Brevet FR2029351A1 — publié le 19701023

B'invention concerne les installations de lampes à arc utilisables notamment pour les projections cinématographiques ou de diapositives, ainsi que pour l'éclairage des prises de vues. Elle vise à réaliser une telle installation qui, tout en fournissant une grande quantité de lumière, soit d'un encombrement considérablement plus réduit et beaucoup moins onéreuse que les installations connues. A cet effet, l'inventeur a pensé tirer parti d'une lampe à iodures du type t'CSI2' fabriquée par la société PHITIPS et mise au point par cette société pour fonctionner uniquement en courant alternatif. Or, pour les besoins de la projection cinématographique, une lampe à arc alimentée en courant alternatif ne peut pas convenir en raison des effets stroboscopiques qui se produiraient. L'alimentation d'unetelle lampe en courant continu posait un problème très difficile à résoudre. a présente invention fournit une solution à ce problème. L'installation de lampe suivant l'invention comporte donc une lampe à arc fonctionnant en atmosphère gazeuse complexe avec amorçage en plusieurs phases comprenant, au moins, une première phase d'ionisation ou amorçage, une deuxième phase intermédiaire produisant, avec certains des constituants de ladite atmosphère, un arc d'échauffement, et une troisième phase de fonctionnement normal produisant un arc d'éclairage dans l'ensemble des constituants de cette atmosphère, notamment- une lampe du type dit à iodures, et un bloc d'alimentation en courant continu qui comprend, outre un redresseur limiteur de tension et un régulateur d'intensité, un circuit d'amorçage avec un transformateur capable de fournir directement à la lampe une tension d'amorçage, par exemple de l'ordre de 800 volts, des moyens de coupure automatique de l'alimentation dudit transformateur d'amorçage en réponse au passage à la deuxième phase de fonctionnement précitée, et une résistance de contrôle branchée en série dans le circuit d'alimentation de la lampe, la valeur de ladite resistance étant telle que la chute de tension dans cette résistance soit plus grande que l'augmentation de la tension de l'arc passant de la deuxième phase à la troisième phase précitée. Grace à une telle installations on peut faire fonctionner la lampe en question dans de très bornes conditions, non seu lement en régime stable de fonctionnement normal, mais aussi pendant toute la durée de son amorçage qui s'effectue par phases successives, sans incidents ni risques de désamorçage de l'arc entre les phases. On obtient de très bons résultants en équipant la lampe d'un miroir elliptique à un foyer duquel est placé l'arc de la lampe tandis que son deuxième foyer se trouve après la fenêtre de projection dans l'objectif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre et de l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'une installation de lampe de projection suivant l'invention. Sur ces dessins Fig. 1 est un schéma général de l'installation d'alimentation de la lampe, Pig. 2 montre, à plus grande échelle, un détail de la fig. 1, et Pig. 3 est une variante de la fig. 1. 'l'installation représentée schématiquement sur la fig. 1 est destinée à assurer l'alimentation convenable en courant continu d'une lampe à arc fonctionnant en atmosphère gazeuse complexe avec amorçage en plusieurs phases comprenant, au moins, une première phase dtionisation ou amorçage, une deuxième phase intermédiaire produisant, avec certains des constituants de ladite atmosphère, un arc d'échauffement, et une troisième phase de fonctionnement normal produisant un arc d'éclairage dans l'ensemble des constituants de cette atmosphère. Cette lampe est, de préférence, du type dit à iodures et sa mise en fonctionnement comporte donc trois phases, à savoir : une phase d'ionisation ou d'amorçage de l'arc, une deuxième phase de production d'un arc d'échauffement dans une atmosphère de mercure, et enfin une troisième phase de fonctionnement normal en atmosphère de iodures. Cette installation d'alimentation se présente sous la forme d'un bloc comportant un limiteur de tension, un circuit régulateur d'intensité et un circuit d'amorçage. Be limiteur de tension comporte un pont de diodes D1 destiné à être alimenté à partir d'un réseau de distribution de courant alternatif RS ainsi qu'un thyristor Ty avec son circuit de commande. Le pont de diodes D1 a pour but de transformer la tension sinusoIdale du secteur de distribution en une tension pulsée dont la valeur part de zéro, passe par une tension de cr te et redescend à zéro. Ce pont est protégé par une résistance RI contre les surtensions qui pourraient se produire dans l'installation et par un fusible P contre les surintensités. Be thyristor Ty est attaqué directement par un