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Procédé et système de commande de l'allumage des tubes à décharge électrique dans une atmosphère gazeuse ------------------------------------------------
Cette invention a trait a des perfectionnements à l'allumage des tubes à décharge électrique, en partiau- lier aux tubes de ce genre du type à atmosphère formée par une vapeur métallique.
L'invention concerne plus particulièrement uri procédé et un système permettant l'allumage de tubes à décharge en des points prédéterminés soit par rapport à la période du courant alternatif qui alimente le tube, soit par rapport. à la charge acquise par un condensateur électro- statique agencé pour se décharger à travers le tube.
Dans la technique de la production de courants oscillatoires à fréquence relativement élevée au moyen de la décharge de disrupture d'un condensateur, la méthode originellement employée a consisté à permettre cette dé- charge de disrupture à travers un milieu gazeux ouvert ou exposé comme, par exemple, l'air ou l'hydrogène. Par
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suite de la difficulté qu'on éprouve pour déterminer le potentiel exact auquel pareille décharge se produirait, surtout quand les décharges se répètent, on a recouru à divers artifices. En règle générale, l'emploi comme milieu de décharge de l'air ou d'autres gaz non conducteurs a été abandonné en faveur de l'adoption d'un milieu de décharge gazeux conducteur comme une vapeur métallique telle par exemple que la vapeur de mercure.
La présente invention est applicable toute une série de dispositifs décharge utilisant des milieux ga- zeux mais elle est spécialement adaptable aux dispositifs à décharge de disrupture dans lesquels l'instant où se produit la décharge est déterminé par un dispositif dé- clancheur qui amoree l'ionisation du gaz dans lequel se produit la décharge.
L'invention est plus particulièrement applica- ble aux tubes à décharge dans la vapeur de mercure utili- sant une ou plusieurs électrodes accessoires auxquelles sont appliqués des potentiels d'amorçage qui servent à déterminer l'instant auquel la décharge principale se pro- duit dans le tube avec un degré de précision relativement élevé par rapport aux facteurs de temps considérés. Les dispositifs décharge de ce genre sont bien connus dans cette technique et se présentent sous un certain nombre de formes; ils sont connus sous divers noms commerciaux tels que "Ignitron" ou "Trignitron".
Un but de l'invention est de fournir un système d'allumage d'un tubeà décharge dans une atmosphère de va- peur à l'aide de potentiels d'amorçage empruntés automati- quement à la même source de potentiel qui charge le con- densateur utilisé dans le circuit . haute fréquence qui
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@ est excité par la décharge de disrupture principale travers le tube.
Un autre but de l'invention est de fournir un système permettant de synchroniser les décharges de dis- rupture à travers des tubes à atmosphère métallique par rapport aux .potentiels'cycliques engendrés sur un conden- sateur électrostatique.
Un autre but de l'invention est de fournir un système dans lequel un condensateur est chargé à partir d'une source de potentiel variable et est connecté à un tube de décharge de disrupture mais est empêché de se décharger travers ce tube jusqu'à ce que le potentiel acquis par le condensateur ait atteint une valeur prédé- terminée.
Un autre but encore de l'invention est de créer un convertisseur pour la transformation d'un courant al- . ternatif à basse fréquence en un courant alternatif à haute fréquence par utilisation d'un tube à décharge de disrupture, le condensateur de ce système étant prévu pour aoquérir tout potentiel de charge égal ou inférieur au voltage maximum qui lui est Imposé avant que la dé- charge de.disrupture ne se produise.
Un autre but encore de l'invention est de créer un dispositif à fonctionnement automatique branché entre un tube à décharge de disrupture et une capacité chargée par lui dans des conditions telles que cette'capacité puisse acquérir une charge et par conséquent une provision d'énergie selon n'importe quel degré désiré et permis par l'énergie qui est disponible pour charger cette capacité et qui provoquera alors l'allumage automatique et répété du tube à décharge de disrupture.
L'invention se propose également de permettre une commande automatique et relativement simple du potentiel de
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claquage d'un tube à décharge de disrupture par rapport au voltage de crête d'une source de courant alternatif.
