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Réglage de la tension inverse.
Cette invention se rapporte à l'établissement de circuits électriques convenant pour des appareils récepteurs destinés à être alimentés par une partie seulement des impul- sions de courant provenant d'une source de courant alterna- tif à haute tension, et à la conception d'un dispositif capa- ble d'absorber l'énergie de la partie restante inutilisée de ces impulsions accompagné d'un autre dispositif faisant va- rier la quantité de cette énergie absorbée en même temps que varie la quantité d'énergie consommée par l'appareil récep-
EMI1.1
teur.
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Le choix de la'forme d'énergie électrique la plus propre à répondre à certains besoins est un problème tou- jours actuel de la science électrotechnique. Lorsqu'on doit produire des voltages relativement élevés au moyen de sour- ces à basse tension l'emploi de courants alternatifs est en quelque sorte une nécessité.
Cependant, il existe un grand nombre d'appareils qui exigent l'emploi de ces voltages relativement élevés, mais qui ne fonctionnent pas dans les meilleures conditions avec le courant alternatif,et c'est pourquoi en général, on pro- duit un courant alternatif du voltage convenable et on le redresse ensuite à l'aide de redresseurs mécaniques,chimiques ou électriques.
Dans certains cas, ces redresseurs sont des appareils distincts, mais très fréquemment, l'appareil récepteur qui consomme l'énergie remplit lui-même l'office de redresseur.
Ceci revient à dire que le récepteur agit comme une soupape permettant le passage de certaines pulsations électriques gé- néralement appelées;demi-ondes utiles et rejetant les pulsa- tions avec lesquelles elles alternent et qui constituent dans ce cas la partie inutilisée de l'onde.
L'un des plus importants appareils récepteurs consommant de l'énergie qui constitue son propre redresseur est le tube à rayons X auto-redresseur. En raison de la forme de ses élec- trodes et en raison également du haut degré de vide qui règne à l'intérieur de son enveloppe, le tube ne permet le passage de courant que dans un seul sens, laissant passer d'une part la demi-onde utile du courant qui a la polarité voulue et re- jetant d'autre part l'autre demi-onde, de telle sorte que le tu- be est alimenté par un courant pulsatoire de sens unique, ne comportant que les demi-ondes de polarité choisie.
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La demi-onde rejetée est'généralement*appelée onde inverse et ne joue aucun rôle utile dans le tube à rayons X, mais porte nettement préjudice au bon fonctionnement du tube et introduit dans le problème de l'isolement un facteur dont il faut tenir compte soigneusement dans la construction d'ap- pareils à rayons X destinés à fonctionner avec un tube auto- redresseur de ce genre.
Dans l'exposé de la présente invention, on a atta- ché une certaine importance à l'appareil à rayons X unique- ment parce que c'est ce genre d'appareil qui a été choisi pour illustrer par un exemple les avantages que procurent les perfectionnements décrits ci-dessous.
La capacité d'un appareil à rayons X ou de tout au- tre appareil électrique à haute tension, dépend de l'habile- té du constructeur à résoudre le problème de l'isolement.
Cette question est capitale pour les appareils à rayons X actuellement connus, spécialement pour ceux du type à bain d'huile. Par exemple, on emploie des tubes auto-redresseurs dans des réservoirs de capacité limitée contenant de l'huile de transformateur comme isolant. Le constructeur cherche à éviter d'augmenter les dimensions de ces réservoirs, car l'accroissement des dimensions conduit à un grand encom- brement et à un poids élevé, ce qui est à éviter non seule- ment parce que le réservoir lui-même devient lourd et peu maniable, mais encore parce que cette augmentation du poids du tube et de son réservoir oblige le constructeur à donner plus de résistance aux organes de support du réservoir et à le rendre également plus coûteux et plus difficile à manier.
Il s'ensuit qu'il est particulièrement avantageux dans la construction d'appareils radiographiques d'éviter de devoir
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agrandir le type de réservoir actuellement employé pour les tubes à rayons X, et notamment pour les tubes auto-redres- seurs, lorsqu'on augmente la force électromotrice appliquée au tube.
Il est aisé de s'apercevoir que la tension de la demi-onde utile est moins élevée que celle de la demi-onde inutilisée. Ceci est dû au fait que la demi-onde utile étant utilisée dans le tube à rayons X, sa tension diminue d'une quantité égale à la chute de tension de la source d'énergie, qui dépend de l'intensité du courant qui passe à travers le tube à rayons X. Comme aucun courant ne passe lorsque la demi-onde "inverse" est appliquée au tube, cette chute de tension ne se produit pas et toute la tension développée par la source de courant est appliquée au tube. Un oscil- logramme relevé pour éclaircir cette question, montre inva- riablement que l'amplitude de la demi-onde utile est de dix à vingt pour cent inférieure à celle de la demi-onde inverse.
L'isolement doit être calculé en tenant compte de la plus haute tension pouvant exister dans l'appareil, et comme la tension de la demi-onde inverse est de dix à vingt pour cent plus grande que celle de la demi-onde utile, le constructeur doit établir un isolement correspondant à une tension supérieure à celle employée utilement pour la pro- duction des rayons X. Ainsi, les appareils à rayons X à bain d'huile actuels sont pourvus d'un isolement établi pour une tension plus élevée que celle qui est effectivement utilisée dans le tube à rayons X contenu dans l'appareil.
Le but de la présente invention est de fournir un dispositif susceptible d'augmenter la charge utile, ou la tension utile, d'un appareil à décharge d'électrons ou de tout autre appareil électrique auto-redresseur, en augmentant l'amplitude de la demi-onde-utile,, sans augmentation corres-
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pondante de l'amplitude de la demi-onde inverse, ou même avec une réduction réelle de celle-ci.
Un autre but de l'invention est de fournir un dis- positif approprié pour commander un appareil électrique consommant de l'énergie pulsatoire à sens unique, en absor- bant sélectivement la demi-onde inutilisée et en réglant cette absorption sur les variations de la charge appliquée à l'appareil récepteur alimenté par la demi-onde utile.
L'invention fournit non seulement un dispositif pour réduire l'amplitude de la deli-onde inverse ou inuti- lisée de la force électromotrice, mais aussi un dispositif pour régler cette réduction et pour synchroniser le disposi- tif réducteur avec l'appareil'utilisant la demi-onde utile, de telle sorte que les deux charges appliquées à l'appareil soient coordonnées, l'une utilisant les demi-ondes utiles et l'autre les demi-ondes inverses, et que cette dernière puis- se être augmentée quand la première, c'est-à-dire la charge utile due au récepteur augmente elle-même.
Dans les dessins annexés:
La fig. 1 est un schéma montrant le circuit d'exci- tation d'un tube à rayons X du type auto-redresseur.
La fig. 2 donne les courbes représentant la tension appliquée aux bornes d'un tube à rayons X lorsqu'il est in- séré dans un circuit tel que celui représenté sur la Fig. 1.
La fig. 3 donne les courbes représentant la ten- sion dans le primaire d'un transformateur à haute tension tel que celui représenté sur la Fig. 1 lorsqu'il est monté dans le circuit d'un tube'à rayons X, ainsi que le courant qui traverse ce primaire.
La fige 4 est le schéma d'un nouveau circuit per-
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fectionné pour l'excitation d'un tube à rayons X du type auto-redresseur, dans lequel un circuit d'absorption dis- tinct a été introduit en vue d'augmenter le rendement en rayons X de ce tube.
La fig. 5 donne la courbe représentant la tension appliquée aux bornes d'un tube à rayons X lorsqu'il est in- séré dans un circuit tel que celui représenté sur la Fig. 4.
