Brevet FR2104881A1 — publié le 19720421

La présente invention concerne ion transformateur de retour du spot destiné à être utilisé dans des récepteurs de télévision, et elle concerne particulièrement la construction d'un tel transformateur de retour du spot et les matériaux le constituant. 5 L'invention a pour objet un transformateur de retour du spot, comprenant un boîtier métallique hermétiquement scellé, un transformateur de retour du spot proprement dit et une diode haute tension disposée dans le boîtier métallique scellé, une certaine puissance électrique étant fournie au transformateur de retour du 10 spot de l'extérieur, de sorte qu'on puisse récupérer à la sortie une tension continue élevée en redressant les impulsions haute tension apparaissant dans le transformateur de retour du spot, caractérisé en ce que l'espace entier à l'intérieur du boîtier métallique hermétiquement scellé, y compris les petits intervalles, 15 est rempli d'huile isolante, la quantité d'électricité provenant d'une décharge corona entre une électrode-aiguille et une électrode plane (l'extrémité pointue de l'électrode-aiguille a un rayon de courbure de 20 (jj. , et l'écartement entre les deux électrodes est de 5 mm) immergées dans ladite huile étant de 100 pico-20 coulombs (pC) ou moins quand une impulsion de retour du spot de 15 kV est appliquée à ladite électrode. Les buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement & 1s lecture de la description détaillée suivante et grâce aux dessins annexés sur lesquels : 25 - La figure 1 est une vue en coupe représentant le transfor mateur de retour du spot selon un mode de réalisation de la présente invention . - La figure 2 est un graphe représentant la relation entre la quantité d'électricité résultant de la décharge corona (ou 30 décharge par effet couronne) dans l'huile d'isolation, et la durée de vie testée de façon accélérée. - La figure 3 est une vue en coupe d'un appareil pour mesurer la quantité d'électricité résultant de la décharge corona dans l'huile d'isolation. 35 - La figure 4 est un graphe montrant la relation entre la durée de vie testée de façon accélérée et la perte diélectrique de l'huile d'isolation et, 71 30820 2 2104881 - la figure 5 est une vue en coupe du transformateur de retour du spot selon un second mode de réalisation de l'invention. En se référant d'abord à la figure 1 , on a représenté la construction de base d'un dispositif de transformateur de retour 5 du spot conforme à la présente invention, où la référence I dé*-signe un boîtier métallique hermétiquement scellé dans lequel est disposé un transformateur 2 qui est conçu pour fournir une haute tension, de fréquence élevée, quand on applique un signal d'entrée sur une borne basse tension 3 à partir de l'extérieur. La haute 10 tension de fréquence élevée ainsi produite est redressée par" une diode haute tension 4, puis est prélevée à l'extérieur par une borne haute tension 5 pour être appliqué à un tube image 6. L'espace dans le boîtier hermétiquement scellé est entièrement rempli, sous vide, d'huile d'isolation 7, de sorte qu'aucun gaz n'est 15 présent dans le récipient. Le transformateur de retour de spot 2 comprend un noyau 2a, une bobine primaire (enroulement primaire) 2ç, et une bobine haute tension (enroulement secondaire) 2b, les bornes basse tension et haute tension 3 et 5 comprenant des - conducteurs 3a et 5a 20 pour assurer les liaisons électriques entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier. Dans le transformateur de retour du spot construit comme indiqué ci-dessus, la rigidité diélectrique est grandement accrue du fait de la présence de l'huile d'isolation de sorte que 25 la distance d'isolation peut être réduite, ce qui contribue efficacement à la miniaturisation de l'ensemble du transformateur de retour du spot. En ce qui concerne la stabilité et la sécurité à long terme, de sérieux problèmes apparaissent cependant, qui ne peuvent pas être résolus seulement par 1' accroissement de la ri-30 gidité diélectrique. Parmi ces problèmes, les plus importants sont expliqués ci-dessous. (I) Dans le système d'isolation par huile, les distances d'isolation entre les différentes parties du transformateur de retour du spot peuvent être réduites de sorte que le dispositif en soi 35 peut être effectivement miniaturisé ; cependant, sur les surfaces des conducteurs