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Dispositif avec tube à décharge dans le mercure pour redresser les courants à haute tension.
Cette invention se propose de perfectionner les tubes à arc jaillissant dans une atmosphère de vapeur de mercure ainsi que les circuits desservant'ces tubes et concerne plus particulièrement les tubes et les circuits de ce genre décrits dans les brevets américains N 2.287.540 déposé le 12 août 1940, 2.287.541 déposé le 7 novembre 1940, 2.287.542 déposé le 8 novembre 1940, 2.287.543 déposé le 18 décembre 1940 et 2.287.544 déposé le 25 février 1941.
Un but de l'invention est de fournir un tube perfectionné de ce genre possédant un centre de gravité bas et ne nécessitant pas de montage compliqué pour le maintenir en place et pouvant, en outre, être soumis à une dilatation irrégulière sans risquer de se rompre, ce tube étant capable de subir sans dommage des différences de potentiel élevées.
D'autres buts de l'invention consistent à créer un dispositif perfectionné de ce genre se prêtant à une
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fabrication à l'aide de l'équipement standard de soufflage du verre et capable d'une grande souplesse d'emploi dans divers types de circuits où l'espace disponible est limité tout en assurant une grande surface de dispersion de la chaleur et tout en comportant des circuits simples pour l'allumage automatique des tubes.
Des buts supplémentaires de l'invention consistent à assurer aux appareils de ce genre la simplicité et l'effi- cacité de fonctionnement désirables tout en réalisant un appareillage simple, économique, durable, de fonctionne- ment sûr et peu coûteux comme fabrication et installation.
D'autres buts de l'invention ressortiront de la suite de texte, étant entendu que ce qui est décrit ci-après doit être interprété à titre illustratif et que diverses variantes peuvent être apportées aux réalisations représen- tées sans sortir du cadre de l'invention.
Les caractéristiques de l'appareil sont décrites ici à propos d'un tube à jaillissement d'arc dans une atmosphère formée de vapeurs de mercure comprenant une enveloppe ou enceinte dont la capacité renferme une nappe de mercure, un bras creux délimitant un canal faisant saillie par rapport à cette capacité et portnt une ampoule qui contient de même une nappe de mercure, ces deux nappes n'étant en contact électrique que par les vapeurs de mer- cure ionisées qui constituent l'atmosphère de cette enve- loppe ou enceinte et qui sont en contact avec lesdites nappes de mercure, l'allumage étant assuré par des organes internes ou externes.
Dans les dessins schématiques annexés qui repré- sentent, à titre d'exemples, diverses ,réalisations possibles de l'invention:
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La fig.l est une vue en élévation latérale mon- trant une première réalisation du dispositif à tube et nappes de mercure.
La fig.2 est une vue en plan fragmentaire mon- trant la disposition d'un organe d'allumage placé sur la. paroi externe de l'enveloppe ou enceinte.
La fig.3 est une vue.en coupe schématisée mon- trant une portion du tube et un organe d'allumage de type ' conventionnel,/
La fig. 4 est une vue en élévation latérale mon- trant une autre réalisation du tube.
La fig. 5 est une vue en plan montrant une variante de réalisation comportant plusieurs tubes irradiés autour d'une partie centrale.
La fig.6 est un diagramme des connexions d'un tube utilisable comme redresseur d'ondes pleines et d'un autre tube formant tube à décharge dans une atmosphère gazeuse.
La fig.7 est un diagramme des connexions desser- vant un redresseur d'ondes pleines de leur courant phasé.
La fig.8 est un diagramme des connexions desser- vant une des extrémités du tube formant redresseur, l'autre moitié de ce tube étant étudiée en vue de la décharge dans une atmosphère gazeuse.
Le dispositif avec tube à décharge formant en même temps redresseur qui est représenté dans les figs. 1 et 2 comprend une enveloppe ou enceinte 10a en matière isolante résistant à la chaleur comme le verre, ce tube comportant une ampoule sensiblement sphérique 11a qui constitue normalement la cathode quand le tube est utilisé comme redresseur. Un bras cylindrique creux s'éténdant
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à partir de cette ampoule lla délimite un canal qui com- munique avec sa capacité intérieure ainsi qu'avec la capa- cité intérieure d'une autre ampoule ou boule 14 formant anode et constituant l'extrémité externe du bras 12. Une nappe de mercure 15 est placée dans la dépression formée par l'ampoule lla, et une nappe analogue 16 dans l'ampoule 14.