L'invention se propose également la création d'un système à tube à décharge de disrupture du type uti- lisant une électrode d'allumage dans lequel la tension d'amorçage appliquée à cette Electrode est retardée à n'importe quel degré désiré par rapport à la montée de voltage dans le circuit principal pour se décharger à travers le tube.
L'invention se propose encore de combiner dans ungsystème unique une décharge principale s'opérant à travers une vapeur métallique avec une décharge de dis- rupture accessoire se produisant à travers un gaz, cette décharge accessoire ayant une puissance relativement faible'et n'étant utilisée que pour assurer la commande.
Un autre but encore de l'invention est de créer un système de conversion de fréquence par décharge de dis- rupture alimenté à partir d'une source de courant alter- natif et étudié pour que l'on puisse faire varier à volonté entre des limites extrêmement vastes le nombre des décharges qui se produisent dans chaque cycle du courant alterna- tif.
Un but supplémentaire de l'invention est de créer un système à décharge de disrupture de ce type dans lequel on utilise un courant alternatif pour charger un condensateur, ce dernier pouvant être étudié pour se dé- charger,,en vue d'engendrer des oscillations à haute fré- quence plus d'une seule fois par demie période du courant de charge.
Un autre but encore de l'invention est d'ac- croître l'efficacité des systèmes convertisseurs de fré- quence à décharge de disrupture en permettant une commande précise et facile de la fréquence de la décharge du con-
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@ densateur par rapport au courant de charge du condensateur.
D'autres buts et avantages de l'invention dé- couleront de la suite de ce texte et du dessin annexé dans lequel:
La fig.l est une vue schématique partielle mon- trant l'application de'l'invention à un tube à décharge de disrupture du type employant deux nappes de mercure.
La fig. 2 est une vue schématique partielle montrant un dispositif convertisseur de fréquence complet utilisant un tube à décharge à mercure et incorporant l'invention.
La fig.3 est ùne vue montrant une des réalisa- tions possibles d'un dispositif à décharge de disrupture dans une atmosphère gazeuse utilisable avec l'invention.
La fig.4 est un diagramme montrant une des relations possibles entre un courant alternatif à profil sinusoïdal et plusieurs dé.charges de disrupture ainsi que permet de l'obtenir la présente invention.
'Dans la fig.l sont représentées les extrémités inférieures 10,10 d'un tube à décharge dans une atmosphère de mercure comprenant deux nappes de mercure désignées respectivement par 11 et 12. Un tube de ce type est repré- senté dans le brevet américain N 2.287.541 déposé le 7 novembre 1940. Dans les nappes de mercure 11 et 12 plongent les électrodes respectives 13 et 14 par lesquel- les passe la décharge principale du tube. Ces électrodes peuvent être connectées à n'importe quelle source de poten- tiel dont,la tension varie depuis une valeur inférieure à un minimum prédéterminé jusqu'à une deuxième valeur pré- déterminée à laquelle on désire que se produise la dé- charge à travers le tube..
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Les extrémités inférieures 10,10 du tube qui sont adjacentes aux nappes respectives de mercure qui s'y trouvent sont entourées par des bagues ou frettes d'amor- çage. La frette 15 est connectée par l'intermédiaire d'une résistance 17 au conducteur qui fournit le potentiel à l'électrode 13, et la frette 16 est connectée pareille- ment par l'intermédiaire d'une résistance 18 au conducteur qui fournit le potentiel à l'électrode 14.
Les résistances 17 et 18 font qu'il est impos- sible que les frettes d'allumage respectives auxquelles elles sont connectées acquièrent un potentiel différent de celui que porte l'électrode principale correspondante sauf quand un pareil potentiel est fourni de manière con- tinue 8 la frette puisque toute interruption survenant dans l'arrivée du courant a pour conséquence que le noten- tiel que porte la frette se décharge en passant par la résistance de fuite correspondante.
