Brevet FR2088113A1 — publié le 19720107

lia présente invention a trait aux circuits d'alimentation employés dans l'éclairage pour lampes fluorescentes. Elle vise plus particulièrement l'alimentation d'une lampe fluorescente destinéc à fonctionner à un niveau dtéclai- rement pouvant ebtre réglé graduellement ou temporairement, c'est-à-dire l'ali- mentation d'une lampe fluorescente appelée à fonctionner avec un gradateur de lumière. Dans les installations d'éclairage usuellessune ou plusieurs lampes fluo-rescentes sont alimentées à partir du secteur de distribution par diaire d'un circuit d'alimentation qui adapte le courant distribué à leurs caractéristiques. Dans ces circuits,-chaque lampe est accompagnée de son propre ballast, organe qui contribue à stabiliser la décharge Qt à fournir à la lampe la puissance nécessaire à ltentretien de la décharge. Pour les alimentations en courant alternatif de fréquence industrielle, la stabilisation est généralement inductive.De plus, les circuits d'alimentation à amorçage rapide comportent des enroulements, dits enroulements de chauffage, destinés à chauffer les électrodes de la lampe par effet Joule; ce chauffage a pour but de faciliter l'amorçage de la décharge à la mise en service de la lampe et encore de maintenir la température des électrodes pendant le fonctionnement. Dans les installations fonctionnant par tout ou rien, le ballast et le chauffage d'électrodes sont prévus pour un fonctionnement aux valeurs nominales de I'éclairement et du courant de lampe. Dans les installations devant fonctionner à des niveaux d'éclairement variables et réglables au-dessous de la valeur nominale, le circuit alimentation doit ttre prévu pour répondre à ces conditions. Dans ces installations, chaque ballast de lampe est alimenté à partir d'un gradateur,commun à un groupe de lampes. Le gradateur est un appareillage servant n délivrer une tension réglable appropriée à l'alimentation d'un ballast de lampe fluorescente,à partir du secteur å la fréquence industrielle. tes gradateurs usuels agissent par découpage de phase du courant sinusordal. Le plus souvent, ils comprennent essentiellement deux thyristors, en montage antiparallèle, commandés par des signaux pilotés par deux diodes Zener montées en opposition dans un circuit alimenté à partir du secteur par un autotransformateur et comprenant un condensateur et une résistance réglable. La résistance réglable permet le réglage du découpage de phase. Pour préciser les modes de fonctionnement de la lampe et de son circuit dtalimentation, on distingue : la "phase initiale de fonctionnement" consti- tuée par l'allumage ct l'établissement de la décharge, le fonctionnement en régime "nominal" qui correspond à 1 entretien de la décharge avec éclairement et courant lampe nominaux, le fonctionnement au "régime souhaité" qui correspond à l'entretien de la décharge avec un éclairement inférieur au niveau d'éclairement nominal et un courant lampe, lui aussi inférieur au courant nominal. Or, un gradateur adapté à un ou plusieurs ballasts classiques ne permet pas, en général, l'allumage simultané d'un groupe de lampes au régime minimal qu'il serait théoriquement possible d'atteindre.Ainsi, les constructeurs sont amenés à donner à la plage de reglWge des gradateurs usuels, une limite inférieure de l'ordre de 10 à 15 f du courant nominal. A partir de cette limite ,le courant pout castre gradué jusqu la valeur du courant nominal.Toute- ois, cette limitation n' exclut pas un allumage incorrect à faible niveau; en effet,les lampes dépendant d1 un m8me gradateur allument bien, mais pas en coincidence parfaite, ce qui entrain une pression d'instabilité' générale donnant l'apparence d'un papillotement. invention invention Aussi, pour remédier à ces inconvénients, la présente/ > relative aus n mentations de lampes fluorescentes dépendant dlun gradateur, prévoit un procédé d'alimentation pour lampe fluorescente destinée à fonctionner à un niveau d'éclairement pouvant etre réglé graduellement à un niveau réduit quelconque au-dessous du niveau d'éclairement nominal, caractérisé en ce qulil comporte les opérations suivantes - on choisit un niveau d'éclairement réduit auquel correspond une