La fig. 6 donne les courbes représentant la tension ap- pliquée au primaire d'un transformateur à haute tension comme celui de la fig. 4 et le courant qui y passe, lorsqu'il est monté dans le circuit d'un tube à rayons X.
La fig. 7 est le schéma d'un dispositif construit suivant l'invention et dans lequel la partie sélective du circuit d'absorption comprend un redresseur mécanique ac- tionné par un moteur synchrome.
La fig. 8 est un dispositif semblable à celui re- présenté sur la fig. 7, mais dans lequel le redresseur mé- canique est remplacé par un tube à vide thermolonique.
Pour simplifier la description de l'invention les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes organes sur les différents dessins.
La fig. 1 représente schématiquement le circuit or- dinaire utilisé,- pour les rayons X. Un tube à rayons X 20 pourvu d'une anode 21 et d'une cathode 22 y est monté. Le tube à rayons X est du type à chauffage, connu dans le mé- tier sous le nom de tube "Coolidge", et sa cathode 22 est pourvue d'un filament chauffé excité par l'intermédiaire d'un transformateur 23. Ce dernier est normalement de la caté- gorie des transformateurs-réducteurs et son secondaire 24, qui est raccordé à la cathode 22, est isolé du primaire 25 par un isolement suffisant pour résister approximativement
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à la moitié du voltage appliqué aux bornes du tube 20.
Une connexion entre la cathode 22 et le secondaire 24 est reliée à l'une des bornes du secondaire 27 du trans- formateur à haute tension'26 qui fournit le courant alter- natif à haute tension nécessaire pour alimenter le tube à rayons X 20. L'autre borne du secondaire 27 est raccordée de la manière usuelle à l'anode 21 du tube 20.
Le primaire 28 du transformateur à haute tension est alimenté de toute manière convenable, par exemple par l'in- termédiaire d'un autotransformateur 29 alimenté à son tour par une source de courant alternatif 30. Une dérivation va- riable 31 est combinée avec l'auto-transformateur 29 et ce dispositif permet de faire varier la tension appliquée au transformateur à haute tension 26. Par conséquent, le vqlta- ge appliqué au tube 20 est modifié, commandé et réglé par l'ajustement de l'auto-transformateur 29.
Le chauffage du filament 22 peut être varié par l'intermédiaire d'un dispositif régulateur quelconque mon- té dans le circuit primaire ou le circuit secondaire du transformateur à filament 23. Dans.le mode particulier de , construction représenté sur la figure, cette partie du dis- positif comprend une résistance variable 32 en série avec le primaire 25 du transformateur à filament 23 qui est à son tour alimenté par une source d'énergie 30.
Il n'y a rien de neuf dans le schéma représenté sur le fig. l, tous les circuits qu'il comprend sont bien connus dans ce domaine de la technique, de plus les divers éléments compris dans le circuit peuvent être de différents modèles et sont susceptibles de différents modes de con- nexion qui sont également tous bien connus.
¯ Cette figure a été donnée pour montrer la disposi-
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tion usuelle du circuit à rayons X dans sa forme la plus simple et fournir une base facilitant la description des circuits supplémentaires introduits par la présente inven- tion, et aussi pour mieux faire ressortir les perfectionne- ments et les avantages réalisés par ces circuits supplémen- taires qui font l'objet de l'invention.
Lorsqu'il tube 20 est excité dans le circuit repré- senté sur la fig. 1 et qu'une tension alternative est appli- quée à ses bornes, il choisit et utilise la demi-onde de po- larité voulue, tandis qu'il arrête et rejette celle de pola- rité inverse. La tension appliquée au tube 20 pendant une période complète est représentée par la courbe 35 de la fig. 2. La partie 36 de la courbe 35, qui se trouve en- dessous de l'axe des temps représente la partie rejetée de la période. Elle est généralement appelée inverse et donne lieu, évidemment, à l'application d'une tension inverse au tube.
37 est la demi-onde utile, c'est-à-dire ayant la polarité voulue pour l'excitation du tube et admise dans le tube à travers lequel elle passe pour la production de rayons X. Il ne parait pas utile d'exposer ici le fonctionnement d'un tube auto-redresseur dans tous ses détails car on sait comment un tube à rayons X choisit les demi-ondes de pola- rité convenable. La question a fait l'objet d'une série de brevets et est bien connu des hommes du métier.
La demi-onde 38, représentée en pointillé sur la fig.2, n'est.autre chose que la demi-onde 37 déplacée de manière à montrer les différences de hauteur, d'amplitude et de surface de la demi-onde de tension utile et de la demi- onde.de tension inverse.
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On a désigné par 39 la différence de hauteur entre les crêtes de la demi-onde utile et de la demi-onde rejetée.
Dans les conditions normales, le$hauteurs de ces demi-ondes sont entre elles approximativement dans le rapport de 85 à
100. En d'autres termes, il est nécessaire d'établir dans le transformateur à haute tension 26 un isolement corres- pondant à 100 kilovolts pour 85 kilovolts utilisés dans le tube à rayons X 20.
De même, le tube 20 doit avoir des proportions suf- fisantes pour résister à une tension d'autant de fois 100 kilovolts qu'on utilise de fois 85 kilovolts pour exiter ce tube. Aussi a-t-il fallu, dans la construction de certains appareils de cette nature, augmenter leur volume et par suite leur prix à peu de chose près dans la même proportion.
Il en résulte que le prix et le volume des appareils de ce genre augmentent dans la proportion de 100 à 85.
L'énergie des rayons X émis par un tube est propor- tionnelle au carré de la tension utile; il en résulte que le rendement dans les circonstances considérées sera à ce- lui correspondant à la tension maximum de l'appareil déns le même rapport que le carré de 85 au carré de 100, soit 7225 à 10.000, de sorte que la différence sera approximati- vement de 28 pour cent.
Comme il a déjà été dit, l'invention porte égale- ment sur un mode de fonctionnement et un dispositif des- tinés à remédier à ce défaut de rendement du tube ou autre appareil et à permettre à ce tube ou autre appareil de fonc- tionner sous sa tension maximum, c'est-à-dire sous la ten- sion la plus élevée à laquelle il puisse résister avec sé- curité. Autrement dit, l'un des buts de l'invention est d'é- viter de devoir isoler les transformateurs pour une tension supérieure à celle utilisée pour la charge utile.
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Le procédé qui permet d'obtenir ces résultats con- siste, en se référant à lareprésentation graphique, à réduire la hauteur de la demi-onde 36 de telle façon qu'elle soit égale ou inférieure à celle de la demi-onde 37, ou inverse- ment, à augmenter la hauteur de la couche 37 jusqu'à ce qu'elle soit égale à celle de 56, et ainsi qu'il a été dit précédemment, le but le plus général de la présente inven- tion est de fournir un dispositif pour régler à volonté la demi-onde inverse, c'est-à-dire pour réduire l'amplitude de cette inverse à une grandeur voulue, égale ou inférieure à celle de la tension utile du transformateur.
On verra plus loin que suivant le procédé faisant l'objet de la présente invention, on charge séparément le transformateur au moyen d'un dispositif sélectif d'absorp- tion d'énergie dans la mesure voulue pour que la hauteur de la courbe 36 de la demi-onde inverse soit rendue égale à la hauteur de la courbe 37 de la demi-onde utile.
