Brevet FR2693046A1 — publié le 19931231

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Un circuit à compression magnétique utilise Sgénéralement un réseau LC à ét, ages multiples pour réaliser la compression De tels circuits à compression magnétique tn ompor ent o rment des moyens d'interruption au dernier étage constitué par une spire unique L'énergie totale i ntrodu i te à travers un tel di sposi tif d,étermine la qua nti té mini mum de maté eri au pour noyau magnétique n.ecessa i re pour c ette app ication Si 1 'on emploie une 1 quant it é de mat riau pour noyau supérieure à cette quantité 4. CI 4 minimum cela conduit a une réeduc, ion du rendement insi qu'à des pertes supplémentaires TI est donc préférable de const-ru-ire un noyau avant une quantité, de matériau aussi voisine que possible du minimum nécessaire I 1 est 2 l ilable d'utiliser un interrupt eur de sortie à spires multiples afin d'obtenir le meilleur facteur d'encombrement par rapport au volume total nécessaire pour 1 'ensemhlle du dispositif (Cependant, des procédés classiques de blindage d'un interrupteur de sortie à spires multiples (par exemple des conducteurs d'enroulement autour d'un tore) ne servent qu'à augmenter de façon superflue 1 e volume du mat,ériau magnfétique nécessaire, ce qui conduit à une baisse du rendement l lectri qlue,La présente i nventi on met en oeuvre un interrupteur de sortie à spires multiples qui permet d'obten i r un tres bon fac teur d' encombhrement sans a Lugmenter la quant i té necessaire de matériau pour noyau. D'CTTJ-' DT-, T ' TTN Vr -r Ir,,TN Un objet de la présente invention est un modulateur ma.gnét ique amél ioré pour lasers a vapeur métal ique. Te modulateur magnétique suivant la présente invention no -4 q comnporte un ci rcuii t càompressi on magne, quje et un transformateur Te circuit aà compression magnétique omprend au mo 1 ns un -,ae d N appareil a c ompression d' i mpul si ons magnéti ques polir traiter une série d' impul sions él ectri ques dns ' in terva 1 e de 1 argeur d'impulsion dae la mi croseconde et les converti r en impu ls ions el ect riques dans 1 'i nterval le de l argeur 3 d'impul sion de la nanoseconde Te transformateur augmente l 'ampli Lude de tension des impulsions électriques de telle sorte qule la tension de sortie des impulsions électriques provenant du modulateur magnétique soit supérieure à la tensi on d'entrée des impulsions électriques appliquées au TL' appare i 1 à compression magnétique comporte des i nterr pt étages mu ltiples, 1 e dernier étage comprenant aul moi ns de:ux spi res (ou enroulements) Le ci rcui L comporte en outre un apparei 1 destiné à appliquer la deuxime série d'impulsions a un laser afin de produire ne série d'implsions laser qui correspond à la deuxi:me série d'impulsions an terme de fréquence de répétition En ut.ili sant des i n t erru pters co mp orta nt, aul moins deux spires dans le dernier étage dcu circuit de pilotage du laser à compression magnétique, la présente invention est plus compacte que les circuits construi ts suivant l'art an téri eiur. En utilisant un transformateur élévateur, des parties 2 du modul ateur magnéti que pieuvent fonctionner à des tensions plus faibles, et un rendement global plus élevé est possible. D'autres objets et avantages des caractéristiques nouvel l es de l a présente i nventi on seront d tai 1 A S en partie dans la description qui va suivre et apparaîtront en partie alux hommes de 1 'art par l 'examen de ce qui va suivre ou des enseignements recuei 1 l i S pendant la mise en oeuvre de 1 'invention Tes objets, avantages et caractéristiques de la présente invention peuvent atre réalisés et obtenus ?, au moyen d' une Instrumentat i on et de combinisons mentionnées en parti culier dans 1 es revendicat ions nnexees. O; Bl t'L, U L or úD ep S;ulaoq xii Uo Lsue'4 l W '4 LuesaljdÉla e o 1,1 'Su O L - sale W t 4 uassurot s TA Tp s'nlL Ld sai L '4 a b Iw' 4 L aou a N sea SS' L Dsq sap Sxw 4 ' 4 Lo 000 ' g W sa L,W? q Uos SUOno s TA Tp S'X'r ' 'td wsrl;d suc t L u L S UE' '' L o't Uoboaduu L -b s U a O ' " sap DX-s L 1 N Jrs Ul S 'i-> WO'4 bo Url '4 S; U( 1 I:Làe À L;am S t WL L i P ZD er', So Sa,u " i sEG-tu luo S Su O- s A Tp Sb L tod Stl ld Sa L ll bd wdmq a L 4 u;a'ci a SSS LOS''eq Ser XWé 1 ' S',L l O^ A,0 t, k e S ': UOS s-u O Ss F Axp s, 9 q ad sri Id S a L;U Lu e,-1 o 1 Lt af 4 u ic-do a ri s -euu Pv sé 3À o U L;' -dwo ktSk 3 r "Sig: 'S U: Lei Br:$ L,1u Lk 3 ?Pl>E Coé'éU 30 LOJ y nr U 14 xle u Ui 3 ', vr3 TUé31 d 311Ilf t3 'Lté 3, 'i;DU V S;p:MO su Ols EAFP S 94 lsrd Skxl sa 1 'k bda'4 e 3 LS sess Losqu Skp i 3 YS St 's,, 000 ' L S uo r 4 w UVS SUO-ESE Axp E S= 9, '1 Sd s Ild Soel 'UOLSUl 4 ' L U S,,:1,tr:E Sx 3 x 35 U U Opl_ O Se 2 p ox 3 r Ss L 1 S Ujô So 3 é 31 Lt UW'E Lg Sfv L u r: '4 Sx 3 la Y e l " OU o^, q u Lodd u F Pr Ib L t Luy 5 UW l J Jx ig-1 ',LUU i 3 e Url Sé 9 L ai 31 i 5 l 11 Loa O ' ll@}vr 3 u lu urr -3 l Vy, b UVa"Ué 7-L ue'km ae 1 an lnom e,,ap o-4 los, su,u) Sq 3 p UO Soulu O S i 3 1 Ié, V 3 1 US UFS Ap Sé t W' 3 lb 3 L'ti 3 Li 3 ' x,3 Lv'T t 2 d SE - Sx Vt SU 3 ' v 3-é 53 d 3 f L:Jst 3 uv sap qxv &irs |Illt Sd't I-43S k 3 pxtl'BL pU tt'4 S k 3,ai 31 f,5v U a k 35 'B k 3 k 3 a o L S r c a 'T i 3 E 3 r:o Tdl J C 1 i 3 î un '4; k 31 r 3 ' Un 10 o 5 U' ' 41 U Ilsk 3 v Te k 3 111 i 3 t 1 p i 3 E) llo d 3 'Tla à o 34 U L. 