Brevet FR2197258A1 — publié le 19740322

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour étouffer des microdécharges ou des courants disruptifs impulsionnels. Divers travaux ont été entrepris sur les décharges électriques dans le vide, notamment pour déterminer la nature du phénomène de microdécharges et la corrélation éventuelle avec l'étincelle ou l'amorçage de l'arc électrique. Ces études ont montré qu'une microdécharge se caractérise par le passage d'un faible courant impulsionnel entre des électrodes métalliques soumises à une tension continue suffisamment élevée. Cette microdécharge est accompagnée d'émissions lumineuses, de rayons x et d'une remontée de pression. L'étincelle peut dégénérer en un arc électrique permanent. Cette étincelle est caractérisée par un quasi court-circuit entre les électrodes et le passage d'un courant intense. Malheureusement, l'apparition d'une étincelle constitue un inconvénient pour le fonctionnement des appareils qui utilisent le vide comme isolant. Enfin, les études faites sur les microdécharges ont montré que la probabilité d'apparition d'une étincelle au cours d'une microdécharge augmente avec le courant moyen transporté par cette microdécharge. On peut dans une certaine mesure évaluer la probabilité d'apparition de l'étincelle dès le début de la microdécharge dans la première milliseconde. La présente invention a pour but de créer un procédé et un dispositif permettant d'étouffer les microdécharges naissantes, pour réduire la formation d'étincelles. A cet effet, l'invention concerne un procédé caractérisé en ce qu'on détecte l'apparition de la microdé charge et on provoque une chute de tension passagère aux électrodes. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ce dispositif se caractérise en ce qu'il comprend un montage à résistance variable commandée au début de la microdécharge par un détecteur, communiquant le signal détecté à une logique commandant la variation de la résistance assurant la chute de tension passagère aux électrodes. Suivant une autre caractéristique du dlupoF sitif le montage à résistance variable est constitué as e montage en parallèle d'une résistance réglable et d'ure soupape électronique, susceptible de court-circuiter la résisFlnee réglable, sur ordre de la logique, et la soupape élecsnique ost un transistor normalement conducteur et courtcirc-;itnt la résistance réglable destinée à assurer la chute de tension passagère, ce transistor étant bloqué par la logique en cas d détection d'une microdécharge dont l'intentsité dépasse la vu leur de seuils, ce qui met en série la résistance. Suivant une autre caractéristique du dispositif, la logique se compose de deux comparateurs dont l'un sollicité immédiatement par la détection d'un courant de microdécharge, commande un dispositif de temporisation, validant au bout d'un temps réglable donné, l'autre comparateur qui reçoit également le signal détecté et qui le compare à un seuil ce second comparateur commandant la résistance variable en fonction du résultat de la comparaison, et le dispositif de retardement est constitué par le montage en série de deux bascules monostables, dont la première règle le temps de temporisation, et déclenche à la fin de ce temps, la seconde bascule qui valide le second comparateur. Le procédé et le dispositif pour étouffer des microdécharges selon l'invention seront décrits plus en détail, à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un circuit dans lequel on intègre le dispositif de l'invention - la figure 2 est un schéma bloc du dispositif de l'invention ; - la figure 3 est une vue de détail du circuit selon la figure 2 - les figures 4a, b, c,d, e, f, g, h, sont des courbes explicatives pour le fonctionnement du circuit selon l'invention. Le dispositif pour étouffer les microdécharges, est destiné à équiper un circuit tel que celui représenté à la figure 1. Ce circuit se compose d'un générateur de haute tension G fournissant une haute tension Vo aux électrodes E placées dans une enceinte à vide 1. La tension est appliquée par Ilintermédiaire d'un élément de filtrage formé par la résistance Rg et le condensateur C et à travers une résistance de protection R. A la figure 1, la partie en tiretés représente la capacité distribuée Cp de l'électrode haute tension. A titre d'exemple, on a des éléments de filtrage de 100 MSL et de 4500 pP. b capacité distribuée en Cp de l'électrode est de l'ordre de 30 pP. On constate de façon générale que si la résistance de protection R est faible (de l'ordre de 100 kSL ), les microdécharges correspondent à une intensité et à une charge relativement élevées, mais la fréquence des microdécharges est faible. Par contre, si la résistance R est élevée, (de l'ordre de quelques dizaines de NL l'intensité et la charge sont faibles, mais la fréquence est élevée, Enfin dans l'enceinte à vide 1 il règne en général un vide industriel obtenu par une pompe à diffusion d'huile sans piège, de l'ordre de 10 5 .