Brevet FR2530880A1 — publié le 19840127

La présente invention se rapporte aux dispositifs statiques d'élimination ou de neutralisation et concerne plus particulièrement un dispositif à décharge à effet couronne dans lequel le côté à haute tension d'une source d'alimentation alternative est connecté à des électro- des de décharge, gén ralement de forme pointue, tandis que l'autre côté est connecté à une pièce conductrice ou un boitier conducteur voisin des électrodes de dé- charge de manière à émettre des ions positifs et négatifs. Ces ions de deux polarités sont utilisés pour neu- traliser les surfaces d'articles chargés électrostatique- ment par des forces de frottement, mécaniques, électri- ques ou autres L'invention concerne plus particulière- ment un dispositif d'élimination statique dans lequel l'émission des ions peut être contrôlée de façon régla- ble pour produire un nombre égal d'ions positifs et néga- tifs, ou une prédominance d'ions d'une polarité particu- lière. Les dispositifs dtélimination statique sont des dispositifs qui produisent à la fois des ions positifs et négatifspour neutraliser des articles ou des matières qui sont chargés à une polarité particulère ou qui gar- dent des charges positives et négatives sur différentes parties de leurs surfaces,9 avec une charge résiduelle résultante dans certaines zones Lorsqu'une tension al- ternative d'une amplitude relativement élevée, par exem- ple 15 000 Volts, est appliquée entre les pointes de dé- charge et le boitier ou l'écran à la masse de ces dispo- sitifs d'élimihation statique, des ions positifs et néga- tifs sont émis par les électrodes à décharge Ies ions positifs et négatifs produits peuvent être exactement en nombre égal dans certaines circonstances, mais dans de nombreux cas, des ions d'une polarité ou de l'autre prédominent suivant: premièrement la manière dont la haute tension est connectée aux pointes d'ionisation, c'est-à-dire selon que des pointes sont couplées par ré- sistance comme une barre en connexion directe ou sont coupées par capacité comme une barre "anti-secousse"; deuxièmement, de la géométrie de la barre statique, en particulier de la configuration des parties à la masse de la barre et de leur relation par rapport aux pointes d'ionisation; et troisièmemenent, de la distance entre la barre statique et la matière à décharger, ainsi que de la présence de masses voisines de la barre, ces dernières affectant la quantité des ions positifs ou négatifs émis qui atteignent réellement la matière chargée, Dans une barre statique connectée directement, il y a généralement une prédominance d'ions négatifs pro- duits même si les pointes de décharge sont oannectées à une source alternative dont les tensions positives et né- gatives sont de même amplitude L'excès de production d'ions négatifs résulte de la plus grande mobilité de ces derniers et également des caractéristiques inhérentes de la formation d'effet couronne dans laquelle une ionisa- tion se produit dans une plus grande partie de l'alternan- ce négative de la tension, par rapport à l'ionisation pro- 2 duitependant l'alternance positive comparable. Dans le cas d'une barre statique à couplage capa- citif, il n'y a généralement une prédominance d'ions posi- tifs due à la plus grande production d'ions positifs résultant du fait qu'une tension continue est dévelppée aux bornes du condensateur dans le sens qui polarise 1- gerement les pointes dans la polarité positive Autrement dit, dans un circuit à canuplage capacitif, la caractéris- tique d'une pointe pour produire davantage d'ions négatifs pendant l'alternance négative de la tension appliquée entraîne la charge de la capacité à une tension continue positive qui s'additionne algébriquement avec la tension alternative Par conséquent, la tension sur une pointe par rapport au boîtier est plus grande pendant 1 'alternan- ce positive que pendant lfalternance négative ce qui en- traîne qu'un excès d'ions positifs est émis par une barre à couplage capacitif. Par conséquent, si la matière à décharger se situe sur ou au voisinage d'une surface à la masse ou :3 autre, la matière peut se charger à la polarité de la charge positive prédominante produite par la barre à cou- plage capacitif ou à la charge négative prédominante émise par la barre à couplage direct S'il faut obtenir un ar- ticle ou une feuille neutre, il est bien entendu souhai- table que les ions positifs et négatifs soient en nombres égaux Mais dans d'autres circonstances, il importe fré- quemment de charger une feuille juste à une petite charge positive ou négative car lorsqu'une feuille suivante glisse sur une pile, elle charge par frottement la feuille qui se trouve au-dessous même si elle était neutre avant d'être empilée I 1 est donc souhaitable dans ce cas d'émettre des ions d'une polarité ou de l'autre qui prédominent lé- gèrement de manière qu' une feuille qui passe sur une pile soit préalablement chargée en opposition et dans la mesure juste nécessaire pour neutraliser