Procédé et appareil pour la production de très hautes tensions unidirectionnelles pour la radiologie. Les appareils radiologiques du commerce comportent essentiellement un transforma teur-survolteur monophasé et un dispositif (soupape, sélecteur) pour redresser la tension.
De cette façon, on envoie dans le tube une ou deux impulsions, suivant l'appareil employé, pendant chaque période de la ten sion primaire alimentant le transformateur.
En certains cas, ces impulsions sont uti lisées directement dans le tube, en d'autres cas elles servent pour charger des capacités qui maintiennent la tension aux bornes du tube, même pendant les pauses de la tension livrée par le transformateur. Dans tous les cas, il y a intérêt à tirer du secondaire du transformateur le nombre maximum d'im pulsions dans l'unité de temps.
Comme nous l'avons dit, avec un trans formateur monophasé on peut obtenir tout au plus deux impulsions par période et pour réaliser le nombre maximum d'impulsions dans l'unité de temps, il ne reste d'autre moyen que d'augmenter la fréquence à l'aide d'un groupe convertisseur. Un tel groupe n'est jamais économique. Les réseaux de distribution d'énergie électrique livrent l'énergie au consommateur sous la forme de courant triphasé et il est évident qu'en utilisant un transformateur- survolteur triphasé au lieu d'un transforma teur monophasé et en le munissant d'un dis positif redresseur approprié, il sera possible d'envoyer dans le tube six impulsions par pé riode au lieu de deux.
Les avantages du courant triphasé sur le courant monophasé dans les applications in dustrielles sont universellement connus et -de si haute importance qu'en dehors de certains buts tout à fait spéciaux, les distributions d'énergie monophasée ont disparu. De même, on emploie dans tous les dispositifs de con version du courant alternatif en courant con tinu d'une certaine importance du courant triphasé au lieu de courant monophasé.
En effet, les trois ondes & , tension, re dressées et superposées ne laissent jamais tomber la tension à zéro, comme il arrive avec le courant monophasé, mais seulement à une valeur minima de 0,5 de la valeur maxima s'il s'agit d'une courbe sinusoïdale. Les phénomènes d'aplatissement de la courbe réduisent encore la pulsation.
La présente invention vise l'emploi du courant triphasé pour la production de très hautes tensions unidirectionnelles pour la ra diologie, ainsi qu'un appareil pour la mise en aeuvre @du procédé.
Suivant le procédé, on alimente des tubes à rayons X par des tensions triphasées re dressées.
Pour la conversion des courants tripha sés en courants unidirectionnels à des ten sions relativement basses, on peut employer les divers appareils déjà employés dans la pratique, en modifiant ces appareils pour les rendre applicables aux très hautes tensions dont on a besoin en radiologie.
Les dispositifs contenant des capacités donnent une tension pratiquement constante, c'est-à-dire avec une fluctuation périodique très petite, de l'ordre de quelques pour-cent, ceux ne comprenant pas de condensateurs fournissant une tension qui ne tombe jamais à zéro, mais ayant une fluctuation qui pourra atteindre même 30 %.
L'appareil revendiqué pour la mise en #uvre du procédé avec emploi d'un courant triphasé pour charger à travers un sélecteur mécanique deux capacités montées en série sur la ligne, comporte des moyens pour faire coïncider la période de la charge d'un con densateur avec la période de la décharge de l'autre condensateur et pour limiter les pé riodes de charge à une ,agrée égale à celle des périodes de décharge.
On peut classifier ces appareils d'après la méthode employée pour redresser le cou rant en appareils à sélecteurs mécaniques et en appareils à soupapes.
Le dessin annexé représente, schématique ment et à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé, ainsi que des détails de ces formes. Commençons par les appareils à sélecteur mécanique, pour lesquels nous allons donner quelques schémas à titre d'exemple.
Dans l'appareil suivant la fig. 1, un transformateur élévateur (survolteur) tri phasé est couplé par ses circuits secondaires t1, t#., t.- en étoile avec centre 0 accessible.
Deux sélecteurs cao, respectivement bo, chacun comportant trois contacts 1, 2, 3, décalés en tre eux de 120 et un conducteur le, respec tivement let tournant, dont le nombre de tours par minute est égal â la demi-fréquence de la tension d'alimentation du transforma teur .élévateur, c'est-à-dire commandé par un moteur synchrone à quatre pôles, chargent deux capacités Cl, CZ avec les tensions de phase E du survolteur.
Le sélecteur ao charge donc par rapport au centre 0 du transforma teur la capacité Cl avec les alternances posi tives du système triphasé, l'autre b, charge la capacité C, avec les alternances négatives.
La tension de courant continu que l'on utilise est branchée sur les bornes marquées avec -f- et - dans la figure et c'est la somme des tensions existant sur les deux capacités. Cette tension est ,égale à la double tension de phase du transformateur. Les cercles tracés en pointillé dans la fig. 1 indiquent les tra cés des extrémités des conducteurs<I>le,</I> respec tivement 7c1.
La ligne tracée en pointillé et désignée par 1,73 E indique par ses extrémités en forme de flèche les pointes où les -différen ces de potentiel sont appliquées.
