Brevet FR2413844A1 — publié le 19790727

La présente invention concerne les réseaux d'alimentation électrique destinés en particulier à l'éclairage public. Il est souhaitable de pouvoir réaliser des économies d'énergie dans le domaine de l'éclairage urbain en réduisant la puissance d'éclairage à certaines heures où l'utilisation de la -puissance totale n'est pas impérative. On peut par exemple chercher à faire varier la puissance dissipée entre une puissance nominale P et une puissance réduite correspondant à la moitié de la puissance nominale. Un problème se pose du fait que les lampes d'éclairage urbain ne sont pas toutes du même type et surtout ne sont pas toutes destinées à être alimentées avec la même tension : il se trouve par exemple que des lampes à mercure haute pression alimentées sous une tension variable de 300 à 220 volts environ doivent être utilisées concurremment avec des lampes au sodium haute pression alimentées sous une tension variable de 250 à 180 Volts environ, parfois dans le même réseau d'éclairage. La présente invention propose un système d'alimentation qui permet d'accommoder les deux types de lampe, avec une puissance variable (par exemple entre P et P/2), le réseau triphasé étant de plus équilibrable par une répartition appropriée des charges sur les trois phases. A cet effet l'invention propose un système d'alimentation, à partir d'un réseau triphasé comprenant trois conducteurs de phase P1, P2, P3 et éventuellement un neutre et délivrant trois tensions composées V12,V23,V31 entre phases, et éventuellement trois tensions simples entre neutre et phases, V1,V2,V3, caractérisé par le fait que le secondaire d'un premier transformateur d'injection est inséré dans un premier conducteur de phase P1, le primaire de ce premier transformateur d'injection étant alimenté par une tension variable en phase ou en opposition de phase avec l'une des tensions simples VI V2 V3 ou composées V12 V23 V31 de l'alimentation, et par le fait que le secondaire d'un second transformateur d'injection et le secondaire d'un troisième transformateur d'injection sont insérés respectivement dans le second et le troisième conducteur de phase, les primaires respectifs des second et troisième transformateur d'injection étant alimentés respectivement par des tensions en phase ou opposition de phase avec des tensions simples ou composées prises parmi V1,V2,V3 ou V12,V23,V31, et déterminées selon une permutation circulaire à partir de la tension d'alimentation choisie pour le primaire du premier transformateur. Ainsi, les transformateurs d'injection servent comme leur nom l'indique à injecter une tension supplémentaire variable, en plus ou en moins, dans chacun des conducteurs de phase, l'excursion de tension possible dans chaque phase étant telle qu'elle aboutisse à une fourniture de puissance variant dans les proportions désirées au niveau des lampes alimentées. On obtient des excursions de tension d'alimentation différentes selon qu'on se place entre neutre et phase ou entre phases à la sortie du système, de sorte qu'on peut connecter des lampes de types différents. Cette installation évite en particulier l'usage d'inductances ballast supplémentaires court-circuitables pour faire varier la tension aux bornes des lampes. A titre préférentiel, on utilisera des autotransformateurs variables connectés entre neutre et phase, sur le curseur desquels on prélèvera une tension pour l'alimentation des primaires des transformateurs d'injection. Cette tension d'alimentation des primaires peut être prélevée entre le curseur et une ou plusieurs prises intermédiaires de l'autotransformateur pour pouvoir obtenir des excursions de tension aussi bien en plus qu'en moins à partir d'une origine choisie qui peut dépendre en particulier du type de lampes alimentées (c'est-à-dire de la tension nominale qu'elles réclament). Cette disposition permet de réduire la taille des transformateurs d'injection par rapport à celle qui est nécessaire lorsque les excursions de tension se font dans un seul sens. On peut également, à titre de variante, connecter le primaire du transformateur à injection à l'autotransformateur par l'intermédiaire d'un iverseur de polarité que l'on actionnera lorsque le curseur de l'autotransformateur sera à une position telle que le primaire est alimenté par une tension nulle. De cette manière, on peut obtenir une excursion de tension dans les deux sens avec un autotransformateur de plus faible puissance que dans le cas où cet autotransformateur est muni d'une prise intermédiaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente le schéma général de l'instal- lation selon l'invention, - la figure 2 représente un schéma particulier avec des autotransformateurs pour produire des tensions variables à appliquer aux transformateursd'injecti0n, - la figure 3 représente une variante du schéma de la figure 2, - la figure 4 représente une autre variante avec un inverseur de polarité aux bornes de chaque primaire de transformateur d'injection. A la figure 1 on voit le circuit'général selon l'invention. il est réalisé à partir d'un réseau triphasé classique à basse tension, qui comprend trois conducteurs de phase P1, P2, P3, et éventuellement un conducteur neutre N. Ce réseau délivre trois tensions composées entre phases, que l'on appellera V12 pour la tension entre conducteurs P1 et P2 et de meme V23 et V pour les autres tensions composées, par permutation circulaire des conducteurs. Ce réseau délivre également des tensions simples V1 V2 V3 entre chaque conducteur de phase Pt, P2 ou P3 et le neutre N B'il est présent. Un variateur de tension 10 reçoit les conducteurs du réseau pour délivrer à sa sortie des tensions variables en phase ou en opposition de phase soit avec les tensions simples, soit avec les tensions composées ; ces tensions variables sont appliquées aux enroulements primaires EPI, EP2, EP3 de trois transformateurs d'injection TII, TI2, T13 dont les secondaires ES1, ES2, ES3 respectivement, sont connectés chacun par un cdté à un conducteur de phase, respectivement P1, P2, P3. L'autre c8té des enroulements secondaires est connecté à une borne de sortie, respectivement P'1, P'2, P'3 pour les enroulements secondaires ESi, ES2, ES3, ces bornes de sortie étant destinées à la connexion de lampes d'éclairage public avec une puissance variable commandée par le variateur de tension 10. Ces lampes sont connectées soit entre une borne de sortie P'1, P'2, P'3 et le neutre (par exemple les lampes L1, Lut1, et L"1 sur la figure 1), soit entre deux bornes de sortie, par exemple les lampes L2, L'2.et L"2 connectées entre les bornes P'1, P'2, P'3 prises deux à deux. Selon le mode de connexion, les tensions appliquées aux lampes sont différentes puisqu'il s'agit dans un cas de tensions entre phases d'un système triphasé, et dans l'autre cas de tension entre phase et neutre. Chaque lampe comprend une inductance ballast en série. Dans les deux cas cependant, on obtient une variation de puissance en faisant varier, par le variateur 10, les tensions injectées par les transformateurs TIi; TI2 et TI3 dans les conducteurs de phase P1, P2, P3. Les tensions appliquées aux enroulements primaires de ces transformateurs ne sont n'importe lesquelles. Elles se déduisent par permutation circulaires les unes des autres. C'est-à-dire que si une tension proportionnelle à V1 (ce qui est le cas le plus avantageux) est appliquée à l'enroulement EP1, alors des tensions proportionnelles -à V2 et V3 respectivement sont appliquées aux enroulements EPZ et EP3. De même, si une tension composée proportionnelle à V12 est appliquée à EP1, des tensions proportionnelles à V23 et V31 seront appliquées à EP2 et EP3. On peut connecter sur un même réseau triphasé, par exemple à 220 volts entre phases à la fois des lampes à mercure haute pression (tension variable de 300 à 220 volts) et des lampes au sodium haute pression de tension nominale plus faible, ou d'autres types de lampes encore. Les lampes de ten sion nominale plus élevée sont connectées aux places des lampes B2, L'2, et T"2 ; les lampes de tension noninale plus faible sont connectées aux places des lampes B1, L'1, L"I. Etant donné la symétrie du montage, on peut équilibrer la consommation des phases du réseau en connectant des nombres de lampes appropriés aux diverses phases La figure 2 montre un exempl-e de réalisation dans lequel le variateur 10 est constitué par trois autotransformateurs variables 1,AT2,AT3 connectés à chaque conducteur de phase Pi, P2, P3 respectivement reliés tous en étoile à un point commun qui peut être ou non connecté à un neutre N. Chaqe autotransformateur est muni d'un curseur, respectivement CI, C2, C3 et les primaires des transformateurs d'injection TI2, EI2, TI3 sont alimentés par des tensions variables prélevées entre les curseurs C1, C2, C3 et une extrémité de l'autotransformateur correspondant. le secondaire du transformateur TII est connecté à la phase P1 et, par permutation circulaire, ceux de TI2 et TI3 aux phases P2 et P3. Pour un réseau triphasé à 220 volts entre phases par exemple, on peut prévoir des transformateurs d'injection de rapport de