Dispositif de commande de la polarité d'une machine génératrice électrostatique à induction. La présente invention concerne tin dispo sitif de commande de la polarité d'une ma chine génératrice électrostatique à induction, à transporteurs conducteurs constituant un rotor de machine principale et de machine excitatrice.
On sait que les machines de ce type s'amor cent, au départ, sous l'effet des charges rési duelles existant sur les inducteurs et que, lors (le cet amorçage, elles peuvent adopter indif- l'érertrment une polarité ou l'autre si l'on ne prend pas de précautions particulières, et que cette polarité, une fois adoptée, reste norma lement la même jusqu'au premier arrêt pro- lorr,#é de la machine.
La présente invention a pour but d'éviter le, inconvénients qui découlent du fait que la polarité de la machine dépend du hasard.
Le dispositif conforme à l'invention est earactérisé par un condensateur intercalé entre un pôle de la machine et un balai qui est en contact avec le secteur de touche d'un transporteur lorsque cedit transporteur fait face à un inducteur, la capacité dudit conden- sateur étant supérieure à. la capacité ma.xi- muni pouvant exister entre .cet inducteur et ce transporteur.
On verra plus loin que, grâce à cette dis position, lorsque la machine débite un courant suffisant, elle renverse périodiquement sa. po- larité, à condition que ledit condensateur soit maintenu constamment dans le circuit.
Préférablement, toutefois, on prévoit des moyens pour mettre le condensateur en et hors du circuit à volonté ou automatiquement, pour limiter son action à un seul changement de polarité éventuel, en vue de fixer la pola rité de la machine dans un sens prédéterminé, à un moment quelconque de son fonctionne ment, quelle que soit la polarité adoptée ori ginellement par ladite machine.
Des formes de réalisation du dispositif selon l'invention sont décrites plus en détail ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés. Dans ces dessins fig. 1 est une coupe longitudinale schéma tique partielle d'une machine génératrice électrostatique de forme cylindrique qui, au point de vue électrique, présente deux rotors, l'un de machine principale et l'autre de ma chine excitatrice; fig. 2 est un schéma. comportant côte à côte les deux coupes transversales des rotors de la machine de fig. 1, avec l'indication des connexions électriques;
fig. 3 est un schéma de montage conforme à l'invention et permettant de fixer à volonté la polarité d'une génératrice électrostatique; fig. 4 est une variante de fig. 3, permet tant de fixer automatiquement la polarité.
La machine représentée schématiquement aux fig. 1 et 2 comporte deux pièces semi- cylindriques 1 et 2 portées par des flasques terminaux 3 et 4 et entourant deux rotors portés par un noyau commun 5 en matière isolante calé sur un arbre rotatif 6. L'un de ces rotors est formé par deux transporteurs semi-cylindriques 7 et 8 disposés à la périphé rie du noyau 5 et coopérant avec les pièces 1 et 2 pour former la génératrice principale; la pièce 1 jouant, pour ce rotor, le rôle d'écran, tandis que la pièce 2 joue le rôle d'inducteur.
Les transporteurs 7 et 8 sont re liés respectivement à des secteurs de touche 9 et 10, portés par le noyau 5 et coopérant avec des balais fixes 11 et 12. Le second rotor est formé de deux transporteurs semi-cylindri- ques 13 et 14 disposés respectivement dans le prolongement des transporteurs 7 et 8, mais présentant parallèlement à l'axe de la machine une longueur inférieure à. celle de ces der niers, la pièce 1 jouant, pour ce rotor, le rôle d'inducteur, tandis que la pièce 2 forme écran. Ces transporteurs 13 et 14 sont reliés respectivement. à des secteurs de touche 15 et 16, portés par le noyau 5 et coopérant avec les balais fixes 17 et 18, le second rotor cons tituant une génératrice auxiliaire pour l'exci tation de la génératrice principale.
L'ensem ble est enfermé dans une enveloppe métalli que étanche 19 à l'intérieur de laquelle on fait régner une pression de gaz élevée.
Le balai 11 de la génératrice principale est relié à l'un des pôles 20u de la machine par l'intermédiaire d'un conducteur 21, de la pièce 1. et d'un conducteur 22 traversant de façon isolée l'enveloppe 1.9 de la machine. Le balai 12 de la génératrice principale est relié par un conducteur 23a, qui traverse de façon isolée l'enveloppe 19, à l'une des armatures 2-1a, d'un condensateur 24 dont la capacité est très supérieure à la capacité maximum qui peut être formée entre -un transporteur et un inducteur de la génératrice principale, et dont l'autre armature 20b est reliée, par un conducteur 23b, à l'enveloppe 19.
D'autre part, le balai 17 de l'excitatrice est relié, par un conducteur 25, directement. à. l'enveloppe 19, tandis que le balai 18 est. relié à la pièce 2 par un conducteur 26.
Le second pôle 20b de la machine est pris sur l'enveloppe 19, qui constitue la masse tic la machine.