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4 L'4 SUOO L 5 U lod C; s Ull U' Uo, ssdd Uri o ato 25 w};s urll Uri uu -lss Cdddnus *vir L 'r u S lruo-. s L-l 4 da nle S 4 esu E PuS;L u' UpSC'4-ddsepu C SI Lea l t I E'",,'d,, O' l,}U 2 E C UC trd s E 4 ted E 2 'J Cp JU ', l, 'ED tn Tb ueq ' o O a-4 ep Su u S sep CSU' UOLS Seddw O Utl, 2 S LL t' 1- 9 V O ú 69 Z 12) Vwo 1 lt, Catint I 2 *Felu*w 32 *I 12 r * t*ior/ 4 *( *pf> z) (t) qlation rprese n e lea dans e noyau qui 4,-4 4 4- sont da re ge mmen proportionnellas all volume du noyau et son' éroi'ement fonct -ion du gain d'int rrupt eur On a donc Q 6 rchoisi des i nterrupt eurs mul t ipl es plut 5 t qu'un étage unique de compression à gain élav On n'a pas utilisé 1.911, N as pas Il'lis seulmnt Ies pertes dans le noyau pour déterminer la concep ion du syst ma, ét ant donna quae d'autres mécanismes de perte, teals que es partes ohmiques dans les conducteurs 1 I -e t I es partes di l ect riques dans l es condensateurs constituent uine partie significative des pertes totalles du Te facteur d'ancombrement (pf) affecte aussi de façon signifi cat ive le volume ade noyau necessaire et exige un 1 examen attentif dul champ magnétique entourant le noyau ma.gn- iqua Tes enroulements doivent donc êt re couplés de façon serr e au noyau, indépendamment du choix du matériau 4 noyau l Sélection du maté riaul maenét iique 2 Q Des valeuors raisonnables pour le gain se si tuent entre 3 et i en foncti on du choix du materiau magn iqua L es conceptions d'interrupteuir avec un gain de compression voisin de la limite inférieure de cet ordre de grandeur it.il i sant couramment des matéri aux en ferrite et les paramt r Es de calcul qui se situent dans les limites superi euiras imposent couramment 'uti isati on de ruhans agnt iqas et en part i ul i r de rubans magnétiques amorphes Cependant, le gain n'a été considéré que comme un des fa te rs int rvena N dans le choix du mat éria u du ? O noyau l, es exigences spéci fiques i mposées par le rafroidissemant, les limitations de dimensions et de poids, l'ancombrement mécanique (en particulier pour les circuits A ha ute te-nsion) et le randement exigé ont été aussi pris en considaération dans le choix du mat riau. On a choisi de préférance des ferrites de la classe Ni 7 N pour l'application particulière objet de la présente description, pour différentes raisons Ces ferrites ont une Op ulje uo r-1- z P EUOO Uc u O S L d J,Ll' -4 Uo S Et Ul Lri 101 U sae:p anql 't T 49 ut N 5- a W 4 nrp Sbr tlal '4 li t OO u S OL, Uit Ltp sel q 4 e s I 4 l:doudbi L kuu Ju XoSUNOLU s OUULi t sr- e lzlad l uwiau uaauo ar Z'T, l Duo wç b -emj (l 59-1 ll'qeép snlc dnlo'Jll'w'4 qtsa 'anb lu BD 1 Ul uo tt I Lun D 4 %SUO 'lu 1 11 59 U;DU O e Lt Olu S 11 lU Lr 'té Sll-4 'S Ut UL Ud Si SUB-1 UU'tt 111050 SO Ofl:3 sa-J aaulmaaa ap anod s Wsl t 1 u, u sptnrto L '4 uos -'4 u'-l Uo'C rip so o V Tg 4 s zn LT:> s' L 't -4 u Ltro i:? S'"U T:tit O Ei H L i Stl'Y sla:lna- t 1 Dnp S@l'zyc 3 Uwawc I S zq n p s;?U 3 ULWU 1 '4 ip:4 '4 UO UC sa N 3 aSab- oari t SST, ojazur,\+ 11 4 a -;Lut 3 ug) =lU 8 U: +éz ll-t Dap aideas ua 9 a 1 T-,uouw rip r 3 'SU ba D Lnb l Rtt= 'fl L'Ev^) ) (T> 4:)-ut')\'"=D; 11) 4 w/ZU T*" ( Z) z'A/u ""aa = ";oz : 4 Uo SESUOT:enbe s T-l s WUF od v 3 p UO,LSUB't v 3 Un 4 L 5 i 4 l g Ul q L v 3 Lg 1 v 3 U; 13 L Jp 't L'40 U'O}' O P sctu'e 3 Uri anod 'uoi '4 wa'rl '45-'4 Sod uo eib ij Ja edb S a 3 L 9 a-3 ui L Op 4 T 2;LSUV 1 t ap Sd Ulv 3 '4 Utl Irlod ao 1-4 v OP'B 3 J'''lt> D Ut E B 1 &I '49 SP U'4 -Lc I'eo Sv 3 at 1 L eu Lmaa'4 i)p g tn 1 l 1 i ari L tl S St,,: = LLI 1 L 4 to tu tp e L " 4 DS lJ 3 UO L'4 _ S Sv 3 SE Lttlad v 3 p Id vntl'4 L- o' 10 " i:e r-, L" d" -3 'v 3-B iit 3 't U L U'fi ' a,_ tat r-,1 la 3 '4 u te Ou L qu b r - uuo o L 4 so uo'J eslle 'tlo 5 lL, 1 r:ú-4 Uet 41 v Utl * 3 L Yv UO ' "= L L ' tl t 1 %u'=p Uv 3 d-, u uoi 4- l Lc It es} '4-eu su'Bp 'tllo t L LW 1 '49 m Opuuq Ou v'4 n 3 '} 4 ri U Ot 34 l,-, til Guronu a '4}' L Xa u k Lnl a ou vp nli' L u LI À 2 puo Dv 3 S Ol:LUB 'B Sll' L 3 an, eu I UO'L'4 'B 1 t'aq TBE ep 3 saline' Sv 3 p:Ti 0 L ZH>lg'7 41 utus Luuo L'4}'uo Url SIIOS OLA vp v 3 an 1 rrp v 3 tluol stll Ld +t éUB lr SS v'4 u'e'4 ao'm l "tql:-}Uv 3 U It SS L Pt J': a 3 p 4 "a;'Za eun:Tue-4 qo,p -49 xud TOGO ' ea T Te