la charge produite par le glissement avec-frottement sur la feuille du dessous. Le Brevet des Etats Unis d'Amérique N 4 093 543 décrit un dispositif d'émission équilibré pour des disposi- tifs d'élimination statique à couplage capacitif, dans les- quels des aiguilles de conductrices et pointues connectées au côté de la masse de la source à haute tension alternative sont espacées et voisines, et en position d'action nutuelle avec certaines au mmoins des électrodes à décharge pointues. Les pointes ou les aiguilles "du équilibrage" ou de contr 81 e sont adaptées pour être positionnées de façon réglable par rapport aux électrodes à décharge afin que des ions de chaque polarité soient émis en nombres égaux Cela produit en fait un système d'équilibrage mécanique. Un autre procédé pour équilibrer le nosiore des ions positifs et négatifs émis consiste aà prévoir deux barres statiques ou deux électrodes dans un mi me boîtier et; al imnenter une barre 'ou une électrode avec une tension continue d'une polarit( et l'autre avec une tension conti- nue de polarité opposée:n contrôlant les tensions sur les électrodes respectives, le mélange précis des ions petit être produit Cependant, un dispositif à courant con- tinu emp&che d'utiliser un couplage capacitii et élimine à ai.Ll Si la réalisation de barres statiques anti-secousse. Selon le Brevet des états Unis d'Amérique N 2 879 395, l'égalisation de production des ions de chaque polarité est obtenue en incorporant une petite source de courant continu, entre le boîtier et la masse ou entre le générateur alternatif et la masse Cette petite soure de tension continue fonctionne en plaçant une polarisa- tion continue de la polarité appropriée sur le bottier ou sur les pointes à décharge et elle est connectéSde ma- nière à retarder l'émission des ions de polarité opposée. Le réglage de l'amplitude de la tension continue auxiliaire apporte l'équilibre voulu d'émission des ions positifs et négatifs mais l'utilisation d'un générateur continu auxiliaire présente l'inconvénient de nécessiter une source d'alimentation séparée, de sorte que la dis- position est coûteuse et encombrante De plus, l'utilisa- tion d'une source d'alimentation continue pour une barre statique à couplage capacitif impose que cette source soit incorporée dans le circuit de bottier, de sorte que ce dernier devient "chaud" et nécessite un isolement. Selon le Brevet des Etats Unis d'Amérique N 3 714 531, le dispositif qui commande le rapport des ions positifs et négatifs est prévu seulement pour un ensemble a couplage direct Le circuit de commande est incorporé dans l'enroulement secondaire du transformateur à haute tension de l'une des deux manières: Premièrement, en dimi- nuant la composante négative de la tension en utilisant une diode en série avec un enroulement à haute tension; ou deuxièmement, en augmentant la composante positive de la tension alternative appliquée aux pointes en utilisant une paire d'enroulements secondaires, l'un étant connecté directement aux pointes tandis que l'autre enroulement secondaire comporte une diode et un condensateur en série de manière à accroître la tension positive du premier en- roulement La composante positive de l'enroulement secon- daire variable modifie la perméabilité du noyau et déforme la tension de l'autre enroulement secondaire. Un objet de l'invention est donc de proposer un dispositif d'élimination statique dans lequel l'émission des ions peut être réglée de manière à produire des quan- tités égales d'ions positifs et négatifs ou en variante, une prédominance d'ions dî unè polaritéo Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif' d'élimination statique à émission contrôlée dans lequel l'émission des ions peut être facilement ré- glée, que les pointes en décharge soient couplés directe- ment ou par capacité avec la source de haute tension al- ternative. Un autre objet encore de l'invention est de proposer un circuit de polarisation électrique R-C pour un enroulement primaire d'un transformateur à haute ten- sion dans le but de réduire au minimum les dimensions et les conditions d'isolement dés composants dans un disposi- tif d'élimination statique à émission contrô 81 ée. D'autres objets encore de l'invention sont de proposer un dispositif perfectionné du type décrit ci- dessus qui est fabriqué facilement et économiquement, de réalisation robuste et à la fois d'un fonctionnement haute- ment efficace et avec un bon rendemento L'invention concerne donc un dispositif d'éli- mnination statique à émission contr 8 lée comportant un cir- cuit de polarisation R-C en série avec un enroulement pri- maire du transformateur à hanute tension pour commander l 'amplitude et/ou la durée des potentiels alternatifs ap- pliques aux pointes à décharge à effet couronne. Le circuit de polarisation comporte une diode et une résistance variable en série, et en parallèle avec un condensateur qui se décharge aux bornes de l'enroule- ment primaire dans un sens particulier qui dépend de l orien- tation de la diode Grace à un choix approprié des valeurs de résistance et du condensateur et de l'adaptation de leurs constantes de temps par rapport à l'impédance réflé- chie de la charge, il est possible de modifier 1 ' ampli- tude de la tension du transformateur ainsi que de manipuler les périodes de chaque alternance de tension appliquée. Suivant le sens de la diode, l'émission des ions peut être contrôlée pour produire un nombre égal d'ions posi- tifs et négatifs ou une prédominance d'ions d'une pola- rité particulière,que la haute tension alternative soit connectée directement ou cou-ol par capacité avec les pointes de décharge. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la des- cription qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant audessin annexé sur lequel: La Figure I est un schema d'un dispositif d'élimination statique à émission contrôlée, comprenant un circuit de polarisation selon l:invention pour une barre statique à couplage capacitif. la Figure 1 A esi une représentation schémati- que d'une barre statique a connexion directe destinée à être utilisée avec le circuit de polarisation selon l'in- vention-, la Figure 2 est une courbe de l'amplitude en fonction du temps pour produire une prédominance d'ions négatifs en utilisant le circuit de polarisation selon l'invention, la Figure 3 est une courbe de l'amplitude de la tension en fonction du temps pour produire une prépon- dérance d'ions-positifs en utilisant le présent circuit de polarisation. Les Figures sur lesquelles des mêmes références désignent des éléments similaires, représentent plus en détail un circuit de polarisation d'émission contrêlée pour modifier l'amplitude et/ou la durée d'un potentiel alternatif appliqué à un dispositif d'élimination stati- que, désigné globalement par A. Selon la Figure 1, le dispositif d'élimina- tion statiq d A comporte des pointes à décharge 12 qui sont couplées par capacité, au mo?-en d'un condensateur 14, - avec une source B d'alimentation à haute tension alter- native et un boitier ou carter 16 qui est connecté à la masse et disposé a proximité des pointes 12 Le dispositif d'élimination statique A à couplage capacitif est une barre courante de type "anti-secousse" teleque décrite dans les Brevets des Etats Unis d'Amérique NO 3 120 626, 3 443 155 et 3 585 448, selon lesquels les pointes à décharge font saillie d'anneaux conducteurs ou d'un manchon semi-conduc- teur disposé concentriquement autour d'un câble isolant 18 dont le conducteur central est connecté au côté à haute tension de la source d'alimentation B Les bornes 20-22 de l'enroulement secondaire T 2 du transformateurs T sont connectées respectivement aux pointes 12 couplées par capa- cité et au bottier 16 Comme cela a été 'indiqué ci-dessus, la barre statique A à couplage capacitif produit générale- ment un léger excès d'ions positifs 'émanant de ces pointes. Le circuit de polarisation selon l'invention comporte un condensateur C-'connecté en série avec un enrou- lement primaire T 1 du transformateur Une diode D et une résistance variable R connectées en série sont branchées en parallèle sur le condensateur C Un commutateur 24 per- met d'incorporer une diode Dl lorsqu'il y a lieu d'inverser la polarité de polarisation Le condensateur est par exem- ple un condensateur à basse tension de 2,25 microfarads qui, avec la résistance variable R, à savoir un potentio- mètre de 1000 Ohms, est adapté à l'impédance clu transforma- teur C. Autrement dit, pour des dispositifs d'élimination statique, le condensateur C est choisi avec une capacité presque en résonance avec l'inductance du transformateur T et sa charge, afin que les amplitudes des crêtes de la tension au générateur G et à l'enroulement primaire T 1 soient pratiquemenc égales La diode D consiste de préfé- rence en un redresseur au silicium d'un Ampère 114004. Sur lai ti,,are 2, la courbe sinusoïdale en traits- pleins présente la tension en ligne V O du générateur G (par exemple une tension du secteur de 110 Volts) qui de- vrait être suivie identiquement par la tension V,1 l à l'en- roulement prirmaire du trans-iormateur T si le circuit de po- larisation n'était pas inclus Avrec la résistance R *,'ale z/,ro (c'est-ndire sans no ariîation), la tension nririaire tr devrait:,a 1 emrnent suivre lla tension d'en-ree v car le circuit de nolarisation serait en fait é,lirminé à 1 'exception de l diode D llais quand Rl augmente, la narti e po-itive du cycle s'hlève l A gèrement et devient plus étroise tant:is que la durée de 1 P partie n,égative de la courbe S 'alllone Sur la Fifure 2, lla courbe en poin- tillés qui montre l'alternance négative a été élargie de sorte que l'aire sous la courbe de Iapartie négative est supérieure à celle de la partie positive Ainsi, avec le capacité de C presqu'en résonance avec l'inductance du transformateur T et sa charge, l'amplitude de la tension de crête devrait être pratiquement la meme à l'enroule- T(,:ent primaire '1 du transformateur