Brevet FR2468276A1 — publié le 19810430

La présente invention concerne un dispositif pour stabiliser le régime des lampes à décharge, telles que les lampes fluorescentes ou à vepeurs métalliques, ou analogues. L'invention vise également une installation d'éclairage comprenant au moins une lampe à décharge et un dispositif de stabilisation conforme à l'invention. On sait qu'il est nécessaire de stabiliser l'arc des lampes à décharge, et cette stabilisation est généralement réalisée au moyen d'une inductance montée ensérie avec la lampe. Dans certains cas, la tension d'arc de la lampe est trop élevée par rapport à la tension du réseau d'ali- mentation, de sorte que le fonctionnement de la lampe est impossible sans dispositif annexe pour élever la tension d'alimentation. On peut utiliser à cette fin un autotransformateur, en prenant soin d'adapter à cette tension plus élevée, l'inductance montée en série avec la lampe pour stabiliser l'arc. Habituellement, une capacité montée en paral vièle avec l'inductance et la lampe, compense le déphasage qu'introduit l'inductance. En pratique, un autotransformateur élévateur à fuites magnétiques peut satisfaire à lui seul la double nécessité d'élever la tension d'alimentation et de stabiliser le courant d'arc. Le circuit magnétique de ces autotransformateurs a la particularité de comporter un shunt magnétique avec entrefer, de sorte qu'une partie des lignes de force émises par les enroulements sont déviées du circuit magnétique. Le résultat obtenu est équivalent à celui d'un autotransformateur sans fuites alimentant une inductance montée en série avec la lampe. Lorsque la lampe est éteinte aucun courant d'arc ne traverse l'enroulement élévateur monté en série et l'auto-trarlsformateur, qui fonctionne ainsi "à vide", transmet aux électrodes de la lampe sa tension maximale "à vide", ce qui confère à la lampe sa stabilité de fonctionnement en facilitant son allumage ainsi que ses réamor çages bi-périodiques. Même si la lampe å décharge est capable de fonctionner correctement sous la tension du réseau moyennant le montage d'une inductance en série, elle fonctionne toutefois de façon plus stable si elle est alimentée à partir d'une tension supérieure à la tension du réseau. Son courant d'arc doit être alors stabilisé par une inductance adaptée à cette tension supérieure. Cette meilleure stabilité de fonctionnement est assurée par la surtension "à vide" qui favorise l'allumage et les réamorçages bi-périodiques de la lampe. Le gain de stabilité ainsi obtenu permet dès lors de faire fonctionner, de façon stable, la lampe en régime de puissance réduite, par simple diminution de la tension d'alimentation, par exemple à l'aide d'un variateur de tension. En contrepartie des avantages énoncés ci-dessus, le montage d'un auto-transformateur élévateur de tension présente de nombreux inconvénients. L'auto-transformateur a une puissance relativement importante, approximativement égale au produit de la surtension qu'il engendre, par le courant d'arc. L'autotransformateur est donc volumineux et coûteux, et augmente notablement la consommation d'énergie de la lampe. La capacité de compensation, ainsi que l'inductance de stabilisation sont plus importantes que des capacités ou inductances normalisées conçues pour la tension du réseau, et leur coût est donc élevé. IJn tel auto-transformateur ne peut donc être branché directement au circuit électrique d'alimentation classique d'une lampe à arc. L'un des buts de l'invention est de remédier aux inconvénients des réalisations précitées en créant un dispositif pour stabiliser les lampes à décharge, qui soit économique et peu encombrant. L'invention vise ainsi un dispositif pour stabiliser les lampes à décharge comprenant un auto-transformateur qui est bobiné en élévateur-de tension, et qui comporte un enroulement primaire destiné à être alimenté à partir d'une source de tension, et un enroulement secondaire destiné à être monté en série avec la lampe à décharge à stabiliser. Suivant l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que cet auto-transformateur comporte des moyens pour neutraliser pratiquement, en charge, la