transistor uni jonction Ul alimenté par. une résistance R2 de fuite dtélec- trode de commande du thyristor et par une résistance R3 reliée directement au pôle positif du circuit d'alimentation. Un diviseur de tension qui est constitué par un potentiomètre P1 branché en série entre deux résistances R6 et R7, et qui est branché lui-même aux bornes de sortie du pont de diodes D1, permet de régler la tension de sortie d'alimentation ?. la lampe aux bornes X et N. Se circuit régulateur d'intensité est constitué esse; self lement d'un transistor Q1 qui,- par l'intermédiaire d'une résistance R8 contrôle l'unijonction U1 qui contrôle, à son tour, le thyristor Ty, le transistor Q1 étant lui-même placé sous le contrôle, par l'intermédiaire d'une résistance R10 et 'un o- tentiomètre de réglage P2, de la chute de tension da --e sistance R11 placée dans le circuit d'alimentation de @@@@ pe. Be circuitd'amorçage comporte un transformateur d' & rçage Tr dont l'enroulement primaire comporte deux bobinages Trl et r2 et l'enroulement secondaire deux autres bobinages Tr3 et Tr4. Ces quatre bobinages sont montés sur la branche médiane d'un circuit magnétique à trois branches (fig. 2). es deux enroulements primaires peuvent être branchés, par 1 'intermédiai- re d'un coupleur Cou soit en série si le secteur de distribution FS fournit une tension de 220 Volts, soit en parallèle si ledit secteur fournit une tension de 110 Volts. L'alimentation du primaire du transformateur se fait par l'intermédiaire dudit coupleur sous le contrôle d'un relais Kl sur lequel on reviendra plus loin 'les deux enroulements secondaires Tr3 et Tr4 du transformateur d'amorçage sont montés en doubleur de tension par un montage qui comporte quatre diodes D6, D7, D8,-D9 et deux condensateurs C3 et C5 Sur les deux branches extrêmes du circuit magnétique du transformateur d'amorçage Tr, sont montées les deux moitiés il et I2 d'une self branchées en série dans le circuit d'alimentation de la lampe. Elles sont bobinées dans un sens tel gu'elles n' induisent aucun flux dans la branche médiane du circuit magnétique du transformateur.Cette self évite les pointes de courant au moment de l'amorçage du thyristor Ty et elle évite aussi les parasites qui pourraient être envoyés au secteur. En vue d'assurer l'amorçage de la lampe dans de bonnes conditions, et son passage correct de la phase "amorçage" à la phase "mercure", on a placé, sur le circuit d'alimentation de la lampe, une diode D5. Be passage de la phase "mercure" à la phase "iodures" est permis par une résistance R12 dont la chute de tension, par l'intermédiaire d'un circuit à transistor unijonction U2, contrôle le relais K1 qui assure la coupure de l'alimentation du primaire du transformateur d'amorçage. De plus, la valeur de la résistance R12 est choisie de façon telle que la chute de tension dans cette résistance soit plus grande que l'augmentation de la tension de l'arc passant de la phase "mercure" à la phase "iodures". Tels sont les éléments principaux du montage. D'autres éléments seront indiqués au passage, lors de l'exposé du fonctionnement de l'installation que l'on va donner maintenant. Be fonctionnement de l'installation est le suivant Be circuit limiteur de tension ramène la tension du secteur de 110 ou 220 Volts à une valeur d'environ 70 à 90 Volts, sans transformateur abaisseur de tension et avec un rendement équivalent. Be condensateur C1 est chargé par la tension réglée prise au moyen du potentiomètre Fl sur le diviseur de tension formé par ce potentiomètre et les deux résistances R6 et R7. Cette charge se fait sur le front montant de l'alternance du courant fourni par le pont de diodes 1)1 et cela d'autant plus rapidement que la tension prise sur le curseur du potentiomètre P1 est grande par rapport à la tension de sortie du bloc d'alimentation. Lorsque le point d'amorçage de l'unijonction U1 est atteint, celle-ci amorce, à son tour, le thyristor Ty, de sorte que la tension de sortie continue se trouve finalement réglée par la position du curseur du potentiomètre Fl. Une diode D2 évite qu'une tension négative puisse être appliquée aux bornes de l'ùnijonction U1 quand le potentiel du secteur passe par zéro. Une diode D3 sert, par l'intermédiaire d'une résistance R4, à décharger le condensateur C1 lors du passage à zéro du potentiel de secteur. Au moment où le thyristor Ty s'amorce, le courant passe par une valeur maximum dans la self B 2. Be circuit magnétique de cette self est de préférence en tôle de 10/100 et con çu de façon à assurer une forte impédance aux fréquences élevées correspondant précisément à l'amorçage du thyristor. La tension du secteur, en décroissant, induit dans la self un courant de plus en plus faible qui s'annule au moment où la tension du secteur est égale