante, une intensité constante indépendan- te de la tension de débite Les fuites et les capacités parasites modifient plus ou moins cette conclusion, mais la tension de débit varie toujours très vite avec 1'intensité demandéeo
Une telle caractéristique est tout à fait défavorable à l'as- sociation des générateurs électrostatiques avec certains récepteurs,
tels que les tubes électroniques, qui réclament une tension pratiquement cons- tante, peu influencée par les variations de débite Dans certains ces, tel que celui des tubes à rayons X, une tension tout à fait indépendante du débit est d'une grande commodité pour l'utilisateur, en permettant par exemple, de régler séparément la qualité et la quantité du rayonnement.
Jusqu'à présent, il n'a été possible de rendre constante la tension des générateurs électrotatiques que par des dispositifs très complexes comportant de nombreux tubes électroniques et dont l'effica- cité n'est pas totale.
L'invention permet de résoudre ce problème par la mise en oeuvre de dispositifs extrêmement simples, se réduisant, dans tous les casà un ou plusieurs organes électriques dont la courbe caractéris- tique représentant la variation du courant en fonction de la tension pré- sente un coude.
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Il a en effet été découvert que l'on peut rendre constante la tension aux bornes d'un générateur électrostatique en insérant entre
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chaque inducteur ou groupe équipotentiel d9â.nducteu e de ce générateur et un autre organe de ce dernier dont le pctentiel est constant en cours de fonctionnement et lié à la tension de débita une résistance de fuite dont la caractéristique répond à des conditions particulières.
En effet, si l'on désigne par U, la tension sous laquelle
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doit débiter une génératrice9 genre TOEPLER1 supposée comporter un seul inducteur, 1. une de ses bornes étant isolée au potentiel + U et l'autre à la masse du châssis (potentiel zéro) et si - V est le potentiel de
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Pinducteur, le courant débité est généralement de la forme
I = A V - B U (1) A et B étant des coefficients proportionnels à la vitesse de rotation, et dont le premier est positif, le second l'étant habituellement aussi, mais non pas forcément.
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L9inducteur ne garde son potentiel - V que s'il est relié à une source d'électrieité qui vient compenser les fuites. Si 1-'on dési- gne par I' le courant débité par cette source, supposée être une petite génératrice électrostatique auxiliaire, analogue à la machine principa- le et elle-même excitée par celle-ci, le courant est de la forme
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19 - .9 ÎJ B9 V (2) A' et B' étant deux autres coefficients analogues aux coefficients A et B ci-dessus mentionnéso
Soit d'autre part, Z la résistance différentielle d'une ré-
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sistance de fuite insérée entre 19înducteur au potentiel - V et la borne isolée de la machine au potentiel + U.La différence de potentiel à ses bornes est U + V,
et la variation d I" du courant qui la traver- se est telle que
Z d I" = d U + d V (3)
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En générais, 19înducteur est assez bien isolé et le débit de l'excitatrice est assez grand pour qu'on puisse confondre I' et I", d'où
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Z (A9 d U = B9 d V) = d U + d V (4) D'autre part -. d I = A d V - B d U (5) Donc, pour que la tension de débit U soit indépendant du courant débité I, c9eet=.ie de V, on doit avoir d U =0 pour d il 0, c est-à-dire pour d V Il reste donc:
ZB'dV = d V (6) ou ZB' + 1 = 0 (7) condition suffisante si Z A' est différent de 1, et d'où il découle, d'autre part, que B' doit avoir un. signe différent de celui de Z, c'est- à-dire que.le système excitateur doit avoir un coefficient B' négatif, si 1-'impédance Z est positive, ce qui est généralement le cas avec les moyens dont on dispose en pratique pour sa réalisation.
En outre, il n'est pas possible que Z soit une résistance ohmique, indépendante de I', car si le point de fonctionnement (U, I) est stable, il l'est encore si l'on divise U et I par un facteur quel-
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conque; c'est en particulier le cas du point (0.0) ete par conséquents, la machine ne tendra pas à quitter cet état neutre et par suite ne se amorcera pas.Il faut nécessairement que Z soit une résistance variable en fonction de la différence de potentiel appliquée à ses bornes et éga- le à -1/B',pour des valeurs de cette différence V voisines de U + V et à une valeur habituellement plus grande, infinie par exemple,pour des
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valeurs plus faibles de cette différenoeo
La présente invention a,
en conséquence, pour objet une gé- nératrice électrostatique à tension constante U, pratiquement indépen- dante de l'intensité du courant débitée et comportant au moins un in-
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ducteur porté au potentiel -V par une source auxiliaire d9életricité génératrice dans laquelle une résistance de fuite de valeur différen- tielle Z variable non linéairement en fonction de la différence de po- tentiel appliquée entre ses bornes, est insérée entre chaque inducteur
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ou groupe équipotentiel d9.ndutur et au moins un organe 'de la généra- trice dont le potentiel est constant en cours de .fonctionnement)) par exemple le pôle de débit isolé de cette génératrice))
le coefficient B' de proportionnalité entre le courant que débite la source auxiliaire
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deexcitatîon et la tension à ses bornes étant de signe contraire au signe de Z et la résistance de fuite étant choisie pour que la dite valeur Z soit égale à -1/B' lorsque la différence de potentiel appliquée entre ses bornes est voisine de U + V et plus grande, par exemple infinie, pour des valeurs plus faibles de cette différence de potentiel.