La première de ces nappes constitue une cathode et la seconde une anode. Le canal se trouve à un niveau plus élevé que le niveau supérieur des deux nappes de mercure, de sorte que ces dernières sont séparées électriquement sauf par la conduction due au gaz ionisé qui est contrôlée à travers l'atmosphère formée de vapeur de mercure raréfiée qui se trouve dans l'enveloppe 10a et par les bornes externes 18 et 19. Le gaz traverse l'enveloppe' et assure un contact direct avec chacune des nappes.
L'intérieur du bras 12 est muni, de préférence, d'un dos d'âne 17 formant une crête diviseuse placée au milieu de la longueur du fond du canal, celui-ci présentant ainsi deux déclivités en sens inverse, de sorte que toute quantité de mercure qui a tendance à s'accumuler sur les parois du canal peut regagner par écoulement naturel les - nappes de mercure respectives. La double déclivité du canal assure, en outre, une répartition sensiblement égale du mercure entre les deux nappes bien que l'une de celles-ci soit placée un peu plus haut que l'autre.
La longueur du bras creux 12 peut être aisément modifiée dans la fabrication industrielle de tubes de ce genre puisque le bras est constitué par un morceau du tube standard. En vue de la production de bras allongés, on peut utiliser une section de tube plus longue sans rencontrer plus de difficultés qu'avec une courte section de tube.
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Cette particularité est très importante car la chute de tension ou la résistance du tube dépend de la distance qui sépare les deux nappes de mercure c'est-à-dire en fait de la longueur du bras et du canal délimité par lui. Par conséquent, il n'est pas sensiblement plus difficile ou plus coûteux de produire un tube destiné à des chutes de potentiel élevées que de produire un tube destiné à de faibles chutes de potentiel. Au contraire, le prix de revient des tubes utilisés jusqu'ici pour le même but varie notablement suivant les chutes de potentiel auxquelles ils sont soumis, en raison des nombreuses variantes néces- saires et du grand nombre de pièces détachées que nécessite la construction de ces tubes.
Une électrode 20 constituée par une plaque concave en toute matière convenable est placée contre l'ampoule lla vis-à-vis de la nappe 15 mais hors de son contact direct, de manière à constituer un organe d'allumage externe. Une électrode semblable est prévue,, si désiré, contre l'ampoule opposée 14 du tube.
L'électrode 20 formant organe d'allumage externe est spécialement utile et commode pour ce qu'on appelle l'allumage automatique tel que le permettent les circuits ici représentés, mais il doit'être entendu que l'allumage peut être assuré par n'importe quelle source de courant connectée à l'électrode et aux nappes qui sont associées avec elle. Une pareille source de courant doit, bien entendu, être capable d'allumer l'électrode mais son réglage dans le temps peut dépendre de l'usage attribué au tube, C'est ainsi, par exemple, que si le courant de la canalisation principale a une tension inférieure à. 2.500 volts (tension trop faible pour assurer l'allumage automatique normal) une source de courant auxiliaire ayant une tension de
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3.000 volts peut être prévue pour alimenter l'électrode et la nappe de mercure.
Les dimensions des deux ampoules sphériques lla et 14 peuvent varier suivant les applications du tube.
Ces deux parties sphériques peuvent avoir des dimensions égales ou bien encore l'une peut être plus grande que l'autre. Toutefois, quand la nappe de mercure qui se trou- ve dans une des ampoules sphériques fonctionne plus fré- quemment comme cathode, il est préférable que cette même partie sphérique soit plus grande, afin d'assurer une plus grande surface pour la dissipation de la chaleur.
Dans la fig.5, l'ampoule sphéri.que centrale 11c est plus grande que les ampoules sphériques 14 placées à la péri- phérie de l'appareil.
Il est préférable que les électrodes soient constituées par des nappes de mercure. En effet, le mer- cure est plus apte à absorber les constituants indésirables provenant des parois de l'enveloppe et de l'espace occupé par l'atmosphère de vapeur.
L'électrode d'allumage externe 20 convient tout spécialement à l'allumage automatique, comme expliqué ci-après, mais un organe d'allumage interne 20i (comme représenté dans la fig.3 et comme décrit dans le brevet américain sus-indiqué No 2.287.541) peut trouver son appli- cation quand on attache plus d'importance à la sécurité et au mode de commande.
