Installation pour empêcher des retours de courant dans les redresseurs. La présente invention a pour objet une installation pour empêcher des retours :d'arc, ou plus généralement, des retours de courant dans les redresseurs, et concerne en premier lieu mais non exclusivement les redresseurs à vapeur de mercure, en particulier ceux à réci pient métallique.
Comme résultat d'une longue série -d'es sais au sujet de la nature et des causes des retours d'arc, on a découvert que les causes de leur déclenchement, n'ont presque jamais qu'une très courte durée, pratiquement toutes moins de dix microsecon.des, un très faible pourcentage seulement dépassant cette limite. Ces causes se produisent apparemment suivant les lois de l'hasard, non -à des intervalles déterminés, mais à des fréquences moyennes qui dépendent de la tension imprimée, de la grandeur et de la candition de l'espace entre les électrodes, etc.
On a trouvé dans le cours desdits essais .lue, lorsqu'un -objet entre en contact ou in- terrompt le contact avec une anode pendant qu'elle est normalement inactive, une tension négative lui étant imprimée, ladite action d'établissement ou d'interruption du contact constitue une -cause de déclenchement de retour d'arc probablement par suite,de la formation d'un arc très petit au point de contact.
Il paraît probable que les retours d'arc dans les redresseurs à vapeur de mercure ,sont provo qués au moins en partie par l'établissement ou l'interruption -de contacts .entre des goutte lettes ou particules très fines de mercure avec une anode inactive.
Dans ce qui se passe lors d'un retour d'are on peut distinguer deux phases .distinctes. Pendant la première de ces phases, la cause de déclenchement est active. Comme on l'a dit, on ignore, en général, la nature .des causes -de déclenchement, mais .quelles qu'elles soient, elles ont pour effet de provoquer une chute instantanée de la tension en travers du redres seur (en sens inverse) à une valeur faible.
Ce sont ces causes, dont la durée peut être évaluée, en .se \basant sur les -expériences, à des valeurs de moins de 10-6 jusqu'à 10-4 secondes.
Avant qu'une cause de déclenchement de retour d'arc se manifeste, le courant passant en sens inverse par l'espace obscure entou rant l'anode est de l'ordre de<B>10'à</B> 50 micro- ampères, -environ, par centimètre carré -de surface d'anode, ou d'environ 10 à 50 milliampères pour une anode ayant une su perficie de 1000 centimètres carrés. Ce cou rant inverse normal dans un redresseur, ou courant de -décharge luminescente, varie con sidérablement suivant les conditions.
Il aug mente très rapidement avec la pression -de va peur (approximativement suivant le carré de la pression), ainsi qu'avec les courants abou tissant @à d'autres électrodes et avec la valeur de la tension.
Pendant le court laps -de temps durant le quel la cause -de déclenchement est active, le courant inverse passant par l'électrode aug mente rapidement. Par exemple, s'il s'agit d'un redresseur établi pour un débit de 600 volts/1000 ampères, -de .courant continu, on peut s'attendre<B>-à</B> ce que la réactance du transformateur alimentant une électrode se rait normalement d'environ 0,0,5 ohm, ou l'inductance L =<B>1,8,5</B> X 10-4 henrys.
La tension inverse maximum serait à peu près le double de la tension -de courant continu ou environ 1500 à<B>1600</B> volts. Avec une tension inverse<B>E</B> - 1500, la mesure d'augmentation de courant pendant la période d'activité de la cause de déclenchement sera:
EMI0002.0033
Pendant -des temps de déclenchement compris entre 10-6 et 10-4 secondes, le .courant aug mentera de 11,4 jusqu'à 1140 ampères.
On arrive alors à la seconde phase du re tour d'are, c'est-4à-dire à la phase suivant im médiatement la discontinuation de la cause -de -déclenchement.
Si le courant en sens in verse augmente jusqu'à, une valeur suffisam- ment grande pendant la phase de déclenche ment, comme dans l'exemple susmentionné où l'on atteint des courants de 11 à<B>1100</B> am pères, un arc stable se produira et continuera à exister même après la cessation -de la cause de -déclenchement. Le courant continue alors à augmenter et il se produit un court-circuit.
L'invention a pour but d'empêcher un court- circuit ou un arc se maintenant automati quement comme résultat de toute cause de retour d'arc.
Ainsi, si le courant pendant la période de la cause de déclenchement n'a pas augmenté jusqu'à une valeur suffisamment élevée, un arc stable ne peut s'établir. Il change en (ou continue comme) décharge luminescente, et si la tension -de luminescence est plus grande que la tension d'alimentation du redresseur, le courant diminue de, nouveau d e façon que la seconde phase -du retour d'arc, c'est-à-dire celle dans laquelle l'arc constitue un court- circuit, ne se produise pas.
Quant à la valeur de courant nécessaire pour produire un arc se maintenant par lui- même, on sait que l'arc destiné à. .maintenir en fonction un redresseur monophasé à va peur -de mercure doit absorber au moins 4 ou 5 ampères -de courant continu, faute de quoi il sera instable et s'éteindra fréquem ment. On sait que pour la plupart des ma tières constituant la cathode, à la pression at mosphérique, un arc une fois établi devient instable et se transforme en luminescence à une valeur limite d'environ 0,05 ampère.
