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PROCEDE & DISPOSITIF POUR LE CONTROLE DE LA DECHARGE DANS UN APPAREIL ELECTRIQUE A DECHARGE DANS UN GAZ
Le contrôle effectué par une électrode de contrô- le disposée entre la cathode et l'anode dans un appareil à décharge dans un gaz, par exemple dans un redresseur régla- ble, repose, on le sait, sur le fait que l'électrode de contrôle chargée négativement maintient d3ns son voisinage un champ électrostatique grâce auquel l'anode chargée posi- tivement au temps d'allumage désiré n'est pas en état, ou ne l'est qu'après avoir atteint une tension positive suffi- samment élevée, d'amorcer un arc et d'attirer des particules chargées, en particulier des électrons,
du voisinage de la
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catnode ou de l'atmosphère ionisée existant devant l'élec- trode de contrôle..L' étendue du champ électrostatique main- tenu par la charge négative de l'électrode de contrôle, dans la direction de la cathode, ou l'étendue d'une atmosphère gazeuse ionisée dépend essentiellement de deux quantités physiques: premièrement la tension négative fournie à l'é- lectrode de contrôle par rapport à la cathode ou à l'atmos- phère gazeuse ionisée et deuxièmement l'apport des ions po- sitifs de la cathode ou de l'atmosphère gazeuse ionisée à l'électrode de contrôle.
La dépendance entre ces deux varia- bles indépendantes et l'étendue dans l'espace du champ de contrôle est déterminée par l'équation dite de charge et d'étendue qui, pour une disposition plane des électrodes, c'est-à-dire dans le cas d'une seule dimension, prend la forme simple : " La densité du courant est égale à une constante multipliée par la puissance 3/2 de la tension et divisée par le carré de l'étendue du champ de contrôle",
L'étendue du champ de contrôle est donc d'autant plus grande que la tension négative entre l'électrode de con- trôle et la cathode ou l'atmosphère ionisée est choisie plus grande et que le courant des ions positifs, allant de la ca- thode ou de l'atmosphère ionisée à l'électrode de contrôle, est plus petit.
Il est connu, pour le contrôle de la décharge dans un gaz, de supprimer le contrôle effectué par l'électrode de contrôle ,en donnant à celle-ci, au moment désiré pour l'amorçage, une tension positive au lieu d'une tension néga- tive par rapport à la cathode ou à l'atmosphère ionisée.
1,' étendue du champ de contrôle retombe alors à zéro, les particules chargées négativement, en particulier les élec- trons, peuvent se rapprocher des électrodes de contrôle et
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le champ établi par une anode chargée positivement à cet instant d'amorçage est en état d'établir un arc à traTrers l'électrode de contrôle et de conduire à l'anode les par- ticules chargées négativement, en particulier les élec- trons.
L'étendue du champ de contrôle ne dépend pas seu- lement, comme on l'a indiqué plus haut, du potentiel de l'électrode de contrôle, mais est encore déterminée par les ions positifs allant vers l'électrode de contrôle d'a- près l'équation mentionnée plus haut.
Conformément à l'invention, ce fait est utilisé pour la suppression de l'action de contrôle exercée par une électrode de contrôle disposée entre la, cathode et l'a- node, afin que l'électrode de contrôle reçoive, sous une tension à peu près invariable, des ions positifs en quan- tité plus grande; l'électrode de contrôle peut être submer- gée soit en totalité, soit en partie, par les ions posi- tifs. De cette manière l'étendue du champ de contrôle est réduite dans une telle mesure à la surface de l'électrode de contrôle que le champ de l'anode chargée positivement est en état d'amorcer un arc à travers l'électrode de con- trôle en attirant les particules chargées négativement, en particulier les électrons, pour les conduire à l'anode.
L'invention trouve son application principale dans les appareils réglables de décharge dans les gaz, à remplis- sage de gaz ou de vapeur raréfié, en particulier dans les redresseurs, les redresseurs inversés, etc.... à remplissage de vapeur de mercure raréfiée, possédant des cathodes en mercure ou des cathodes incandescentes.