auxquelles l'impulsion de retour du spot à haute tension est appliquée, il est plus probable que la décharge 71 30820 2104881 corona se produise dans l'huile, et de plus, la quantité d'électricité provenant de la décharge corona dans l'huile est très nettement plus grande que dans le cas du transformateur de retour du spot classique., conçu de façon que l'espace d'isolation entre le 5 transformateur proprement dit et le boîtier métallique soit suffisamment grand. Dans le cas d'un transformateur de retour du spot à isolation par huile, il est nécessaire d'empêcher complètement l'apparition d'une décharge corona dans l'huile, car la vitesse de détérioration croît avec l'augmentation de la quantité d'élec-10 tricité provenant d'une telle décharge, alors que dans un dispositif classique à isolation par air, même s' il apparaît une certaine quantité de décharge corona, la diffusion de l'air empêche une telle décharge de mener à la destruction du passage entier, et c'est pourquoi un tel problème a été négligé jusqu'ici. C'est 15 pourquoi, dans le cas d'un transformateur de retour du spot, il est essentiel de prévoir des moyens pour réaliser la miniaturisation du dispositif en limitant la détérioration du matériau isolant, due à la décharge corona. (2) Si le dispositif est chauffé extérieurement ou entouré de 20 flammes, il y a une possibilité, du fait qu'il contient de l'huile d'isolation, que celle-ci se dilate et s'évapore, de sorte que l'huile, telle qu'elle est ou gazéifiée, s'échappe et brûle. (3) Du fait que l'huile d'isolation se trouve également entre les bobines constituant le transformateur de retour du spoi et 25 le boîtier, il apparaît entre ceux-ci une capacité parasite qui est proportionnelle à la capacité inductive spécifique de l'huile d'isolation. De plus, par comparaison avec un transformateur de retour du spot classique, la capacité parasite est accrue en raison de l'écartement réduit entre les bobines et le boîtier. Cela 30 aura de façon évidente un effet négatif sur les performances du transformateur par le fait que la largeur de l'impulsion de retour de spot sera accrue, l'impulsion d'appel sera proche de l'onde de base, etc... Par exemple, l'image a tendance à être sujette à une plus, grande distorsion et/ou perturbation, une quan-35 tité accrue de chaleur est produite dans le transformateur, etc.. On va décrire ci-après des méthodes concrètes pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus. 71 30820 4 2104881 On étudiera tout d'abord la- limitation de la décharge corona dans l'huile. Dans un transformateur de retour du spot, ■qui est miniaturisé par l'adçption du système d'isolation par huile, un champ électrique extrêmement intense sur les surfaces 5 des fils de la bobine haute tension auxquels est appliquée l'impulsion de retour de spot de haute tension, de ses fils de sortie et les fils de sortie de la diode haute tension du fait que chacun des fils a un faible diamètre, et il est donc probable qu'il y apparaisse cette décharge corona. Afin d'éviter cela, la 10 courbure des parties auxquelles est appliqué un champ électrique -intense peut être augmentée, par exemple en utilisant des fils de diamètres supérieurs ou en recouvrant les fils avec des conducteurs sphériques de courbure supérieure, de façon que le champ électrique puisse être affaibli. Du point de vue de la fabrica-15 tion ou de la conception cependant, on rencontre des difficultés pour mettre ces moyens en place dans toutes les parties du transformateur. Par exemple, si on utilise un fil de bobine ayant un diamètre supérieur, on accroît la dimension du transformateur de retour du spot de sorte que le dispositif devient volumineux 20 dans son ensemble. Il est donc difficile de résoudre les problèmes décrits ci-dessus uniquement par l'utilisation de tels moyens. On peur réaliser une construction raisonnable et économique en utilisant de l'huile d'isolation ayant une tension d'amorçage élevée à la décharge corona et une résistance corona élevée, en 25 sus de la prise des mesures indiquées ci-dessus dans les parties où c'est possible. Cependant, la détermination de la tension d'amorçage de la décharge corona dans .une partie de charge à haute tension est imparfaite du fait que cela dépend de la sensibilité des moyens pour détecter la décharge corona, de la cons-30 truction de leur électrode, etc.. C'est