Ampoule<B>à</B> électrons,<B>à</B> plusieurs électrodes, pour grands débits. La présente invention a pour objet. une ampoule<B>à</B> électrons,<B>à</B> plusieurs électrodes, pour grands débits et plus spécialement une ampoule<B>à</B> deux électrodes, une anode et une cathode et une à trois électrodes, une anode, une cathode et une grille.
Cette ampoule, dans laquelle le vide est poussé aussi loin que possible, est caractérisée par le fait que la cathode a la foi-me dun cylindre creux revêtu extérieurement d'oxydes métalliques perméables aux électrons qu'ils renferment aux plus basses températures pos sibles, et est chauffée par rayonnement an moyen d*un rhéostat dispos6 <B>à</B> l'intérieur du cylindre de manière<B>à</B> pouvoir être porté<B>à</B> Pincandescence;
et par<B>le</B> fait que l'anode a la forme d'un cylindre poli sur ses deux faces pour être le plus athermane possible, entou rant concentriquement la cathode, et est cons tituée en un métal imperméable aux fflectrons <B>à</B> la température oâ doit être, portée la cath6de.
Cette ampoule<B>à</B> électrons<B>à</B> deux ou trois électrodes, est susceptible de nombreuses ap plications, En particulier elle peut servir<B>à</B> transformer des courants industriels de grand débit, soit des courants alternatifs triphasés en courant continu, soit du courant continu en courant alternatif de fréquence quelconque et variable<B>à</B> volonté, Le dessin annexé montre,<B>à</B> titre d'exem ples, trois formes d'exécution de ladite am poule.
La fig. <B>1</B> représente en coupe verticale une première forme<B>à</B> trois électrodes ; La fig. 2 montre en coupe perpendiculaire <B>à</B> Faxe de l'ampoule une seconde forme<B>à</B> deux électrodes constituant une ,soupape" destinée<B>à</B> transformer du courant tri phasé en courant continu<B>;</B> La fig. <B>3</B> est une coupe analogue d'une troisième forme<B>à</B> trois électrodes jouant le rôle de ,triple robinet", et destinée<B>à</B> trans former du courant continu en courant triphasé <B>à</B> l'aide du montage représenté schématique ment sur cette :figure;
L#a fig. 4 est une vue de détail montrant <B>à</B> part le cadre métallique d'un élément de grille, Dans la première<B>de</B> ces formes l'ampoule<B>1</B> a trois électrodes: une anode 2, une cathode<B>9</B> et une électrode intermédiaire dite grille 5# <B>8.</B> Elle est représentée en verre, mais pourrait également être en quartz on en métal.
Le vide réalisé<B>à</B> l'intérieur de cette ampoule doit être poussé aussi loin que possible, de manière que le courant lie puisse être trans mis de l'anode 2<B>à</B> la cathode<B>9</B> que par les électrons émis par cette dernière sans que ceux-ci risquent de produire des ions.
<B>.</B> L'anode '-) est formée par un cylindre métallique, en fer par exemple, supporté par des goujons<B>3</B> cil émail peu fusible, qui sont scellés dans la paroi de l'ampoule. Ce cyliii- dre est relié électriquement avec l'extérieur par un conducteur 4, et ses surfaces interne et externe sont parfaitement polies, afin que l'anode soit aussi atherniarie que possible.
La grille est constituée par une cage d'ô- cureuil, dont les barreaux<B>5,</B> en tungstène par exemple, sont encastrés<B>à</B> leurs deux extré mités dans deux bagues métalliques<B>6</B> sou tenues comme l'anode par des goujons en émail<B>7</B> et dont l'une communique avec l'ex térieur par un conducteur<B>8.</B>
Sur les barreaux de cette cace est en roulée une hélice en fil métallique peu fusible et très fin. Cette hélice constitue en réalité la grille, et'les barreaux de la cage d'écureuil lie servent qu'à la sulporter.
La cathode est constituée par titi cylindre creux<B>9</B> en fer ou tout autre métal diffici lement fusible. Le. fond de ce cylindre est muni d'un appendice<B>10</B> de forme également cylindrique, qui s'emmanche sur un tube iso lant<B>11</B> venu de fabrication avec l'enveloppe. Le cylindre,<B>9</B> est ainsi supporté et maintenu cri place.
