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" Installation électrique pour le redressement de courants alternatifs " .
La présente invention a pour objet une installation électrique permettant de redresser des courants alternatifs qui convient notamment pour des tensions très élevées et qui comporte un tube à décharges à cathode à incandescence.
Si, pour le redressement de courants à une tension de plusieurs dizaines de milliers de volts, on utilise des tubes à décharges à cathode à incandescence, ces tubes sont habituellement vides d'air à un degré tel que le cou- rant de décharge du tube est un courant électronique pur et qu'il ne se produit pas d'ionisation. L'intensité du courant qu'un tel tube à décharges peut laisser passer n'est que
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faible et ces tubes donnent lieu à une porte de tension considérable et, par conséquent, à un mauvais rendement.
A ce point de vue, les tubes à décharges fonction- nant avec ionisation de gaz, sont à préférer, car ils per- mettent le passage de courants de très grande intensité et ils fonctionnent avec une faible perte de tension. En géné- ral, toutefois, ces tubes ne conviennent pas pour un fonc- tionnement à des tensions très élevées, par exemple d'environ 10.000 Volts, car la pression de gaz doit être d'autant plus faible que la tension pour laquelle le tube doit être utilisé est plus haute.' Toutefois, une faible pression de gaz provoque une désintégration rapide de la cathode à incandescence et, par conséquent, réduit la durée de service du tube. C'est pour cette raison qu'au dessus de 1000 volts on n'a jusqu'icc guère fait emploi de redresseursà atmosphè- re gazeuse.
Dans l'installation suivant l'invention, tous ces inconvénients sont éliminés. Elle comprend un dispositif à décharges électriques dont la cathode à incandescence, de préférence une cathode à oxyde, et la ou les anodes sont disposées dans des chambres séparées communiquant l'une avec l'autre. Dans la chambre dans laquelle la cathode à incandes- cence est disposée, est entretenue une pression supérieure à celle existant dans la ou les chambres anodiques. Il peut être avantageux d'établir la connexion entre les différen- tes chambres par un conduit opposant une grande résistance à la circulation.
On peut produire la différence entre les pressions existant dans les diverses'chambres des électrodes, en fai- sant évaporer dans la'chambre cathodique, ou dans un réci-
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pient communiquant avec celle-ci, une substance qui se condense dans la chambre anodique qui, éventuellement, peut être refroidie artificiellement, cette substance étant constituée, de préférence, par du mercure. Le dispositif à décharges peut présenter des dimensions assez petites pour que la décharge elle-même dégage assez de chaleur pour provoquer l'évaporation.
Dans ce cas, l'augmentation de la température peut, éventuellement;, être limitée à l'aide d'un dispositif de refroidissement. Il est reccmmandable, toutefois de donner au dispositif d'assez grandes dimensions et d'ef- fectuer l'évaporation à l'aide d'un dispositif de chauffage distinct, par exemple un appareil de chauffage électrique, disposé à l'intérieur ou à l'extérieur de l'espace vide d'air.
Pour effectuer ou faciliter la condensation de la vapeur se trouvant dans la chambre anodique, l'installation suivant l'invention peut être munied'un dispositif provo- quant un courant d'air le long de la chambre anodique.
Le mercure condensé peut être routilisé, pour être évaporé dans la chambre cathodique. A cet effet, la disposi- tion peut être telle que le mercure se condensant dans les parties froides puisse refluer vers l'espace d'évaporation.
Ce reflux peut se faire par les conduits destinés à la déchar- ge bien qu'on puisse aussi prévoir à cet effet de petits tubes spéciaux.
La vapeur produite dans le dispositif à décharges de l'installation suivant l'invention est d'ordinaire suf- fisante pour porter la décharge. L'atmosphère du dispositif à décharges peut être, par conséquent, sensiblement exempte d'autres gaz. Pour obtenir un fonctionnement tranquille, onpeut prévoir sur la paroi du dispositif des organes conduc-
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teurs qui sont reliés électriquement aux anodes et qui s'étendent vers la chambre cathodique, comme c'est décrit dans le brevet n 356.362. Ces organes peuvent être consti- tués par des fils métalliques par exemple de nickel, enrou- lés autour du conduit allant à la chambre cathodique.
A. l'extérieur du tube à décharges, un écran destiné à empêcher la transmission de chaleur peut être interposé entre la chambre cathodique et la ou les chambres anodiques.
