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PROOEDE ET DISPOSITIF ASSURANT I'AMORCAGE DES DECHARGES ELECTRIQUES -
La présente invention vise les tubes à déchargea électriques dans les gaz, et plus particulièrement les appareils permettant l'amorçage de ces tubes. Elle a pour objet un procédé pour faciliter l'anorqage d'une décharge dans le milieu gazeux des redresseurs, des lampes et spécialement des dispo- sitifs fonotionnant en redresseurs.
L'invantion a aussi pour objet un dispositif robusta et peu coû- teux, très efficace pour 1'amorçage des décharges par surtension.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront encore dans la suite.
Un procédé connu utilise, pour amorcer la décharge dans un milieu
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gazeux, le passage momentané d'un courant dans une inductanee reliée en série avec le dispositif de décharge , ce passage étant suivi d'une coupure brusque du circuit dans lequel passe le courant. Il s'ensuit une surtension due à l'in- ductance, surtension qu'on utilise pour créer une différence anormale de poten- tiel dans la tube, En vue d'amorcer la décharge. Quand les tubes à décharge fonctionnant sous courant alternatif, on éprouve dans l'application de cette méthode, des difficultés importantes qui peuvent en compromettre l'efficacité.
Ces difficultés proviennent du fait que l'inductance est excitée par du courant alternatif à onde complète, pendant la période d'amorçage. La moitié du temps, l'inductance est excitée en sans opposé au sans requis pour amorcer une décharge dans le tube, puisque celui-ci offre les caractéristiques unidirectionnelles d'un redresseur !d'où il s'ensuit que 50% des surtensions produites en inter- rompant au hasard le courant dans l'inductance, demeurent entièrenent in@effi- caces pour l'amorçage d'une décharge. En outre, l'impédance de cette inductance, pour tout courant alternatif à 60 p:s est si grande qu'on n'y peut faire passer le courant magnétisant qu'au moyen d'une tension relativement élevée, de l'ordre de 130 volts par exemple.
L'utilisation de cette tension est indésira- ble, parce qu'elle tend à maintenir la persistance d'un arc dans l'interrupteur à mercure communément employé pour couper le circuit, cet arc affectant fécheu- semeat l'effet d'amorçage, aussi bien par la dissipation d'énergie magnétique qu il entraine,que par la retard qu'il apporte à la surtension inductive finale, jusqu'à un instant de la période de courant alternatif qui est très peu favo- rable à l'amorçage d'une décharge (aussi bien par suitede la diminution du cou- rant passant alors dans l'inductance, que de la basse tension alors appliquée aux anodes).
On ? trouvé que toutes ces difficultés peuvent être éliminées si on place un redresseur en série avec une inductance, pendant la période de démarrage. L'inductance est alors traversée par un courant unidirectionnel doit les pulsations sont largement amorties par l'inductance. Donc, une énergieélec- tromagnétique plus grande se trouve emmagasinée dans cette inductance quel que soit l'instant de coupure du circuit par l'interrupteur. De plus, par suite du caractère unidirectionnel du courant, l'impédance opposée au passage du courant dans l'inductance est réduite de telle façon qu'un potentiel de l'ordre de 3 volte suffit à faire passer le courant désiré dans celle-ci.
On a découvert que
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cette basse tension convient particulièrement, puisqu'elle est inférieure au potentiel d'ionisation du mercure , de sorte que le circuit peut être inter- rompu entre les réservoirs à mercure de l'intrrupteur, sans qu'il y ait auou- ne tendance à l'amorçage d'un arc durable. Ainsi, la surtension est produite immédiatement après le fonctionnement mécanique de l'interrupteur, de sorte que la phase de production de la surtension est largement accrue à un moment favo- rable de la période de tension anodique.
En outre, par suite des dispositions nouvelles de l'appareil, chaque surtension est dans le sens voulu et efficace au moine potentiellement pour amorcer la décharge, ce qui double le rendement de l'appareil d'amorçage*
La faible durée de l'arc de rupture instable dans l'interrupteur est également avantageuse pour une autre raison. L'éohauffement réduit de cette façon vaporise moins de mercure, et par conséquent la pression de vapeur de ce mercure est moindre, le circuit est coupé beaucoup plus brusquement, et la sur- tension obtenue est plus élevée.
Il en résulte une augmentation de l'efficacité de chaque manoeuvre tentée pour assurer l'amorçage* Ainsi cette nouvelle combi- naison d'appareils est théoriquement beaucoup plus efficace que les combinai- sons jusqu'ici utilisées pour amorcer un arc dans un tube à décharge, comme l'ont prouvé les essais nanbreux faits par la Société demanderesse. En outre, il est évident que cette utilisation d'un redresseur en combinaison avec une inductance et un interrupteur, permet de réaliser un générateur d'énergie à haute tension extrêmement efficace et pouvant être employé avantageusement dans de nombreuses applications industn elles.
D'après ce qui précède, on voit que les caractéristiques essen- tielles de l'invention résident dans l'utilisation d'un courant unidirectionnel de basse tension pour exciter l'inductance. Bien qu'on ait exposé l'emploi d'un redresseur comme offrant les moyens les plus pratiques d'obtenir l'intensité désirée dans un circuit à courant alternatif, la Société demanderesse a trouvé qu'un pouvait utiliser d'autres moyens, par exemple une petite batterie, pour arriver, aussi bien ou mieux, au même résultat.
Certaines difficultés qu'on vient de signaler, et qu'on rencontre dans l'amorçage des'*tubas à courant alternatif, se retrouvent aussi lorsqu'on les amorce par courant continu. Ici, l'inductance a invariablement été excitée par le potentiel de ligne, non pas parce que ce potentiel était nécessaire pour
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surmonter l'impédance de celle-ci, comme dans la cas du courant alternatif, mais parce qu'elle offre le seul potentiel disponible.
La Société demanderesse a découvert que l'utilisation d'une basse tension est estrêmement avantageuse aussi dans le cas du courant continu, car elle s'oppose à la stabilisation de l'arc de rupture. aile a reconnu en outre que ce faible potentiel peut conve- nablement être emprunté, soit à une batterie à basse tension, par exemple trois volts, soit à un dispositif potentiométrique. Quand on excite de la aorte l'ap pareil d'amorçage objet de l'invention, on reconnaît qu'il est beaucoup plus efficace que les dispositifs utilisés jusqu'ici.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référent à la description suivante et aux dessine qui l'accompagnant, donnés simplement à titre d'exemple non limitatif, et dans lesquels :
La Fig.l est un schéma d'une des formes préférées de réalisation de l'appareil d'amorçage pour lampes à vapeur de mercure du genre Cooper Hewitt à codant unilatéral.
Les Fig.2 et 3 sent des schémas relatifs à des variantes du cir- cuit représenté Fig.l.
La Fig.4 est un schéma d'une autre variante du circuit de la Fig.l, avec un interrupteur de type spécial.
La Fig5. est une vue en élévation de l'interrupteur utilisé Fig.4
La Fig.6 est une vue en coupe du marne interrupteur suivant la ligne 6-6 de la Fig.5.
La Fig.7 est un schéma d'une autre variante du circuit de la Fig. 1.
La Fig.8 est un schéma représentant l'application du nouveau dispositif d'amorçage à une lampe à cathode chauffée.
La Fig.9 est un schéma visant l'application de l'invention à une lampe comportant une cathode thermoionique d'un autre type.
La Fig.10 est un schéma d'une autre variante du circuit de la Fig.1.
La Fig.11 est un schéma relatif à l'application de l'invention à une lampe à courant continu du genre Cooper Hewitt.
