Brevet FR2622061A1 — publié le 19890421

ECLATEUR A DECLENCHEMENT PAR BAISSE DE PRESSION DESCRIPTION La présente invention a pour objet un éclateur à déclenchement par baisse de pression. Elle trouve des applications industrielles dans la génération d'impulsions électriques pour magnéto-soudage ou magnéto-formage. Un éclateur est un dispositif permettant le transfert de forts courants sous haute tension (éclatement ou claquage). Différents types de dispositifs connus permettent l'éclatement entre deux électrodes : - les éclateurs à pression constante pour lesquels l'éclatement est provoqué par augmentation de la tension aux bornes des électrodes. Ces systèmes présentent l'inconvénient de manquer de précision dans leur déclenchement. Le temps de réponse de ces systèmes ne permet pas L'application au magnéto-soudage, - les éclateurs à déclenchement électrique et les éclateurs à déclenchement mécanique nécessitant tous deux des systèmes de déclenchement complexes, - les ignitrons qui n'ont qu'une durée de vie Limitée. Le transfert de forts courants nécessite la mise en parallèle de plusieurs ignitrons et leur prix est élevé. La présente invention pallie ces inconvénients par sa simplicité (absence de réglage délicat), sa robustesse et sa grande souplesse d'utilisation ; de plus, l'usure des électrodes n'influence pratiquement pas les performances, ce qui permet d'augmenter la durée de vie du dispositif. Le mode de fonctionnement du dispositif objet de la présente demande de brevet se résume comme suit : pour un écartement d'électrodes donné et une tension appliquée aux bornes des électrodes fixe, l'éclatement a lieu pour une certaine pression. En conséquence, L'intérieur de l'enceinte où sont fixées les électrodes est porté à une pression P. Cette pression P est nettement supérieure à celle correspondant à l'éclatement entre les électrodes sous la tension U que l'on se propose d'utiliser. On applique ensuite la tension U aux bornes des électrodes puis on dépressurise rapidement l'enceinte. Au moment où la pression passe par la valeur correspondant à l'éclatement, celui-ci se produit et permet le transfert d'énergie. De manière précise, l'invention a pour objet un éclateur par baisse de pression comprenant : - une enceinte isolante, support des électrodes, électrodes dont l'écartement est déterminé, - des moyens de mise sous pression et de dépressurisation rapide de l'enceinte, - une alimentation électrique permettant la mise à une tension fixée des électrodes. Dans un tel dispositif, l'électrode de déclenchement ainsi que son système électrique, souvent complexes, sont supprimés et remplacés par un simple clapet pneumatique. De plus, l'isolation électrique entre électrodes est très simplifiée par l'utilisation d'une commande pneumatique. Les électrodes, entre lesquelles s'effectue le claquage, sont d'écartement réglable. Cela permet l'utilisation du dispositif sur une plage de tension, à gaz et pression fixés. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens de mise sous pression et de dépressurisation rapide de l'enceinte comprennent - des moyens permettant la circulation du gaz, - un décanteur, - un détendeur, - une électrovanne générale de commande du circuit, - un Limiteur de débit, - un clapet de dépressurisation rapide de l'enceinte, - une électrovanne reliée audit clapet, - des moyens de mesure de la pression à l'intérieur de L'enceinte. La pression du gaz peut varier dans des proportions importantes y compris dans les valeurs inférieures à La pression atmosphérique (vide). Selon un mode de réalisation préféré, l'éclateur ne comprend que deux électrodes de forme cylindrique et à sommet plat. Ce type d'électrode1 bien que d'usure plus rapide que des électrodes usuelles à sommet bombé, présente l'avantage de ne pas nécessiter de retouche au cours du temps sur la valeur de l'écartement. Ce dispositif permet d'adapter, suivant les performances souhaitées, Le nombre et la forme des électrodes. Selon un mode de réalisation préféré, le gaz utilisé est de l'air. C'est un gaz disponible facilement, d'utilisation aisée et qui présente l'avantage supplémentaire de permettre l'utilisation de tensions plus élevées à pression et écartement d'électrodes fixés. Il est possible d'utiliser d'autres gaz par exemple SF , Argon,... 