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La présente invention a pour objet un générateur permettant de produire une tension continue de valeur élevée, ce générateur étant facile à construire à un prix de revient réduit.
On sait que l'on produit à l'heure actuelle des courants de ten- sion continue de valeur élevée par les deux procédés habituels suivants t - le redressement d'une tension alternative de valeur élevée à l'aide d'un élément redresseur constitué en général par un kénotron; - l'emploi demachines électro-statiques de différents types trans- formant directement l'énergie mécanique en énergie électrique haute ten- sion.
L'avantage de la première solution est constitué par le fait qu'. elle met en oeuvre un matériel purement statique; une amélioration de ce procédé consiste à prendre une source de tension alternative de valeur beaucoup plus faible que la tension continue que l'on désire obtenir et à recourir à une combinaison de condensateurs et d'éléments redresseurs bien connue sous le nom de multiplicateur de tension et représentée sur la figure 1 du dessin annexé.
Si dans un redresseur, tel que celui représenté sur la fig. l, on suppose que le débit continu est égal à zéro, la tension continue V obtenue en régime permanent est donnée par la formule
V = U" N #2, N étant le nombre total de redresseurs employés (ce nombre N est un nombre
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pair si l'on veut éviter que la tension continue b1Íenuè':pr.êtent(W.aa.Slio- ..à3..mprtns¯4 ;.é.,,é an.'' èi1s:l:mrcâ.1"ternàÎt:tvè' efficace :'a.pp1t.iq'jlte au-'a.isf)si tif.
Dans ce cas, si la tension Ue est appliquée à la base de la "co- lonne" de gauche, la tension continue est prélevée au sommet de la "colon- ne" de droite et inversement.
Les avantages d'un tel type de générateur sont les suivants : - utilisation de redresseurs de faible tension inverse; - répartition régulière de la tension le long des colonnes cons- tituants généralement l'appareil; - impédance plus faible et tension plus faible de la source al- ternative.
Cette dernière considération est d'ailleurs essentielle dans le cas où la source alternative n'est pas constituée par un transformateur raccordé au réseau général électrique de distribution, mais par un géné- rateur de fréquence plus élevée comprise, par exemple, entre 1000 Hz et 1 MHz.
Par contre, un générateur du type précité présente un certain un certain nombre d'inconvénients : - le montage est plus compliqué que celui d'un simple redresseur et fait apparaître, en particulier, la nécessité d'employer autant de con- densateurs que d'éléments redresseurs; - l'emploi comme redresseurs d'éléments secs, par exemple du type au sélénium, entraîne un prix de revient important; - l'emploi de tubes à vide (valves ou kénotrons) entraîne la pré-
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sence d'un transformateur d'isolement destiné à fournir un enroulement de chauffage séparé par tubes à vide utilisés, le dernier tube den colon- nes nécessitant par là même un isolement très important.
La présente invention a donc pour objet des perfectionnements aux générateurs de courant haute tension et plus particulièrement des transformateurs destinés à de tels générateurs et assurant à la fois le chauffage de tubes à vide et les liaisons capacitives entre eux.
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Un tel transformateur permet en outre de supprimer les condensa- teurs représentés sur la fig. 1.
Un transformateur conforme à l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte un primaires parcouru par un courant alternatif et au moins un secondaire constitué par un câble comportant en plus d'une âme conductrice, au moins une gaine coaxiale conductrice, chaque gaine con- ductrice étant isolée des éléments conducteurs@voisins (gaine ou âme) par une gaine diélectrique.
L'invention a encore pour objet un générateur de courant continu haute tension comportant des éléments redresseurs à cathodes chauffantes, la source de courant utilisée pour le chauffage de chaque cathode étant constituée respectivement par l'élément conducteur (âme ou gaine) d'un câble d'un transformateur du type sus-mentionné.
On va décrire maintenant deux modes de réalisation pris comme exemples et représentés sur le dessin schématique annexé sur lequel ; la figure 1 représente le phéma d'un multiplicateur de tension du type classique à six étages fournissant une tension négative par rap- port à la terre,
La figure 2 représente en perspective un premier mode de réalisa- tion d'un générateur conforme à l'invention produisant une tension néga- tive.