On se référera maintenant à la fige 4. Dans cette figure, il existe un circuit analogue à celui représenté sur la fige 1. Les mêmes chiffres de référence y ont été appliqués, et la description du circuit représenté sur la fige 1 peut être suivie sur la fig. 4. Mais l'installation comprend en outre un circuit de charge sélectif relié au transformateur à haute tension 26.
Dans ce mode d'exécution de l'invention,il existe un deuxième secondaire 33 ( qui dans ce qui suit, portera le nom de secondaire auxiliaire, bien que ce ne soit pas à proprement parler un auxiliaire du secondaire principal. de ce transformateur)'relié à un dispositif sélectif d'absor- tion. Ce dernier dispositif peut être de n'importe que?. type.
/\Son rôle est d'absorber suffisamment d'énergie pendant l'al-
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ternance où le tube à rayons X n'en absorbe pas pour effec- tuer le réglage de l'inverse. Autrement dit, la demi-onde
36 (fig. 2) doit être absorbée par le récepteur 34 dans une mesure telle que la tension appliquée au tube soit réduite à l'amplitude voulue.
Ce sélecteur peut consister eh une résistance ou en une inductance, ou en tout autre dispositif consommant de l'énergie relié à un sélecteur qui laisse.passer le courant dans le récepteur 34 pendant la demi-période que le tube à rayons X n'utilise pas.
Il est aisé de voir que le sélecteur peut prendre la forme soit d'un interrupteur mécanique synchrone, soit d'un dispositif thermoionique, d'un relais polarisé vibra- toire, d'un redresseur à cathode froide, d'un redresseur à arc à mercure, d'un redresseur chimique, d'un redresseur électrostatique, ou d'un quelconque des dispositifs à. con- ductibilité unilatérale connus.
On peut prévoir l'introduction dans l'avenir de nouveaux dispositifs à conductionité unilatérale meilleurs que ceux actuellement connus, et ces dispositifs, quels qu'ils soient, pourront remplacer l'un ou l'autre des dis- positifs mentionnés ci-dessus ou tout autre dispositif omis dans la liste 'précédente.
La courbe de la fig. 5 représente la tension appli- quée au tube à rayons X quand le circuit d'absorption dé- crit ci-dessus est en action. Sur cette figure, 52 représen- te l'onde complète de la tension appliquée au tube à rayons X, 53 la demi-onde inutilisée et 54 la demi-onde utile.
L'examen de la figure montre que les hauteurs des deux demi- ondes sont égales ou à peu près.
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En réglant des résistances, ou par tout autre dispositif approprié, on peut faire varier la hauteur rela- tive de ces demi-ondes et réduire à volonté la demi-onde inu- tilisée à une amplitude inférieure à celle de la demi-onde utile ou inversement. Il est clair dès lors qu'avec le sys- tème représenté schématiquement par la fig. 4, et dont on trouvera ci-dessous la description détaillée, on est complè- tement maître de la demi-onde inutilisée qui peut être réglée à volonté et dont l'amplitude peut être, selon les besoins, rendue égale, inférieure ou supérieure à celle de la demi- onde utile.
Le dispositif ici décrit présente encore cet autre avantage que le facteur de puissance de l'énergie tirée de la ligne est notablement amélioré par l'emploi du circuit absorbant. C'est ce que montrent les figs. 3 et 6, dont la première, fig.3, représente les ondes de tension et d'in- tensité à l'extrémité du primaire du transformateur 26 de la fig. 1.
Sur cette fig.3, 40 est l'onde de tension appliquée au primaire du transformateur à haute tension 26, la demi- onde inutilisée est manquée 41 et la demi-onde utile 42.
L'onde de courant passant dans le primaire du même transformateur à haute tension est marquée 45, la partie non utilisée de cette onde étant désignée par 46 et la partie utile par 47.
La fig; 6 représente la même onde pour le disposi- tif représenté sur la fig. 4. Dans cette fig. 6, l'onde de tension est marquée 55, sa partie inutilisée 56 et sa partie utilisée 57.
. Le courant dans le primaire du transformateur de la
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fig. 4 est représenté par la courbe 60; la courbe 61 re- présente la partie inutilisée de l'onde et la courbe 62/la partie utile.
En comparant la forme des ondes sur les figures 3 et 6 on constate aisément que le facteur de puissance est sensiblement amélioré par l'emploi d'un circuit absorbant.
Un dispositif comme celui représenté sur la fig. 1 possède un facteur de puissance d'environ 47 %. Le même ' dispositif combiné avec un circuit d'absorption. a un facteur de puissance d'environ 90 %. Le déphasage de la demi-onde . utile est à peu près le même dans les deux figs. 3 et 6, la différence du facteur de puissance se produisant dans la partie inutilisée.
Dans ce qui précède on n'a pas cherché à accorder ces courbes avec celles des figs. 2 et 5 au point de vue de la position des phases. On a préféré rendre le dessin plus compréhensible en représentant partout l'onde en commen- çant par sa demi-onde négative.
Dans l'exposé qui précède on n'a développé, jusqu'ici, que les considérations théoriques comprises dans la présente demande ,de brevet et on n'a pas cherché à exposer les carac- téristiques générales de l'appareil schématiquement repré- senté par la fig. 4. Dans la description ci-après, on va tenter d'exposer certaines applications pratiques de la présente invention et la description qui en sera donnée sera limitée à deux formes de construction. Dans l'une de celles-ci, représentée sur la fig. 7, la partie sélective du circuit d'absorption est constituée par un redresseur mécanique commandé par un moteur synchrone. La fig. 8, mon- tre un dispositif semblable à celui de la fig. 7, mais où ')le moteur synchrone est remplacé par un tube thermoionique.
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Pour éviter toute confusion entre les différentes figures, les chiffres de référence employés sur la fig. 7 sont différents de ceux employés sur les figures précéden- tes.
En commençant par le tube à rayons X marqua 67, les divers éléments du circuit sont facilement reconnaissa- bles. L'anode est marquée 68 et la cathode 69.A l'intérieur de la cathode 69, un filament, monté de la manière usuelle, est excité par un transformateur à filament 70, c'est-à-dire que le filament à l'intérieur du tube à rayons X est alimen- té par le secondaire 71 de ce transformateur à filament, dont le primaire est marqué 72.
Le tube est relié à un transformateur à haute ten- sion 73 qui possède un secondaire 74 alimentant le tube 67 et un secondaire auxiliaire 75 faisant partie du circuit d'absorption; chacun de ces deux secondaires est excité par le primaire unique 76 du transformateur 73. Un milliam- pèremètre 77 est placé dans le circuit à haute tension qui alimente le tube.
Dans l'une des branches du circuit conduisant au primaire à haute tension 76, se trouve un autotransforma- teur 78 possédant une série de prises 79 dont chacune est pourvu d'un plot de contact 80. L'autre branche du circuit passe directement d'un transformateur à l'autre.
Dans l'auto-transformateur 78 se trouve une demi- bague 81 qui est raccordée à l'un des côtés du primaire 76 du transformateur; cette demi-bague 81 est combinée avec un levier de contadt 82 pouvant tourner sur un pivot 83. Un ba- lai 84 isolé du levier de contact 82 sert à établir le con- tact avec la demi-bague 81. Un second balai 85, isolé du
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levier de contact 82, est destiné à établir le contact avec l'un ou l'autre des différents plots de contact 80. Les contacts plongeurs 84-et 85 sont reliés par un conducteur ou connecteur 86.
Dans le circuit allant de la source d'énergie à l'auto-transformateur 78 est monté un interrupteur princi- pal 87 qui commande l'application à l'autotransformateur de l'énergie provenant d'une source de courant alternatif 88.