Il parait raisonnable de supposer qu'un chiffre du même ordre de grandeur soit valable pour ares dans de la vapeur de mercure à. basse pression comme dans un redresseur à vapeur de mercure et l'on peut supposer, en outre, que -des courants à décharge luminescente d'une valeur légèrement plus élevée que celle d'extinctions:
-de l'arc, -de l'ordre de 0,1 am père ou de quelques dixièmes -d'ampères ne se transformeront pas en arc si la cause de déclenchement du retour d'arc cesse avant que le courant augmente. On peut s'attendre à ce que ,des courants même -de l'ordre de 1 ampère ou -davantage forment des ares qui deviennent instables et s'éteignent dans un temps qui est court en comparaison de la période inactive de l'anode. ' L'installation suivant l'invention est carac térisée par des.
moyens. prévus dans le circuit extérieur et s'opposant, au moins pendant un temps court par rapport au temps d'inactivité normale d'une anode, à l'établissement d'un courant de retour, respectivement à. son aug mentation par rapport à la faible valeur nor male, lors d'une cause de déclenchement de retour de courant affectant une anode, en vue d'empêcher, au moins pour la plupart desdites causes de -déclenchement, que la va leur finale du courant de retour atteigne celle à partir de laquelle l'arc en retour se main tiendrait de lui-même.
Chaque anode d'un redresseur peut être, par exemple, -disposée en série avec un -dis positif appartenant au circuit extérieur qui maintient le courant inverse à une valeur qui ne permet pas l'établissement -d'un arc se maintenant automatiquement.
Comme dispo sitif dans le circuit externe, on peut employer des réactances à noyau saturé ou, comme on le verra plus loin, des couples de réactances à noyaux -saturés communs, soit seules, soit en conjonction avec -des organes en dérivation tels qu'une résistance, un condensateur ou un dispositif de parasurtension reliées aux électrodes entre lesquelles se produit le re tour d'arc, ou tout autre moyen qui reprend la fonction de redressement pour .des temps courts par rapport à la période d'inactivité de l'anode, par exemple !de l'ordre de l0-6 à 10-4 secondes,
pendant lesquels la fonc tion de redressement du redresseur principal peut faire défaut, en empêchant le courant inverse, dans le redresseur qu'il s'agit -de pro téger des retours de courant, de devenir assez grand, pendant ces temps de défaut, pour pro- -duire un arc se maintenant automatiquement.
Des formes d'exécution de l'objet de l'in vention sont représentées, à, titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 montre une vue schématique d'un redresseur complété par une installation comportant des bobines -de réactance saturées; Les fig. 2 et 3 sont des courbes se rap portant à l'action desdites bobines de réac tance; La fig. 4 montre une coupe transversale d'une branche<B>de</B> la bobine de réactance sui vant le plan indiqué en IV-IV de la fig. 1;
La fig. 5 montre le .schéma de l'installa tion pour un redresseur polyphasé à vapeur de mercure avec récipient métallique, à -cou ples de bobines de réactance à noyau com mun; Les fig. 6, 7 et 8 montrent l'emploi de -dis positifs -de parasurtension, -de résistance et de condensateur respectivement pour complè- ter l'action .des bobines -de self; la fig. 8 montrant aussi en coupe transversale une construction spéciale de redresseur;
La fig. 9 montre en coupe transversale une forme particulière de bobine de réac tance; La fig. 10 donne .des courbes -qui caracté risent une bobine de réactance suivant la. fig. 9;
La fig. 11 est un diagramme montrant l'effet .de la capacitance entre les spires de l'enroulement de la bobine -de réactance pour un cas exagéré -de ces effets -de capacité, et Les fig. 12, 13, 1,4 et 1,5 sont -des vues plus ou moins schématiques montrant quatre dispositifs pour surmonter les effets -de capa cité entre les spires<B>Oui</B> entre les spires et les noyaux de fer en vue ,d'éviter des pertur bations pouvant être provoquées par les cou rants -de capacité dans les bobines de réac tance.
A la fig. 1 on a représenté un redresseur à vapeur de mercure avec double anode qui peut être du type à récipient métallique ou du type à ampoule en verre.
Le redresseur à vapeur de mercure 16 (fig. 1), comporte un récipient fermé à vide <B>17,</B> une cathode -à mercure 1.8, deux anodes 19, .des conducteurs positif et négatif 20 et 21 pour le courant redressé, une source -de courant alternatif 22 et une bobine de réac tance -d'anode 23 -disposée en :série avec cha cune des anodes 1.9.
Chaque bobine de réac- tance d'anode 28 comporte un noyau feuilleté 24, de forme annulaire sur lequel est enroulé un câble isolé 225 avec un nombre de tours suffisant pour donner les caractéristiques dé sirées comme décrit par 1a suite et ayant une capacité -de conduction de courant suffisante pour conduire les courants -de pleine charge de l'anode à laquelle il est relié.
L-,s bobines -de réactance 23 de l'exemple considéré sont construites de façon à être sa turées par un ,courant extrêmeriient petit de l'ordre d'un ampère ou environ un millième du courant de pleine charge-de la bobine de réactance. Ces bobines de réactance condui sent des courants de l'ordre de 800 à 1000 ampères en une :direction. Le courant inverse est en fonctionnement normal de l'ordre de 10 à 50 milliampères.
Le type de boucle d'hystérésis pour un noyau magnétique tel que celui 24 :de cette bobine de réactance est représenté à la fig. 2, dans laquelle l'induction magnétique B en gauss par cm2 dans le fer, ou le flux 0, .soit B fois l'aire A du noyau de fer, est tracé en fonction de la force magnétisante H, en gil- berts par cm de longueur du noyau, ou des ampère-tours <I>I T.</I> Les relations entre B et 0 et entre<I>H et I T</I> sont les suivantes:
EMI0004.0024
l étant la longueur du noyau en cm. La -courbe -d'aimantation est une propriété de la matière aimantable utilisée pour le noyau, qui est connue pour chaque matière, fer, acier ou autre alliages de fer, que l'on obtient -dans le commerce.