à la tension du condensateur C2. L'énergie accumulée dans la self fait apparattre une tension inverse aux bornes de oelle-ci de sorte que, le thyristor demeure amorcé et que l'énergie est fournie au condensateur. A la fin de la récupération, le thyristor se désamorce. Ba tension nécessaire pour produire l'amorçage de la lampe est d'environ 800 Volts ; dès l'amorçage, la tension d'arc est d'environ 350 Volts. Elle va décroître avec l'augmentation de la température, jusqu'à environ 150 Volts qui est la tension d'alimentation à vide. Be transformateur d'amorçage Tr fournit donc 400 Volts pour augmenter l'énergie fournie à la lampe, les deux alternances sont utilisées grâce aux diodes D6 et D7, la tension d'amorçage de 800 Volts est fournie par le doubleur de tension formé par les deux diodes D8 et D9 avec le condensateur C3. Be passage de la phase d'amorçage au fonctionnement en arc mercure est effectué par la diode D5. Lors de la phase d'amorçage, la diode D5 est bloquée par la tension d'amorçage. Dès que la tension de l'arc atteint une valeur inférieure à 120 Volts la diode D5 devient passante et le système d'alimentation principal se met à débiter. Dans le présent exemple, la chute de tension dans la résistance R12 sert à alimenter le circuit de l'unîjonction U2. Be circuit de temporisation formé par le condensateur C4, la résistance R14 et le potentiomètre P3 retardent l'amorçage de l'unijonction U2, de façon à éviter des ratés d'allumage. En s'amorçant, l'unijonction U2 assure l'alimentation du relais K1 qui interrompt donc l'alimentation des enroulements primaires Trl et Tr2 du transformateur d'amorçage Tr. La résistance R12 est indispensable pour l'obtention d'un démarrage correct de la lampe. En effet, lors de la phase "mercure", la tension d'arc est de l'ordre de 20 volts, cette tension passe brusquement à 60 Volts au début de la phase "iodures". La chute de tension aux bornes de la résistance F12 doit être, à ce moment, supérieure à 40 Volts, sinon l'arc n'est plus alimenté et s'éteint. Lorsque la lampe est dans sa.phase "iodures", il est possible de diminuer la valeur de la résistance R12 pour améliorer le rendement de l'alimentation. On pourrait prévoir un transistor de puissance pour court-circuiter progressivement cet élément, le régulateur d' intensité maintenant un courant constant dans la lampe. 'les résistance R11 et R12 sont, de préférence, gravées chimiquement dans une feuille de nickel collée sur un support de verre époxy de très faible épaisseur. Ces résistances sont sandwichées entre deux plaques d'-aluminium formant dissipateur de chaleur. 'la puissance absorbée par la résistance R12 est de l'ordre de 150 Watts. De préférence, tous les composants de cette installation sont moulés, par blocs, dans une résine silicone qui assure une bonne conduction thermique avec le boîtier et une bonne tenue aux chocs. Selon que le secteur d'alimentation RS est sous 110 ou 220 Volts on a vu plus haut qu'on effectuait le couplage convenable correspondant des deux enroulements primaires du transformateur Tr, mais il faut aussi modifier, en conséquence, la valeur de la résistance R7. L'ensemble de l'installation comporte encore quelques éléments qui n'ont pas été décrits en détail, mais qui figurent sur le schéma. 'les valeurs des résistances et des capacités sont données à titre indicatif et elles peuvent être modifiées suivant les besoins de chaque application particulière. C'est ainsi, par exemple, que si l'on utilisait une lampe d'une puissance de 450 Watts au lieu de 250 Watts, on mettrait en circuit un autre potentiomètre P2a à la place du potentiomètre F2, afin que les réglages soient indépendants pour les deux puissances. On peut contrôler la température de couleur de l'arc par différents moyens. Par exemple, on peut soumettre l'enveloppe de la lampe à une ventilation plus ou moins forte ce qui limite la densité de l'atmosphère en iodures. On peut aussi diriger les iodures, à l'intérieur de la lampe, en soumettant celle-ci à l'action d'un champ magnétique réglable en intensité et/ou en direction. Pour obtenir un bon mélange des couleurs, il est préférable que le pôle positif de la lampe, disposée verticalement, soit connecté à l'électrode supérieure. Se miroir associé à la lampe est en aluminium poli et traité. I1 est de forme elliptique, à une ou plusieurs courbes as sociées, la lampe étant placée de façon que l'arc soit à l'un des foyers de l'ellipse, tandis que l'autre foyer se trouve après la fenêtre de projection dans l'objectif. I1 est nécessaire, pour l'obtention d'un bon rendement lumineux dans la gnsme des objectifs de projection normaux, que l'angle de pénétration soit faible, par exemple de l'ordre de 250. Sur la fig. 3, on a représenté une variante qui diffère du mode de réalisation de la fig. 1, par les moyens utilisés pour contrôler le relais E1, lesquels, au lieu de comporter une unijonction U2 contrôlée par la chute de tension dans la résistance R12, font appel à un circuit branché aux bornes de la self 'll-'l2 et constitué par une résistance R15, une diode D10 et une capacité C8 branchée en série, le relais E1 se trouvant aux bornes de ladite capacité. Dans cette variante, la résistance R12, qui est conservée, ne sert plus à contrôler l'unijonction U2. Be fonctionnement de ce circuit est le suivant Les impulsions de courant traversant la self B1 B2 font apparaitre aux bornes de celle-ci des pointes de tension. 