Sl S Dotr:TF Os, 9 AGT? snld n-e Tz;a -ep 9 infoi A -unnb qe 9- slSLOéS')3 q F;e Iu Im GAT 2 Ie 19 a a{v Urt-p lsods Tp Uo,-nb Ue T '-a Ttúu' Da 3 '4 U Wt D J Uv 3 u,& L 90 À 1 a 1LS*cr aa LVL L Ldul LS ar sts 3 '+Uv 3 mv 31 3 S EJ uo ll'' a r Ianv L; L 10 U 11 r a 11 ut 14 qa, Pp} SL u-L'B qu}u'48 uwa;Cl óa 4 L; v-}L '49 l b'4 u Di L rlodu-v S p sa-mqo,d-0 U v U 4 ' L} '4 Uo' '4 UQZI Utll rn vt O Ual Id Tn a 1 BD-1110 U Lu O t' O lv O l U'L '4 UUD '4 UBI ll O'J U OWII Url tl U 3 a ' = t'St 53 P I. 9 V O ú 69 Z 1 f réaliser le gain recherché et de répondre aux valeurs dé, terminées par le calcul de la construction électrique T La constructi on mca N i que répond en outre aux exigences imposees par le refro idissement et le fonctionnement à 0.5 haute tension On a employé une méthode par itération à plusie;urs variables qui a t,é mise en oeuvre au moyen de tableurs sulr ordina teur. E'n ce qui concerne les dimensions géométriques du noyau Loro dal, es équat ions utilisiées pour la construction mécanique sont: Vol, Caina, Z*p ctw 2 *it-t*l 10 O/( 4 *(&P, *pf)2) ( 4) T, a t=tir * t, 2 * 1(n T /( aigu il -1, T, L, fz a,,,, ( 6 j = NLî*An SPJ ( 6) Afin d'assulrer une performance en fonctionnement correcte, on a fix é un temps de décharge pour fin étage donné égal ou inférieur au temps de satration donc de blocage de l'étage suivant, cette relation étant conservée poulir chaque étage de olpression duilmodulateur Afin de réaliser ce chevauchement des temps de saturation et de blocage des i nterrup Leurs cets ilajcns a été nécessaire de calculer pli uzsi eurs i térations lors de I a conception mécanique du modua ur dsans son ensemble Seule la dernière i tération est mentionnée dans la présente description. ion du premier étage Ta tension de pointe de charge a I 'entrée de Co a été choisie égale à 20 k V (z 8 joules) Après y avoir inclus les pertes dues au circui t ' f inversion du thyratron, la tension de pointe de charge sur C 1 est d'environ 19 k V. Avec un gsin de 3, un temps de conduction du thyratron de 1 lis, et lune energie d'entrée de 7,2 joules par impulsion %(déterm inée a parti r d'itérations précédentes), la construiction électrique pour cet exemple de premier étage donne les valeurs suivantes pour C' = 40 n F, Ceq 20 n F, A t,Il4 O N, CI 2 f T,2-hg = 330 ns et Li-sat,5 50 n H. En ce qui concerne la construction mécanique, uln tore en ferrite a été choisi avec un a B z 0,6 T (en supposant un courant de remagnétisation continu) et les dimensions nominales 1 H ot.enu S sont 101 mmpor, ,1 4 mm pour O, et 12,7 mm pouir 'épai sselu r T, facteur d'encombrement de 0, 9, a.uortse der peit;s e spaces en r le S tores indiv d le s pré vus pouir 1 e refroidissement et est calcuilé comme étant OS égl la l;rle totale de la section droite mgnétique divis ée par la surface totale occuppe par les spires de L 'enroi 1 ement Di ffé rernt S ferri tes répondent, aux paramètres de construct ion: CM, 5005 de Ceramic Magnetics, p T-1 ll oe T Dn et, "- 7,D de t ackpole fqui ne produit plus de Io ferri tes. L Tes matériaux magnetiqllues N 'atteignent leur perméab litélh de sa trati on é-gal e à l'unité, que lorsque le champ HT est éegal à plusieurs dizaines de milliers ampères- -r par par onsqen, on a choisi uine 1 va leur moyenne calculée sur le temps de transfert de 1 'énergie totale 'dtermine expérimentalement comme éta nt, -environ 1,9 à 2,0) En substituant ces valeurs dans q'Fat iî (), on obtient Zo O 3 m 3 Ce volume n-cessite un empilage de dix noyaux toroïdaux donnant ainsi lne slrface de secton 'droit e combinée de 3,23 l 03 m 2 On obtient à partir de l'Equation ( 6)un nombre de cinq spires (arrondi à partir de 4,9 spires). Mé.can i quement, les spires de ' interrupteur sont const ruites à parti r de tiges en aluminium d'un diamètre de 9, 375 3 m positionnées supr les diamè tres intérieur et extérieur des t ores en ferrite et en ontat, avec ceux-ck. Aux extrémi tés des empilages de tores, les tiges sont fixe- S au moyen de vis a une plaque de circuit imprime comportant des éléments à gravures larges (aà faible inctne) qui connetent les t- iges extrieures aux iges intérieures correspondantes, complétant ainsi le circuit ali,to d nd oyul T Il est important d 'enfermer le noyaull de ferrite aussi complètement que possible, afin de réduire au mini mum i'In c ane de fuit e On emploie par consequent ? qla tr Fe jeux parall èles de spires Pour enfermer davantage le noya u, on ultil ise deux tiges montées éle ctriquement en paral lèl e pour l es spi res exterielures Les plaques de é>DU 2115 'i 'B tu wl Ua U 1 @'UOD Se 2 uuop tiaq * I '1 '2 '4 W Suw 7 n'B Srp 02 és W sp Se DUT-pzgd U S Oe L uud b Ojsç,s prom îE) '1 Ot E' ';p '4 WB' S I '4 saquag 2 le sduo'4 î p sd a L Lqu u Eu; L S:%uuo in ad -& suo' rt'4 Trlagpt SUOD 52 tn 5 2 p 'b Laro' O-uwu '4 "u 'O 5 B'4 Jal 11 Lci rip U'JI'} 1-Dtr-''l "s Ul ' B L a p LI" L't 1 ia d O -1 O Ul 'U a Ur L L L 'U als se se 5 'vq s Ga 4 ri' sap uo L 4 Dtl'4 S Uo D 'l L p uo u,'4 d L lt Sp w,1 s 2 ea'4 l m LS L O -4 @ l L m lxnp S p U Ot L ot,la OD 1 s-al:}ui-nrq 4 uooal 9 u -lw'4 o'4 nw tiuk* 4 qo arnod salalp Wac I-r 1 z t O" Sy + L -svd-5-st 7 Sx?"le v X:ku'B P' X SU D O Pt U a 1 t' o '9 "-q' & L 'p -, Z'4 'LIUD XS'T 2 b L d S arI''B 52 |; 1tU Od,54?