Comme on l'a -dit, le noyau magnétique est établi .de façon à être saturé lorsque le courant passant par la bobine est environ -de un ampère. Peut-être serait-il phis indiqué .de caractériser la bobine par l'indication que la 'force coercitive 27 à la fig. 2, c'est-à-dire le courant inverse nécessaire pour réduire le magnétisme permanent 28 (fig. 2) à zéro,
est environ d'un .dixième -d'ampère. Pour la .construction d'une bobine de réac tance de -ce genre, en tenant particulièrement Icompte pour le moment des -courants d'ai mantation de la bobine de réactance, c'est-à- dire en négligeant d'abord les courants de Foucault,
on détermine d'abord combien de changement de flux ou changement d'induc tion magnétique B doit être permis dans le noyau de la bobine -de réactance pendant la plus longue -durée d'une cause de retour d'arc pour laquelle on veut calculer la bobine de réactance. Ce -changement de flux ou change ment d'induction peut aller -du point 28 sur la courbe jusqu'au point 29, 30 ou même 31, ou jusqu'à toute valeur intermédiaire,
suivant le facteur -de sûreté qui doit être ad mis pour une seconde ou troisième cause de retours d'arcs pouvant se manifester dans toute demi-période donnée. La valeur du changement -de flux ou -du -changement de l'induction B et la valeur correspondante de H peut alors être relevée dans la courbe d'hystérèse qui est connue pour chaque genre de matière magnétique.
Ensuite, il faut considérer la tension in verse à laquelle le redresseur doit résister. Cette tension qu'on désignera dans la suite par E, peut être évaluée, pour un redresseur de<B>600</B> volts, par exemple, à 1800 volts au maximum. Si cette tension est imprimée à la bobine de réactance, on obtient:
EMI0004.0064
A B étant le changement d'induction to tale admissible dans le temps<I>A t</I> qui peut être choisi de 10-4 ou 10-5 secondes ou même moins, dont on .choisira la valeur sui vant le nombre -de retours -de courant non supprimés qu'on se propose de tolérer pen dant une période de temps telle qu'un an ou un nombre d'années.
On obtient ainsi deux équations (2) et (3) entre trois inconnues, à savoir: le nombre de spires<I>T,</I> la longueur de noyau moyenne d et la section de noyau A. On peut donc s'at- tendre @à ce qu'il soit facile de construire la bobine de réactance en concordance avec ces deux équations.
On peut en outre, par exemple, stipuler la condition qu'on ne veut utiliser qu'une simple couche d'enrouelment sur le noyau 24 et que le noyau .doit être établi en forme cir culaire et aussi petit que possible. Autrement dit, à la face intérieure -de la bobine, les spires se toucheront l'une l'autre et elles toucheront la périphérie intérieure -du noyau. De cette manière, les fuites, et avec elles la réactance de la bobine pour les conditions normales de fonctionnement sont réduites ià un minimum.
Cela fournit comme troisième condition fixant les trois inconnues T, Z, et A, la sui vante:
EMI0005.0015
d étant le diamètre extérieur du câble isolé constituant l'enroulement de la bobine de réactance. Cette formule suppose une sec tion transversale carrée du noyau, de façon qu'on obtient une épaisseur radiale,du noyau égale à @\/A. Si .l'on emploie une section trans versale rectangulaire pour le noyau, un fac teur de multiplication approprié doit être ajouté au terme #/A à l'équation (4).
Des trois équations simultanées (2), (3) et (4) l'on tire:
EMI0005.0024
i équation qui peut être résolue d'après 12' en déterminant ainsi le nombre de spires T. En introduisant la valeur de T qui corres pond à la racine positive de l'équation (5) dans les équations (2) et (3) respectivement, on obtient la longueur l en centimètres et la section du noyau A en centimètres carrés.
Comme moyen ultérieur pour rendre aussi grand que possible le rapport entre la réac tance à faible charge et celle à pleine charge, en plus de la mesure d'employer un enroule ment d'une seule couche, on établit de préfé rence les noyaux des self-inductances telles que les bobines de réactance. 2!3: de la fig. 1 en utilisant des pièces estampées annulaires sans interruption, de façon à éviter même les pe tits interstices entre les joints de ces pièces.
En plus, il est désirable à cet effet, à savoir pour rendre aussi grand que possible ledit rapport, que les changements de flux 28, 29; 310, 3.1 (fig. 3) soient aussi grands que possi ble pendant la plus longue durée d'une cause de retour d'arc dont il y ait lieu de tenir compte. Ledit rapport peut être amené à une valeur de 200 ou 300, ou même à une valeur considérablement plus élevée, par une cons truction appropriée.
En essayant des bobines de self cons truites comme susdécrit au moyen d'un os cillographe à rayon cathodique, on a trouvé qu'un courant pratiquement instantané de l'ordre de plusieurs ampères était mis en jeu aussitôt que la tension était envoyée dans la bobine de self, en simulant les conditions en fonctionnement réel, lorsque l'affaissement de la tension dans le redresseur, au cours d'un retour d'arc, applique soudainement la ten sion qui existait antérieurement dans le re dresseur à la bobine de réactance.
