Brevet FR2413843A1 — 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 puissancenominale 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 titre alimentées avec la même tension : il se trouve par exemple que des lampes à mercure haute pression alimentées sous tension variable de 300 à 220 volts par exemple, doivent entre utilisées concuremmênt avec des lampes au sodium haute pression (alimentées sous une tension variable de 250 à 190 volts, par exemple), parfois dans le m8me réseau d'éclairage. La présente invention propose un système d'alimentation qui permet de faire varier la puissance appliquée à des lampes qui peuvent être de types-différents, la puissance variant par exemple entre P et P/2 et le matériel a'ajustage de puissance étant aussi réduit que possible. A cet effet, l'invention propose une installation pour économiser l'énergie dans les réseaux d'éclairage, à partir d'une alimentation triphasée comprenant trois conducteurs de phase ri, P2; P3 et un neutre, caractériséepar le fait que des lampes sont connectées entre deux des conducteurs de phase ri et P2 et un conducteur de retour qui est soit le neutre soit un conducteur dont le potentiel est en phase avec le potentiel du troisième conducteur de phase P5, et par le fait que l'on insère dans le circuit des lampes entre les conducteurs de phase ri et P2 et le conducteur de retour, au moins un secondaire d'un transformateur d'injection dont le primaire est alimenté par une tension variable produite à partir du troisième conducteur de phase. Ainsi, le transformateur d'injection sert, comme son nom l'indique,à injecter une tension supplémentaire variable, en plus ou en moins dans le circuit des lampes, l'excur- sion de tension possible étant telle qu'elle aboutisse à une fourniture de puissance variant dans les proportions désirées au niveau des lampes alimentées. Cette installation permet une commande aisée de puissance en évitant en particulier l'usage d'inductances ballast court-circuitables pour réduire la tension aux bornes des lampes. Deux solutions particulières sont possibles pour connecter le ou les transformateurs d'injection en série avec les lampes : l'une consiste à utiliser un transformateur ayant deux enroulements secondaires qui sont insérés respectivement en série entre chacun des conducteurs de phase et les lampes (les lampes ayant par ailleurs chacune une borne connectée au conducteur de retour) ; l'autre consiste à utiliser un seul secondaire inséré en série entre le conducteur neutre et les lampes (celles-ci étant par ailleurs connectées aux conducteurs de phase Pi et P2). On prévoira un autotransformateur variable connecté entre le troisième conducteur de phase 13 et le neutre, pour produire une tension variable ayant la meme phase que le conducteur P3. Cette tension variable est appliquée au primaire du transformateur d'injection. Cet autotransformateur peut comnorter une prise intermédiaire, par exemple médiane, le primaire du transformateur d'injection étant connecté entre cette prise et le curseur de l'autotransformateur, pour produire aux bornes des lampes des variations de tension aussi bien positives que négatives. Cette dispisition particulière permet de réduire la taille des transformateurs d'injection nécessaire pour une excursion de tension donnée, c'est-v-dire une variation de puissance donnée dans les lampes. L'autotransformateur peut par ailleurs comporter d'autres prises intermédiaires qui servent de conducteur de retour aux lampes, celles-ci étant connectées à ces prises intermediaires au lieu d'être directement raccordées au neutre. Ce conducteur de retour est alors à un potentiel en phase avec le troisième conducteur de phase. On peut enfin envisager, de connecter le primaire du transformateur à injection à l'autotransformateur par l'intermédiaire d'un inverseur depolmmté que lton actionnera brsque 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 variable de puissance réduite de moitié. 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'installation selon l'invention, - la figure 2 représente une variante dans laquelle le transformateur d'injection peut recevoir une tension en phase ou en opposition de phase avec le conducteur de phase P3, - la figure 3 représente un mode d'exécution dans lequel le transformateur d'injection possède deux secondaires insérés respectivement dans les conducteurs de phase P1 et P2, - la figure 4 représente une variante de la figure 3 dans laquelle certaines lampes sont connectées à un conducteur de retour qui n' est pas le neutre mais qui est en phase avec le conducteur P3. - la figure 5 représente un graphique de compositions de tensions montrant les variations de tension obtenues par le schéma de la figure 4. - la figure 6 représente une partie de montage correspondant à la figure 1 mais incluant un inverseur de polarité. A la figure 1, on voit l'installation d'alimentation selon l'invention, réalisée à