Brevet FR2495853A1 — publié le 19820611

Transformateur d'imulsions à excitation par choc. L'invention concerne les sources de haute tension à impulsions et a plus précisément pour objet les transformateurs d'impulsions à excitation par choc. Le transformateur d'impulsions proposé peut être utilisé avec succès pour alimenter des tubes accélérateurs et d'autres appareils à impulsions de haute tension de courte durée ayant une fréquence de répétition élevée. On connait un transformateur d'impulsions à excitation par choc comprenant un dispositif de charge, une batterie de condensateurs, un dispositif commutateur, des enroulements primaire et secondaire et destiné à produire une tension d'impulsion ayant une amplitude de plusieurs centaines de kilovolts et une fréquence de répétition élevée. Mais ce transformateur présente une faible fréquence propre, ce qui entraine une durée importante de l'impulsion de haute tension, comprise habituellement entre 10 6 et 10 5 s. Cela s'explique par le fait que, pour la production d'une haute tension dans un étage, il faut prévoir un rapport de transformation élevé, ou autrement dit, que l'enroulement secondaire doit avoir un nombre important de spires. I1 s'ensuit une -augmenta- tion de l'induction du secondaire et, par conséquent, une diminution de la fréquence propre. On connait un autre transformateur d'impulsions à excitation par choc comprenant un dispositif de charge, des enroulements primaire et secondaire, un condensateur et un dispositif commutateur dans le circuit de l'enroulement primaire et, en plus, un éclateur supplémentaire dans le circuit de l'enroulement secondaire assurant le branchement de la charge (tube accélérateur) en une période plus courte, ce qui entraîne une durée plus courte (jusqu'à 10 7s) de l'impulsion de haute tension. Cependant, la fréquence de répétition des impulsions assurée par ce transformateur est limitée vu le fonctionnement compliqué de l'éclateur supplémentaire (pour la haute tension totale) en haute fréquence. On s'est donc proposé de mettre au point un transformateur d'impulsions à excitation par choc qui aurait un montage suffisamment simple et qui assurerait la production d'impulsions de haute tension de courte durée (jusqu'à 10 7 ) avec une fréquence élevée de répétition (jusqu' 103 Hz). Le problème est résolu à l'aide d'un transformateur d'impulsions à excitation par choc comprenant des enroulements primaire et secondaire, un condensateur, un dispositif de charge et un dispositif commutateur dans le circuit de l'enroulement primaire, caractérisé, conformément à l'invention, en ce qu'il possède au moins deux étages dont chacun comprend un enroulement primaire, pourvu d'un condensateur et d'un dispositif commutateur, et un enroulement secondaire, les enroulements secondaires étant montés en série et étant constitués, pour tous les étages, sauf l'étage terminal, de deux conducteurs bobinés parallèles isolés l'un de l'autre qui sont liés, dans le cas du premier étage, l'un à la sortie du dispositif de charge et l'autre à la masse, et entre lesquels, dans le cas des étages sui-vants, sont montés en parallèle les condensateurs des circuits des enroulements primaires. Dans un mode de réalisation avantageux, chaque étage, sauf le premier, possède un enroulement auxiliaire monté en parallèle sur le dispositif commutateur et couplé inductivement à l'enroulement secondaire de l'étage voisin précédent. Le transformateur d'impulsions à excitation par choc réalisé conformément à la présente invention assure la création d'impulsions de haute tension ayant une fréquence de répétition de 103 Hz et plus pour une du rée d'impulsions d'environ l0 7 s. Il est caractérisé par une fiabilité élevée et une organisation simple. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit d'exemples concrets de réalisation de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente un schéma de principe électrique d'un transformateur d'impulsions à excitation par choc, constitué de deux étages, - et la figure 2 représente un schéma de principe électrique d'un transformateur d'impulsions à excitation par choc, constitué de trois étages. Le transformateur d'impulsions de la figure 1 comprend des enroulements primaires 1, 2, des enroulements secondaires 3, 4, un condensateur 5 et un dispositif commutateur 6, placés dans le circuit de l'enroulement primaire 1, un condensateur 7 et un dispositif commutateur 8, placés dans le circuit de l'enroulement primaire 2 et des capacités propres (réparties) 9 et 10, placées respectivement dans les circuits de l'enroulement secondaire 3 et de l'enroulement secondaire 4. Le transformateur d'impulsions est doté d'un dispositif de charge li destiné à charger les condensateurs 5 et 7. Les enroulements 1, 3, le condensateur 5, la capacité 9 et et le dispositif commutateur 6 constituent le premier étage. Le deuxième étage comprend des enroulements 2, 4, le condensateur 7, la capacité 10 et le dispositif commutateur 8. Les enroulements secondaires 3 et 4 des étages sont montés en série. L'enroulement secon daire 3 est constitué par deux conducteurs bobinés parallèles isolés l'un de l'autre qui, à une extrémité de cet enroulement 3, sont liés l'un au dispositif de charge 11 et l'autre à la terre et, à l'autre extrémité de l'enroulement 3, sont connectés aux plaques du condensateur 7. Le deuxième étage comprend un enroulement auxiliaire 12 monté en parallèle sur le dispositif commutateur 8 et couplé inductivement à l'enroulement secondaire 3.La figure 1 représente un transformateur d'impulsions débitant dans la charge constituée, dans ce cas concret, par un tube accélérateur 13 comprenant une cathode 15 et des électrodes 16 et 16' logées dans un ballon à vide 14. Le tube accélérateur 13 est connecté entre l'entrée "a" de l'enroulement secondaire 3 du premier étage et la sortie de l'enroulement secondaire 4 du deuxième étage, ce qui signifie que la tension appliquée à la charge est égale à la somme des tensions aux bernes des enroulements secondaires 3 et 4 de deux étages. Pour assurer une meilleure répartition d'une hàute tension dans le tube accélérateur 13, il est possible d'appliquer,à l'électrode intermédiaire 16', la tension prélevée sur la sortie "b" de l'enroulement secondaire 3 du premier étage comme cela est illustré sur la figure 1. Le faisceau d'électrons 17 s'accélère au moment où la haute tension est appliquée au tube 13. Une version du transformateur d'impulsions à excitation par choc représenté sur la figure 2 comprend, à la différence du transformateur de la figure 1, encore un étage, troisième, constitué par des enroulements primaire et secondaire 18, 19 respectivement, un condensateur 20 et un dispositif commutateur 21 placés dans le circuit de l'enroulement primaire 18 et une capacité propre 22 dans le circuit de l'enroulement secondaire 19.Pour cette variante de réalisation, l'enroulement secondaire 4 du deuxième étage est bobiné, d'une manière analogue au cas de l'enroulement secondaire 3 du premier étage, avec deux conducteurs parallèles isolés l'un de l'autre : à l'une des extrémités de l'enroulement 4 ces conducteurs sont connectés en série aux conducteurs de l'enroulement 3, à l'autre extrémité ils sont connectés aux plaques du condensateur 20 placé dans le circuit de l'enroulement primaire 18 du troisième étage. L'enroulement secondaire 19 du troisième étage (de sortie) est bobiné selon un procédé classique avec un seul conducteur et est connecté en série à l'enroulement 4.D'une manière analogue au cas du deuxième étage, le troisième comprend un enroulement auxiliaire 23 branché en parallèle sur le dispositif commutateur 21 et couplé inductivement à l'enroulement secondaire 4 du deuxième étage. Dans le cas du transformateur à trois étages, la charge est constituée par le tube accélérateur 13, dont les électrodes intermédiaires 16' et 16" sont respectivement connectées à la sortie de l'enroulement secondaire 4 et à la sortie de l'enroulement secondaire 3. Le tube accélérateur est intercalé dans le circuit entre l'entrée de l'enroulement 3 et la sortie de l'enroulement 19. Le montage à deux étages (figure 1) fonctionne de la façon suivante. Les condensateurs 5 et 7 se chargent à partir du dispositif 11 commun. La connexion du condensateur 7 au dispositif 11 est réalisée à l'aide du conducteur double de l'enroulement secondaire 3. Le dispositif commutateur 6 est doté d'organes permettant de l'actionner au moment voulu. Comme dispositifs commutateurs 6 et 8 on peut utiliser des thyratrons à hydrogène, des trigatrons, des thyristors et