La Fig. 12 est un schéma d'une variante du circuit de la Fige Il.
La Fig. 13 est un schéma représentant l'application de l'inven-
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tion à l'amorçage d'une décharge dans un tube à deux électrodes thermoinni- ques.
La Fig.l représente une lampa à vapeur de mercure 1 comportant une cathode mercurielle 2, des anodes 3 et une gaine d'amorçage 4 de papier d'étain ou autre matière analogue. Les anodes 3 sont reliées à la façon ha- bituelle aux extrémités de l'auto-transformateur 5, à travers des résistances ballast 6, et la cathode 2 est de même reliée au point moyen du transforma- tour à travers une inductance 7. Ce point moyen est également reliée à tra- vers un condensateur 8, à la gaine d'amorçage 4. L'interrupteur 9 est in- tercalé entre la cathode 2 et le ptle négatif d'un redresseur double 10, tan- dis que les conducteurs positifs du même redresseur sont reliés à des prises, de part et d'autre du point moyen du transformateur 5.
L'interrupteur 9 qui peut être un interrupteur à mercure à am- poule bien vidée, est normalement fermé, mais il est mis en position d'ou- verture par l'inductance 7, lorsqu'on excite celle-ci. Le redresseur 10 peut être d'un type quelconque, mais on peut avantageusement utiliser des redres- seurs à oxyde de cuivre, en raison de leur commodité et de leur prix relative ment faible.
La variante de la Fig.2 représente un redresseur 10 demi-onde dont les connexions n'exigent aucune explication, puisqu'il a été simplement substitué au redresseur double de la Fig.l, et une tension un peu plus éle- vée lui est appliquée pour surmonter l'augmentation d'impédance opposée dans l'inductance 7 à courant pulsatoire résultant qui est seulement composé de demi-ondes. Cette figure représente également une variante des connexions de la gaine d'amorçage 4, car elle est reliée ici à un point intermédiaire du ciroit entre l'interrupteur 9 et le redresseur 10'.
Le circuit représente Fig.3 fait comprendra la façon dont l'ap- pareil auxiliaire, du type jusqu'ici utilisé, peut 'être transformé, de ma- nière simple et peut conteuse, en vue de fournir un circuit équivalent à ce- lui de la Fig.l. Comme l'auto-transformateur 5', utilisé généralement dans ces équipements, n'a pas de prises de tension à 6 ou 7 volts de chaque coté du point moyen, on branche un auto- transformateur 11 de petite capacité entre une des bornes dudit transformateur 5t et son point moyen. Ce transfor- mateur 11 offre des prises à la tension désirée, de part et d'autre du point
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relié au point milieu du transformateur 5' auquel aboutissent les conduc- teurs positifs du redresseur 10.
A noter encore dans ce cas, la connexion directe de la gaine d'amorçgge 4 au point moyen de l'auto-transformateur 5', Toutefois, cette gaine peut être reliée de même manière que dans les Fig.l et 2, toutes les connexions étant interchangeables.
Le circuit de la Fig.4 représente une autre variante encore de celui de la Fig.l, variante dans laquelle l'interrupteur usuel est remplacé par l'interrupteur 9', représenté de façon plus détaillée dans les fig.5 & 6, Cet interrupteur comporte un bain de mercure 11 relié à la cathode 2 par un conducteur flexible, ainsi que deux conducteurs d'Entrée 12 qui traversent les extrémités de l'envoleppe scellée et plongent de haut en bas dans le bain de mercure. Cet interrupteur 9' pivote de la même façon que l'interrupteur 9 des figures précédentes, lorsqu'on excite l'inductance 7 il en résulte que les conducteurs d'entrée 12 sont simultanément retirés du mercure.
Chacun de ces conducteurs est relié, de manière appropriée, au polo - d'un redresseur demi-onde 10' dont les bornes positives sont à leur tour reliées aux prises à basse tension disposées de part et d'autre du point moyen de l'auto-trans- formateur.
Dans la variante de la Fig.l, représentée Fig. 7, la cathode 2 est reliée au point moyen de l'auto-transformateur 5, à travers une inductan- ce 7' dont la réactance est juste suffisante pour stabiliser la décharge dans le tube 1. Une seconde inductance 7", dont la réactance est étudiée de façon à donner les meilleurs conditions d'amorçage, a une de ses bornes reliée au point moyen de 1'auto-transformateur 5, tandis que l'autre rejoint l'inter- rupteur 9 et la cathode 2, à travers le condensateur 13.
Ce condensateur a une capacité suffisante pour laisser passer la surtension à front raide pro- duite dans le circuit de l'inductance 7" et coupée par l'interrupteur 9, mais insuffisante pour laisser passer une intensité appréciable dans les conditions normales de fonctionnement. Cette inductance peut être également enroulée sur le marne noyau, mais si on, emploie des noyaux séparés, on dispose l'interrup- teur 9 de façon à passer ., la position d'ouverture lorsqu'il y a excitation de l'une ou l'autre des inductances, par exemple par des armatures séparées disposées dans le champ de l'inducteur.
Dans certains cas, les inductances 7' et.7" peuvent être représentéee par une bobine unique comportant des prises appropriées pour donner les mêmes caractéristiques électriques.
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Le redresseur de la Fig.8 est étudié de manière à servir de lampe Il est rempli d'une vapeur ou d'un gaz approprié tel que le néon, l'hélium ou le mercure, et il présente des anodes 3 et une cathode 22 pourvue d'un radia- -teur approprié 24. Les anodes 3 sont reliées à la manière habituelle aux bop nes de l'auto-transformateur 25, à travers les résistances ballast 6, tandis que la cathode 22 est reliée au point moyen dudit auto-transformateur, à tra- vers 1'inductance 7.
Une bobine secondaire à basse tension 26 a une de ses bor nes reliée au radiateur 24 ,et l'autre à la cathode 22, le circuit de chauf- fage étant complété par une liaison entre le radiateur 24 et la cathode 22, faite à l'intérieur du tube à décharge 21. D'un point intermédiaire entre l'inductance 7 et la cathode 22, part un conducteur qui comprend l'interrupten teur 9 et la insistance 27, et rejoint le point moyen d'un redresseur double 10 dont les pales + sont reliés à des prises à basse tension disposées de part et d'autre du point moyen de 1'auto-transformateur 25.
Cette résistance 27 sert de radiateur pour chauffer l'élément thermostatique 28, qui, après avoir été chauffé un temps déterminé à l'avance, agit de façon à court-cir- cuiter la résistance 27.
La Fig.9 représente l'application de l'invention à un tube à dé- charge comportant une cathode thermoionique d'un autre type. Le tube 31 con- tient une vapeur ou un gaz tel que le néon, l'hélium ou le mercure; il offre une cathode 32 composée d'un mélange fritté d'une matière réfractaire et d' une matière active thermoionique, par exemple un mélange de tungstène et d'on- de de baryum; ou bien la cathode peut encore être faite d'une masse d'oxyde en relation déterminée avec un corps métallique. A l'extrémité opposée du dis- positif 31 sont montées des anodes 3. La cathode 32 est reliée au point moyen de 1'auto-transformateur 5, tandis que les anodes 3 sont reliées respee tivement aux extrémités dudit auto-transformateur à travers les résistances ballast 6.
L'interrupteur 9 et le redresseur 10 ont les mêmes connexions que dans la Fig.l.
