Générateur de courant continu haute tension La présente invention a pour objet un généra teur de courant continu haute tension, comportant des éléments redresseurs à cathode chauffante et monté en multiplicateur de tension.
On sait que l'on produit à l'heure. actuelle des courants de tension continue de valeur élevée par les deux procédés habituels suivants - le redressement d'une tension alternative de valeur élevée à l'aide d'un élément redresseur cons titué en général par kénotron; - l'emploi de machines électrostatiques de dif férents types transformant directement l'énergie mé canique en énergie électrique haute tension.
L'avantage de la première solution est constitué par le fait qu'elle met en oeuvre un matériel purement statique ; une amélioration de ce procédé consiste à prendre une source de tension alternative de valeur beaucoup plus faible que la tension continue que l'on désire obtenir et à recourir à une combinaison de condensateurs et d'éléments redresseurs bien connue sous le nom de multiplicateur de tension et compre nant deux colonnes de condensateurs.
Dans un multiplicateur de tension, si on suppose que le débit continu est égal à zéro, la tension conti nue V obtenue en régime permanent est donnée par la formule V=U,Ny2, N étant le nombre total de redresseurs employés (ce nombre N est un nombre pair si l'on veut éviter que la tension continue obtenue présente des ondula tions importantes) et Ue étant la tension alternative efficace appliquée au multiplicateur.
Dans ce cas, si la tension Ue est appliquée à la base de la colonne de gauche, la tension continue est prélevée au sommet de la colonne de droite et inversement.
Les avantages d'un tel type de générateur sont les suivants - utilisation de redresseurs de faible tension inverse ; - répartition régulière de la tension le long des colonnes constituant généralement l'appareil ; - impédance plus faible et tension plus faible de la source alternative.
Cette dernière considération est d'ailleurs essen tielle dans le cas où la source alternative n'est pas constituée par un transformateur raccordé au réseau général électrique de distribution, mais par un gé nérateur de fréquence plus élevée comprise, par exemple, entre 1000 Hz et 1 MHz.
Par contre, un générateur du type précité pré sente un certain nombre d'inconvénients - le montage est plus compliqué que celui d'un simple redresseur et fait apparaître, en particulier, la nécessité d'employer autant de condensateurs que d'éléments redresseurs ; - l'emploi comme redresseurs d'éléments secs, par exemple du type au sélénium, entraîne un prix de revient important ; - l'emploi de tubes à vide (valves ou kéno trons) entraîne la présence d'un transformateur d'iso lement destiné à fournir un enroulement de chauffage séparé par tubes à vide utilisés, le dernier tube des colonnes nécessitant par là même un isolement très important.
Le générateur de courant haute tension faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il com prend une source de courant utilisée pour le chauf fage de chaque cathode, chaque source étant consti tuée par un élément conducteur d'un câble formant le secondaire d'un transformateur dont le primaire est parcouru par un courant alternatif, ce câble com portant une âme conductrice et au moins une gaine conductrice coaxiale avec ladite âme, chaque élément conducteur étant isolé des éléments conducteurs voi sins par une gaine diélectrique. Le transformateur assure à la fois le chauffage des éléments redresseurs utilisés dans le montage multiplicateur et les liaisons capacitives entre ces éléments.
L'emploi d'un tel transformateur permet donc de supprimer les condensateurs utilisés ordinairement. Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, deux formes d'exécution du gé nérateur selon l'invention et un schéma de principe. La fig. 1 montre le schéma de principe. La fig. 2 est une vue en perspective de la pre mière forme d'exécution.
La fig. 3 est une vue en perspective de la deuxième forme d'exécution. Sur la fig. 1, on a représenté le schéma d'un multiplicateur de tension du type classique fournis sant une tension négative par rapport à la terre. Ce multiplicateur comprend deux colonnes de con densateurs 1 et 2 montés en série.
Des conducteurs 3 reliés aux armatures des con densateurs 1 et des conducteurs 4 reliés aux arma tures des condensateurs 2 sont réunis par des élé ments redresseurs 5. Une source 6 de tension alter native est utilisée pour l'alimentation de l'ensemble qui est relié à la terre en 7 et débite un courant négatif en 8.
Dans la première forme d'exécution représentée à la fig. 2, le générateur à haute tension est monté en multiplicateur de tension à six étages fournissant une tension négative par rapport à la terre et cor respondant au schéma classique de la fig. 1, mais comportant un transformateur spécial.
Un circuit magnétique 9 est parcouru par un flux alternatif créé à l'aide d'un enroulement 10 relié à une source de tension alternative 11, constituée par exemple par le secteur.
Deux câbles 12 et 13, d'un type particulier qui sera décrit ci-après, font chacun au moins un demi tour autour du circuit magnétique 9.
Les câbles 12 et 13 sont fabriqués selon une des techniques communément utilisées pour la réalisa tion de câbles coaxiaux ;ils possèdent une âme con ductrice 14 et une série de gaines conductrices co axiales 15 isolées les unes des autres et de l'âme 14 par des gaines diélectriques 16. Deux gaines con ductrices 15 successives, séparées par une gaine di électrique 16 constituent un condensateur cylindrique. Ces divers condensateurs sont disposés en série par la constitution même du câble et ils jouent respecti vement dans chaque câble le rôle des condensateurs 1 et 2 de la fig. 1.