fonction élévatrice de tension de l'auto-transformateur, ces moyens engendrant des fuites magnétiques variables en fonction de la charge de l'auto-transformateur. Quand la lampe est éteinte, l'auto-transformateur fonctionne à vide et fournit une surtension favorable à l'al- lumage ou aux réamorçages bi-périodiques de la lampe. Par contre, en charge, la surtension induite dans l'enroulement secondaire prend une valeur très faible et l'inductance propre de l'enroulement secondaire compense cette surtension et la fait disparaitre. Ainsi, la puissance de l'auto-transformateur est pratiquement nulle, de sorte que ses dimensions, son prix et sa consommation d'énergie sont très réduits par rapport aux auto-transformateurs employés conformément à l'état de la technique. On notera que le dispositif conforme à l'inventioe procède d'une démarche différente de celle enseignée par l'état de la technique qui incite à augmenter en permanence la tension d'alimentation des lampes à décharge ; de plus, l'homme du métier était dissuadé de réaliser un auto-transformateur qui ne fournisse pas de surtension en charge. Selon un autre objet de l'invention, l'installation d'éclairage qui comprend au moins une lampe à décharge associée au dispositif précité, pour stabiliser cette lampe, et deux bornes de branchement à une source de tension, est caractérisée en ce que ces bornes de branchement, qui sont reliées chacune à l'une des extrémités de l'enroulement primaire de l'auto-transformateur, sont reliées entre elles par un condensateur de type courant approprié à la tension d'alimentation. Ce condensateur permet de compenser le déphasage introduit par l'inductance de l'enroulement secondaire de 1 'auto-transformateur. Grâce aux propriétés de lwauto-transformateur, un condensateur de type courant approprié à la tension d'alimentation suffit. Ce peut notamment être un condensateur associé à la lampe à décharge lors de la construction de cette dernière. D'autres particularités de l'invention ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure i est un schéma d'une installation d'éclairage comprenant une seule lampe à décharge - la figure 2 est un schéma d'une installation d'éclairage comprenant plusieurs lampes à décharge à puissance d'éclairage variable - la figure 3 est un schéma d'une installation d'éclairage à deux puissances d'éclairage. L'installation représentée à la figure 1, qui comprend une lampe à décharge 1, telle qu'une lampe à vapeur dc mercure ou autre métal, est destinée à être branchée au réseau par ses bornes P (phase), N (neutre). La stabilité du fonctionnement de la lampe 1 est assurée par un dispositif qui comprend un auto-transformateur 2 bobiné en élévateur de tension, comportant un circuit magnétique 3 formé d'un cadre rectangulaire 4 et d'un noyau 5 disposé sensiblement selon la petite médiane du cadre 4. Autour du noyau 5 sont bobinés un enroulement primaire 6 destiné à être alimenté à partir des bornes PN, et un enroulement secondaire 7 monté en série avec la lampe 1. Conformément à l'invention, l'autotrånsforma- teur 2 comprend des moyens pour assurer des fuites magnétiques telles qu'en charge la fonction élévatrice de tension de l'autotransformateur 2 disparaisse presque complètement. Ces moyens résident notamment dans le bobinage des enroulements 6 et 7. Alors que l'enroulement primaire 6 est bobiné serré autour du noyau 5 pour rendre ses fuites magnétiques négligeables, l'enroulement secondaire 7 est bobiné autour de l'enroulement 6, sensiblement selon le même axe, et de façon qu'un espace annulaire 8 de dimension radiale D, subsiste entre les enroulements 6 et 7 pour permettre les fuites magnétiques. En pratique, un espace 8 dans lequel D = 5 mm environ, suffit dans la plupart des cas. Par contre, le circuit magnétique 3 est exempt de shunt et d'entrefer. De préférence, l'enroulement 6 constitue une inductance pratiquement pure, d'impédance élevée qui, exprimée en ohms, est égale à au moins dix fois la tension d'alimentation exprimée en volts. Dans l'exemple représenté, l'une des extrémités de l'enroulement primaire 6 est reliée à la borne P par l'intermédiaire d'une inductance 9, et