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GENERATEUR ELECTROSTATIQUE A TENSION CONSTANTE.
La présente invention concerne des moyens nouveaux pour rendre parfaitement constante c'est-à-dire pratiquement indépendante de l'inten- sité la tension des générateurs électrostatiques.
On sait que ceux-ci sont, par nature, des générateurs à inten- sité constante, tandis que les générateurs électromagnétiques sont plutôt des générateurs à tension constante. En effet, à tension d'excitation cons= tante, et on 1'absence de fuites et de capacités parasites, la charge four- nie par les transporteurs d'un générateur électrostatique est constante, et il en résulte, à vitesse constante, une intensité constante indépendan- te de la tension de débite Les fuites et les capacités parasites modifient plus ou moins cette conclusion, mais la tension de débit varie toujours très vite avec 1'intensité demandéeo
Une telle caractéristique est tout à fait défavorable à l'as- sociation des générateurs électrostatiques avec certains récepteurs,
tels que les tubes électroniques, qui réclament une tension pratiquement cons- tante, peu influencée par les variations de débite Dans certains ces, tel que celui des tubes à rayons X, une tension tout à fait indépendante du débit est d'une grande commodité pour l'utilisateur, en permettant par exemple, de régler séparément la qualité et la quantité du rayonnement.
Jusqu'à présent, il n'a été possible de rendre constante la tension des générateurs électrotatiques que par des dispositifs très complexes comportant de nombreux tubes électroniques et dont l'effica- cité n'est pas totale.
L'invention permet de résoudre ce problème par la mise en oeuvre de dispositifs extrêmement simples, se réduisant, dans tous les casà un ou plusieurs organes électriques dont la courbe caractéris- tique représentant la variation du courant en fonction de la tension pré- sente un coude.
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Il a en effet été découvert que l'on peut rendre constante la tension aux bornes d'un générateur électrostatique en insérant entre
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chaque inducteur ou groupe équipotentiel d9â.nducteu e de ce générateur et un autre organe de ce dernier dont le pctentiel est constant en cours de fonctionnement et lié à la tension de débita une résistance de fuite dont la caractéristique répond à des conditions particulières.
En effet, si l'on désigne par U, la tension sous laquelle
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doit débiter une génératrice9 genre TOEPLER1 supposée comporter un seul inducteur, 1. une de ses bornes étant isolée au potentiel + U et l'autre à la masse du châssis (potentiel zéro) et si - V est le potentiel de
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Pinducteur, le courant débité est généralement de la forme
I = A V - B U (1) A et B étant des coefficients proportionnels à la vitesse de rotation, et dont le premier est positif, le second l'étant habituellement aussi, mais non pas forcément.
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L9inducteur ne garde son potentiel - V que s'il est relié à une source d'électrieité qui vient compenser les fuites. Si 1-'on dési- gne par I' le courant débité par cette source, supposée être une petite génératrice électrostatique auxiliaire, analogue à la machine principa- le et elle-même excitée par celle-ci, le courant est de la forme
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19 - .9 ÎJ B9 V (2) A' et B' étant deux autres coefficients analogues aux coefficients A et B ci-dessus mentionnéso
Soit d'autre part, Z la résistance différentielle d'une ré-
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sistance de fuite insérée entre 19înducteur au potentiel - V et la borne isolée de la machine au potentiel + U.La différence de potentiel à ses bornes est U + V,
et la variation d I" du courant qui la traver- se est telle que
Z d I" = d U + d V (3)
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En générais, 19înducteur est assez bien isolé et le débit de l'excitatrice est assez grand pour qu'on puisse confondre I' et I", d'où
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Z (A9 d U = B9 d V) = d U + d V (4) D'autre part -. d I = A d V - B d U (5) Donc, pour que la tension de débit U soit indépendant du courant débité I, c9eet=.ie de V, on doit avoir d U =0 pour d il 0, c est-à-dire pour d V Il reste donc:
ZB'dV = d V (6) ou ZB' + 1 = 0 (7) condition suffisante si Z A' est différent de 1, et d'où il découle, d'autre part, que B' doit avoir un. signe différent de celui de Z, c'est- à-dire que.le système excitateur doit avoir un coefficient B' négatif, si 1-'impédance Z est positive, ce qui est généralement le cas avec les moyens dont on dispose en pratique pour sa réalisation.