valeur du courant lampe, inférieure à la valeur nominale de ce courant ;; - on-applique à chaque électrode,à l'instant initial, une tension au moins égale à la tension requise pour leur chauffage au régime souhaité, la tension de chauffage requise étant fonction du courant lampe et telle que sa variation est sensiblement proportionnelle et de signe opposé à la variation du courant lampe ; - dès l'allumage de la lampe, on réduit la tension de chauffage pour ne conserver que celle requise pour le régime souhaité,ctest-à-dire que lton annule la tension excédentaire. La présente invention, selon une autre caractéristique, prévoit que préalablement à l'application de la tension de chauffage à i'instant initial, on pré-chauffeZes électrodes pendant un temps réglable. Selon uné autre caractéristique, ltinvention prévoit un ballast pour la mise en oeuvre du procédé d1 alimentation , teur,lui-meme alimenté par la tension du réseau public ; - un enroulement secondaire placé en série avec la tension variable du gradateur ; - deux enroulements de chauffage couplés à l'enroulement secondaire et alimentant respectivement les deux électrodes de la lampe. Selon une autre caractéristique, l'invention prévoit un ballast pour l'application du procédé, ballast comprenant - un premier transformateur dont ltenroulement primaire, branché à la sortie à tension constante du gradateur est couplé à une première paire d'enroulements de chauffage d'électrodes formant secondaire ; - un deuxième transformatcur dont l'enroulement priinairefaiblement inductif, alimenté par la tension variable du gradateur;;est couplé à une deuxième paire d'enroulements de chauffage d'électrodes -forant secondaire, les enroulements de la première paire étant montés respectivement en série avec les enroulements de'la seconde paire, chaque second enroulement étant en opposition avec le premier enroulement corrcspondant,de telle sorte que sa tension réduise celle du premier enroulement. Selon une autre caractéristique, l'invention prévoit la modification d'un ballast classique en plaçant des enroulements de chauffage d'électrodes dans une région de l'autotransformateur où la variation du flux induit est maximale entre le flux à vide à l'instant initial et le flux au régime souhaité ou flux en charge. Les caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres non mentionnés,apparattront à la lecture de la suite de la description illustrées de dessins qui va suivre où La figure 1 représente le schéma de principe d'une réalisation de ballast à autotransformateur à fuites,utilisé avec gradateur de lumière selon l'invention ; La figure 2 représente la caractéristique de tension de chauffage des électrodes d'une lampe, en fonction du courant lampe, dans la forme de réalisa - tion représentée par la figure 1 ;; La figure 3 représente le schéma de principe d'un ballast à deux transformateurs selon une seconde forme de réalisation de l'invention La figure 4 représente Ic schéma de principe d'un ballast avec autotransformateur à fuites et commutateur selon une autre forme de réalisation de l'invention. te ballast classique du type circuit d'alimentation à allumage rapide de lampes fluorescentes fournit à chaque électrode la tension nominale de chauffage quelle supporte . A bas régime, le courant circulant dans la lampe est inférieur au courant nominal de la lampe d'où,sur les électrodes, une énergie calorifique inférieure à lténergie qu'cules reçoivent au régime nominal. Aussi, pour améliorer le fonctionnement à bas régime, on a pensé à fournir aux électrodes une tension dépassant leur tension nominale de chauffage. Différents essais ont permis de constater que cela n: endommageait pas les électrodes tant que le courant circulant dans la lampe restait inférieur à la valeur nominale. On a recherché un procédé permettant de fournir pour toutes les possibilités de fonctionnement, à des régimes inférieurs au régime nominal une tension de chauffage des électrodes majorée et de réduire cette tension lorsque le régime t de la lampe devient le régime nominal. En particulier, on slest attaché à trouver des moyens de rendre la majoration de tension de chauffage des électrodes inversement proportionnelle à la