} DU-L UIt 1 t UO,S Lri-ea Ut ( 1 OS r-d l LtisaZ Lu u CI xn'le '4 uog s T'4 S ' u T a'1 q 12 '4 u}I(l -c Id s-s, L L Lu,' a W 1,o lit Ltin'SIope'}u' r,1 t'ibL W u ?'JU:" u S'=U"""='"' sag ' ( * 94 u S a seqri 4 sep ' sa,-4 52 p L S'S Li' L l' ' d seln Au sq aw T a llté 'S 4 ' d MO "U UUL XO L D'L SED 'B+ 2 rr t T 52 p( J 'oci ^;?w'wa-'t':p L; 5 ta J:t 174 jc U'E Je U Si t tl'td a u'o b uv isuv o= 4L 'dl S?ll 9 L ' s' u EDO -U-L U;^LS L' lv 1:SUV} a v L u}uBw'B'S naaeu l 4 e D ' Sas Lgaluv 4 S-&LU 3 pq l's ar O dna O 4 -3 'B O a r 9,14 u 00 a t a Lu B J P Owa Utl'r B (' L -ai T 6 ur 1 JE; suql 1 jjoud Uri W U'B A L t IS lrt Lds s Ez a d S E-t Ll L-,','- la S Un 1 D U Uuop St u Oqo Io ''U 4 i W tts '1 À -la S lU S LU-4 u L S-41 il' o 9 V O ú 69 Z 99,-,,taf99"à LIP 1 10111 OH-111 SI-1 I-101 O " _f G v _f&1 L -f il -t, 1 1 1 ***:'o 5 ' 9 Z: ef -iut'd ap =CU,= L Se'1 j ?l>, Lg 9i-'I g ' dl*A -fq ua uo L tti D"U fiouPXlJe L vt DIIU oLU t'led S,22-1 n lBD 4 G i 9 i 3 at Lui: S J S Jsoo S Lb ri be 9 L 1 St a -rilb dk a t DWL 1 d WL S'd L ti OJI LU' 2 p serib LS-ld sep aud saoalc Du It du uos,,,n Lu LE 1 L lp Sa 2,B 1 Lf s U L ett 5 eu ue O' aa tmua Lt dll ap eti Fb 2 'S U e 29 U'49 1 '2 LL Bl i 9:L'Liesar ata>LL wasg+ awel sioi'2éew ",xipS' pert SLU'U U WUOL S,-,1 -,. n'(e lq9 -l SU'Bp q U Uop '4 Ss,:o z'L s-4 L ' L U i FoS?Ln; 3 L'U S 52 p 'd - " p lea ruu lOAsupi * ' is,' uxnup np araiua:p a Le 2 ut, l 4 aus Tnpa '4 u uo' r-'4 'unq's os ='"npof a 2 S ( Sa tlu'4 B S UU p UOU s 2 | sup saa 2 G X 'l-B Smlp) Idaisuza 4 l B S d Sl ws a l s I?m %ulo'f ap a 'llA S BS LU Ls}g' t D up SU OU xrll V À osua LE an bsuo O q o L p uo u/rib aÀ 'O S u; Lq,-C U U -1 npo- 4 u BL-rioo rlp ut'J;JUT'1 BJ -d SUO Il Ld L'4 lll Ul;cd 'd U 1- 01-r O'b ua S'},UO Lclw l''SS'O Sprr W 4 ua Lr L-2 ^Lrlbo aouu-B'sis' L u 1 _*,1, L 4 e 4 Uo Uo-Lrl Oa Uo,-L GP O'Du T-4 s Lsaul 'L ' Sb; 9-L Id O Idd'B sa'uimboulj sari nd'LII Lu Dsap10b S> a au J SdSO' Wia'; a 9 À a UO uo ZIUG 3 59 sa 41:M; 8 ?b Lp Id Wo ssadd-a P t; l L t 7 'O L d se"uu Lf 1 ' 1 I 11 p Li - ttr e L i-u a LI p u u of l' q.d qa Glu 'al-nqlujs'Lsup"lai:gwak"p duf 'p' ' 'p' 'b :Iu u u 'u e t t 9 V O ú 69 Z uuu Ll,u O O lt UUU, aue I 4 v H CI U Uv' * M M,ILmlt WlIUU t Ul L 'U 1 ' mul 9 'W{, W, U '" | -'A G Lï-a 6 Zl _; A 6 Z'I () Luu t t Loj m= LZ I 'fazI t LmL l l -n ug' L Olmmu g' l OLm, y'l - MW 9, Lo's u L 9 u W D w T{.sb J, 9 y O v l bi- , 9 U 'el, L 9 '0 -u HL H" l 9 Hu 91;Lt 7 l'='' 9 '09 y -" ou v O:,dzu'' , ,;-L, o,,=avl; SU Li SUZ bu Lno 'u cp S'diwc, " u b S u v ZE U66 u L'" l'J '' -ulp a U Z y +U O V, r U c 4 tultln 11 Vu au fi I V du:V i-pt U 3 *tr'll u," g I 7d,,T e: 2 U U e V ' e an Ea:lsuepuou np aielel ' S-lqlwj -et icp, n Ly at Ilufac ldils:4 S U t'u al **a*t as'e**ao Su'e__, " 1 t ssume,dup ldmt ad el;LO p; O m' Lo Lr U** al: Fmao Jsuaq lip aitau Itid tre @su'eu'd J au 'g 1 ** U Ot'4 *'o{IUU'm'JD eld '411 ','U ' l t'J up SE'} 4-ed s EL s,,T-"e * (uolmlm sa' EUO S- l r u) (uo:sitl,,, t ad S Uln U u='t)= }U*'UI IO,/U 'SU'Et' ''B" =S ' e ( UU ':Et:ta-,,, Iti a -t IIUlr u U) t LI {OU -e L sutlp" 'e ';s ( e,,/s t"o C ul) tut,:u Ll su p uutq ud t ES l G tl'J O; t SU" L'a" -f 9 V G O zoom l 7 r 9 () ( 1 1 j uo'v ZZ'O l O'() OM. i O 9 O Lolo g- r J 1 o till- UU t - I 1 (N U L IL 9 V O ú 69 Z 1)n t pr - em ment est, aussi utilisée pour le Lransformateur. Tnt- Err;pteur principal Le mode de réalisation préféré de 1 'appareil modullateur ma.gmn,é i que S Ul vant la présente i nvesnnti on comporte un interrupteur a fermeture asservie Les paramètres preéférés 2 d de l ' intrr pteur sont donn S dans taeb eal S LT a disposition initiale d'ensemble utilise avantageusement lun th v rat,, ron uni qlue pour cet interrupteur et un circuit magnétiqua d'appoint insé ré entre le thyratron at le Cond Aensateur fo pour rduire la dissipation d'anode Fn 2,5 fonctionnement, la tension du thyratron tombe au moment de enclnhement, mais le courant est retarde par le circulit magnétiqlue d'appoint, rédu isant ainsi les pertes à enc lenrchement Con urremment, un pl asma se di f luse aà int,érieur du thyratron, ce qui permet une utilisation 2 t À plu e Fus tv e a totalité de la calthode et augmente la durée de vie utile en fonctionnement Te circuit d'appoint magnét-ique foulrnit un temps de saturation donc de blocage d'environ 200 n S à la pleine tension. Le laser consi