La caracté ristique courant-temps 33 de la bobine de réactance était de la forme générale représen tée à la fig. 3, l'abscisse représentant le temps et l'ordonnée l'intensité du courant, la pente de la partie à peu près horizontale de la courbe, après l'établissement initial du cou rant, étant sensiblement plus grande que la pente correspondant à la réactance calculée de la bobine de réactance, à cause de l'effet persistant des courants de Foucault,
jusqu'à ce que le flux dans la bobine de réactance était suffisant pour saturer le noyau de fer dans la direction négative, auquel moment la courbe courant-temps se dirigeait soudaine ment vers le haut, le temps correspondant à ladite partie à peu près horizontale de la courbe étant de l'ordre de 30 à 40 microse condes.
Ces courants de Foucault ont introduit un élément nouveau dans le calcul des bobines de réactance dont on n'avait pas tenu compte d'avance, parce que les- courants- de Toucault sont ordinairement négligés lors du calcul des réactances de transformateurs et de bobines de réactances. Par suite de la petite valeur des courants qui se produisent pendant que la course de retour d'arc persiste,
et de la rapi dité de transition dans la très courte période de temps pendant laquelle la bobine de réac tance doit entrer en action, les courants de Foucault exercent, surtout dans les tôles du noyau, un effet sensible sur'la fonction de la bobine de réatance. La composante de cou rant, dans la bobine 2:5, équivalant aux cou rants Foucault dans le noyau 24, est donnée par l'équation: -
EMI0006.0009
où a est un coefficient, b est l'épaisseur des tôles de noyau en centimètres et O est la résis tance du feu en unités absolues.
Le coeffi cient a n'est en général pas constant, mais peut être considéré comme tel avec une ap proximation suffisante pour le. présent but et peut être déterminé 'expérimentalement. Sa valeur peut être considérée comme comprise entre 0,01 à 0,1, suivant l'épaisseur des tôles.
Afin de réduire la pointe de la compo sante de courant Foucault L à une valeur environ <B>du</B> même ordre de grandeur que le courant I correspondant à la valeur de la force coercitive, ou même à une valeur plus petite, on réduit l'épaisseur des tôles considé rablement, et ià cet effet, on fait usage, de pré férence, d'un alliage connu sous la désigna- tion de marque "Hypernik" qui est un alliage d'environ 50% de nickel, 50% de fer et de quantités variables de manganèse jusqu'à <I>11%,
</I> à la place de l'acier silicé utilisé aupa ravant. Dans les premières bobines de réac tance essayées, on a utilisé des anneaux de tôle d'une matière qui est ordinairement em ployée pour les noyaux de bobines de réac tance, à savoir des tôles d'acier silicé d'une épaisseur de 0,035 centimètre. Les courants de Foucault étaient alors trop élevés. En suite, on a construit des bobines de réactance en utilisant la même matière pour le noyau, mais-laminée en feuilles ayant une épaisseur de 0;0125 centimètre.
L'effet des courants de Foucault était encore toujours trop élevé. Comme cette épaisseur était pratiquement la limite d'épaisseur de l'acier silicé, on a eu re cours ensuite au Hypernik laminé à une épaisseur de 0,005 centimètre. Il est possible qu'on puisse employer des tôles mêmes plus minces.
Comme la valeur des courants de Foucault augmente rapidement s'il y a des courants circulant entre les tôles, il est néces saire de prendre toutes les précautions pour l'isolement entre les tôles, ce qui peut être ef fectué, par exemple, au moyen de verre so luble ou de tout autre revêtement isolant em ployé dans la construction d'appareils électri ques.
L'équation (6) pour la composante de courant de Foucault Jo du courant de la bo bine est formée sur la supposition d'une sec tion transversale carrée A du fer. Si l'on em ploie une section rectangulaire (ce qu'on fera probablement le plus souvent en pratique), on pourra en tenir compte en introduisant un facteur multipliant A, comme indiqué anté rieurement pour l'équation (4).
Il est à noter que l'effet des courants de Foucault peut être réduit en réduisant la longueur moyenne l du circuit magnétique, ce qui peut être effectué en utilisant une aire rectangulaire A ayant sa dimension plus petite en direction radiale de façon à introduire ainsi un facteur de mul tiplication (plus grand que 1 dans le rapport de la longueur ù la largeur du rectangle) dans le dénominateur de l'équation (6) en ré duisant ainsi encore davantage l'effet des courants de Foucault, Io. Le cuiiraiit l, peut être réduit considérablement, comme il a été déjà dit en diminuant l'épaisseur b des tôles de noyau,
le courant se réduisant en propor tion du carré de l'épaisseur. Les effets des courants de Foucault peuvent également être réduits en choisissant un fer de haute résis tance. L'effet de courant Foucault peut être encore réduit en choisissant une bobine ayant un nombre de tours T aussi élevé que pos sible.
Grâce aux différents moyens d'écrits, l'ef fet des courants de Foucault.peut être amené à une valeur tellement faible que l'échelle de courant à la fig. 3 se trouve réduite à un point tel que le courant 33, après un temps de valeur prédéterminée, tel que 30 ou 40 mi- crosecondes, soit de l'ordre d'un dixième d'un ampère ou de quelques dixièmes d'ampère.
A la fig. 4 qui montre une section trans versale de la bobine de réactance 23, il a été impossible de représenter les feuilles de tôles 24 dans leur épaisseur réelle, parce que les lignes seraient trop rapprochées pour obtenir un dessin clair.
Il est à noter que les temps mentionnés, à savoir de 1 à 140 microsecondes, sont très courts en comparaison du temps d'une demi- période d'un courant de 60 périodes dont une demi-période est de 8330 microsecondes.