Le circuit de la Fig.10 diffère de celui de la Fig.l par l'utili- sation d'une batterie remplaçant le redresseur 10. Dans ce circuit, un condue teur relie un point intermédiaire entre l'inductance 7 et la cathode 2, à l'au tre extrémité de l'inductance, par l'intermédiaire de l'interrupteur 9, d'un interrupteur approprié 15 et de la batterie 14. Cette batterie peut âtre une simple batterie sèche de deux ou trois éléments, du genre des piles de poches
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Le circuit de la Fig.ll est analogue à celui de la Fig.10 , le transformateur 14 étant utilisé en liaison avec un tube à décharge 41 à cou- rant continu, à anode unique, et comportant les marnes connexions que la Fig.
10.
Le circuit de la Fig.l2 est une variante de la Fig.ll, dans la- quelle la source de courant continu fournit la basse tension désirée. Dans ce circuit est établie une connexion allant de l'anode 3 au pole- d'une source à courant continu appropriée, à travers un interrupteur à mercure 16 et une résistance 17. Un point placé entre l'inductance 7 et la cathode 2 est relié à un point de potentiel appropré de la résistance 17, à travers l'interrup- teur 9. On a représenté ici cet interrupteur de façon différence, pour mar- quer graphiquement la relation de temps entre le fonctionnement de cet inter- rupteur et celui de l'interrupteur 16, mais il n'y a pas de raison pour qu'il nesoit pas de construction identique à celle des interrupteurs utilisés dans les autres circuits.
Comme on le voit, cet interrupteur est réglé de manière à ouvrir son circuit avant l'ouverture du circuit passant par l'interrupteur 16, Comme la seule fonction de l'interrupteur 16 est de déconnecter la réais- tance 17 et d'y éviter des pertes d'énergie, tout type d'interrupteur peut servir, mais le mieux est d'utiliser un interrupteur à tube de mercure rempli d'hydrogène. Ainsi qu'on l'a indiqué, l'interrupteur 9 et l'interrupteur 16 sont tous deux commandés de façon convenable par une seule armature, lorsque l'Inductance 7 est excitée.
Le tube à décharge 31' de la Fig.l" comporte deux cathodes ther- moioniques 32 de même type que dans la Fig.9, par exemple, mais toute autre cathode thermoionique peut leur être substituée. Une de ces cathodes est re- liée à l'une des pomes d'une source de courant alternatif appropriée, à tra- vers la résistance ballast 6, tandis que l'autre cathode 32 est reliée à l'autre borne de ladite source à travers l'inductance de stabilisation 7'.
Un auto-transformateur 11 de faible puissance, analogue à celui de la Flg.3, est relié à la source de courant alternatif et comporte des prises de quel- ques volte, de part et d'autre de la connexion qui aboutit à l'inductance 7' ces prises étant reliées aux pôles + à travers l'interrupteur 9 et l'induc- tance 7", à la même borne de ladite source que l'inductance 7'. D'un point placé entre cette inductance 7" et l'interrupteur 9, par une connexion allant à travers le condensateur 12 à la marne cathode 32 à laquelle est reliée 1'in-
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ductance 7'.
Lorsque dans le circuit. de la Fig.l, on applique un potentiel alternatif approprié à l'auto-transformateur 5, une différence de potentiel est appliquée entre la cathode 2 et les anodes 3, de valeur insuffisante pour amorcer'une décharge entre cet électrodes. Toutefois, du courant passe durant une alternance sur deux, des prises à basse tension disposées de part et d'autre du point moyen dudit transformateur à travers le redresseur 10, l'interrupteur 9 et l'inductanoe 7, pour revenir au point moyen dudit auto- transformateur. Le champ créé autour de cette inductance attire alors l'arma- -tpre de l'interrupteur 9 et ouvre le circuit de l'inductance, de sorte que le champ magnétique disparaît en provoquant une surtension.
Du fait que cet- te inductance est toujours exoitée par du courant unidirectionnel (en raison de la conductibilité unilatérale du redresseur 10 en série avec elle) cette surtension rend toujours la cathode 2 très négative, par exemple de quelques milliears de volts par rapport aux anodes. Quand le potentiel de cette ca- thode est assez bas, il s'amorce dans le tube une décharge qui ionise le gaz et établit la taohe cathodique sur la cathode mercurielle.
L'arc est ,par conséquent amoroé et maintenu par le potentiel existant entre les électrodes du tube 1, du oourant passant d'abord d'une extrémité de l'au-transformateur 5, puis de l'autre extrémité, à travers l'une ou l'autre des résistances ballast 6 et des anodes 3 et, de là, à travers le tube 1, pour gagner la oa- thode 2 et faite retour au point moyen de l'auto-transofmrateur, à travers l'Inductance 7 qui sert àlors à stabiliser la décharge . Cette inductance étant ainsi continuellement excitée par le courant redressé, maintient l'in- terrupteur 9 en position d'ouverture.
L'inductance 7 oppose une impédance très faible au courant redressé fourni par le redresseur 10 pendant la pé- riode d'amorçage ! 1 On trouve qu'une basse tension de l'ordre de trois volts suffit à faire passer le courant désiré (de 1 ampère par exemple) à travers cette inductance, tandis que le potentiel additionnel requis par le redresseur 10 est seulement de quelques volts.
Avec l'application d'un potentiel aussi faible, aucun arc ne peut se maintenir dans l'interrupteur à mercure, de sorte que le circuit s'inter- rompt instantanément. Sotte interruption instantanée est désirable pour les raisons suivantes : l - La tension engendrée par l'inductance dépend directement de
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la rapidité avec laquelle le champ magnétique disparaît et la faible tension appliquée assure l'ouverture extrêmement rapide des circuits et la dispari- tion rapide du champ. La rapidité de cette extinction du champ est en outre favorablement affectée par le fait que, en engendrant moins de chaleur, l'in- terrupteur dégage moins de vapeur et fonctionne dans des conditions meilleures en assurant une coupure extrêmement brusque.
21- La rupture ne dépend pas de la chute périodique de la tension de ligne et de l'intensité dans l'interrupteur, comme c'était le cas jusqu' ici, et par conséquent il y a probabilité beaucoup plus grande que la surten- sion se produise à un instant favorable de la période.
3 - Du fait que l'inductance 7 tend à amortir le courant fourni par le redresseur 10, l'énergie magnétique emmagasinée dans cet appareil est toujours appréciable, et il en résulte qu'on peut obtenir une surtension efficace indépendamment de la fraction de la période de courant alternatif pendant laquelle le circuit est interrompu. Cette considération a une impor- tance particulière, car, en raison du déphasage du courant dans le circuit de l'interrupteur, par rapport à la tension anodique, l'intensité la plus favo- rable dans l'interrupteur coïnciderait sans cela avec la tension d'anode la moins favorable.
4 - En conséquence de ce nouveau procédé d'amorçage des tubes à décharge, on a trouvé que les dispositifs ci-dessus décrits s'amorcent presque instantanément, même dans les conditions les plus défavorables, l'action d'a- moroage étant beaucoup plus efficace que celles utilisées jusqu'ici. Au cas où la décharge ne rendrait pas naissance à la première manoeuvre de l'inter- rupteur, il est évident que le circuit de l'inductance se trouverait automa- tiquement refenné et que le cycle des opérations se répéterait autant de fois qu'il serait nécessaire. En outre, il est évident qu'on peut utiliser d'au- tres moyens et d'autres dispositifs que l'interrupteur représentés par exem- ple un Interrupteur commandé par moteur et coupant périodiquement le circuit à telle vitesse qu'on désire.
Il va de soi, cependant, que cette substitution (qui peut être intéressante au cas ou l'on désire des impulsions répétées de surtension), rentre dans le cadre de l'invention.