qu'à la source G. Mais la tension négative à l'enroulement primaire T 1 et par conséquent la haute tension aux pointes 12 a une plus longue durée que la partie positive produisant ainsi une plus longue période de production d'ions négatifs dans le cas d'un dispositif d'élimination statique A à couplage capacitif. La Figure l A montre une barre statique A 1 à connexion directe dans laquelle des électrodes de décharge 3.2 A sont connectées immédiaterent par des bornes 20-22 à ll'enroulement seconciaire T 2 du transformateur T (c'est- 2: ",-dire sans condensateur) Des exoremples de barres stati- rcues a connexion directe sont illustrés et décrits dans nes lrevets des Etats Unis d'A érique N 2 163 294 et 117 306, dans lesquels l es pointes 12 A sont connectées directement eu côté à haute tension de la source d'alimen- 0 O tation et le boîtier 16 A est connecté au c 8 té de la masse rie cette source Les barres statiques Ai à connexion di- n-ette (mette;n s,énéralement un li:er excès d'ions négatifs. ne driode est donc utilisée pour inverser le sens des tensions -Ppli cquoes au transformateur - I Le co:r- lrut;ataur 2 l: de la source d'alimentation P est hasculé pour introcluire la diode D 1 en série avec le potentiomètre le concensateur C restant par lilèe Ia Figure 3 montre nuoc la première arti- de l'onde iinuoldale (alternance négative) est raccourcie tandis que la partie positive est allongée Ainsi, la durée de l'alternance positive est plus longue de sorte que l'aioesous la courbe de la partie positive est supérieure à celle de la partie né- gative La plus longue période de tension positive ap- pliquée auxpointes 12 A en connexion directe de la barre statique A 1 compense la prédominance des ions négatiis de sorte qu'une émission d'ions équilibrée est obtenue. Il faut noter également que l'enroulement primaire T 1 ou l'enroulement secondaire T 2 peuvent être inversés au lieu du commutateur 24, afin que la durée de la tension positive puisse dtre prolongée. Avec un choix approprié de R et C pour ladapta- tion à l'impédance réfléchie de la charge la tension de crête au transformateur peut 8 tre maintenue constante dans la plage de réglage de R, la durée de la seconde partie de la courbe alternative déterminant la mesure de la polarité particulière d'émission d'ions Il est également possible de modifier l'impédance de C par rap- port à l'inductance de l-enroulement primaire Tl pour faire varier l'amplitude de la tensions en changeant ain- si le nombre total des ions à une valeur supérieure ou in- férieure I 1 apparait donc ainsi facilement que le circuit de polarisation selon l'invention peut permettre une émis- sion équilibrée ou égale des ions positifs et négatifs par des dispositifs d'élimination statique, ca meme une prépondérance d'ions d'une polarité. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'hommede l'art au mode de réalisation qui vient d'être décrit et illustré sans sortir du cadre ni de lesprit de l'invention. Pr 11 tr'DI Ce 2 ICI _N 1 Source d'alimentation alternative à haute tension comprenant un transformateur (T) dont l'enroule- ment secondaire (n'2) est connecté aux électrodes à dé- charge d'un dispositif d'élimination statique (A,A 1) caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de polarisation (C, R, D, DR) en série avec l'enr Oulement primaire (T 1) dudit transformateur (T) pour produire une composante continue de courant dans le noyau dudit trans- formateur, suffisante pour produire une distorsion de la forme d'onde alternative, ledit dispositif de polarisa- tion modifiant le cycle alternatif de manière à raccour- cir la première alternance de tension alternative tout en allongeant la durée de sa seconde partie, afin que l'émission part le disposit'if d'élimination statique puisse être équilibrée afin de produire un nombre égal d'ions de chaque polarité ou une prédominance d'ions d' une polarité particulière 2 Source d'alimentation selon la revendication 1, caractérisée en cecqu'elle coml Dorte un dispositif (R) pour régler ledit dispositif de polarçisation. 3 Source d'alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit dispositif dé polarisa- tion comporte un condensateur (C) en série avec l'enroule- nent primaire dudit transfoinnateur et une résistance {(R) connectée en série avec un redresseur (D, D 1) en parallèle avec ledit condensateur. 4 Source d'alimentation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit redresseur consiste en ai moins une diode (D, Dl), ladite résistance (R) étant ré- glable pour permettre de modifier les constantes de temps dudit dispositif de polarisation. Source d'alimentation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit redresseurcomporte une première diode (D) dans une première branche de circuit pour diriger un courant dans un sens prédéterminé dans l'enroulement nrimaire (DI) du transfor ateur, une seconde un qe 01 pluicad ard ;uos puooo un -u T-,p u-canoo ui aoj-ra op i Dqou- taq opucoos uun beu-ep (L() or'o-Fp