Si on considère dans chaque câble 12 et 13 les deux extrémités d'une même gaine conductrice 15, entre ces deux points il existe une différence de potentiel du fait que ladite gaine 15 fait au moins un demi-tour autour du circuit magnétique 9 et qu'ainsi elle forme une boucle parcourue par un flux d'induction alter natif.
Cette différence de potentiel est utilisée pour le chauffage d'éléments redresseurs 17 tels que des valves ou des kénotrons.
Les éléments redresseurs 17, qui sont les homo logues des éléments 5 de la fig. 1, sont disposés con formément au schéma de cette fig. 1. Les deux bornes de l'élément chauffant de chaque cathode des éléments redresseurs 17 sont respectivement reliées aux deux extrémités de la gaine conductrice 15 (ou de l'âme 14) correspondante, les deux bornes étant ainsi alimentées en courant alternatif, tout en étant portées au potentiel haute tension de la cathode cor respondante.
La seconde forme d'exécution représentée à la fi-. 3 est semblable à celle décrite précédemment, mais le générateur est destiné à fournir une tension positive par rapport au potentiel de la terre. Les éléments utilisés sur les schémas des fig. 2 et 3 sont les mêmes, ils portent les mêmes numéros de réfé rence, seul le mode de connexion est différent.
Si chaque colonne de redressement doit com porter 2 éléments, chaque câble sera constitué, outre l'âme 14, par 2 conducteurs 15 cylindriques superposés. Ceux-ci sont de longueur décroissante, leurs extrémités respectives se trouvant dans les co lonnes de redressement à la hauteur prévue pour l'alimentation du filament de l'élément 17 corres pondant.
Les avantages d'un tel dispositif sont les sui vants : le flux circulant dans le circuit magnétique 9 est judicieusement déterminé de telle sorte qu'il existe entre les deux extrémités du conducteur central 14 de chacun des deux câbles, ainsi qu'entre les extré mités respectives des conducteurs cylindriques super posés 15, une tension égale à la tension d'alimenta tion du filament des éléments 17 ; ceux-ci sont donc alimentés normalement en tension de chauffage.
Si l'on considère deux éléments 17 successifs chauffés par le même câble, il est facile de voir que les diffé rences du potentiel moyen de deux gaines conduc trices 15 successives assurant le chauffage sont égales à 2'y 2 Ue, UP étant la tension alternative efficace appliquée au multiplicateur.
Il suffit donc de prévoir entre ces deux gaines conductrices successives 15 une couche d'isolant 16 suffisante pour résister à une telle tension. La pré sence de cette gaine diélectrique 16 permet de réa liser, en outre, un condensateur cylindrique (avec les deux gaines conductrices 15 qui l'entourent) qui joue le même rôle que les condensateurs 1 (ou 2) de la fig. 1.
En d'autres termes, chaque câble 12 ou 13 est constitué par une succession de tubes isolants 16 et conducteurs 14 ou 15 assurant une répartition régu lière de la tension depuis le conducteur central 14 jusqu'à la périphérie, la capacité existant entre les différents éléments conducteurs remplaçant les con ducteurs de liaison du montage connu de la fig. 1.
Les gaines conductrices 15 les plus extérieures constituent, en outre, la deuxième armature, d'une part, d'un condensateur 18 alimentant le dispositif en courant alternatif à partir d'une source 19 et, d'autre part, d'un condensateur 20 relié à la masse en 21.
C'est la raison pour laquelle on a indiqué pré cédemment que si N est le nombre total des élé ments 17, chaque câble est constitué par 2 conduc teurs cylindriques 15 en plus du conducteur central 14, c'est-à-dire un conducteur de plus que le nombre d'éléments 17 de chaque colonne .
On a mentionné précédemment que dans le trans formateur de chauffage du générateur décrit, chacun des deux câbles 12 et 13 ne fait qu'un demi-tour autour du circuit magnétique 9 (boucle unique). Comme la plupart des éléments redresseurs commu nément utilisés demandent une tension de chauffage de plusieurs volts, on peut être amené à augmenter le nombre de boucles que chacun des câbles effectue autour du circuit magnétique 9.
On peut également avoir recours à deux trans formateurs séparés, chaque transformateur ayant pour secondaire l'un des câbles.
A titre indicatif, on mentionne qu'on peut fa briquer un câble du type des câbles 12 et 13 en enroulant en hélice sur un conducteur central rigide constitué, par exemple, par un tube de cuivre, un ru ban en polyéthylène suffisamment large et avec un chevauchement suffisant, de telle sorte que la ligne de fuite soit importante.
Sur ce ruban en polyéthylène, on emmanche une tresse métallique sur laquelle, à nouveau, est enroulée une seconde hélice en polyéthylène et ainsi de suite.
D'autres formes d'exécution sont possibles. On peut, par exemple, enrouler en hélice une tresse mé tallique sur des tubes en une matière diélectrique.
Un générateur de courant continu haute tension du type décrit peut être utilisé, par exemple, dans les installations suivantes - dispositif de dépoussiérage électrostatique ; - dispositif de peinture électrostatique ; - dispositif accélérateur de particules nuclaires ; - dispositif générateur de rayons X. Ces applications sont données, bien entendu, à titre indicatif et non limitatif.
Dans le cas d'un dispositif générateur de rayons X, le conducteur central 14 de l'un des câbles du transformateur de chauffage peut, en outre, servir au chauffage de la cathode du tube à rayons X, soit di rectement, soit à l'aide d'un autotransformateur de réglage.