Pour redresser les ondes pleines d'un courant électrique monophasé ou pour réaliser un redressement sur demi-onde dans une partie du tube et une décharge électrique dans l'autre partie, il est préférable d'uti- liser un tube 10b à deux bras comportant une ampoule
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sphérique llb comme représenté dans la fig. 4. Pour le redressement sur onde pleine, le nombre des électrodes d'al- lumage désignées par 20 et 20' est égal au nombre des nappes 16 et lô' formant l'anode. Il est préférable d'al- lumer par la nappe de mercure centrale 15, mais le tube fonctionne également bien si l'allumage est effectué par les nappes 16 étant donné qu'il n'y a pas de différence dans la composition des nappes et que l'une ou l'autre peut fonctionner indifféremment comme cathode ou comme anode.
Grâce,à cette particularité, le phénomène dit de reflux (flash back) qui est extrêmement dangereux dans les tubes ordinaires, n'a aucun effet nuisible dans le présent tube.
L'ampoule centrale formant cathode peut être pourvue d'un nombre pratiquement indifférent de bras et d'anodes, comme le montre la fig. 5. Dans cet exemple, il est prévu six anodes pour que du courant triphasé puisse être complètement redressé par un pareil tube. Pour d'au- tres courants polyphasés, on peut faire varier le nombre des anodes dans une mesure correspondante.
Le circuit que montre la fig. 6 met en évidence deux applications possibles du tube en question, une source 21, 22 de courant alternatif alimentant un trans- formateur 24 dont l'enroulement secondaire comporte deux bornes terminales 25 et 26 et une borne ou prise centrale
28. Le montage représenté dans la fig.6 utilise le tube que montre la fig.4. Ce tube comprend une enveloppe con- formée de manière à renfermer trois nappes de mercure 16,
15 et 16' séparées électriquement et dont chacune est en de contact commun avec/la vapeur de mercure ionisable, et deux électrodes d'allumage extérieures séparées 20 et 20'
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placées contre l'enveloppe près de la nappe de mercure centrale 15 mais séparées électriquement de cette der- nière.
La borne terminale 25 de l'enroulement secon- daire du transformateur 24 est connectée à la première nappe 16 et à une électrode 20; son autre borne termi- nale 26 est connectée à la troisième nappe de mercure 16' et à l'autre électrode ?Or. Dans ce montage, le tube 10b fait office de redresseur à onde pleine et à auto- allumage pour charger un condensateur 29 monté en série avec la nappe 15 et la borne centrale 28 du transforma- teur 24.
Il est évident qu'une source de courant externe réglée dans le temps pourrait être reliée à l'électrode .et à la nappe de mercure de chacune des moitiés du tube pour assurer l'allumage comme le montre le brevet améri- cain sus-indiqué No 2.287.544. Une pareille source de courant doit être normalement utilisée si la tension prin- cipale aux bornes du tube est inférieure à 2.500 volts.
Le condensateur peut se décharger à travers un circuit tampon 30 (dessiné en gros traits) comprenant le tube 10a à décharge dans la vapeur de mercure et une bobine de réactance ou d'inductance 31 montée en série avec lui en travers du condensateur.
L'électrode d'allumage ?,011-peut être branchée (comme représenté) en 32 entre le condensateur 29 et la bobine 31 ou connectée à la nappe de mercure 16". L'élec- trode 20" peut aussi être connectée une source de cou- rant indépendante du circuit tampon ( comme représenté par la fig.3 du brevet américain sus-indiqué N 2.28'7.542) ou bien encore une électrode d'allumage interne peut être prévue dedans comme le montre la fig. 1.
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Le montage à tube multiple que montre la fig.5 peut servir comme redresseur d'ondes pleines de courant triphasé comme le met en évidence le diagramme des connexions de la fig.7 qui représente une source de courant alterna- tif triphasé Ll, L2, L3 connectée à un transformateur tri- phasé 24' comportant trois enroulements secondaires dont chacun est muni de deux bornes terminales El, E2, E3, E4., E5, E6 et d'une borne ou prise centrale C1, C2, C3. L'en- veloppe en matière isolante et en forme de croisillon 'comporte une ampoule centrale 11c, six bras creux 12 rayonnant à partir de.cette ampoule centrale et délimi- tant des canaux qui communiquent avec la capacité 11c de cette ampoule centrale, et une ampoule 14 solidaire de l'extrémité externe de chacun des bras et délimitant un espace qui communique avec lesdits canaux.
