Brevet FR2527035A1 — publié le 19831118

"Générateur de haute tension, destiné en particulier à alimenter un tube de R 8 ntgen" L'invention concerne un générateurfde haute ten- sion, destiné en particulier à alimenter un tube de R 8 ntgen et muni d'un dispositif résonateur de conversion courant continu-courant alternatif, alors que, par l'intermédiaire de commutateurs et à tour de r 8 le, deux enroulements pri- maires d'un dispositif de transformation de haute tension sont parcourus par des courants d'un agencement de conden- sateur(s) qui provoquent un échange de charge. Un tel générateur de haute tension est l'objet d'une demande antérieure de brevet allemand N O P 30 46413,2 (figure 2 b) Dans ledit générateur, les courants passant par les deux enroulements primaires ont la même intensité. En présence d'une construction symétrique du dispositif de transformation de haute tension, les potentiels respec- tifs positifs et négatifs engendrés à l'aide des circuits redresseurs raccordés audit dispositif de transformation, ont la même valeur nominale Il en est ainsi mème lors- que les deux potentiels sont appliqués à une cathode et à une anode d'un tube de R 6 ntgen dont le courant d'anode est égal au courant de cathode lorsque la haute tension diminue aussi par suite de la résistance interne relati- vement grande du générateur haute tension. Toutefois, à l'heure actuelle, il existe aussi des tubes de R 6 ntgen dont l'intensité du courant de catho- de diffère de celle du courant d'anode en conséquence du fait qu'une partie du courant passant par la cathode dis- parait par l'ampoule métallique mise à la masse Dans le cas o un tel tube de R 5 ntgen est branché sur un tel géné- rateur de haute tension, il s'installe une charge asymé- trique, ainsi que, malgré la répartition symétrique de la tension de libre passage, une répartition asymétrique des tensions d'anode et de cathode, de sorte que par exemple la tension d'anode est égale A + 60 k V et la tension de cathode égale à 40 k V (par rapport à la masse). C'est pourquoi la demande de brevet Français N 2 IA 4 5 l-9 fd;n régler indépendamment l'un de l'autre, de sorte qu'en cor- respondance aux exigences A respecter, il est possible de régler assez rapidement les tensions d'anode et de cathode l'une par rapport A l'autre et par rapport à leur somme. La variation des tensions engendrées par les deux conver- tisseurs courant continu-courant alternatif a lieu dans ce cas par la variation de la fréquence de commutation à laquelle ont lieu l'enclenchement et le déclenchement des commutateurs dont sont équipés lesdits convertisseurs. i 5 Toutefois, par battement de fréquence, ces fréquences de travail différentes des deux convertisseurs ont comme ré- sultat la superposition d'une ondulation de haute tension relativement grande. Le but de l'invention est de réaliser un géné- rateur de haute tension du genre mentionné dans le préam- bule de façon telle que chaque fois les deux convertisseurs courant continu-courant alternatif dont est muni le géné- rateur opèrent A la même fréquence de commutation tout en engendrant néanmoins différentes tensions et puissances. Conformément a l'invention, ce but est atteint du fait que l'agencement de condensateur(s) est conçu de façon A être parcouru par les courants passant par chacun des deux enroulements primaires, et que pour le retarde- ment réglable des impulsions destinées aux commutateurs, 3 C le générateur comporte un dispositif de retardement de préférence commandé aménagé de façon que les courants com- mencent à s'écouler A des instants différents dans les en- roulements primaires. L'invention est basée sur l'idée que dans un dispositif résonateur de conversion courant continu-cou- rant alternatif, l'intensité du courant passant par l'en- roulement primaire raccordé au dispositif de conversion est fonction de l'énergie qui est emmagasinée dans l'agen- cement de condensateur(s) à un instant auquel commence, (par la fermeture du commutateur correspondant) le passage de courant par un des enroulements primaires Lorsque dans ce cas le commutateur associé à un des enroulements pri- maires est fermé avec un certain