En outre, il n'est pas possible que Z soit une résistance ohmique, indépendante de I', car si le point de fonctionnement (U, I) est stable, il l'est encore si l'on divise U et I par un facteur quel-
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conque; c'est en particulier le cas du point (0.0) ete par conséquents, la machine ne tendra pas à quitter cet état neutre et par suite ne se amorcera pas.Il faut nécessairement que Z soit une résistance variable en fonction de la différence de potentiel appliquée à ses bornes et éga- le à -1/B',pour des valeurs de cette différence V voisines de U + V et à une valeur habituellement plus grande, infinie par exemple,pour des
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valeurs plus faibles de cette différenoeo
La présente invention a,
en conséquence, pour objet une gé- nératrice électrostatique à tension constante U, pratiquement indépen- dante de l'intensité du courant débitée et comportant au moins un in-
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ducteur porté au potentiel -V par une source auxiliaire d9életricité génératrice dans laquelle une résistance de fuite de valeur différen- tielle Z variable non linéairement en fonction de la différence de po- tentiel appliquée entre ses bornes, est insérée entre chaque inducteur
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ou groupe équipotentiel d9.ndutur et au moins un organe 'de la généra- trice dont le potentiel est constant en cours de .fonctionnement)) par exemple le pôle de débit isolé de cette génératrice))
le coefficient B' de proportionnalité entre le courant que débite la source auxiliaire
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deexcitatîon et la tension à ses bornes étant de signe contraire au signe de Z et la résistance de fuite étant choisie pour que la dite valeur Z soit égale à -1/B' lorsque la différence de potentiel appliquée entre ses bornes est voisine de U + V et plus grande, par exemple infinie, pour des valeurs plus faibles de cette différence de potentiel.
Comme résistance de fuite, pour la mise en oeuvre pratique
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de 1?in-vention, on peut utiliser un appareil à décharge autonome lumines- cente normale, comportant, par exemple, au moins une pointe et un pla- teau dont la distance relative est réglable et entre lesquels peut jail- lir un effluve électrique, cet appareil étant mis en série avec une ré- sistance obmique de valeur telle que, lorsque la décharge est établie
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dans ledit appareil, 19impédance différentielle de l'ensemble soit éga- le à 1/B'.
Les dessins annexés représentent deux exemples de réalisation de machines conformes à 1?invention, qui sont décrits ci-après en détail.
Dans ces dessins : la figure 1 est une vue schématique, en perspective d'une génératrice électrostatique excitée par un groupe de deux machines ordi-
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naires de 'oepl 9 9xit.nt mutuellement et dont une seule débite; le tout formant un ensemble autoexcitateur à coefficient B9 négatif et à coefficient A' nul. la figure 2 est une vue analogue d'une machine dite à double
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transporta o9t.dir dans laquelle un transporteur, non seulement apporte un circuit de débit de l'électrîcité d'un certain signe, mais lui en retire une quantité comparable de signe contraire.
La génératrice principale de 1?ensemble représenté par la figure 1 comporte,de façon connue en elle-même un inducteur 1 et un écran 2 constitués chacun par deux plaques parallèles entre lesquelles peuvent s'engager successivement deux transporteurs 3 et 4 montés de façon isolante sur 1-'arbre 5.
Les transporteurs 3 et 4 sont reliés respectivement aux touches 6 et 7 d9un collecteur porté par l'arbre 5 et coopérant avec deux balais 8 et 9 reliés respectivement le premier au bâti métallique de la machine représenté sous forme schématique en
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10 et qui forme l'un des pôles de celle-cîp l'autre à une borne isolée 11 qui constitué 19autre pôle:, le circuit d9utilisation étant relié à ces deux pôles
L'écran 2 est également relié à la borne 11, tandis que l' inducteur 1 est relié à 1-'ensemble excitateur de la machine, ainsi qu'il est indiqué ci-après.
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Cet ensemble comprend deux petites génératrices auxilaires 20 et 30, s'excitant mutuellement et dont la construction est analogue à cel- le de la machine principale, mais sans écran, c'est-à-dire qugelles com- portent chacune un inducteur 21, 31, et des transporteurs 23, 24 et 33, 34 reliés respectivement à des touches de contacteur 26, 27 et 36, 37, coopérant avec des balais 28, 29 et 38, 39. L'inducteur 21 de la géné- ratrice 20 est relié au balai 39 de la génératrice 30 au potentiel -V et 1-'inducteur 31 de cette dernière est relié au balai 29 de la premiè- re et à 1-'inducteur 1 de la machine principale.