Dans le circuit simplifié représenté Fig.2, l'inductance 7 est excitée, pendant la période d'amorçage, par la demi-oncle de courent pulsatoi- re traversant le :redresseur 10'. Bien que ce circuit ne soit pas aussi affi-
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oaoe que celui de la Fig.l, il offre de nombreux avantages par rapport aux circuits utilisés jusqu'ici. Puisque le courant traversant l'induotanoe 7 est unidirectionnel et marne intermittent, l'impédance opposes à ce courant par l'Inductance 7 est moindre qu'elle ne le serait pour du courant non re- dressé.
Par conséquent, une tension plus basse peut servir à produire l'inten site de courant désirée, cette tension plus basse affectant évidemment, de façon favorable, la vitesse et le temps requis pour l'interruption du courant dans l'interrupteur. En outre, l'interrupteur 9 n'est plus dans l'obligation de couper le courant lrosqu'il est en sans inverse de sens requis pour amor- cer une décharge dans le tube 1, ce qui entraine un moindre échauffement, une vaporisation moins active de l'interrupteur et, par conséquent, une ouverture
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du circuit plus rapide quand"""'" le courant a le sans désiré* De plus, comme le fer de l'Inductance 7 n'est jamais excité en sens opposé,
il est évident que le champ magnétique s'y établit plus rapidement au commencement de chaque alternance, de sorte que la période pondant laquelle cette inductance emmaga- sine assez d'énergie pour amorcer la décharge se trouve notablement accrue.
Le circuit de la Fig.3 est identique à celui de la Fig.l, à la différence près de la bague d'amorçage 4. Dans ce circuit, les prises à basse
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tension de l'auto-transformbtaur 11, dont la op-pacité est de l'ordre de 20 watts, prennent la place des prises à basse tension prévues sur l'auto-trans- formateur 5 de la Fig.l. En conséquence, l'interrupteur 9 et l'inductance agissent de la même manière que ci-dessus pour assurer la marne efficacité d'amorçage.
Dans certains cas, il peut y avoir inconvénient à laisser le re- dresseur 10 relié à la ligne pendant le fonctionnement du dispositif 1, par suite de l'échauffement. Le circuit de la Fig.4 représente un moyen de l'évi- ter. Il comporte deux redresseurs demi-onde 10' remplaçant le redressas dou- ble de la Fig.l, et un interrupteur 9' représenté avec plus de détail sur les Fig.5 et 6, est substitué à l'interrupteur 9.
Initialement, le circuit est en effet identique à celui de la Fig.l; mais lorsque bascule l'interrupteur , 9' sous l'action du champ créé autour de l'inductance 7, les conducteurs 12
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basculent simultanément et sortent du mercure 11y le circuit A "il\ 11111 inductance est ainsi intort'<l1Ip\\ antro l'un nit l'."II\''' 1111 Ilt'llli evHttItuiht,tNa i1 et le meroure. mSUne ""'11'" 10 u\ lou'II\ 1>""*"'" 11\\-' \1111 1\8\\. ''''''''t'I.IIHU\\HlH 1111 série, à travera 1 . nt. Il'1:1\'\1\11\>\' \\1'1\\ ##### f'll'"'' Nlt \-1\.\\\\11-\\\,,"
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inversés, se trouve également interrompu et le reste aussi longtemps qu'une décharge se maintient dans la tube 1.
Dans chacun des circuits dont le fonctionnement vient d'être ex- posé, l'inductance 7 a servi à la fois pour fournir la surtension d'amorçage et pour stabiliser la décharge, une fois amorcée. Par conséquent, les cons- tantes de cette inductance ont nécessairemetn représenté un compromis entre les valeurs convenant le mieux à chacune de ces fonctions,
Le circuit de la Fig.7 élimine cette sujétion qui présente car- tains inconvénients pour la réalisation d'appareils offrant le maximum d'a- vantages possible et destinés à titrer, de l'aplication de l'invention, le maximum d'efficacité. Dans ce circuit, l'inductance 7" fournit la surtension d'amorçage.
En raison de la faible impédance opposée par l'inductance 7" au courent redressé fourni par le redresseur 10, on peut faire cette inductance plus grande qu'il serait désirable si elle devait fonctionner en série avec la décharge, et cela sans augmenter la tension qui lui est appliquée au point où un arc stable pourrait se maintenir dans l'interrupteur 9. On peut ainsi emmagasiner une très notable quantité d'énergie dans l'inductance 7", et par conséquent augmenter la probabilité d'amorçage d'un arc dans le tube 1 dès la première manoeuvre de l'interrupteur 9. La surtension produite par l'inductance 7" traverse aisément le transformateur 13, du fait que son front est raide.
Dès amorçage de la décharge dans le tube 1, le champ créé autour de l'inductance 7' attire l'armature de commande de l'interrupteur 9, ce qui met cet interrupteur en position d'ouverture aussi longtemps que la décharge est maintenue dans le dispositif. Dans certainscas, un petit intervalle d'éclatement, par exemple un tube à décharge gazeuse de parefourdre, peut tre substitué au condensateur 13, ce dispositif opposant peu d'impédance à une surtension élevée, et se comportant à son égard comme un condensateur.
La Fig.8 montre comment l'invention s'applique aussi aux tubes à décharge à cathode thermoionique. Avec le circuit de cette figure, il suffit de relier l'auto-transformateur 5 à une source appropriée de courant alternatif, pour faire passer du secondaire 26, à travers le radiateur 24, un courant qui chauffe la cathode 22. En même temps, du courant passe d'a- bord de l'une, puis de l'autre des prises de basse tension de l'auto-trans- formateur 5 au point moyen de cet auto-transformateur, à travers le redras- seul' 10,/.
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la résistance 27 et 1'inductance 7. Ce courant est limité par la résistance 27 de telle faqon que le champ créé autour de l'inductance 7 est insuffisant pour faire basculer l'interrupteur 9.
Le courant traversant la résistance 27 échauffe l'élément bimétallique 28 qui se déforme et met en court-circuit la résistance, après un intervalle de temps suffisant pour permettre à la oatho- de 22 d'atteindre una température à laquelle son émission électronique suffit à entretenir le courant normal de décharge. Quand cette résistance 27 est ainsi court-circuitée. le courant dans l'inductance 7 est accru, l'interrup- teur 9 entranné et le circuit de l'inductance ouvert, ce qui donne lieu à l'applioation d'une surtension à la cathode 22. Cette surtension ionise le condensateur du tube 21, et par conséquent amorce la décharge, laquelle s'y maintient sous la tension normale appliquée entre les électrodes.
Le courant de décharge traversant l'inductance 7 agit à la manière ordinaire pour main- tenir l'interrupteur 9 en position d'ouverture pendant la continuation de la décharge.
Le dispositif de la Fig.9 n'exige pas de chauffage cathodique préalable et par conséquent le circuit y est simplifié et pratiquement le même que dans la fig.l. à la différence près que la bague d'amorçage et sa con nexion sont supprimées. Le fonctionnement de ce circuit est identique à celui de la Fig.l et n'exige par conséquent aucun commentaire.
Dans la variante de la Fig.10, la batterie 14 remplace le re- dresseur 10 comme source de courant unidirectionnel à basse tension. Lorsqu' on ferme l'interrupteur 15, la batterie 14 envoie du courant à travers l'in- terrupteur 9 et l'inductance 7. Cette inductance, étant excitée, agit sur l'interrupteur 9 qui ouvre la circuit. La surtension résultante amorce la décharge, comme dans le cas de la fig.l, l'arc étant maintenu par la tension fournie à travers l'auto-transformateur 5. Came la batterie 14 fournit, à l'inductance 7, un vrai courant continu, il est évidant que l'efficacité des appareils est plus considérable que celle du dispositif de la Fig.l, puisque cette inductance est complètement aimantée quel que soit l'instant de la coupure dans l'interrupteur 9.