variation du courant circulant dans la lampe, de façon à réaliser un réglage adaptant la majoraration de tension de chauffage des électrodes à l'affaiblissement du courant dans la lampe.Des ballasts permettant d'adapter la tension fournie aux électrodes au courant de la lampe ont été essayés et on est arrivé à d'excellents résultats, en particulier avec un ballast dans lequel les enroulements de chauffage sont placés dans une région de l'autotransformateur du ballast ou 1' écart entre le flU= à vide et le flux en charge est maximal. Un premier mode de mise en oeuvre du procédé à partir d'un ballast. on application de l'invention,va maintenant ftere décrit. Sur la figure 1, à titre de rappel, le gradateur G de type classique est relié en E et E' au secteur d'alimentation à la fréquence industrielle. I1 comporte un autotransformateur E qui alimente, d'une part une inductance montée en série avec deux diodes Zener Z1, Z2, en opposition, d'autre part par son autre extrémité le condensateur C et la résistance variable R qui rè gle la phase.Par l'intermédiaire des diodes h et Z2 en opposition on limite la tension dans les deux sens à la valeur choisie. Ainsi, à partir du courant sinusoSdal d'entrée, on obtient une tension carrée sur les diodes et deux tensions carrées en opposition de phase sur les deux enroulements secondaires du transformateur ki. Ces tensions servent de signaux de commande aux deux thyristors TRI et TR2 (après amplification dans 11 étage d'amplification com- portant les transistors T1 et T2 auxquels le transformateur 5 , les diodes D1, D2 et les diodes Zener Z et Z4 fournissent les tensions dtalimentåtion). La tension régulée par découpage de phase est prélevée entre les bornes 1 et 3 ;1 est une borne commune, 2 est reliée à l'entrée, de sorte qu'entre les bornes 1 ct 2 on recueille la tension du secteur, tandis qulentre les bornes 1 et 3 on recueille la tension graduée selon la commande réglée par la résistance variable R qui peut etre - ou non incluse dans le gradateur. Le ballast selon 1 invention comporte un autotransformateur comprenant un enroulement primaire 4, un enroulement secondaire 5, et deux enroulements partiels figurés en 6 et 7. L'enroulement primaire 4 est alimentés partir du gradateur aux bornes 1 et 2 duquel il est relié.Au point commun 15, relié à la borne commune 1, sont connectés Itun des enroulements de chauffage 6 alimentant le filament 10 de la lampe 8, et l'autre extrémité du meme filament 10. A la borne 3,est connecté l'enroulement secondaire 5 de l'autotransformateur. Ce secondaire est, par son autre extrémité connecté à l'enroulement de chauffage 7 alimentant le filament 9 de la lampe 8, le point 14 étant commun aux connexions dlune ertré- mité du filament 9 de l'enroulement 7 et du secondaire 5. Le fonctionnement du circuit est le suivant : à la mise en service du gradateur G, par fermeture de l'interrupteur 21, le primaire 4 de l'autotransforma- teur est alimenté à tension fixe, mais le courant dans le secondaire 5 est nul et le flux magnétique ,sous les enroulements de chauffage 6 et 7,est peu différent du flux crée par le primaire 4, à vide. Les tensions appliquées sur les filaments 9 et 10 sont sensiblement celles aux bornes des enroulements 6 et 7. Quand le courant lampe apparat, il parcourt le secondaire 5 qui crée,sous les enroulements 6 et 7vun flux magnétique en opposition avec le flux précédent. Ce flux en opposition peut réduire la valeur efficace du flux sous les enroulements 6 et 7 si la tension à vide aux bornes de l'enroulement 5 est plus élevée que la tension aux bornes de ltenroulement 4. D'où la possibilité de réduire la tension de chauffage des électrodes dès l'apparition du courant lampe. On place les enroulements 6 et 7 dans la zone où la différence entre le flux à vide et le flux en charge est maximale de manière à rendre 1' effet maximal. On peut ainsi fournir à vide aux électrodes une tension au moins égale à la tension requise pour le chauffage des électrodes dans le fonctionnement à leur régime nominal.Dès l'allumage de la lampe,la tension de chauffage des électrodes est diminée proportionnellement à l'accrofssement du courant lampe parce que le flux soustractif est