La forme d'exécution suivant la fig. 2 comporte un transformateur-élévateur tri phasé ayant les secondaires t1, t2, t., couplés en triangle; il envoie un courant triphasé à un sélecteur à trois contacts al, a2, a3, décalés entre eux de 120 .
Deux capacités Cl et CZ sont branchées entre les bornes -I- et - d'utilisation de la tension de courant continu.
On pourrait aussi remplacer les deux ca pacités par deux groupes de capacités.
Le sélecteur, en plus des trois contacts <I>ai,</I> a., aa, possède d'eux ternes de contacts dont le premier (b1, b2, b..) est couplé à Par- mature d'une capacité C, et à la borne -i-, l'autre (d,, d2, d3) est couplé à l'armature d'une capacité C, et à la borne -.
La partie tournante du sélecteur (nombre de tours par seconde égal à la demi-fréquence, c'est-à- dire commandée par un moteur synchrone à quatre pôles) comporte: 1 Une croix conductrice à angles droits, dont les bras el, e2, e3, <I>e4</I> couplent successi vement les bornes al, a2, <I>a3</I> au centre ol des deux capacités.
2 Une tige t, en matière isolante munie à ses deux extrémités de conducteurs f 1, f2 qui, au cours d'une rotation de la tige t, éta blissent successivement les connexions métal liques entre les contacts al,<I>ai!,</I> a3 et les con tacts b1, b2, b3.
3 Une deuxième tige t2, en matière iso lante, décalée de 90 par rapport à la tige t, et portant aux deux extrémités deux con- clueteurs 9l, 92 destinés à établir successive ment des connexions métalliques entre les contacts<I>al,</I> a2, <I>a;</I> et les contacts dl, d2, d3.
Les deux tiges t1, t2 du sélecteur sont en retard dans le sens de rotation de .30 par rapport à la croix conductrice el, e2, e3, e4.
Lorsque l'ensemble rotatif du sélecteur se trouve dans la position indiquée à la fi-. 2, la capacité Cl est chargée au moyen des conducteurs e., <I>et f 2</I> par la tension exis tant entre les contacts a2 et a3 qui, à cet ins tant, doit être positive en a3.
Lorsque le temps nécessaire pour une ro tation de 30 s'est écoulé, la capacité Cz est chargée par les conducteurs e, et g2, par la tension existant entre les contacts al, a2, ce dernier étant négatif.
Après une autre période nécessaire pour une rotation nouvelle de 30 , la capacité C, sera, chargée à nouveau positivement par rap port à 0, au moyen des conducteurs f, et e4 avec la tension existant entre a, et ai,.
En continuant ainsi le raisonnement pour les positions de 30 à 30 degrés de rotation correspondant aux déplacements de phase de tension existant entre les bornes a,<I>a,,</I> a.., on voit que la capacité Cl est chargée positive ment par rapport au point 0, et la capacité C, est chargée négativement par rapport au même point.
Entre les bornes d'utilisation on aura donc, lorsque l'appareil marche à vide, une tension qui est deux fois celle existant aux bornes du transformateur triphasé. En in diquant par E la tension de phase du trans formateur, si les secondaires se trouvent en triangle, on aura sur la ligne la tension 2 E (cas de la fig. 2); si les secondaires étaient en étoile, on aurait une tension 3#E---3,46E. Les cercles tracés en pointillé dans la fig. 2 indiquent le trajet des extrémités des conducteurs rotatifs.
La fig. 3 montre un appareil spécialement approprié pour la diagnose. Cet appareil fournit au tube une tension égale à celle de phase et une intensité 1,73 fois plus grande que celle de phase.
L'appareil comporte un transformateur survolteur triphasé avec les secondaires t1, 41 t3, en triangle, dont les bornes à haute ten sion sont couplées chacune avec deux contacts 1, respectivement 2, respectivement 3, se trouvant sur deux sélecteurs ao, bo. Les con tacts 1, 2, 3 de chaque sélecteur qui sont couplés aux bornes. du transformateur sont d'écalés entre eux de 120 .
Sur chaque sé lecteur il y a en outre un second terne de contacts (a,, a2, a3, respectivement b1, b2, b3) décalés de 120 entre eux et de 60 par rap port aux contacts 1, 2, 3 correspondants.
Le terne de contacts al, cc2, a3 du sélecteur a est couplé avec la borne -f- d'utilisation de l a tension redressée, le terne de contacts <I>b,,</I> b2, b3 du sélecteur<I>b</I> est couplé avec la borne d'utilisation -.
Les contacts mobiles,des sélecteurs (tour nant d'un nombre de tours égal à la demi fréquence de la tension d'alimentation du transformateur élévateur, c'est-à-dire com mandés par un moteur synchrone à quatre pôles) sont formés par deux tiges conduc trices f, respectivement g, isolées de la terre et décalées entre elles de 60 . Ces tiges sont destinées à effectuer par leur rotation un cou- plage métallique entre les contacts diamétra lement opposés de chaque sélecteur.
Ces tiges établissent les connexions de sorte à obtenir une tension redressée entre les bornes -I- et - de valeur égale à celle exis tant entre les bornes à haute tension du sur volteur.
En faisant convenablement l'angle de dé calage des tiges mobiles entre elles, on peut faire fonctionner le même appareil avec .des vitesses angulaires des contacts mobiles dif férentes<I>(N = f .</I> 60;<I>N - f . 30; N =</I> f <I>.</I> 15; <I>N = f .</I> 10,<I>f</I> étant la fréquence de la tension alimentatrice).