L'utilisation d'une batterie an liaison avec une lampa à courant continu (cas de la Fig.ll) entraine une augmentation considérable de l'effi- cacité de la surtension, car elle fournit, pour la première fois, une tension
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inférieure au potentiel d'ionisation du mercure. Donc, le circuit de l'in- terrupteur est ouvert beaucoup plus brusquement que ce n'était le cas jus- qu'ici de sorte que la surtension appliquée à la cathode 2 a une valeur exceptionnellement élevée. Le fonctionnement du circuit est analogue à celui de la Fig.10 et n'exige donc pas d'autres commentaires.
Si on passe à la Fig.12, on voit que l'application d'une tension continue appropriée à ce circuit fait passer du courant à travers la résis- tance 17, l'interrupteur 16 et la résistance ballast 6. Ces résistances jouant le rôle d'un potentiomètre fournissant le faible potentiel désiré au circuit de l'interrupteur, du courant passant à travers le circuit dérivé de la prise ménagée sur la résistance 17, pour gagner la borne négative de cette réai.tance, à travers l'interrupteur 9 et l'Inductance 7. Quand l'interrup- tour 9 est entraîné par le chapnoréé autour de l'inductance 7, le courant dans cette inductance est brusquement coupé, et la surtension produite est appliquée à la cathode 2.
Puisque seul le circuit dérivé est ouvert par l'in- terrupteur 9, la pleine tension de la source à courant continu n'est janais appliquée sui- cet interrupteur. Il est, en outre, évident que les résistances relatives des différentes parties du circuit peurvent être choisies de telle façon que le potentiel appliqué à cet interrupteur, lors de l'ouverture du circuit, est inférieure au potentiel d'ionisation du mercure. Après que cet interrupteur 9 a ouvert le circuit dérivé, le circuit passant par l'interrup- teur 16 est ouvert, de sorte que l'appel d'énergie à travers la résistance 17 se trouve éliminé.
L'invention fournit également des moyens de mettre en marche des dispositifs à décharge gazeuse symétriques, comme celui de la Fig.12.
Dans ce car, 1'Inductance de stabilisation 7' est de valeur rela- tivement basse, de sorte que l'utilisation d'une inductance d'amorçage sépa- rée 7" (telle que celle représentée Fig.7) est particulièrement désirable, puisqu'elle permet d'emmagasiner une quantité plus grande d'énergie. Le fonctionnement du générateur à haute tension, représenté dans cette figure, est identique à celui du générateur représenté fig.7, de sorte qu'il est su- perflu de le décrire. Dans ce cas l'cnde à front raide de surtension est ap- plbquée à l'électrode 32, à travers le condensateur 13.
Il est évident que, si l'électrode est à 'Potentiel négatif par rapport à l'autre électrode 32 à l'instant OÙ est appliquée cette surtension, les conditions sont idéales pour
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1'amorçage d'une décharge dans le tube 31'.
Si le potentiel de ces electrodes est, à ce moment, inverse ou cnntraire, il produit une décharge momentanée qui ionise le oontenu gazeux du dispositif ,et cette ionisation persiste assez longtemps pour maintenir la décharge sous la tension de ligne, après que la surtension a disparu, de sor- te que le dispositif est mis en service indépendamment de la tension relati- ve des électrodes 32.
Cette décharge est renouvelée de la manière bien con- nue, en sens opposé à chaque inversion de la source de courant alternatif, par suite de la persistance de l'ionisation à l'intérieur du tube Si la dé- charge principale vient à manquer, pour une raison quelconque, à tout moment (par exemple en cas de panne de la source de potentiel), il est évident que l'interrupteur 9 fonctionnera de la manière décrite, pour appliquer des sur- tensions à haute tension sur les électrodes 32, jusqu'à ce que s'amorce un arc stable.
Il est donc évident que l'utilisation d'un redresseur dans ce circuit s'accompagne pratiquement de tous les avantages exposés ci-dessus, oonme devant résulter de son application dans le circuit de dispositifs à con duction unilatérale.
Bien qu'on ait décrit l'invention dans son application à des ty- pes déterminés de tubes à décharge particulièrement intéressants, il va de soi que l'invention n'est pas limitée à ces applications ; on peut l'appli- quer à des tubes à décharge en polyphasé, puisqu'il suffit pour cela d'aug- menter le nombre des redresseurs. Il est également évident que les circuits indiqués et leur mode de fonctionnement on²été envisagés seulement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif, et que tous changements qui se- raient apportés à la conposition des appareils, en laissant substituer les caractéristiques ci-dessus, rentreraient dans le domaine de l'invention.
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PROCEDURE AND DEVICE ENSURING THE INITIATION OF ELECTRICAL DISCHARGES -
The present invention is aimed at electric discharge tubes in gases, and more particularly at devices allowing the priming of these tubes. It relates to a process for facilitating anorqage of a discharge in the gaseous medium of rectifiers, lamps and especially of devices functioning as rectifiers.
Another object of the invention is to provide a robust and inexpensive device which is very effective for initiating overvoltage discharges.
Other characteristics and advantages of the invention will appear further below.
A known method uses, to initiate the discharge in a medium
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gas, the momentary passage of a current in an inductance connected in series with the discharge device, this passage being followed by a sudden cut-off of the circuit in which the current passes. There follows an overvoltage due to the inductance, which overvoltage is used to create an abnormal difference in potential in the tube, in order to initiate the discharge. When the discharge tubes operate under alternating current, one experiences in the application of this method, significant difficulties which can compromise its effectiveness.
These difficulties arise from the fact that the inductor is excited by full wave alternating current, during the firing period. Half of the time, the inductor is energized without as opposed to the without required to initiate a discharge in the tube, since the latter offers the unidirectional characteristics of a rectifier! Hence it follows that 50% of the surges produced by randomly interrupting the current in the inductor, remain entirely ineffective in initiating a discharge. In addition, the impedance of this inductor, for any alternating current at 60 p: s is so great that the magnetizing current can only be passed through it by means of a relatively high voltage, of the order of 130 volts for example.
The use of this voltage is undesirable, because it tends to maintain the persistence of an arc in the mercury interrupter commonly used to cut the circuit, this arc affecting the starting effect. both by the dissipation of magnetic energy which it causes, and by the delay which it brings to the final inductive overvoltage, up to an instant of the alternating current period which is very unfavorable to the starting of d 'a discharge (both as a result of the decrease in the current then passing through the inductance, and of the low voltage then applied to the anodes).
We ? found that all these difficulties can be eliminated by placing a rectifier in series with an inductor, during the starting period. The inductance is then traversed by a unidirectional current must the pulsations are largely damped by the inductance. Therefore, a greater electromagnetic energy is stored in this inductance whatever the moment when the circuit is cut by the switch. In addition, due to the unidirectional nature of the current, the impedance opposite to the flow of current in the inductor is reduced so that a potential of the order of 3 volte is sufficient to cause the desired current to flow in it. .
We discovered that
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this low voltage is particularly suitable, since it is lower than the ionization potential of the mercury, so that the circuit can be interrupted between the mercury reservoirs of the switch, without there being any tendency to striking a durable arc. Thus, the overvoltage is produced immediately after the mechanical operation of the switch, so that the production phase of the overvoltage is greatly increased at a favorable time of the anode voltage period.
In addition, as a result of the new arrangements of the device, each overvoltage is in the desired direction and potentially effective for the monk to initiate the discharge, which doubles the efficiency of the starting device *
The short duration of the unstable breaking arc in the switch is also advantageous for another reason. The reduced heating in this way vaporizes less mercury, and therefore the vapor pressure of this mercury is lower, the circuit is cut off much more abruptly, and the excess voltage obtained is higher.
