Appareil électrique à décharge d'arc. La présente invention se rapporte à un appareil électrique à. .décharge d'arc et con cerne particulièrement des moyens d'amor- çage dont il est muni.
Dans le brevet suisse no 177047 on a dé crit un appareil électrique à décharge d'arc pourvu de moyens d'amorçage destinés à éta blir une tache .cathodique au commencement de chaque période aItive dans le redresseur.
Dans le fonctionnement d'appareils élec triques à décharge d'are pourvus de moyens d'amorçage, on a, rencontré de grandes @diffi- cultés pour provoquer la formation de la tache cathodique.
Il a souvent été proposé d'amorcer un arc avec comme cathode le bain de mercure d'un récipient à arc à mercure, au moyen d'une décharge à partir d'une électrode auxi liaire, cette décharge étant amorcée par suite de l'application d'un voltage suffisamment élevé à l'électrode auxiliaire.
En général, on ne se rend pas compte, toutefois, qu'une pa- reille décharge amorcée de cette manière s'é tablit le plus souvent sous forme d'une dé charge à incandescence, sans la formation.d'une tache cathodique par arc sur le bain -de mercure. Bien qu'il soit vrai qu'une décharge à incan- descence aboutissant à une cathode à bain de mercure ait un certain degré d'instabilité, et que sous son influence,
une tache cathodique puisse être formée spontanément, on a trouvé, néanmoins, qu'une formation spontanée pa reille -de taches cathodiques est incertaine et ne se produit qu'au hasard et non pas avec une fréquence suffisamment grande pour ré pondre aux exigences de la pratique sans em ployer des moyens dont on parlera plus loin pour augmenter grandement la probabilité d'établissement de taches cathodiques.
Sans l'emploi de moyens de ce genre, des arcs avec la cathode à. bain de mercure peuvent être amorcés par la -décharge occasionnellement, mais non pas régulièrement période par pé- riode comme on s'efforce -de le réaliser par la présente invention.
On a trouvé que la probabilité -de forma tion d'une tache cathodique au moyen d'une décharge -du type à incandescence vers un bain -de mercure est grandement augmentée en augmentant l'intensité de la décharge et on a construit des moyens pour augmenter -à tel point l'intensité de la décharge en -des points locaux sur la surface -du mercure qu'il soit certain qu'une tache cathodique se forme dans un intervalle de temps négligeable.
Le but de l'invention est !de pourvoir à -des moyens d'amorçage qui soient sensible ment indépendants -les fluctuations de la sur face cathodique et dans lesquels l'électrode d'amorçage -est séparée d'une distance sensible de la cathode.
Dans .cet ordre d'idées, l'appareil électri- que à décharge d'arc suivant l'invention com prend un récipient,, une anode et une cathode prévus -dans ce récipient à une certaine dis- tance l'une -de l'autre, une électrode auxiliaire espacée de ladite anode et -de ladite cathode,
ainsi que des moyens pour appliquer à ladite électrode auxiliaire un potentiel .capable,d'a- morcer un arc porteur -de -courant entre ladite anode et ladite cathode au commencement de chaque demi-période conductrice de courant.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre, schématiquement, un redresseur établi suivant l'invention; La fig. 2 montre une variante dans la quelle il est fait usage de corps flottants -des tinés à aider à former -des taches cathodiques; La fig. 3 est une vue similaire montrant une cathode fortement refroidie pour aider à former une tache cathodique; La fi-. 4 montre une autre variante, et La fig. 5 montre une variante comportant d'autres moyens pour provoquer la formation d'une tache cathodique.
Suivant la fig. 1, l'appareil électrique à décharge d'arc comporte une cathode -à mer cure 1 qui est isolée au moyen .d'un isolateur convenable 2, d'une anode assez rapprochée 3. Isolée de l'anode 3 et de la cathode 1 est une électrode auxiliaire ou électrode d'amorçage comprenant un élément thermionique 5 dis posé pour être relié à la cathode par l'inter médiaire d'un transformateur approprié.
Bien qu'il soit possible d'employer tout genre de transformateur convenable, il est préférable d'employer un dispositif spécial tel qu'un transformateur Tesla 7 capable -de produire non seulement un potentiel élevé, mais aussi une fréquence élevée.
On a trouvé que si une décharge auxiliaire à haute fréquence est pro voquée entre une électrode disposée pour agir comme cathode et le mercure, la probabilité d'amorçage en retour est tellement grande lors que la polarité de haute fréquence change de sens qu'une tache cathodique se formera avec certitude sur le bain .de mercure.- Entre l'a node et le transformateur est prévu un re dresseur 8 destiné à transmettre -du courant à l'enroulement primaire du transformateur 7 seulement lorsqu'un potentiel approprié est appliqué à l'anode 3 par le transformateur 9.
