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,PERFECTIONNEMENTS AUX.DISPOSITIFS.DE DECHARGE.ELECTRIQUE A VAPEUR DE
MERCURE
L'invention se rapporte à un système convertisseur et à un sys- tème changeur de fréquence pour produire un courant alternatif dé sortie à une fréquence de l'ordre d'un kilcycle par seconde à partir d'une alimenta- tion de courant continu ou d'une alimentation de courant alternatif à fré- quence relativement basse ,ce système étant du type qui utilise des appareils de décharge électrique à vapeur de mercure comportant plusieurs passages de décharge, qui sont disposés pour la circulation du courant pendant des pha- ses différentes du courant de sortie et dont chacun aboutit à une anode sé- parée, et comportant un dispositif pour déterminer l'instant du début de chaque décharge à cette anode.
Un tel système sera appelé ci-après "systè- me convertisseur du type décrit".
Les divers passages de décharge peuvent être réalisés dans un seul tube à plusieurs anodes avec une cathode commune pour tous ces passages.
Dans une autre disposition, ils peuvent être réalisés dans des tubes séparés à une seule anode, les cathodes de tous les tubes étant reliées directement entre elles. Dans l'une ou l'autre de ces dispositions, il n'y a qu'un seul potentiel de cathode. Dans le cas oû chaque passage de décharge est réalisé dans un tube séparé à une seule anode, on peut envisager une autre disposition selon laquelle les cathodes d'un groupe d'un ou de plusieurs tubes sont reliées à une extrémité d'un enroulement de sortie, tandis que les cathodes d'un groupe semblable de tubes sont reliées à l'autre extrémi- té.
Un voltage à la fréquence de sortie est développé à travers cet enrou- lement de sortie et on en prélève habituellement l'énergie de sortie par in- duction, en utilisant cet enroulement comme enroulement primaire d'un trans- formateur de sortie.
Dans un système convertisseur du type décrit, la désionisation satisfaisante d'un passage de décharge peut être empêchée par des oscilla-
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tions perturbatrices qui rendent l'anode positive par rapport à la cathode une ou plusieurs fois pendant de courts intervalles pendant la période de désionisation qui suit immédiatement la rupture du courant sur cette anode.
Ces oscillations perturbatrices peuvent être dues à la résonance de capaci- tances éventuelles avec l'inductance d'une bobine ou d'un transformateur de basse fréquence dans le circuit anodique. Elles ont des fréquences au moins de l'ordre de dix fois la fréquence de sortie et de telles fréquences seront appelées ci-après "hautes fréquences".
Un système convertisseur du type décrit et selon l'invention est muni d'un ou de plusieurs réseaux amortisseurs de haute fréquence,dis- posés pour empêcher le potentiel de chaque anode d'être rendu positif par rapport à la cathode par des oscillations de haute fréquence pendant la pé- riode de désionisation après la rupture du courant sur l'anode. Ces réseaux amortisseurs auront une faible admittance à la fréquence de sortie mais ab- sorberont facilement la puissance à de hautes fréquences. Habituellement un tel réseau comprendra simplement un condensateur en série avec une résis- tance.
Les réseaux amortisseurs peuvent supprimer entièrement les os- cillations perturbatrices ou encore ils peuvent abaisser l'amplitude de ces oscillations de façon qu'elles ne rendent pas l'anode positive jusqu'à ce que l'instant oû l'onde de voltage produite deviendrait positive en leur absence soit au moins près d'être atteint.
Le dessin annexé montre des schémas de circuits abrégés qui représente l'application des nouvelles caractéristiques de l'invention, se- lon des formes de réalisation préféréeso
La figure 1 représente un système changeur de fréquence utili- sant plusieurs tubes à une seule anode dont les cathodes sont reliées ensem- ble, tandis que la sortie est prise sur le circuit d'anode la figure 2 représente un système changeur de fréquence ana- logue avec une disposition différente des réseaux amortisseurs de fréquence; la figure 3 représente un autre système changeur de fréquence analogue mais avec un seul tube à plusieurs anodes; la figure. 4 représente un autre système changeur de fréquence ' analogue utilisant six tubes à une seule anode,, tandis que la sortie est prise sur un enroulement connecté entre les cathodes de ces tubes;
les figures 5 et 6 représentent deux autres systèmes changeurs de fréquence comportant chacun six tubes à une seule anode les sorties étant prises sur les circuits d'anodes; et la figure 7 représente un système convertisseur utilisant un seul tube à plusieurs anodes.