La figure 3 représente en perspective un deuxième mode de réali- sation d'un générateur selon l'invention fournissant une tension positive.
Sur la fig. 1, on a représenté deux "colonnes" de condensateurs 1 et 2 montés en sérier
Les conducteurs 3 reliés aux armatures des condensateurs 1 et les conducteurs 4 reliés aux armatures des condensateurs 2 sont réunis par des- éléments redresseurs 5. Une source 6 de tension alternative est prévue pour l'alimentation de l'ensemble qui est relié à la terre en 7 et débite un courant négatif en 8.
La fige 2 représente un mode de réalisation selon l'invention d'un multiplicateur à six étages fournissant une tension négative par rapport à la terre et correspondant au schéma classique de la fig. 1, mais compor- tant un transformateur spécial conforme à l'invention.
Sur cette fig. 2 le nombre de référence 9 représente un circuit magnétique parcouru par un flux alternatif créé à l'aide de l'enroulement 10 relié à une source de tension alternative 11, constituée par exemple par le secteur.
Deux câbles 12 et 13 d'un type particulier qui sera décrit ci- après font chacun au moins un tour autour du circuit magnétique 9.
Les câbles 12 et 13 sont fabriqués selon une des techniques com- munément utilisées pour la réalisation de câbles coaxiaux; ils possèdent une âme conductrice 14 et une série de gaines conductrices coaxiales 15
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isolées les unes des autres et de l'âme 14 par des gaines diélectriques
16. Deux gaines conductrices 15 successives, séparées par une gaine dié- lectrique 16, constituent un condensateur cylindrique. Ces divers condensa- teurs sont disposés en série par la constitution même du câble et, confor- mément à la présente invention, ils jouent respectivement dans chaque câ- ble le rôle des condensateurs 1 et 2 de la fig. 1.
Si on considère dans chaque câble 12 et 13 les deux extrémités d'une même gaine conductrice 15, entre ces deux points il existe une dif- férence de potentiel du fait que ladite gaine 15 fait au moins un tour autour du circuit magnétique 9 et qu'ainsi elle forme une boucle parcou- rue par un flux d'induction alternatif.
Cette différence de potentiel est, conformément à la présente in- vention, utilisée pour le chauffage d'éléments redresseurs 17 tels que des valves ou des kénotrons.
Les éléments redresseurs 17 qui sont les homologues des éléments
5 de la fig, 1 sont disposés conformément au schéma de la fig. 1. Les deux bornes de l'élément chauffant de chaque cathode des éléments redresseurs 17 sont respectivement reliées aux deux extrémités de la gaine conductrice 15 (ou de l'âme 14) correspondante, les deux bornes étant ainsi alimentées en courant alternatif, tout en étant portées au potentiel haute tension de la cathode correspondante.
Le dispositif de la fig. 3 est semblable à celui de la fig. 2 mais il est destiné à fournir une tension positive par rapport au potentiel de la terre. Les éléments utilisés sur les schémas des fig. 2 et 3 sont les mêmes, ils portent les mêmes numéros de référence, seul le mode de con- nexion est différent.
Si chaque "colonne" de redressement doit comporter N valves, cha-
2 que câble sera constitué, outre l'Orne 14, par N conducteurs 15 cylindriques
2 superposés. Ceux-ci sont de longueur décroissante, leurs extrémités respec- tives se trouvant dans les "colonnes" de redressement à la hauteur prévue pour l'alimentation du filament de la valve 17 correspondante.
Les avantages d'un tel dispositif sont les suivants : le flux cir- culant dans le circuit magnétique 9 est judicieusement déterminé de telle sorte qu'il existe entre les deux extrémités du conducteur central 14 de chacun des deux câbles ainsi qu'entre les extrémités respectives des con- ducteurs cylindriques superposés 15, une tension égale à la tension d'a- limentation du filament des valves 17;celles-ci sont donc alimentées nor- malement en tension de chauffage. Si l'on considère deux valves successi- ves 17 chauffées par le même câble, il est facile de voir que les diffé- rences de potentiel moyen de deux gaines conductrices 15 successives as- surant le chauffage est de 2 # 2 U .