Les balais 28 et 38 des génératrices auxiliaires sont reliés à la masseo
Entra la borne isolée 11 de la machine et l'inducteur 1, est inséré un dispositif faisant.office de résistance de fuite et ayant une résistance différentielle conforme aux prescriptions de l'invention, dis- positif constitué par une résistance ohmique 12, en série avec un sys- tème à effluve représenté schématiquement par une pointe 13 faisant face à un plateau 14, la distance entre la pointe 13 et le plateau 14 étant réglable.
On voit que les deux générateurs auxiliaires forment un en- semble auto-excitateur qui débite un courant proportionnel à la tension de débit, le coefficient de proportionnalité dépendant des capacités utiles et parasiteso Un tel ensemble se comporte bien comme une excita- trice à coefficient B'négatif et à coefficient A' nul.
La génératrice que représente la figure 2 est également as- sociée avec deux petites génératrices auxiliaires; ces machines comportent les mêmes organes que dans .le sas précédemment d'écrit, organes qui sont désignés par les mêmes chiffres de référence, à cette différence près que l'écran 2, au lieu d'être mis à la masse est relié au balai 39 de la gé- nératrice 30.
Cet écran constitué ainsi un second inducteur porté au po- tentiel U + V, l'inducteur 1 étant toujours porté au potentiel -V, la génératrice étant du type à double transport telle qu'elle a été décrite dans la demande de brevet déposée le 3 mars 1945 au nom du Centre Natio- nal de la Recherche Scientifique, pour s "Nouvelles dispositions des organes conducteurs des machines électrostatiques permettant de doubler la puissance".
On reconnaît aisément que chaque excitatrice est une machi- ne ordinaire du type Toepler, excitée par la différence de potentiel V et ayant entre ses pôles la différence de potentiel U + V.Le courant qu'elle débite est de la forme A V - B (U+V); A et B étant positifs 1 1 1 1 et A plus grand que B Le coefficient B' de chaque machine excitatrice,
1 1 égal à B - A est bien négatifo Il faut naturellement deux résistances
1 1 de fuite l'une 12, 13, 14 insérée entre l'inducteur 1 au potentiel -V et la borne isolée 11 comme dans le cas précédente 1-'autre 42, 43, 44 insérée entre l'inducteur 2 au potentiel U + V et la masse 10.
Il est avantageux que les deux résistances de fuite soient construites de la même façon et réglées simultanément et identiquement afin de maintenir sensiblement la symétrie des deux excitatriceso
Dans tous les cas, la tension constante fournie par la machi- ne principale est réglable à volonté, en faisant varier la distance en- tre les pointes 13, 14 et 43, 44, c'est-à-dire la différence de poten- tiel pour laquelle la résistance différentielle Z prend la valeur -1/B qui assure le fonctionnement à tension constante; il suffira de faire va- rier la distance pointe plateau de l'effluve pour faire varier, dans le même sens, la tension constante fournie par la machine principale.
Il peut être avantageux, dans certains cas particuliers, que
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la tension du générateur, au lieu d'être absolument indépendante de l' intensité débitée, croisse ou décroisse légèrement quand cette dernière augmentéeOn parvient immédiatement à ce résultat,en augmentant ou di- minuant légèrement, suivant les cas, la résistance différentielle Z de la ou des résistances de fuite.
Dans les exemples précédents, la ou les résistances de fui- te sont insérées entre le pôle de débit au potentiel U et le pôle d'ex- citation au potentiel -V. Dans le cas d9une tension U très élevée, on peut avoir avantage à prélever seulement, par un diviseur de tension, une fraction constante de U,soit K.U. (k #1) et à appliquer la dif- férence de potentiel koU + V, au lieu de U + V, aux bornes de la résis- tance de fuite. Il faudra alors veiller à ce que Z A' soit différent de k.On peut même faire k = 0 et insérer la résistance de fuite entre -V et le solo Mais il faut veiller alors à ce que le coefficient A' ait une valeur suffisante car Z B' + 1 = 0 nentraine plus d U= 0 si k = 0 et A' = O.