pourquoi on a mesuré-la • quantité d'électricité résultant de la décharge corona avec une construction d'électrode et une tension appliquée telles qu'il apparaisse un degré de décharge corona aisément mesurable, et on a trouvé qu'il y a une corrélation étroite entre la quantité 35 d'électricité ainsi mesurée et ler/résultat d'un test accéléré de durée de vie' effectué sur--un transformateur .de retour du spot utilisant le même type d'huile d'isolation que dans.la présente 71 30820 5 2104881 invention. La figure 2 est un graphe montrant le résultat sur lequel on voit que la durée de vie change brusquement avec une quantité d'électricité de décharge corona d'environ 100 picocou-lombs (pC) comme limite, quand une tension de 15 KV (impulsion de 5 retour de spot) est appliquée. En se référant à la figure 3, on a représenté une disposition d'électrode qui est conçue de façon que l'apparition de la décharge corona dans l'huile d'isolation puisse être mesurée aisément, la référence 10 représentant un tube isolant en verre "Pyrex", d'environ 30 mm de diamètre inté-10 rieur, avec un élément de fermeture 11 inséré dedans, un conducteur 12 qui le traverse possédant à son extrémité supérieure une électrode plane 13» Une électrode 14 en forme d'aiguille est disposée en face de l'électrode plane 14, à une distance de 5 mr:_. L'espace dans lequel ces électrodes sont disposées est rempli avec 15 l'huile d'isolation à tester. Le conducteur 12 est mis à la nasse, et l'électrode-aiguille 14 reçoit l'impulsion de retour du spot à haute tension de 15 KV par un conducteur haute tension 15 ; En outre, l'électrode 14 est reliée à un dispositif pour mesurer la quantité d'électricité provenant de la décharge corona. 20 L'électrode-aiguille est réalisée de façon que son extrémité ait un rayon de courbure de 20 fi. Dans cet exemple spécifique, on a mesuré la quantité d'électricité provenant de la décharge corona quand une impulsion de retour du spot de 15 kV est appliquée. On a trouvé que de 25 l'huile minérale, un liquide aux silicones et de l'alkylber.zène donnent les meilleurs résultats. On peut observer cela dans tout transformateur de retour du spot. La raison en est que le champ électrique agissant sur l'huile d'isolation à l'intérieur du transformateur de retour du spot est un champ électrique de haute 30 fréquence, dit impulsion de retour du spot, à l'exception d'une partie, et c'est pourquoi le comportement de l'huile est très différent de celui de l'huile d'isolation utilisé communément dans des appareils de puissance commerciaux. On a trouvé, que si on utilise dans le transformateur de 35 retour du spot selon l'invention, de l'huile d'isolation ininflammable (groupe diphényl-chlorure), qu'on utilise actuellement de façon étendue dans les transformateurs de puissance ou analogues, la détérioration a lieu au bout d'un temps plus court que dans le 71 30820 2104881 cas où on utilise un liquide aux silicones en tant qu'huile d'isolation. Le fait qu'un tel résultat" soit obtenu en dépit du fait que la tension de destruction instantanée (tension alternative) dans un éclateur à boules d'une telle huile .d'isolation 5 ininflammable est supérieure de 20-30 fo que dans le cas du liquide aux silicones, montre par exemple l'unicité des caractéristiques nécessitées par le transformateur de retour du spot selon l'invention. Dans le cas où un champ électrique de haute fréquence, tel qu'une impulsion de retour du spot est appliquée, l'huile d'iso-10 lation, sous un tel champ électrique provoque l'amorçage de la décharge corona à un champ électrique plus faible que dans le cas où un champ électrique de fréquence commerciale est appliqué. Ceci est dû au fait que la vitesse de détérioration de l'huile d'isolation est plus rapide que le taux de fréquence dû au caractère anor-15 mal de la forme d'onde et du chauffage diélectrique. En général, la fréquence de.l'onde de base de l'impulsion de retour dé spot est environ trois fois supérieure au taux de répétition de l'impulsion de retour du spot ; dans le cas où le taux de répétition de l'impulsion est de 15,75 kHz, la fréquence de l'onde de base 20 est environ de 35 à 45 kHz. Du fait que l'impulsion d'appel superposée à l'impulsion de retour du spot à une fréquence trois à cinq fois supérieure à celle de l'onde de base, la fréquence de l'impulsion d'appel devient, dans le