Brevet FR2313839A1 — publié le 19761231

Le secteur technique de l'invention est celui des installations d'éclairage par lampes à décharge. Dans un tel type d'installation, les variations d'éclaireient sont obtenues par mise en et hors service, suivant un certain cycle, dans le cas de l'éclairage publie principalement d'un nombre déterminé de foyers lumineux. Les réductions de conso ration correspondantes se situent notaiment en périodes nocturnes, qui correspondent plus spécifiquement aux temps dits "heures creuses, par les roseaux de distribution dtenergie électrique. Ces extinctions de foyers sont contraires aux impératifs de sécurité, notamment sur celui de la sureté et sur celui de la circulation de véhicules. De plus, dans ces périodes d'heures creuses, les réseaux de distribution d'énergie électrique sont fréqueiient le siège d t élévations de tension, auxquelles oorres- pondent des surconsommations importantes des lampes à décharge en général, quel quten soit le type; ces surconsommations peuvent atteindre 53% pour une élévation de tension de 7%, de sorte qu'unie grande partie de l'économie entrainée par une extinction de la moitié des sources d'éclairement est amoindrie par l'augmentation de consommation de celles qui restent en service. La présente invention a notamment pour but de remédie à de tels inconvénients. Le fonctionnement de telles lampes à décharge nécessite, d'une façon générale, des appareillages qui limitent et stabilisent la puissance électrique consommée. En particulier, eeci est assuré par mise dans le circuit de-lampe d'un bobinage de self-induction. I1 en résulte la nécessitée de compenser la dégradation résultante du facteur de puissance par condensateur. Utilisant cette obligation de la présence d'un bobinage de Self-induction, l'invention comprend tout d'abord un procédé de modification de la consommation de puissance d'une lampe à décharge, caractérisé par le fait que l'on fait varier la valeur de la Çelf-induetion mise dans le circuit d'alimentation de ladite lampe, en fonction inverse de la valeur de ladite consommation. Elle comprend en outre un appareillage de mise en oeuvre dtun tel procédé, qui, dans une forme d'exécution partiou- lière, est caractérisé par le fait que dans le circuit d'alimen- tation d'une lampe à décharge, outre le bobinage de self-induction normalement nécessaire au fonctionnement de ladite lampe, est interposé un second bobinage de self-induction auxiliaire, réducteur de consommation d'énergie électrique, second bobinage associé à un- shuntage pourvu d'un interrupteur. L'avantage apporté, par ce procédé et ce dispositif peut être vu dans la réduction économique à un taux donné et à volonté, de la consommation de puissance, avec conservation du rapport de l'éclairement en lumens à la puissance dépensée en watts, ce qui permet d'éviter des extinctions partielles dans un système d'éclairage, les complications d'installation et d'entretien en résultant, avec conservation de l'uniformité d'éclairage, au bénéfice de la sécurité des usagers, notamment en éclairage publie, sans négliger l'augmentation de longévité des lampes. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, d'exemples non limitatifs de montages d'alimentation en énergie électrique de lampes à décharge, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 montre un schéma d'un tel dispositif d'alimentation. Les figures 2 et 3 en montrent des variantes. La figure 4 en montre une autre variante. Combe on le voit sur la figure 1, une installation d'éclairage à lampe à décharge 1 comprend le branchement des électrodes de cette lampe sur les conducteurs 2 et 3 d'alimentation, avec interposition d'un bobinage de self-induction 4, de stabilisation du fonctionnement, limitation et régulation de la puissance prise par la lampe, cette alimentation étant faite en courant alternatif, Un bobinage 5 de self-induetion auxilaire est prévu en série dans le circuit de lampe 1, avec une dérivation à interrupteur 6 à ses bornes. Ce bobinage 5 fait varier I'impédance globale du circuit de lampe 1. Il offre à ses bornes une faible différence de potentiel par rapport à celle qui est établie aux bornes de la bobine 4 et son alimentation par l'interrupteur 6 fermé ne met en jeu qu'une faible puissance, de sorte que > pour ledit interrupteur, peuvent Entre utilisées des caractéristiques de construction et de fonctionnement très énonomiques; il peut s'agir ainsi de constructions mettant en jeu des techniques électroniques, à semiconducteurs notamment, qui ont l'avantage d'éliminer toute pièce en mouvement. /modifiable, manuelle, La commande de cet interrupteur 6 peut être à connexion/ ou télé-commandée par un circuit qui comprend au moins un branchement 7 sur une ligne de télé-commande 8, avec interrupteur général 9, sltu à un poste convenable, et agissant sous l'action de tout moyen voulu, plus singulièrement un mouvement d'horlogerie, une cellule photo-électrique,conjugaison des deux, ou autre appareillage analogue. Cette ligne 8 peut ainsi Autre affectée à une pluralité d'alimentations de lampes. Pour la marche à pleine puissance, l'interrupteur 6 est fermé et la bobine 4 reste seule active. La marche à puissance réduite de la lampe 1 est obtenue i l'ouverture de l'interrupteur 6, ce qui met en jeu la bobine 5, augmentant l'impédance du circuit, de sorte que le courant d'arc dans la lampe (ainsi