Dans le schéma considéré, l'autotransformateur 78 est alimenté par l'intermédiaire d'un interrupteur de manoeu- vre 89 dont l'un des plots 90 établit la connexion avec l'autotransformateur 78 à travers une résistance 91. Pour mettre le tube à rayons X en action, on commence par exciter l'autotransformateur, et par conséquent le tube, avec la résistance 91 en circuit, de telle sorte qu'un voltage réduit est d'abord appliqué au tube jusqu'à ce qu'il ait fonctionné pendant un court laps de temps, ce qui réduit notablement les perturbations dans le tube. Cette résistance de démarrage est mise hors circuit, au moyen du plot de contact 92. La manoeuvre du commutateur 89 pour le mettre en contact avec l'un ou l'autre des deux plots ou le couper de tous les deux,se fait à la main.
Une série de bobines de résistance 93 sont desti- nées à absorber de l'énergie dans le circuit d'absorption.
Ces bobines sont reliées à des plots de contact 94 et l'au- totransformateur 78 est pourvu d'une demi-bague de contact 95 dont une extrémité est reliée à la borne négative d'un ap- pareil sélecteur unilatéral. La poignée de commande 82 de l'autotransformateur est muni d'un balai 96 qui établit le contact avec des plots 94, et d'un second balai 97 qui,éta- blit le contact avec la. demitbague 95. Les balais 96 et 97
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sont reliés par un conducteur ou connecteur 98.
L'organe sélecteur du circuit d'absorption est marqué 99, et dans ce circuit est encore montée une seconde résistance d'absorption 100. Celle-ci est reliée à une série de plots de contadt 101, tandis que la demi-bague de contact
102 est reliée a l'autre borne du dispositif 99. Dans le circuit d'absorption 99 est également intercalé un levier de contact 103 monté sur un pivot 104 et pourvu d'un balai
105 destiné à entrer en contact tour à tour avec les plots
101 et d'un second balai 106 qui est en contact avec la demi-bague 102. Les plongeurs 105 et 106 sont reliés par un connecteur ou conducteur 107.
Le primaire'72 du transformateur à filament est en sé- rie avec une résistance 108, ce qui permet de régler la ten- sion appliquée au primaire 72 du transformateur à filament et, par suite, le chauffage du filament dans la cathode 69.
Les résistances 108 sont disposées de telle manière que leur mise en circuit ou hors circuit se fait à l'aide de celle des résistances 100.
Dans ce but, des plots de contact 109 sont reliés à la résistance 108, et le dispositif est combiné avec une demi-bague de contact 110 dont l'une des extrémités est re- liée à l'un des fils partant de la source de courant 88.
Un balai entrant en contact touratour avec les différents plots 109 est marqué 111 et un autre balai entrant en contact avec la demi-bague 110 est marqué 112, la conne- xion entre les contacts plongeurs 111 et 112 étant marquée
113.
On va décrire maintenant le dispositif de conduction unilatérale de la fig. 7 utilisé pour la sélection de la demi-onde à charger. Il s'agit d'un dispositif mécanique ac-
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tionné par un moteur synchrone, et désigné par 114. Ce sélecteur a un balai de contact 115 relié électriquement à la demi-bague 95 et un second balai de contact 116 relié à la demi-bague 102. Un commutateur 117 actionné par un moteur synchrone à quatre pôles 118 est alimenté par les lignes re- liées à la source d'énergie 88, ce moteur fonctionnant à 1800 tours par minute à 60 périodes ou à 75 tours par minu- tes à 25 périodes.
Les segments du commutateur non raccordés sont dé- signés par 119 tandis que les segments actifs sont désignés par 120. Une connexion transversale entre les segments 120 est désignée par 121.
Lorsque l'appareil est disposé comme c'est représen- té sur la fig. 7, de manière que chaque période de courant alternatif de la source d'énergie 88 passe par le transforma- teur 78, le primaire 76 du transformateur 73 induit une onde de courant distincte dans chacun des secondaires 75 et 74.
La partie utile du courant induit dans le secondai- re 74 est destinée à alimenter le tube à rayons X 57.
Sans le circuit d'absorption, il se produirait pour la moitié opposée de l'onde un courant inverse qui ne pas- serait pas à travers le tube 57 qui est autoredresseur, mais dont le voltage serait d'une amplitude supérieure à celle de la partie utilisée ou utile de l'onde. En réglant la position du commutateur 117, pendant l'intervalle de temps oùavec l'ancienne méthode, le tube aurait été soumis à la tension inverse dont il vi,ent d'être question, une charge est main- tenant mise en circuit avec le secondaire auxiliaire 75, de telle sorte que pendant cet intervalle les résistances 93 et 100 sont alimentées par la force électromotrice induite
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dans ce secondaire auxiliaire 75 du fait de son association inductive avec le primaire 76.
A tout instant, par conséquent, le primaire 76 est soumis à une charge,, de telle sorte que, pourvu que cette charge soit suffisamment grande pendant la demi-période de tension inverse, l'amplitude de la demi-onde inverse ne pourra jamais dépasser celle de la demi-onde utile.
Comme il a été dit précédemment, la tension inverse doit être abaissée dans une mesure telle que son amplitude ne dépasse pas celle de la demi-onde utilisée. Il en résulte que la résistance intercalée dans le circuit d'absorption devra être variée d'après la charge appliquée au secondaire 74. Ayant déterminé mathématiquement les résistances qui correspondent aux différentes charges, on a relié la résis- tance 93 à une série de plots 94 qui sont conjugués deux à deux aux plots 80 des prises 79 de l'auto-transformateur, de telle manière que tout réglage de l'auto-transformateur 78, entraîne une variation correspondante de la résistance intercalée dans le circuit d'absorption.
La grandeur de la résistance dans ce dernier sera donc en tous cas suffisante pour réduire la demi-onde inverse dans une mesure telle qu'elle ne dépasse jamais en amplitude la demi-onde utile.
Le réglage compensateur ci-dessus décrit de la résistance dans le circuit d'absorption ne se rapporte qu'à la charge qui peut être réglée par l'auto-transformateur.
La température du filament dans un tube à rayons X est sus- ceptible de régler, dans certaines limites, la quantité d'énergie qui le traverse et par conséquent la quantité de rayons X qui y sont engendrés. Cela étant, comme on uti- lise généralement un ou des dispositifs pour régler le chauf- fage du filament il y a lieu de combiner avec ce rhéostat de chauffage une seconde série de résistances faisant partie
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du circuit d'absorption;
on peut déterminer mathématiquement les valeurs que doit prendre la résistance pour réduire la tension inverse aux différentes valeurs qui correspondent aux différents ajustement possibles au rhéostatde chauffage du filament, de telle sorte qu'n combinaison avec le rhéos- tat 108 on peut disposer une série de plots de contact 101 correspondant à des valeurs telles de la résistance 100 que, en même temps qu'on règle le rhéostat de chauffage du fila- ment, on ajoute ou retranche de la résistance dans le cir- cuit d'absorption. Ainsi, la résistance du circuit d'absorp- tion peut être réglée approximativement à une valeur pour laquelle la demi-onde inverse est réduite dans la mesure nécessaire pour la maintenir à une amplitude égale ou infé- rieure à celle de la demi-onde utile.
Le dispositif représenté sur la fig. 7 comprend un transformateur à deux secondaires, l'un des -secondaires étant destiné à alimenter un appareil fournissant un travail utile,tandis que le second, pendant la demi-période où il n'y a pas de travail utile, alimente un autre dispositif de consommation, ceci uniquement pour réduire la tension inver- se.