cas mentionné plus haut, égale à 100 à 200 kHz. 25 De plus, une perte diélectrique - (tg £>) apparaît dans une partie infinitésimale de l'huile d'isolation à laquelle est appliqué un champ électrique haute fréquence, et quand elle croît, *5 la densité de perte diélectrique (W/cm ) dans cette partie croît aussi de telle sorte que cette partie de l'huile d'isolation, 30 quelle que petite elle puisse être, est chauffée à une température élevée et est alors soumise à une décomposition thermique, à une évaporation, à une émission de gaz dissous, etc.. Il se forme ainsi un vide infinitésimal dans l'huile, qui devient une cause de décharge corona. La figure 4 montre la relation entre 35 la perte diélectrique de divers types d'huile d'isolation à 25°C et le résultat de tests accélérés de.durée de /ie opérés de façon similaire à ceux décrits à propos de la figure 2. Il en résulte 71 30820 7 2104881 qu'il est souhaitable que la perte diélectrique de l'huile d'isolation utilisée soit inférieure à 1 x 10-^ dans une plage de fré- 4. 5 quence de 10 -2 x 10 HZ. On étudiera maintenant le problème de 1'ininflammabilité. 5 C'est une technique bien connue et largement mise en pratique que d'utiliser de l'huile ininflammable du groupe diphényl-chloru-re comme huile d'isolation, dans le but d'améliorer les appareils au point de vue de la sécurité ; cependant, il en résulte de ce qui précède que dans le cas du transformateur de retour du spot 10 selon la présente invention, il n'est pas approprié d'utiliser une telle huile d'isolation ininflammable. Dans le transformateur de retour du spot selon la présente invention, il n'est pas possible qu'il se produise un court-circuit ou un accident de décharge provoquant une émission de fumées ou une combustion, ce qui arri-15 ve parfois dans les transformateurs de retour du spot de type sec classique, imprégnés de cire ou analogue. On ne peut cependant pas dire que l'utilisation d'huile minérale, d'alkylbenzène ou analogue comme huile d'isolation soit la meilleure solution lorsqu'on considère les cas où le transformateur de retour du 20 spot est exposé extérieurement à des flammes ou à une chaleur excessive dues à un accident ou à un incendie ayant lieu à l'endroit où est situé un récepteur de télévision comprenant le transformateur de retour du spot. le liquide aux silicones ne peut pas être dit ininflammable 25 en lui-même ; il a cependant été- trouvé que dans le cas où il est utilisé en tant qu'huile d'isolation pour le transformateur de retour du spot selon la présente invention, le liquide aux silicones est supérieur à certains types d'huile d'isolation ininflammable par le fait qu'il est très stable, exempt d'émission de 30 fumées, en cas de flammes extérieures ou phénomène analogue. Ainsi, en utilisant du liquide aux silicones comme huile d'isolation, 1'ininflammabilité du dispositif de transformateur du spot selon la présente invention est largement amélioré. On étudiera maintenant le problème de la capacité inductive 35 spécifique. Du point de vue de la conception du transformateur de retour du spot, il est évidemment souhaitable que la capacité inductive spécifique (mesurée à la fréquence de l'onde de base de 71 30820 8 2104881 l'impulsion de retour du spot, ou de l'impulsion d'appel) de l'huile isolante adaptée pour l'utilisation dans la présente invention, soit proche de l'unité. Dans la présente invention cependant; il est d'importance primordiale de sélectionner l'hui-5 le isolante du point de vue de la décharge corona. Ceci implique que le transformateur de retour du spot soit conçu pour présenter des caractéristiques améliorées, quelle que soit la valeur de la capacité inductive spécifique de l'huile isolante. Si la capacité inductive spécifique de l'huile isolante utilisée a une valeur 10 allant jusqu'à 4, il est possible de construire un transformateur de retour du spot ayant des caractéristiques satisfaisantes en modifiant de façon correspondante le nombre de spires des bobines; les diamètres extérieurs des enroulements et la position relative entre la bobine primaire (enroulement primaire) et la bobine hau-15 te tension (enroulement secondaire), bien que la situation diffère selon l'espacement entre le boîtier hermétiquement scellé et les surfaces des bobines. De plus, dans les cas où on utilise de l'huile isolante ayant une capacité inductive