tue par rapport au modul ateur une charge très inductive non linéaire 'Il n'est -pas possible d'alimenter effrcti vment, le aser en énergi e tout en réalisant simu Itan-ment une émission lumineuse maximum Ce couplage Ol inefficace a pouir effet qu 'uêne quant, it S, anntie lle d'nergie est réfléchie depis l hrge vers ' entre du modula t eur, ce qui rend 'i nterrupteur principal passant pour une deuxieme impulsion de courantr t 'mplitude de a o M Xi,,me impuilsion varie en fonction des paramètres de cha rge S S aect ionnés, mais est approxima-' iveent égale e tiers de l'impulsion initiale et est essentiellement de meme la rgeur que la, pemièr-e impulsion L'int, ervalle de temps entre les deu P i mpl plsions de courant est d'environ 1. 1 N ji S l 1 leine ns on aesoe f onctonnement,Le deuxi me passa ge e courant emmagasine 1 'énergie réfléchie sur Go o; ce t e énergie east di ssipe avant I mpulsion de cha rge suivante Un circuit 1 imiteur a diode est placé entre les barnes e Go (non représeant) et dissipe cette énergie. Tableau 4 Paramètres imposés pour l'interrupteur déclenché Tnsta ilit é 5 000 MTPR Tension de fon ctionnment 20 k V Taemps dcie rét I hlissema ent, depuis la premiere impulsion de courant Gourasnt moy en 4, Ampères 9 t 1 Circuit Hae charge Ava ntageusement, le circuit de charge pour cet appareil molat er est una in-duct ance saturable qui charge Co de façon résonante cettae inductance situiée entre les hornes d'j une a liment ation CC, régulé de 1 t O k V et l'anode du thyratron a un temps de saturation d'environ 70 lis qui a.ssure l e rét abl 1 i ssement du thyratron A 1 a saturation, Co est, chargé en résonance jusqui'à environ 1, 8 fois la tension d'al imentat ion à CC par 1 'intermédiaire d'une diode de hlo;ag en se rie fnon représentée) en environ 70 lis Au couirs du cycle de charge, le circuit magnétique d'appoint est,, ema résn- s. Ci rcuits atuxiliaires Rn vile d 'un fonctionnement correct du modulateur, I 'instah ilité de 1 'impul sion de sorti e devrait être *n inférieieure à deux nanosecondes afin d'être en mesure de syvnchron-i se r les impul, si ons liumi neuses de pl usi curs sers. L'instabilité pelut tre caractérisée gsnéralement ous deux formes une instabilit é d'impulsion a impu 1 sion et une dérive à 1 ong terme,a dérive à long terme est due à 1 'éch f des mposants, au vi ei issement des interrupteurs, etc, et est supprimée par l'utilisation de ci riits de has niveau qui ajustent 1 'impulsion de sy-nchronisation qui pilote le générateur de commande de nt er pte r principal. T,' i nstab i i té d' impul sion a impul sion dans les mou l a L, eulrs magnét,,i ques st, dute à deux causes principales: des di fférences dans les tensions initiales appliquées aux con ensa t-el-irs, at des variations de,B sur 1 'lun quelconque des atages de compression Un quel conque des différents f procéd 3 s de commande, ou de compensation pour la sol' uion de ces probl mes peut â tre uti 1 isa et sont décrits ci-après. i rcui de remanéti sa i on et de polari sati n Après 1 'impul lsion de décharge, chaqiue noyau magnétique est ramené au même point précis sur la courbe BH avant l'impulsio N suivante fn d obtenir une val eur maximium poulir Bs et réduire au miniimum le volume magnétique nécessai re, I e no au est remagnéti se en saturati on négat i vea T,' apparei 1 modulateur uti l ise un circuit de re -ma g sa t i nà, ,onsti t Ié par line source de colirant Ilne al imentation en tension isolée avec un inducteur impo t ant,) qui es, couplée -chalcun des noyaux magnétiques a-u moyen d'une spire uniquei sans contact montée à travers les noyaux Tla tension induite a ux bornes des noyaux par le C Ircl I Ft de rema ntiston amène calui-e a une sat- titon négativ et,, une fois saturé, le noyau est polarisé en ce point par lae champ H i t par le (C' Tous les étages n O sont m aintenus à lelur point de polarisation afin d'obtenir l'insf abilti 1 la plus faible Te olirat ondl entraîne de f a ible-s variations Ade AP mai s, s'il est nécessaire, ces varria ions peuvent êt,er reédit es en a gm en an, L' 'amp Ile du iou irant pouir pol ariser les noyaux au-d elà de la S tu ra t i on. Circuit de compensat i on de 1 'instabhilité -n polarisant, l S noyaux, toutes les capacités, l'e xcep io cin de C, sont complement décharges a cours de I 'inter v-a lle ent re impulsions at par conséquent ont les memeas c ond itions init al es qul a déb ut e 'impui son siu vanfte Ceci supprime pa rtout I 'effet dû à la variation de t ensi a lec ton a 'de a capa citeé d'entr T,'instabilit é dans le temps, tdue aux variations de ta e-nson de cha rge de pointe, v 1 s Ur no est donnée par 1 ' Equation ( 7) t,." rpv rpS le ou' * -o L-Op est le retard de propagation total a travers le modlll Jt r 1 &ci perm et UL eni r une,coni, ion présent ant un temps de