Installation comprenant une machine électrostatique et un dispositif pour en stabiliser la tension de sortie On connaît des dispositifs de régulation pour machine électrostatique, dans lesquels la tension fournie par un dispositif engendrant le courant d'ex citation est asservie à la tension que maintient la machine aux bornes du circuit de débit.
On connaît d'autre part des dispositifs de régula tion pour machine électrostatique, dans lesquels un tube électronique, jouant le rôle de résistance va riable, permet d'asservir à la tension que fournit la machine le courant débité par les ioniseurs de charge.
La présente invention a pour objet une installa tion comprenant une machine électrostatique et un dispositif pour en stabiliser la tension de sortie, la machine électrostatique comprenant un rotor isolant, au moins une paire d'inducteurs disposés au voisi nage immédiat d'une face du rotor, au moins une paire d'ioniseurs disposés au voisinage immédiat de l'autre face du rotor, et opposés aux inducteurs, la dite installation comprenant une source de tension d'excitation agencée de manière à appliquer une dif férence de potentiel entre l'un des inducteurs et l'io- niseur correspondant,
caractérisée en ce que le dis positif destiné à stabiliser la tension de sortie de la machine électrostatique comprend des moyens pour prélever une partie de la tension fournie par la ma chine, pour la commande d'au moins un tube élec tronique disposé en série dans le circuit de sortie de la machine, de façon à faire varier la tension en tre l'un des inducteurs et l'ioniseur correspondant en fonction inverse des variations de la tension de sortie, un condensateur destiné à assurer la stabilité étant en outre disposé de façon à pouvoir fournir des impulsions de courant dans le cas de variations ra- pides de l'impédance de la charge alimentée par la machine.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'invention.
La fig. 1 représente le schéma d'une installation comprenant un dispositif pour stabiliser la tension de sortie d'une machine électrostatique dont le poten tiel de la borne reliée à l'ioniseur de débit est négatif.
La fig. 2 représente le schéma d'une installation comprenant un dispositif pour stabiliser la tension de sortie d'une machine électrostatique dont le po tentiel de la borne reliée à l'ioniseur de débit est positif. L'installation représentée à la fig. 1 comprend une machine électrostatique à transporteur isolant G, schématiquement représentée, comportant un rotor cylindrique 1 en matière isolante, un inducteur de charge 2, un ioniseur de charge 3, un inducteur de débit 4 et un ioniseur de débit 5.
L'inducteur de charge 2 est relié à la borne positive d'un généra teur quelconque de haute tension continue 6, ca pable de fournir la tension d'excitation nécessaire. L'ioniseur de charge 3 est relié à la borne 12 par l'intermédiaire d'une triode 7, capable de supporter une tension anodique élevée. Une fraction de la dif férence de potentiel entre les bornes 12 et 11, cette dernière étant négative par rapport à la borne 12, est prélevée au moyen d'un diviseur 15, comparée à un étalon de tension 9, amplifiée par un amplifi cateur 8 et appliquée à la grille de la -triode 7.
Un condensateur 10 est monté entre l'ioniseur de charge 3 et l'ioniseur de débit 5 de la machine G. Des con densateurs 13 et 14 peuvent être montés en parallèle avec le diviseur 15, entre la borne 11 et le point de prélèvement 18, et entre ce point et la borne 12, pour des raisons qui seront indiquées plus loin.
L'amplificateur 8 doit avoir une bande passante de zéro à quelques centaines de périodes par seconde, et, de préférence, ne doit pas introduire dans cette zone de déphasage important ; il peut être constitué, par exemple, par deux ou plusieurs tubes en série.
Le fonctionnement est le suivant: le générateur d'excitation 6 porte l'inducteur de charge 2 à un po tentiel constant par rapport à la borne 12. Si le cou rant que débite la machine à travers le récepteur 17 a tendance à diminuer, la tension de sortie de la machine va avoir tendance à augmenter. La tension de polarisation de la grille de la triode va également augmenter. Il en résultera donc une réduction du courant passant par l'ioniseur de charge 3.
En fin de compte, la tension d'excitation de la machine c'est-à-dire la différence de potentiel entre l'induc teur de charge 2 et l'ioniseur de charge 3 va dimi nuer, entraînant une diminution du débit de la ma chine.