retard par rapport à la fermeture du commutateur associé à l'autre enroulement primaire, il passe dans le premier enroulement primaire une impulsion de courant moins grande que celle dans l'au- tre enroulement primaire, de sorte qu'également l'énergie, transmise par l'intermédiaire du premier enroulement, est moins grande A mesure que le retard est plus grand, la différence en énergie est plus prononcée Toutefois, la fréquence de commutation est la même pour les deux conver- tisseurs (les impulsions de commutation ne sont que déca- lées dans le temps), de sorte qu'il n'y a pas de superpo- sition d'ondulation haute tension De plus, également la quantité de matériau supplémentaire nécessaire pour un générateur de haute tension conforme à l'invention est relativement peu élevée, étant donné qu'il suffit d'uti- liser un seul agencement de condensateur(s). En principe, le dispositif de transformation de haute tension peut être formé par deux transformateurs distincts dont chacun comporte un noyau de fer Toutefois, suivant une autre réalisation favorable du générateur de haute tension conforme à l'invention, le dispositif de transformation de haute tension a deux enroulements pri- maires en série qui sont bobinés sur le même noyau, le sens de bobinage d'un des enroulements étant opposé à ce- lui de l'autre enroulement Dans ce cas, un seul noyau de fer est nécessaire. Dans le cas le plus simple, l'agencement de condensateur(s) ne comporte qu'un seul condensateur dont une armature est à la masse alors que l'autre armature est raccordée au point de liaison de deux enroulements primaires dont les autres bornes peuvent 8 tre branchées, chacune par l'intermédiaire de deux commutateurs comman- déseqrc en mmntagp s Y a nre,a %r me ten mdon oen- t-m 5-it? et kve T'euaendremen de rrtte tension Conti- nue positive et négative est possible à l'aide d'un re- dresseur comportant deux condensateurs électrolytiques en série dont le point de liaison est à la masse Toute- fois, ce mode de réalisation a plusieurs inconvénients. Suivant une réalisation préférentielle de l'invention, ces inconvénients sont évités du fait que l'agencement de condensateurs comporte deux condensateurs montés en série, que ce montage en série shunte d'une part deux montages en série dont chacun comporte deux commutateurs cc TndéS C'ers 'en un ntage symériqe etd'autrepart une source de tension continue, et que les enroulements primaires sont branchés entre d'une part les points de liaison de deux montages en série formés chacun par deux commuta- teurs, et d'autre part le point de liaison des deux con- densateurs. La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est le schéma synoptique d'un générateur de haute tension conforme à l'invention. La figure la illustre la réalisation techni- que des commutateurs sur la figure 1. La figure 2 montre un dispositif de-transfor- mation de haute tension convenant pour le générateur en question. Sur la figure 1, la référence 1 indique un tube de R 6 ntgen dont l'ampoule métallique est à la masse; l'anode de ce tube 1 est branchée sur une haute tension positive, la cathode du tube 1 étant branchée sur une hau- te tension négative (par rapport à la masse) Le courant émis par la cathode s'écoule en partie par l'anode, mais en partie aussi par l'ampoule métallique C'est pourquoi dans un tel tube de R 6 ntgen, l'intensité du courant de cathode est plus élevée que celle du courant d'anode Un condensateur de nivellement 2 shunte le tube 1 De plus, l'anode du tube est raccordée à la borne de tension de sortie positive d'un premier pont redresseur 3, tandis que la cathode est raccordée à la borne de tension de sortie négative d'un deuxième pont redresseur 4 Les au- tres bornes de tension de sortie des ponts 3, 4 sont à la masse Les entrées de tension alternative des ponts redresseurs 3, 4 sont connectées aux enroulements secon- daires respectifs 5, 6 qui sont en couplage magnétique avec des enroulements primaires respectifs 7, 8. Les deux enroulements primaires 7, 8 sont in- terconnectés, et le point de liaison ainsi formé est raccordé au point de liaison de deux condensateurs 9, 10 qui ont la même