L'introduction d'un dispositif de consommation absorbant la partie inutilisée de l'onde supprime tous les inconvénients rencontrés jusqu'ici quand un transformateur doit alimenter un appareil qui n'absorbe le courant que dans une seule direction, ce qui, produisait toujours des ondulations ou fluctuations à cause de l'absence de charge du transformateur lorsque les ondes changent de polarité.
Sur la fig. 8, les circuits sont les mêmes que sur la fig. 7, sauf que le moteur synchrone 118 et le commutateur
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associé avec lui sont supprimés.
Au lieu du commutateur et du moteur synchrone, on emploie un dispositif susceptible d'tre excité par un flux unilatéral de courant, et dont la construction est telle que la demi-onde de polarité opposée ne peut le traverser, par exemple une soupape électronique ou autre dispositif analo- gue; pour exciter ce dispositif thermoïonique, on sait qu'il faut un transformateur de courant de filament.
Sur la fig. 8 le sélecteur thermöïonique 122 com- prend une plaque 123 reliée électriquement à la demi-bague 102. La cathode à filament 124 du sélecteur 122 est reliée électriquement à la demi-bague 95. Pour exciter cette catho- de à filament 124 on se sert d'un transformateur de chauffa- ge 125, dont le secondaire est désigné par 126 et le primai- re par 127. Celui-ci est alimenté par des conducteurs raccor- dés à la source d'énergie 88.
Avec la disposition représentée sur la fig. 8, le fonctionnement de l'appareil est à peu près identique à ce- lui décrit pour la fig. 7. En ce qui concerne la partie utilisée de l'onde, pendant les courts intervalles de temps où le tube 67 est excité, il n'est pas désirable que le courant circule dans le circuit d'absorption. Pendant ces intervalles, le dispositif thermoïonique 122 empèche le pas- sage de l'énergie de façon que la totalité de l'énergie in- duite dans le.secondaire 74 par le primaire 76 est utilisée pour, engendrer des rayons X. La tension induite dans le secondaire auxiliaire 75 est inutilisée, car le courant ne peut passer à travers le tube 122.
Lorsque l'autre demi-onde, celle de polarité oppo- sée, est induite dans le secondaire 74, le courant peut circuler dans le dispositif thermionique 122 et à ce moment
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le courant induit dans le transformateur auxiliaire 75 y circule et passe aux différentes séries de résistances.
La quantité d'énergie circulant à travers le dispositif 122 et absorbée par les résistances 93 et 100 dépend du nom- bre de spires des'résistances 93 et 100 en circuit avec le dispositif thermoionique 122 à l'instant considérée
Par conséquent la charge est rendue à peu près constante sur le primaire pour les deux demi-périodes cette même charge consiste pendant une demi-période à produire les rayons X dans le tube 67,,et pendant l'autre demi-pério- de à induire dans la bobine 75 l'énergie absorbée par les résistances 93 et 100, dans une mesure telle que les ampli- tudes des deux demi-ondes utile et inverse soient à peu près égales.
On peut trouver facilement d'autres appareils pou- vant remplacer le redresseur mécanique et le tube thermolo- nique représentés sur les figs. 7 et 8 respectivement, étant donné que tout dispositif ayant une conductibilité unilaté- rale peut leur être substitué. L'un ou l'autre de ces dispo- sitifs peut être remplacé par un relais polarisé de construc- tion appropriée, un redresseur à are à mercure, un redresseur mécanique, un redresseur chimique, un redresseur électrosta- tique, ou un redresseur à cathode froide. Un certain remanie- ment du circuit et des parties auxiliaires de celui-ci sera nécessaire si l'on emploie l'un ou l'autre de ces dispositifs mais les nouvelles connexions rendues nécessaires ne consti- tueraient pas une invention, car il existe déjà de sembla- bles appareils.
Pour adapter chacun des dispositifs au but particulier poursuivi, il faudra apporter quelques légères modifications au circuit, mais les raisons d'être de ces
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remaniements et la manière de les réaliser apparaîtront: facilement.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Circuit électrique comprenant une source de courant alternatif à haute tension, un récepteur ou appareil de consommation alimenté par une partie de l'onde du courant de la source, un dispositif pour absorber l'énergie de la partie restante de l'onde, et un dispositif pour faire va- rier le régime du dispositif d'absorption suivant les fluc- tuations dans le récepteur.
2.- Circuit électrique comprenant une source de courant alternatif à haute tension, un dispositif de consom- mation ou récepteur capable de choisir et de consommer une partie déterminée seulement des impulsions électriques qu'il reçoit de la source, une'série de dispositif pour régler la grandeur de la partie ainsi consommée, et un dispositif pour régler la tension de la partie inutilisée de l'impulsion, comprenant un circuit d'absorption dont l'action varie en fonction des fluctuations de l'énergie consommée par le dis- positif récepteur.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Reverse voltage adjustment.
This invention relates to the establishment of electrical circuits suitable for receiving apparatus intended to be supplied by only a portion of the current pulses from a high voltage alternating current source, and to the design of such devices. a device capable of absorbing the energy of the remaining unused part of these pulses accompanied by another device which varies the quantity of this energy absorbed at the same time as the quantity of energy consumed by the apparatus varies receive
EMI1.1
tor.
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Choosing the cleanest form of electrical energy to meet certain needs is a continuing problem in electrotechnical science. When relatively high voltages are to be produced by means of low voltage sources the use of alternating currents is in some way a necessity.
However, there are a large number of devices which require the use of these relatively high voltages, but which do not work under the best conditions with alternating current, and this is why, in general, alternating current is produced. voltage and is then rectified using mechanical, chemical or electrical rectifiers.
In some cases, these rectifiers are separate devices, but very frequently the receiving device which consumes the energy itself fulfills the function of rectifier.
This amounts to saying that the receiver acts as a valve allowing the passage of certain electric pulses generally called useful half-waves and rejecting the pulsations with which they alternate and which in this case constitute the unused part of the wave. .
One of the most important energy-consuming receiving devices that constitutes its own rectifier is the self-rectifying x-ray tube. Because of the shape of its electrodes and also because of the high degree of vacuum which reigns inside its casing, the tube only allows the passage of current in one direction, allowing the passage on the one hand. useful half-wave of the current which has the desired polarity and rejecting on the other hand the other half-wave, so that the tube is supplied by a pulsating current of one direction, comprising only the half- waves of chosen polarity.
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The rejected half-wave is' generally * called the reverse wave and plays no useful role in the x-ray tube, but is clearly detrimental to the proper functioning of the tube and introduces into the problem of isolation a factor to be taken into account. Careful in the construction of X-ray apparatus for use with such a self-righting tube.
In the disclosure of the present invention, some importance has been attached to the x-ray apparatus only because it is this type of apparatus which has been chosen to illustrate by example the advantages provided by. the improvements described below.
The ability of an x-ray machine, or any other high voltage electrical device, depends on the manufacturer's skill in solving the isolation problem.
This question is crucial for the x-ray machines currently known, especially for those of the oil bath type. For example, self-rectifying tubes are used in tanks of limited capacity containing transformer oil as insulation. The manufacturer seeks to avoid increasing the dimensions of these tanks, because the increase in dimensions leads to a large footprint and a high weight, which is to be avoided not only because the tank itself becomes heavy and unwieldy, but also because this increase in the weight of the tube and of its reservoir requires the manufacturer to give more resistance to the support members of the reservoir and also to make it more expensive and more difficult to handle.
It follows that it is particularly advantageous in the construction of X-ray apparatuses to avoid having to
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to enlarge the type of reservoir currently used for x-ray tubes, and in particular for self-straightening tubes, when the electromotive force applied to the tube is increased.