-6 torr. Des essais effectués ont montré que la probabilité d'apparition d'une étincelle au cours d'une microdécharge, augmente avec le courant moyen transporté par cette microdécharge. On peut dans une certaine mesure évaluer la probabilité d'apparition d'une étincelle dès le début de l'apparition de la microdécharge (vers la première milliseconde). Comme indiqué ci-dessus, le dispositif selon la présente invention, destiné à être inséré entre les points A et A' du circuit de la figure 1, permet de faire chuter la tension de quelques centaines de volts aux électrodes pendant un temps très court. Un tel circuit est représenté schématiquement à la figure 2. Ce circuit 2 est un dipôle ayant des bornes A et A'. Ce dip8le 2 comprend un détecteur 21 tli détecte la charge traversant le dipôle et communique le résultat de la détection à la logique 22 qui, en fonction du résultez de la détection, commande un transistor T court-circuitant une r- sistance R'. En fonction de la détection, le transistor est bloqué ou est passant, ce qui laisse la résistance R' dans le circuit ou la court-circuite. Le transistor T est normalement conducteur. il est bloqué pendant le temps nécessaire pour faire chuter le courant de microdécharge en aessous de la valeur de seuil fixée. La chute de potentiel se règle par la résistance R', jusqu'à une valeur correspondant à la résistance de fuite du transistor T. Le transistor T doit autre choisi de façon à résister aux courants qui le traversent au moment de ltétin- celle et qui est de l'ordre de Vo/R. Dans le cas particulier envisagé, R = 100 k Q et V = 80 kV, ce qui donne un courant o d'une intensité de 0,8 A. La figure 3 représente notamment le détail du détecteur 21 et de la logique 22. Selon ce mode de réalisation, le détecteur 21 est constitué par un circuit RC formé par la résistance Ri et le condensateur Ci. La constante de temps du circuit RC est faible, de l'ordre de une seconde, La tension détectée est amplifiée par l'amplificateur A. En outre, le détecteur 21 comprend un moyen de court-circuit tel qu'un transistor 211 (PET) commandé par la logique 22. En effet, pour éviter que l'intégrateur Ri C. ne voit sa tension augmenter à ses il bornes, celui-ci est court-circuité par un transistor (PET) 211 en série avec la résistance r et qui n'est de nouveau bloqué qu'après la disparition du courant traversant le dipôle A, A. La logique 22 qui commande le transistor T en fonction du signal détecté. Cette logique comprend deux comparateurs C1, C2 et des bascules M1, M2 M3, M4. la sortie de l'amplificateur A1 est appliquée aux deux comparateurs C1 et C2. Le comparateur C1 est sollicité dès qu'il détecte le passage d'un courant. il déclenche la bascule monostable M1 qui contrôle un temps réglable T. A la fin du basculement de la bascule Mî, celle-ci déclenche la bascule A ce moment, on évalue le courant passant dans le dipôle 2. A cet effet, la bascule M2 valide le comparateur C2 qui évalue le courant à l'instant T. La durée de la comparaison à l'instant T est par exemple de une microseconde. Le comparateur C2 compare une tension proportionnelle à la charge transportée entre les points A et A' et une tension réglable affichée sur ce comparateur C2. A ce moment, le transistor T court-circuite toujours la résistance R'. Daux cas sont alors possibles suivant que le courant détecté est supérieur ou inférieur au seuil fixé. Ces deux cas sont représentés par les deux courbes de la figure 4b, la courbe en trait plein correspond au cas où le courant est inférieur au seuil S et la courbe en tireté correspond à une intensité supérieure au seuil. Dans le cas où le courant est inférieur au seuil, rien ne se passe et le transistor T reste conducteur en court-circuitant la résistance R'. Dans le cas où le courant de décharge est supérieur au seuil S le dispositif 2 doit réduire le potentiel en branchant la résistance Rt. Â det effet, la bascule bistable X4 commande le blocage du transistor T qui reste bloqué jusqu'à ce que le courant de microdécharge soit étouffé, c'est-à-doire soit retombé en dessous d'une certaine valeur. Â la fin de la comparaison, le front descendant de l'impulsion du monostable M2 fait basculer le bistable M3 dont l'état "bas" correspond à la conduction du transistor 211. La remise à zéro de la bascule > (état "haut") se produit lorsque le comparateur Cr revient à l'état de repos. La remise à zéro de la bascule > produit également le blocage du transistor 211. En conclusion, lorsque le courant de la microdécharge est inférieur au seuil, la sortie du comparateur reste à zéro. il en est de méme de la bascule M4 commandée par ce comparateur C2. Le transistor T reste alors conducteur et le dipôle A, A' présente une faible résistance. Par contre, lorsque le courant est supérieur au seuil, le comparateur C2 fournit un signal de sortie commandant la bascule M4 qui bloque le transistor T et met en série la résistance R' qui étouffe la microdécharge. Le