L'étude théorique de la stabilité montre qu'il est préférable , en général, que le coefficient B de la machine principale soit positif, ce qui est habituellement réalisée
Les exemples de réalisation qui viennent d'être décrits ont simplement pour but de montrer qu'il existe des moyens pratiquement utilisables de rendre le coefficient B' négatif, mais ne sont absolument pas limitatifs. On ne sortirait pas du domaine de l'invention en rempla- çant une excitatrice par un groupe quelconque de machines conduisant au même résultat, c'est-à-dire ayant un coefficient B' négatif.
-REVENDICATIONS-
1. Une génératrice électrostatique à tension constante U, pratiquement indépendante de l'intensité du courant débité, et compor- tant au moins un inducteur porté au potentiel -V par une source auxiliai- re délectricité, caractérisée par une résistance de fuite de valeur dif- férentielle Z variable non linéairement en fonction de la différence de potentiel appliquée entre ses bornes, insérée entre chaque inducteur, ou groupe équipotentiel d'inducteurs,et au moins un organe de la géné- ratrice dont le potentiel est constant en cours de fonctionnement, par exemple le pôle de débit isolé de cette génératrice,
le coefficient B9 de proportionnalité entre le courant- que débite la source auxiliaire d'excitation et la tension à ses bornes étant=de sighe contrairegau signe de Z, et la résistance de fuite .étant choisie pour que la dite valeur Z soit égale à -1/B',lorsque la différence de potentiel appliquée entre ses bornes est voisine de U + V, et plus grande, par exemple infinie, pour des valeurs plus faibles de cette différence de potentiel.
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CONSTANT VOLTAGE ELECTROSTATIC GENERATOR.
The present invention relates to novel means for making the voltage of the electrostatic generators perfectly constant, that is to say practically independent of the intensity of the voltage.
It is known that these are by nature constant current generators, while electromagnetic generators are rather constant voltage generators. In fact, at constant excitation voltage, and there is no leakage and parasitic capacitance, the charge supplied by the carriers of an electrostatic generator is constant, and the result, at constant speed, is constant current independent of the discharge voltage Leakages and parasitic capacitances modify this conclusion to a greater or lesser extent, but the discharge voltage always varies very quickly with the required current.
Such a characteristic is quite unfavorable to the association of electrostatic generators with certain receivers,
such as electron tubes, which require a practically constant voltage, little influenced by variations in flow rate In some such devices, such as that of x-ray tubes, a voltage quite independent of the flow rate is of great convenience for the user, for example by allowing the quality and quantity of the radiation to be regulated separately.
Until now, it has only been possible to make the voltage of the electrotatic generators constant by very complex devices comprising many electronic tubes and whose efficiency is not complete.
The invention makes it possible to solve this problem by using extremely simple devices, which are reduced, in all cases, to one or more electrical components, the characteristic curve of which representing the variation of the current as a function of the voltage present. elbow.
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It has in fact been discovered that the voltage at the terminals of an electrostatic generator can be made constant by inserting between
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each inductor or equipotential group d9â.nducteu e of this generator and another member of the latter whose pctentiel is constant during operation and linked to the flow voltage has a leakage resistor whose characteristic responds to particular conditions.
Indeed, if we denote by U, the voltage under which
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must deliver a generator9 type TOEPLER1 supposed to include a single inductor, 1.one of its terminals being isolated to the potential + U and the other to the chassis ground (zero potential) and if - V is the potential of
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Inductor, the current delivered is generally of the form
I = A V - B U (1) A and B being coefficients proportional to the speed of rotation, and the first of which is positive, the second usually also being, but not necessarily.
