Elément redresseur de courants alternatifs et procédé pour sa fabrication. La présente invention se rapporte à un élément redresseur de courants alternatifs et à un procédé pour sa fabrication.
On connaît la propriété de certains com posés métalliques en contact avec certains métaux, et en particulier la propriété de l'oxyde cuivreux en contact avec le cuivre métallique, de permettre à un courant élec trique de passer plus facilement de l'oxyde au métal que dans la direction inverse. L'élé ment redresseur qui fait l'objet de l'invention est du type à métal et à composé métallique en contact intime avec ce métal, et ce com posé métallique est formé sur le métal et aux dépens de celui-ci par au moins une opé ration de chauffage dans un milieu appro prié de façon à présenter une nature homo gène, dense et non poreuse.
Le procédé pour fabriquer un élément redresseur de ce genre consiste à soumettre une pièce de métal à une opération de chauffage dans un milieu appro prié pour y former une pellicule de composé métallique de nature homogène, dense et non poreuse, en contact intime avec le métal.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on décrira ci-après, à titre d'exemple, la cons- truction et la fabrication d'un élément re dresseur comprenant la combinaison de cui vre et d'oxyde cuivreux.
Dans la. fabrication d'un pareil élément, on prend d'abord une pièce de cuivre, de préférence en forme de plaque ou disque, la nettoie de toute manière appropriée, par exemple au moyen d'un jet de sable, ou en la plongeant un moment dans une solution caus tique, telle qu'une solution aqueuse de soude caustique ou lessive ordinaire, et on lave en suite la pièce de cuivre à l'eau pour enlever l'agent de nettoyage.
On a trouvé en pratique que du cuivre dur ou du cuivre tendre pouvaient être em ployés sans différence appréciable dans le résultat obtenu, mais il convient tout parti culièrement que la surface qui doit porter l'oxyde cuivreux soit lisse et propre.
La pièce de- cuivre ainsi traitée est alors chauffée en présence d'air, de préférence dans un four électrique, à une température située dans le voisinage de 1000 C pour produire une pellicule d'oxyde de cuivre sur elle. Si l'on permet à la température du cui vre :de s'élever à 1040 C, la. surface de la pièce de cuivre prendra une apparence res semblant à un vernissage ou glaçage, et la température de la pièce de cuivre devrait être réglée de façon à être très rapprochée ou de préférence justement au-dessous de cette température de vernissage, par exemple à environ 1015 C.
Ce chauffage devra naturellement avoir lieu en présence d'oxygène pour assurer la formation d'oxyde cuivreux et dans certains cas, il peut être avantageux de limiter la quantité d'air ou d'oxygène qui se trouve en contact avec la pièce de cuivre, par des moyens de réglage appropriés.
L'effet de ce chauffage est la formation d'une couche ou pellicule d'oxyde de cuivre rouge ou d'oxyde cuivreux à la surface de la pièce de cuivre, l'opération de chauffage se continuant jusqu'à ce que la, couche d'oxyde soit suffisamment épaisse pour être assez so lide au point de vue mécanique. Pendant cette opération, il se forme aussi une mince pellicule d'oxyde de cuivre noir, ou oxyde cuivrique, qui a une résistance électrique re lativement élevée et sera enlevé ultérieure ment comme ce sera décrit plus loin.
Le composé cuivreux ainsi formé sur la pièce métallique devrait être dans une condi tion physique telle qu'il présente sensiblement le même coefficient de dilatation que la pièce métallique elle-même, à laquelle il devra être suffisamment adhérent et être d'une solidité mécanique suffisante pour ne pas se détacher ou s'émietter du métal lors du refroidisse ment.
De plus, le composé cuivreux formé sur le métal devra être dans une condition telle qu'il présente une conductivité électrique re lativement élevée et devra aussi être de na ture homogène et non-poreuse, cette condition particulière du composé étant obtenue en pratique par l'opération de chauffage sus- décrit bien qu'on puisse aussi employer d'au tres méthodes.
Une caractéristique importante du com posé cuivreux formé sur le métal est celle de conduire l'électricité sans décomposition ou changement chimique, c'est-à-dire d'être sta- blé et permanent pendant le passage d'un courant électrique. A titre de conducteur d'électricité, le composé se distingue ainsi nettement d'un conducteur électrolytique dans lequel une décomposition chimique se manifeste pendant le passage d'un courant à travers lui. En d'autres termes, le composé cuivreux peut être considéré comme condui sant l'électricité par voie électronique et non pas par voie ionique et restera un conduc teur électronique à toutes les températures de travail raisonnables.
Ces conditions sont toutes remplies en particulier pour l'oxyde cuivreux préparé de la manière sus-décrite, le composé ne montrant aucune trace de force contre-électromotrice due à une polarisation, ni aucun autre signe de décomposition après un long usage.
Aussitôt que l'opération de chauffage est terminée la pièce de métal est retirée du four et refroidie ou trempée subitement, une ma nière avantageuse d'opérer ce refroidissement consistant à plonger la pièce de métal dans de l'eau froide ou à l'exposer à. un courant d'air froid.