La machine ainsi constituée fonctionne (le la façon suivante: On supposera que les rotors sont entraînés en rotation par l'arbre 6 dans le sens indiqué par la flèche et. que la position initiale est celle qui précède de 1.80 la position représen tée à. la fig. 2. On supposera également que le potentiel de la pièce 1 est initialement. négatif et égal à - U, celui de la pièce 2 étant po sitif et égal à + U'.
Si, initialement, le condensateur 24 n'a aucune charge, le transporteur 8 en venant vis-à-vis de l'inducteur 2 dans la position de. la fig. 2 lui emprunte de l'électricité négative sous l'influence de l'inducteur 2. Lorsque immédiatement après la position représentée - le contact entre le secteur 10 et le balai 1\? est rompu, ce transporteur 8 entraîne donc avec lui une charge négative et l'électrode 21a du condensateur 24 se trouve maintenant.
à un potentiel positif par rapport à la masse, la différence de potentiel aux bornes du con densateur étant beaucoup plus petite que celle entre le transporteur 8 et l'inducteur 2, du fait que la capacité entre ces deux organes est beaucoup plus petite que celle du condensateur. Toutefois, à cause de ce condensateur, le transporteur 8 a reçu une charge moindre que si le balai 12 avait- été réuni directement à la masse, c'est-à-dire une charge inférieure <I>à - CU,</I> C étant la capacité entre inducteur et transporteur.
Lorsque, le rotor poursuivant sa rotation, le contact s'établit. entre le secteur 10 et le balai 17., la charge emportée par le transpor teur 8 est, cédée au circuit extérieur non re présenté par l'intermédiaire dut pôle 20a, cette cession étant favorisée par la présence de l'écran 1 qui se trouve porté au même po tentiel que le transporteur 8 et évite ainsi toute influence de la masse sur ce dernier.
Pendant ce temps, 1e transporteur 13 de l'excitatrice qui, en passant en regard de l'inducteur 1 tout en étant en contact. avec la masse, avait pris une charge positive, cède cette charge, par l'intermédiaire du secteur 16 et du balai 18, à la pièce -2, qui forme écran pour l'excitatrice et dont le potentiel se trouve ainsi maintenu à la valeur voulue pour influencer le transporteur 7. Ce dernier, lorsqu'il est en présence de l'inducteur 2, prend une charge moindre que celle qu'avait emportée précédemment le transporteur 8.
En effet, la différence de potentiel aux bornes du condensateur 24 se trouve, du fait de la eliarge que prend alors le transporteur 7, accrue par rapport à la différence de poten tiel qui existait auxdites bornes au moment où le contact s'est rompu entre le secteur 1.0 et le balai 12; ce n'est donc plus sous la dif férence de potentiel entre inducteur et masse que se charge le transporteur 7, mais sous cette différence de potentiel diminuée de celle aux bornes du condensateur 24, qui est de sens opposé à la première.
Le transporteur 7 cède ensuite cette charge diminuée au circuit extérieur sur lequel dé bite la machine, et. le cycle se poursuit de cette facon, les charges successivement, apportées par les transporteurs audit circuit extérieur décroissant donc progressivement.
Il en ré sulte que si la résistance de ce circuit exté rieur n'est pas très élevée, la tension aux bornes de la machine décroit également, et cela d'autant plus que l'inducteur 1 de l'exci tatrice étant relié à la borne 20a, son poten tiel diminue de faon correspondante, d'où il résulte une diminution progressive du débit de l'excitatrice . et, en conséquence et par .suite clés fuites du potentiel de l'inducteur 2, de la génératrice principale.
Quand le débit de la génératrice princi pale et de son excitatrice est très voisin de zéro, il arrive un moment où c'est le conden sateur 24 qui commence à charger positive- uient les transporteurs 7 et 8 lorsqu'ils sont mis en relation avec son électrode 24a. La po larité de la pièce 1, qui se trouve mise en relation avec lesdits transporteurs, se ren verse, de même que celles des charges empor tées par les transporteurs 13 et 14 de l'excita- trice, ce qui conduit à une chute rapide du potentiel de l'inducteur 2, puis à son change ment de signe.
Le condensateur 24 se décharge complètement, puis le cycle qui vient d'être décrit se répète, mais avec des potentiels de signes opposés pour tous les organes de la machine. Le condensateur se recharge, son armature 24a étant alors négative, les charges positives apportées par les transporteurs 7 et 8 au circuit extérieur par la borne 20a dé croissant de nouveau, peu à peu, et la polarité de la machine est à nouveau renversée et ainsi de suite.
Il est facile de voir que l'on obtiendrait également, de faon analogue, des renverse ments périodiques de polarité en intercalant un condensateur entre le balai 17 de l'excita- trice et le pôle 20b (relié à la masse 19) au lieu de l'intercaler entre ce pôle et le balai 12 de la génératrice principale. La période des renversements de polarité est déterminée notamment par la capacité du condensateur et son isolement., cette période étant d'autant plus grande que la capacité du condensateur est plus élevée et que son isole ment est meilleur.