Le cylindre<B>9</B> est recouvert extérieurement d'une couche 12 d'oxyde métallique, d'oxyde de baryum par exemple, et sa surface interne est recouverte de noir de fumée. Enfin, le fond du cylindre communique avec l'extérieur par un conducteur<B>13.</B>
<B>A</B> l'intérieur du cylindre<B>9,</B> est disposé un rhéostat 14, en<B>fil</B> de fer ou tout autre métal, dont la résistivité, croît très vite avec la température. Le fil employé est recouvert de noir de fumée. -File de ses extrémités est reliée au fond du cylindre<B>9,</B> de manière<B>à</B> communiquer ainsi avec Fextérieur par le conducteur<B>13.</B> Son autre extrémité est reliée <B>à</B> un plateau métallique<B>15</B> constitué par un cylindre<B>16</B> emmanché sur un tube isolant.17, qui est fixé<B>à</B> la paroi de l'ampoule. Le pla teau<B>15</B> communique avec l'extérieur par un conducteur<B>18.</B>
On envoie un courant dans ce rhéostat au moyen d'une source d'électricité locale branchée entre les conducteurs<B>13</B> et<B>18</B> et on le porte ainsi<B>à</B> l'incandescence. Il chauffe, la cathode par rayonnement et la met<B>à</B> même d'émettre les électrons nécessaires pour qu'un courant puisse aller de l'anode<B>à</B> la cathode en entrant dans l'ampoule par le conducteur 4 et en sortant par le conducteur<B>13.</B>
Les dispositions particulière-, de cette am poule<B>à</B> trois électrodes ont été adoptées pour les raisons suivantes: La cathode<B>a</B> une grande surface pour lui permettre de, débiter des ampères et non des milliampères comme les ampoules actuelles A la cathode est constituée par un simple filament. Dans celles-ci le, même filament sert<B>à</B> conduire le courant qui le chauffe et celui que débite l'anode et dont l'intensité serait éminemment variable, avec les besoin.-, de la consommation, dans un appareil in dustriel.
Comme la température de la cathode doit demeurer sensiblement constante, cette dis position n'est admissible que si l'intensité du courant venant de l'anode reste très faible par rapport<B>à</B> celle du courant de chauffage. Cela est facile lorsque l anode lie débite que des milliampères, mais si elle débitait des ampères, il faudrait faire passer<B>à</B> travers les parois de l'ampoule un courant de chauffage de très grande intensité, fourni, il est vrai, sous une très faible tension. Mais il serait très difficile de lui faire franchir les parois de l'ampoule.
Il faut donc faire passer le courant de chauffagc dans<B>un</B> circuit spécial. Comme tours les isolants deviennent conducteurs<B>à</B> haute température, on ne, pouvait faire chauf fer, par ce courant, la cathode par conduc- tibilité, tout en l'isolant d'elle. C'est pourquoi, dans l'ampoule<B>à</B> trois électrodes représentée fig. <B>1,</B> la cathode est chauffée par rayonnement et, pour faciliter ce chauffage, les parois intérieures du cylindre creux constituant la cathode et la surface du fil du rhéostat dis posé<B>à</B> son intérieur, sont recouvertes de noir de fumée.
Ce rhéostat constitue un véritable thermo mètre et, en mesurant sa résistan(,e, <B>on</B> Pour rait en déduire la température intérieure de la cathode. En le réalisant en fil de fer ou tout autre métal, ayant un coefficient de température élevé, on obtient une auto-régu- lation de l'intensité du courant de chauffage, dont l'intensité diminue rapidement lorsque la température augmente si l'on maintient une tension constante entre les extrémités du rhéostat.
La surface de la cathode est couverte d'oxydes métalliques et ce sont eux, devenus conducteurs sous l'influence du chauffage, qui émettent les électrons. C'es oxydes émettent en effet des électrons en grand nombre,<B>à</B> des températures relativement basses, comme celle du rouge sombre, auxquelles les métaux demeurent pratiquement imperméables aux élec trons. Cela *permet ainsi de faire une grille en<B>fil</B> de tungstène, par exemple, absolument incapable d'émettre des électrons, tout en étant<B>à</B> la même température que la cathode.