Si l'appareil doit fournir des charges fort variables, il est utile de prévoir un dispositif mécanique ou électrique permettant de faire varier la. phase des tiges mobiles par rapport aux tensions livrées par le transformateur, même pendant la marche de l'appareil.
Nous allons maintenant décrire quelques exemples comportant des redresseurs à sou papes thermoioniques. Les fig. 4 et 5 mon trent les schémas de deux appareils compor tant trois paires de soupapes redresseuses s@, s , s3 et quatre transformateurs d'allumage <I>a',</I> a2, a3, a4 pour lesdites soupapes.
Dans l'appareil suivant la fig. 4, châ- cune des trois bornes à haute tension du transformateur, couplées en étoile, est couplée à la cathode et l'autre à l'anode des soupapes d'une paire de soupapes.
Le centre 0 du transformateur est relié avec le centre 0, des deux capacités Cl, C2. Les cathodes des trois soupapes couplées par leurs anodes aux bornes du transformateur triphasé sont en communication métallique avec la capacité Cl et avec la borne -% d'u tilisation de la tension de courant continu pro duite. Les anodes des trois soupapes couplées par leurs cathodes aux bornes du transforma teur triphasé sont connectées avec le conden sateur C, et à la borne - d'utilisation de la tension de courant continu.
Les transformateurs<I>al,</I> a2, a3, a4 forte ment isolés servent à l'allumage des filaments cathodiques des six soupapes. Pendant le fonctionnement, à chaque pé- riod'e, les trois alternances positives du cou rant triphasé chargent par rapport au centre 0, la capacité C,, les alternances négatives, la capacité C2. Entre les bornes d'utilisation reste donc disponible la somme des diffé rences de potentiel existant sur les deux ca pacités. .
L'appareil suivant la fig. 5 ne diffère de celui de la fig. 4 que par le fait que le trans formateur survolteur triphasé est couplé en triangle et que les capacités C, et C2 sont supprimées. Par conséquent, on aura dispo nible sur la ligne une tension redressée ayant une valeur-maximum égale à celle existant entre les bornes du transformateur.
Suivant la fig. 5, la tension de ligne est égale à la tension -de phase, mais le courant de ligne est<B>1,73</B> fois aussi intense que le courant de phase.
L'appareil suivant la fig. 4 sera donc spé cialement utilisé lorsqu'on désire de fortes tensions (thérapie), tandis qu'on utilisera l'appareil suivant la fig. 5 quand on a besoin de fortes charges (diagnose).
Si une seule soupape thermoionique ne peut pas supporter toute la tension, on peut réaliser les mêmes appareils en disposant deux soupapes en série. On peul; aussi recou rir à des types spéciaux de soupapes à plu sieurs cathodes ou à plusieurs anodes, comme dans l'appareil représenté à la fig. 6.
Dans cette figure, il s'agit d'un appareil semblable à celui de la fig. 5, sauf que le survolteur est couplé en étoile et qu'au lieu de six soupapes thermoioniques du type com mun, on- emploie deux soupapes thermoioni- ques de type spécial, dont l'une V1 est munie de trois cathodes et d'une anode, et l'autre F, est munie de trois anodes et d'une ca thode.
Le fonctionnement est analogue à celui de l'appareil suivant la fig. 5; Pour amortir les effets oscillatoires qui peuvent se produire dans la ligne, on monte avantageusement sur les pôles du traDsfor- mateur, ou sur les condensateurs, ou sur le tube, ou sur plusieurs points simultanément des résistances ou des inductances.
Une forme efficace d'inductance est celle formée par des enroulements de fil de fer qui, tout en laissant passer sans inconvénient les petites intensités en jeu dans cette espèce d'appareils, absorbent énergiquement les cou rants à fréquence élevée à cause de leur ef fet Kelvin.
Le sélecteur indiqué schématiquement à la fig. 1, peut être réalisé (fig. 7) moyennant un moteur synchrone à quatre pôles (non in diqué dans la fig. 7) accouplé rigidement ou par l'entremise d'un joint permettant des dé placements angulaires déterminés à un arbre o-o portant quatre aiguilles <B>Il,</B> d3, 4,<B>1</B><I>4</I> en matière isolante. Les deux aiguilles l2, <B>1,</B> forment une seule pièce en forme d'une croix à angles droits, tandis que les aiguilles h et l4 ne comportent que deux bras.
Les quatre ai guilles sont disposées en trois plans diffé rents, comme on le voit à la fig. 7. Dans la périphérie de chaque cercle I, respective ment II, respectivement III décrits par les extrémités libres desdites aiguilles pendant la rotation de celles-ci, sont fixés et espacés de 120 entre eux, trois contacts métalliques a, b, c placés sur trois génératrices du cylin dre déterminé par les cercles I, II, III. Sur les cercles I et III les trois contacts<I>a, b, c</I> sont reliés électriquement entre eux, et cha cun de ces deux groupes de contacts est rac cordé à un pôle de la ligne à courant continu et à l'une des capacités de l'appareil.