capacité Le montage en série de ces deux condensateurs 9, 10 est shunté par une source de tension continue 11, par un premier montage en série de deux com- mutateurs électroniques 71, 72, de même que par un deu- xième montage en série de deux commutateurs 81, 82 La borne de l'enroulement primaire 7, non connectée à l'en- roulement primaire 8, est raccordée au point de liaison de deux commutateurs 71, 72, tandis que la borne corres- pondante de l'enroulement 8 est raccordée au point de liaison des deux commutateurs 81, 82. Comme le montre la figure la, chaque commuta- teur comporte un thyristor qui est shunté par une diode dont le sens de passage de courant est opposé à celui du thyristor Dans les groupes de commutateurs 71, 72 et 81, 82 branchés en série, les thyristors formant ces commuta- teurs ont le même sens de passage de courant, à savoir le sens de passage tel que la borne positive de la source de tension continue Il communique avec les anodes des thyris- tors et que la borne négative de ladite source Il communi- que avec les cathodes de ces thyristors. Chaque fois, un des enroulements primaires 7, 8 et les commutateurs ror _ 5 nté 71, 72 et 81, 82 de même que les condensateurs 9, 10 forment un convertisseur résonateur, courant continu courant alternatif, alors qu'à tour de rôle les commutateurs 71 et 72 sont ouverts et fermés Lorsque par exemple le commutateur 71 est fer- mé, il passe par l'enroulement 7 un courant sur les condensateurs 9 et 10 et qui charge ces condensateurs en sens opposé, de sorte que la tension totale entre les armatures des condensateurs reste constante (alors que séparément, la tension entre les armatures de chaque con- densateur peut devenir supérieure aux tensions fournies par la source de tension continue 1 l) Après une demi- oscillation dont la durée est fonction de l'onductance parasitaire de l'enroulement primaire 7 (l'inductance principale étant pratiquement court-circuitée par la char- ge du côté haute tension) ainsi que de la capacité des condensateurs 9 et 10, l'intensité du courant passe par la valeur zéro de sorte que le thyristor présent dans le commutateur 71 devient non conducteur, alors que toutefois il passe encore du courant par l'intermédiaire de la diode que comporte ledit commutateur 71 Le thyristor présent dans le commutateur 72 est fermé "l'extinction" de courant dans le thyristor présent dans le commutateur 71, alors qu'un courant passant dans le sens opposé comparativement à la première demi-oscillation, s'écoule par l'enroulement primaire, ce courant étant à nouveau réparti sur les deux condensateurs 9 et 10 et chargeant ceux-ci en sens opposé. A la fin de cette demi-oscillation, le thyristor présent dans le commutateur "s'éteint", ce qui ensuite permet de refermer le commutateur 71, et ainsi de suite. Dans le schéma synophique que montre la figure 1, les deux convertisseurs courant continu courant alterna- tif fonctionnent simultanément, de sorte que chaque fois, les condensateurs 9 et 10 peuvent être chargés dans le même sens par les courants passant dans les enroulements primaires 7 et 8 - Si chaque fois les deux commutateurs 71 et 81 devaient être enclenchés simultanément et, par la suite, également les deux commutateurs 72, 82, la tension de libre passage sur les bornes de sortie des redresseurs 3 et 4 serait chaque fois la même Comme toutefois l'inten- sité du courant de cathode est plus élevée que celle du courant d'anode du tube de Ro-tgen 1, la tension de cathode serait inférieure à la tension d'anode, ce qui est défavo- rable pour le fonctionnement d'un tel tube C'est pourquoi la fermeture du commutateur 71 a lieu un peu plus tard que celle du commutateur correspondant 81, alors qu'ensuite également la fermeture du commutateur 72 a lieu un peu plus tard que celle du commutateur 82. L'effet de cette mesure peut s'expliquer du fait que dans un circuit résonant dont les éléments sont inter- connectés par la fermeture d'un commutateur, l'oscillation de courant qui résulte de l'inductance est plus importante à mesure que l'énergie emmagasinée capacitivement lors de la fermeture du-commutateur est plus grande A l'instant de