An contraire, si la cathode était entièrement métallique, il faudrait qu'elle fût très chaude, par rapport<B>à</B> la grille et<B>à</B> fortiori par rap port<B>à</B> l'anode.<B>Il y</B> aurait donc un grand flux de chaleur sortant de la cathode, d'où une perte d'énergie d'autant plus élevée q'une cathode métallique doit être portée<B>à</B> une température d'au moins 2000".
Dans le dispositif d'ampoule décrit, non seulement la cathode émet moins de chaleur parce qtvelle est beaucoup moins chaude, mais la plus grande partie de cette chaleur émise peut lui être renvoyée en rendant très ré fléchissante la sui-face interne de l'anode. Le bombardement de l'anode par les élec trons tendra<B>à</B> l'échauffer. La quantité de chaleur ainsi dégagée sera faible, car la dif férence<B>de</B> potentiel entre l'anode et la cathode, lorsqu un courant ira de l'une<B>à</B> l'autre, sera toujours très petite dans ces ampoules et l'on pourra rapprocher beaucoup les électrodes, grâce<B>à</B> Pénorme rigidité électrostatique des grands vides.
L'intensité du champ sera, en effet, d'autant plus petite qu'il<B>y</B> aura moins d'électrons libres entre l'anode et la cathode, et, <B>,</B> par suite, qu'elles seront plus rapprochées.
L'échauff ement de l'anode tendra<B>à</B> élever la température de la cathode, mais il en résul tera une diminution de courant de chauffage, ce qui limitera rapidement l'élévation de tem pérature.
-Ainsi, en dépensant très peu de chaleur, on maintiendra chaude une cathode capable de débiter un fort courant. Cela permettra d'obtenir un bon rendement tout en ne fai sant transmettre qu'une quantité d'énergie modérée<B>à</B> ce courailt. On peut donc employer industriellement cette ampoule<B>à</B> trois élec trodes, où la grille a sensiblement la même température que la cathode, avec des cou rants de basse tension.
Au contraire, si l'on supprime la couche d'oxyde et si on réalise la cathode avec un cylindre creux purement métallique mais chauffé de la même manière, on rie pourrait avoir un bo n rendement qu en employant des cou rants de très haute tension.
On peut effectue<B>-</B> r avec cette ampoule<B>à</B> trois électrodes tout ce que l'on fait avec les audions <B>de</B> la<I>T<B>S</B></I> F, mais en réalisant un appareil de grande puissance et d'excellent rendement sous de faibles dimensions.
Si l'on réunit la grille<B>à</B> l'anode par une très grande résistance, tout courant de l'anode <B>à</B> la cathode traversera l'ampoule sans avoir <B>à</B> surmonter de résistance appréciable,<B>à</B> la condition toutefois que son intensité soit in férieure<B>à</B> celle du courant dit de saturation de la cathode. Tout courant de sens inverse ne pourra franchir l'ampoule,<B>à</B> moins d'avoir une tension extraordinaire, la rigidité élec trostatique du milieu pouvant atteindre un million de volts par cm dans les vides quo l'on arrive<B>à</B> pratiquer dans ces ampoules. On réalise ainsi une soupape électrique.
Si l'ampoule ne doit pas servir<B>à</B> d'autre usage, il est inutile<B>de</B> la munir d'une grille et l'on n*a qu'à supprimer celle représentée sur la figure; on obtient ainsi une ampoule <B>à</B> deux électrodes, anode et cathode.
Si, pendant qu'un courant passe de l'anode <B>à</B> la cathode, on isole la grille ou mieux qu'on la rende négative par rapport<B>à</B> cette dernière, on supprime l'émission des électrons et le courant s'arrête aussitôt. On peut le rétablir en portant la grille<B>à</B> un potentiel positif par rapport<B>à</B> la cathode, par exemple en la reliant<B>à</B> l'anode pa'r l'intermédiaire d'une grande résistance.
Comme la capacité de la grille est extrêmement petite, la quan tité d'énergie<B>à</B> dépenser pour la charger est pratiquement nulle, et l'on dispose ainsi d'un véritable robinet électrique, dont la man#uvre Wexige la dépense d'aucune quantité de tra vail et qui, lorsqu'il est ouvert, ne fait subir au courant qu'une perte de charge insigni fiante.