Les trois contacts<I>a, b,</I> c prévus sur la périphérie du cercle II par contre sont raccordés aux bornes du transformateur triphasé. Les extrémités des aiguilles tournantes portent des contacts métalliques- reliés entre eux, deux par deux, par quatre conducteurs métalliques m.
On voit qu'au moyen de ce dispositif on a réalisé l'appareil mentionné ci-dessus en in terrompant le circuit de chaque phase en deux endroits.
Un autre type de sélecteur applicable au même appareil est indiqué à la fig. 8. Le moteur synchrone M à quatre pôles porte aux extrémités de son arbre o-o .deux aiguilles 1z, <B>1</B><I>3</I> en matière isolante. L'arbre métallique du moteur est prolongé à ses deux extrémités par deux arbres il, i2 dont les bouts libres tournent dans les paliers I et III montés dans des supports isolants non indiques dans le dessin. Les extrémités des aiguilles tournan tes portent des contacts reliés respectivement aux paliers I et III par les conducteurs m.
Dans la périphérie de chaque cercle II, respectivement II', décrit par les extré mités libres de chaque aiguille tournante sont prévus trois contacts fixes a, b, c, respecti vement a'. b', c', décalés de 120 entre eux. Chaque couple de contacts<I>a, a', b, b',</I> c, c'est relié à un pôle @du transformateur, tandis que les paliers I, III constituent les pôles à cou rant continu et comme tels sont reliés aux ar matures des condensateurs de l'appareil. Cette forme d'exécution du sélecteur interrompt chaque phase en un seul endroit, mais elle est beaucoup moins encombrante que la pré cédente.
La présence des arbres il, i2 en ma tière isolante ne représente pas un point dé licat du dispositif, car ces arbres n'accom plissent aucun travail mécanique. Du reste, on pourrait même les supprimer et fixer les conducteurs mobiles m directement sur les paliers,d'e l'arbre o--o.
Une autre forme d'exécution du sélecteur est représentée à la fig. 9 qui montre une moitié seulement du sélecteur complet. Dans ce sélecteur, les arbres en matière isolante <I>il,</I> i, (non représenté) portent chacun à proximité du palier une petite aiguille 1l en matière isolante, les extrémités de chaque ai guille h portant un contact métallique relié par le conducteur m au contact correspondant de l'aiguille<B>1,</B> (respectivement l3, cette der nière n'étant pas visible).
Dans le champ de chaque aiguille 1l sont disposés trois contacts <I>al,</I> b1, cl, espacés entre eux de 120 . Une étoile métallique de conducteurs K espacés ,de 120 entre eux et dont les extrémités li bres sont connectées avec les contacts al, b1, cl, est fixée sur chaque palier portant les ar bres il, i2 et est raccordée métalliquement à la ligne à courant continu. De cette manière on interrompt chaque phase en deux endroits.
Dans les sélecteurs d'après les fig. 8 et 9, on peut fixer les paliers I et III sur les ar matures des .condensateurs elles-mêmes et sup primer de la sorte les supports spéciaux qui autrement sont nécessaires.
Dans les divers appareils décrits, il n'est pas nécessaire que le centre électrique du se condaire soit relié à la terre. On peut isoler ce centre et alors il faut isoler de la terre aussi les armatures des condensateurs. En prolongeant quelque peu les contacts, on peut supprimer les condensateurs et se ser vir de l'appareil pour produire des tensions plus basses et des intensités élevées telles qu'on les demande pour les diagnoses. Au cas où le centre du secondaire est isolé, l'exclu sion des condensateurs peut .être réalisée en supprimant simplement la connexion avec le dit centre et en courtcircuitant pour plus de sûreté les deux armatures @de chaque conden sateur.
Au cas où l'on a besoin de très hautes intensités, on pourrait coupler en triangle aussi le secondaire du transformateur. Par suite .de l'exclusion -des condensateurs, le cou rant naturellement n'est plus continu, mais pulsatoire avec trois f impulsions par se conde, f étant la fréquence d'alimentation.
Les aiguilles en matière isolante l2, 13 des fig. 8 et 9, peuvent être fixées à l'arbre o-o du moteur, soit rigidement, soit par l'entre mise de joints permettant des déplacements angulaires. Lorsque les aiguilles sont fixées rigidement, une disposition pratique pour la mise en phase consiste à caler (fig. 10) le rotor R du moteur sur un f aux arbre creux B coaxial avec l'arbre o-o qui porte les ai guilles. La connexion entre les deux arbres peut être effectuée par des vis ou par d'au tres dispositifs équivalents.
Les types de transformateurs qu'on peut appliquer de préférence à ces sélecteurs sont les suivants: 1 Transformateur triphasé à noyau sy métrique, avec enroulement primaire, enrou lement secondaire et noyau immergés dans l'huile. Ce type garantit au plus haut degré l'égalité des trois tensions de phase indépen- damment de la charge, de même que l'isole ment des diverses parties.
2 Transformateur triphasé à trois noyaux, disposés dans le même plan, les en roulements primaire et secondaire ainsi que les noyaux étant immergés dans l'huile; ce transformateur est plus maniable que le pré cédent, mais il présente un fort manque d'é quilibre pour les courants absorbés à vide.