L'invention sera plus particulièrement décrite en référence au dessin annexé, dans lequel: la figure 1 représente un mode de réalisation de l'invention;
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la figure la, représente schématiquement le même exemple de réalisation dans d'autres conditions de fonction- nement ; la figure 2 représente un exemple de réalisation de l'invention, dans lequel l'interruption du contrôle de l'électrode de contrôle est commandée par un dispositif à contact tournant; la figure 2a est une vue agrandie en coupe du dis- positif à contact tournant de la figure 2 ; la figure 3 représente un mode de réalisation par- ticulier de l'électrode de contrôle; la figure 4 représente un mode de réalisation par- ticulier des électrodes pour submerger l'électrode de con- trôle au moyen d'ions positifs;
les figures 5 et b représentent schématiquement deux autres exemples de réalisation de l'invention, dans lesquels la suppression de l'action de contrôle de l'élec- trode de contrôle est commandée automatiquement; et la figure 7 représente un exemple de réalisation d'un appareil de décharge dans un gaz comportant plusieurs anodes.
1 représenteun appareil à décharge dans un gaz de construction connue, est la cathode, par exemple une ca- thode de mercure, 3 est l'anode connectée à un circuit à courant alternatif 18, par exemple par l'intermédiaire d'un transformateur 17, cette anode étant disposée en face de l'électrode de contrôle 4. cette électrode peut par exem- ple consister en une grille à barreaux parallèles fixés dans un cadre 5. Ce cadre 5 est fixé dans le corps 1 de 1' appareil au moyen des supports 6 et 6'. L'électrode de con- trôle 4 reçoit, par l'intermédiaire de la batterie 7 et de la résistance 8, une tension négative par rapport à la
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cathode 2, de sorte que les tensions positives de l'anode ne la rendent pas capable d'amorcer un arc à travers l'é- lectrode de contrôle.
Le champ de contrôle s'étend jusqu' à la limite désignée par 9 contre laquelle la plupart des électrons, qui viennent de l'espace en dessous de 9 et se dirigent vers l'électrode de contrôle, sont réfléchis élec- triquement. L'atmosphère gazeuse ionisée qui existe au- dessous de la limite 9 est maintenue par l'arc dirigé vers l'anode d'excitation 10 et alimenté par la batterie 12, par l'intermédiaire de la résistance 11.
Si x désigne à la figure 1 la distance de l'élec- trode de contrôle 4 à la limite 9 de l'atmosphère gazeuse ionisée, I la densité du courant d'ions positifs partant de la limite d'atmosphère gazeuse ionisée 9 vers l'électro- de de contrôle 4 et V la tension de l'électrode par rapport à l'atmosphère gazeuse ionisée, l'équation de la charge et de l'étendue du champ mentionnée plus haut donne à peu près: x2 = const. V3/2.
Le corps ou récipient 1 est entouré, au voisinage de l'électrode de contrôle 4, alune bobine a haute fréquen- ce 13, qui est recouverte d'un tube isolant 14.
La bobine 13 peut être disposée à l'extérieur, com- me on l'a représenté à la figure, ou même à l'intérieur de l'enveloppe 1. Au lieu d'une bobine, on peut également uti- liser à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enveloppe 1 deux électrodes de forme semi-cylindriques ou analogues 32 et 33, comme on le voit à la figure 4.
L'énergie est fournie à cette bobine 13 ou aux élec- trodes 32 et 33 par une génératrice à haute fréquence 15.
Si on ferme alors l'interrupteur 16 du circuit d'excitation de la bobine à haute fréquence ou des électrodes, on éta- blit, au voisinage de l'électrode de contrôle, une ionisa-
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tion intensive qui entraîne pour l'électrode de contrôle chargée négativement une élévation notable de l'apport des ions positifs. L'étendue x du champ de contrôle diminue donc très rapidement jusqu'à une faible valeur, de sorte que le champ de contrôle est limité aux couches superficiel- les 30 (voir figure la) qui entourent concentriquement les différents barreaux de la grille de contrôle.