spécifique supérieure à la valeur mentionnée ci-dessus,- on a trouvé qu'on peut 20 obtenir des caractéristiques acceptables en augmentant la taille du boîtier scellé, l'épaisseur du revêtement du fil de bobine, et ainsi de suite, et en construisant le transformateur de retour du spot tel qu'il est représenté sur la figure 5. la description qui va suivre est faite en référence à la figure 5 où les numéros 25 de référence 1 à 7 désignent des éléments correspondant à ceux qui sont représentés sur la figure 1 , et le numéro de référence 8 une entretoise moulée en une matière ayant une capacité inductive spécifique faible, telle que le polypropylène ou analogue. 1'entretoise 8,est interposée entre le boîtier scellé 1 et le 10 transformateur de retour du spot 2, et elle sert à réduire la capacitance parasite qui apparaît entre eux et à diminuer la quantité nécessaire d'huile isolante ainsi qu'à réduire la quantité dont se dilate et se contracte l'huile, quantité qui dépend de la température. 35 Avec une telle disposition, la plupart des" types d'huile isolante qui sont utilisés couramment actuellement, peuvent être employés en vue des caractéristiques opérationnelles du transfor 71 30820 9 2104881 mateur de retour du spot. Les avantages de la présente invention ont déjà été décrits plus haut, et pour éviter une répétition, on ne citera ci-dessous que les principaux : 5 1) Le transformateur de retour du spot peut être fortement miniaturisé de sorte que sa taille peut être réduite à 1/5ème environ de celle d'un transformateur conventionnel. 2) On peut obtenir une sécurité élevée. 3) On peut obtenir une isolation électrique très sûre, ainsi 10 qu'une longue durée de vie. 4) Quand on utilise du liquide aux silicones comme huile isolante avec l'utilisation combinée de 1'entretoise mentionné ci-dessus, il est possible de réduire la quantité nécessaire de liquide aux silicones coûteux. De plus, du fait que le coefficient 15 de dilatation thermique du liquide aux silicones est d'environ 10$ supérieur à celui d'autres types d'huile isolante, il est également possible de réduire la capacité de respiration nécessaire du boîtier métallique scellé pour tenir compte des variations de température se produisant dans le transformateur de retour du 20 spot, en réduisant la quantité de liquide aux silicones à utiliser. 71 30820 10 2104881 RE? E H" DICATïOIS 1 Un transformateur de retour du spot, comprenant un boîtier métallique hermétiquement scellé, un transformateur de retour du spot proprement dit et une diode haute tension disposée dans le "boîtier métallique scellé, une certaine puissance électri-5 que étant fournie au transformateur de retour du spot de l'extérieur de sorte qu'on puisse récupérer à la sortie une tension continue élevée en redressant les impulsions haute tension apparaissant dans le transformateur de retour du spot, caractérisé' en ce que l'espace entier à l'intérieur du boîtier métallique 10 hermétiquement scellé, y compris les petits intervalles, est rempli d'huile isolante, la quantité d'électricité provenant d'une décharge corona entre une électrode aiguille et une électrode plane (l'extrémité pointue de l'électrode-aiguille a un rayon de courbure de 20 p, et l'écartement entre les deux électrodes est 15 de 5 mm) immergées dans ladite huile étant de 100 pico-coulonbs (pC) ou moins quand une impulsion de retour du spot de 15 kV est appliquée à ladite électrode. 2.- Un transformateur de retour du spot selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise de l'huile isolante _-j 20 dont la perte diélectrique est inférieure à 1.10 à 25°C dans une 4 v 5 plage de fréquence de 10 a 2.10 Hz. 3.- Un transformateur de retour du spot selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise du liquide aux silicones à titre d'huile isolante. 25 4.- Un transformateur de retour du spot selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'un élément moulé (entretoise) est inséré dans l'espace entre le boîtier métallique hermétiquement scellé et le transformateur de retour du spot proprement dit disposé dans le boîtier, de sorte que la quantité d'huile néces-30 saire est réduite de la valeur correspondant au volume de 1'élément moulé. 5.- Un transformateur de retour du spot selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on utilise du liquide aux silicones à titre d'huile isolante. 35 - "