sensiblement proportionnel au courant lampe. Toutefois, aux régimes inférieurs au régime nominal, la tension de chauffage des électrodes sera maintenue à une valeur supérieure à la valeur nominale. Ceci apparat nettement à ltexamen de la figure 2. La figu e 2 donne la caractéristique de tension V (en volts) en fonction du courant I (en milliampères) du chauffage des électrodes pour une lampe fluorescente 40 W à allumage rapide,alimentée par le ballast décrit ci-dessus, illustré par la figure 1. A une position choisie sur le gradateur G, correspond un régime de fonctionnement associé au courant de lampe I supposé, par exemple, égal à loofa; le point dc fonctionnement F est donné par 1a caractéristique. I1 lui correspond une tension V = 1S,5 volts, supérieure à la tension nominale Vr = 2,9 volts qui est la tension de chauffage des électrodes à pleine charge. On doit remarquer que la tension V reste constamment supérieure à la valeur nominale tant que le courant est inférieur au courant nominal ; on voit,en outre, qu'elle passe de 5V ,6 à 2V ,9 entre le régime cs vide et à pleine charge et que, dans cet intervalle, il y a régulation automatique de la tension de chauffage dtélectrodes pour toutes les possibilités de régime à niveau d'éclairement réduit, la caractéristique étant voisine de la linéarité sur la majeure partie. La figure 3 représente tae autre forme de réalisation de l'invention. te ballast comporte un premier transformateur dont le primaire 4 est alimenté entre les bornes 1 et 2 du gradateur G délivrant une tension fixe, le secondaire est constitué par les deux enroulements de chauffage 6 et 7 en série,respective- ment avec deux autres enroulements 12 et 15 et les électrodes 10 et 9 de la lampe 8. te deuxième transformateur est constitué par un primaire 11 faiblement inductif grave à son entrefer et relié,d'une part à la borne 3 du gradateur délivrant la tension graduée et,d1autre part, au point 14, commun à une extrémité de l'électrode 9 et à llune des bornes de l'enroulement de chauffage 13 en série avec l'enroulement de chauffage 7. Le point l5,sur le circuit de chauffage de ltélectrode 10, est commun à une extrémité de cette électrode 10 à l'une des extrémités de l'enroulement 6 et à la borne 1 du gradateur.Pour améliorer le facteur de puissance, on peut insérer un condensateur entre la borne 3 et l'inductance 11 sur la moitié des appareils alimentés par le gradateur. A la mise en service du premier transformateur, aucun courant ne circule dans l'inductance 11 : les tensions aux bornes des enroulements 12 et 13 sont sensiblement nulles et les tensions appliquées aux filaments 9 et 10 sont sensiblement celles des enroulements 6 et 7. Lorsque le régime s'établit, le courant lampe circule dans ltinductance 11, il crée des tensions aux bornes 12 et 13. Les connexions sont établies de façon que les tensions créées aux bornes des enroulements 12 et 13 réduisent les tensions créées par les enroulements 6 et 7 et, par voie de conséquence, la tension de chauffage des électrodes est diminuée. On obtient,dans cette seconde forme de réalisation,une variation de tension en fonction du courant comparable à celle que représente la figure 2. La figure 4 représente une autre forme de réalisation de l'invention. Le circuit est conforme à celui de la première réalisation (voir figure 1). Un commutateur, tel 22 est inséré entre la borne 3 et ltenroulement secondaire 5 de l'autotransformateur. L'adjonction de l'interrupteur 22 permet d'effectuer un préchauffage des électrodes de la lampe : on ferme llinterrup- teur 21 quelques secondes avant la fermeture de l'interrupteur 22 qui'fournit la tension à vide nécessaire à llamorçage. Lorsque 22 est fermé, les électrodes ont déjà été préchauffées et l'amorçage à faible régime est facilité.Zhe temporisation peut etre réalisée entre la mise en route de l'interrupteur 22 et la mise en service de l'interrupteur 21 selon un mode quelconque, soit par ar un système de minuterie réglable soit/ out autre moyen connu. L'intervalle de temporisation dépend du type de lampes. Dans la description et les figures précédentes une seule lampe a été mentionnée pour faciliter la compréhension de l'invention, mais l'invention