Le condensateur 10 assure la stabilité de la ma chine et peut fournir des impulsions de courant dans le cas de variations rapides de l'impédance du récep teur 17. En effet, en supposant, par exemple, que le potentiel de la borne 11 est de 50 kV et celui de l'ioniseur de charge 3, 15 kV, le condensateur 10 est chargé sous une différence de potentiel de 65 kV.
Si l'impédance du récepteur 17 décroît, la diffé rence de potentiel entre les bornes 11 et 12 va bais ser, par exemple, à 49 kV, et le potentiel de l'ioni- seur de charge 3 va baisser, par exemple, à 5 kV. Dans ces conditions, le condensateur 10 de capacité C, aura à ses bornes une différence de potentiel de 54 kV, après avoir perdu une charge Q égale à Q = C - (65 - 54) Coulombs.
Il aura donc fourni instantanément une impulsion que la machine au rait apportée avec un retard inhérent à son fonction nement. D'autre part, il peut arriver que la machine ne puisse pas par elle-même fournir une impulsion d'amplitude suffisante.
Les condensateurs 13 et 14 ne sont pas indis pensables, mais peuvent permettre de compenser les distorsions dues aùx amplificateurs ou d'avoir une réponse variable suivant les fréquences. En augmen tant, par exemple, la capacité du condensateur 13, on accentue la réponse aux fréquences élevées, ce qui améliore encore la fourniture d'impulsions brè ves.
Le montage que représente la fig. 2 concerne le cas où la tension de la borne 11 est positive par rap port à la borne 12. La triode 7 est montée entre l'io- niseur de débit 5 et la borne 11 ; l'inducteur de dé bit 4 est relié, non pas à l'ioniseur de débit 5, com me dans le montage décrit sur la fig. 1, mais à la borne 11. L'ioniseur de charge 3 est relié à la borne 12.
L'inducteur de charge 2 est relié à la borne négative d'un générateur quelconque de haute ten sion continue 16. La grille de la triode 7 est reliée, comme dans la fig. 1, à un point du diviseur de ten sion 15 par l'intermédiaire de l'amplificateur 8 et de l'étalon de tension 9. Dans ces conditions, la triode 7 agit sur la différence de potentiel entre l'in ducteur de débit 4 et l'ioniseur de débit 5, provo quant ainsi des variations d'intensité du courant que débite cet ioniseur.
Le fonctionnement est le suivant : si le courant débité dans la charge 17 a tendance à diminuer, le potentiel de la borne 11, c'est-à-dire la tension de sortie de la machine, a tendance à augmenter. Si l'amplificateur 8 et l'étalon de tension 9 sont choisis de façon que la tension de la grille de la triode 7 devienne alors plus positive par rapport à la ten sion de la borne 11, le courant à travers la triode augmente et la tension entre sa cathode et son anode diminue, ce qui réduit la différence de potentiel en tre inducteur et ioniseur de débit, entraînant une di minution de débit de la machine.
Le condensateur 10, monté entre l'ioniseur de débit et l'ioniseur de charge assure la stabilité et peut fournir des impulsions. Les condensateurs 13 et 14 jouent le même rôle que dans le cas de la fig. 1. On peut naturellement apporter de nombreuses modifications aux schémas fonctionnels des fig. 1 et 2. La chaîne de résistances constituant le diviseur de tension 15 pourrait notamment être remplacée par un dispositif rotatif électrostatique à influence. Un tel dispositif permet, en effet d'obtenir, dans le cir cuit de réglage, un courant proportionnel à la va leur de la tension mesurée.
Selon une variante avan tageuse, l'amplificateur 8 peut être prévu pour at taquer la triode 7 par la cathode, la grille de la triode étant alors reliée à une borne de la machine, soit à la borne de haute tension, soit à la borne de masse. L'amplificateur pourrait notamment être constitué par une pentode dont l'anode est reliée à la cathode de la triode. La pentode et la triode sont alors bran chées en série l'une avec l'autre.
Le demandeur a déjà réalisé plusieurs montages tels que ceux qui viennent d'être décrits. Un de ces montages, correspondant au schéma de la fig. 1, avait les caractéristiques suivantes : la machine élec trostatique était d'un des types décrits dans le bre vet suisse No 317644. Les dimensions du rotor étaient les suivantes - longueur: 18 cm - diamètre : 15 cm La tension et le débit maximum étaient respec tivement de 150 kV et 2 mA.
Le générateur d'excitation était du type redres seur à cascade fournissant 30 kV.
La triode était du type TH-100, pouvant sup porter une tension directe de 20 kV.