retard de propagation minimum de A A Is i t tils +, lis 0,11 l S) ? a pl aine tension ' fonctionnement Si 'ali mentation en puissance à l'entrée comporte une régltion de tension de 1 % et si la charge resonnante a iun rapport él évateur de tension =l, 8, R l a t ' i i I m lrnimm est, égale 3 ns ( 0,01 * 1,0,* 1,44 O 1 '1 1 8 * 0, 5 'l,AA is) ce qui est ina cceptable Cette instabilité peuit être réd i e en réglant de façon plus pr-écise l'alimentation en puli ssance Etant donné que I 'objec ti f final est de s Vnchror i ser les i mpl;l si ons de sortie de différents' modull aieurs, une approche diffé rente plus avantageuse s compor,e l ';til isat ion d'uvn réglge en temps ré el de la synchronisation d'impulsion A impulsion de la commande de l'int errupteur principal pour compenser les variations de tensi on suir j r In '0 ec i -s r sé en deétectant 1 a thension de charge d Ie Co et en a vançant t ' i nstant ou se produit I 'l AP, Cl e m Man S i tension,de Clarge east inféri lure A la tension de référence ou en retarda nt, 1 'imp;lsi on de S omma nd si la tensi on de charge est supérieure la t ension de référence I Une explication ét:llée du circ uit, spécifique "tilisé o modul'ateur à-. a'Ilgapoulc c F Secu m odulata utr est donné e da ns un article de T V i l I et D C Ba 1 l et al. concernant une "commande à réseau f iable d'un thyratron a l O f rquien de Ae répétition l evée utilisée avec un modulateiur L V magntiqe' Huitieme onfr e nce Tnt e nationai e,de 'TEE sur les puissances pulsees, jluin 1991. onnnc As ra at, v esa eormance La performance du modul ate ur est dtrmin e Aa partir des mesures de tension effectuées en différents points Ces osci 11 ographes représent, S sur I es F igl res 'A i SD ve ri fi ant 1 a ct Ilurs cal 1 cul ées pour 1 es temps de sat L, u- t ion et d t f nsf et es pertes sont a S Si en onordra n-e ave c le calcul, 'exception des pertes dans le circui À de 2 o "mm-t ati on qi sont supérieures c l les prévues T Le randement globbal, d fini comm etant l'énergie fournie a îa a e dn laser vivis e par l' nergie d'antrae, est d ' envi ron O % / Etant donné que les expériences ont-commence en 1985 environ, O 5 mou 1 lateuirs expérimen F aux de ce mole ont subi es L essais pouir une durée accumul ée de plus de 950 000 heures. Etant donne que des modi fi cati ons ont e, é apportéees A part ir de 1 'expéri nence acquise sur le mode préféré de r l i sati on, 1 -MTPF i modl t etr ai pu déj A être auigmenté- depuis quelques centaines d'heures l plus Cie 2 500 i T' îCîAi Cri, l Durée de vie utile die l'interrupteur T'interrupteur principal est le facteur dominant qui limitle le,TP F es thyratrons fournis par TTT, FEV, et Crossatron Ade -lugues peuvent âtre untilisés dans ce modulateur De prférnc, un empilage de redresseursà haute tension à commnande par semi-conducteur (SCR)devrait être utilisé comma pice de rempliacement directe accidentelle pour -es t veratrons es dé,ta Is et aut res paramètres oncerna nt, ce, interruipteur sont donnés dans une demande de brev-veIFS (YL 8663; 195/203) ( TT-6 r n z Ainsi, uin circuit modulateur magnétique améliore a ét, présenf éeat décrit et, ast destiné à uln laser aà vapelur métalll i que presentant uni longue durée de vie uti le à des I.e Rnon S él Fvées' di, puissasnces moyennas e -:s t a des fré quences de répéti tion élevées tout en répondant aux fi ga ce- S stric-tes qu'impose l'instabl i, a des-ript'ion qui précède d'un mode préféré de r.lisa -ion de l'invent ion est présentée à t itre d'illustra t ion et de description V Elle n'est pas prévue pou ir,tre a e hasti ve ou pour limiter l'invention la forme précise d carite, et bien entendu toutes modifications et va ia ions peuvent Y tr apport es la liumiere -s nement S préeédent s Par exemple, a 1 présente i.nven on peut etre utilisée avec des moyens à th-ratron à sem-i -conducteur pour produi re la première série pmpl ion ns e ectri ques T,a pr sente i nvent 1,on s I constituée par un circuit de pilotage d'un laser à e,.ompre assion magnéti qu Le uti 1 i S pour des l asrs a vapeur metallique teals que des lasers a vapeir de cuivre, ainsi 2 qlue pour ds lasers à gaz rares De meme, ta presente invention peut et re appliqule à toute charge qui exige des impulsions de pilotage à haute t rtension. Le mode de real i sation choisi et décri t afin d'expl iquer au mi elx les principes de 'invention et ses appl i cations prati ques parmet aux hommes de l 'art d'utliser au miex, l'invention dans différents modes de ra.lisati on et suivant diverses modifications adaptés des u;sages partiacl lacrs envisages T'ojet d l'invention est défini par les revendications annexeées. Po L'FYV',t T-ATT m NT cl' 1 Modulateur magnétique caractérisé en ce qu'il comprend: in appa rail l, pression A, m i o, ns persev N d m en a 4 entrée uine prami