s' applique particulièrement bien à un groupe de lampes à niveau d'éclairement réglé par un gradateur commun au groupe de lampes. Chaque lampe a son ballast individuel. Les ballasts sont montés en parallèle sur les bornes appropriées du gradateur S chaque ballast assurant l'alimentation et la stabilisation de la lampe qu'il dessert. Le montage parallèle des ballasts et des lampes étant en lui-mame connu n: a pas donne lieu à une doscription spéciale. On retire de grands avantages de l'utilisation du circuit ballast selon l'invention. Parmi ces avantages, on retiendra particulièrement 10) laccroissement de la plage de réglage du gradateur avec conservation d'une bonne possibilité d'allumage à faible niveau. Au lieu de la limitation inférieure à 10 ou 15 % de la valeur du courant nominal pour les gradateurs adaptés aux ballasts classiques, cette limite est abaissée dans le réglage par valeurs croissantes à moins de 7 % et, dans le réglage par valeurs décroissantes, jusqu'à mnulation du courant lampe. Pour nazis dc 7 , on obtient encore un allumage instantané d'un groupe de lampes et, si lton préchauffe les électrodes, on peut abaiser le niveau jusqu'à moins de 2 % du courant nominal en sauvegardant un allumage simultané correot ; 2 ) la stabilité du fonctionnement depuis les faibles niveaux ; 30) un faible prix de revient des ballasts selon l'invention qui ne comportent que des éléments courants utilisés de façon améliorée. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits cidessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé d'alimentation d'une lampe fluorescente destinée à fonctionner à un niveau d'éclairement pouvant entre relié graduellement ou temporairement, notamment à un niveau réduit quelconque au-dessous du niveau d'éclairement no minal, caracterisU en ce qu'il comporte les opérations suivantes - on choisit un niveau d'éclairement réduit auquel correspond une valeur du courant lanpe,inférieure à la valeur nominale de ce courant ;; - on applique aux électrodes, à l'instant initial, une tension au moins égale à la tension requise pour leur chauffage au régime souhaité, la tension de chauffage requise étant fonction du courant lampe et étant telle que sa variation est sensiblement proportionnelle et de signe opposé à la variation du courant lampe ; - dès l'allumage do la la lampe, on réduit la tension de chauffage pour ne conserver que celle requise pour le régime souhaité,clest-à-dire que l'on annule la tension excédentaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, préalablement à l'application dc la tension de chauffage à llinstant initial, on pré-chauffe les électrodes pendant un temps réglable. 5. Ballast pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé entre qutil comporte un autotransformateur à fuites comprenant - un enroulement primaire branché à la sortie à tension constante d'un gra dateur,luimAeme alimenté par la tension du réseau de distribution ; - un enroulement secondaire alimenté par la sortie à tension variable du gradateur monté en série ; - deux enroulements de chauffage couplés à llenroulement secondaire et alimentant respectivement les deux électrodes de la lampe. 4. Ballast selon la revendication 3, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qulun organe dc eommutation est inséré entre l'enroulement secondaire proprement dit et la sortie à tension variable. 5. Ballast pour la mise on oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce outil comporte - un premier transformateur dont llenroulement primaire, branché à la sortie à tension constante du gradatour, est couplé à une première paire d'enroulements de chauffage d'électrodes formant secondaire t - un deuxième transformateur dont l'enroulement primaire faiblement inductif, alimenté par la tension variable du gradateur est couplé à une deuxième paire d'enroulements de chauffage d'électrodes formant secondaire, les enroulements de la première paire étant montés respectivement en série avec les enroulements de la seconde paire, chaque second en. 6. Groupe de lampes caractérisé en cc que chaque lampe comporte un ballast selon la revendication 3 ou 5, l'ensemble des ballasts pouvant eAtre connecté au meme gradateur.