la fermeture du commutateur 71, déjà une partie de l'énergie emmagasinée dans les condensateurs 9 et 10 a passé vers l'enroulement primaire 8 par l'intermédiare du commutateur 81, ce dont il résulte que l'impulsion de cou- rant dans l'enroulement primaire 7 est plus petite que celle dans l'enroulement primaire 8 Toutefois, comme la fréquen- ce de commutation est la même pour les deux convertisseurs courant continu courant alternatif, cela signifie que l'énergie transmise par l'enroulement primaire 7 est moins 3 o grande que celle transmise par l'enroulement primaire 8. Par conséquent, la tension de libre passage sur la sortie du redresseur 4 (par rapport à la masse) devient supérieure à la tension de libre passage sur la sortie du redresseur 3. Cette différence augmente avec la grandeur du retard entre la fermeture du commutateur 81 et celle du commutateur 71, et entre la fermeture du commutateur 82 et celle du commu- tateur 72 De plus, il est possible de choisir des retards tels qu'en situation de charge par le tube 1, les tensions d'anode et de cathode sont égales et même élevées au point que la tension de cathode dépasse la tension d'anode, ce qui peut être avantageux dans des conditions de fonctionnement déterminées. De façon simplifiée, la figure 1 illustre égale- ment la conception du circuit pour commander les commuta- teurs 71, 72, 81 et 82 En référence à cette figure 1, les commutateurs 71, 72, 81 et 82 sont commandés, dans cet ordre de succession, par des portes ET 710, 720, 810 et 820 qui, par l'intermédiaire de formateurs d'impulsions non représentés, fournissent des impulsions de démarrage et des impulsions d'amorçage car les commutateurs com- portent des thyristors pour les commutateurs corres- pondants Les impulsions de démarrage et d'amorçage sont fournies par un oscillateur 12 qui est commandé par une tension et dont la fréquence est égale au double de la fréquence des impulsions de démarrage et d'amorçage Les impulsions de sortie de l'oscillateur 12 sont appliquées à l'entrée d'une bascule bistable 13 qui chaque fois change d'état sous l'influence d'un flanc-d'impulsion déterminé, par exemple le flanc positif, qui pourrait concorder avec la transition 0-1 Une sortie de la bas- cule bistable 13 est raccordée chaque fois à urp entrée des portes ET 710 et 810, tandis que la sortie de ladite bascule, complémentaire à la sortie précitée, est raccor- dée chaque fois à une entrée des portes ET 720, 820 En outre, chque impulsion de sortie de l'oscillateur 12 est appliquée à une autre entrée des portes ET 810 et 820, tandis que les entrées correspondantes des portes ET 710 et 720 sont raccordées à la sortie d'un élément retarda- teur 14 qui de préférence est commandé électroniquement et dont l'entrée est raccordée à la sortie de l'oscillateur 12. Du fait de la commande des portes ET par la bascule bistable 13, la fréquence des impulsions sur la sortie des portes ET n'est plus égale qu'à la moitié de la fréquence d'oscillateur. Entre les impulsions sur les sorties des portes ET 810 et 820 il existe un décalage égal à une demi-période, car chacune de ces portes est commandée par une des impulsions de sortie complémentaire de la bascule bistable La même chose est valable pour les impulsions des portes ET 710, 720, ces impulsions toutefois étant décalées, par rapport aux impulsions des portes ET 810, 820-au moins de leur f Jz a,%ntb-ansbin 0-1) sn cotesporbiy au z 4 ard int tardateur 14, en raison de ce que ces portes ne sont pas raccordées directement à la sortie de l'oscillateur 12 mais à travers l'élément retardateur 14 Une variation de la fréquence d'oscillateur a comme conséquence une varia- tion dans le même sens de la tension sur le tube de R 6 ntgen Il est possible d'emmagasiner dans une mémmoire morte les valeurs de fréquence d'oscillateur qui appartiennent à différentes tensions de tube et à différents courants de tube ainsi que le retard, et de commander à l'aide de ces données l'élément retardateur et l'oscillateur. La figure 2 est une vue en élévation du trans- formateur haute tension Sur un noyau de fer fermé 15, on a élaboré les deux enroulements primaires 7 et 8 que