Dans le cas où il y a plusieurs chambres anodiques, elles peuvent être disposées autour de la chambre cathodique, qui est entourée d'un écran.
L'invention sera mieux comprise en se référant au dessin annexé représentant schématiquement une partie d'une installation électrique suivant l'invention.
Sur le dessin, 1 désigne un appareil à décharges électriques composé de plusieurs chambres communiquant l'une avec l'autre. La chambre 2 renferme une cathode à incandescence 3, de préférence une cathode à oxyde, et dans une seconde chambre 4 est disposée une anode 5, de préféren- ce en graphite. Outre la chambre anodique représentée sur le dessin, l'installation peut être munie de plusieurs de ces chambres dont chacune renferme une anode, ce qui permet de redresser des courants alternatifs à deux, trois ou plusieurs phases. La chambre anodique 4 est reliée à la chambre cathodique 2 par un conduit 6 incliné vers la cham- bre 2.
Si l'appareil à décharges sert au redressement d'un courant polyphasé, il est important que les conduits de décharge qui relient les chambres anodiques à la chambre cathodique, aient la même longueur. n --
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L'anode 5 est reliée à l'une des extrémités d'un enroulement de transformateur 7 dont l'autre extrémité, qui pour le redressement d'un courant polyphasé constitue le point neutre d'un enroulement polyphasé, est le pôle négatif de l'installation. Le pôle positif est constitué par le point-milieu d'un enroulement auxiliaire 8 qui fournit le courant de chauffage de la cathode à incandes- cence. L'enroulement primaire n'est pas représenté sur le dessin.
La chambre cathodique 2 communique librement avec un récipient 9 qui contient une certaine quantité de mercure liquide. Ce récipient est entouré d'un élément de chauffage électrique 10 par lequel le mercure est chauf- fé, de sorte que la chambre 2 se remplit de vapeur de mer- cure à une pression telle que, pendant le fonctionnement, il ne se produise pas de désintégration fâcheuse de la cathode à incandescence. Un vide très poussé régne dans le dispositif à décharges, de sorte qu'à l'exception de vapeur de mercure, celui-ci ne contient sensiblement pas d'autres gaz.
Sous la chambre anodique 4 est disposé un ventila- teur 11 qui, actionné par un moteur électrique 12, envoie le long de la paroi du tube un courant d'air qui, en refroi- dissant la chambre anodique, favorise la condensation de la vapeur de mercure renfermée dans cette chambre et le dépôt de cette vapeur condensée sur la paroi sous forme de gouttes, comme c'est représenté sur le dessin. Ces gouttes se rassem- blent et refluent, à travers le tube incliné 6, au récipient 9. Le mercure contenu dans le récipient 9 parcourt, par con- séquent, constamment le même cycle. Il s'évapore, la vapeur se condense dans la chambre anodique et, à l'état liquide,
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le mercure retourne au récipient 9.
Par suite du refroi- dissement, la pression de la vapeur de mercure renfermée dans la chambre anodique est très faible, seulement une fraction d'un mm. de mercure. Le mercure contenu dans le récipient 9, par contre, est chauffé à une température qui fait monter la pression existant dans la chambre 2, à quelques mm. de mercure. Des températures convenables sont comprises entre 110 et 150 C environ.
En ce qui concerne la partie du trajet de décharge s'étendant de l'anode à la chambre cathodique, le dispositif redresseur a, par conséquent, le caractère d'un redresseur à très faible pression de gaz, de sorte qu'il convient pour des tensions très élevées. Pour cette raison, la ten- sion existant entre les deux électrodes dans la demi-période inactive, peut être sans aucune objection de 10 kV ou de plus.
Par'contre, dans l'espace entourant la cathode à incandescence, la pression est analogue à celle existant dans les redresseurs à atmosphère gazeuse à tension peu élevée. Grâce à cette haute pression, les ions positifs frappant la cathode à incandescence n'ont qu'une faible vitesse, ce qui au point de vue de la désintégration de la cathode à incandescence, est une circonstance très favora- ble assurant une durée de service convenable. En outre, la pression élevée a un effet favorable sur la chute catho- dique. L'appareil décrit ci-dessus permet de redresser des courants d'une intensité de plusieurs ampères.