8 Trois transformateurs monophasés dont l'enroulement primaire et secondaire, ainsi que le noyau sont immergés dans l'huile. L'ensemble est un peu plus lourd qu'aux deux cas précédents, mais le transport de l'appareil est beaucoup facilité du fait que les dimen sions des diverses parties sont réduites. En outre, ce dispositif offre l'avantage qu'en cas ,de dérangement d'un ou de deux transforma teurs, l'appareil est encore capable de fonc tionner bien qu'avec une puissance réduite et ne livrant plus une tension exactement con tinue.
4 Etant donné que dans ces transforma teurs l'huile a pour but d'assurer l'isolement et non le refroidissement, on peut considéra blement réduire le poids en laissant dans l'air le primaire et le noyau et en enfermant seu lement le circuit secondaire dans une boîte en matière isolante, par exemple du papier bakélisé et de forme appropriée. Le poids de l'appareil est ainsi fortement diminué, et une sensible réduction de l'encombrement est réa lisée par la suppression des gros isolateurs de traversée nécessaires pour les transformateur: renfermés dans une boîte métallique.
Cette idée est applicable aux transforma teurs des types 1 à 3 indiqués ci-dessus. Les fig. de 11 à 15 montrent plusieurs formes de boîtes isolantes où le circuit se condaire est indiqué schématiquement.
Pour les types 1 et 2, on peut employer une boîte E (fig. 11 et 12) en matière iso lante, dans le fond F de laquelle sont soudés trois tubes verticaux I, II, III dans lesquels sont logées les branches du noyau avec leurs enroulements primaires (non représentés aux fig. 11 et 12), les trois secondaires étant im mergés dans l'huile contenue dans la boîte. Ou bien on peut prévoir trois récipients sé parés, chacun semblable au récipient E de la fig. 13 pour les trois secondaires.
Dans les fig. 11 à 14, p, respectivement p"', <B><I>p\</I></B> est la sortie du secondaire à très haute tension, tau dis que W, respectivement û', <I>u</I>\ est l'autre bout de secondaire à tension plus basse. Si, pour ce pôle aussi un isolement élevé est Ie- mandé, on fera les sorties u', û', û <I>"</I> égales <I>à</I> P"" p @.
Le type 3 peut être réalisé avec trois transformateurs ayant chacun un seul secon daire logé dans une boîte E en matière iso lante (fig. 13), le secondaire étant enfilé sur une branche du noyau (dans ce cas on aura aussi un seul primaire enfilé sur cette même branche); ou bien chaque transformateur peut comporter deux secondaires en série en roulés sur les deux branches du noyau et lo gés dans un récipient unique E1 (fig. 15) ou dans deux récipients séparés E', E2 (fig. 14) du type du récipient E de la fig. 13.
Dans les figures, les couvercles des réci pients en matière isolante ne sont pas indi qués. La forme des couvercles est analogue à celle des fonds F.
Pour maintenir fixe le centre des tensions secondaires et empêcher les harmoniques, il faut que les primaires soient couplés en trian gle ou, s'ils sont couplés en étoile, il faut prévoir un circuit tertiaire à basse tension couplé en triangle.
A method and apparatus for producing unidirectional very high voltages for radiology. Commercial radiological devices essentially comprise a single-phase transformer-booster and a device (valve, selector) for rectifying the voltage.
In this way, one or two pulses are sent into the tube, depending on the device used, during each period of the primary voltage supplying the transformer.
In some cases, these pulses are used directly in the tube, in other cases they are used to charge capacitors which maintain the voltage across the tube, even during breaks in the voltage delivered by the transformer. In all cases, it is advantageous to draw from the secondary of the transformer the maximum number of pulses in the unit of time.
As we said, with a single-phase transformer we can obtain at most two pulses per period and to achieve the maximum number of pulses in the unit of time, there is no other way than to increase the frequency using a converter unit. Such a group is never economical. Electric power distribution networks deliver energy to the consumer in the form of three-phase current and it is obvious that by using a three-phase step-up transformer instead of a single-phase transformer and providing it with a positive device appropriate rectifier, it will be possible to send six pulses per period instead of two into the tube.
The advantages of three-phase current over single-phase current in industrial applications are universally known and of such great importance that apart from some quite special purposes, single-phase power distributions have disappeared. Likewise, in all devices for converting alternating current to direct current of a certain magnitude, three-phase current instead of single-phase current is used.
Indeed, the three waves &, tension, re drawn up and superimposed never drop the tension to zero, as it happens with the single-phase current, but only at a minimum value of 0.5 of the maximum value if it is. is a sinusoidal curve. The flattening phenomena of the curve further reduce the pulsation.
The present invention relates to the use of three-phase current for the production of very high unidirectional voltages for radiology, as well as to an apparatus for carrying out the process.
According to the process, X-ray tubes are supplied with re-erected three-phase voltages.
For the conversion of three-phase currents into unidirectional currents at relatively low voltages, the various apparatuses already employed in practice can be employed, modifying these apparatuses to make them applicable to the very high voltages required in radiology.
The devices containing capacitors give a practically constant voltage, that is to say with a very small periodic fluctuation, of the order of a few percent, those not comprising capacitors providing a voltage which never drops to zero , but having a fluctuation which can reach even 30%.
The apparatus claimed for carrying out the method with the use of a three-phase current for charging, through a mechanical selector, two capacitors mounted in series on the line, comprises means for making the period of the charging of a cone coincide. densifier with the period of the discharge of the other capacitor and to limit the charge periods to one, approved equal to that of the discharge periods.