Il suffit donc de prévoir entre ces deux gaines conductrices suc- cessives 15 une couche d'isolant 16 suffisante pour résister à une telle tension. La présence de cette gaine diélectrique 16 permet de réaliser en outre un condensateur cylindrique (avec les deux gaines conductrices 15 qui l'entourent) qui joue le même rôle que les condensateurs 1 (ou 2) de la fig, 1.
En d'autres termes, chaque câble 12 ou 13 est constitué par une succession de tubes isolants 16 et conducteurs 14 ou 15 assurant une ré- partition régulière de la tension depuis le conducteur central 14 jusqu'à la périphérie, la capacité existant entre les différents éléments conduo-
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beurs remplaçant les condensateurs de liaison du montage connu de la fig.l.
Les gaines conductrices 15 les plus extérieures constituent en outre la deuxième armature, d'une part du condensateur 18 alimentant le dispositif en courant alternatif à partir d'une source 19 et, d'autre part du condensateur 20 relié à la masse en 21.
C'est la raison pour laquelle on a indiqué précédemment que si N est le nombre total de valves 17, chaque câble est constitué par N con-
2 d'acteurs cylindriques 15 en plus du conducteur central 14, c'est-à-dire un conducteur de plus que le nombre de valves 17 de chaque "colonne".
On a mentionné précédemment que dans le transformateur de chauf- fage objet de l'invention, chacun des deux câbles 12 et 13 ne fait qu'un tour autour du circuit magnétique 9 (boucle unique). Comme la plupart des valves communément utilisées demandent une tension de chauffage de plu- sieurs volts, on peut être amené, et cela sans sortir du cadre de la pré- sente invention, à augmenter le nombre de boucles que chacun des câbles effectue autour du circuit magnétique 9.
On peut également avoir recours à deux transformateurs séparés, chaque transformateur ayant pour secondaire l'un des câbles.
A titre indicatif, on mentionne qu'on peut fabriquer un câble du type des câbles 12 et 13 en enroulant en hélice sur un conducteur central rigide par exemple par un tube de cuivre, un ruban en polyéthylène suffi- samment large et avec un chevauchement suffisant, de telle sorte que la ligne de fuite soit importante.
Sur ce ruban en polyéthylène, on emmanche une tresse métallique sur laquelle, à nouveau, est enroulée une seconde hélice en polyéthylène et ainsi de suite.
D'autres modes de fabrication sont possibles. On peut, par exemple, enrouler en hélice une tresse métallique sur des tubes en une matière dié- lectrique.
Un générateur de courant continu haute tension conforme à l'in- vencion peut être utilisé par exemple dans les installations suivantes : dispositif de dépoussiérage électron-statique; - dispositif de peinture électro-statique; - dispositif accélérateur de particules nucléaires; - dispositif générateui. de rayons X.
Ces applications sont données, bien entendu, à uitre indicatif et non limitatif.
Dans le cas d'un dispositif générateur de rayons X, le conducteur central 14 de l'un des câbles du transformateur de chauffage peut, en ou- tre, servir au chauffage de la cathode du tube à rayons X, soit directe- ment, soit à l'aide d'un auto-transformateur de réglage.
Il est bien entendu que l'on peut apporter aux modes de réalisa- tion décrits et représentés divers changements, perfectionnements ou ad- ditions, ou remplacer certains dispositifs par des dispositifs équivalents, sans altérer pour cela l'économie générale de l'invention.
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The present invention relates to a generator making it possible to produce a direct voltage of high value, this generator being easy to build at a reduced cost price.
It is known that at the present time, high value direct voltage currents are produced by the following two usual methods t - the rectification of a high value alternating voltage using a rectifying element consisting of: usually by a kenotron; - the use of electro-static machines of different types directly transforming mechanical energy into high voltage electrical energy.
The advantage of the first solution is constituted by the fact that. it uses purely static equipment; an improvement of this process consists in taking an alternating voltage source of much lower value than the direct voltage which one wishes to obtain and to resort to a combination of capacitors and rectifier elements well known under the name of voltage multiplier and shown in Figure 1 of the accompanying drawing.