Comme dit plus haut, une couche très mince d'oxyde cuivrique se forme toujours à la surface de l'oxyde cuivreux par suite du traitement thermique précité et comme l'oxyde cuivrique a une résistance électrique relativement élevée, il est bon d'enlever cette couche d'oxyde cuivrique, ce qui peut se faire par voie d'abrasion, au moyen d'un jet de sable, ou de tout autre moyen appro prié, en avant soin toutefois d'éviter autant que possible l'enlèvement ou réduction de la couche d'oxyde cuivreux.
On a trouvé que dans quelques cas la ca ractéristique de conductivité dans un seul sens de passame de, courant de l'élément re dresseur peut être améliorée en répétant l'o pération de ehauffane plusieurs fois. Dans ce cas, la pièce de métal est oxydée et trem pée, comme expliqué plus haut. la. couche d'oxyde cuivrique est alors enlevée et la. pièce de métal est ramenée au four pour une se conde opération de, ehauffaae, après quoi elle est de nouveau soumise à un trempage.
Après chaque trempage, la couche d'oxyde cuivrique est enlevée et le procédé se répète jusqu'à ce que la surface de la pièce de mé tal atteigne les caractéristiques désirées. En tant qu'on a pu constater, cependant, les ca ractéristiques, de résistance de l'élément ne changent pas sensiblement avec des change ments dans l'épaisseur du composé cuivreux.
Pour assurer que la couche du composé cuivreux formé sur le métal soit dans les conditions physiques susmentionnées et ad hère à celui-ci de façon satisfaisante, on a trouvé que, dans certains cas, il était avanta geux d'effectuer le refroidissement de la pièce de métal chauffée en deux phases ou étapes. A cet effet, la pièce de métal, après avoir été chauffée de la. manière sus-décrite pour produire la formation d'une couche de com posé cuivreux suffisante, est immédiatement transportée dans un second four ou chambre de traitement thermique qui est maintenue à une température considérablement plus basse, par exemple à environ 600 C.
Dans ce se cond four, la pièce de métal se refroidit gra duellement en présence d'air et lorsque sa température s'est réduite sensiblement à la température du second four, la pièce de mé tal en sera retirée et ensuite subitement re froidie ou trempée comme plus haut.
La construction de l'élément redresseur est complétée en enlevant la couche ou pelli cule d'oxyde cuivreux sur une face de la pièce de métal de manière à permettre la connexion électrique directement avec le cui vre métallique de la pièce, lequel constitue une électrode de l'élément redresseur. Une connexion électrique avec l'autre électrode de celui-ci, qui est constituée par la pellicule d'oxyde cuivreux, peut être obtenue au moyen d'une plaque ou disque de cuivre amené en contact avec cette pellicule d'oxyde cuivreux.
Pour assurer un contact électrique effi cace avec la pellicule d'oxyde cuivreux, comme on vient de la voir, il a été trouvé avantageux d'appliquer du coke de pétrole pulvérisé à la. pellicule d'oxyde cuivreux et de prévoir un recouvrement de matière électro-conductive appropriée sur la plaque ou disque de cuivre à mettre en contact avec la pellicule d'oxyde cuivreux. A cet effet, on peut appliquer sur ce disque un certain nombre de feuilles d'é tain ou de plomb destinées à assurer autant que possible un contact métallique continu avec toutes les parties de la surface de la pellicule d'oxyde cuivreux.
La pièce de métal portant la pellicule d'oxyde cuivreux peut être de forme circu laire et être pourvue d'une ouverture cen trale, des feuilles d'étain ou de plomb de forme correspondante étant disposées. sur la pellicule d'oxyde cuivreux de la pièce mé tallique. Un disque de cuivre, également pourvue .d'une ouverture centrale, peut alors être placé sur lesdites, feuilles d'étain ou de plomb et un disque similaire peut être amené en contact électrique avec le côté métallique opposé de la pièce de métal, avec ou sans in terposition d'une feuille d'étain ou de plomb.
La structure composite ainsi formée est alors serrée ensemble par le moyen d'un bou lon central passant par les ouvertures cen trales des parties, ce boulon étant électrique ment isolé au moyen d'une douille et de ron delles isolantes.
Dans des éléments redresseurs suivant l'invention, on a trouvé que le rapport de re dressement, c'est-à-dire le rapport entre la ré sistance offerte au courant passant dans un sens et la résistance opposée à son passage en sens inverse, varie en dépendance de va riations de certains facteurs de réglage ou de construction.
<B>4</B> En particulier, on a constaté qu'une aug mentation dans la pression de contact entre la pellicule d'oxyde cuivreux et la plaque ou disque de métal en contact avec elle produit un changement considérable du rapport de redressement. Dans un cas particulier qui a été essayé à ce point de vue, un changement dans cette pression de contact de dix livres par pouce carré à 120 livres par pouce carré faisait augmenter le rapport de redressement d'environ 27,5 à environ 120.
