Brevet FR2296929A1 — publié le 19760730

La présente invention se rapporte à des condensateurs électriques et concerne plus particulièrement un condensateur à haute tension utilisé dans l'équipement de puissance à haute fréquence en tant que condensateur de puissance réactive élevée. On connaît un condensateur à haute tension réalisé à base d'un disque en matériau diélectrique ayant une surface latérale et deux surfaces frontales et comportant deux électrodes métalliques dont chacune est appliquée à une partie de la surface frontale correspondante et se trouve reliée à une sortie respective, alors que la surface latérale du disque et vautre partie des surfaces frontales servent d'intervalle inter-électrodes superficiel (Voir, par exemple, Bogoroditsky N.P. Gedzium V.A., Mandryka N.A. n Condensateùrs céramiques à haute tension ", Sovetskoje Radio, noskva, 1970 ). Le condensateur à haute tension connu de ce genre présente l'inconvénient que ses sorties sont réalisées sous forme d'un ruban, d'une tige,ou sous une autre forme dont le périmètre de la section est faible, ce qui donne lieu à une résistance électrique élevée de ces sorties et, par conséquent limite la grandeur de la puissance réactive admissible. Un autre inconvénient du condensateur à haute tension du type connu réside dans le fait que sa bande de fréquences d'utilisation, assurant au condensateur un fonctionnement en régime de puissance réactive maximale, est petite, car lorsque la fréquence croit sous l'action de l'effet de peau, les sorties du condensateur, ayant une section de faible périmètre dans l'endroit de passage du courant électrique, s'échauffent, ce qui augmente la température du condensateur tout entier et diminue la puissance réactive. Le but de la présente invention consiste à pallier les inconvénients indiqués précédemment. La présente invention vise la mise au point d'un condensateur à haute tension dont la réalisation constructive permet d'obtenir des valeurs élevées de la puissance réactive pour une bande suffisamment large de fréquences d'utilisation. Pourrésoudre le problème posé, le condensateur à haute tension est réalisé à base d'un disque en matériau diélectrique ayant une surface latérale et deux surfaces frontalesdont une partie de chacune reçoit un revêtement métallique utilisé en tant qu'électrode reliée à une sortie correspondante, alors que la surface latérale et l'autre partie des surfaces frontales, ne comportant pas de revêtement métallique, constituent un intervalle inter-lectrodes superficiel et, selon l'invention, chaque partie de surface frontale ayant un revFte- ment métallique est dotée d'une saillie cylindrique creuse avec des surfaces latérales extérieure et intérieure dont l'axe coincide avec l'axe du disque tandis que chaque sortie est réalisée sous la forme d'une bride et se trouve connectée à son électrode respective dans la région de la surface extérieur re de la saillie cylindrique creuse correspondante. L'invention est expliquée ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente une vue latérale du condensateur à haute tension établi conformément à l'invention; la figure 2 représente une vue en coupe suivant la. ligne II - II de la figure 1 de ce condensateur; la figure 3 représente une vue du côté de l'une des surfaces frontales dudit condensateur; la figure 4 représente des courbes de la puissance réactive et du courant en fonction de la fréquence de fonctionnement d'un condensateur à haute tension du type connu et d'un condensateur à haute tension, conforme à l'invention. Examinons le condensateur à haute tension représenté sur les figures 1, 2 et 3. Le condensateur à haute tension est réalisé à base d'un disque 1 t figure 1 ) en matériau diélectrique qui peut être la céramique ou une matière plastique. Le disque 1 est muni de deux saillies cylindriques creuses 2 ( figure 2 ) et 3 disposées respectivement sur ses surfaces frontales 4 et 5. L'axe A du disque, traversant lesdites surfaces frontales 4 et 5, coïncide avec l'axe des saillies 2 et 3 cylindriques creuses. Une partie de la surface frontale 4 est revêtue dvune électrode métallique 6 recouvrant entièrement la saillie 2 cylindrique creuse. Une autre électrode métallique 7 est appliquée respectivement à une partie de la surface frontale 5 et couvre, elie aussi, toute la saillie 3 cylindrique creuse. Les parties des surfaces frontales z et 5, ne comportant pas d'électrodes métalliques 6 et 7, et la surface 8 latérale du disque 1 constituent un intervalle inter-électrodes superficiel. La saillie 2 cylindrique