If in a rectifier, such as that shown in fig. l, it is assumed that the continuous flow is equal to zero, the direct voltage V obtained in steady state is given by the formula
V = U "N # 2, N being the total number of rectifiers used (this number N is a number
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even if we want to avoid the DC voltage blowing up: ready (W.aa.Slio- ..à3..mprtns¯4; .é. ,, é an. '' èi1s: l: mrcâ.1 "ternàÎt: tvè 'effective:' a.pp1t.iq'jlte au-'a.isf) si tif.
In this case, if the voltage Ue is applied to the base of the left "column", the DC voltage is taken from the top of the right "column" and vice versa.
The advantages of such a type of generator are as follows: use of low reverse voltage rectifiers; - regular distribution of the voltage along the columns generally constituting the apparatus; - lower impedance and lower voltage of the alternating source.
This last consideration is moreover essential in the case where the alternating source is not constituted by a transformer connected to the general electric distribution network, but by a generator of higher frequency included, for example, between 1000 Hz and 1 MHz.
On the other hand, a generator of the aforementioned type has a certain number of drawbacks: the assembly is more complicated than that of a simple rectifier and reveals, in particular, the need to use as many capacitors as there are 'rectifying elements; - The use as rectifiers of dry elements, for example of the selenium type, entails a high cost price; - the use of vacuum tubes (valves or kenotrons) leads to the pre-
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The presence of an isolation transformer intended to supply a heating winding separated by the vacuum tubes used, the last tube in columns therefore requiring very significant insulation.
The subject of the present invention is therefore improvements to high voltage current generators and more particularly transformers intended for such generators and ensuring both the heating of vacuum tubes and the capacitive connections between them.
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Such a transformer also makes it possible to eliminate the capacitors shown in FIG. 1.
A transformer in accordance with the invention is characterized in that it comprises a primary through which an alternating current flows and at least one secondary consisting of a cable comprising, in addition to a conductive core, at least one conductive coaxial sheath, each sheath conductor being isolated from neighboring conductive elements (sheath or core) by a dielectric sheath.
A further subject of the invention is a high voltage direct current generator comprising rectifying elements with heating cathodes, the current source used for heating each cathode being constituted respectively by the conductive element (core or sheath) of a cable. a transformer of the above-mentioned type.
We will now describe two embodiments taken as examples and shown in the accompanying schematic drawing in which; FIG. 1 represents the diagram of a voltage multiplier of the conventional type with six stages providing a negative voltage with respect to the earth,
FIG. 2 represents in perspective a first embodiment of a generator according to the invention producing a negative voltage.
FIG. 3 shows in perspective a second embodiment of a generator according to the invention providing a positive voltage.
In fig. 1, there is shown two "columns" of capacitors 1 and 2 mounted in series
The conductors 3 connected to the armatures of the capacitors 1 and the conductors 4 connected to the armatures of the capacitors 2 are joined by rectifying elements 5. A source 6 of alternating voltage is provided for the supply of the assembly which is connected to earth. in 7 and delivers a negative current in 8.
Fig. 2 represents an embodiment according to the invention of a six-stage multiplier providing a negative voltage with respect to the earth and corresponding to the conventional diagram of FIG. 1, but comprising a special transformer according to the invention.
In this fig. 2 the reference number 9 represents a magnetic circuit traversed by an alternating flux created with the aid of the winding 10 connected to an alternating voltage source 11, constituted for example by the sector.
Two cables 12 and 13 of a particular type which will be described below each make at least one turn around the magnetic circuit 9.
The cables 12 and 13 are manufactured according to one of the techniques commonly used for making coaxial cables; they have a conductive core 14 and a series of coaxial conductive sheaths 15
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isolated from each other and from the core 14 by dielectric sheaths
16. Two successive conductive sheaths 15, separated by a dielectric sheath 16, constitute a cylindrical capacitor. These various capacitors are arranged in series by the very constitution of the cable and, in accordance with the present invention, they respectively play in each cable the role of capacitors 1 and 2 of FIG. 1.
