Brevet FR2279302A1 — publié le 19760213

La présente inveiii7lon concerne un dispositif rnlTaIorçage Q tubes à décharge à électrodes préchauffables, alimentés directement par un secteur alternatif à travers une impédance série appelée "ballast", ledit dispositif, destiné à réunir électriquement de façon temporaire les électrodes du tube à amorcer, comportant deux bornes de raccordement avec lesdites électrodes et une cellule de redressement en pont dont les bornes de sortie sont reliées à deux conducteurs d'alimentation en courant continu pulsé d'un circuit électronique mettant en oeuvre un thyristor et un réseau à faible constante de temps comportant une résistance et un condensateur montés en série dont le point commun est relié à la gâchette du thyristor précité par un élément à conductibilité bilatérale et à effet de seuil de tension connu sous le nom de"diac", d'une part, et à une extrémité de l'une des électrodes préchauffables (filaments) du tube à décharge par une résistance, d'autre part. De tels dispositifs découlent du circuit décrit dans la demande de brevet français nO 73 46 110 déposée le 21 Décembre 1973 au nom de la Demanderesse et intitulée: "Dispositif électronique d'amorçage de tubes à décharge à électrodes préchauffables"; ce circuit a pour particularité de fonctionner indifféremment avec des ballasts soit de type "inductif", c'est-à-dire constitués par une bobine de self-induction, soit de type "capacitif", c'est-à-dire constitués par une inductance et un condensateur montés en série. L'universalité d'un tel dispositif d'amorçage (ou "starter") constitue un avantage évident et sa mise en oeuvre donne toute satisfaction dans la plupart des cas. Il est toutefois apparu qu'il pouvait présenter certaines anomalies de fonctionnement sur ballast inductif-dans des conditions extrêmes de température ambiante ou de variation de tension du secteur, anomalies se traduisant par des temps d'amorçage anormalement longs, voire des refus d'amorçage pour des tubes présentant un certain degré de vieillissement. On sait que le starter faisant l'objet de la demande de brevet français précitée'utilise un thyristor dont les courants élevés de maintien et de verrouillage permettent d'obtenir pendant une fraction de la durée d'une des alternances de la tension ondulée d'alimentation dudit thyristor des amorçages et désamorçages successifs produisant des pointes de tension favorables à l'allumage du tube. En outre, l'amorçage du thyristor en "mono-alternance" accroît le olrant efficace De pzt-chauffage ssu tubu en raison de ld diminution de l'impédance du ballast dont le circuit magnétique est partiellement saturé par la composante à courant continu parcourant la bobine. Les effets néfastes d'une température ambiante élevée se manifestent par une réduction de la durée du temps d'apparition des pointes de tension, consécutive à la diminution corrélative des courants de maintien et de verrouillage du thyristorainsi que par une atténuation des pointes de tension; quant aux tensions élevées, celles-ci provoquent l'amorçage du thyristor en "double alternance ce qui a pour effet de réduire la valeur du courant efficace de préchauffage des filaments du tube. Un des buts de la présente invention est de réaliser un dispositif d'amorçage fournissant des crêtes de tension de valeur pratiquement constante dans une large plage de la tension du secteur et en présence de variations importantes de la température ambiante. Un autre but de l'invention est de provoquer l'apparition des pointes de tension d'amorçage à chaque alternance de la tension ondulée d'alimentation du thyristor. Selon l'invention, le dispositif d'amorçage de tubes à décharge à électrodes préchauffables alimentés directement par un secteur alternatif travers une impédance série appelée "ballast", ledit dispositif, destiné à réunir électriquement de façon temporaire les électrodes du tube à amorcer, comportant deux bornes de raccordement avec lesdites électrodes et une cellule de redressement en pont dont les bornes de sortie sont reliées à deux conducteurs d'alimentation en courant continu pulsé d'un circuit électronique mettant en oeuvre un thyristor et un réseau à faible constante de temps comportant une résistance et un condensateur montés en série dont le point commun est relié à la gâchette du thyristor précité par un élément à conductibilité bilatérale et à effet de seuil de tension connu sous le nom de "diac", d'une part, et à une extrémité de l'une des