re série d'impulsions électriques ayant une pl ami re lanrgeud,', i mplulsi rn et ulne a i tre Ampli' J et un-premi ere amltd de tension et émaet tanten sortie une daui ?me série d' J;mp;l 1 S i on e I actri ques rnt une deu i me argeur d' i mpulsion et, ladite premi r? ampl itude de tension, da ns 1 ln leqluel 7 ladi te pre mir larger umprl Sn ast de dlurée pl Is longue que 1 adi t e delxi ame l a rgeur d' i mpuil si on, un transformateur ( 150) recevant en entrée lesdites'deuxièmes séries d'impuilsions électriques k ladite pramière amplitude Ae on et émettant en sortie une troiim série 1, d'impiulsions élecft riques ayant una deuxième amplitude de nsn, ons l aquel 1 a i r exi èma mup i e,Ie de t -ns'ion l._,I OFT,: 9 Il LA, t r est siupàérienira A r l Ait e premiare amplitiudae de tension, P ai t-rtaa in t,m t,,,e,,àt antinfrans,rma e, té'V a-Ie Cu /r d 'uin r L pport sîlpérie ur A 1:1 2 Nfocl'1 ataer,magn tiquesel onla revend ica tion1 caractérisé en ce que ledit transformateur élévateur a un rapport sup ri ear À 1:2. 2 M odul ateur magnt i que sel on 1 a ravend ica ti on 1, caractérisé en ce que ledit transformateur élévateur a un rapport supérieur à 1:3. 4 Système de laser à vapeur de cuivre, caractérisé en ce qu'il comprend un a ppareil g N ra-t r ' impulsions pour produlire une premi re série d'impulsions éleotriques ayant une pramière la.greir d'impilsion Ct una pramiera mplitude de tension, t utn modlulat aur magnért ique comporta Lnt uneu p 7 lura 11 i i, l'i nterruptîp i rs magnt iques ( 50 le A 401 210)r c;ha cin desit interrupteurs magnétiques comprenant au ris u;ne c- pat r t t a,, mrons line Pn a Lc,t t; l escd i t Si N terrupteurs magnétiques ayant une t.t t N 5 T on tel 7 e qul ' i Sra çoivent en en tre 7 as i, es premiàres séries d'impulsions électriquies et qu'ils forment an ort ie; na série J' implulsionsélectriques ant une -' t rger t' m pS l 1 aditedeuxi eme la areur d 'impul si on t ant de durré pl us court e que ladite première larges, t I' impl sion S un transformateur ( 1-50) construit à Rartir de plaques et de s tgs -, tri m, t, OO N rpces di spo -ses a u vo 1 I nage imm di n t ' un noyai l magnét,i que, Id i t t ransformatel ur ayant un rapport d'élévation supérieur à 1: 1. Système de laser à vapeur de cuivre caractérisé en ce qu'il comprend 1 N un appa rei ga N rate ur i mpul 1 i ons pour produire une premiàre s rie d'impulsions é 16 ectriques ayantf une premiere largeur d'impulsion et une premi re amplitude de tension, un modu Olateur magnétique comportant: une pl ura lit,td'in terrupteurs magnftiqua, , haun desits i nt erriipt, urs mashn tiques comprenant au une pluralité d'interrupteurs magnétiques ( 50, 140, 210) / 1S l,s nterruptaeu rs ma, gnÉti ques ayant une o 1) - 'r'i' config; tîrs; son t e qu i f u ne serl 'i mpulsions lctriquaes ayant une d-auxi me largeur d'impulsion, la dite Ana lxieme la rg uir -d'impulb ion q ut e dur que ladit e premiera la rgeur d'impul sion, un transformateur ( 150) construit à partir de plaques mé.tal liqueas et de tiga es métal 1 iques di sposées au voisinage rmmela L,d'u 1 Nnovyau ma gnéftlquel,,li,, tt e r ayant un rapport d'élévation supérieur à 1: 2 6 Systéme de laser à vapeur de cuivrf, caractérisé en ce qu'il comprend: un s ppareil gxn- rat ur d 'impulsions pour produi re une premiere sé ria d'impulsions lectriqu es ayant una première largeur d'i mpul ls ion et i une première a mpli,tu-e de tension, un modul at eur magnt iqua omportant: une pluralité d'interrupteurs magnétiques ( 50, 140, 210)/ chacun desdits interrupteuars magn tiques comprenant au moins lune cspac;,t el u, moins luna i nuctanc r, S q infllp, l% an fi ques ayant uine d ' lesdit S int trru pteu irsmagnétiques a nt une con figu rat-,,on; eur permett nt de former une serie d'impu lsions électriques ayant une, deuxiàme largeur d'impu 11 sion, la dit e deuxime largeur d'impuilsion étant cie ldré e pluls e que la It preml r a rge r d A'impu ilsion, un transformateur ( 150) contruit à -partir de plaques métalliques et de tiges métalliques dispo- sées au yoisinage immédiat d'un noal ma'nétique, l'edit transformateur ayant un rapport d'élévation supérieur à 1: 3. 7 tlt 4 t lat eulrmaSnett qa A ftages multiples caractérisé en ce qu'il comprend: une pluralit d'éita ges de compression d'impulsion et au mo n: Iln é tae die t, rans formate lr, ladit e pluralit i d'ét a ges de compression d'impulsions co prenant, c aun a l N nu cap a et u moins une inducance et étant adapté pour rédufire &l largeur d'impulsion: es ipulso N S éectfriques appl i qluées au m odil ateur magn, il que, À f étages multiples, -1 _ a f-J t-T -rè T-An STc u li+ 1, e Lr_ 1_A l ledit C, n 5, mul ipls. R Modulateaur magnét ique à étages mil Itiples selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit transformateur comporte un no Yvau ma gnétiqu e t,ro lal ( 160) 9 Modul a t e ir magnfti que à étages mul tiples selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit transformateur comporte en outre des enroulements constitués par des tuies ( 185) conc Qntriques électriquement conducteurs, des tiges ( 180) 0 él ecriq,e, ondctrices et, des éléments en forme de Pa.l c r lectri lement c-onduicteurs r' IL' Modul ateur magni iquie à ét ages multiples selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit noyau magnétique t oro idal ast constitué par un matériau en bande amorphe. 