Le système représenté à la figure 1 reçoit la puissance d'une ligne d'alimentation 10 triphasée à 50 périodes par seconde, et fournit de la puissance à un récepteur 11 à une fréquence de l'ordre d'un kilocycle par seconde. Ce récepteur peut être la bobine de travail d'un appareil de chauffage par induction et, au dessin, on a supposé qu'il comprend une induc- tance et une résistance.
Toutes les cathodes de six tubes dé décharge électrique à va- peur de mercure 41 à 46, chacun du type à commande par grille et à cathode liquide, sont reliées ensemble et à la terre. Ces tubes sont groupés par paires. Les anodes d'une paire de tubes 41-42 sont reliées aux extrémités opposées d'un enroulement primaire 13 d'un transformateur de sortie.
Le point milieu de cet enroulement 13 est relié à une des bornes de phase de l'enroulement secondaire en étoile 18 d'un transformateur d'entrée dont l'enroulement primaire est indiqué en 190 D'une façon analogue., un autre enroulement primaire 14 du transformateur de sortie est connecté entre les anodes d'une autre paire de tubes 43-44 et son point milieu est relié à une autre des bornes de phase de l'enroulement 18; enfin un troisième enroule-
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ment 15 du transformateur de sortie est relié de même aux anodes de la troi- sième paire de tubes 45-46 et à la troisième borne de phase. L'enroulement secondaire 16 du transformateur de sortie fournit la puissance à la fréquen- ce de sortie au récepteur 11, sur lequel est monté en parallèle un condensa- teur 17.
Une bobine de réactance 20 complète le circuit, du point neu- tre dé l'enroulement secondaire 18 de transformateur à la terre et aux catho- des des tubes.
Les grilles de commandes des tubes 41-43-45 sont reliées à tra- vers des résistances de grille individuelles 21 à une extrémité de l'enrou- lement secondaire 22 d'un transformateur de grille. Les grilles de comman- de des autres tubes 42-44-46 sont reliées de la même façon à l'autre extré- mité de cet enroulement secondaire 22. Le point milieu de l'enroulement secondaire 22 est relié, à travers une source de polarisation négative 23, à la terre et aux cathodes des tubes.
Les dispositifs pour fournir les voltages de commande de grille convenables à l'enroulement primaire 24 du transformateur de grille ne sont pas représentés, car ils peuvent être de type usuel.
Pour empêcher le potentiel de l'anode du tube 41 d'osciller à haute fréquence par rapport à sa cathode pendant la période de désionisation après commutation du courant., du tube 41 en tube 42, un réseau amortisseur 51, comprenant un condensateur en série avec une résistance, est connecté directement entre l'anode et la cathode. Ce réseau est calculé de façon à présenter une faible admittance à la fréquence de sortie qui est de l'ordre d'un kilocycle par seconde, mais de telle façon qu'il absorbe facilement la puissance aux fréquences situées au-dessus d'environ dix kilocycles par seconde. Des réseaux amortisseurs de haute fréquence analogues et séparés 52 à 56 sont connectés entre l'anode et la cathode de chacun des autres tu- bes 42 à 46.
Le système représenté à la figure 2 est analogue à celui de. la figure 1 avec cette exception que les réseaux amortisseurs de haute fréquence représentés à la figure 1 sont supprimés et remplacés par trois tels réseaux 57-58-59.
Un réseau amortisseur de fréquence 57 est connecté entre les bornes de 1?enroulement primaire 13 du transformateur de sortie et directe- ment entre les anodes des tubes 41 et 42. Ces deux tubes sont alimentés , par la même borne de phase de l'enroulement secondaire 18 du transformateur d'entrée et fonctionnent donc sur la même partie du cycle de la fréquence d'entrée. Comme cependant l'enroulement de sortie 13 est connecté entre leurs anodes, ces tubes 41 et 42 sont traversés par le courant pendant des phases opposées de la fréquence de sortie.
Pendant la période de désionisation du tube 41 qui suit immé- diatement la commutation du courant, du tube 41 au tube 42, l'anode du tu- be 42 est maintenue à une différence de potentiel sensiblement fixe par rap- port aux cathodes par suite de la décharge à travers le tube 42. Le monta- ge du réseau 57 amortisseur de haute fréquence entre l'anode du tube 41 et l'anode du tube 42 a un effet semblable à celui qu'on obtiendrait en con- nectant directement ce réseau entre l'anode du tube 41 et sa cathode. De même, pendant la désionisation du tube 42, son anode se trouve en fait reliée à sa cathode puisqu'elle est reliée, à travers le réseau 57 amortisseur de haute fréquence, à l'anode du tube 41 qui est alors en période de décharge.