Cet augmen tation du rapport de redressement est due au fait -que la faible résistance offerte au pas- sage du courant dans une direction diminue avec l'augmentation de la pression de con tact plus rapidement que la résistance élevée offerte au passage de courant dans la direc tion opposée. Dans le cas envisagé ci-dessus, la résistance élevée se réduisait de 620 ohms à 380 ohms à mesure que la pression de con tact augmentait de 10 livres par pouce carré à 120 livres par pouce carré, ce changement de résistance étant de 39 % environ, tandis qu'avec la même augmentation dans la pres sion de contact, la résistance basse diminuait de 22,5 ohms à 3,8 ohms, cette variation étant de 83 % environ.
Dans le cas de la basse résistance, le chan gement est probablement dû en brande par tie à une diminution dans la résistance du contact entre la, pellicule d'oxyde cuivreux et la plaque ou disque en prise avec elle, tan dis que dans le cas de la. résistance élevée, le changement est probablement dû à un chan gement dans la résistance active de l'oxyde cuivreux.
Il sera ainsi apparent qu'en augmentant la pression de contact à une valeur convena blement élevée, on pourra obtenir un rapport de redressement relativement élevé; bien en tendu, on pourra employer toutes dispositions convenables pour réaliser la. pression de con tact désirée et une répartition uniforme de cette pression sur toute la surface de contact. De plus, on comprend qu'en faisant varier la pression de contact de toute manière appro priée, on peut obtenir, à volonté un change ment correspondant du rapport de redresse ment.
Les caractéristiques de l'élément redres seur sont aussi dépendantes du voltage y im primé. On a trouvé dans un exemple d'essai que la résistance basse d'un élément redres seur au voltage imprimé le plus bas qu'on puisse encore mesurer était d'environ 500 ohms, tandis que pour un voltage imprimé de 2,4 volts, cette résistance était réduite à 50 ohms et pour un voltage imprimé de 8 volts, elle était réduite davantage à envi ron 15 ohms. La réduction de la résistance de 500 ohms à 50 ohms pour une augmenta- tion du voltage à 2,4 volts était relativement rapide, tandis que la réduction ultérieure à 15 ohms, lorsque le voltage imprimé était augmenté à 8 volts, était relativement lente.
On remarquera que pour une série de vol tages imprimés jusqu'à 8 volts, la résistance basse de l'élément redresseur est inférieure à la résistance normale de l'oxyde cuivreux ainsi que cela a été observé et enregistré au cours de recherches antérieures.
Dans la direction à résistance élevée, la résistance de l'élément augmentait d'environ 500 ohms au voltage imprimé le plus bas qu'on puise encore mesurer à environ 1000 ohms à un voltage imprimé de 1,4 volts et diminuait ensuite à approximativement 910 ohms pour un voltage imprimé de 8 volt.
La capacité de l'élément redresseur au point de vue du passage de courant paraît être limitée à un maximum d'environ 0,5 am pères par pouce carré d'aire de contact entre les électrodes de cuivre et d'oxyde cuivreux, un courant plus grand impliquant des ris ques d'endommagement par suite d'un sur- Il a été trouvé, en outre, que la durée de fonctionnement de l'élément redresseur dé pend de la température à laquelle il fonc tionne lorsque cette température est relative ment élevée, et que la température de fonc tionnement dépend, à son tour, de la densité du courant traversant la pellicule d'oxyde cuivreux.
De plus, il a été constaté que lorsque l'élément redresseur est employé pour ali menter de courant un dispositif à commande électrique n'ayant aucune force contre-élec tromotrice, il peut porter un courant consi dérablement plus grand sans détérioration que lorsqu'il est par exemple utilisé pour le chargement d'inie batterie d'accumulateurs à partir d'une source (le courants alternatifs.
Dans ce dernier cas, pendant une moitié de chaque oncle, le voltage provenant de la, bat terie d'aceumulateur4 est ajouté au voltage du circuit: d'alimentation pour occasionner un courant par l'élément redresseur dans la direction à résistance élevée et ce courant peut s'élever à une valeur telle que l'effet de chauffage qui en résulte peut être nuisible au redresseur.
On a trouvé en pratique que des éléments redresseurs construits comme décrit ci-dessus se détériorent très lentement et très graduel lement, si jamais une détérioration se pré sente, et que s'ils sont convenablement cons truits et protégés contre une action chimique de la part des constituants de l'atmosphère ambiante, une détérioration est pratiquement exclue. De plus, ces éléments redresseurs sont immédiatement opératifs en condition stable lorsqu'un voltage leur est imprimé, c'est-à-dire qu'il n'y a aucun retard pour les caractéristiques de résistance à atteindre des valeurs stables. Le seul changement, en somme, qui se manifeste après l'application du voltage, est un changement dans les carac téristiques de résistance si la densité de cou rant est suffisante pour occasionner une élé vation de température.
Bien que l'invention ne soit pas limitée aux dispositions sus-décrites, on peut dire que les éléments redresseurs tels que décrits ci-dessus ont un rendement relativement élevé, une capacité conductrice de courant considérable et une grande durabilité de cons truction.