sépa- re une certaine distance, de sorte qu'entre ces enroule- ments il ne s'établit qu'un couplage magnétique relative- ment lâche Sur les enroulements 7, 8, on a glissé les enroulements secondaires pr't S 5, 6 de sorte que le couplage entre un enroulement primaire, par exemple l'enroulement 8, et un autre enroulement ( 5) n'est que très faible De cette façon, de par l'emploi d'un seul noyau de fer, on profite pratiquement des avantages offerts par l'emploi de deux transformateurs distincts ayant chacun -son noyau de fer On peut déduire de la figure 1 que le sens de bobinage de l'enroulement primaire 7 doit être opposé à celui de l'enroulement primaire 8 pour éviter (par exemple après la fermeture des commutateurs 71 et 81) le court-circuitage de la source de tension continue par la combinaison parallèle des deux enroulements, cette combinaison ayant alors une réluctance très faible, et d'un condensateur 10. Bien que l'invention ait été décrite en référen- ce à un exemple d'un générateur de haute tension destiné à alimenter un tube de R 6 ntgen, il est possible aussi de brancher sur ledit générateur encore d'autres appareils utilitaires qui exigent différentes hautes tensions posi- tives et négatives, ou desoumettre les liaisons correspon- dantes à des charges différentes, appareils utilitaires qui, à travers un redresseur, sont couplés au dispositif de transformation de haute tension. Il peut être souhaitable de retarder les impul- sions destinées aux commutateurs 81 et 82 par rapport à celles destinées aux commutateurs 71, 72 Dans ce cas, le dispositif retardateur doit être branché entre l'oscilla- ti-ré ltestréo S das poson -ff 820 et 'np S enr 11 'osl i't setrs e)l - i'.e Fs des pfft Eh F Jr 7, EP 7 X) Lcrloe c 9,cxsc arrxes ib brc 1 i c rnnt dé- +ermnéesd: éaner a 'roe ternn, toindcnd'ae doit etre plus élevée alors que dans d'autres circonstances la tension de cathode doit être plus élevée, chacune des deux liaisons doit comporter des circuits de retardement dont le retard auquel ceux-ci donnent lieu est réglable suivant les, besoins Toutefois, on a égalements possibilité de l'em- ploi d'un circuit inverseur qui enclenche le circuit de retardement dans une seule des deux liaisons et qui court- circuite directement le circuit de retardement dans l'autre liaison. REVENDICATIONS: 1 Générateur de haute tension, destiné en particu- lier à alimenter un tube de R 6 ntgen et muni d'un disposi- tif résonateur de conversion courant continu-courant alternatif, alors que, par l'intermédiaire de commutateurs et A tour de r 8 le, deux enroulements primaires d'un dispo- sitif de transformation de haute tension sont parcourus par des courants d'un agencement de condensateur (s) qui provoquent un échange de charge, caractérisé en ce que l'agencement de condensateur(s) ( 9, 10) est conçu de façon à être parcouru par les courants passant par chacun des deux enroulements primaires ( 7, 8), et que pour le retarde- ment réglable des impulsions destinées aux commutateurs ( 71, 72), le générateur comporte un dispositif de retarde- ment de préférence commandé ( 14) aménagé de façon que les courants commencent A s'écouler A des instants différents dans les enroulements primaires ( 7, 8). 2 Générateur de haute tension selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le dispositif de transfor- tion de haute tension a deux enroulements primaires en série qui sont bobinés sur le même noyau, le sens de bobinage d'un des enroulements étant opposé A celui de l'autre enroulement. 3 Générateur de haute tension selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisé en ce que l'agencement de conden- sateur comporte deux condensateurs ( 9, 10) montés en série, que ce montage en série shunte deux montages en série dont chacun comporte deux commutateurs commandés ( 71, 72 81,82) poaxtêtrag enré a unîrange symétrique &eonnr-onciegetmesr Ei oee tension continue ( 11), et que les enroulements primaires 7, 8 sont branchés entre d'une part les points de liaison de deux montages en série dont chacun comporte deux commu- tateurs ( 71, 72 81, 82), et d'autre part le point de liaison des deux commutateurs ( 9, 10).