A la fig. 5, on a représenté une installa tion de redresseur, dans laquelle des anodes multiples sont reliées à, la même borne de transformateur, interconnectées au moyen de bobines de réactance couplées. Ainsi, on a indiqué très schématiquement un récipient métallique 35 ayant douze anodes 36 à 47 alimentées par un enroulement secondaire 6-phasé relié en étoile, 48, d'un transforma teur 49 ayant un enroulement primaire tri phasé 50 couplé en triangle.
Les anodes sont reliées, par paires, aux bornes respectives se condaires du transformateur par l'intermé diaire de bobines de réactance couplées 51 du genre susdécrit. Ainsi, les anodes 36 et 42 sont reliées aux bornes de la bobine sur la réactancè 51, et le milieu de cette bobine est relié à la borne secondaire appropriée.
Cette bobine de réactance est construite suivant les principes déjà indiqués, de façon à limiter le courant=, lorsqu'une cause de retour d'arc se manifeste sur une des anodes, à une valeur qui ne produira pas un arc se maintenant au tomatiquement après la terminaison de la cause de retour d'arc, terminaison qui se pro duit, comme susmentionné, pratiquement tou jours au bout de moins de dix microsecondes.
L'avantage de la connexion de bobines de réactance couplées suivant la fig. 5 s'expli quera par les considérations suivantes. Le re- tour d'arc est un phénomène qui n'arrive pas souvent dans la plupart des redresseurs. Même dans un très mauvais redresseur, dans lequel il se produit un retour d'arc sur une anode en moyenne un fois par heure, ce qui serait absolument inadmissible dans la prati que, l'anode fonctionne de façon satisfaisante pendant 216.000 fonctionnements ou périodes pour chaque période dans laquelle elle subit cette perturbation.
Si l'on emploie, à, la place d'une anode, deux anodes en parallèle, les chances de la production d'un retour d'arc sur les deux anodes dans chaque demi- période donnée dans ce redresseur seraient de 216.'000Z, ou il se produirait ainsi un double retour d'arc en moyenne une fois en 216.000 heures, ou presque 30 ans en moyenne entre les manifestations d'un retour dans les deux circuits d'anodes couplés, dans la même demi- période.
Les chances d'un retour d'arc dans les deux circuits d'anodes à la fois sont beaucoup plus réduites en raison de la très courte du rée des causes des retours d'arc et par le fait que la nouvelle bobine de réactance 51 ne permet pas qu)un arc suive une cause de re tour d'arc même pour un temps aussi long que le reste de la demi-période. Ainsi, si la bobine de réactance couplée peut éliminer un retour d'arc qui se produit pendant un millième d'une demi-période,
les chances de causes de retours d'arcs se produisant dans les deux circuits d'anodes couplés dans le même millième de toute demi-période donnée seraient un million de fois plus éloignées que les chiffres valables jusqu'à présent.
L'avantage de l'emploi d'une bobine de réactance couplée 51 à la place de la bobine de réactance à self-induction 23 réside dans le fait que ces bobines de réactances couplées ou transformateurs d'équilibre permettent le libre passage du courant aux anodes tant que les courants sont divisés de manière égale.
Le passage de courant aux anodes rencontre ainsi une faible opposition pendant la partie de conduction normale de la période parce que les deux anodes couplées sont à même de conduire le courant en même temps. Le pro- blème de limiter la réactance de pleine charge de la bobine de réactance à une valeur aussi basse que possible, en vue d'éviter une chute trop brande de la caractéristique de tension- charge du redresseur, comme dans le système représenté à la fig. 1,
est ainsi éliminé dans le circuit de bobines de réactance couplées de la fig. 5. On peut ainsi utiliser des bobines de réactances à spires multiples, et même des bo bines de réactance avec des interstices dans leurs noyaux.
Ira grandeur du courant dont la bobine de réactance permet la formation pendant toute -période de temps prédéterminée, telle que dix microsecondes, n"est pas une valeur abso lument stricte et fixe, mais peut varier dans dès limites assez larges suivant le degré de perfection du fonctionnement qui est exigé ou qu'il est avantageux de prévoir.
Ainsi, il ne serait, par exemple, éventuellement pas éco- nomique d'assumer des dépenses addition nelles pour empêcher qu'un redresseur vienne subir un. retour d'arc une fois en cent ans, en distinction de, par exemple, une fois pendant vingt ans. Afin de pouvoir employer des bo bines de réactance de grandeur et de prix re lativement bas, il est souvent convenable de se borner à empêcher la production de retour d'arc par suite d'un pourcentage relativement petit des causes de retour d'arc, plutôt que de vouloir forcer jusqu'à un pourcentage de <B>99.999%</B> ou de cet ordre.
En tout cas, il n'est pas possible, avec des bobines de réactance de grandeur pratique, ,d'empêcher que le courant inverge augmente pendant la manifestation d'une cause de re tour d'arc, jusqu'à une valeur qui ne soit pas beaucoup de fois plus grande que la valeur normale de 10 à 50 milliampères.
Après la disparition de la cause de retour d'arc, il faut que ce courant augmenté continue à passer par la bobine de réactance pendant un temps court en raison de l'inductance. Le courant passant ainsi dans le redresseur affectera la forme d'une décharge luminescente de très haute tension.
Cette tension élevée est re grettable en elle-même parce qu'elle présente un danger pour l'isolement, mais ce qui est encore plus important, elle augmente le dan ger qu'une seconde cause de retour d'arc se produise avant que le courant inverse passant par le redresseur soit réduit jusqu'à une va leur approximativement normale, puisqu'on a constaté que la répétition fréquente de la pro duction des causes provoquantes augmente très rapidement avec l'accroissement de la tension.