The result is an increase in the efficiency of each maneuver attempted to ensure ignition. Thus this new combination of devices is theoretically much more effective than the combinations hitherto used to strike an arc in a tube. discharge, as demonstrated by the nanbreux tests carried out by the Applicant Company. In addition, it is evident that this use of a rectifier in combination with an inductor and a switch enables a high voltage power generator to be produced which is extremely efficient and which can be advantageously employed in many industrial applications.
From the above it can be seen that the essential features of the invention reside in the use of a low voltage unidirectional current to drive the inductor. Although the use of a rectifier has been disclosed as offering the most practical means of obtaining the desired intensity in an alternating current circuit, the Applicant Company has found that one could use other means, for example. example a small battery, to achieve, as well or better, the same result.
Certain difficulties which have just been pointed out, and which one meets in the initiation of alternating current tubas, are also found when they are initiated by direct current. Here the inductor has invariably been excited by the line potential, not because this potential was needed to
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overcome its impedance, as in the case of alternating current, but because it offers the only potential available.
The Applicant Company has discovered that the use of a low voltage is also extremely advantageous in the case of direct current, since it opposes the stabilization of the rupture arc. Aile further recognized that this low potential can conveniently be borrowed either from a low voltage battery, for example three volts, or from a potentiometric device. When the priming device object of the invention is excited from the aorta, it is recognized that it is much more efficient than the devices used hitherto.
The new characteristics and the advantages of the invention will be better understood by referring to the following description and to the drawings which accompany it, given simply by way of non-limiting example, and in which:
Fig. 1 is a schematic of one of the preferred embodiments of the starting apparatus for one-sided coding Cooper Hewitt mercury vapor lamps.
Figs. 2 and 3 show diagrams relating to variants of the circuit shown in Fig.l.
Fig.4 is a diagram of another variant of the circuit of Fig.l, with a special type switch.
Fig5. is an elevational view of the switch used Fig. 4
Fig.6 is a sectional view of the switch marl taken along line 6-6 of Fig.5.
Fig. 7 is a diagram of another variant of the circuit of Fig. 1.
Fig. 8 is a diagram showing the application of the new starting device to a heated cathode lamp.
FIG. 9 is a diagram aiming at the application of the invention to a lamp comprising a thermionic cathode of another type.
Fig.10 is a diagram of another variant of the circuit of Fig.1.
Fig. 11 is a diagram relating to the application of the invention to a direct current lamp of the Cooper Hewitt type.
Fig. 12 is a diagram of a variant of the circuit of the Fig II.
Fig. 13 is a diagram showing the application of the invention
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tion to the initiation of a discharge in a tube with two thermonic electrodes.
Fig.l shows a mercury vapor lamp 1 comprising a mercury cathode 2, anodes 3 and a starter sheath 4 of tin paper or other similar material. The anodes 3 are connected in the usual way to the ends of the autotransformer 5, through ballast resistors 6, and the cathode 2 is likewise connected to the midpoint of the transformer through an inductor 7. This middle point is also connected through a capacitor 8, to the starting sheath 4. The switch 9 is inserted between the cathode 2 and the negative pole of a double rectifier 10, while the conductors of the same rectifier are connected to taps on either side of the mean point of transformer 5.
Switch 9, which may be a mercury switch with a well-emptied bulb, is normally closed, but it is put in the open position by inductance 7, when the latter is energized. Rectifier 10 can be of any type, but copper oxide rectifiers can be used with advantage because of their convenience and relatively low cost.
The variant of Fig. 2 shows a half-wave rectifier, the connections of which require no explanation, since it has simply been substituted for the double rectifier of Fig. 1, and a slightly higher voltage is given to it. applied to overcome the opposite impedance increase in the resulting pulsating current inductor 7 which is only composed of half waves. This figure also shows a variant of the connections of the starting sheath 4, because it is here connected to an intermediate point of the ciroit between the switch 9 and the rectifier 10 '.
The circuit shown in Fig. 3 will be understood as how the auxiliary apparatus, of the type heretofore used, can be transformed, in a simple manner and can be recounted, with a view to providing a circuit equivalent to it. of Fig.l. As the autotransformer 5 ′, generally used in this equipment, does not have voltage taps at 6 or 7 volts on each side of the midpoint, a small capacity autotransformer 11 is connected between one of the terminals of said device. 5t transformer and its midpoint. This transformer 11 offers taps at the desired voltage, on either side of the point
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connected to the midpoint of transformer 5 'to which the positive conductors of rectifier 10 terminate.
Note also in this case, the direct connection of the starting sheath 4 to the middle point of the autotransformer 5 ', However, this sheath can be connected in the same way as in Fig. 1 and 2, all connections being interchangeable.
The circuit of Fig.4 represents yet another variant of that of Fig.l, a variant in which the usual switch is replaced by the switch 9 ', shown in more detail in Figs. 5 & 6, This switch comprises a mercury bath 11 connected to cathode 2 by a flexible conductor, as well as two input conductors 12 which pass through the ends of the sealed casing and plunge from top to bottom in the mercury bath. This switch 9 'pivots in the same way as the switch 9 of the preceding figures, when the inductance 7 is energized, the result is that the input conductors 12 are simultaneously withdrawn from the mercury.
Each of these conductors is suitably connected to the polo - of a 10 'half-wave rectifier, the positive terminals of which are in turn connected to the low-voltage taps arranged on either side of the midpoint of the self-transforming.
In the variant of Fig.l, shown in Fig. 7, cathode 2 is connected to the midpoint of autotransformer 5, through an inductance 7 'whose reactance is just sufficient to stabilize the discharge in tube 1. A second inductance 7 ", whose reactance is designed so as to give the best starting conditions, has one of its terminals connected to the midpoint of the autotransformer 5, while the other joins the switch 9 and the cathode 2, through the capacitor 13.
This capacitor has sufficient capacity to pass the steep-edged overvoltage produced in the circuit of inductor 7 "and cut off by switch 9, but insufficient to pass an appreciable current under normal operating conditions. inductance can also be wound on the core marl, but if one uses separate cores, one arranges the switch 9 so as to pass., the open position when there is excitation of one or the other. other inductors, for example by separate armatures arranged in the field of the inductor.
In some cases, inductors 7 'and 7 "can be represented by a single coil having appropriate taps to give the same electrical characteristics.
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The rectifier in Fig. 8 is designed in such a way as to serve as a lamp It is filled with a suitable vapor or gas such as neon, helium or mercury, and it has 3 anodes and 22 cathode provided with an appropriate radiator 24. The anodes 3 are connected in the usual way to the terminals of the autotransformer 25, through the ballast resistors 6, while the cathode 22 is connected to the midpoint of said autotransformer. -transformer, through inductance 7.
A secondary low voltage coil 26 has one of its terminals connected to the radiator 24, and the other to the cathode 22, the heating circuit being completed by a connection between the radiator 24 and the cathode 22, made at the same time. 'inside the discharge tube 21. From an intermediate point between the inductor 7 and the cathode 22, a conductor leaves which comprises the switch 9 and the insistence 27, and joins the midpoint of a double rectifier 10 of which the + blades are connected to low voltage taps arranged on either side of the midpoint of the autotransformer 25.
This resistor 27 serves as a radiator for heating the thermostatic element 28, which, after being heated for a predetermined time, acts so as to bypass resistor 27.