que la tension d'arc dans certaines lampes ) diminue. Dans le cas où une telle alimentation directe ne peut astre envisagée, soit que la tension de réseau soit trop haute, ou au contraire trop basses vis-à-vis de celle pour laquelle un fonc- tionnement de lampe correct est obtenu, un auto-transformateur élévateur lOa ou abaisseur lOb est prévu. Le primaire en est bran- ché sur les conducteurs de réseau et le secondaire aux bornes de lampe. De plus est représent sur ces figures 2 et 3 un dispositif 11 d'amorçage de lampe de constitution connue. En outre, un condensateur (ou une batterie de condensateurs) 12 est branché entre les conducteurs d'alimentation sur réseau. I1 est a remarquer qu t en général, pour la plupart des lampes utilisées essentiellement en éclairage publie, le facteur de puissance global diminue avec la puissance de lampe. Avec le montage envisagé de condensateur 12, à tension constante et dans une disposition qui est loin des aonditions de rEsonance , le facteur de puissance obtenu est excellent et surtout conservé pour les deux régimes de puissance envisagés. Le schéma de la figure 2 représente une installation fonctionnant par branchement sur un réseau développant entre phases 380 V, par exemple, celui de la figure 3 montrant un cas analogue pour tension entre phases de 220 V, par exemple, le secondaire de l'auto-transforeateur délivrant dans les deux cas une tension de l'ordre de 270 V, la plus favorable au fonctionnement correct des lampes à décharge actuelles, à haute pression de mercure (et fluorescence) et à haute pression de sodium. D'une façon générale ea effet, pour une d se lampe, plus la tension d'alimentation est élevée, plus l'impédance des appareillages doit être grande; en conséquence, la stabilité de fonctionnement de la lampe et sa régulation en sont grandes. L'effet stroboscopique en est réduit. Dans de telles conditions, la tenue et la durée de vie des lampes sont améliorées. Les risquesd'extinc- tion d'une lampe par passage sur une petite puissance - ouverture de l'interrupteur 6 - sont réduits. Cette tension surélevée aux bornes de l'appareillage de la lampe 1 peut aisément titre obtenue - pratiquement sans frais suries installations utilisant des transformateurs abaisseurs (installations moyennes tension, 3 200 à 5 000 Y) ainsi que sur celles qui, pour compenser des chutes de tension en ligne, utilisent des auto-transformateurs élévateurs; - sur tous types de réseaux par adjonction, sur chaque appareillage de lampe, d'un auto-transformateur permettant d'envisager du mtme eoup une distribution sous 380 V, très économique sur le plan réseau;; - par adaptation sur installationsdéjà existentes, soit par remplacement des appareillages présents soit par adjonction, sur chacun d'eux, de la bobine 5 de self-induction auxiliaire et de l'interrupteur 6 avec, éventuellement, un auto-transformateur tel que 10 constitué en fonction de la tension de réseau. Les lampes à décharge à haute pression de sodium se pr8tent particulièrement bien à ces dispositions oi-dessus décrites, lampes dans lesuuelles les variations de puissance ne se produisent que progressivement, en plusieurs minutes par exemple. En cas de surtensions de réseaux, fréquentes en heures creuses, concidant à celles du fonctionnement nocturne d'un éclairage public que l'on veut réduire, les consommations de ces lampes augmentent très sensiblement : en effet, un accroisseient de tension de 7% correspond à un accroissement de puissance consom mée de 40% environ. Pour un accroissement de 10% sur la tension, on trouve pour la puissance une augmentation de 55fui. Ceci montre tout l'intérêt qu'il y a, en période de nuit, à passer sur le régime de petite puissance à tous les foyers lumineux de ce type au contraire de ce qui se passe pour les extinctions partielles. Dans ce régime de petite puissance, à interrupteur 6 ouvert, une augmentation de 7% sur la tension de réseau correspond à une augmentation de puissance consommée beaucoup plus faible, ce qui est alors très acceptable, Sur le plan de la commande des interrupteurs dans de telles installations, il convient de remarquer qu en général, l'alimentation en est faite sur des réseaux basse-tension utilisant deux ou trois~phases et condueteur neutre, entre phase et neutre. I1 est commode d'envisager pour les dispositifs en cause un branchement entre phases (380 v pour les réseaux de type B2 > 220 V pour ceux de type B1), ce qui libère le conducteur neutre lequel peut être aussi le conducteur 8 précité; tout signal de télécommande peut alors astre transmis sans autres frais que des modifications de connexions en des tableaux de distribution et de commande ainsi qu'aux points d'alimentation des foyers. I1 va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, on peut apporter des modifications aux formes d'exécution qui viennent autre décrites. Dans les mimes conditions de fonctionnement que cidessus décrit, il serait possible de remplacer le couple auto transforeateur self principale par un auto-transformateur à dispersion de champ magnétique, qui agit alors également en tant que limiteur de courant. Un tel auto-transformateur à dispersion de champ pourratt d'ailleurs comporter un bobinage tertiaire qui, mis ou non en série avec un condensateur, permettrait de modifier de ma nière correspondante la puissance de la lampe, cette disposition étant ainsi capable de