Comme résistance de fuite, pour la mise en oeuvre pratique
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de 1?in-vention, on peut utiliser un appareil à décharge autonome lumines- cente normale, comportant, par exemple, au moins une pointe et un pla- teau dont la distance relative est réglable et entre lesquels peut jail- lir un effluve électrique, cet appareil étant mis en série avec une ré- sistance obmique de valeur telle que, lorsque la décharge est établie
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dans ledit appareil, 19impédance différentielle de l'ensemble soit éga- le à 1/B'.
Les dessins annexés représentent deux exemples de réalisation de machines conformes à 1?invention, qui sont décrits ci-après en détail.
Dans ces dessins : la figure 1 est une vue schématique, en perspective d'une génératrice électrostatique excitée par un groupe de deux machines ordi-
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naires de 'oepl 9 9xit.nt mutuellement et dont une seule débite; le tout formant un ensemble autoexcitateur à coefficient B9 négatif et à coefficient A' nul. la figure 2 est une vue analogue d'une machine dite à double
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transporta o9t.dir dans laquelle un transporteur, non seulement apporte un circuit de débit de l'électrîcité d'un certain signe, mais lui en retire une quantité comparable de signe contraire.
La génératrice principale de 1?ensemble représenté par la figure 1 comporte,de façon connue en elle-même un inducteur 1 et un écran 2 constitués chacun par deux plaques parallèles entre lesquelles peuvent s'engager successivement deux transporteurs 3 et 4 montés de façon isolante sur 1-'arbre 5.
Les transporteurs 3 et 4 sont reliés respectivement aux touches 6 et 7 d9un collecteur porté par l'arbre 5 et coopérant avec deux balais 8 et 9 reliés respectivement le premier au bâti métallique de la machine représenté sous forme schématique en
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10 et qui forme l'un des pôles de celle-cîp l'autre à une borne isolée 11 qui constitué 19autre pôle:, le circuit d9utilisation étant relié à ces deux pôles
L'écran 2 est également relié à la borne 11, tandis que l' inducteur 1 est relié à 1-'ensemble excitateur de la machine, ainsi qu'il est indiqué ci-après.
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Cet ensemble comprend deux petites génératrices auxilaires 20 et 30, s'excitant mutuellement et dont la construction est analogue à cel- le de la machine principale, mais sans écran, c'est-à-dire qugelles com- portent chacune un inducteur 21, 31, et des transporteurs 23, 24 et 33, 34 reliés respectivement à des touches de contacteur 26, 27 et 36, 37, coopérant avec des balais 28, 29 et 38, 39. L'inducteur 21 de la géné- ratrice 20 est relié au balai 39 de la génératrice 30 au potentiel -V et 1-'inducteur 31 de cette dernière est relié au balai 29 de la premiè- re et à 1-'inducteur 1 de la machine principale.
Les balais 28 et 38 des génératrices auxiliaires sont reliés à la masseo
Entra la borne isolée 11 de la machine et l'inducteur 1, est inséré un dispositif faisant.office de résistance de fuite et ayant une résistance différentielle conforme aux prescriptions de l'invention, dis- positif constitué par une résistance ohmique 12, en série avec un sys- tème à effluve représenté schématiquement par une pointe 13 faisant face à un plateau 14, la distance entre la pointe 13 et le plateau 14 étant réglable.
On voit que les deux générateurs auxiliaires forment un en- semble auto-excitateur qui débite un courant proportionnel à la tension de débit, le coefficient de proportionnalité dépendant des capacités utiles et parasiteso Un tel ensemble se comporte bien comme une excita- trice à coefficient B'négatif et à coefficient A' nul.
La génératrice que représente la figure 2 est également as- sociée avec deux petites génératrices auxiliaires; ces machines comportent les mêmes organes que dans .le sas précédemment d'écrit, organes qui sont désignés par les mêmes chiffres de référence, à cette différence près que l'écran 2, au lieu d'être mis à la masse est relié au balai 39 de la gé- nératrice 30.