La production d'une seconde cause de retour d'arc pendant qu'un courant relati vement élevé passe par la bobine de réactance permet que le courant augmente encore da vantage et augmente par suite considérable ment la probabilité du développement d'un arc et d'un court-circuit.
On emploie, par conséquent, de préfé rence, des moyens de limitation de tension pour maintenir la tension du redresseur à une valeur modérée après la disparition de la cause de retour d'arc. Ce moyen limiteur ,de tension peut être une valve telle qu'on l'em ploie comme protection de surtension, ou une résistance, ou un condensateur. Ce dispositif peut être relié seulement aux bornes de cou rant alternatif (anodes) s'il s'adapte seule ment au courant alternatif, ou il peut être re lié à chaque anode et la cathode.
A la fig. Q, on a indiqué comme moyen limiteur de tension un dispositif parasurten- sion 33 tel que celui mis en commerce, par exemple, par la Westinghouse Electric & Manufactuxing Company aux États-Unis d'Amérique, sous la désignation de marque "Autovalve" auquel se rapportent les brevets américains nos 1509494 et 1509497,
ayant une borne commune qui est reliée au neutre de l'enroulement secondaire 54 du transfor mateur et dont les autres bornes sont reliées aux anodes respectives 55. Des bobines de réactance 56 pour limiter le courant inverse du genre susdécrit sont connectées dans les conducteurs d'alimentation des anodes. A la place desdits dispositifs "Autovalve" on pourrait utiliser tout autre type d'appareil laissant s'écouler des charges électriques lors que la tension dépasse la limite voulue.
Suivant la fig. 7, les moyens pour limiter la tension sont constitués par des -rhéostats 58, intercalés entre la cathode de mercure 59 et les anodes respectives 60 d'un redresseur à vapeur de mercure d'un type à nombreuses anodes et à récipient métallique, des bobines de réactance 62 étant prévues comme susdé- crit dans chaque conducteur d'anode.
Ainsi, si la tension inverse maximum de 1600 volts ne doit pas être dépassée et si le rhéostat de dérivation 58 doit conduire un courant de 0,05 ampères, afin de réduire le courant de décharge luminescente à l'anode à 50 mil liampères ou 0,05 ampère immédiatement après la cessation de la cause de retour de courant et pendant qu'il passe encore un cou rant de 0,1 ampère par la bobine de réac tance qui dépasse le courant inverse maxi mum que l'on veut tolérer dans le redresseur de 0,05 ampère, il faut que la résistance de dérivation ait une valeur d'environ 32.000 ohms, d'où résulterait une perte d'énergie in signifiante.
Suivant la fie. 8, on prévoit l'emploi d'un condensateur, 64, comme dispositif limiteur de tension, ce condensateur étant relié en dé rivation entre l'anode et la cathode de redres seur qui doit être protégé, la bobine de réac tance de conducteur d'anode 65 étant utilisée comme susdécrit. La fie. 8 montre en outre l'emploi d'un type de redresseur autre que ceux usuels, emploi rendu possible grâce à l'invention, ce qui peut être expliqué comme suit: La fréquence de la production de causes de déclenchement de retour d'arc augmente à ce qu'il parait avec la densité du courant d'ions positifs aux électrodes conduisant la tension inverse.
On a été amené par cette re marque à employer dans la pratique des fai bles pressions de la vapeur de mercure, des écrans, des protecteurs, des grilles, etc., parce que tout cela réduit le courant d'ions positifs aux anodes inactives. Des chicanes ont égale ment été nécessaires pour empêcher que des gouttes de mercure viennent frapper les ano des inactives, parce que chaque contact de ce genre représente une cause de déclenchement de retour d'arc. L'emploi de chicanes, d'é crans, etc., présente toutefois le désavantage d'augmenter très considérablement la chute de potentiel normale dans l'arc, de façon à réduire ainsi le rendement du redresseur, tout en augmentant considérablement les dimen sions du redresseur.
Si les causes de déclenchement sont empê chées de produire des courts-circuits par les moyens susdécrits, on n'a plus besoin d'é crans et de chicanes et il est possible d'obte nir une tension élevée de décharge lumines cente entre une anode inactive et la cathode par un rapprochement des anodes et de la ca thode, ce qui est entendu dans le sens que la cathode est située à l'intérieur de l'espace obscur entourant l'anode, espace qui était dans les anciens redresseurs à récipient mé tallique de l'ordre de 10 à 20 cm suivant la pression de vapeur, le courant dans les autres électrodes et la tension.
On peut ainsi utiliser la construction re présentée à la fie. 8 qui est constituée par une anode plate unique 66 et un bain de mer cure 67 dans une coupe de mercure plate 68 qui est isolée de l'anode au moyen d'un an neau de porcelaine 69, le tout étant herméti quement fermé et le vide étant établi à l'inté rieur au moyen d'un raccordement de pompe 70. En outre, il faut utiliser un dispositif de maintien de fonctionnement de toute cons truction désirée, indiqué en 71, dont les dé tails n'ont toutefois aucune relation avec la présente invention.
L'anode et la cathode peuvent être refroidies d'une manière connue quelconque, de façon qu'elles fonctionnent les deux à une température relativement basse, d'environ 35 C dans les parties métal liques. Cette construction compacte d'un re dresseur avec une seule anode, dont le.rende- ment est extrêmement élevé, est rendue possi ble par ce qu'on n'a plus à craindre le choc des gouttes de mercure grâce à la bobine de réactance 65, qui limite le courant inverse, et au dispositif limiteur de tension 64. Il va de soi que n'importe quel nombre de ces redres seurs peut être utilisé en couplage polyphasé.