Les réseaux amortisseurs de haute fréquence 58 et 59 fonctionnent de maniè- re analogue pour les autres tubes 43 à 46.
Dans le système représenté à la figure 3, un seul tube de dé- charge à six anodes 12 remplace les six tubes de décharge à une seule ano- de 41 à 46 des figures précédentes. Les autres caractéristiques du circuit sont cependant identiques à celles des figures précédentes à l'exception de la position des réseaux amortisseurs de haute fréquence. A, la figure 3,
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on a représente trois tels réseaux amortisseurs 92-93-94 et ils sont connec- tés entre la cathode mise à la terre du tube 12 et les bornes de phase de l'enroulement secondaire 18 du transformateur d'entrée.
Les oscillations perturbatrices qu'il est nécessaire d'éliminer au moyen de ces réseaux amor- tisseurs de haute fréquence apparaissent à ces bornes de phase de l'enroule- ment secondaire 18 du transformateur d'entrée et peuvent par conséquent être effectivement éliminées par la connexion de ces réseaux amortisseurs de haute fréquence directement entre ces bornes et la cathode du tube.
Dans un système changeur de fréquence construit comme représenté sur cette figu- re, donnant un débit de 200 kilowatts à environ un kilocycle par seconde et ayant un transformateur d'entrée développant un voltage secondaire de 4 ki- lovolts (entre les phases et le neutre) à 50 périodes par seconde,les ré- seaux amortisseurs de haute fréquence ont été chacun constitués par un con- densateur de 0005 microfarad en série avec une résistance de 60000 ohmso
Le système représenté à la figure 4 comporte six tubes de dé- charge à une seule anode 41 à 46 mais, dans cette disposition,
.les cathodes ne sont pas reliées directement entre elles ou maintenues à un même poten- tielo Les anodes de la paire de tubes 41-42 sont reliées directement entre elles et à une borne de phase de l'enroulement secondaire 18 du transforma- teur d'entrée. De même, les anodes des autres paires des tubes de déchar- ge sont reliées aux autres bornes de phase de cet enroulement.
Les cathodes des tubes de décharge 41-43-45 sont reliées à une extrémité de l'enroulement primaire 40 d'un transformateur de sortie et les cathodes des autres tubes 42-44-46 sont reliées à l'autre extrémité.
L'enroulement secondaire 16 de ce transformateur de sortie fournit de la puissance à la fréquence de sortie au récepteur 11 sur lequel est monté en parallèle le condensateur d'accord 17.
Une bobine de réactance 20 complète le circuit du point milieu de l'enroulement 40 au point neutre de l'enroulement secondaire 18 du trans- formateur d'entrée.
Les grilles de commande des tubes 41-43-45 sont reliées indi- viduellement à travers des résistances de grille 21 puis ensemble, à tra- vers un enroulement secondaire 22a d'un transformateur de grille et à tra- vers une source de polarisation négative 23a, aux cathodes des mêmes tubes.
De même, les grilles de commande des tubes 42-44-46 sont reliées individuel- lement à travers des résistances de grille 21 puis ensemble, à travers un autre enroulement secondaire 22b et à travers une autre source de polarisa- tion négative 23b, aux cathodes de ces tubes.
Avec cette disposition, un seul réseau amortisseur de haute fré- quence 55 est connecté entre les bornes de l'enroulement primaire 40 du transformateur de sortie.
Quand le tube 41 est sousmis à la désionisation après commuta- tion du courant du tube 41 au tube 42, l'anode du tube 41 est maintenue à une différence de potentiel sensiblement fixe par rapport à la cathode du tube 42 par l'accomplissement de la décharge dans le tube 42. Pendant cet- te période de désionisation, par conséquent., le réseau amortisseur de haute fréquence 55 est en fait relié entre l'anode et la cathode du tube 41; il fonctionne naturellement de façon analogue pour chacun des autres tubes 42 à 46 pendant leurs périodes respectives de désionisation.