Dans l'exemple représenté, l'électrode auxi liaire 5 est enfermée dans une gaine protec trice 12.
En fonctionnement, la cathode thermioni- que 5 est normalement isolée .de l'électrode vaporisable. Par suite de l'application -d'un potentiel approprié à l'anode par le transfor mateur 9, le redresseur auxiliaire 8 laisse passer du courant et alimente le transforma teur -d'amorçage 7 qui provoque une conduc- tion de courant entre l'électrode vaporisable 1 et la cathode thermionique auxiliaire 5.
Le courant à haute fréquence qui est en jeu entre la cathode auxiliaire 5 et la cathode vaporisa- ble 1 change -de sens tellement rapidement que le chemin du courant entre l'électrode auxi liaire et l'électrode vaporisable reste ionisé pendant que le potentiel à haute fréquence passe par zéro et établit un potentiel positif à l'électrode auxiliaire.
Ce potentiel positif entre l'électrode -auxiliaire -et le bain de mer cure, conjointement avec le puissant courant momentané de ions positifs dirigé vers le bain -de mer-cure donne lieu à un passage de cou rant électrique -dans le même sens vers le bain rie mercure et par .conséquent à la formation d'une tache cathodique sur celui-ci. L'arc re dresseur principal s'établit automatiquement vers cette tache cathodique et met en court circuit le redresseur auxiliaire 8 et le trans formateur d'amorçage 7, de sorte que l'arc d'amorçage sera éteint et que seul l'arc por tant le courant sera maintenu dans l'appareil.
Dans la variante montrée à la fig. 2, la cathode auxiliaire thermionique -de l'exemple précédent est remplacée par une simple élec trode pleine 15. On a trouvé que lorsque cer tains corps flottent à la surface du mercure, en présence -de décharges à incandescence ou autres décharges en retour, la probabilité de la formation d'une tache cathodique est ren- rlue très grande. Ceci peut être - expliqué comme étant dû à de petites taches sur les corps flottants se chargeant en présence de la décharge à incandescence pour produire une décharge plus tard, -de façon à établir la ca thode à are.
Du Carborundum, du quartz, du verre et d'autres matières .à résistance sont des exemples du type de matière employé pour les corps flottants. A la surface -de la ca thode vaporisable, à proximité -de la cathode auxiliaire, on a placé une couche de recouvre ment 17 en matière à résistance telle que 4u Carborundum, une barrière convenable étant prévue pour retenir cette couche .de recouvre ment à l'endroit .désiré. Cette barrière peut consister en un serpentin à refroidissement à l'eau 18 submergé dans le bain de mercure, de façon à se trouver directement au-dessous de sa surface.
Il est désirable que cette bar rière soit recouverte d'une couche en matière réfractaire telle que du tungstène ou,du mo- lybdèn.e. En fonctionnement, le redresseur auxiliaire 8 laisse passer un courant lors de l'application de la polarité de potentiel ap propriée à l'anode 3 et alimente l'enroule ment primaire d'un transformateur convena ble 20. L'enroulement secondaire du trans formateur 20 est par conséquent -excité -de façon à produire un potentiel entre l'électrode auxiliaire 15 et l'électrode vapori- sable 1.
Le potentiel élevé donne lieu à une décharge probablement Nous forme d'une dé- charge à incandescence entre l'électrode auxi liaire et l'électrode vaporisable. La présence d'une matière à haute résistance 17 à la sur- face de l'électrode vaporisable 1 a pour effet que la décharge à incandescence se concentre et établit une tache cathodique à. l'électrode vaporisable 1. Si -on le désire, un condensa teur 21 peut être intercalé entre les bornes se condaires -du transformateur 20.
Ce conden saIeur sera déchargé, par suite -de la forma tion d'une décharge à incandescence, en pa rallèle avec l'enroulement secondaire du transformateur et augmentera sensiblement la densité -de courant dans la décharge et aidera d'une manière sensible à former une tache ca thodique.
Dans la variante représentée à la fig. 3, un générateur à haute fréquence 25 est inter calé entre le transformateur 20 et l'électrode auxiliaire. Au lieu de prévoir une matière à haute résistance sur l'électrode vaporisable, on a préféré ici refroidir fortement une por tion 26 de l'électrode vaporisable qui est ad jacente à l'électrode auxiliaire. Des corps froids dans un dispositif à vide, en particulier du mercure froid, sont usuellement "contami nés", comme on l'admet,
par .des taches ayant une puissance -diélectrique relativement élevée à leur surface. On a observé que, par exemple à la surface de mercure froid, il se trouve des taches d'oxydes, de nitrites, etc. et qu'en présence d'une décharge à incandes cence, ces taches se chargent pour ensuite pro voquer une décharge, produisant une tache cathodique. Il est un fait, en tout cas, sans vouloir insister sur la théorie, que -du mer cure froid forme promptement une cathode à arc sous l'influence d'un courant incandescent ou à ions positifs provenant d'une source quelconque.