Des éclateurs 19 et 20 sont montés en série, de préférence avec interposition d'un fusible de sécurité 21, entre les frettes 15 et 16.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant:- Si l'on suppose que le potentiel entre les électrodes 13 et 14 est insuffisant pour provoquer l'allumage automatique du tube par ionisation directe de la vapeur de mercure qui se trouve entre les deux nappes de mercure liquide et si l'on suppose,, en outre, que le potentiel qui est fourni aux frettes d'allumage 15 et 16 par l'intermédiaire des résistances respectives 17 et 18 est lui-même insuffisant pour assurer l'ionisation de l'atmosphère de décharge gazeuse qui se trouve entre les bornes affrontées des éclateurs 19 et 20, ces derniers étant reniés au point de
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vue longueur pour que cette condition soit remplie, au fur et à mesure que le potentiel augmente entre les élec- trodes 13 et 14,
on finit par atteindre un point auquel l'ionisation gazeuse à travers les éclateurs 19 et 20 est suffisante pour provoquer une décharge de disrupture à travers eux, ces éclateurs étant ajustés de telle sor- te que cette décharge représente une différence de poten- tiel ayant la valeur maximum désirée. On admet ici que le potentiel requis ou nécessaire pour amorcer une ioni- sation directe entre les deux nappes de mercure'excède notablement la valeur nécessaire pour amorcer les-déchar- ges à travers les éclateurs 19 et 20. Quand la décharge de disrupture se produit à travers ces derniers, il y a application momentanée à chaque frette d'allumage du po- tentiel porté par l'électrode principale qui se trouve dans la nappe de mercure située à l'extrémité du tube qui est opposée à cette frette particulière.
Les résistances 17 et 18 ont une valeur suffisamment élevée pour que le courant qui passe à travers les éclateurs 19 et 20 ait une intensité d'ordre relativement faible par comparai- son avec le courant de décharge principal. En outre, ce courant est limité quant à sa valeur par le fusible de sécurité 21, ce qui a pour effet d'ouvrir le circuit au cas où un arc jaillit en travers des deux éclateurs au lieu qu'il se produise une décharge du type désiré par jaillissement d'étincelle.
Le changement de potentiel sensiblement instan- tané intéressant les frettes d'allumage 15 et 16-par rap- port aux nappes de mercure adjacentes provoque un amor- çage de la décharge principale:'entre ces deux nappes pour des raisons et de la manière que connaissent bien
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les techniciens. L'établissement de la décharge de rup- ture principale par le processus d'allumage qui vient d'être décrit abaisse le potentiel effectif entre les électrodes 13 et 14 jusqu'à un point pour lequelmn seulement les décharges par jaillissement à travers les éclateurs 19 et 20 sont supprimées mais également jus- qu'à un point pour lequel la décharge principale à tra- vers la vapeur de mercure nepeut plus continuer.
L'in- terruption de la décharge principale ramène alors le système à son' état originel, et la production cyclique suivante d'une différence de potentiel entre les élec- trodes 13 et 14 se traduit par une répétition du cycle opératoire qui vient d'être décrit.
Si l'on se reporte maintenant à la fig.2 dans laquelle le système de conversion de fréquence comnlet comprend une source de courant alternatif (non représen- tée) qui fournit l'énergie a des conducteurs ce? et 23 avec lesquels sont montées respectivement en série une bobine de self réglable 24 et un fusible de protection 25, on voit que le courant après avoir passé à travers ces éléments de r.églage 'et de sécurité parcourt l'enrou- lement primaire 26 d'un transformateur 27 dont l'enroule- ment secondaire 28 fournit une tension suffisante pour charger le système à capacité électrostatique représenté par les condensateurs 30 et 31 montés en série.
Le con- densateur 29 est le condensateur principal du circuit tampon de la partie à haute fréquence du système, mais il est shunté directement par une inductance à haute fréquence 32, de sorte que ce condensateur 29 ne peut en lui-même prendre une charge électrostatique à la fré- quence relativement basse du circuit d'arrivée du cou- rant.
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En travers de l'enroulement secondaire/du transformateur 27 est shunté un deuxième système de pro- tection comprenant des condensateurs 33 et 34 montés en série et dont le point de raccordement est mis à la terre en 35. Il est prévu, en outre, des bobines de self à haute fréquence 36 et 37 montées directement en série avec l'enroulement secondaire 28 du transformateur 27, de sorte que le reflux d'un courant à haute fréquence dans le système d'actionnement est empêché grâce à sa connec- tion conjuguée avec les condensateurs 33 et 34. et avec les bobines de self 36 et 37.