1 Il,fodulateulr,1-v magnétique éage m l tipie selo 4 N la revendication 10, caractérisé en ce que le ledit matériau en bande amorphe est constitué par le matériau Allied 2605 53 A Metg Ilss 12 Modulateurl magn tique A 4 tages multiples selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites inductances ompo, ent es n, yax magn-t i ques toroïdatlx. Os 1-3 Modulateur magnétique caractérisé en ce qu'il comprend: un premier etage, un deuxi ème ét age et un troisième ?.t-,g? ( ' 0, 42 O - 0 14 O> chacun desdits premier, deuxiame et troisième e 4 tages comprenant: une induictance const i tue par une plural i t de noyaux Iqes, or i l^ et pa une plural -it 4 N d'enroul ements 41 l ect ri quement conductaeurs ori ent S autour desdi t S noyaux magnét te S CS et au moi ns uine capaci t,? e N contact ? 1 ecttri que avec l ad ite 1,5 i r;uc acce 14 Modult at eutr magneti que selon la revendication 13, caractérisé en ce qu' un desdits étages comporte en outre un transformateur ayant un rapport d'élévation s p ra supe rie ur A I:I 1 5 M dul sat 3 eur ma gn 4 ti quae selon l a re vendi-cation 13, d-an s l ce, leu i ef pl ural, it, de noyaux magn 4 ti ques toroïYdaux sont orient S le long d'un Axe commun et lesdits anroulpmeant S ecl e u met conducteurs sont consti t U és pa.rti r d' 4 l éments conduct eurs en forme de tige montes psarallàlement audi t axe commun etld 1élémentsconducte s plans orients dans une direction orthogonale audit axe 16 Modulateur magnetique selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits noyaux magnétiques toro Idaux sont 02 consti itu S par uin mat riau en ferrite. 17 Modl ate ur m Agn i sel C Ati on la16, caractérisé en ce que ledit matériau en ferrite est un élément de la. cl a ssea de S Feri t, es Ni Zn. 18,Modulateur magn t iq e, selon 1 a revendication 13, caractérisé en ce que ledit premier étage comporte en outre un inf rrppt e ur a encleanchement pi lote. 19 Modulateur magnétique caractérisé en ce qu'il comprend no un pramie r a ge, un deuxiàma ét age et un t roisi Cme ét.agea( 40, It t -(-90 chacun dasdit S premiar, deuxieme at troisiè ma, tages compraren,: ()" une i duc ance c onsti t uée par une plural i té de premiers rrl 'agnétiqes t orodax c,onstis uéfpartir ade ferrite de N i Z N a t orient es ale long d'uln axe commun, et unrr 1 pl rr, r al i t- 1 ' en r o F rent S ns ec r i que-ment c n" uct, eurs ori enté S au 4-to r desdi ts noyaux magnétiques, lesdits ()N r osl mportant Iees é l ément S,onduc cteurs en forme de t i ge para 11 àes a laudit E a xa commun et des éléments n N e rs pl ans ort hogonaux atadi t axe commun, una pl tira l i t e da condensataeurs en contact l ectri que avec 1 adite intruc- anca, lesd Aits o ndnsateurs ét,ant consti t ués par de l a eramique au ti tanate de strontium, ledit deuxième étage comprenant en outre un transformateur J 150) ayant un rapport délévation supérieur à 1: 1, ledit transforanteur comportant un Aeut xi ma noyau magnétique t oro Ydal constitué à partir d'un mat, riau an bar;nde a morphe t d' enroulemnts électriqueme nt condrtic Laurs onstitues par de As léments conducteurs en form e de tige p-r l 'a'x 4 deuxi ème noyau ma gnt i qu e toroïYdal et des éléments conducteaurs plans orth-gonaux au dit ax-e dud it deuaxième noyalul magntiqlle 2 M toroïdal ledit premier étage comportant an outre un interrupteur enclenchement pilot é aan t 1 N circ 1rit magnt, quea d'appoint C 2 o/ , Modulateur magnétique a ta ges multiples selon la ? O revendication 12, caractérisé en ce que lesdits noyaux magnétiques toro Ydaux sont consti t ués a parti r d'un matériau en ferri F e. 21 Modu 1 at eiir magnétique à étages multiples selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau en ferrite est un élément de la classae Ni 7 N des ferrites. 22 M'o"ulateur m agne i que k étages multiples saelon la revendication 21, caractérisé en ce que chacune desdites inductances À1 t ae 4 4 unqs G ( 091)n;eppo;sue;;opa l pe nb go Tue-. ó T UO 1 ' B'3 D lp Uj Ae,/ 'd t UC) le S el 15 t '4 t U' Km t 11 ut L ' t 1 l 30 ' a l, lr Ui L E 4 O) U 4 Xto J Ue rp t I'+t U t 't'JiV'i UO ' '+, 1UIf t,l@''''5 U:, t J a13tl Vc xr 1 lploa O J S 3 't Stlb g'3 U'lU 1 x I Ulw'X u p) '4 L lw'in i un '4 aodu Io 9 t 70 E 69 g