These devices can be classified according to the method used to rectify the current in devices with mechanical selectors and in valves.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, several embodiments of the apparatus for carrying out the method, as well as details of these forms. Let's start with the devices with mechanical selector, for which we will give some diagrams as an example.
In the apparatus according to fig. 1, a three-phase step-up transformer (booster) is coupled by its secondary circuits t1, t #., T.- in star with center 0 accessible.
Two cao selectors, respectively bo, each comprising three contacts 1, 2, 3, offset between them by 120 and a conductor le, respectively let rotating, whose number of revolutions per minute is equal to the half-frequency of the voltage step-up transformer power supply, that is to say controlled by a four-pole synchronous motor, charge two capacitors C1, CZ with the phase E voltages of the booster.
The selector ao therefore charges with respect to the center 0 of the transformer the capacitor C1 with the positive half-waves of the three-phase system, the other b, charges the capacitor C, with the negative half-waves.
The direct current voltage that is used is connected to the terminals marked with -f- and - in the figure and it is the sum of the voltages existing on the two capacitors. This voltage is equal to the double phase voltage of the transformer. The circles drawn in dotted lines in fig. 1 indicate the traces of the ends of the conductors <I> le, </I> respectively 7c1.
The dotted line designated by 1.73 E indicates by its arrow-shaped ends the points where the differences in potential are applied.
The embodiment according to FIG. 2 comprises a three-phase step-up transformer having the secondaries t1, t2, t., Coupled in a triangle; it sends a three-phase current to a selector with three contacts al, a2, a3, offset between them by 120.
Two capacitors C1 and CZ are connected between the terminals -I- and - for using the direct current voltage.
We could also replace the two capacities by two groups of capacities.
The selector, in addition to the three contacts <I> ai, </I> a., Aa, has dull contacts, the first of which (b1, b2, b ..) is coupled to Par- mature with a capacitor C, and at terminal -i-, the other (d ,, d2, d3) is coupled to the armature of a capacitor C, and to terminal -.
The rotating part of the selector (number of revolutions per second equal to half the frequency, that is to say controlled by a four-pole synchronous motor) comprises: 1 A conductive cross at right angles, whose arms el, e2 , e3, <I> e4 </I> successively couple the terminals al, a2, <I> a3 </I> to the center ol of the two capacitors.
2 A rod t, of insulating material provided at its two ends with conductors f 1, f2 which, during a rotation of the rod t, successively establish the metal connections between the contacts al, <I> ai !, </I> a3 and contacts b1, b2, b3.
3 A second rod t2, made of insulating material, offset by 90 with respect to the rod t, and carrying at both ends two terminators 9l, 92 intended to successively establish metallic connections between the contacts <I> al, < / I> a2, <I> a; </I> and the contacts dl, d2, d3.
The two rods t1, t2 of the selector are delayed in the direction of rotation by .30 relative to the conductive cross el, e2, e3, e4.
When the rotary selector assembly is in the position shown in fig. 2, capacitor Cl is charged by means of conductors e., <I> and f 2 </I> by the voltage existing between contacts a2 and a3 which, at this time, must be positive at a3.
When the time necessary for a rotation of 30 has elapsed, the capacitor Cz is charged by the conductors e, and g2, by the voltage existing between the contacts a1, a2, the latter being negative.
After another period necessary for a new rotation of 30, the capacitor C, will be charged again positively with respect to 0, by means of the conductors f, and e4 with the voltage existing between a, and ai ,.
By thus continuing the reasoning for the positions of 30 to 30 degrees of rotation corresponding to the voltage phase displacements existing between the terminals a, <I> a ,, </I> a .., we see that the capacitor Cl is charged positively with respect to point 0, and the capacitor C, is negatively charged with respect to the same point.
Between the use terminals there will therefore be, when the device is operating empty, a voltage which is twice that existing at the terminals of the three-phase transformer. By indicating by E the phase voltage of the transformer, if the secondaries are in delta, we will have on the line the voltage 2 E (case of fig. 2); if the secondaries were in star, we would have a voltage of 3 # E --- 3.46E. The circles drawn in dotted lines in fig. 2 indicate the path of the ends of the rotating conductors.
Fig. 3 shows an apparatus especially suitable for diagnosis. This apparatus supplies the tube with a voltage equal to that of phase and an intensity 1.73 times greater than that of phase.
The apparatus comprises a three-phase booster transformer with the secondaries t1, 41 t3, in delta, the high voltage terminals of which are each coupled with two contacts 1, respectively 2, respectively 3, located on two selectors ao, bo. The contacts 1, 2, 3 of each selector which are coupled to the terminals. of the transformer are spaced between them by 120.
On each selector there is also a second ring of contacts (a ,, a2, a3, respectively b1, b2, b3) offset by 120 between them and by 60 with respect to the corresponding contacts 1, 2, 3.
The terminal of contacts al, cc2, a3 of selector a is coupled with the terminal -f- for use of the rectified voltage, the terminal of contacts <I> b ,, </I> b2, b3 of selector <I> b </I> is coupled with the user terminal -.