Le tube à décharge dé disrupture utilisé dans le dispositif que montre la fig. 2 est semblable à celui qui est décrit et représenté dans la fig.l et les éléments déjà décrits sont désignés par des numéros de référence identiques. Les électrodes du tube sont montées en série avec l'enroulement secondaire 28 du transformateur 27 et avec les bobines de self 36 et 37.
Le tube est également monté en série avec le circuit à haute fréquence'comprenant les condensateurs 29, 30 et 31 ainsi que les inductances réglables 38 et 39.
Fn' travers des électrodes du tube est branché directement un circuit de décharge de sécurité comprenant des résis- tances 40 et 41 connectées à l'une des extrémités de chacune des électrodes respectives principales du tube et un éclateur 42 interposé entre les extrémités libres de ces résistances.
Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante ( se' reporter également à la fig.4): A mesure que le courant alternatif qui alimente le trans- formateur 27 augmente à partir du point zéro 43 les con-
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densateurs 30 et 31 acquièrent une charge croissante. Le potentiel en travers de ces condensateurs se manifeste simultanément en travers des électrodes principales de d.écharge du tube et, par l'intermédiaire des résistances 17 et 18, en travers des éclateurs 19 et 20.
Quand un point prédéterminé de décharge, à savoir le potentiel indiqué par le point 44 est atteint, l'ionisation du. gaz s'opère en travers des éclateurs 19 et 20 comme déjà expliqué à propos de la fig.l. La décharge de jaillisse-- ment résultante à travers ces éclateurs provoque sur les frettes d'amorçage respectives 15 et 16 l'apparition de potentiels qui déterminent l'amorçage de la décharge prin- cipale à travers les électrodes 13 et 14 et les nappes de mercure qui sont respectivement connectées à elles.
Cette décharge principale qui se produit à travers le tube par le phénomène de disrupture qui vient @ d'être décrit engendre des oscillations à haute fréquence dans le circuit accordé qui comprend les inductances 38 et 39, les condensateurs 30 et 31 et le condensateur principal 29 formant tampon. En effet, la bobine d'indue- tance 32 ne court-circuite plus le condensateur 29 pour ces fréquences élevées puisque ces éléments forment un circuit résonant à ces hautes fréquences. Le condensateur 29 et la bobine '3? ont, de préférence, une résistance relativement faible et les courants haute fréquence qui passent dans le circuit fermé ou circuit tampon constitué par eux ont par conséquent une intensité rela- tivement grande.
Le circuithaute fréquence comprenant les condensateurs 30 et 31 ainsi que les inductances 38 et 39 est complété par la résistance relativement faible de la décharge du tube principal et peut être considéré
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cormie étant couplé en capacité avec le circuit tampon par l'intermédiaire du condensateur 29. Tandis que les phénomènes de haute fréquence qui viennent d'être décrits se déroulent, la décharge principale à travers le tube se poursuit. Toutefois les courants à haute fréquence , tombent à une valeur zéro dans un temps qui dépend, entre autres facteurs, des constantes électriques des circuits à haute fréquence et de leur amortissement.
Entre temps, la décharge principale à travers le tube constitue virtuel- lement un court,-circuit en travers de l'enroulement secondaire 28 du transformateur 27 puisque l'impédance de - , des bobines/self 36 et 37 par rapport au courant de charge à basse fréquence est presque nulle. L'augmentation du courant à travers l'enroulement primaire 26 du trans- formateur 27 est maintenue à une valeur de sécurité par la bobine de self réglable 24. Le résultat net de ces phénomènes de basse fréquence c'est que le potentiel qui se manifeste entre.les électrodes principales 13 et 14 tombe è une valeur suffisamment basse pour éteindre l'étincelle de décharge en travers des,éclateurs 19 et 20.
Autrement dit, l'extrémité de la décharge à haute fré- quence provoque l'extinction de la décharge dans le tube principal, ce qui supprime le court-circuit effectif à basse fréquence dans le transformateur 27. Etant donné que ceci se produit par hypothèse au point désigné par
44 et que la décharge à haute fréquence ne dure qu'un laps de temps très bref par comparaison avec l'onde sinu- soidale à basse fréquence, le courant de charge continue à augmenter au delà du point 44 jusqu'à une valeur de crête 46.