Enfin, en faisant varier graduellement la charge de la grille, on peut faire varier de même le débit de l'anode.
Moyennant quelques modifications simples, cette ampoule peut être appliquée soit.<B>à</B> la transformation de courants alternatifs triphasés en courant conti nu, soit à la transformation d'un courant continu en courants alternatifs de fréquence quelconque et variable<B>à</B> volonté.
S*il s'agit par exemple de transformer des courants triphasés en courant continu, la grille dans ce cas est inutile et l'on fait une sou pape avec une ampoule<B>à</B> deux électrodes, anode et cathode, telle que celle dont on voit sur la fig. 2, une coupe faite par un plan perpendiculaire<B>à</B> l'axe de l'ampoule<B>A.</B> Rien n'est changé aux dispositions de la cathode, mais le cylindre constituant l'anode es<B>'</B> t fendu suivant six génératrices équidistantes.
On a ainsi six anodes élémentaires a' a a' communiquant individuellement avec l'exté rieur par six conducteurs 01 02<B>. . . 06.</B> On adjoint<B>à</B> l'appareil trois transforma teurs identiques TI T2 TI munis chacun de deux enroulements secondaires<B>SI</B> 811 etc... ayant les mêmes nombres de spires, aussi étroitement confondus que possible avec le circuit primaire PI, etc., correspondant, mais dont les connexions sont croisées, (le manière qu'ils se comportent comme s'ils étaient en roulés en sens inverse.
Les points d'entrée des circuits<B>81</B> S#' <B><I>S'</I></B> sont reliés respectivement aux conducteurs <B>ci es CI",</B> et ceu-# des circuits Sll <B><I>S12</I></B> S13 le sont aux conducteurs & ' c4 c'. Tous les points de sortie des six circuits secondaires <B><I>81</I></B> SI' <B>...</B> 81-' sont reliés<B>à</B> un point neutre<B>0.</B>
De la cathode et du point neutre partent deux conducteurs X<I>et</I> Y, entre lesquels sont branchés les appareils d'utilisation du courant continu. On branchera, soit en étoile, soit en triangle, les circuits primaires P des trois transformateurs TI <I>T2</I> TI sur les trois points du réseau fournissant les courants alternatifs <B>à</B> transformer.
Si l'on considère par exemple le trans formateur dont les circuits secondaires sont reliés aux conducteurs el et c2, il tend<B>à</B> cha que instant<B>à</B> faire passer un courant d'un sens dans le circuit<B>SI,</B> et un courant de l'autre sens dans le circuit SI', ces sens étant renversés au bout de chaque demi-période des courants alternatifs. Mais le courant ne pou vant traverser l'ampoule qu'en allant d'une anode<B>à</B> la cathode, seul un des circuits<B>SI</B> et<B>SI'</B> débite du courant<B>à</B> un moment donné.
Pendant une demi-période du courant alter natif, c'est le circuit SI qui débite; pendant la demi-périodesuivante, c'est le tour du circuit S" et ainsi de suite; mais les courants qui les traversent vont toujours du point neutre<B>à</B> la cathode C.
Les mêmes phénomènes se reproduisent dans les deux autres transformateurs au bout de temps respectivement égaux<B>à</B> un tiers et deux tiers de la durée de la période des cou rants alternatifs. Ce seront donc, des courants toujours de même sens qui parcourront les circuits d'utilisation branchés entres les con ducteurs X<I>et Y.</I> Si l'on veut traii-sformer, au contraire, un courant continu en courant alternatif triphasé, il faut faire un triple robinet avec une am poule à trois électrodes et pour cela lui faire subir la modification représentée sur Ja fig. <B>à.</B>
<B>A</B> l'appareil représenté sur la fig. 2 et muni de ses trois transformateurs, on ajoute une grille décomposée aussi en six éléments <B>9 1 9</B> 11 <B>9 3 Y</B> 4<B>9 3 96.</B> Les éléments de grille<B>y'</B> et<B>g2</B> recouvrent les deux anodes reliées par les conducteurs el et c2 aux deux circuits secondaires d'un même transformateur.