The moving contacts and selectors (turning by a number of turns equal to half the frequency of the supply voltage of the step-up transformer, that is to say controlled by a four-pole synchronous motor) are formed by two conductive rods f, respectively g, isolated from the earth and offset from each other by 60. These rods are intended to effect by their rotation a metal coupling between the diametrically opposed contacts of each selector.
These rods establish the connections so as to obtain a rectified voltage between the terminals -I- and - of a value equal to that existing between the high-voltage terminals of the sur-volteur.
By suitably setting the offset angle of the movable rods between them, the same device can be made to operate with different angular speeds of the movable contacts <I> (N = f. </I> 60; <I> N - f. 30; N = </I> f <I>. </I> 15; <I> N = f. </I> 10, <I> f </I> being the frequency of the supply voltage ).
If the device must provide highly variable loads, it is useful to provide a mechanical or electrical device to vary the. phase of the moving rods with respect to the voltages delivered by the transformer, even during operation of the device.
We will now describe some examples comprising rectifiers with thermionic blowpipes. Figs. 4 and 5 show the diagrams of two devices comprising three pairs of rectifying valves s @, s, s3 and four ignition transformers <I> a ', </I> a2, a3, a4 for said valves.
In the apparatus according to fig. 4, each of the three high voltage terminals of the transformer, star-coupled, is coupled to the cathode and the other to the anode of the valves of a pair of valves.
The center 0 of the transformer is connected with the center 0, of the two capacitors C1, C2. The cathodes of the three valves coupled by their anodes to the terminals of the three phase transformer are in metallic communication with the capacitance C1 and with the terminal -% of use of the direct current voltage produced. The anodes of the three valves coupled by their cathodes to the terminals of the three-phase transformer are connected with the capacitor C, and to the terminal - for using the direct current voltage.
The highly insulated <I> al, </I> a2, a3, a4 transformers are used to ignite the cathode filaments of the six valves. During operation, at each period, the three positive half-waves of the three-phase current charge with respect to the center 0, the capacitor C, the negative half-waves, the capacitor C2. Between the terminals of use therefore remains available the sum of the potential differences existing on the two capacities. .
The apparatus according to fig. 5 does not differ from that of FIG. 4 only by the fact that the three-phase booster transformer is coupled in a triangle and that the capacitances C and C2 are removed. Consequently, there will be available on the line a rectified voltage having a maximum value equal to that existing between the terminals of the transformer.
According to fig. 5, the line voltage is equal to the -phase voltage, but the line current is <B> 1.73 </B> times as high as the phase current.
The apparatus according to fig. 4 will therefore be used especially when high tensions (therapy) are desired, while the apparatus according to FIG. 5 when heavy loads are needed (diagnosis).
If a single thermionic valve cannot withstand all the voltage, the same devices can be made by having two valves in series. We peul; also using special types of valves with several cathodes or with several anodes, as in the apparatus shown in fig. 6.
In this figure, it is an apparatus similar to that of FIG. 5, except that the booster is star-coupled and that instead of six thermionic valves of the common type, two thermionic valves of the special type are used, one of which V1 has three cathodes and a anode, and the other F, is provided with three anodes and a ca thode.
The operation is similar to that of the apparatus according to FIG. 5; To dampen the oscillatory effects which may occur in the line, resistors or inductors are advantageously mounted on the poles of the transformer, or on the capacitors, or on the tube, or on several points simultaneously.
An effective form of inductance is that formed by windings of wire which, while allowing the small currents involved in this species of apparatus to pass without inconvenience, energetically absorb currents at high frequency because of their effect. Kelvin.
The selector shown schematically in fig. 1, can be achieved (fig. 7) by means of a four-pole synchronous motor (not shown in fig. 7) rigidly coupled or by means of a joint allowing determined angular displacements to a shaft oo carrying four <B> Il, </B> d3, 4, <B> 1 </B> <I> 4 </I> needles of insulating material. The two needles l2, <B> 1, </B> form a single piece in the shape of a cross at right angles, while the needles h and l4 have only two arms.
The four wings are arranged in three different planes, as seen in fig. 7. In the periphery of each circle I, respectively II, respectively III described by the free ends of said needles during the rotation thereof, are fixed and spaced 120 between them, three metal contacts a, b, c placed on three generators of the cylinder determined by circles I, II, III. On circles I and III the three contacts <I> a, b, c </I> are electrically connected to each other, and each of these two groups of contacts is connected to a pole of the direct current line and to one of the capabilities of the device.
The three contacts <I> a, b, </I> c provided on the periphery of circle II, on the other hand, are connected to the terminals of the three-phase transformer. The ends of the rotating needles have metal contacts - interconnected, two by two, by four metal conductors m.
It can be seen that by means of this device the apparatus mentioned above has been produced by interrupting the circuit of each phase in two places.
Another type of selector applicable to the same device is shown in fig. 8. The synchronous motor M with four poles carries at the ends of its shaft o-o. Two needles 1z, <B>1</B> <I> 3 </I> in insulating material. The metal shaft of the motor is extended at its two ends by two shafts il, i2, the free ends of which rotate in bearings I and III mounted in insulating supports not shown in the drawing. The ends of the rotating needles carry contacts connected respectively to the bearings I and III by the conductors m.