Suivant les valeurs relatives des capacités à
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charger et l'impédance totale dans le circuit, les con- densateurs 30 et 31 peuvent acquérir une charge suffi- sante au moins une fois de plus pour amorcer une décharge de disrupture à travers le tube avant que l'onde sinusoi- dale ne soit réduite à un deuxième point, zéro indiqué en 45.
Les décharges ultérieures peuvent être détermi- nées au point de vue de leur nombre et du moment où elles se produisent par un choix convenable des constantes du circuit, par un réglage approprié de la bobine de self 24 et des éclateurs 19 et 20, de façon à se produire pour n'importe quelles valeurs de potentiel désirées, par exemple pour les valeurs de crête 46 ou pour une valeur 47 dont la tension peut être égaliséeµ. si besoin est, à celle du point 44.
On conçoit que le débit d'énergie du système peut être modifié en réglant le nombre et la fré- quence de ces décharges de disrupture multiples par les condensateurs, et que le débit d'énergie maximum est obtenu généralement pour une certaine fréquence des décharge.s multiples qu'on détermine dans n'importe quel cas donné dans les conditions optima par un réglage effectif des facteurs précédemment énumérés.
L'éclateur de sécurité 42 a pour rôle d'empêcher des poussées de tension de valeur exagérée au cas où le tube de décharge ne provoque pas bien l'allumage, comme cela peut se produire par exemple en cas de fusion du dispositif de protection 21, en empêchant par là même l'allumage convenable du tube jusqu'au remplacement des éléments en question. La décharge à travers l'éclateur 42 est limitée par les résistances 40 et 41 à une valeur capable de ne pas imposer de cbarges exagérées au trans- formateur 27 et, de préférence, à une valeur apte à
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empêcher le jaillissement d'un arc véritable à travers l'éclateur 22.
Ce dernier a également pour rôle supplé- mentaire de dissiper les tensions exagérément élevées qui peuvent être provoquées notamment par une défaillance de la part du circuit tampon à résoner avec le circuit accordé qui est connecté au tube de décharge ou par une suppression brusque de la charge de travail quand le système est réglé en vue d'un débit relativement élevé.
Les éclateurs 19 et 20 d'ionisation des gaz peuvent être établis comme le montre la fig.3 c'est-à-dire avec une embase 50 en matière isolante pourvue de deux organes de support 51 et 52 également en matière iso- lante. Les électrodes formant éclateur 53 et 54 traver- sent respectivement ces organes de support 51 et 52 et sont rationellement étudiées pour coulisser horizontale- ment à travers eux. Des conducteurs 55 et 56 sont atta- chés aux-électrodes respectives. Comme on le conçoit, tout type d'éclateur apte à supporter les potentiels et les courants en question peut trouver son application ici.
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Method and system for controlling the ignition of electric discharge tubes in a gaseous atmosphere -------------------------------- ----------------
This invention relates to improvements in the ignition of electric discharge tubes, in particular such tubes of the metal vapor atmosphere type.
The invention relates more particularly to a method and a system allowing the ignition of discharge tubes at predetermined points either with respect to the period of the alternating current which supplies the tube, or with respect to it. to the charge acquired by an electrostatic capacitor arranged to discharge through the tube.
In the art of producing oscillatory currents at relatively high frequency by means of the disruptive discharge of a capacitor, the method originally employed has been to allow this disruptive discharge through an open or exposed gaseous medium as, per example, air or hydrogen. Through
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Due to the difficulty experienced in determining the exact potential at which such a discharge would occur, especially when the discharges are repeated, various devices have been resorted to. In general, the use as a discharge medium of air or other non-conductive gases has been abandoned in favor of the adoption of a conductive gaseous discharge medium such as metallic vapor such as, for example, the vapor of mercury.
The present invention is applicable to a variety of discharge devices using gaseous media, but it is especially adaptable to disruptive discharge devices in which the instant at which the discharge occurs is determined by a trigger device which dampens the discharge. ionization of the gas in which the discharge occurs.
The invention is more particularly applicable to mercury vapor discharge tubes employing one or more accessory electrodes to which are applied ignition potentials which serve to determine the instant at which the main discharge occurs in. the tube with a relatively high degree of precision compared to the time factors considered. Discharge devices of this kind are well known in the art and come in a number of forms; they are known by various trade names such as "Ignitron" or "Trignitron".