creuse possède une surface latérale intérieure 9 et une surface latérale extérieure 10 et la saillie 3 cylindrique creuse possède aussi une surface latérale intérieure Il et une surface lah$zb extere 12.Dans la région de la surface latérale extérieure 10 de la saillie 2, l'électrode métallique 6 est connectée à une sortie 13 tandis que ltélectrode métallique 7 est raccordée à une sortie 14 dans la région de la surface extérieure 12 de la saillie 3. Les sorties 13 et 14 sont réalisées sous la forme de brides. La sortie 13, représentée sur la figure 3, est une bride avec des trous 15, servant à la fixation du condensateur à haute tension, et avec des fentes 16. La sortie 14 est de configuration analogue. La figure 4 montre des courbes a) une courbe de la puissance, exprimée en kilovoltampères, du condensateur à haute tension conforme à l'invention, portée en ordonnées, en fonction de la fréquence, exprimée en mégahertz, portée en abscisses; b) une courbe de la puissance réactive, exprimée en kilovolt-ampères, d 'un condensateur à haute tension du type connu, portée en ordonnées,en fonction de la fréquence, exprimée en mégahertz, portée en abscisses; c) une courbe du courant, exprimée en ampères, du condensateur à haute tension conforme à l'invention, portée ordonnées, en fonction de la fréquence, exprimée en mégahertz, portée en abscisses; ; et d) une courbe du courant, exprimé en ampères, d'un condensateur du type connu, portéeen ordonnées, en fonction de la fréquence, exprimée en mégahertz, portée en abscisses. La technologie du condensateur à haute tension, conforme à l'invention, est la suivante. En utilisant la céramique en tant que matériau diélectrique pour le disque 1 ( figure 1), ce dernier est réalisé par un procédé de compression dans un moule métallique avec usinage ultérieur en vue d'obtenir un intervalle inter-électrodes et des saillies cylindriques creuses 2 et 3 ayant des dimensions requises et une forme appropriée. Cela fait, le disque 1 subit une cuisson pour recevoir, par un procédé d'application thermique, les électrodes métalliques 6 et 7 qui viennent se placer sur les parties correspondantes des surfaces frontales 4 et 5. Ensuite, dans la région des surfaces latérales extérieures 10 et 12 des saillies 2 et 3 les électrodes métalliques 6 et 7 sont connectées par soudage aux sorties 13 et 14 réalisées sous la forme de brides. Une fois cette opération terminée, on procède au contrôle de la rigidité électrique du condensateur à haute tension et à la peinture de sa surface afin de le protéger contre les effets du milieu ambiant. Si 1 'on fait appel à la matière plastique en tant que matériau diélectrique, le disque 1 est réalisé par un procédé de compression à chaud lui conférant une forme appropriée et des dimensions requises. Ceci étant, on applique par un procédé galvanique les électrodes métalliques 6 et 7 et on fixe à ces dernières par soudage les sorties 13 et 14 ayant la forme de brides. Le condensateur à haute tension conforme à l'invention est destiné à un emploi universel dans de puissants appareils radio et électrothermiques et, de préférence, peut entre utilisé de façon particulièrement efficace dans des circuits d'émetteurs à ondes courtes où il est à mtme de remplacer les condensateurs à vide de capacité constante. Lorsque le condensateur à haute tension, conforme à l'invention, est inséré dans un circuit d'émetteur à onde courte, il est chargé d'une puissance réactive P1 : P1 = u2 27fic, où P1 est la puissance réactive, en voltampères, U, la tension entre les électrodes métalliques 6 et 7 du condensateur à haute tension, en kilovolts, x = 3,14 f, la fréquence de fonctionnement, en mégahertz, C, la capacité du condensateur à haute tension, en picofarads. Suivant la valeur de cette puissance réactive et les conditions de dissipation calorifique, le condensateur à haute tension subit un échauffement provoqué, d'une part, par les pertes actives de la puissance P2 dans le volume du matériau diélectrique du disque 1, ces perte étant proportionnelles à la tangente de l'angle de pertes P2 = P1.tg et, d'autre part, par les pertes de la puissance P3 dans les éléments métalliques du condensateur à haute tension, ces pertes étant, cette fois-ci, proportionnelles au carré du courant admissible et à la résistance des éléments métalliques du condensateur, à savoir P I2 R où I est le courant admissible, en ampères et R, la résistance des sorties 13 et 14, en ohms. Le condensateur à haute tension, conforme à l'invention, se distingue par le fait que les