La fie. 9 montre la construction d'une bo bine de self utilisant un noyau dont une par tie de la longueur a une section transversale réduite comme indiqué en 73. Il résulte des équations susindiquées pour le calcul de la bobine de réactance que l''aire de la section transversale du noyau devait être grande, afin de satisfaire aux conditions imposées au sujet du fonctionnement lorsque le courant inverse était de l'ordre d'un dixième d'am père. En réduisant l'aire de section transver sale d'une courte portion de la, longueur to tale, les relations entre 0 et<I>0,4</I> ,## <I>I .
T au</I> moment on le courant d'un dixième d'un am père, correspondant à peu près à la force coercitive passe par la bobine ne seront pas changées de façon sensible en comparaison de la valeur qu'elles auraient si la section trans versale du noyau n'avait pas été réduite en 37, mais les relations entre 0 et 0,4 n # 1 # T pour des courants magnétisants très élevés seront déterminés presque exclusivement par la saturation de la petite section 73.
Ainsi à la fig. 10, si la courbe supérieure 74 représente la branche descendante de la bou cle d'hystérésis pour la partie à grande lon gueur et grande section transversale etla courbe inférieure 75 ladite branche descendante pour la partie de section et longueur plus petites, 73, la courbe résultante pour le noyau repré senté à la fig. 9 sera donnée à peu près par la ligne pointillée 76.
Dans cette construction, il est désirable de poser autant de tours que possible de l'enroulement 77 sur la section ré duite 73, afin de favoriser la saturation de cette section par un courant très faible. Grâce à la disposition représentée à la fig. 9, la réactance de la bobine, lorsque celle-ci con duit les courants de charge, peut être faite plus petite que si un noyau de section uni forme avait été employé.
On a trouvé qu'en général l'effet de la ca pacitance entre les spires de la bobine est tout à fait négligeable. Toutefois, dans des constructions extrêmes de bobines de réac tance pour la mise en #uvre de l'invention on peut s'attendre à ce que la capacité répartie de l'enroulement de la bobine puisse produire l'impossibilité de limiter le courant à une va leur de, par exemple, 0;
05 ampères pour 10-4 secondes parce que cette capacité répar- tie permet que les valeurs de courant dans les différentes spires de l'enroulement soient dif férentes. En effet, si une cause de retour d'arc se manifeste, la spire d'extrémité de l'enroulement se décharge la première. L'in ductance de cette spire d'extrémité, bien qu'augmentée par suite de sa proximité du noyau de fer, est très petite et son opposition au passage du courant est pratiquement celle qui correspond à l'impédance caractéristique d'un conducteur rectiligne de la même section et la même proximité d'une matière conduc trice reliée à la terre.
Cela veut dire que l'im pédance initiale, pour la décharge, pourrait bien n'être que de quelques centaines d'ohms. Lorsque la décharge pénètre ensuite dans la bobine, l'effet magnétique mutuel des spires entre en jeu, et l'impédance augmente, jus qu'à ce que, finalement, lorsque la décharge a complètement pénétré dans la bobine, l'im pédance atteint la valeur élevée correspon dant à l'inductance d'état stable de la bobine. Le temps nécessaire pour que cela arrive est une demi-période d'une oscillation naturelle de la bobine. Après une période entière, la, bobine sera surdéchargée et il y aura des os cillations, qui sont en général rapidement amorties.
A titre d'exemple, on considèrera une bo bine ayant û l'état non saturé une inductance de 1,0 henry, et une période naturelle de 10-4 secondes, l'impédance initiale étant de 500 ohms. On supposera qu'une tension de 1500 volts soit envoyée soudainement dans cette bobine. Sous l'effet de son inductance d'état stationnaire, le courant de la bobine augmenterait dans la mesure de
EMI0010.0042
1500 ampères par seconde, de façon qu'au bouc. de 10-4 secondes le courant serait seulement de 0;015 ampères.
Par suite des phénomènes de transition toutefois, le courant monte d'abord à
EMI0010.0045
= 3;0 ampères, et n'est amorti jusqu'à une valeur comparable,à la fraction d'un am père qui aurait lieu par suite de l'inductance de l'état stable qu'après plusieurs fois 10--4 secondes. Ainsi, le but de la bobine, à savoir de maintenir le courant en dessous de 0,05 ampère pour 10-4 secondes n'est pas accom pli, comme indiqué dans la courbe courant- temps de la fig. 11.
Comme on l'a fait remarquer plus haut. on n'a pas encore, jusqu'à présent, jugé né cessaire de tenir compte de ces courants de capacité transitoires, mais il faut compter qu'on sera obligé de tenir compte de ces ef fets dans des perfectionnements futurs de l'invention et dans l'application à des nou veaux problèmes de redresseur plus difficiles. Les fig. 12, 13, 14 -et 15 montrent plusieurs moyens pour éliminer les effets préjudicia bles de la capacité entre les spires de la bo bine.
A la fig. 12, 1"impédance caractéristique du conducteur (évaluée à l'aide de son équi valent rectiligne) est rendue élevée en entou rant chaque spire de la bobine de matière ma gnétique. Le noyau est donc établi en forme de pièce estampée annulaire 78 comportant des encoches 79 et 80 sur la périphérie inté rieure et extérieure. Ces anneaux estampé sont empilés dans une pile de la hauteur exacte et ensuite la bobine est enroulée sur cette pile, chaque côté de bobine étant posé dans une des encoches.