Il reste en- core entre ces barreaux un espace libre qui n'est pas rem- pli par le champ de contrôle et à travers lequel les élec- trons de l'atmosphère gazeuse ionisée pourront donc passer du voisinage de la cathode jusqu'à l'anode chargée positi- vement. Il est avantageux de choisir la fréquence de la génératrice 15 d'une valeur suffisamment élevée au voisina- ge de 106 a 108 périodes par seconde, car des essais ont montré qu'il se produit dans ces limites de fréquence une chute très importante de la tension d'amorçage et de la tension de l'arc de la décharge à haute fréquence à l'in- térieur du tube.
Le courant continu ainsi produit est débité d'une manière connue en 19.
Dans de nombreux cas, il suffit de relier, d'une manière continue, la cathode de contrôle 4 avec la cathode 2 à l'intérieur ou à l'extérieur du tube de décharge, di- rectement ou mieux par l'intermédiaire d'une résistance.
Comme l'électrode se charge également négativement, lorsqu'elle n'est pas alimentée, sous l'influence de la dé- charge de gaz existant à l'intérieur du tube, il n'est pas nécessaire, dans le cas d'une action suffisamment petite de l'anode de contrôle 4 sur l'anode principale 3, d'impo- ser à la première un potentiel particulier de l'extérieur, mais il suffit que cette électrode de contrôle 4 ait le po- tentiel qu'elle prend elle-même au contact de la décharge
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de gaz.
On obtient une telle action suffisamment petite de l'anode de contrôle sur l'anode principale lorsqu'on utili- se, comme on le voit à la figure 3, au lieu des barreaux, des lames verticales 31 qui peuvent être disposées paral- lèlement ou en forme de grilles ; une hauteur suffi- sante donnée à ces lames, l'anode 3 est alors incapable d'é- tablir un arc à travers l'électrode de contrôle même pour une petite tension négative de cette électrode de contrôle.
L'exemple de réalisation représenté à la figure 2 ne diffère du dispositif représenté à la figure 1 que par le remplacement de l'interrupteur 16 par un dispositif con- tacteur tournant. Ce dispositif consiste en un disque 20 en matière isolante, dans lequel est intercalé un élément de contact 21. Ce disque est entraîné, par l'intermédiaire d'une courroie 23 ou analogue, par un moteur synchrone 24 branché sur le réseau 18. Un levier 25, qu'on peut faire tourner au moyen d'un bouton 26, est monté sur le même axe 22 que le disque 20 ou sur un axe particulier. Ce levier porte deux doigts de contact 27 et 28 qui sont intercalés dans le circuit d'excitation de la bobine 13 et glissent sur le disque 20.
Aussitôt que l'élément de contact 21 du disque 20 à rotation constante relie les deux doigts de con- tact, la bobine 13 est excitée, de sorte que le champ de contrôle de l'électrode de contrôle est réduit, ce qui dé- termine par suite la décharge. On peut donc, par le réglage du bras 25, faire varier l'instant où se produit la liaison des doigts de contact 27 et 28 et, par suite, l'excitation de la bobine par rapport à l'instant auquel la tension al- ternative de l'anode 3 devient positive. On peut donc uti- liser de cette manière l'excitation de la bobine 13 effec- tuant l'amorçage pour un contrôle réglable de la décharge dans le gaz synchroniquement avec une tension alternative appliquée à l'anode principale 3.
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Le balayage de l'électrode de contrôle 4 par des ions positifs peut également être obtenu en portant une anode auxiliaire à une tension positive par rapport à la cathode.
On a représente une telle disposition à la figure 5. L'anode auxiliaire 36, munie de la tête d'anode 35, re- çoit sa tension d'un transfonnateur de phase ou déphaseur, qui est branché sur le réseau triphasé 34. Ce déphaseur consiste d'une manière connue en un anneau Gramme 38, une armature 39 et un enroulement inducteur 40 qui est relié à l'anode auxiliaire 35-3b et à la cathode 2. On peut faire varier, d'une manière connue, par la rotation de l'induit 39, l'instant auquel la tension alternative de l'anode au- xiliaire devient positive par rapport à l'instant auquel l'anode principale 3 est chargée positivement.
Lorsqu'on renonce à cette possibilité de réglage, l'anode auxiliaire 35-36 peut également être branchée à une batterie dont le circuit est fermé par un interrupteur à main.