tension 5:1 environ pour que la tension supplémentaire injectée dans le secondaire varie entre 0 et 45 volts environ lorsque le curseur se déplace d'um extrémité à l'autre de l'autotransformateur. Si des lampes sont connectées entre phase et neutre, la tension à leurs bornes peut varier entre 127 et 172 volts (ou 127 et 82 volts selon le sens d'enroulement des transformateurs). SI des lampes sont connectées (comme sur la figure 2) entre phases, c'est-à-dire chacune entre deux des bornes de sortie P'1, P'2, P'3 en aval des secondaires des transformateurs d'injection, la tension à leurs bornes peut varier entre 220 volts et environ 300 volts (c'est-à-dire 220 volts + W3-x 45 volts = 298 volts compte tenu du déphasage de 1200 entre les tensions en P'1 et en P'2), ou entre 220 volts et 152 volts si les enroulements du transformateur sont connectés de manière à réduire la tension de P'1, P'2, P'3 par rapport à celle de PI, P2, P3 au lieu de l'augmenter. Ceci est évidemment valable pour un réseau triphasé dont la tension entre phases est différente, en particulier pour une tension de 380 volts. Par rapport aux techniques existant actuellement pour ltobtention d'une puissance variable sur les lampes d'éclairage, on ntest pas obligé de prévoir un autotransformateur dimensionné de manière à laisser passer dans son curseur la totalité du courant passant dans les lampes. En effet, le rapport de transformation des transformateurs d'injection est d'environ 5:1 pour une variation de puissance entre P et P/2 et seul un cinquième du courant nominal parcourt les primaires des transformateurs d'injection donc le curseur des autotransformateurs. Or l'intensité de courant qui peut traverser le curseur est un paramètre important dans le dimensionnement des autotransformateurs. Pour réduire par ailleurs la taille des transformateurs d'injection pour une variation de puissance donnée, on peut modifier le schéma de la figure 2 pour obtenir celui de la figure 3, ctesSà-dire un schéma dans lequel les primaires des transformateurs d'injection sont connectés d'une part au curseur de l'autotransformateur et d'autre part à une prise intermédiaire, respectivement PI1, PI2 et PI3 pour chaque autotransformateur, de préférence une prise médiane. De cette manière, en prenant des transformateurs d'injection de meme rapport de tension que dans le cas de la figure 2 (par exemple 5:1), on peut établir sur les secondaires des excursions de tension aussi bien en positif qu'en négatif (par exemple + 22,5 volts) lorsque le curseur passe d'un coté à l'autre de la prise intermédiaire. On n'a plus besoin dans ce cas que de transformateurs d'injection qui supportent une tension deux fois moindre (le courant étant pratiquement inchangé) que dans le cas de la figure 2. En effet, la tension maximum au primaire des transformateurs d'injection n'est plus que la moitié de la tension aux bornes des autotransformateurs. Dans ce mode de réalisation comme dans le précédent, on peut connecter aux sorties P'1, P'2, et P'3 des lampes soit entre phases soit entre phase et neutre (comme sur la figure 3) selon le type de lampe et les tensions du réseau : par exemple, un réseau triphasé 220 volts - 380 volts avec des transformateurs d'inJection de rapport 5:1 permet d'obtenir en P'1, P'2, P'3, des tensions simples (entre phase et neutre) variant entre environ 197 volts et 243 volts ce qui est tout à fait approprié à l'alimentation en puissance variable (entre P/2 et P) de lampes au sodium haute pression. il est à noter que lton peut prévoir des prises intermédiaires d'autotransformateurs ailleurs qu'au milieu de celui-ci dans le cas où l'excursion de tension désirée en P'1, Pl2 P'3 n'est pas symétrique par rapport à la tension nominale du réseau en P1, P2, P3. Â la figure 4 on a représenté une autre variante de la figue 2, dans laquelle on a inséré, entre chaque primaire detransformateur dtinjection et l'autotransformateur auquel il est relié, un inverseur de polarité (respectivement Il, I2, I3), qui intervertit le sens de connexion du primaire et qui inverse donc à volonté la phase de la tension injectée par les secondaires de ces transformateurs d'injection. Ceci permet (comme dans le cas de la figure 3) d'obtenir une excursion aussi bien en plus qu'en moins des tensions en P21 P'2 P'3 par rapport aux tensions nominales de réseau sur Pi, P2, P3, en actionnant l'inverseur lorsque le curseur de l'au-. totransformateur est en bout de course et que le primaire reçoit donc une tension nulle. Dans ce cas, la puissance des transformateurs d'injection est réduite (pour une excursion de tension donnée au secondaire) comme dans le cas de la figure 3, avec cette différence que le rapport de transformation est deux fois plus élevé (10:1 au lieu de 5:1) puisque la tension aux bornes du primaire peut atteindre la tension maximale aux bornes de l'autotransformateur pour chaque sens de l'excursion de tension. Cette disposition présente sur la figure 3 l'avantage de ne faire circuler dans le curseur des autotransformateurs qu'un courant deux fois plus faible que dans le cas de la figure 3 pour des mêmes valeurs de tensions dans le réseau. Les schémas décrits en référence aux figures 1 à 4 correspondent au cas où le secondaire des transformateurs d'injec- tion est connecté dans la phase (P1 par exemple pour ES1) à partir de laquelle une tension variable est formée pour alimenter le primaire. Cependant, il est possible de prélever une tension variable proportionnelle à Vi (autotransformateur entre phase Pi et neutre), et de l'appliquer au primaire d'un transformateur d'injection donc le secondaire est en série avec uh conducteur de phase autre que Pi, par exemple P2 ou P3, pourvu que l'on respecte la permutation circulaire pour la disposition des autres transformateurs d'injection. De même, il est possible de prélever une tension variable proportionnelle à V12 (autotransformateur entre phases ri et P2) et de l'appliquer au primaire d'un transformateur d'injection dont le secondaire est en série avec n'importe quel -conducteur de phase Pi, P2 ou P3, pourvu que l'on respecte la permutation circulaire pour les autres. On adoptera une disposition ou une autre selon les amplitudes de tensions et de variations de tension que l'on désire,compte tenu de la tension de réseau imposée, de la présence ou de ltabsence d'un conducteur neutre, et des tensions nominales des lampes à alimenter. R3'rENI CATIONS 1. Système d'alimentation pour économiser l'énergie dans les réseaux d'éclairage, à partir d'un réseau triphasé compre- nant trois conducteurs de phase P1, P2, P3 et éventuellement un neutre et délivrant trois tensions composées V12v23V31 entre phases et, éventuellement trois tensions simples entre neutre et phase, V1 V2 V3, caractérisé par le fait que le secondaire d'un premier transformateur d'injection est inséré dans un premier conducteur de phase Pi, le primaire de ce premier transformateur d'injection étant alimenté par une tension variable en phase ou en opposition de phase avec l'une des tensions simples V1 V2 V3 ou composées V12V23V31 de l'alimentation, et par le fait que le secondaire d'un second transformateur d'injection et le secondaire d'un troisième transformateur d'injection sont insérés respectivement dans le second et le troisième conducteur de phase, les primaires respectifs des second et troisième transformateur d'injection étant alimentés respectivement par des tensions en phase ou opposition de phase avec des tensions simples ou composées prises parmi V1 V2 V3 ou V12 V23 V31 et déterminées selon une permutation circulaire à partir de la tension d'alimentation choisie pour le primaire du premier transformateur. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé-par le fait qu'il comporte trois autotransformateurs connectés entre phases ou entre phase et neutre pour produire des tensions variables en phase ou en opposition de phase avec les tensions composées ou les tensions simples du réseau triphasé. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les primaires des transformateurs d'injection sont connectés entre une extrémité et un curseur de chaque autotransformateur. 4. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les primaires des transformateurs sont connectés entre une prise intermédiaire et un curseur de chaque autotransformateur. 5. Système selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les primaires des transformateurs d'injection sont connectés chacun à un autotransformateur par l'intermédiaire d'un inverseur de polarité. 6o Système selon l'une des revendications i à 5, caractérisé par le fait que le primaire du premier transformateur d'injection reçoit une tension variable en phase ou opposition de phase avec V1 et que le secondaire de ce transformateur est inséré dans le premier conducteur de phase Pi, les autres transformateurs d'injection étant disposés de la même façon par permutation circulaire. 7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que des lampes d'éclairage sont connectées aux réseau triphasé en aval des secondaires des transformateurs d'injection, soit entre phases soit entre une phase et le neutre.