Ensuite, le circuit ma- gnéti@que autour de chaque côté de bobine est fermé par des piles intérieure et extérieure ,l'anneaux estampés lisses 81 et 82 et au be soin par des parties feuilletées additionnelles (non représentées) pressées en position verti cale ou autrement sur les extrémités plates sans protection de la bobine.
En entourant chaque spire de matière ma gnétique ayant la perméabilité ,u, l'impédance initiale est multipliée approximativement par le rapport Vft. Ainsi, si,u est égal à 1,0.000, l'impédance primitive est multipliée approxi mativement par 100.
La fig. 13 montre un autre dispositif pour limiter l'effet des courants de capacité transitoires. Comme représenté .dans cette figure, la bobine est établie de façon qu'une répartition uniforme de potentiel le long des spires de la bobine ne provoque l'apparition d'une charge électrique sur les spires de la bobine. Ainsi, comme on l'a représenté sché matiquement à la fig. 13, un enroulement 84 est situé entre le noyau 85 et un écran con ducteur tubulaire 86 entourant le tout. Une extrémité de la bobine est relié au noyau comme indiqué en 87.
Les premières spires de la bobine son enroulées tout près du noyau, et les spires suivantes s'éloignent toujours da vantage du noyau et se rapprochent de l'é cran jusqu'à ce que les dernières spires de la bobine sont tout près de l'écran, l'extrémité de la bobine étant en contact électrique avec l'ëcran comme indiqué en 88. De cette ma nière, les spires de la bobine sont situées dans des points du champ ,électrostatique entre l'écran et le noyau qui correspondent .à une répartition uniforme du potentiel le long des spires de la bobine.
Par conséquent, aucune charge n'apparaît sur la bobine et il ne se produit point d'oscillations par suite du déve loppement de pareilles charges, les oscilla tions dont il s'agit ici étant celles dues à la capacité répartie entre les spires de la bobine.
La fig. 15 montre une autre manière d'obtenir le même résultat, à savoir la répar tition uniforme de potentiel presque instan tanée le long des spires de la bobine lors de l'application de la tension. Suivant cette fi gure, des petits condensateurs 89 sont con nectés entre une extrémité 90 de la bobine et les spires successives respectives 91 en uti lisant des condensateurs de grandeurs telles quils amènent chaque spire à son potentiel normal. Par ce moyen, des charges apparaî tront sur les spires de la bobine, mais au lieu d'être obligées de passer par l'enroulement et de provoquer par conséquent des oscillations, ces potentiels sont envoyés directement dans les spires au moyen des condensateurs 89.
La fig. 15 montre une forme d'exécution ultérieure, et celle qui convient peut-être. lé mieux, pour munir d'une dérivation chaque spire de la bobine. Dans la disposition sui vant la fig. 15, ces condensateurs de dériva tion sont de capacité égale et ont une capa cité qui est grande en comparaison de la ca pacité électrostatique des spires de la bobine. Ils sont connectés entre les spires successives et assurent une répartition uniforme de la tvrision entre les spires de la bobine.
Dans ce cas, il apparaîtra à nouveau des charges sur les spires de la bobine, mais elles seront ali mentées instantanément par les condensateurs et non avec retard par les spires de la bobine. Bien que les condensateurs 89 et 93 dans les fig. 15 et 14 aient une capacité très petite, par exemple de l'ordre du centième de micro- farad, ils ont néanmoins une grande capacité en comparaison de la capacité entre des spi res successives de la bobine.
Dans la construction de bobine représen tée aux fig. 13, 14 et 15, le courant qui pas sera par suite d'une cause de retour d'arc différera du courant qui passe dans la bobine de réactance décrite en regard de la fig. 12 parce que l'écran suivant la fig. 13 ou les condensateurs 89 ou 93 suivant les fig. 15 et 14 produiront un courant primitif relative ment grand parce que l'écran reçoit (ou perd) une charge ou parce que les spires de la bo bine reçoivent (ou perdent) une charge par l'intermédiaire des condensateurs connectés, mais cette opération de charge sera complétée presque instantanément,
après quoi le courant revient à une faible valeur après un temps tellement court qu'un arc subsistant de lui- même ne saurait se former. En général, un à- coup de courant primitif plus grand que la valeur d'un dixième d'ampère ou plus grand qu'un ampère peut être toléré, si ce courant est ramené approximativement à zéro ou même inversé dans l'espace de 10-4 secondes, ou.plus généralement avant qu'un arc se maintenant automatiquement ait eu le temps de s'établir par suite de la cause de déclen chement de retour d'arc.
Bien qu'on ait indiqué plusieurs diffé rents moyens pour empêcher que le courant inverse, qui se produit comme résultat d'une cause de retour d'arc, puisse atteindre, pen dant la manifestation de la cause du déclen chement une valeur telle et dans des condi tions telles qu'un arc persistant puisse s'éta blir, ces moyens ne sont donnés qu'à titre d'exemple pour tout moyen, en général, pour reprendre temporairement la fonction de re dressement pendant une cause de retour d'arc, constituant une perturbation tempo raire du redresseur en question..
Ainsi la bo bine de réactance saturée de la fig. 1, bien qu'elle ne puisse pas remplir les fonctions d'un redresseur en permanence, agit néan moins comme redresseur temporairement grâce .à sa faculté d'imposer comme susénoncé une impédance très élevée au passage du cou rant inverse pour un très court temps de l'ordre de grandeur de 10-5 ou 10-4 secon des, tandis qu'elle offre une très petite impé dance au courant passant en direction nor male par suite à l'état saturé de la bobine de réactance.