conditions d'évacuation de la chaleur à partir des surfaces frontales du disque 1 se trouvent améliorées et que 1 1échauffement par le courant des sorties 13 et 14 devisent moins important. Ce résultat est obtenu du fait que la résistance électrique des sorties 13 et 14 est réduite jusqu'à une valeur minimale possible grace au fait que ces sorties 13 et 14 sont réalisées sous la forme de brides dont la section a un grand périmètre autant à l'endroit du contact avec les électrodes 6 et 7 qu'd 1 'endroit de la connexion aux appareils, laquelle se fait 1 l'ai- de des trous 15, prévus à cet effet. De plus, le raccordement des sorties 13 et 14 au périmètre extérieur des saillies cylindriques creuses 2 et 3 permet d'obtenir une valeur normalisée de la température d'échauffement des sorties 13 et 14 lors de la manifestation des courants élevés admissibles, étant donné que le périmètre extérieur desdites saillies cylindriques creuses 2 et 3 est choisi avant la fabrication du condensateur en fonction de la valeur du courant admissible et de la bande de fréquences d'utilisation. Grâce à cette conformation, le condensateur à haute tension, conforme à l'invention, possède, à la différence des condensateurs du type connu, une plus grande puissance réactive admissible, un courant admissible plus important et une large bande de fréquences d'utilisation à l'intérieur de laquelle il s'avère possible de maintenir une puissance réactive maximale. C'est ainsi qu'à la fréquence de 30 mégahertz la valeur du courant admissible (fig. 4, courbe c) du condensateur à haute tension, conforme à l'invention, est de 7 fois plus élevée que le courant (courbe d) dans le condensateur connu, pour une fréquence donnée. Avec les fréquences relativement faibles (5 tEHz) la valeur de la puissance réactive admissible du condensateur, conforme à l'invention, est de 2 fois supérieure à la puissance réactive admissible du condensateur du type connu et elle est de 20 fois supérieure à cette puissance lorsque la fréquence atteint 30 NMz, ce qui ressort de la comparaison des courbes "a" et "b" représentées sur la figure 4. Par rapport au condensateur à haute tension du type connu, le condensateur à haute tension proposé se distingue par une plus large bande de fréquences d'utilisation, assurant le maintien d'une valeur maximale de la puissance réactive, alors que les sorties 13 et 14 (fig. 2), vu leur faible résistance électrique, n'arrivent pas à exercer une influence appréciable sur l'échauffement du condensateur à haute tension, objet de l'invention. C'est ainsi que dans la plage de fréquences allant de 2 à 4 MGh la puissance réactive du condensateur à haute tension du type connu ne dépasse pas le niveau de 70 kVA (courbe "b" de la figure 4), et que, lorsque la fréquence croit jusqutà 30 MHz, ledit condensateur accuse brusquement une baisse de puissance réactive qui se chiffre par une valeur de 7,5 kVA. Par contre, si la fréquence de fonctionnement augmente, la puissance réactive du condensateur à haute tension, conforme à l'invention, croit rapidement pour atteindre une valeur élevée de 150 kVA ( courbe "a" de la figure 4) et reste à cette valeur lorsque la fréquence continue à monter jusqu'à 30 MHz. Aussi, en vue d'assurer une puissance réactive requise, sera-t-il possible d'utiliser dans l'équipement un nombre réduit de condensateurs à haute tension, conformes à l'invention, par rapport au nombre de condensateurs à haute tension connus, ce qui permet de réduire sensiblement l'encombrement des appareils radio, de les rendre moins coûteux et d'obtenir des économies d'énergie électrique ainsi que d'augmenter le facteur de surtension des circuits à haute fréquence. REVENDICATIONS 1 - Condensateur à haute tension réalisé à base d'un disque en matériau diélectrique ayant une surface latérale et deux surfaces frontales dont une partie de chacune reçoit un revêtement métallique utilisé en tant qu'électrode reliée à une sortie correspondante, alors que la surface latérale et l'autre partie des surfaces frontales, ne comportant pas de revêtement métallique, constituent un intervalle inter-électrodes superficiel, caractérisé en ce que chaque partie de surface frontale ayant un revêtement métallique est dotée d'une saillie cylindrique creuse avec des surfaces latérales extérieure et intérieure dont l'axe coincide avec l'axe du disque, tandis que chaque sortie est réalisée sous la forme d'une bride et se trouve connectée à son électrode respective dans la région de la surface extérieure de la saillie cylindrique creuse correspondante