retour à la position initiale du circuit selon la figure 3 est assuré par la valeur de la résistance r; Le comparateur C1 retourne à l'état "haut", il en est de même des bascules N3 et M4. Le transistor T est alors conducteur et le transistor 23 est bloqué. La figure 4 représente diverses courbes a-h montrant le fonctionnement du dispositif en fonction du temps t porté en abscisses. La figure 4a représente l'intensité de courant mesuré au point I D de la figure 3. La courbe en trait plein correspond à une décharge faible n'entrainnnt pas la mise en oeuvre du dispositif de l'invention. Par contre, la décharge en tireté, forte, sollicite le dispositif. La figure 4b représente la sortie de l'am- plificateur Âî. Le trait horizontal indique le niveau du seuil S. La figure 4c correspond à l'état du comparateur C1. Celui-ci est immédiatement sollicité dès l'apparition dtun courant. il entraine le basculement pendant un temps T de la bascule M1 (figure 4d). À la fin du temps T la bascule M1 déclenche la bascule 2 (figure 4e). Cette bascule Ll valide deux comparateurs C2 pendant sa durée de basculement (figure 4g) En outre,'les figures 4f et 4h montrent respectivement ltétat des bascules M3 et M4. Suivant un mode de réalisation particulier, le diptle est réalisé sur une carte de circuit imprimé. il est muni de batteries de 5 Volts et l'ensemble est logé dans un cylindre de laiton porté au potentiel de haute tension Vo. Les circuits intégrés du montage sont des circuits TTL et des circuits linéaires. Le transistor haute tension T est par exemple un transistor delco DiS 702. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Procédé pour étouffer les microdécharges entre deux électrodes auxquelles est appliquée une haute tension, procédé caractérisé en ce qu'on détecte l'apparition de la microdécharge et on provoque une chute de tension passagère aux électrodes. 20) Dispositif pour étouffer des microdécharges, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un montage à résistance variable (R', T) commandé au début de la microdécharge par un détecteur 21, communiquant le signal détecté à une logique 22 commandant la variation de la résistance (Rl, T) assurant la chute de tension passagère aux électrodes (E). 30) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le montage à résistance variable (R', T) est constitué par le montage en parallèle d'une résistance réglable R' et d'une soupape électronique (T), susceptible de court-circuiter la résistance réglable, sur ordre de la logique (22). 40) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la soupape électronique est un transistor (T) normalement conducteur et court-circuitant la résistance réglable R' destinée à assurer la chute de tension passagère, ce transistor (T) étant bloqué par la logique 21 en cas de détEction d'une microdécharge dont l'intensité dépasse la valeur de seuil S, ce qui met en série la résistance (R). 50) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur d'intensité (21) est un filtre RC, intégrateur, suivi d'un amplificateur (A). 60) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur d'intensité (21) est courtcircuité par une soupape électronique telle qu'un transistor PET 211, commandée par la logique (22). 70) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la logique se compose de deux comparateurs C1, C2 dont l'un C1 sollicité immédiatement par la détection d'un courant de microdécharge, commande un dispositif de temporisation M1, M2, validant au bout d'un temps réglable (T), donné, l'autre comparateur (C2) qui reçoit également le signal détecté et qui le compare à un seuil (S), ce second comparateur C2 commandant la résistance variable (R',T) en fonction du résultat de la comparaison. 80) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de retardement (M1, M2) est constitué par le montage en série de deux bascules monostables (M1, M2), dont la première (M1) règle le temps de temporisation (T), et déclenche à la fin de ce temps, la seconde bascule (M;-) qui valide le second comparateur (C2).. 90) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la commande du transistor (T) courtcircuitant la résistance réglable (R') du montage à résistance variable (R', T) est une bascule (M4) sollicitée par le second comparateur C2 en cas de comparaison positive, pour bloquer le transistor (T) et faire passer le courant dans la résistance R'. 100) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la logique (22) comprend une quatrième (M3) bascule commandée par le dispositif de temporisation (M1, M2), pour rendre conducteur un dispositif (211) de courtcircuit du détecteur d'intensité (21). 110) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que la bascule (M4) commandant le transistor (T) et la bascule (M3) commandant l'élément de court-circuit (211) du détecteur d'intensité (21) sont remises à zéro par le premier comparateur (C1), avec la disparition du courant détecté par ce comparateur (C1).