If we consider in each cable 12 and 13 the two ends of the same conductive sheath 15, between these two points there is a potential difference due to the fact that said sheath 15 makes at least one turn around the magnetic circuit 9 and that 'thus it forms a loop traversed by an alternating induction flux.
This potential difference is, in accordance with the present invention, used for heating rectifier elements 17 such as valves or kenotrons.
The rectifying elements 17 which are the counterparts of the elements
5 of fig, 1 are arranged according to the diagram of fig. 1. The two terminals of the heating element of each cathode of the rectifier elements 17 are respectively connected to the two ends of the corresponding conductive sheath 15 (or of the core 14), the two terminals thus being supplied with alternating current, while at the same time being brought to the high voltage potential of the corresponding cathode.
The device of FIG. 3 is similar to that of FIG. 2 but it is intended to provide a positive voltage with respect to the potential of the earth. The elements used in the diagrams of fig. 2 and 3 are the same, they have the same reference numbers, only the connection mode is different.
If each rectifying "column" must have N valves, each
2 that the cable will be made, in addition to the Orne 14, by N 15 cylindrical conductors
2 superimposed. These are of decreasing length, their respective ends lying in the straightening "columns" at the height provided for the supply of the filament to the corresponding valve 17.
The advantages of such a device are as follows: the flux circulating in the magnetic circuit 9 is judiciously determined so that there exists between the two ends of the central conductor 14 of each of the two cables as well as between the ends. respective of the superimposed cylindrical conductors 15, a voltage equal to the supply voltage of the filament of the valves 17. These are therefore normally supplied with heating voltage. If we consider two successive valves 17 heated by the same cable, it is easy to see that the average potential differences of two successive conductive sheaths 15 providing heating is 2 # 2 U.
It is therefore sufficient to provide between these two successive conductive sheaths 15 a sufficient insulating layer 16 to withstand such a voltage. The presence of this dielectric sheath 16 also makes it possible to produce a cylindrical capacitor (with the two conductive sheaths 15 which surround it) which plays the same role as the capacitors 1 (or 2) of FIG, 1.
In other words, each cable 12 or 13 is constituted by a succession of insulating tubes 16 and conductors 14 or 15 ensuring a regular distribution of the voltage from the central conductor 14 to the periphery, the capacitance existing between the cables. different conduo-
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beurs replacing the connecting capacitors of the known assembly of fig.l.
The outermost conductive sheaths 15 also constitute the second armature, on the one hand of the capacitor 18 supplying the device with alternating current from a source 19 and, on the other hand, of the capacitor 20 connected to ground at 21.
This is the reason why it was indicated previously that if N is the total number of valves 17, each cable consists of N con-
2 cylindrical actors 15 in addition to the central conductor 14, that is to say one more conductor than the number of valves 17 of each "column".
It was mentioned previously that in the heating transformer which is the subject of the invention, each of the two cables 12 and 13 only turns around the magnetic circuit 9 (single loop). As most of the commonly used valves require a heating voltage of several volts, it may be necessary, and this without departing from the scope of the present invention, to increase the number of loops that each of the cables makes around the circuit. magnetic 9.
Two separate transformers can also be used, each transformer having one of the cables as a secondary.
As an indication, it is mentioned that a cable of the type of cables 12 and 13 can be manufactured by winding in a helix on a rigid central conductor, for example by a copper tube, a sufficiently wide polyethylene tape and with sufficient overlap. , so that the line of flight is important.
On this polyethylene tape, we put a metal braid on which, again, a second polyethylene helix is wound and so on.
Other manufacturing methods are possible. For example, a metal braid can be wound helically over tubes of dielectric material.
A high voltage direct current generator according to the invention can be used, for example, in the following installations: electron-static dust removal device; - electro-static painting device; - nuclear particle accelerator device; - generateui device. X-rays.
These applications are given, of course, for guidance and not limitation.
In the case of an X-ray generator device, the central conductor 14 of one of the cables of the heating transformer can, in addition, be used for heating the cathode of the X-ray tube, either directly, or using an adjustment auto-transformer.
It is of course possible to make various changes, improvements or additions to the embodiments described and shown, or to replace certain devices with equivalent devices, without thereby altering the general economy of the invention.
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