An object of the invention is to provide a system for igniting a discharge tube in a vapor atmosphere using ignition potentials borrowed automatically from the same source of potential which charges the condenser. densator used in the circuit. high frequency which
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@ is excited by the main disruptor discharge through the tube.
Another object of the invention is to provide a system for synchronizing the disruption discharges through metallic atmosphere tubes with respect to the cyclic potentials generated on an electrostatic capacitor.
Another object of the invention is to provide a system in which a capacitor is charged from a source of varying potential and is connected to a disruptive discharge tube but is prevented from discharging through this tube until. that the potential acquired by the capacitor has reached a predetermined value.
Yet another object of the invention is to create a converter for transforming an al- current. alternating at low frequency to high frequency alternating current by use of a disruptive discharge tube, the capacitor of this system being designed to release any charge potential equal to or less than the maximum voltage imposed on it before the discharge. disrupture charge does not occur.
Yet another object of the invention is to provide an automatically operating device connected between a disruptive discharge tube and a capacity charged by it under conditions such that this capacity can acquire a charge and therefore a supply of energy. to any degree desired and permitted by the energy which is available to charge that capacity and which will then cause the automatic and repeated ignition of the disruptive discharge tube.
The invention also proposes to allow an automatic and relatively simple control of the potential of
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breakdown of a disruptive discharge tube with respect to the peak voltage of an alternating current source.
The invention also provides for the provision of a disruptive discharge tube system of the type utilizing an ignition electrode in which the starting voltage applied to that electrode is delayed to any desired degree with respect to this electrode. voltage rise in the main circuit to discharge through the tube.
The invention also proposes to combine in a single system a main discharge operating through a metallic vapor with an accessory disruption discharge occurring through a gas, this accessory discharge having a relatively low power and not being used only to secure the order.
Yet another object of the invention is to create a circuit breaker-discharge frequency conversion system supplied from an alternating current source and designed so that one can vary at will between limits. extremely large the number of discharges which occur in each cycle of the alternating current.
A further object of the invention is to create a disruptive discharge system of this type in which an alternating current is used to charge a capacitor, the latter being able to be designed to discharge, with a view to generating oscillations. at high frequency more than once per half period of the charging current.
Yet another object of the invention is to increase the efficiency of disruptive discharge frequency converter systems by allowing precise and easy control of the frequency of the discharge of the con- trol.
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@ densator with respect to the capacitor charging current.
Other objects and advantages of the invention will emerge from the remainder of this text and from the appended drawing in which:
Fig. 1 is a partial schematic view showing the application of the invention to a disruptive discharge tube of the type employing two layers of mercury.
Fig. 2 is a partial schematic view showing a complete frequency converter device using a mercury discharge tube and incorporating the invention.
Fig. 3 is a view showing one of the possible embodiments of a disruptive discharge device in a gaseous atmosphere usable with the invention.
FIG. 4 is a diagram showing one of the possible relationships between an alternating current with a sinusoidal profile and several disruptive discharges as obtained by the present invention.
'In fig. 1 are shown the lower ends 10,10 of a discharge tube in a mercury atmosphere comprising two mercury layers designated respectively by 11 and 12. A tube of this type is shown in the US patent. N 2,287,541 deposited on November 7, 1940. The respective electrodes 13 and 14 are immersed in the mercury layers 11 and 12, through which the main discharge of the tube passes. These electrodes can be connected to any source of potential, the voltage of which varies from a value less than a predetermined minimum to a second predetermined value at which it is desired that the discharge occur through. the tube ..
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The lower ends 10,10 of the tube which are adjacent to the respective layers of mercury therein are surrounded by priming rings or frets. The band 15 is connected via a resistor 17 to the conductor which supplies the potential to the electrode 13, and the band 16 is similarly connected via a resistor 18 to the conductor which supplies the potential. to the electrode 14.
The resistors 17 and 18 make it impossible for the respective ignition plates to which they are connected to acquire a potential different from that carried by the corresponding main electrode except when such a potential is continuously supplied 8 the hoop since any interruption occurring in the arrival of the current has the consequence that the notice carried by the hoop is discharged by passing through the corresponding leakage resistance.
Spark gaps 19 and 20 are mounted in series, preferably with the interposition of a safety fuse 21, between the rings 15 and 16.