Au voisinage de la cathode à incandescence est disposée une électrode auxiliaire 13 à laquelle une tension @
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peut être appliquée par rapport à la cathode à incandescen- ce, de sorte qu'il peut se produire une décharge auxiliaire qui facilite la production de la décharge principale.. Il est recommandé d'utiliser à cet effet une source de courant continu. Le dessin montre un redresseur séparé 14 destiné à fournir une tension positive qui est produite par le redressement des deux demi-ondes d'un courant alternatif, l'enroulement primaire qui alimente ce redresseur n'étant pas représenté.
L'entoulement 15, qui est relié aux anodes 17 à travers des résistances 16 et dont le point-milieu est connecté au point-milieu de l'enroulement 8, peut être monté éventuellement sur le transformateur principal. La cathode à incandescence 18 du redresseur auxiliaire est alimentée par l'enroulement auxiliaire 19 dont le point milieu est relié à l'électrode auxiliaire 13.
Un écran 20 en métal ou mieux encore en une matière mauvaise conductrice de la chaleur, telle que l'asbeste est interposé entre la chambre cathodique et la ou les chambres anodiques, cet écran étant destiné à empêcher la transmis- sion de chaleur entre ces chambres.
Pour éviter des phénomènes indésirables dans le cas d'un dérangement dans le refroidissement des chambres anodi- ques ou dans le chauffage du mercure,on peut prévoir des dispositifs protecteurs qui, par exemple, réagissent sur la température ou sur la pression de l'air de refroidisse- ment envoyé par le ventilateur,et qui actionnent des re- lais qui coupent le courant de l'appareil redresseur.
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"Electrical installation for rectifying alternating currents".
The present invention relates to an electrical installation making it possible to rectify alternating currents which is suitable in particular for very high voltages and which comprises a discharge tube with an incandescent cathode.
If incandescent cathode discharge tubes are used for rectifying currents to a voltage of several tens of thousands of volts, these tubes are usually empty of air to such an extent that the discharge current of the tube is used. is a pure electronic current and no ionization occurs. The intensity of the current which such a discharge tube can pass is only
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weak and these tubes give rise to a considerable voltage gate and, therefore, poor efficiency.
From this point of view, the discharge tubes operating with gas ionization are to be preferred, since they allow the passage of currents of very high intensity and they operate with a low voltage loss. In general, however, these tubes are not suitable for operation at very high voltages, for example about 10,000 volts, since the gas pressure must be so much lower than the voltage at which the tube must be used is higher. ' However, low gas pressure causes rapid disintegration of the incandescent cathode and therefore reduces the service life of the tube. It is for this reason that above 1000 volts little use has been made of gas rectifiers.
In the installation according to the invention, all these drawbacks are eliminated. It comprises an electric discharge device whose incandescent cathode, preferably an oxide cathode, and the anode or anodes are arranged in separate chambers communicating with one another. In the chamber in which the incandescent cathode is disposed, a pressure greater than that existing in the anode chamber or chambers is maintained. It may be advantageous to establish the connection between the different chambers by a conduit offering great resistance to traffic.
The difference between the pressures existing in the various chambers of the electrodes can be produced by evaporating in the cathode chamber, or in a container.
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Pient communicating therewith, a substance which condenses in the anode chamber which, optionally, can be artificially cooled, this substance preferably consisting of mercury. The discharge device can have dimensions small enough that the discharge itself gives off enough heat to cause evaporation.
In this case, the increase in temperature can possibly be limited by means of a cooling device. It is advisable, however, to make the device large enough and to carry out the evaporation by means of a separate heating device, for example an electric heater, placed inside or outside. the outside of the empty space.
In order to effect or facilitate the condensation of the vapor located in the anode chamber, the installation according to the invention can be provided with a device causing a current of air along the anode chamber.
The condensed mercury can be routed to be evaporated in the cathode chamber. For this purpose, the arrangement may be such that the mercury condensing in the cold parts can flow back to the evaporation space.
This reflux can take place through the conduits intended for the discharge, although special small tubes can also be provided for this purpose.
The steam produced in the discharge device of the plant according to the invention is usually sufficient to carry the discharge. The atmosphere of the discharge device can therefore be substantially free from other gases. To obtain quiet operation, one can provide on the wall of the device conduc-
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Torres which are electrically connected to the anodes and which extend to the cathode chamber, as described in Patent No. 356,362. These members can be made up of metal wires, for example nickel, wound around the conduit going to the cathode chamber.
A. Outside the discharge tube, a screen to prevent the transmission of heat may be interposed between the cathode chamber and the anode chamber (s).