6 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente la coupe transversale du bottier de l'éclateur, - la figure 2 représente l'ensemble du dispositif, vu sous son aspect pneumatique, - la figure 3 représente les courbes de Paschen (tension d'éclatement en fonction de la pression du gaz multipliée par l'écartement des électrodes) pour trois gaz différents : l'air, l'hydrogène et L'argon. La figure 1 montre La coupe transversale du bottier d'un éclateur à déclenchement par baisse de pression. Il est constitué d'une enceinte El qui comprend - un fond 12 fermé par un couvercle 14 entre lesquels est maintenu un joint d'étanchéité 16 au moyen de vis de serrage 18, - deux électrodes 20 maintenues face à face dans l'axe de l'enceinte El et fixées l'une dans le fond 12 et l'autre dans le couvercle 14 au moyen de vis 19 qui compriment des joints d'étanchéité 24. Des vis de serrage 26 au centre de chaque électrode 20 maintiennent solidement et en bon contact électrique des lames d'arrivée de courant 22. Entre les électrodes 20 est respecté un écartement déterminé, réglable selon l'utilisation de l'appareil. Sur l'enceinte El, trois orifices, tels que 30 (deux orifices seulement sont représentés), de diametre approprié permettent le premier, le remplissage de l'enceinte El par un gaz, le deuxième de plus grand diamètre permet la dépressurisation de l'enceinte El, le troisième est une simple prise de pression. La forme des électrodes et le nombre de celles-ci peuvent être adaptés suivant Les performances souhaitées. Selon un mode de réalisation preféré, les électrodes 20 ont la forme d'un cylindre à sommet plat. La distance entre les électrodes est fonction de la plage de tension, du gaz et de la pression. Si le 5 gaz est de l'air comprimé sous 5.10 Pa, et L'écartement entre électrodes de 4 mm, la tension avant claquage permise aux bornes des électrodes est de 40 kV. Une alimentation électrique 32 permet de maintenir la différence de potentiel U entre les électrodes 20. La figure 2 représente l'ensemble du dispositif, vu sous son aspect pneumatique. Le circuit d'arrivée du gaz est constitué par un décanteur 41 et un détendeur 42. Le circuit pneumatique est commandé par une électrovanne générale EV1. Le gaz pénètre dans l'enceinte El à travers un limiteur de débit 44 qui permet, en cas de mauvais fonctionnement du circuit électrique (non représenté sur la figure 2), un vidage lent de l'enceinte El. La dépressurisation rapide de l'enceinte s'effectue par l'intermédiaire d'un clapet 46 relié à une électrovanne EV2. L'enceinte El est reliée par un de ses orifices à une prise de pression 48. Un tel dispositif permet l'utilisation d'une pression de gaz comprise entre O et 6.10 Pa. La figure 3 représente les courbes de Paschen relatives au dispositif selon l'invention. La courbe n01 correspond à l'air, la courbe n02 à l'hydrogène et la courbe n03 à l'argon. On constate que, à pression donnée et pour un écartement entre les électrodes identiques, l'air permet l'utilisation d'une tension de claquage plus élevée. Un dispositif selon L'invention permet de transférer des courants de 500 kA. REVENDICATIONS 1. Eclateur à déclenchement par baisse de pression, caracterise en ce qu'il comprend : - une enceinte isolante (et), support des électrodes (20), électrodes dont L'écartement est déterminé, - des moyens (40) de mise sous pression et de dépressurisation rapide de l'enceinte (El), - une alimentation électrique permettant la mise à une tension fixée des électrodes (32). 2. Eclateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écartement entre Les électrodes (20) est réglable. 3. Eclateur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens (40) de pressurisation et dépressurisation rapide de l'enceinte (El) comprennent - des moyens permettant la circulation du gaz, - un décanteur (41), - un détendeur (42), - une électrovanne générale (EV1) commandant le circuit pneumatique, - un limiteur de débit (44), - un clapet (46) de dépressurisation rapide de l'enceinte, - une électrovanne (EV2) reliée audit clapet (46), - des moyens de mesure de la pression (48) à l'intérieur de l'enceinte. 4. Eclateur selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les électrodes (20) sont au nombre de deux et ont La forme d'un cylindre à sommet plat. 5. Eclateur selon les revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que le gaz utilisé est de l'air.