partir d'un réseau triphasé classique à basse tension, qui comprend trois conducteurs de phase Pi, P2, P3 et éventuellement un conducteur neutre N. Un variateur de tension, constitué par un autotransfor mateurS ffie est connecté entre le troisième conducteur de phase P3 et le neutre N. Il possède un curseur C sur lequel on prélève une tension variable en phase ou en opposition de phase avec la tension du conducteur P3 prise par rapport au conducteur neutre. Le conducteur ri ét le conducteur P2 forment chacun avec le neutre un circuit dans lequel on insère des lampes d'é- clairage public, respectivement une lampe ti (ou un groupe de lampes en parallèle) dans le circuit entre Pi et le neutre et une lampe L2 (ou un groupe de lampes en parallèle), dans le circuit entre le conducteur P2 et le neutre. Chaque lampe comprend une inductance ballast en série, on représentée. Pour établir une puissance variable dans ces lampes, Oll insère dans leur circuit l'enroulement secondaire ES d'un trans- formateur d'injection TI dont l'enroulement primaire EP reçoit la tension variable prélevée sur ie curseur de l'autotransformateur AT@ Dans l'exemple des figures i et 2, un seul enroulement secondaire est prévu et il est inséré entre le conducteur neutre N et les lampes il et L2 ; dans l'exemple des figures 3 et 4, deux enroulements secondaires sont prévus ; ils sont insérés entre les conducteurs Pi et P2 et les lampes Il et 12. Dans l1en- semble des modes d'exécution décrits, les secondaires ae transformateurs d'injection ont pour but de modifier à volonté entre certaines limites la tension et la puissance appliquées aux lampes. Dans le cas de la figure i, le primaire E du transformateur d'injection est connecté en-tre une borne et le curseur de l'autotransformateur. Dans le cas de la figure 2, le primaire EP est connecté entre une prise intermédiaire Pli et le curseur de l'autotransformateur. Cette disposition permet d'obtenir la merde excursion de tension avec un plus petit transformateur d'injection puisque celui-ci ne supporte plus à son primaire que la moitié de la tension de phase en P3 lorsque le curseur est en bout de course d'un cOté ou de l'autre. La prise intermédiaire Pli est de préférence médiane mais elle peut etre décalée si l'on désire que l'excursion de tension aux bornes des lampes se fasse disymétriquement en plus et en moins autour de la tension nominale des conducteurs de phase du réseau. Dans le mode d'exécution de la figure 5, la tension supplémentaire (en plus ou en moins) est injectée dans les conducteurs de phase Pi etP2 A cet effet, le transformateur d'in jection comprend un primaire EP et deux enroulements secondaires, respectiveent ESi en série avec le conducrteur P1 et ES2 en série avec le conducteur Pi et BS2 en série avec le conducteur P2.Le primaire est toujours alimenté par une tension variable issue d'un autotransformateur BTVconnecté entre P3 et le neutre Des lampes L7 sont connectées entre une borne Ps1 (en aval du secondaire ES1 sur le conducteur P1) et un conducteur de retour constitué par le neutre. De même des lampes L2 sont connectées entre une borne P'2 (en aval du secondaire ES2 sur le conducteur P2) et le neutre. De même que dans le cas de la figure 2, on peut prévoir que l'excursion de tension imposée par le primaire s'effectue aussi bien en plus qu'en moins par rapport à la tension nominale appliquée aux lampes, ceci en connectant l'enroulement primaire EP entre le curseur et une prise intermédiaire Pli de l'autotransformateur ; c'est le cas sur la figure 4, alors que sur la figure 3 le primaire est connecté entre une extrémité et le curseur de l'autotransformateur De plus, dans le cas de la figure 4, une autre variante encore est apportée : elle consiste à prévoir, au moins pour certaines lampes L'i, L'2 qui sont alimentées à partir des bornes P'1 et P'2 un conducteur de retour OR qui n'est pas le conducteur neutre mais qui est connecté à une prise intermédiaire P12 de l'autotransformateurADV Ce conducteur de retour a donc un potentiel intermédiaire entre celui du neutre et celui de la phase P3. Ainsi, les lampes L'1 et ii'2 connectées à ce conducteur de retour ne sont pas soumises à la même tension et aux même variations de tension que les lampes Li etL2 connectées au neutre. Cette disposition permet une alimentation sur une même installation de lampes de deux types différents, par exemple des lampes à mercure haute pression (tension nominale environ 300 volts que l'on peut réduire à 220 volts pour un éclairage réduit) et des lampes au sodium haute pression (de tension nominale environ 190 volts que l'on peut réduire à 190 volts pour un éclairage réduit). Le choix de la position de la prise intermédiaire PI2 règle des valeurs de tension aux bornes des lampes. Un calcul simple ou un graphique de composition de tensions déphasées permet de faire le choix des rapports de transformateur dtinjec- tion et de la position des prises