électrodes préchauffables (filaments) du tube à décharge par une résistance, d'autre part, est notablement remarquable en ce qu'une inductance est montée en série avec le thyristor et en ce que la partie résistive du réseau à faible constante de temps est scindée en deux résistances dont le point commun est connecté à l'une des électrodes d'un élément à effet de seuil de tension dont l'autre électrode est réunie au conducteur d'alimentation auquel est relié le condensateur dudit réseau. Avantageusement, une résistance à coefficient de tension (VDR) est disposée entre les bornes de raccordement du dispositif, et l'élément à seuil de tension est-une diode zéner. La mise en oeuvre d'une inductance en série avec le thyristor a pour effet d'accroître la valeur apparente du courant de maintien (IH) de ce dernier, ce qui se traduit par l'apparition de pointes de tension d'amorçage à chaque alternance d'alimentation du thyristor, ainsi que par un accroissement sensible de ltampli- tude desdites pointes. Par ailleurs, la présence de la diode zéner au niveau du réseau à faible constante de temps limite la tension à partir de laquelle le condensateur est chargé, ce qui interdit tout amorçage accidentel du thyristor en double alternance" lorsque la tension du secteur est anormalement élevée et lorsque le starter est utilisé avec un ballast inductif. Enfin, la résistance VDR protège les composants actifs du starter contre d'éventuels claquages en limitant l'amplitude des pointes de tension d'amorçage lorsque la tension du secteur est proche de la valeur maximale admissible. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente le schéma de principe du dispositif d'amorçage selon l'invention. La figure 2 représente en traits pointillés l'oscillogramme de la tension du secteur, et en traits pleins l'oscillogramme de la tension entre les électrodes du tube à décharge pendant le temps de préchauffage et au moment de l'amorçage du tube lorsque le ballast utilisé est du type inductif. La figure 3 représente les mêmes oscillogrammes que ceux de la figure 2 lorsque le ballast utilisé est du type capacitif. Sur la figure 1, l'une et l'autre des extrémités (côté gauche) des filaments 1 et 2 constituant les électrodes préchauffables d'un tube à décharge 3 sont respectivement reliées à une borne 4 et à une première borne de raccordement 5 au secteur alternatif. A la borne 4 est raccordée une extrémité d'un ballast soit inductif 6, soit capacitif 7, l'autre extrémité du ballast utilisé étant reliée à une borne 8 qui est elle-même réunie à une seconde borne de raccordement 9 au secteur alternatif. Les leux autres extrémités (côté droit) des filaments 1 et 2 du tub > , sont réunies respectivement à deux bornes de raccordement 10 et il d'un starter 12 selon l'invention, lesdites bornes étant respectivement reliées aux points communs anode-cathode de deux groupes de diodes 13-14 et 15-16 connectées en pont de redressement; entre les bornes 10 et 11 sont également disposés un condensateur antiparasites 17 monté en série avec une résistance 18 limiteuse de courant, ainsi qu'une resistance 19 à coefficient de tension (VDR). Aux cathodes réunies des diodes 13 et 15 et aux anodes réunies des diodes 14 et 16 sont connectés respectivement les conducteurs positif 20 et négatif 21 d'alimentation en courant continu pulsé d'une partie de la circuiterie du starter 12. L'anode et la cathode d'un thyristor 22 sont respectivement reliées aux conducteurs 20 et 21, la première à travers une inductance 23 et la seconde, directement. La gâchette du thyristor 22 est reliée, d'une part au conducteur négatif 21 par une résistance de fuite 24, et d'autre part par un "diac" 25 au point commun d'un réseau à faible constante de temps constitué par deux résistances 26, 27 et un condensateur 28 montés en série, ledit réseau étant disposé entre les conducteurs 20 et 21 de telle façon que ltextré- mité libre de la résistance 26 soit reliée au conducteur positif 20 et que l'armature libre du condensateur 28 soit réunie au conducteur négatif 21. La cathode d'une diode zéner 29 est connectée au point commun aux résistances 26 et 27, tandis que l'anode est connectée au conducteur négatif 21. Le point commun à la résistance 27 et au condensateur 28 est relié à la borne 11 par une résistance 30, tandis qu'une résistance 31 à coefficient de température négatif (CTN), constituant une sécurité de non-allumage, est disposée en parallèle sur ledit condensateur. Le fonctionnement