Il sera donc possible de ré gler cette période en jouant particulièrement sur le premier de ces paramètres et, éventuel lement, sur le courant de fuite, au moyen d'une résistance de valeur élevée shuntant le condensateur, une telle résistance étant repré sentée en traits interrompus à la fig. 2, sous la référence 27. Il est, en outre, avantageux de prévoir en tous cas une iliite dans le circuit de débit de la machine (donc entre les pôles 26u et 20b) soit par le moyen d'une résistance élevée, soit encore, par exemple, par le moyen d'un dispositif à effluve.
En effet, on com prend facilement que le dispositif décrit ne peut donner lieu à un renversement de pola rité si la résistance du circuit de débit est trop élevée. De plus, il est prudent de prévoir un limitateur de tension, tel qu'un petit éclateur ou un petit parafoudre à gaz ionisé, branché aux bornes du condensateur 24, afin d'éviter que le diélectrique de ce dernier puisse être perforé sous l'action d'une décharge consé cutive à une charge trop élevée des électrodes.
Une forme de réalisation particulièrement intéressante du dispositif selon l'invention permet de fixer à volonté la polarité d'une génératrice électrostatique à excitatrice. C'est cette forme de réalisation que l'on a repré senté à la fin. 3. Dans cette figure, 30 désigne une génératrice électrostatique du type ci dessus décrit, clans laquelle on reconnaît l'en veloppe 19, les bornes 20a et 20b et le conduc teur 23a. relié, d'une part, au balai 12 et, d'autre part, à l'armature 24a du condensa teur 24.
Un interrupteur à bouton-poussoir 31 est branché aux bornes du condensateur 24 et, à sa position de repos, met ledit condensateur en court-circuit. Enfin, l'électrode 24b du con densateur est réunie à l'enveloppe 19 de la machine, par le condensateur \_'3b, à travers un tube à décharge luminescente <B>3</B>2 shunté par une résistance élevée 33.
Ce tube 32 est du type connu en soi qui comporte deux élec trodes identiques et dans lequel, lorsqu'il est parcouru par un courant électrique, l'élec trode qui joue le rôle de cathode est. entourée d'une gaine lumineuse, ce qui permet. de cons tater immédiatement le sens dans lequel passe le courant.
Le fonctionnement du dispositif ainsi constitué est très simple. Lorsque la. généra trice est mise en marche, elle s'amorce grâce aux charges résiduelles de ses inducteurs, et sa polarité, à priori quelconque, est indiquée par le tube luminescent 32. Si cette polarité correspond à celle désirée, aucune manoeuvre n'est à exécuter. Dans le cas contraire, on appuie sur le bouton-poussoir du contact 31, ce qui a pour effet de mettre en circuit le condensateur 24. Le processus de renverse ment de la polarité, tel qu'il a été décrit. ci- dessus à propos des fin. 1 et '3 se déclenche alors.
Au fur et à mesure que ce processus se déroule, on constate que la gaine lumineuse entourant l'électrode qui joue le rôle de ca thode se rétrécit peu à peu: la machine se désamorce. Puis la gaine se forme sur l'autre électrode, ce qui indique que la machine s'est réamorcée dans l'autre sens. La lieur passe donc d'une électrode du tube à l'autre. Lors qu'elle est complètement éteinte sur la pre mière électrode et qu'elle a atteint son maxi mum d'éclat sur l'autre, on lâche le bouton de l'interrupteur 31. Le eondensatetir 24 est à nouveau mis en court-eirenit. et la polarité reste fixe.
Lorsque la polarité de la machine doit être fixée à priori de façon définitive, on peut utiliser un dispositif qui réalise automatique ment l'opération qui vient d'être décrits. Un tel dispositif est représenté à. la fig. 4, où l'on reconnaît la machine 30 avec les mêmes orga nes que ceux reproduits à la fin. 3. Le eonden- sateur 24 est. ici shunté par une diode 34 dont l'anode et. la cathode sont. connectées de façon telle que le courant passe dans ladite diode dans le sens correspondant. à la polarité dé sirée.
Dans l'exemple représenté, la disposi tion adoptée est celle qui donne lieu à. un po tentiel négatif pour la. borne 20c.. Si la ma chine, lors de sa. mise en marche, s'amorce dans le sens désiré, le courant. passe à. travers la diode 34 et, le condensateur 24, qui se trouve ainsi court-circuité, est. sans effet.
Si, au contraire, la machine s'amorce en sens iii- verse, c'est-à-dire dans celui qui tend à con férer à la borne 20a un potentiel positif, la diode 34 bloque le courant, le condensateur 24 se charge progressivement. et, après qu'un cycle du processus de renversement de pola rité ci-dessus exposé a été parcouru, la pola rité désirée est. obtenue. La diode devient alors conductrice et le condensateur, mis en court-circuit, cesse d'intervenir: la polarité est. fixée.
On a avantage à disposer, en série avec la diode, une résistance 35, de facon à éviter qu'une décharge intempestive du condensa teur détermine la destruction de la diode.
On peut utiliser, à la place de la diode décrite à titre d'exemple, tout autre organe à conductibilité unilatérale susceptible d'em pêcher le passage d'un courant, dans un sens, sous la tension maximum qui peut exister aux bornes du condensateur, mais qui laisse par contre librement passer un courant quelcon- < lue dans l'autre sens.