FIG. 9 represents the application of the invention to a discharge tube comprising a thermionic cathode of another type. The tube 31 contains a vapor or a gas such as neon, helium or mercury; it provides a cathode 32 composed of a sintered mixture of a refractory material and a thermionic active material, for example a mixture of tungsten and barium wave; or else the cathode can also be made of a mass of oxide in determined relation with a metallic body. At the opposite end of the device 31 are mounted anodes 3. The cathode 32 is connected to the midpoint of the autotransformer 5, while the anodes 3 are connected respectively to the ends of said autotransformer through the ballast resistors 6.
Switch 9 and rectifier 10 have the same connections as in Fig.l.
The circuit of Fig.10 differs from that of Fig.l by the use of a battery replacing the rectifier 10. In this circuit, a conductor connects an intermediate point between the inductor 7 and the cathode 2 , at the other end of the inductance, via the switch 9, an appropriate switch 15 and the battery 14. This battery can be a simple dry battery of two or three elements, of the type piles of pockets
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The circuit of Fig. 11 is analogous to that of Fig. 10, the transformer 14 being used in conjunction with a single anode direct current discharge tube 41 and having the connections as in Fig.
10.
The circuit of Fig. 12 is a variation of Fig. 11, in which the direct current source supplies the desired low voltage. In this circuit is established a connection going from the anode 3 to the pole of a suitable direct current source, through a mercury switch 16 and a resistor 17. A point placed between the inductor 7 and the cathode 2 is connected to an appropriate potential point of resistor 17, through switch 9. This switch has been shown here in a different way, in order to mark graphically the time relation between the operation of this switch and that of the switch. switch 16, but there is no reason why it should not be of identical construction to that of the switches used in other circuits.
As can be seen, this switch is adjusted so as to open its circuit before the opening of the circuit passing through the switch 16, since the only function of the switch 16 is to disconnect the reactance 17 and avoid it. energy losses, any type of switch can be used, but the best is to use a switch with a mercury tube filled with hydrogen. As indicated, both switch 9 and switch 16 are suitably controlled by a single armature when Inductor 7 is energized.
The discharge tube 31 'of Fig. 1 "has two thermionic cathodes 32 of the same type as in Fig. 9, for example, but any other thermionic cathode can be substituted for them. One of these cathodes is connected. to one of the pomes of a suitable alternating current source, through the ballast resistor 6, while the other cathode 32 is connected to the other terminal of said source through the stabilization inductor 7 ' .
A low-power auto-transformer 11, similar to that of Flg.3, is connected to the alternating current source and has taps of a few volts, on either side of the connection which ends in the inductance 7 'these taps being connected to the + poles through the switch 9 and the inductor 7 ", to the same terminal of said source as the inductor 7'. From a point placed between this inductance 7" and switch 9, by a connection going through capacitor 12 to cathode 32 to which is connected the in-
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ductance 7 '.
When in the circuit. of FIG. 1, an appropriate alternating potential is applied to the autotransformer 5, a potential difference is applied between the cathode 2 and the anodes 3, of insufficient value to initiate a discharge between this electrodes. However, current passes during one alternation out of two, from the low voltage taps arranged on either side of the midpoint of said transformer through the rectifier 10, the switch 9 and the inductance 7, to return to the midpoint of said transformer. auto-transformer. The field created around this inductance then attracts the arma- -tpre of the switch 9 and opens the circuit of the inductor, so that the magnetic field disappears, causing an overvoltage.
Because this inductance is always used by unidirectional current (because of the unilateral conductivity of the rectifier 10 in series with it) this overvoltage always makes the cathode 2 very negative, for example a few milliears of volts with respect to the anodes . When the potential of this cathode is low enough, a discharge is initiated in the tube which ionizes the gas and establishes the cathode taohe on the mercury cathode.
The arc is therefore amoroé and maintained by the potential existing between the electrodes of the tube 1, the current passing first from one end of the au-transformer 5, then from the other end, through the one or the other of the ballast resistors 6 and the anodes 3 and, from there, through the tube 1, to gain the method 2 and returned to the midpoint of the auto-transofmrator, through the inductor 7 which then serves to stabilize the discharge. This inductance being thus continuously excited by the rectified current, maintains the switch 9 in the open position.
Inductor 7 opposes a very low impedance to the rectified current supplied by rectifier 10 during the firing period! 1 It is found that a low voltage of the order of three volts is sufficient to pass the desired current (of 1 ampere for example) through this inductor, while the additional potential required by the rectifier 10 is only a few volts.
With the application of such a low potential, no arc can be maintained in the mercury switch, so the circuit is instantly interrupted. Foolish instantaneous interruption is desirable for the following reasons: l - The voltage generated by the inductance depends directly on
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the rapidity with which the magnetic field disappears and the low voltage applied ensures extremely rapid opening of the circuits and rapid disappearance of the field. The rapidity of this extinction of the field is also favorably affected by the fact that, by generating less heat, the switch gives off less vapor and operates under better conditions, ensuring an extremely abrupt cut-off.
21- The break does not depend on the periodic drop of the line voltage and the current in the switch, as it was the case until now, and therefore there is much greater probability than the surten- Zion occurs at a favorable point in the period.
3 - Due to the fact that the inductance 7 tends to damp the current supplied by the rectifier 10, the magnetic energy stored in this device is always appreciable, and it follows that one can obtain an effective overvoltage independently of the fraction of the period of alternating current during which the circuit is interrupted. This consideration is of particular importance because, due to the phase shift of the current in the switch circuit, with respect to the anode voltage, the most favorable current in the switch would otherwise coincide with the voltage. least favorable anode.
4 - As a consequence of this new method of priming the discharge tubes, it has been found that the devices described above are primed almost instantaneously, even under the most unfavorable conditions, the stopping action being very much. more efficient than those used so far. Should the discharge not give rise to the first operation of the switch, it is obvious that the inductance circuit would be automatically closed and that the cycle of operations would be repeated as many times as it. would be necessary. In addition, it is obvious that other means and devices can be used than the switch shown, for example, a switch controlled by a motor and periodically cutting the circuit at such speed as desired.
It goes without saying, however, that this substitution (which may be of interest in the event that repeated overvoltage pulses are desired) falls within the scope of the invention.
In the simplified circuit represented in FIG. 2, the inductor 7 is excited, during the starting period, by the half-uncle of the pulsating current passing through the rectifier 10 '. Although this tour is not as affi-
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oaoe than that of Fig.l, it offers many advantages over the circuits used hitherto. Since the current flowing through the induotanoe 7 is unidirectional and intermittent, the impedance opposed to this current by the inductor 7 is less than it would be for unregulated current.
Therefore, a lower voltage can be used to produce the desired intensity of current, this lower voltage obviously favorably affecting the speed and time required for the current to be interrupted in the switch. In addition, switch 9 is no longer required to cut off the current if it is in no reverse direction required to initiate a discharge in tube 1, which results in less heating, less vaporization. active switch and, consequently, an opening
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of the circuit faster when "" "'" the current has the unwanted * In addition, as the iron of Inductance 7 is never excited in the opposite direction,
it is obvious that the magnetic field is established there more quickly at the beginning of each half-wave, so that the period during which this inductance stores enough energy to initiate the discharge is found notably increased.
The circuit of Fig.3 is identical to that of Fig.l, with the difference near the starter ring 4. In this circuit, the low taps
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voltage of the auto-transformer 11, the opacity of which is of the order of 20 watts, take the place of the low voltage taps provided on the auto-transformer 5 of FIG. Accordingly, the switch 9 and the inductor act in the same manner as above to ensure the starting efficiency.
In some cases, it may be inconvenient to leave the straightener 10 connected to the line during the operation of the device 1, due to heating. The circuit of Fig. 4 represents one way to avoid this. It has two half-wave rectifiers 10 'replacing the double rectifier of Fig. 1, and a switch 9' shown in more detail in Figs. 5 and 6, is substituted for switch 9.