In the periphery of each circle II, respectively II ', described by the free ends of each rotating needle are provided three fixed contacts a, b, c, respectively a'. b ', c', shifted by 120 between them. Each pair of contacts <I> a, a ', b, b', </I> c is connected to a pole @ of the transformer, while the bearings I, III constitute the direct current poles and as such are connected to the ar mature capacitors of the device. This embodiment of the selector interrupts each phase in one place, but it is much less bulky than the previous one.
The presence of the trees 11, i2 in insulating material does not represent a delicate point of the device, because these trees do not perform any mechanical work. Moreover, we could even do away with them and fix the mobile conductors m directly on the bearings, on the shaft o - o.
Another embodiment of the selector is shown in FIG. 9 which shows only half of the complete selector. In this selector, the shafts of insulating material <I> il, </I> i, (not shown) each carry near the bearing a small needle 11 of insulating material, the ends of each needle h carrying a connected metal contact by the conductor m at the corresponding contact of the needle <B> 1, </B> (respectively l3, the latter not being visible).
In the field of each needle 11 are arranged three contacts <I> al, </I> b1, cl, spaced between them by 120. A metallic star of conductors K spaced, 120 between them and whose free ends are connected with the contacts al, b1, cl, is fixed on each bearing carrying the ar bers il, i2 and is connected metallically to the current line continued. In this way, each phase is interrupted in two places.
In the selectors according to fig. 8 and 9, the bearings I and III can be attached to the arches of the capacitors themselves and thereby remove the special supports which are otherwise required.
In the various devices described, it is not necessary that the electrical center of the condaire is connected to the earth. We can isolate this center and then we must isolate the capacitor plates from the earth as well. By extending the contacts a little, the capacitors can be removed and the instrument can be used to produce lower voltages and high currents as required for diagnostics. In the event that the center of the secondary is isolated, the exclusion of the capacitors can be achieved by simply removing the connection with said center and by short-circuiting for greater safety the two armatures of each capacitor.
If very high currents are required, the transformer secondary could also be coupled in delta. As a result of the exclusion of the capacitors, the current naturally is no longer continuous, but pulsating with three f pulses per second, f being the supply frequency.
The insulating material needles 12, 13 of FIGS. 8 and 9, can be fixed to the o-o shaft of the engine, either rigidly or by the interposition of joints allowing angular displacements. When the needles are rigidly fixed, a practical arrangement for phasing consists in wedging (fig. 10) the rotor R of the motor on a hollow shaft B coaxial with the o-o shaft which carries the needles. The connection between the two shafts can be made by screws or by other equivalent devices.
The types of transformers that can be applied in preference to these selectors are as follows: 1 Three-phase transformer with sy metric core, with primary winding, secondary winding and core immersed in oil. This type guarantees to the highest degree the equality of the three phase voltages regardless of the load, as well as the isolation of the various parts.
2 Three-phase transformer with three cores, arranged in the same plane, the primary and secondary bearings as well as the cores being immersed in oil; this transformer is more manageable than the previous one, but it presents a strong lack of equilibrium for the currents absorbed at no load.
8 Three single-phase transformers including the primary and secondary winding, as well as the core, are immersed in oil. The assembly is a little heavier than in the two preceding cases, but the transport of the apparatus is much facilitated by the fact that the dimensions of the various parts are reduced. In addition, this device offers the advantage that in the event of a fault with one or two transformers, the device is still able to operate although with reduced power and no longer delivering an exactly continuous voltage. .
4 Since the purpose of the oil in these transformers is to insulate and not to cool, the weight can be considerably reduced by leaving the primary and the core in the air and by enclosing only the circuit. secondary in a box of insulating material, for example bakelized paper and of suitable shape. The weight of the device is thus greatly reduced, and a significant reduction in the bulk is achieved by eliminating the large feedthrough insulators required for the transformers: enclosed in a metal box.
This idea is applicable to transformers of types 1 to 3 indicated above. Figs. from 11 to 15 show several forms of insulating boxes where the condaire circuit is indicated schematically.
For types 1 and 2, a box E (fig. 11 and 12) in insulating material can be used, in the bottom F of which are welded three vertical tubes I, II, III in which are housed the branches of the core with their primary windings (not shown in Figs. 11 and 12), the three secondaries being immersed in the oil contained in the box. Or one can provide three separate containers, each similar to the container E of FIG. 13 for the three secondaries.
In fig. 11 to 14, p, respectively p "', <B><I>p\</I> </B> is the output of the high voltage secondary, tau say that W, respectively û', <I> u </I> \ is the other end of the secondary with lower voltage. If, for this pole also a high insulation is required, we make the outputs u ', û', û <I> "</I> equal <I> to </I> P "" p @.
Type 3 can be made with three transformers each having a single secondary housed in an E box made of insulating material (fig. 13), the secondary being threaded onto a branch of the core (in this case there will also be a single threaded primary. on this same branch); or each transformer may have two secondaries in series rolled up on the two branches of the core and housed in a single receptacle E1 (fig. 15) or in two separate receptacles E ', E2 (fig. 14) of the type of receptacle E of fig. 13.
In the figures, the lids of the insulating material containers are not shown. The shape of the lids is similar to that of the F bottoms.
To keep the center of the secondary voltages fixed and prevent harmonics, the primaries must be triangled or, if they are star coupled, a low voltage tertiary circuit must be provided with delta coupling.