On peut constituer, par exemple, ces<B>élé-</B> ments de grille avec des cadres métalliques tels que celui représenté sur la fig. 4 et sur lequel on a tendu une toile métallique<B>m</B> en la soudant<B>à</B> l'autogène sur les bords du cadre.
Les parties inférieure et supérieure de ces cadres sont fixées aux parois de Fampoule soit par les conducteurs qui les mettent en communication avec l'extérieur, soit par des goujons scellés dans le verre, comme ceux de la fig. <B><I>1.</I></B>
On. ajoutera au système un commutateur<B>D</B> <B>composé:</B> <B>10 de</B> six demi-bagues <B>dl d2</B> d3 et<B>d</B> 4 d5 #d6 réunies deux<B>à</B> deux, les deux demi-bagues d5Lin même groupe étant séparées par des isolants situés dans un même plan diamétral<B>,</B> quand on -passe d'une paire de bagues<B>à</B> la suivante, ce plan diamétral est décalé de 120'.
Les bagues cl' di' <B>dl</B> sont ainsi suc cessivement décalées de 120'; de même les bagues d4<B><I>d5</I></B> dG; 20 de deux bagues B<I>et</I> BI sur lesquelles appuient respectivement deux frotteurs F<I>et FI.</I> La bague B est reliée électriquement avec les bagues<B><I>dl d-\</I> dl</B> et de même la bague BI avec les bagues d#1 <B>d5 d6,</B> par exemple par un conducteur intérieur non représenté.
Sur les bagues<B><I>dl d' dl, d'</I></B> d-' cl' s'ap puient six frotteurs, trois f' <B><I>fi</I></B> f' sur une même ligne, et trois f4 fl /\ sur une ligne diamétralement opposée, et reliés respec tivement aux éléments de grille de même numéro, comme le montre le schéma.
Le frotteur F de la bague B est relié<B>à</B> une pile K branchée entre lui et la cathode, et qui le rend positif par rapport<B>à</B> cette der nière ainsi que tous les conducteurs avec les quels il communique; taudis que le frotteur FI de- la bague BI est relié<B>à</B> une pile KI bran chée entre lui et la cathode et qui le rend négatif, par rapport<B>à</B> cette dernière, ainsi que tous les conducteurs avec lesquels il com munique.
Si l'on considère maintenant les éléments de grille gl <I>et<B>g',</B></I><B> à</B> chaque instant l'un sera positif par rapport<B>à</B> la cathode et l'autre négatif; si l'ci) fait tourner le commutateur d'un demi-tour, celui qui était positif devient négatif et réciproquement.
Or, une source<I>X Y</I> de force électro motrice tend<B>à</B> faire passer un courant tou jours de même sens du point neutre<B>-0 à</B> la cathode; il ne petit franchir que les grilles positives et il est arrêté par les grilles néga tives. Ce courant pourra donc toujours fran chir l'un des deux circuits SI ou 811, etc., d'un même transformateur, mais jamais les deux<B>à</B> la fois. Si l'on fait tourner le com mutateur, il les traversera successivement, mais ces circuits étant enroulés en sens con traires, l'induction développée dans le circuit Pl, qui est devenu circuit secondaire, sera la même que s'il n'y avait qu'un seul circuit primaire<B>8</B> parcouru par un courant alter natif.
Le circuit Pl du transformateur T' de viendra ainsi le siège d'une force électro motrice alternative de fréquence égale<B>à</B> la vitesse de rotation exprimée en tours par seconde du commutateur que l'on fera tour ner<B>à</B> la vitesse que l'on voudra en la fai sant varier<B>à</B> volonté au moyen d*un petit. moteur quelconque.
Les circuits P2 et Pl des transformateurs T2 T' seront le siège de forces électro motrices alternatives de même fréquence et même grandeur efficace, mais successivement décalées de un tiers de période.
Si l'on veut enfin transformer' des cou rants alternatifs de fréquence donnée, en cou rants alternatifs d'une autre fréquence, on associera une soupape et un robinet. La soit- pape transformera les premiers courants en courant continu, et le robinet transformera celui-ci en courants alternatifs de la fr & quence que l'on voudra.