Initially, the circuit is in fact identical to that of Fig.l; but when the switch flips, 9 'under the action of the field created around the inductor 7, the conductors 12
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switch simultaneously and leave the mercury 11y the circuit A "il \ 11111 inductance is thus intort '<l1Ip \\ antro un nit l'." II \ '' '1111 Ilt'llli evHttItuiht, tNa i1 and the meroure. mSUne "" '11' "10 u \ lou'II \ 1>" "*" '"11 \\ -' \ 1111 1 \ 8 \\. '' '' '' '' t'I.IIHU \\ HlH 1111 series, through 1. Nt. Il'1 \ '\ 1 \ 11 \> \' \\ 1'1 \\ ##### f'll '"' 'Nlt \ -1 \. \\\\ 11 - \\\ ,, "
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inverted, is also interrupted and the rest as long as a discharge is maintained in the tube 1.
In each of the circuits whose operation has just been explained, the inductor 7 was used both to provide the starting overvoltage and to stabilize the discharge, once it was started. Consequently, the constants of this inductance necessarily represented a compromise between the values best suited to each of these functions,
The circuit of Fig. 7 eliminates this constraint which presents certain drawbacks for the production of apparatus offering the maximum possible advantages and intended to titrate, from the application of the invention, the maximum efficiency. . In this circuit, inductor 7 "supplies the starting overvoltage.
Due to the low impedance opposed by the inductor 7 "to the rectified current supplied by the rectifier 10, this inductance can be made larger than would be desirable if it were to operate in series with the discharge, and this without increasing the voltage. which is applied to it at the point where a stable arc could be maintained in the switch 9. It is thus possible to store a very significant quantity of energy in the inductor 7 ", and consequently to increase the probability of initiation of an arc in the tube 1 from the first operation of the switch 9. The overvoltage produced by the inductor 7 "easily passes through the transformer 13, because its front is steep.
Upon initiation of the discharge in tube 1, the field created around inductance 7 'attracts the control armature of switch 9, which puts this switch in the open position as long as the discharge is maintained in the device. In certain cases, a small burst interval, for example a gas discharge tube of fireproofing, can be substituted for the capacitor 13, this device opposing little impedance to a high overvoltage, and behaving towards it like a capacitor.
Fig.8 shows how the invention also applies to thermionic cathode discharge tubes. With the circuit of this figure, it suffices to connect the auto-transformer 5 to an appropriate source of alternating current, to pass from the secondary 26, through the radiator 24, a current which heats the cathode 22. At the same time, current flows first from one, then from the other of the low voltage taps of the auto-transformer 5 to the midpoint of this auto-transformer, through the redras- only '10, /.
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resistor 27 and inductance 7. This current is limited by resistor 27 in such a way that the field created around inductor 7 is insufficient to cause switch 9 to switch.
The current flowing through resistor 27 heats the bimetallic element 28 which deforms and short-circuits the resistor, after a sufficient time interval to allow the oatho of 22 to reach a temperature at which its electron emission is sufficient to maintain the normal discharge current. When this resistor 27 is thus short-circuited. the current in the inductor 7 is increased, the switch 9 interlocked and the circuit of the inductor opened, which gives rise to the application of an overvoltage at the cathode 22. This overvoltage ionizes the capacitor of the tube. 21, and consequently initiates the discharge, which is maintained there under the normal voltage applied between the electrodes.
The discharge current flowing through the inductor 7 acts in the usual manner to keep the switch 9 in the open position while the discharge continues.
The device of Fig.9 does not require prior cathodic heating and therefore the circuit is simplified and practically the same as in Fig.l. with the difference that the starter ring and its connection are omitted. The operation of this circuit is identical to that of Fig. 1 and therefore requires no comment.
In the variant of Fig. 10, battery 14 replaces rectifier 10 as a low voltage unidirectional current source. When the switch 15 is closed, the battery 14 sends current through the switch 9 and the inductor 7. This inductance, being energized, acts on the switch 9 which opens the circuit. The resulting overvoltage initiates the discharge, as in the case of fig.l, the arc being maintained by the voltage supplied through the autotransformer 5. Cam the battery 14 supplies, to the inductor 7, a real current continuous, it is obvious that the efficiency of the devices is greater than that of the device of Fig.l, since this inductance is completely magnetized whatever the moment of the cut in switch 9.
The use of a battery in connection with a direct current lamp (case of Fig.ll) leads to a considerable increase in the efficiency of the overvoltage, since it provides, for the first time, a voltage
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less than the ionization potential of mercury. Therefore, the circuit of the switch is opened much more sharply than was the case heretofore so that the overvoltage applied to the cathode 2 has an unusually high value. The operation of the circuit is analogous to that of Fig. 10 and therefore requires no further comments.
If we go to Fig. 12, we see that the application of an appropriate DC voltage to this circuit causes current to flow through resistor 17, switch 16 and ballast resistor 6. These resistors playing the role of a potentiometer supplying the desired low potential to the circuit of the switch, of the current flowing through the circuit derived from the socket provided on the resistor 17, to gain the negative terminal of this reactance, through the switch 9 and Inductance 7. When the interrupt 9 is driven by the chapnorea around the inductor 7, the current in this inductor is abruptly cut off, and the produced overvoltage is applied to the cathode 2.
Since only the branch circuit is opened by switch 9, the full voltage of the DC source is not applied to this switch. It is also evident that the relative resistances of the different parts of the circuit can be chosen such that the potential applied to this switch, when the circuit is opened, is less than the ionization potential of the mercury. After this switch 9 has opened the branch circuit, the circuit passing through switch 16 is opened, so that the demand for energy through resistor 17 is eliminated.
The invention also provides means for activating symmetrical gas discharge devices, such as that of Fig. 12.
In this case, the stabilization inductor 7 'is relatively low, so that the use of a separate starting inductor 7 "(such as that shown in Fig. 7) is particularly desirable. since it allows a greater quantity of energy to be stored. The operation of the high voltage generator, shown in this figure, is identical to that of the generator shown in fig. 7, so that it is superfluous. In this case, the steep surge front edge is applied to the electrode 32, through the capacitor 13.
It is obvious that, if the electrode is at 'negative potential with respect to the other electrode 32 at the instant in which this overvoltage is applied, the conditions are ideal for
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The initiation of a discharge in the tube 31 '.
If the potential of these electrodes is, at this time, reversed or against, it produces a momentary discharge which ionizes the gaseous content of the device, and this ionization persists long enough to maintain the discharge below the line voltage, after the overvoltage has reached. disappeared, so that the device is put into service independently of the relative voltage of the electrodes 32.
This discharge is renewed in the well-known manner, in the opposite direction to each reversal of the alternating current source, as a result of the persistence of ionization inside the tube. If the main discharge fails, for some reason at any time (for example in the event of a failure of the potential source) it is evident that switch 9 will operate as described, to apply high voltage surges to electrodes 32, until a stable arc starts.
It is therefore evident that the use of a rectifier in this circuit is accompanied practically by all the advantages set out above, which must result from its application in the circuit of devices with unilateral connection.
Although the invention has been described in its application to specific types of particularly advantageous discharge tubes, it goes without saying that the invention is not limited to these applications; it can be applied to polyphase discharge tubes, since it suffices to increase the number of rectifiers. It is also obvious that the circuits indicated and their mode of operation have been considered only by way of example and without any restrictive character, and that any changes which would be made to the configuration of the devices, allowing the above characteristics to be substituted. , would come within the scope of the invention.