Comme le montre la fig. 5, une nappe de mercure 15c est disposée dans l'ampoule centrale 11c, et une nappe de mercure semblable 16 dans chacune des ampoules périphériques 14, ces diver- ses nappes étant séparées les unes des autres mais capables d'être reliées électriquement par l'ionisation commandée de la vapeur de mercure 'à l'intérieur de l'enveloppe et en contact commun avec chaque nappe.
Les six bornes terminales El, E2, E3, E4, E5, E6, de l'enroulement secondaire du transformateur 24' sont connectées respectivement aux six nappes de mercure qui se trouvent dans les ampoules 14. Bien que les nappes adja- centes soient connectées au même enroulement secondaire, on peut adopter n'importe quel autre mode de connexion. Le dispositif d'allumage de la nappe de mercure centrale comprend six électrodes d'allumage extérieures séparées 20c semblables à celles que'montre la fig.2, disposées
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contre ladite ampoule centrale et près de la nappe de mercure qui s'y trouve, chacune de ces électrodes étant connectée à l'une des nappes de mercure en question.
Au cours de l'usage normal, les trois bornes centrales C1, C2, C3 connectées l'une à l'autre forment une borne de réception du courant redressé, tandis que la nappe de mer- cure centrale constitue l'autre borne.
Il doit être entendu que si le circuit repr- senté dans la fig.7 montre les électrodes d'allumage 20c excitées par le courant même qui est en cours de redres- sement, l'allumage pourrait être assuré par un courant auxiliaire dont le réglage dans le temps pourrait être commandé par n'importe quel moyen connu comme représenté dans le brevet américain sus-indiqué N 2. 287.544.
On peut utiliser la moitié du tube représenté dans la fig. 4 pour redresser le courant sur ondes pleines et son autre moitié pour'la décharge électrique, comme représenté dans la fig.8 et de façon analogue à ce que montre la fig. 6 mais sans redressement total.
C'est ainsi que, dans la fig.8, une borne 25 de l'enroulement secondaire du transformateur 24 est con- nectée à la première et à la troisième nappes de mercure
16 et 16', l'électrode 20 et à l'une des extrémités de la bobine d'inductance 31. Le condensateur 29 est con- necté d'un côté à la, deuxième nappe de mercure 15 et de l'autre côté à un commutateur 34 permettant d'établir la connexion entre ce condensateur et la borne 28 pour le charger, par inversion de la manette du commutateur, pour fermer un circuit oscillatoire à travers le conden- sateur, la bobine d'inductance et le tube'à décharge.
L'expérience permettra de vérifier qu'à condition
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1 d'employer du verre de bonne qualité mesurant uné épais- seur approximative de 2 à 3 mm, l'allumage automatique se produit avec certitude, même si la différence de po- tentiel qui règne en travers de l'électrode d''allumage externe et de la nappe de mercure formant cathode ne dé- passe pas 2.800 volts. Si l'on se trouve en présence de tensions inférieures à 2. 500 volts, on peut utiliser les dispositifs d'allumage standard bien connus dans la tech- nique ainsi que la présente électrode extérieure fonction- nant par courants auxiliaires sous une tension suffisam- ment élevée.
Avec des dispositifs d'allumage automatique extérieur, l'ionisation se produit en principe dès que le réglage dans le temps est convenable, ce' qui permet de supprimer pratiquement les régulateurs de temps auxi- liaires.
REVENDICATIONS
1. Dispositif de décharge éle.ctrique pour la commutation ou le redressement de courant à haute tension caractérisé par une enveloppe ou enceinte en matière iso- lante pourvue d'une ampoule de forme sensiblement sphé- rique, un ou plusieurs bras cylindriques creux tous partant de cette ampoule et délimitant des canaux communiquant avec sa capacité intérieure, une ampoule sphérique for- mant l'extrémité externe de chacun desdits bras, la capa- cité intérieure de ces ampoules étant en communication avec chacun des canaux, et des nappes de mercure séparées placées respectivement dans les diverses ampoules en question.