The operation of the device is as follows: - If it is assumed that the potential between the electrodes 13 and 14 is insufficient to cause the automatic ignition of the tube by direct ionization of the mercury vapor which is located between the two layers of mercury liquid and if it is assumed, moreover, that the potential which is supplied to the ignition plates 15 and 16 via the respective resistors 17 and 18 is itself insufficient to ensure the ionization of the atmosphere gas discharge which is located between the terminals facing the spark gaps 19 and 20, the latter being denied to the point of
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view length so that this condition is fulfilled, as the potential increases between electrodes 13 and 14,
one ends up reaching a point at which the gas ionization through the spark gaps 19 and 20 is sufficient to cause a disruptive discharge through them, these spark gaps being so adjusted that this discharge represents a difference in potential having the desired maximum value. It is assumed here that the potential required or necessary to initiate a direct ionization between the two layers of mercury significantly exceeds the value necessary to initiate the discharges through the spark gaps 19 and 20. When the disruptive discharge occurs through the latter, there is a momentary application to each ignition band of the potential carried by the main electrode which is located in the layer of mercury situated at the end of the tube which is opposite to this particular band.
The resistors 17 and 18 are of a sufficiently high value that the current passing through the spark gaps 19 and 20 has a relatively low order intensity compared to the main discharge current. In addition, this current is limited as to its value by the safety fuse 21, which has the effect of opening the circuit in the event that an arc shoots out across the two spark gaps instead of a discharge of the type occurring. desired by burst of spark.
The substantially instantaneous change in potential affecting the ignition plates 15 and 16 with respect to the adjacent mercury layers causes the initiation of the main discharge: 'between these two layers for reasons and in the manner that know well
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the technicians. The establishment of the main burst discharge by the ignition process just described lowers the effective potential between electrodes 13 and 14 to a point at which only the burst discharges through spark gaps 19 and 20 are eliminated but also to a point at which the main discharge through mercury vapor can no longer continue.
The interruption of the main discharge then returns the system to its original state, and the subsequent cyclic production of a potential difference between the electrodes 13 and 14 results in a repetition of the operating cycle which has just been completed. be described.
Referring now to Fig. 2 in which the comnlet frequency conversion system includes an alternating current source (not shown) which supplies power to ce conductors. and 23 with which are respectively connected in series an adjustable choke coil 24 and a protection fuse 25, it can be seen that the current after having passed through these regulation and safety elements passes through the primary winding 26 a transformer 27, the secondary winding 28 of which supplies a sufficient voltage to charge the electrostatic capacitance system represented by the capacitors 30 and 31 connected in series.
The capacitor 29 is the main capacitor of the buffer circuit of the high frequency part of the system, but it is shunted directly by a high frequency inductor 32, so that this capacitor 29 cannot by itself take an electrostatic charge. at the relatively low frequency of the incoming current circuit.
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A second protection system is shunted across the secondary winding / transformer 27 comprising capacitors 33 and 34 connected in series and whose connection point is earthed at 35. In addition, provision is made for high frequency choke coils 36 and 37 connected directly in series with the secondary winding 28 of the transformer 27, so that the backflow of a high frequency current into the actuation system is prevented by its connection combined with capacitors 33 and 34. and with choke coils 36 and 37.
The disruptive discharge tube used in the device shown in FIG. 2 is similar to that which is described and shown in fig.l and the elements already described are designated by identical reference numbers. The electrodes of the tube are connected in series with the secondary winding 28 of the transformer 27 and with the choke coils 36 and 37.
The tube is also mounted in series with the high frequency circuit 'comprising capacitors 29, 30 and 31 as well as adjustable inductors 38 and 39.
Fn 'through the electrodes of the tube is directly connected a safety discharge circuit comprising resistors 40 and 41 connected to one of the ends of each of the respective main electrodes of the tube and a spark gap 42 interposed between the free ends of these. resistances.
The device which has just been described operates as follows (see also fig. 4): As the alternating current which feeds the transformer 27 increases from the zero point 43 the con-
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densators 30 and 31 acquire an increasing load. The potential across these capacitors manifests simultaneously across the main discharge electrodes of the tube and, through resistors 17 and 18, across spark gaps 19 and 20.