permettre la supression du bobinage de self auxiliaire. De mame > la bobine de self-induction auxiliaire pourratt être pourvued'un bobinage spécial de saturation de son noyau de fer, ledit bobinage étant alimenté ou non selon la puissance de lampe désirée, éventuellement à l'aide d'un courant électrique variable, en continu ou par paliers. I1 est en outre possible d'envisager une installation telle qae montrée sur la figure 4. Dans ce sohéma, le secondaire d'un auto-transformateur abaisseur de tension, dont le primaire est branché au réseau, est réuni d'une part à une borne de lampe 14, l'autre borne de lampe étant reliée, par un condensateur 15 en série, à un bobinage 16 de self-induction. Ce dernier est relié en série à un bobinage de self induction auxiliaire 17, réuni à la seconde borne de 1'auto-transformateur précité, et par là audit réseau. Le bobinage 17 est shunté par une dérivation sur laquelle figur finterrupteur 18, dont la gachette 19 est reliée à un point intermédiaire d'une résistance 20, relié à un conducteur de signaux de commande 21 (neutre du réseau, par exemple, comme ci-dessus) et de l'autre ctté à une phase de ce réseau. I1 convient de souligner que l'armature magnétique de l'auto-transformateur 13 comporte un entrefer qui en augmente la réluctance, ce qui provoque un déphasage en arrière du courant au primaire et un déphasage en avant du courant fourni au circuit de lampe. Le eondensateur 15 coopère à la compensation par un déphasage en avant. La bobine de self induction 16 offre une armature non saturée. Au contraire de ce qui se passe dans les appareillages des figures 1 à 3,si l'interrupteur 18 est conducteur, la bobine 17 étant shuntée, on obtient le fonctionnement de lampe à puissance réduite. En effet, si l'-interrupteurl8 est ouvert, la lse en eircuit de la bobine 17 provoque une augmentation de la self-induc- tion du circuit de lampe, donc une augmentation de la tension électrique aux bornes du condensateur 17 et donc une augmentation de l'intensité de courant qui y circule et en conséquence un accroissement de puissance à la lampe 14. Cet appareillage de la figure 4 procure donc par d'autres moyens l'amélioration du facteur de puissance ainsi qu'une régulation automatique à changement de puissance, particulièrement bien adapté au cas des lampes à tension d'arc constante, telles les lampes au mercure à haute pression. On peut remarquer que le branchement de la gâchette 19 sur résistance 20 en un point intermédiaire de celle-ci permet de limiter la tension de manoeuvre et le courant de gâchette à des valeurs économiques. REVENDICATIONS 1.- Procédé de commande en modification de la puis sance électrique consommée par une lampe à décharge, caractérisé par le fait qu'on fait varier l'impédance de son circuit d'ali- tentation, notamment la valeur de la self-induction dudit circuit, en fonction inverse de la valeur de ladite consommation. 2.- Dispositif permettant la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, caractérisé par l'insertion, dans le circuit d'alimentation d'une lampe à décharge, d'une impédance, notaient une bobine de self-induction, ajoutant à volonté son action à celle qui est normalement utilisée pour la stabilisation du fonctionnement de ladite lampe. ).- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le circuit d'alimentation comprend, outre un bobinage de self-induction principal, stabilisateur de fonctionnement de lampe, un bobinage de self-induction auxiliaire de réglage de puissance, shunté par une dérivation pourvue d'un interrupteur. 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'interrupteur est télé-comaandé. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la télécoiiande est effectuée par un circuit comprenant un conducteur neutre de réseau de distribution polyphasé, l'alimentation de lampe se faisant par branchement entre phases. 6. - ispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que l'alimentation de lampe compreni un auto-transformateur. 7. - Dispositif selon l'une quelconque des reyendica- tions 1 à 6, caractérisé par le fait que l'alimentation de lampe est pourvue d'au soins un condensateur, branché avantageusement entre les bornes de sortie de secondaire d'auto-transformateur. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé par le fait que le bobinage de selfinduction principal est combiné avec un auto-transformateur en eonstituant celui-ci coraala auto-transformateur à dispersion de champ. 9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit auto-transformateur à dispersion de champ est pourvu d'un bobinage tertiaire, de variation de puissance consommée à la lampe, susceptible d'insertion dans le circuit d'alimentation de lampe. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le bobinage de selfinduction auxilaire est pourvu d'un élément de saturation commandée de son noyau magnétique. 11.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait qu'un condensateur est branché en série dans le circuit d1alimentation, avec bobine de self- induction principale et bobine de self-induction auxilaire. 12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'interrupteur de shuntage de bobine auxiliaire est un interrupteur électronique à gachette, celle-ci étant branchée en un point intermédiaire d'un dispositif lnter- posé entre conducteur de signal de commande et une phase du réseau de distribution.