Cet écran constitué ainsi un second inducteur porté au po- tentiel U + V, l'inducteur 1 étant toujours porté au potentiel -V, la génératrice étant du type à double transport telle qu'elle a été décrite dans la demande de brevet déposée le 3 mars 1945 au nom du Centre Natio- nal de la Recherche Scientifique, pour s "Nouvelles dispositions des organes conducteurs des machines électrostatiques permettant de doubler la puissance".
On reconnaît aisément que chaque excitatrice est une machi- ne ordinaire du type Toepler, excitée par la différence de potentiel V et ayant entre ses pôles la différence de potentiel U + V.Le courant qu'elle débite est de la forme A V - B (U+V); A et B étant positifs 1 1 1 1 et A plus grand que B Le coefficient B' de chaque machine excitatrice,
1 1 égal à B - A est bien négatifo Il faut naturellement deux résistances
1 1 de fuite l'une 12, 13, 14 insérée entre l'inducteur 1 au potentiel -V et la borne isolée 11 comme dans le cas précédente 1-'autre 42, 43, 44 insérée entre l'inducteur 2 au potentiel U + V et la masse 10.
Il est avantageux que les deux résistances de fuite soient construites de la même façon et réglées simultanément et identiquement afin de maintenir sensiblement la symétrie des deux excitatriceso
Dans tous les cas, la tension constante fournie par la machi- ne principale est réglable à volonté, en faisant varier la distance en- tre les pointes 13, 14 et 43, 44, c'est-à-dire la différence de poten- tiel pour laquelle la résistance différentielle Z prend la valeur -1/B qui assure le fonctionnement à tension constante; il suffira de faire va- rier la distance pointe plateau de l'effluve pour faire varier, dans le même sens, la tension constante fournie par la machine principale.
Il peut être avantageux, dans certains cas particuliers, que
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la tension du générateur, au lieu d'être absolument indépendante de l' intensité débitée, croisse ou décroisse légèrement quand cette dernière augmentéeOn parvient immédiatement à ce résultat,en augmentant ou di- minuant légèrement, suivant les cas, la résistance différentielle Z de la ou des résistances de fuite.
Dans les exemples précédents, la ou les résistances de fui- te sont insérées entre le pôle de débit au potentiel U et le pôle d'ex- citation au potentiel -V. Dans le cas d9une tension U très élevée, on peut avoir avantage à prélever seulement, par un diviseur de tension, une fraction constante de U,soit K.U. (k #1) et à appliquer la dif- férence de potentiel koU + V, au lieu de U + V, aux bornes de la résis- tance de fuite. Il faudra alors veiller à ce que Z A' soit différent de k.On peut même faire k = 0 et insérer la résistance de fuite entre -V et le solo Mais il faut veiller alors à ce que le coefficient A' ait une valeur suffisante car Z B' + 1 = 0 nentraine plus d U= 0 si k = 0 et A' = O.
L'étude théorique de la stabilité montre qu'il est préférable , en général, que le coefficient B de la machine principale soit positif, ce qui est habituellement réalisée
Les exemples de réalisation qui viennent d'être décrits ont simplement pour but de montrer qu'il existe des moyens pratiquement utilisables de rendre le coefficient B' négatif, mais ne sont absolument pas limitatifs. On ne sortirait pas du domaine de l'invention en rempla- çant une excitatrice par un groupe quelconque de machines conduisant au même résultat, c'est-à-dire ayant un coefficient B' négatif.
-REVENDICATIONS-
1. Une génératrice électrostatique à tension constante U, pratiquement indépendante de l'intensité du courant débité, et compor- tant au moins un inducteur porté au potentiel -V par une source auxiliai- re délectricité, caractérisée par une résistance de fuite de valeur dif- férentielle Z variable non linéairement en fonction de la différence de potentiel appliquée entre ses bornes, insérée entre chaque inducteur, ou groupe équipotentiel d'inducteurs,et au moins un organe de la géné- ratrice dont le potentiel est constant en cours de fonctionnement, par exemple le pôle de débit isolé de cette génératrice,
le coefficient B9 de proportionnalité entre le courant- que débite la source auxiliaire d'excitation et la tension à ses bornes étant=de sighe contrairegau signe de Z, et la résistance de fuite .étant choisie pour que la dite valeur Z soit égale à -1/B',lorsque la différence de potentiel appliquée entre ses bornes est voisine de U + V, et plus grande, par exemple infinie, pour des valeurs plus faibles de cette différence de potentiel.