It is easy to see that the voltage of the useful half-wave is lower than that of the unused half-wave. This is due to the fact that the useful half wave being used in the x-ray tube, its voltage decreases by an amount equal to the voltage drop of the power source, which depends on the intensity of the current passing through the x-ray tube. Since no current is flowing when the "reverse" half wave is applied to the tube, this voltage drop does not occur and all of the voltage developed by the current source is applied to the tube. A raised oscillogram to elucidate this question invariably shows that the amplitude of the useful half wave is ten to twenty percent less than that of the reverse half wave.
The insulation must be calculated taking into account the highest voltage that can exist in the device, and since the voltage of the reverse half-wave is ten to twenty percent greater than that of the useful half-wave, the The manufacturer must establish an insulation corresponding to a voltage higher than that usefully employed for the production of X-rays. Thus, present-day oil bath X-ray machines are provided with an insulation established for a voltage higher than that which is actually used in the x-ray tube contained in the device.
The object of the present invention is to provide a device capable of increasing the payload, or the useful voltage, of an electron discharge device or any other self-rectifying electrical device, by increasing the amplitude of the half-wave useful ,, without corresponding increase
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weighting of the amplitude of the inverse half-wave, or even with a real reduction thereof.
Another object of the invention is to provide a device suitable for controlling an electrical apparatus consuming one-way pulsating energy, by selectively absorbing the unused half-wave and by adjusting this absorption to variations in the frequency. load applied to the receiving device supplied by the useful half-wave.
The invention provides not only a device for reducing the amplitude of the reverse or unnecessary deli-wave of the electromotive force, but also a device for controlling this reduction and for synchronizing the reducing device with the apparatus using. the useful half-wave, so that the two loads applied to the apparatus are coordinated, one using the useful half-waves and the other the inverse half-waves, and that the latter can be increased when the first, that is to say the payload due to the receiver increases itself.
In the accompanying drawings:
Fig. 1 is a diagram showing the excitation circuit of a self-rectifying type X-ray tube.
Fig. 2 gives the curves representing the voltage applied to the terminals of an X-ray tube when it is inserted in a circuit such as that shown in FIG. 1.
Fig. 3 gives the curves representing the voltage in the primary of a high voltage transformer such as that shown in FIG. 1 when mounted in the circuit of an X-ray tube, as well as the current flowing through this primary.
Figure 4 is the diagram of a new permanent circuit.
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Designed for the excitation of an x-ray tube of the self-rectifying type, in which a separate absorption circuit has been introduced in order to increase the x-ray yield of this tube.
Fig. 5 gives the curve representing the voltage applied across an x-ray tube when it is inserted into a circuit such as that shown in FIG. 4.
Fig. 6 gives the curves representing the voltage applied to the primary of a high voltage transformer like that of fig. 4 and the current flowing through it, when it is mounted in the circuit of an x-ray tube.
Fig. 7 is the diagram of a device constructed according to the invention and in which the selective part of the absorption circuit comprises a mechanical rectifier actuated by a synchromic motor.
Fig. 8 is a device similar to that shown in FIG. 7, but in which the mechanical rectifier is replaced by a thermolonic vacuum tube.
To simplify the description of the invention, the same reference numerals designate the same components in the different drawings.
Fig. 1 schematically represents the ordinary circuit used, - for X-rays. An X-ray tube 20 provided with an anode 21 and a cathode 22 is mounted therein. The x-ray tube is of the heated type, known in the art as the "Coolidge" tube, and its cathode 22 is provided with a heated filament excited by means of a transformer 23. The latter is normally of the reducers category and its secondary 24, which is connected to cathode 22, is isolated from primary 25 by sufficient insulation to withstand approximately
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at half the voltage applied to the terminals of tube 20.
A connection between cathode 22 and secondary 24 is connected to one of the terminals of secondary 27 of high voltage transformer 26 which provides the high voltage alternating current necessary to power x-ray tube 20. The other terminal of the secondary 27 is connected in the usual manner to the anode 21 of the tube 20.
The primary 28 of the high voltage transformer is supplied in any suitable manner, for example through an autotransformer 29 supplied in turn by an alternating current source 30. A variable branch 31 is combined with 1. 'autotransformer 29 and this device allows the voltage applied to the high voltage transformer 26 to be varied. Consequently, the voltage applied to the tube 20 is changed, controlled and regulated by the adjustment of the autotransformer 29. .
The heating of the filament 22 can be varied by means of any regulating device mounted in the primary circuit or the secondary circuit of the filament transformer 23. In the particular embodiment shown in the figure, this part The device comprises a variable resistor 32 in series with the primary 25 of the filament transformer 23 which in turn is supplied by a power source 30.
There is nothing new in the diagram shown in fig. 1, all the circuits which it comprises are well known in the art field, moreover the various elements included in the circuit can be of different models and are susceptible of different connection modes which are also all well known.
¯ This figure was given to show the arrangement
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tion of the X-ray circuit in its simplest form and provide a basis for facilitating the description of the additional circuits introduced by the present invention, and also for better emphasizing the improvements and advantages achieved by these additional circuits. which are the subject of the invention.
When tube 20 is energized in the circuit shown in FIG. 1 and an alternating voltage is applied to its terminals, it chooses and uses the half-wave of the desired polarity, while it stops and rejects the one of reverse polarity. The voltage applied to tube 20 for a full period is shown by curve 35 in FIG. 2. Part 36 of curve 35, which is below the time axis, represents the rejected part of the period. It is generally called reverse and obviously results in the application of a reverse voltage to the tube.
37 is the useful half-wave, that is to say having the desired polarity for the excitation of the tube and admitted into the tube through which it passes for the production of X-rays. It does not seem useful to explain here the operation of a self-rectifying tube in all its details because we know how an X-ray tube chooses the half-waves of suitable polarity. The matter has been the subject of a series of patents and is well known to those skilled in the art.
Half-wave 38, shown in dotted lines in fig. 2, is nothing other than half-wave 37 moved so as to show the differences in height, amplitude and area of the voltage half-wave useful and half-wave reverse voltage.
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The height difference between the peaks of the useful half-wave and the rejected half-wave is denoted by 39.
Under normal conditions, the heights of these half-waves are approximately in the ratio of 85 to
In other words, it is necessary to establish in the high voltage transformer 26 an insulation corresponding to 100 kilovolts for 85 kilovolts used in the x-ray tube 20.
Likewise, the tube 20 must have sufficient proportions to withstand a voltage of as many times 100 kilovolts as 85 kilovolts are used to energize this tube. In the construction of certain apparatuses of this nature, therefore, it was necessary to increase their volume and consequently their price in more or less the same proportion.
As a result, the price and volume of such devices increase in the proportion of 100 to 85.
The energy of the X-rays emitted by a tube is proportional to the square of the useful voltage; it follows that the efficiency in the circumstances considered will be to that corresponding to the maximum voltage of the apparatus dens the same ratio as the square of 85 to the square of 100, that is to say 7225 to 10,000, so that the difference will be approximated. - event of 28 percent.
As has already been said, the invention also relates to an operating mode and a device intended to remedy this defect in the efficiency of the tube or other apparatus and to allow this tube or other apparatus to operate. under its maximum tension, that is to say under the highest tension which it can withstand with safety. In other words, one of the aims of the invention is to avoid having to isolate the transformers for a voltage higher than that used for the payload.