La réalisation conforme à la figure 6 comporte une anode auxiliaire 42, qui présente une partie 41 prolongée dans le sens de la décharge. On peut utiliser, comme matiè- re constitutive pour l'anode auxiliaire, une matière for- mant résistance appropriée, comme par exemple un fil de mé- tal. La charge commence, en raison de la chute de tension préliminaire, à l'extrémité inférieure de l'anode auxiliai- re 41 et s'élève ensuite vers le haut.
L'anode auxiliaire 41-42 reçoit sa tension d'excitation, par l'intermédiaire d'une résistance 44, du transformateur 45, alimenté par le réseau 18. Afin de pouvoir faire varier l'instant auquel l'anode auxiliaire est chargée positivement et par suite provoque la décharge dans le gaz, on connecte une source de
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courant continu 46 en série avec le transformateur 45 et la cathode 2. Une tension continue variable peut être dé- rivée de cette source au moyen d'un contact mobile 47. Si le contact mobile 47 est disposé au milieu de la batterie 46, c'est la tension auxiliaire pure qui détermine l'ins- tant auquel l'anode auxiliaire devient positive.
Mais aus- sitôt que le contact 47 est déplacé, l'anode auxiliaire de- vient positive plus ou moins tard, suivant qu'une tension négative ou positive vient s'ajouter à la tension alterna- tive. Au lieu d'une telle disposition d'excitation régla- ble, on peut également utiliser ici une simple batterie avec interrupteur à main.
La figure 7 représente un tube à décharge dans un gaz, par exemple un redresseur 48, dans lequel plusieurs anodes 50 sont disposées en face de la cathode 49. Chaque anode est accompagnée d'une électrode de contrôle particu- lière 4, toutes ces électrodes de contrôle étant reliées entre elles de sorte qu'elles sont toutes à un même poten- tiel négatif. Ce potentiel leur est appliqué par la batte- rie 52, par l'intermédiaire des résistances 51. Tout le reste de cette disposition est conforme au principe de la disposition représentée à la figure 1, de sorte qu'une nou- velle description n'est pas nécessaire.
Il faut remarquer qu'on peut remplacer le commuta- teur inverseur 16 par un dispositif d'excitation réglable, tel que ceux qui ont été décrits plus haut ; de plus, on peut également utiliser, à la place de la bobine à haute fréquence 13, une électrode à haute fréquence ou une anode auxiliaire, comme dans les exemples de réalisation décrits précédemment.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réa- lisation décrits et représentés, mais on peut utiliser,
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pour la réalisation de l'idée de l'invention, tout procédé qui permet de submerger, au moins partiellement, l'élec- trode de contrôle par des ions positifs, pour la suppres- sion de son action de contrôle, le potentiel négatif de l'électrode restant constant. On peut par exemple effec- tuer cette formation d'ions positifs par un rayonnement ionisant le gaz dans le voisinage de l'électrode de contrô- le, en particulier au moyen de rayons de Röntgen ou de rayons cathodiques.
Il est de plus possible de libérer des électrons qui forment des ions positifs sur ou au voisinage de l'élec- trode de contrôle, par l'apport à cette électrode de con- trôle d'atomes chargés ou par le bombardement de cette élec- trode de contrôle au moyen de rayons cathodiques ou de lu- mière ultra-violette.
REVENDICATIONS
1 ) Procédé pour le contrôle de la décharge dans un appareil à décharge électrique dans un gaz avec une élec- trode de contrôle disposée entre l'anode et la cathode, ca- ractérisé par ceci que cette électrode, chargée négativement par rapport à la cathode, est submergée au moins partielle- ment d'ions positifs à un instant prédéterminé, en vue de la suppression de son action de contrôle, ces ions positifs réduisant l'étendue du champ de contrôle de l'électrode de contrôle d'une quantité permettant la traversée du champ de l'anode.
2 ) Disposition pour l'application du procédé selon 1 ), caractériséepar ceci que l'électrode de contrôle est connectée, d'une manière continue, à la cathode, soit di- rectement, soit par l'intermédiaire d'une résistance.
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