d'autres appareils analogues. L'énergie amenée depuis le dispositif de charge 11 au condensateur 7 se trouvant sous haute tension pendant le passage des impulsions (de déclenchement) peut être utilisée pour le chauffage de la cathode et des éléments du dispositif commutateur 8 ou bien encore des autres dispositifs du deuxième étage. Les condensateurs 5 et 7 se chargent jusqu'à la tension requise à l'aide du dispositif 11. Ensuite, le dispositif commutateur fonctionne, le condensateur S se décharye dans l'enroulement primaire 1 en provoquant l'induction de la haute tension dans l'enroulement secondaire 3. La tension est aussi induite dans l'enroulement auxiliaire 12. Cette tension s'applique au dispositif commutateur 8 du deuxième étage et le fait fonctionner. Grace à l'égalité des fréquences propres des circuits primaires et secondaires utilisés pour les enroulements primaires et secondaires des deux étages du transformateur et grâce au coefficient de couplage élevé, la majeure partie de l'énergie accumulée dans les condensateurs 5 et 7 est transmise aux capacités 9 et 10 et peut être canalisée à la charge, savoir au faisceau d'électrons 17. Le montage à trois étages (figure 2) fonctionne d'une manière analogue. Le dispositif de charge 11 alimente les condensateurs 5, 7 et 20 : les dispositifs commutateurs 6, 9 et 21 fonctionnent aux moments voulus. En général, le choix du nombre d'étages du transformateur dépend des conditions suivantes. La tension engendrée par chaque étage dépend de la tension appliquée à son enroulement primaire et du rapport de transformation qui ne doit pas être important afin d'assurer la petite durée de l'impulsion. Pour cette raison, le nombre d'étages du transformateur est conditionné par la tension que le transformateur doit produire. Par exemple, la tension appliquée aux enroulements primaires étant de 50 kV, la durée voulue de l'impulsion étant de 10-7set le rapport de transformation étant égal à 4, le transformateur doit avoir cinq étages pour produire une tension égale à 1 MV. Selon l'invention, chacun des étages du transformateur peut comprendre un nombre réduit de spires dans les enroulements primaire et secondaire, ce qui permet d'élever les fréquences propres des circuits oscillants des étages, d'augmenter la fréquence de répétition et de réduire la durée de l'impulsion de haute tension dans les enroulements secondaires et dans la charge (tube accélérateur). D'autre part, le moment de mise en jeu de chaque étage du transformateur peut être réglé à l'aide des dispositifs commutateurs 6, 8 et 21, ce qui permet par exemple d'injecter les électrons dans le tube après le moment où la tension appliquée au secondaire de l'étage précédent sera proche de la valeur maximale. Dans certains cas, il est avantageux que la fréquence propre du dernier étage du transformateur soit plus élevée que celle du premier étage, ce qui permet d'obtenir une impulsion étroite du faisceau électronique pour la valeur proche du maximum de la tension appliquée aux étages précédents. Grace à cette méthode, l'énergie des électrons accélérés peut être voisine d'une valeur constante. REVENDI CATIÔNS 1. Transformateur d'impulsions à excitation par choc comprenant des enroulements primaire et secondaire, un condensateur, un dispositif de charge et un dispositif commutateur dans le circuit de l'enroulement primaire, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux étages, dont chacun possède un enroulement primaire, pourvu d'un condensateur et d'un dispositif commutateur, et un enroulement secondaire, les enroulements secondaires étant montés en série et étant constitués pour tous les étages, sauf l'étage terminal, de deux conducteurs bobinés parallèles isolés l'un de l'autre qui sont liés, dans le cas du premier étage, l'un à la sortie du dispositif de charge et l'autre à la terre, et entre lesquels, dans le cas des étages suivants, sont montés en parallèle les condensateurs des circuits des enroulements primaires. 2. Transformateur d'impulsions à excitation par choc selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque étage, sauf le premier, comporte un enroulement auxiliaire branché en parallèle sur le dispositif commutateur et couplé inductivement à l'enroulement secondaire de l'étage voisin précédent.