In the case where there are several anode chambers, they can be arranged around the cathode chamber, which is surrounded by a screen.
The invention will be better understood by referring to the appended drawing schematically showing part of an electrical installation according to the invention.
In the drawing, 1 denotes an electric discharge device composed of several chambers communicating with one another. Chamber 2 contains an incandescent cathode 3, preferably an oxide cathode, and in a second chamber 4 is disposed an anode 5, preferably made of graphite. In addition to the anode chamber shown in the drawing, the installation can be provided with several of these chambers, each of which contains an anode, which makes it possible to rectify alternating currents with two, three or more phases. The anode chamber 4 is connected to the cathode chamber 2 by a conduit 6 inclined towards the chamber 2.
If the discharge device is used for rectifying a polyphase current, it is important that the discharge conduits which connect the anode chambers to the cathode chamber have the same length. not --
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The anode 5 is connected to one end of a transformer winding 7, the other end of which, for rectifying a polyphase current constitutes the neutral point of a polyphase winding, is the negative pole of the 'installation. The positive pole is formed by the midpoint of an auxiliary winding 8 which supplies the heating current for the incandescent cathode. The primary winding is not shown in the drawing.
The cathode chamber 2 communicates freely with a container 9 which contains a certain quantity of liquid mercury. This vessel is surrounded by an electric heating element 10 by which the mercury is heated, so that the chamber 2 fills with mercury vapor at a pressure such that, during operation, it does not occur. of unwelcome decay of the incandescent cathode. A very high vacuum prevails in the discharge device, so that with the exception of mercury vapor, the latter contains substantially no other gases.
Under the anode chamber 4 is placed a fan 11 which, actuated by an electric motor 12, sends a current of air along the wall of the tube which, by cooling the anode chamber, promotes the condensation of the vapor. of mercury enclosed in this chamber and the deposition of this condensed vapor on the wall in the form of drops, as shown in the drawing. These drops collect and flow back through the inclined tube 6 to the receptacle 9. The mercury contained in the receptacle 9 therefore constantly goes through the same cycle. It evaporates, the vapor condenses in the anode chamber and, in the liquid state,
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the mercury returns to container 9.
As a result of the cooling, the pressure of the mercury vapor contained in the anode chamber is very low, only a fraction of one mm. of mercury. The mercury contained in the container 9, on the other hand, is heated to a temperature which increases the pressure existing in the chamber 2, to a few mm. of mercury. Suitable temperatures are between 110 and 150 C approximately.
With respect to the part of the discharge path extending from the anode to the cathode chamber, the rectifier device therefore has the character of a rectifier at very low gas pressure, so that it is suitable for very high voltages. For this reason, the voltage existing between the two electrodes in the inactive half-period, can be without any objection 10 kV or more.
On the other hand, in the space surrounding the incandescent cathode, the pressure is analogous to that existing in low voltage gaseous atmosphere rectifiers. Thanks to this high pressure, the positive ions striking the incandescent cathode have only a low velocity, which from the point of view of the disintegration of the incandescent cathode is a very favorable circumstance ensuring a long service life. suitable. In addition, the high pressure has a favorable effect on the cathode drop. The device described above makes it possible to rectify currents with an intensity of several amps.
In the vicinity of the incandescent cathode is arranged an auxiliary electrode 13 at which a voltage @
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can be applied with respect to the incandescent cathode, so that an auxiliary discharge can occur which facilitates the production of the main discharge. It is recommended to use a direct current source for this purpose. The drawing shows a separate rectifier 14 for supplying a positive voltage which is produced by rectifying two half waves of an alternating current, the primary winding which powers this rectifier not being shown.
The flow 15, which is connected to the anodes 17 through resistors 16 and whose midpoint is connected to the midpoint of the winding 8, can optionally be mounted on the main transformer. The incandescent cathode 18 of the auxiliary rectifier is supplied by the auxiliary winding 19, the midpoint of which is connected to the auxiliary electrode 13.
A screen 20 of metal or better still of a material which is a poor conductor of heat, such as asbestos, is interposed between the cathode chamber and the anode chamber (s), this screen being intended to prevent the transmission of heat between these chambers. .
To avoid undesirable phenomena in the event of a disturbance in the cooling of the anode chambers or in the heating of mercury, protective devices can be provided which, for example, react on the temperature or on the pressure of the air. cooling unit sent by the fan, and which activate relays which cut off the current to the rectifier apparatus.