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The method of obtaining these results is, referring to the graphical representation, to reduce the height of half wave 36 so that it is equal to or less than that of half wave 37, or conversely, to increase the height of the layer 37 until it is equal to that of 56, and as stated previously, the most general object of the present invention is to provide a device for adjusting the reverse half-wave at will, that is to say for reducing the amplitude of this reverse to a desired magnitude, equal to or less than that of the useful voltage of the transformer.
It will be seen later that according to the method forming the subject of the present invention, the transformer is separately charged by means of a selective energy absorption device to the extent desired so that the height of the curve 36 of the inverse half-wave is made equal to the height of the curve 37 of the useful half-wave.
Reference will now be made to fig 4. In this figure, there is a circuit similar to that shown in fig 1. The same reference numerals have been applied to it, and the description of the circuit shown in fig 1 can be followed on fig. 4. But the installation further comprises a selective charging circuit connected to the high voltage transformer 26.
In this embodiment of the invention, there is a second secondary 33 (which in what follows will be called the auxiliary secondary, although it is not strictly speaking an auxiliary of the main secondary of this transformer) 'connected to a selective absorption device. This last device can be from anywhere. type.
/ \ Its role is to absorb enough energy during al-
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ternance where the x-ray tube does not absorb it to adjust the reverse. In other words, the half-wave
36 (Fig. 2) must be absorbed by receiver 34 to such an extent that the voltage applied to the tube is reduced to the desired amplitude.
This selector may consist of a resistor or an inductor, or any other power consuming device connected to a selector which allows current to flow through receiver 34 during the half-period that the x-ray tube is not using. not.
It is easy to see that the selector can take the form either of a synchronous mechanical switch, or of a thermionic device, of a polarized vibratory relay, of a cold cathode rectifier, of an arc rectifier. mercury, chemical rectifier, electrostatic rectifier, or any of the devices. known unilateral conductivity.
We can foresee the introduction in the future of new devices with unilateral conduction better than those currently known, and these devices, whatever they are, could replace one or other of the devices mentioned above or. any other device omitted from the preceding list.
The curve of FIG. 5 shows the voltage applied to the x-ray tube when the absorption circuit described above is in operation. In this figure, 52 represents the full wave of the voltage applied to the x-ray tube, 53 the unused half wave and 54 the useful half wave.
Examination of the figure shows that the heights of the two half waves are equal or approximately.
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By adjusting resistors, or by any other suitable device, the relative height of these half-waves can be varied and the unused half-wave can be reduced at will to an amplitude lower than that of the useful half-wave or Conversely. It is therefore clear that with the system represented schematically by FIG. 4, and the detailed description of which will be found below, we are completely in control of the unused half-wave which can be adjusted at will and whose amplitude can be, as required, made equal to, less than or greater than that of the useful half-wave.
The device described here has yet another advantage that the power factor of the energy drawn from the line is notably improved by the use of the absorbing circuit. This is shown in figs. 3 and 6, the first of which, fig. 3, represents the voltage and current waves at the end of the primary of the transformer 26 of fig. 1.
In this fig. 3, 40 is the voltage wave applied to the primary of the high voltage transformer 26, the unused half wave is missed 41 and the useful half wave 42.
The current wave passing through the primary of the same high voltage transformer is marked 45, the unused part of this wave being designated by 46 and the useful part by 47.
Fig; 6 represents the same wave for the device shown in FIG. 4. In this fig. 6, the voltage wave is marked 55, its unused part 56 and its used part 57.
. The current in the primary of the transformer of the
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fig. 4 is represented by curve 60; curve 61 represents the unused part of the wave and curve 62 / the useful part.
By comparing the shape of the waves in FIGS. 3 and 6, it can easily be seen that the power factor is appreciably improved by the use of an absorbing circuit.
A device like that shown in FIG. 1 has a power factor of approximately 47%. The same 'device combined with an absorption circuit. has a power factor of about 90%. The phase shift of the half wave. useful is roughly the same in both figs. 3 and 6, the difference in power factor occurring in the unused part.
In the foregoing, no attempt has been made to match these curves with those of FIGS. 2 and 5 from the point of view of the position of the phases. We preferred to make the drawing more understandable by representing the wave everywhere starting with its negative half-wave.
In the foregoing description, hitherto, only the theoretical considerations included in the present patent application have been developed, and no attempt has been made to explain the general characteristics of the apparatus schematically represented. by fig. 4. In the following description, an attempt will be made to explain certain practical applications of the present invention and the description which will be given will be limited to two forms of construction. In one of these, shown in FIG. 7, the selective part of the absorption circuit consists of a mechanical rectifier controlled by a synchronous motor. Fig. 8, shows a device similar to that of FIG. 7, but where ') the synchronous motor is replaced by a thermionic tube.
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To avoid any confusion between the different figures, the reference figures used in fig. 7 are different from those used in the preceding figures.
Starting with the x-ray tube marked 67, the various elements of the circuit are easily recognizable. The anode is marked 68 and the cathode 69. Within the cathode 69, a filament, mounted in the usual manner, is energized by a filament transformer 70, i.e. the filament at the The interior of the x-ray tube is supplied by the secondary 71 of this filament transformer, the primary of which is marked 72.
The tube is connected to a high voltage transformer 73 which has a secondary 74 supplying the tube 67 and an auxiliary secondary 75 forming part of the absorption circuit; each of these two secondaries is energized by the single primary 76 of transformer 73. A milliammeter 77 is placed in the high voltage circuit which supplies the tube.
In one of the branches of the circuit leading to the high voltage primary 76, there is an autotransformer 78 having a series of taps 79 each of which is provided with a contact pad 80. The other branch of the circuit passes directly through 'one transformer to another.
In the autotransformer 78 is a half ring 81 which is connected to one of the sides of the primary 76 of the transformer; this half-ring 81 is combined with a contact lever 82 capable of rotating on a pivot 83. A bar 84 isolated from the contact lever 82 serves to establish contact with the half-ring 81. A second brush 85, isolated from
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contact lever 82, is intended to establish contact with one or other of the different contact pads 80. The plunger contacts 84- and 85 are connected by a conductor or connector 86.
In the circuit from the power source to the autotransformer 78 is mounted a main switch 87 which controls the application to the autotransformer of energy from an alternating current source 88.
In the diagram under consideration, the autotransformer 78 is supplied via an operating switch 89 of which one of the pads 90 establishes the connection with the autotransformer 78 through a resistor 91. To put the tube at X-rays in action, one starts by energizing the autotransformer, and therefore the tube, with the resistor 91 on, so that a reduced voltage is first applied to the tube until it has operated for a short period of time, which significantly reduces disturbances in the tube. This starting resistor is switched off by means of the contact pad 92. The operation of the switch 89 to bring it into contact with one or the other of the two pads or to cut it off from both, is done at the hand.
A series of resistance coils 93 are intended to absorb energy in the absorption circuit.
These coils are connected to contact pads 94 and the autotransformer 78 is provided with a contact half-ring 95, one end of which is connected to the negative terminal of a one-sided selector device. The control handle 82 of the autotransformer is provided with a brush 96 which establishes contact with the pads 94, and with a second brush 97 which establishes contact with the. demitbague 95. Brushes 96 and 97
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are connected by a conductor or connector 98.
The selector member of the absorption circuit is marked 99, and in this circuit is still mounted a second absorption resistor 100. This is connected to a series of contact pads 101, while the contact half-ring
102 is connected to the other terminal of the device 99. In the absorption circuit 99 is also interposed a contact lever 103 mounted on a pivot 104 and provided with a brush
105 intended to come into contact in turn with the studs
101 and a second brush 106 which is in contact with the half-ring 102. The plungers 105 and 106 are connected by a connector or conductor 107.