L'amplificateur à courant continu 8 était cons titué par la triode TH-100 et une pentode, en série. L'étalon de tension 9 était constitué par une pile de 90 volts. . Le condensateur 10 avait une capacité de 5000 pF, et était susceptible de résister à une ten sion de 200 kV.
Le diviseur était constitué par une chaîne de résistances, haute tension, de 3000 MQ.
Les condensateurs 13 et 14 avaient des capacités respectives de 50 et 200 pF.
Dans ces conditions, les variations de la tension fournie par la machine étaient de 20 volts environ, lorsque l'impédance du circuit récepteur restait constante ; la stabilité de la machine était donc as surée à 1/10 000, malgré les variations de tension dues aux variations de vitesse de rotation du rotor, aux perturbations dans l'ionisation créant les char ges électriques transportées par le rotor, aux petites décharges locales parasites, etc. Les variations étaient de 500 volts environ, en cas de brusques variations de l'impédance du circuit récepteur, ce qui corres pond à une stabilité assurée à 1/300 près.
Installation comprising an electrostatic machine and a device for stabilizing the output voltage. Regulating devices for electrostatic machines are known, in which the voltage supplied by a device generating the excitation current is slaved to the voltage maintained by the machine at flow circuit terminals.
On the other hand, regulating devices for electrostatic machines are known, in which an electron tube, playing the role of variable resistance, makes it possible to control the current supplied by the charge ionizers to the voltage supplied by the machine.
The present invention relates to an installation comprising an electrostatic machine and a device for stabilizing the output voltage thereof, the electrostatic machine comprising an insulating rotor, at least one pair of inductors arranged in the immediate vicinity of a face of the rotor. , at least one pair of ionizers arranged in the immediate vicinity of the other face of the rotor, and opposed to the inductors, said installation comprising an excitation voltage source arranged so as to apply a potential difference between one inductors and the corresponding ionizer,
characterized in that the positive device intended to stabilize the output voltage of the electrostatic machine comprises means for taking part of the voltage supplied by the machine, for controlling at least one electronic tube arranged in series in the output circuit of the machine, so as to vary the voltage between one of the inductors and the corresponding ionizer as an inverse function of the variations in the output voltage, a capacitor intended to ensure stability being further arranged so to be able to supply current pulses in the event of rapid variations in the impedance of the load supplied by the machine.
The appended drawing represents, by way of example, two embodiments of the invention.
Fig. 1 shows the diagram of an installation comprising a device for stabilizing the output voltage of an electrostatic machine whose terminal potential connected to the flow ionizer is negative.
Fig. 2 represents the diagram of an installation comprising a device for stabilizing the output voltage of an electrostatic machine, the terminal potential of which connected to the flow ionizer is positive. The installation shown in fig. 1 comprises an electrostatic machine with insulating conveyor G, schematically represented, comprising a cylindrical rotor 1 made of insulating material, a charge inductor 2, a charge ionizer 3, a flow inductor 4 and a flow ionizer 5.
The charge inductor 2 is connected to the positive terminal of any high voltage direct current generator 6, capable of supplying the necessary excitation voltage. The charge ionizer 3 is connected to terminal 12 via a triode 7, capable of withstanding a high anode voltage. A fraction of the potential dif ference between terminals 12 and 11, the latter being negative with respect to terminal 12, is taken by means of a divider 15, compared to a voltage standard 9, amplified by an amplifier 8 and applied to the grid of -triode 7.
A capacitor 10 is mounted between the charge ionizer 3 and the flow ionizer 5 of the machine G. Condensers 13 and 14 can be mounted in parallel with the divider 15, between terminal 11 and the sampling point 18 , and between this point and terminal 12, for reasons which will be indicated below.
The amplifier 8 must have a passband of zero to a few hundred periods per second, and, preferably, must not introduce into this zone of significant phase shift; it can be formed, for example, by two or more tubes in series.
The operation is as follows: the excitation generator 6 brings the charge inductor 2 to a constant potential with respect to the terminal 12. If the current which the machine delivers through the receiver 17 tends to decrease, the machine output voltage will tend to increase. The bias voltage of the triode gate will also increase. This will therefore result in a reduction in the current flowing through the charge ionizer 3.
In the end, the excitation voltage of the machine i.e. the potential difference between the charge inductor 2 and the charge ionizer 3 will decrease, causing a decrease in the flow rate of the battery. my china.