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The inductor only keeps its potential - V if it is connected to a source of electricity which compensates for the leaks. If 1-'we denote by I' the current delivered by this source, supposed to be a small auxiliary electrostatic generator, analogous to the main machine and itself excited by the latter, the current is of the form
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19 - .9 ÎJ B9 V (2) A 'and B' being two other coefficients similar to the coefficients A and B mentioned above
Let Z be the differential resistance of a re-
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leakage resistance inserted between the inductor at potential - V and the isolated terminal of the machine at potential + U. The potential difference at its terminals is U + V,
and the variation d I "of the current flowing through it is such that
Z d I "= d U + d V (3)
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In general, the inductor is fairly well isolated and the flow rate of the exciter is large enough to be able to confuse I 'and I ", hence
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Z (A9 d U = B9 d V) = d U + d V (4) On the other hand -. d I = A d V - B d U (5) So, for the flow voltage U to be independent of the current I, c9eet = .ie of V, we must have d U = 0 for d il 0, c is i.e. for d V It therefore remains:
ZB'dV = d V (6) or ZB '+ 1 = 0 (7) sufficient condition if Z A' is different from 1, and from which it follows, on the other hand, that B 'must have a. sign different from that of Z, that is to say that the exciter system must have a negative coefficient B ', if 1-' impedance Z is positive, which is generally the case with the means available in practice for its achievement.
In addition, it is not possible for Z to be an ohmic resistance, independent of I ', because if the operating point (U, I) is stable, it is still so if we divide U and I by a factor what-
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conch; This is in particular the case of point (0.0) and therefore, the machine will not tend to leave this neutral state and therefore will not initiate. Z must necessarily be a variable resistor as a function of the potential difference applied to its terminals and equal to -1 / B ', for values of this difference V close to U + V and to a value usually greater, infinite for example, for
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lower values of this difference
The present invention has,
consequently, for object an electrostatic generator at constant voltage U, practically independent of the intensity of the current delivered and comprising at least one in-
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conductor brought to the potential -V by an auxiliary source of generator electricity in which a leakage resistance of differential value Z variable nonlinearly as a function of the difference in potential applied between its terminals, is inserted between each inductor
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or equipotential group d9.ndutur and at least one element of the generator whose potential is constant during operation)) for example the isolated flow pole of this generator))
the coefficient B 'of proportionality between the current delivered by the auxiliary source
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deexcitation and the voltage at its terminals being of a sign opposite to the sign of Z and the leakage resistance being chosen so that the said value Z is equal to -1 / B 'when the potential difference applied between its terminals is close to U + V and greater, for example infinite, for lower values of this potential difference.
As a leakage resistor, for practical use
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of the invention, it is possible to use an apparatus with a normal self-contained glow discharge, comprising, for example, at least one tip and a plate, the relative distance of which is adjustable and between which an electric corona can emerge. , this apparatus being placed in series with an obmic resistance of such value that, when the discharge is established
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in said apparatus, the differential impedance of the assembly is equal to 1 / B '.
The accompanying drawings show two exemplary embodiments of machines according to the invention, which are described in detail below.
In these drawings: Figure 1 is a schematic perspective view of an electrostatic generator excited by a group of two computer machines.
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naires of 'oepl 9 9xit.nt mutually and of which only one debits; the whole forming a self-excited assembly with negative coefficient B9 and zero coefficient A '. FIG. 2 is a similar view of a so-called double machine
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transporta o9t.dir in which a transporter not only brings a circuit of flow of electricity of a certain sign, but withdraws from it a comparable quantity of opposite sign.
The main generator of the assembly shown in FIG. 1 comprises, in a manner known per se, an inductor 1 and a screen 2 each formed by two parallel plates between which two carriers 3 and 4 mounted in an insulating manner can successively engage. on 1-tree 5.
The conveyors 3 and 4 are connected respectively to the keys 6 and 7 of a collector carried by the shaft 5 and cooperating with two brushes 8 and 9 respectively connected to the first metal frame of the machine shown in schematic form in
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10 and which forms one of the poles of this one cîp the other to an insulated terminal 11 which constitutes another pole :, the user circuit being connected to these two poles
Screen 2 is also connected to terminal 11, while inductor 1 is connected to the exciter assembly of the machine, as shown below.
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This assembly comprises two small auxiliary generators 20 and 30, exciting each other and the construction of which is similar to that of the main machine, but without screen, that is to say which each comprises an inductor 21, 31, and conveyors 23, 24 and 33, 34 respectively connected to contactor keys 26, 27 and 36, 37, cooperating with brushes 28, 29 and 38, 39. The inductor 21 of the generator 20 is connected to the brush 39 of the generator 30 to the potential -V and the inductor 31 of the latter is connected to the brush 29 of the first and to the inductor 1 of the main machine.