du dispositif 12 selon l'invention peut s'expliquer de la façon suivante, en regard de la figure 2, lorsqu'un ballast de type inductif 6 est branché entre les bornes 4 et 8: à l'instant (tO) où la polarité de la borne 11 devient positive par rapport à celle de la borne 10, le condensateur 28 se charge tout à la fois à travers les résistances 26 et 27 d'une part et la résistance 50 d'autre part, jusqu'à l'instant (tl) où la tension du secteur est égale à (+vl) et où le diac 25 devient conducteur; à partir de cet instant (tl), le thyristor 22 s'amorce et se désamorce un très grand nombre de fois par un mécanisme à caractère oscillatoire Jusqu'à l'instant (t2) où la conduction du thyristor devient permanente.A l'instant (t3), le courant décalé en arrière sur la tension, tombe en dessous du seuil de maintien et le thyristor se désamorce sensiblement au voisinage de la tension de crete du secteur (-v2). De (t3) à 0'), le phénomène pseudo-oscillatoire se reproduit sans que le thyristor 22 devienne conducteur en permanence, ceci en raison de la dissymétrie introduite dans l'attaque de la gâchette par la présence de la résistance 30 reliée en permanence à la borne 11; de l'instant (tO') à l'instant (tri'), le thyristor 22 se bloque de nouveau et le processus se répète jusqu'à l'amorçage du tube 3 à la tension d'arc (v3). Les phénomènes pseudo-oscillatoires provoquent des pointes de tension (+v4) et (-v4) se répétant à chaque alternance du secteur pendant le préchauffage des filaments; ce préchauffage a lieu à pleine intensité pendant les laps de temps tels que (t2-t3) où le thyristor 22 conduit en permanence et court-circuite les bornes 10 et 11. Après l'amorçage du tube, les phénomènes pseudo-oscillatoires cessent complètement en raison de la faible valeur de la tension maximale entre les bornes 10 et 11, et le dispositif 12 devient complètement inerte. Le mécanisme à caractère oscillatoire produisant un grand nombre d'interruptions du courant dans l'inductance ballast entre l'instant Ctl) et l'instant (t2) peut s'expliquer de la façon suivante: quand la tension du secteur alternatif d'alimentation, appliquée sur les bornes 10 et li à travers le ballast 6 et les filaments 1 et 2 atteint la valeur (+vl), le-diac 25 devient conducteur et une impulsion de courant de commande et d'amorçage est appliquée sur la gâchette du thyristor 22, impulsion de commande qui décharge en même temps partiellement le condensateur 28. Le thyristor ainsi amorcé est alors traversé par deux composantes de courant distinctes: une composante de courant de préchauffage des élehetrodes du tube, correspondant à un régime éminemment transitoire d'établissement du courant dans le ballast 6 et les filaments 1 et 2, une composante de courant de décharge oscillant du condensateur antiparasites 17 dans le circuit constitué par la résistance 18 de faible valeur, la diode 13, l'inductance 23, Nle thyristor et la diode 16 pendant la première alternance. Au cours de cette premiere alternance à caractère oscillatoire (première alternance du courant de décharge oscillant du condensateur), la composante du courant de décharge du condensateur 17 est dans le même sens que le courant de pré chauffage (que nous appellerons "courant de ballast pour la commodité de l'expression), mais dès le début de la deuxième alternance du courant de décharge, ledit courant est en sens inverse du courant de ballast dans le thyristor. I1 en résulte une diminution du courant traversant effectivement le thyristor 22, qui est par ailleurs un thyristor à courant de maintien élevé, et ledit thyristor se désamorce en provoquant l'apparition d'une surtension de coupure du courant de ballast entre les électrodes du tube 3. Dès que le thyristor 22 est désamorcé, on se trouve donc en présence entre les bornes 10 et 11, d'abord d'une surtension très brève, puis de la réapparition de la tension du secteur d'alimentation et lorsque la tension entre les armatures du condensateur 28 a repris une valeur suffisante pour l'amorçage du diac 25, ledit diac provoque de nouveau l'amorçage du thyristor 22, et le mécanisme précédemment décrit se produit de nouveau un certain nombre de fois jusqu'à l'instant (t2). A partir de l'instant (t2), du fait de la valeur instantanée atteinte par la tension du secteur et de l'intensité du courant de préchauffage qui en résulte, la deuxième alternance de la décharge oscillante du condensateur 17 ne provoque plus le désamorçage du thyristor 22, qui demeure amorcé jusqutà