Le système représenté à la figure 5 est semblable à celui re- présenté à la figure 1 à l'exception de la position des réseaux amortisseurs de haute fréquence. A la figure 5, trois réseaux amortisseurs de haute fréquence 47-48-49 sont connectés entre le point neutre de l'enroulement secondaire 18 du transformateur d'entrée et chacune des bornes de phase de cet enroulement et ils amortiront les oscillations perturbatrices de haute fréquence qui se présenteront dans cet enroulement secondaire 18. Un autre réseau amortisseur de haute fréquence 50 est connecté entre les bornes de la bobine 20 et amortit les oscillations qui se présentent dans cette bobi- ne@ .
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Le système représenté à la figure 6 est encore semblable à celui de la figure 1, mais les réseaux amortisseurs 61 à 66 y sont connectés entre le Doint neutre de 1?enroulement secondaire 18 du transformateur d'entrée et chacune des anodes des tubes 41 à 46 et un réseau supplémentaire amortisseur de haute fréquence 50 est connecté entre les bornes de la bobine 20=
Le système représenté à la figure 7 reçoit la puissance d'une ligne d'alimentation à courant continu par les bornes SI-9 et fournit de la puissance à un récepteur 11 à une fréquence de l'ordre d'un kilocycle par seconde.
Un tube de décharge à vapeur de mercure 12 à six anodes, du ty- pe à commande par grilles et à cathode liquide, a trois de ses anodes re- liées à travers des impédances 51 individuelles à une extrémité de l'enrou- lement primaire 40 d'un transformateur de sortie,tandis que les trois au- tres anodes sont reliées de même, à travers des impédances 51 individuel- les, à l'autre extrémité de cet enroulement primaire 40. L'enroulement se- condaire 16 de ce transformateur de sortie fournit de la puissance à la fréquence de sortie à un récepteur 11, sur lequel est monté en parallèle un condensateur d'accord 17.
Une bobine de réactance 52 complète le circuit du point milieu de l'enroulement 40 à la borne positive 8 de la ligne d'alimentation à cola- rant continu.
Les grilles de commande correspondant à l'un des groupes de trois anodes sont reliées à travers des résistances de grille individuel- les 21 à une extrémité de 1-'enroulement secondaire 22 d'un transformateur de grille, tandis que celles correspondant à l'autre groupe de trois anodes sont reliées de même à 1-'autre extrémité de --et enroulement secondaire 22.
Le point milieu de cet enroulement secondaire est reliée à travers une sour- ce de polarisation négative 23, à la cathode qui est aussi reliée à la bor- ne négative 9 de la ligne d'alimentation à courant continu.,
Un réseau amortisseur de haute fréquence 84 est connecté entre les bornes de la bobine 52 pour amortir'toutes les oscillations de haute fréquence perturbatrices qui s'y présentent; un autre tel réseau 85 est connecté entre les bornes 8-9 de la ligne d'alimentation à courant continu pour amortir les oscillations provenant de cette source.
La bobine 52, avec son réseau amortisseur 84 en dérivation, peut être reliée en série soit avec le côté positif soit avec le côté négatif de la ligne d'alimentation à courant continuo Un seul réseau amortisseur de haute fréquence peut aussi être connecté directement entre le point milieu de 1?enroulement 40 et la borne négative 9, à la place des deux réseaux amortiseurs 84 et 85.
Bien que sur chacune des figures 3 et 7 on ait représenté un seul tube de décharge à plusieurs anodes, tandis que sur chacune des'figures 1, 2, 5 et 6 on a représenté plusieurs tubes de décharge à une seule anode, on comprendra que ces dispositions peuvent évidemment être permutées pour chacune de ces figures qui représentent toutes des dispositions avec un seul potentiel de cathode.
Aux figures 1 a 6, on a représenté des systèmes changeurs de fréquence et on a représenté seulement à la figure 7 un système convertis- seur avec alimentation en courant continu. Les principes des dispositions représentées aux figures 1 à 6 sont cependant applicables également aux convertisseurs, avec substitution de réseaux amortisseurs de haute fréquen- ce entre les bornes de la source à courant continu à la plaque de ceux re- présentés entre les'enroulements secondaires du transformateur d'entrée.
Dans certains cas,, il est possible de se dispenser des bobi- nes 20 représentées dans les systèmes changeurs de fréquence ou de la bobi- ne 52 représentée dans le système convertisseur, ainsi que des réseaux amortisseurs de haute fréquence éventuels qui sont représentés en dériva- tion sur ces bobines.