When a predetermined point of discharge, namely the potential indicated by point 44 is reached, the ionization of the. gas takes place through the spark gaps 19 and 20 as already explained with regard to fig.l. The resulting burst discharge through these spark gaps causes on the respective initiation frets 15 and 16 the appearance of potentials which determine the initiation of the main discharge through the electrodes 13 and 14 and the layers of mercury which are respectively connected to them.
This main discharge which occurs through the tube by the disrupture phenomenon which has just been described generates high frequency oscillations in the tuned circuit which comprises the inductors 38 and 39, the capacitors 30 and 31 and the main capacitor 29 forming a buffer. Indeed, the inductance coil 32 no longer short-circuits the capacitor 29 for these high frequencies since these elements form a resonant circuit at these high frequencies. Capacitor 29 and coil '3? preferably have a relatively low resistance and the high frequency currents which pass through the closed circuit or buffer circuit formed by them therefore have a relatively large intensity.
The high frequency circuit comprising the capacitors 30 and 31 as well as the inductors 38 and 39 is completed by the relatively low resistance of the main tube discharge and can be considered
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As it is capacitively coupled with the buffer circuit via the capacitor 29. While the high frequency phenomena which have just been described take place, the main discharge through the tube continues. High frequency currents, however, fall to zero in a time which depends, among other factors, on the electrical constants of high frequency circuits and their damping.
In the meantime, the main discharge through the tube constitutes a virtual short circuit across the secondary winding 28 of the transformer 27 since the impedance of the coils / chokes 36 and 37 with respect to the load current at low frequency is almost zero. The increase in current through the primary winding 26 of the transformer 27 is maintained at a safe value by the adjustable choke coil 24. The net result of these low frequency phenomena is that the potential that manifests itself between the main electrodes 13 and 14 drops to a value low enough to extinguish the discharge spark across the spark gaps 19 and 20.
In other words, the end of the high frequency discharge causes the discharge in the main tube to be extinguished, which eliminates the effective low frequency short circuit in the transformer 27. As this happens by assumption at the point designated by
44 and the high frequency discharge lasts only a very short time compared to the low frequency sine wave, the charge current continues to increase beyond point 44 to a peak value. 46.
According to the relative values of the capacities at
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charge and the total impedance in the circuit, capacitors 30 and 31 can acquire a sufficient charge at least once more to initiate a disruptive discharge through the tube before the sine wave is reduced to a second point, zero indicated at 45.
The subsequent discharges can be determined from the point of view of their number and the moment at which they occur by a suitable choice of the constants of the circuit, by an appropriate adjustment of the choke coil 24 and of the spark gaps 19 and 20, so to occur for any desired potential values, for example for the peak values 46 or for a value 47 whose voltage can be equalized. if necessary, to that of point 44.
It will be appreciated that the energy rate of the system can be varied by adjusting the number and frequency of these multiple disruptive discharges by the capacitors, and that the maximum energy rate is generally obtained for a certain frequency of the discharges. s which are determined in any given case under optimum conditions by an effective adjustment of the factors previously enumerated.
The role of the safety spark gap 42 is to prevent voltage surges of exaggerated value in the event that the discharge tube does not properly cause ignition, as can occur, for example, in the event of a fusion of the protection device 21 , thereby preventing proper ignition of the tube until the components in question are replaced. The discharge through the spark gap 42 is limited by the resistors 40 and 41 to a value capable of not imposing exaggerated cbarges on the transformer 27 and, preferably, to a value suitable for
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prevent the bursting of a true arc through the spark gap 22.
The latter also has the additional role of dissipating excessively high voltages which may be caused in particular by a failure on the part of the buffer circuit to be resonated with the tuned circuit which is connected to the discharge tube or by abrupt removal of the charge. working when the system is set for a relatively high flow rate.
The gas ionization spark gaps 19 and 20 can be established as shown in FIG. 3, ie with a base 50 of insulating material provided with two support members 51 and 52 also of insulating material. The spark gap electrodes 53 and 54 pass through these support members 51 and 52 respectively and are rationally designed to slide horizontally through them. Conductors 55 and 56 are attached to the respective electrodes. As can be seen, any type of spark gap capable of withstanding the potentials and currents in question can find its application here.
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