l'instant (t3) où le courant de ballast est près de devenir nul. A partir de l'instant (t3), au cours de la deuxième partie de la seconde alternance de la tension du secteur d'alimentation, le phénomène pseudo-oscillatoire reprend jusqu't l'instant (tO') où le thyristor se bloque de nouveau; comme déjà indiqué plus haut, le caractère dissymétrique de l'attaque de la gâchette du thyristor interdit pendant ce laps de temps toute conduction permanente de ce dernier. On a vu précédemment que la présence de l'inductance 23 provoque l'apparition d'un phénomène pseudo-oscillatoire facilitant le désamorçage du thyristor 22 et déclenchant l'ouverture du circuit pour un courant de ballast plus élevé (ce qui correspond à une augmentation apparente du courant IH); de ce fait, les pointes de tension d'amorçage résultant de la coupure du courant de ballast ont une amplitude plus grande. En regard de la figure 3, lorsqu'un ballast capacitif 7 est branché entre les bornes 4 et 8, le thyristor 25 est conducteur pendant environ la moitié d'une alternance positive du secteur, puis se bloque à l'instant (t10); la tension entre les bornes 10 et 11 croît alors jusqu a une valeur (-v5) en raison de la montée progressive de la tension aux bornes du condensateur du ballast 7, le caractère oscillatoire complexe de cette croissance étant dû à une double résonnance entre l'inductance du ballast et le condensateur 17 d'une part, et entre l'inductance du ballast et son condensateur série d'autre part. Lorsque la tension (-v5) est atteinte, à l'instant (tll), le processus pseudo-oscillatoire se déclenche jusqu' à l'instant (t12) où le courant de ballast est suffisant pour amorcer le thyristor de façon permanente. A l'instant (t13), le thyristor se bloque par manque de courant et le phénomène pseudo-oscillatoire se produit pendant un bref laps de temps jusqu'à l'instant (tel4) où le thyristor redevient conducteur en permanence; après un certain nombre d'alternances, l'amorçage du tube 3 se produit et la tension de crete entre les électrodes 1 et 2 devient égale à (+v3) et (-v3). En fonctionnement sur ballast inductif 6, la présence de la diode zéner 29 interdit au thyristor 22 de conduire en permanence pendant une partie du laps de temps (t3) à (tO'), ce qui se produirait à tension de secteur élevée en présentant les inconvénients déjà cités; le seuil de la diode 29 ainsi que le rapport entre les valeurs des résistances 26 et 27 sont choisis de façon à limiter le courant de charge du condensateur 28 en cas d'accroissement excessif de la tension entre les conducteurs 20 et 21. De façon connue, la résistance CTN 31 bloque le fonctionnement du circuit à constante de temps après quelques dizaines de secondes de fonctionnement du dispositif si le tube 3 refuse de s'amorcer pour une raison quelconque. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'amorçage de tubes à décharge à électrodes préchauffables, alimentés directement par un secteur alternatif à travers une impédance série appelée "ballast", ledit dispositif, destiné à réunir électriquement de façon temporaire les électrodes du tube à amorcer, comportant deux bornes de raccordement avec lesdites électrodes et une cellule de redressement en pont dont les bornes de sortie sont reliées à deux condensateurs d'alimentation en courant continu pulsé d'un circuit électronique mettant en oeuvre un thyristor et un réseau à faible constante de temps comportant une résistance et un condensateur montés en série dont le point commun est relié à la gâchette du thyristor précité par un élément à conductibilité bilatérale et à effet de seuil de tension connu sous le nom de "diac", d'une part, et à une extrémité de l'une des électrodes préchauffables (filaments) du tube à décharge par une résistance, d'autre part, caractérisé en ce qu'unie inductance est montée en série avec le thyristor, et en ce que la partie résistive du réseau à faible constante de temps est scindée en deux résistances dont le point commun est connecté à l'une des électrodes d'un élément à effet de seuil de tension dont l'autre électrode est réunie au conducteur d'alimentation auquel est relié le condensateur dudit réseau. 2.- Dispositif d'amorçage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une résistance à coefficient de tension (VDR) est disposée entre les bornes de raccordement du dispositif. 3.- Dispositif d'amorçage selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément à seuil de tension est une diode zéner.