The capacitor 10 ensures the stability of the machine and can supply current pulses in the event of rapid variations in the impedance of the receiver 17. Indeed, assuming, for example, that the potential of terminal 11 is 50 kV and that of the charging ionizer 3, 15 kV, the capacitor 10 is charged under a potential difference of 65 kV.
If the impedance of receiver 17 decreases, the potential difference between terminals 11 and 12 will decrease, for example, to 49 kV, and the potential of the load ionizer 3 will decrease, for example, to 5 kV. Under these conditions, the capacitor 10 of capacity C, will have at its terminals a potential difference of 54 kV, after having lost a charge Q equal to Q = C - (65 - 54) Coulombs.
It will therefore have provided instantaneously an impulse which the machine provided with a delay inherent in its operation. On the other hand, it may happen that the machine cannot by itself provide a pulse of sufficient amplitude.
The capacitors 13 and 14 are not essential, but can make it possible to compensate for the distortions due to the amplifiers or to have a variable response according to the frequencies. By increasing, for example, the capacitance of capacitor 13, the response at high frequencies is accentuated, which further improves the delivery of short pulses.
The assembly shown in FIG. 2 concerns the case where the voltage of terminal 11 is positive with respect to terminal 12. The triode 7 is mounted between the flow ionizer 5 and terminal 11; the flow inductor 4 is connected, not to the flow ionizer 5, as in the assembly described in fig. 1, but at terminal 11. Charge ionizer 3 is connected to terminal 12.
The charge inductor 2 is connected to the negative terminal of any high voltage DC generator 16. The gate of the triode 7 is connected, as in FIG. 1, at a point of the voltage divider 15 via the amplifier 8 and the voltage standard 9. Under these conditions, the triode 7 acts on the potential difference between the flow inductor 4 and the flow rate ionizer 5, thus causing variations in the intensity of the current which this ionizer delivers.
The operation is as follows: if the current delivered into the load 17 tends to decrease, the potential of terminal 11, that is to say the output voltage of the machine, tends to increase. If amplifier 8 and voltage standard 9 are chosen such that the gate voltage of triode 7 then becomes more positive with respect to the voltage at terminal 11, the current through the triode increases and the the voltage between its cathode and its anode decreases, which reduces the potential difference between the inductor and the flow ionizer, leading to a reduction in the flow of the machine.
The capacitor 10, mounted between the flow ionizer and the charge ionizer ensures stability and can provide pulses. The capacitors 13 and 14 play the same role as in the case of FIG. 1. Naturally, many modifications can be made to the functional diagrams of FIGS. 1 and 2. The chain of resistors constituting the voltage divider 15 could in particular be replaced by an electrostatic rotary influence device. Such a device makes it possible to obtain, in the control circuit, a current proportional to the value of the measured voltage.
According to an advantageous variant, the amplifier 8 can be provided to attack the triode 7 via the cathode, the gate of the triode then being connected to a terminal of the machine, either to the high voltage terminal or to the terminal massive. The amplifier could in particular consist of a pentode, the anode of which is connected to the cathode of the triode. The pentode and the triode are then connected in series with each other.
The applicant has already made several assemblies such as those which have just been described. One of these assemblies, corresponding to the diagram of FIG. 1, had the following characteristics: the elec trostatic machine was of one of the types described in Swiss patent No 317644. The dimensions of the rotor were as follows - length: 18 cm - diameter: 15 cm The maximum voltage and flow were 150 kV and 2 mA respectively.
The excitation generator was of the cascade rectifier type providing 30 kV.
The triode was of the TH-100 type, capable of supporting a forward voltage of 20 kV.
The DC amplifier 8 was made up of the TH-100 triode and a pentode, in series. Voltage standard 9 consisted of a 90 volt battery. . Capacitor 10 had a capacity of 5000 pF, and was capable of withstanding a voltage of 200 kV.
The divider was formed by a chain of resistors, high voltage, 3000 MΩ.
Capacitors 13 and 14 had respective capacities of 50 and 200 pF.
Under these conditions, the variations in the voltage supplied by the machine were approximately 20 volts, when the impedance of the receiver circuit remained constant; the stability of the machine was therefore assured at 1 / 10,000, despite the voltage variations due to variations in the rotational speed of the rotor, to disturbances in the ionization creating the electric charges carried by the rotor, to small local discharges parasites, etc. The variations were about 500 volts, in the event of sudden variations in the impedance of the receiver circuit, which corresponds to a stability assured to within 1/300.