intermédiaires selon les tensions qu'on veut obtenir. Il faut en effet comprendre que le principe de l'invention consiste à rajouter (ou soustraire) à la tension normale des conducteurs PI et P2 qui alimentent les lampes, une tension supplémentaire qui n'est pas en phase avec cette tension normale mais qui est en phase avec la tension du conducteur P3. Cette tension supplémentaire crée les variations de puissance désirées dans les lampes. La figure 5 fait comprendre, par un graphiaue de composition de tensions,comment on rajoute à la tension normale V1 de Pi une tension supplémentaire AV1 en phase avec la tension normale V3 de P3. Il fait comprendre aussi quelle est la tension résultante et ses variations aux bornes des lampes selon que cette tension est prise entre le point P'1 et le neutre (traits tiretés) ou entre le point PI et le point PI2 (traits pointillés), c'est-à-dire selon que les lampes Ti ou L'1 sont alimentés. tes variations sont analogues mais non représentées pour la borne P'2. On voit bien que selon la position de PI2 entre il et PS, les tensions aux bornes des lampes ne sont pas les mimes et varient dans des limites différentes. t'invention prévoit un perfectionnement supplémentaire qui consiste à insérer, entre le primaire du transformateur d'injection et l'autotransformateur variable, un inverseur de polarité qui permet de croiser et décroiser les connexions d'alimentation du primaire du transformateur d'injection. Grâce à ce perfectionnement, on peut utiliser un transformateur d'injection de rapport de transfornation double de celui qui est utilisé dans la figure 1 (pour une même variation de tension-aux bornes des lampes). Par conséquent, le courant traversant le curseur de l'autotransformateur est réduit de moitié et la puissance de l'autotransformateur est aussi réduite de moitié. La figure 6 représente la partie de schéma de la figure 1 comprise entre 1' autotransformateur ATV et le trans- formateur d'injection TI, modifiée par l'insertion de l1inver- seur de polarité I. L'alimentation du transformateur d'injection se fait en deux temps : dans le premier, la tension aux bornes du primaire du transformateur d'injection est en opposition de phase avec celle de P3 et elle varie du maximum jusqu'à une valeur nulle pour laquelle l'inverseur de polarité est actionné, et dans le deuxième temps, la tension cette fois en phase avec celle de P3 varie de zéro à la valeur maximum. Ii en résulte pour l'alimentation des lampes une tension continuellement vairable dans le sens de l'augmentation. R: 3VEliDICAtI055 i. Installation pour économiser l'énergie dans les réseaux d'éclairage, à partir d'une alimentation triphasée comprenant trois conducteurs de phase Pi, P2, P3 et un neutre, caractérisée par le fait que des lampes sont connectées entre deux des conducteurs de phase P1 et P2 et un conducteur de retour qui est soit le neutre soit un conducteur dont le potentiel est en phase avec le potentiel du troisième conducteur de phase P3, et par le fait que l'on insère dans le circuit des lampes entre les conducteurs de phase Pi et P2 et le conducteur de retour, au moins un secondaire d'un transforma teur d'injection dont le primaire est alimenté par une tension variable produite à partir du troisième conducteur de phase. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'on insère dans le conducteur neutre de l'alimentation, le secondaire d'un transformateur d'injection dont le primaire est alimenté à partir d'un transformateur variable connecté dans le troisième conducteur de phase, -les lampes étant connectées entre les conducteurs de phase Pi et P2 et le secondairc du transformateur d'injection. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait ou'un premier secondaire d'un transformateur d'injection est inséré dans le conducteur de phase P1 et un deuxième secondaire du transformateur d'injection est inséré dans le conducteur de phase P2, le transformateur ayant un primaire alimenté par un auto-transformateur variable connecté entre le troisième conducteur de phase et le neutre, et les lampes etant connectées entre les secondaires des transformateurs et le conducteur de retour. 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le conducteur de retour est le neutre. 5. Installation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que l'autotransformateur possède des plots intermédiaires de sortie, les lampes étant connectées entre les secondaires des transformateurs et ces plots intermédiaires. 6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que l' autotransformateur possède une prise interr.édiaire et que le primaire du 'sransformatew1r d'injec-- tion est connecté entre cette prive et Je curseur de l'auto- transformateur. 7. Installation selon 1'une des revendications i à 6, caractérisée par le fait que le primaire du transformateur d'injection est relié à l'autotransformateur par l'intermédiaire d'un inverseur de polarité.