The primary 72 of the filament transformer is in series with a resistor 108, which adjusts the voltage applied to the primary 72 of the filament transformer and hence the heating of the filament in cathode 69.
The resistors 108 are arranged in such a way that their switching on or off is done using that of the resistors 100.
For this purpose, contact pads 109 are connected to resistor 108, and the device is combined with a contact half-ring 110, one end of which is connected to one of the wires leaving from the source of. current 88.
A brush coming into full-turn contact with the various pads 109 is marked 111 and another brush coming into contact with the half-ring 110 is marked 112, the connection between the plungers 111 and 112 being marked
113.
We will now describe the unilateral conduction device of FIG. 7 used for the selection of the half wave to be loaded. It is a mechanical device ac-
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actuated by a synchronous motor, and designated by 114. This selector has a contact brush 115 electrically connected to the half-ring 95 and a second contact brush 116 connected to the half-ring 102. A switch 117 actuated by a synchronous motor four pole 118 is powered by the lines connected to power source 88, this motor operating at 1800 revolutions per minute at 60 periods or 75 revolutions per minute at 25 periods.
Unconnected switch segments are designated 119 while active segments are designated 120. A cross connection between segments 120 is designated 121.
When the apparatus is arranged as shown in FIG. 7, so that each period of alternating current from power source 88 passes through transformer 78, primary 76 of transformer 73 induces a separate current wave in each of secondaries 75 and 74.
The useful part of the current induced in the second 74 is intended to supply the x-ray tube 57.
Without the absorption circuit, there would be produced for the opposite half of the wave a reverse current which would not pass through the tube 57 which is self-rectifying, but whose voltage would be of an amplitude greater than that of the used or useful part of the wave. By adjusting the position of switch 117, during the time interval when with the old method the tube would have been subjected to the reverse voltage just mentioned, a load is now put in circuit with the auxiliary secondary 75, so that during this interval the resistors 93 and 100 are supplied by the induced electromotive force
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in this auxiliary secondary 75 because of its inductive association with the primary 76.
At all times, therefore, the primary 76 is subjected to a load, so that, provided that this load is sufficiently large during the reverse voltage half-period, the amplitude of the reverse half-wave can never be exceed that of the useful half-wave.
As has been said previously, the reverse voltage must be lowered to such an extent that its amplitude does not exceed that of the half wave used. It follows that the resistance inserted in the absorption circuit will have to be varied according to the load applied to the secondary 74. Having determined mathematically the resistances which correspond to the different loads, the resistor 93 has been connected to a series of pads. 94 which are combined in pairs with the pads 80 of the taps 79 of the auto-transformer, in such a way that any adjustment of the auto-transformer 78 causes a corresponding variation in the resistance inserted in the absorption circuit.
The magnitude of the resistance in the latter will therefore in any case be sufficient to reduce the reverse half-wave to such an extent that it never exceeds in amplitude the useful half-wave.
The above described compensating adjustment of the resistance in the absorption circuit relates only to the load which can be adjusted by the autotransformer.
The temperature of the filament in an X-ray tube is capable of regulating, within certain limits, the quantity of energy which passes through it and consequently the quantity of X-rays which are generated therein. This being the case, as one or more devices are generally used to regulate the heating of the filament, it is necessary to combine with this heating rheostat a second series of resistors forming part.
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of the absorption circuit;
one can mathematically determine the values which the resistor must take to reduce the reverse voltage to the different values which correspond to the different possible adjustments to the rheostat for heating the filament, so that in combination with the rheostat 108 one can have a series of contact pads 101 corresponding to values such as resistance 100 that, at the same time that the filament heating rheostat is adjusted, resistance is added or subtracted in the absorption circuit. Thus, the resistance of the absorption circuit can be adjusted approximately to a value at which the reverse half wave is reduced to the extent necessary to maintain it at an amplitude equal to or less than that of the useful half wave. .
The device shown in FIG. 7 comprises a transformer with two secondaries, one of the -secondaries being intended to supply an apparatus providing useful work, while the second, during the half-period when there is no useful work, supplies another device consumption, this only to reduce the reverse voltage.
The introduction of a consumer device absorbing the unused part of the wave eliminates all the drawbacks hitherto encountered when a transformer has to supply a device which absorbs current only in one direction, which, always produced ripples or fluctuations due to the absence of transformer load when the waves change polarity.
In fig. 8, the circuits are the same as in fig. 7, except that the synchronous motor 118 and the switch
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associated with it are deleted.
Instead of the commutator and the synchronous motor, a device capable of being excited by a unilateral flow of current is used, and whose construction is such that the half-wave of opposite polarity cannot pass through it, for example an electronic valve or another similar device; to excite this thermionic device, we know that a filament current transformer is needed.
In fig. 8 the thermoionic selector 122 comprises a plate 123 electrically connected to the half-ring 102. The filament cathode 124 of the selector 122 is electrically connected to the half-ring 95. To energize this filament cathode 124 one uses a heating transformer 125, the secondary of which is designated by 126 and the primary by 127. This is supplied by conductors connected to the energy source 88.
With the arrangement shown in FIG. 8, the operation of the apparatus is almost identical to that described for FIG. 7. With regard to the used part of the wave, during the short time intervals when the tube 67 is energized, it is undesirable for the current to flow in the absorption circuit. During these intervals, the thermionic device 122 prevents the flow of energy so that all of the energy induced in secondary 74 by primary 76 is used to generate x-rays. in the auxiliary secondary 75 is unused, because the current cannot pass through the tube 122.
When the other half wave, that of opposite polarity, is induced in the secondary 74, the current can flow in the thermionic device 122 and at this time
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the current induced in the auxiliary transformer 75 circulates there and passes to the various series of resistors.
The amount of energy flowing through device 122 and absorbed by resistors 93 and 100 depends on the number of turns of resistors 93 and 100 in circuit with thermionic device 122 at the time considered.
Consequently the load is made approximately constant on the primary for the two half-periods this same load consists for one half-period in producing the X-rays in the tube 67, and during the other half-period in induce in coil 75 the energy absorbed by resistors 93 and 100, to such an extent that the amplitudes of the two useful and inverse half-waves are approximately equal.
It is easy to find other devices which can replace the mechanical rectifier and the thermal tube shown in figs. 7 and 8 respectively, since any device with unilateral conductivity can be substituted for them. Either of these devices may be replaced by a properly constructed polarized relay, a mercury rectifier, a mechanical rectifier, a chemical rectifier, an electrostatic rectifier, or a rectifier rectifier. cold cathode. Some rearrangement of the circuit and of the auxiliary parts thereof will be necessary if either of these devices are employed, but the new connections made necessary would not constitute an invention, as they already exist. similar devices.
To adapt each of the devices to the particular purpose pursued, it will be necessary to make some slight modifications to the circuit, but the reasons for these
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changes and how to do them will appear: easily.
CLAIMS ---------------------------
1.- Electrical circuit comprising a source of high voltage alternating current, a receiver or consumer device supplied by a part of the wave of the source current, a device for absorbing the energy of the remaining part of the wave , and a device for varying the speed of the absorption device according to the fluctuations in the receiver.
2.- Electrical circuit comprising a source of high voltage alternating current, a consumption device or receiver capable of choosing and consuming only a determined part of the electrical impulses which it receives from the source, a series of devices for regulating the size of the part thus consumed, and a device for regulating the voltage of the unused part of the pulse, comprising an absorption circuit whose action varies according to fluctuations in the energy consumed by the device receiver.
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