The brushes 28 and 38 of the auxiliary generators are connected to the masso
Between the insulated terminal 11 of the machine and the inductor 1, is inserted a device acting as a leakage resistance and having a differential resistance in accordance with the prescriptions of the invention, a device consisting of an ohmic resistance 12, in series with a corona system represented schematically by a point 13 facing a plate 14, the distance between the point 13 and the plate 14 being adjustable.
It can be seen that the two auxiliary generators form a self-exciting assembly which delivers a current proportional to the output voltage, the proportionality coefficient depending on the useful and parasitic capacities o Such an assembly behaves well like an exciter with coefficient B 'negative and with coefficient A' zero.
The generator shown in FIG. 2 is also associated with two small auxiliary generators; these machines have the same components as in the previously written airlock, components which are designated by the same reference numbers, with the difference that the screen 2, instead of being grounded is connected to the brush 39 of generator 30.
This screen thus constitutes a second inductor brought to the U + V potential, inductor 1 always being brought to the -V potential, the generator being of the double transport type as described in the patent application filed on March 3, 1945 on behalf of the National Center for Scientific Research, for "New arrangements for the conductive organs of electrostatic machines allowing the power to be doubled".
It is easily recognized that each exciter is an ordinary machine of the Toepler type, excited by the potential difference V and having between its poles the potential difference U + V. The current which it delivers is of the form AV - B ( U + V); A and B being positive 1 1 1 1 and A greater than B The coefficient B 'of each excitation machine,
1 1 equal to B - A is indeed negative o Naturally, two resistors are needed
1 1 of leakage one 12, 13, 14 inserted between inductor 1 at potential -V and the insulated terminal 11 as in the previous case 1-other 42, 43, 44 inserted between inductor 2 at potential U + V and the mass 10.
It is advantageous that the two leakage resistors are constructed in the same way and adjusted simultaneously and identically in order to substantially maintain the symmetry of the two exciters.
In all cases, the constant tension supplied by the main machine is adjustable at will, by varying the distance between the points 13, 14 and 43, 44, that is to say the difference in potential. tiel for which the differential resistance Z takes the value -1 / B which ensures operation at constant voltage; it will suffice to vary the distance between the tip and the plateau of the effluvium to vary, in the same direction, the constant tension supplied by the main machine.
It may be advantageous, in certain special cases, that
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the voltage of the generator, instead of being absolutely independent of the current output, increases or decreases slightly when the latter is increased. This result is immediately obtained, by slightly increasing or decreasing, as the case may be, the differential resistance Z of the or leakage resistors.
In the preceding examples, the leakage resistance (s) are inserted between the flow pole at potential U and the excitation pole at potential -V. In the case of a very high voltage U, it may be advantageous to take only, by a voltage divider, a constant fraction of U, that is KU (k # 1) and to apply the potential difference koU + V, to the instead of U + V, across the leakage resistor. It will then be necessary to ensure that ZA 'is different from k. We can even make k = 0 and insert the leakage resistance between -V and the solo But it is then necessary to ensure that the coefficient A' has a sufficient value because ZB '+ 1 = 0 causes more d U = 0 if k = 0 and A' = O.
The theoretical study of stability shows that it is generally preferable for the coefficient B of the main machine to be positive, which is usually achieved
The aim of the exemplary embodiments which have just been described is simply to show that there are practically usable means of rendering the coefficient B ′ negative, but they are in no way limiting. It would not be departing from the field of the invention to replace an exciter by any group of machines leading to the same result, that is to say having a negative coefficient B '.
-CLAIMS-
1. An electrostatic generator at constant voltage U, practically independent of the intensity of the current delivered, and comprising at least one inductor brought to the potential -V by an auxiliary source of electricity, characterized by a leakage resistance of dif. - differential Z variable non-linearly as a function of the potential difference applied between its terminals, inserted between each inductor, or equipotential group of inductors, and at least one component of the generator whose potential is constant during operation, for example the isolated flow pole of this generator,
the coefficient B9 of proportionality between the current delivered by the auxiliary excitation source and the voltage at its terminals being = of acronym opposite to the sign of Z, and the leakage resistance being chosen so that said value Z is equal to - 1 / B ', when the potential difference applied between its terminals is close to U + V, and greater, for example infinite, for lower values of this potential difference.