'les pointes inverses correspondant au moment de récupération sont bloquées par la diode. 'les pointes positives, par-l'intermédiai- re de la diode et de la résistance R15, chargent le condensateur C8 ; la résistance R15 augmente le temps de charge de C8. Lorsque la tension aux bornes de C8 atteint la tension de basculement du relais Xl, celui-ci se met en position travail et coupe le circuit d'amorçage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui a été donné à titre d'exemple ; on peut y apporter des modifications, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. REVENDI CATI0N3 1. Installation de lampe à arc utilisable pour projections ou prises de vue caractérisée en ce qu'elle comporte une lampe à arc fonctionnant en atmosphère gazeuse complexe avec amorçage en plusieurs phases comprenant, au moins, une première phase d'ionisation ou amorçage, une deuxième phase intermédiaire produisant, avec certains des constituants de ladite atmosphère, un arc d'échauffement, et une troisième phase de fonctionnement normal produisant un arc d'éclairage dans l'ensemble des constituants de cette atmosphère, notamment une lampe du type dit à iodures, et un bloc d'alimentation en courant continu qui comprend, outre un redresseur limiteur-de tension et un régulateur d'intensité, un circuit d'amorçage avec un transforma- teur capable de fournir directement à la lampe une tension d'amorçage, par exemple de l'ordre de 800 Volts, des moyens de coupure automatique de l'alimentation dudit transformateur d'amorçage en réponse au passage à la deuxième phase de fonctionnement précitée, et une résistance de contrôle branchée en série dans le circuit d'alimentation de la lampe, la valeur de ladite résistance étant telle que la chute de tension dans cette résistance soit plus grande que l'augmentation de la tension de l'arc passant de la deuxième phase à la troisième phase précitées. 2. Installation suivant la revendication 1, dans laquelle les moyens de coupure de l'alimentation du transformateur d'amorçage consistent en un relais commandé par un transistor placé sous la dépendance de la résistance de contrôle précitée. 3. Installation suivant la revendication 1, dans laquelle les moyens de coupure de l'alimentation du transformateur d'amorçage consistent en un relais branché aux bornes d'une capacité elle-même branchée en série avec une résistance pour former un ensemble branché aux bornes d'une impédance parcourue par au moins une partie du courant d'alimentation de la lampe. 4. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le circuit d'alimentation de la lampe comporte une diode et la sortie du transformateur d'amor çage est branchée en aval de cette diode. 5. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le courant fourni par le transformateur d'amorçage traverse la résistance de contrôle précitée. 6. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle les enroulements primaires et secondaires du transformateur d'amorçage sont bobinés sur la branche médiane d'un circuit magnétique à trois branches dont les deux branches extrêmes portent, reliées de façon à ne pas induire de flux dans la branche médiane dudit circuit magnétique, les deux moitiés d'une self branchée dans le circuit d'alimentation de la lampe. 7. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le régulateur de débit comporte un circuit à transistor qui est contrôlé, de préférence par l'intermédiaire d'un potentiomètre de réglage, par la chute de tension dans une résistance placée dans le circuit d'alimentation de la lampe, et qui est relié àltélectrode de commande d'un thyristor associé à un pont de diodes à l'entrée du bloc de l'alimentation. 8. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la lampe est équipée d'un miroir elliptique à un foyer duquel est placé l'arc de la lampe, tandis que son deuxième foyer se trouve après la fenêtre de projection dans l'objectif. 9. A titre de produit industriel nouveau, tout projecteur utilisable pour projections ou prises de vues comportant une installation telle que définie dans l'une quelconque desrevendications 1 à 8.