Par suite de l'application -d'un potentiel convenable à l'anode 3, le redresseur auxiliaire 8 laisse passer un courant à travers le transformateur 20 dont l'enroulement se condaire se décharge à travers le générateur à haute fréquence 25 et produit une ,décharge à haut fréquence entre l'électrode auxiliaire 15 et l'électrode vaporisable 1.
La présence -d'une portion fortement refroidie 26 de l'électrode vaporisable donne lieu, probablement en en traînant la formation ,d'oxydes ou de nitrites de mercure à la surface -du mercure, à une concentration de la décharge à incandescence et par tonsséquent à la formation d'une tache cathodique.
Il .est évident que le transforma teur et le générateur à haute fréquence pour raient être remplacés par un transformateur Tesla au cas où la fréquence relativement basse de l'interrupteur du transformateur Tesla est suffisamment élevée pour provoquer la formation d'une tache cathodique aussi souvent qu'on le désire.
Dans la variante représentée à la fig. 4, la cathode auxiliaire est .constituée par une cathode thermionique 30 qui est reliée à l'é lectrode vaporisable par l'intermédiaire d'une résistance 31. La gaine protectrice 12' entourant l'électrode auxiliaire 30 s'étend -de façon que son extrémité - libre se trouve à proximité immédiate de l'électrode vaporisa- ble 1.
Lors de l'excitation de l'anode 3 avec le potentiel approprié, une déoharge aura lieu entre l'anode et l'électrode auxiliaire 30. Cette décharge passera à travers l'espace ré duit 33 prévu entre l'écran 12' et l'électrode vaporisable 1, avec l'effet de refouler l'arc contre la surface de.
l'électrode vaporisable. La résistance 31 entre l'électrode auxiliaire et la cathode vaporisable donne lieu à une différence de potentiel entre l'are et la sur face de l'électrode vaporisable adjacente à l'arc.
En raison du passage -de l'arc contre la surface du mercure, il existe là une densité très élevée de ionisation et sous l'influence de cette différence de potentiel, un large courant à ions positifs passera au mercure et donnera lieu à un courant électrique dirigé vers l'élec trode vaporisable en provoquant la formation d'une tache cathodique sur cette -dernière,
à laquelle se rejoint immédiatement l'arc re dresseur de courant qui court-circuite la ré sistance 31 entre l'électrode auxiliaire et l'é lectrode vaporisable.
Dans la variante suivant la fig. 5, l'élec trode auxiliaire est constituée par un mem bre tubulaire 35 plongeant par son extrémité libre dans l'électrode à mercure et ayant au moins à proximité de l'électrode à mercure une portion 36 en matière isolante telle que du quartz.
Une tuyère convenable 37 s'étend à partir @de l'électrode auxiliaire tubulaire et se termine à proximité immédiate de la sur- face de l'électrode vaporisable 1. Un élément de chauffage 38 alimenté à partir d'une source d'énergie 39 est placé à l'intérieur de ladite électrode auxiliaire.
On a trouvé que la probabilité -de la for mation .d'une tache .cathodique au moyen d'une décharge à incandescence devient beau coup plus grande en augmentant la pression du gaz dans la région voisine -de la cathode. Ceci est probablement dû au fait que la densité de -courant à la cathode d'une dé charge à incandescence varie avec le carré de la densité du gaz dans lequel la décharge à incandescence est en jeu.
Par conséquent, on a construit des moyens capables -de provoquer des pressions de vapeur locales élevées du mercure qui seront suffisamment grandes pour qu'une décharge à incandescence qui se produit par suite de l'application d'un voltage suffisamment élevé se transforme avec certi tude en un arc dans un intervalle de temps négligeable.
En fonctionnement, l'élément de chauf fage 39 est alimenté de courant pour produire une pression -de vapeur élevée dans l'électrode auxiliaire 35, qui se décharge à travers la tuyère 37 contre la surface .du mercure. Lors qu'un potentiel approprié est appliqué à l'a node 3, le transformateur 20 est alimenté et une,décharge se produit entre la tuyère 37 et la surface du mercure. La densité de vapeurs élevée au voisinage de la. tuyère -donne lieu à une décharge fortement concentrée qui, à son tour, provoque la formation d'une tache cathodique à la surface du mercure.