les bornes P,N sont reliées entre elles par une capacité 11. L' inductance 9 et la capacité 11, qui sont des composants d'utiiisaticn courante pour la tension normalisée susceptible d'tre appliquée aux bornes P,N, sont généralement associées d'origine aux lampes à décharge telles que 1, une des particularités de l'invention étant de permettre leur maintien sans modification. Par ailleurs, l'enroulement secondaire 7 est relié directement à la lampe 1 dont l'autre borne est elle-même directement reliée à la borne N. Dans le cas d'une lampe à vapeurs de mercure de 250 W, on peut à titre illustratif, avoir les valeurs numériques suivantes Tension d'arc 130 volts Tension d'amorçage 160 volts 2 Section du fil de l'enroulement primaire : 0,1mu2. Section du fil de l'enroulement secondaire 2 0,5 à t mm Impédance de l'enroulement primaire : 5000 à 6000 Q . Dimension radiale D de l'espace de fuite 5 mm. On peut atteindre dans ces conditions une surtension à vide de 40 volts, alors que les dimensions de l'auto-transformateur sont de l'ordre de 40 mm x 40 mm x 40 mm. Le fonctionnement de l'installation décrite ci-dessus est le suivant Quand la lampe 1 est éteinte, alors que les bornes PN sont sous tension, l'auto-transformateur 2 fonctionne à vide et fournit une surtension A V entre ses bornes A et B. Par contre, en charge, par suite des fuites magnétiques, la tension induite de l'enroulement secondaire 7, qui est alors très faible, est en outre sensiblement compensée par son inductance propre de sorte que l'auto- transformateur 2 ne fournit plus de surtension entre les bornes A et B. Ainsi, l'auto-transformateur 2 fournit à la lampe une surtension à vide A V, favorisant son réamor çage et par suite sa stabilité de fonctionnement, et n'a pratiquement aucune incidence sur son functionnement en charge (lampe allumée), ce qui lui confère une puissance infime. L'emplacement de l'auto-transformateur 2 en aval de l'inductance 9, du côté de la lampe 1, comme représenté à la figure 1, n'est pas une obligation. Dans le cas d'appareillages de lampes comportant un amorceur au droit de l'inductance telle que 9, il y a intérêt pour ne pas perturber les émissions HF haute tension, à disposer l'auto-transformateur 2 entre cette inductance et la capacité 11. Le mode d'exécution représenté à la figure 2 concerne plus particulièrement une installation nouvelle, comprenant un appareillage non compensé par des capacités individuelles. Dans cette installation, une succession de trois lampes 21 est stabilisée par un dispositif de stabilisation unique. Ce dernier comprend un auto-transformateur 2 de structure identique à celui de la figure 1. Chaque lampe 21 est montée en série avec une inductance 29, et les trois ensembles comprenant chacun une lampe 21 et une inductance 29 sont montés en parallèle, le tout étant monté en série avec l'enroulement secondaire 7. Par ailleurs, l'enroulement primaire 6 est alimenté par l'intermédiaire d'un variateur de tension 22 dont l'entrée est reliée aux bornes P, N. Dans cette installation, l'auto-transformateur 2, qui est commun aux trois lampes 21, fonctionne comme dans l'installation de la figure 1. En outre, grâce à la présence du dispositif conforme à l'invention, on peut diminuer la tension d'alimentation à l'aide du variateur 22 de façon à diminuer la puissance d'éclairage, sans risquer l'extinction des lampes. L'exemple d'installation représenté à la Figure 3 trouve en particulier son application dans l'éclairage public où il est intéressant de prévoir deux puissances parmi lesquelles on choisit en fonction de l'heure, selon que l'éclairage naturel est encore sensible ou non, ou bien que la fréquentation de l'endroit à éclairer est importante ou non. Dans cet exemple, l'installation est semblable à celle de la Figure 1, sauf qu'elle comprend en outre, entre l'inductance 9 et l'extrémité de l'enroulement primaire 6 à laquelle elle est reliée, une seconde inductance 39 montée en parallèle avec un dispositif 31 permettant de court-circuiter, ou au contraire de mettre en service à volonté cette inductance 39. Le dispositif 31 peut être commandé manuellement, à distance ou non, ou bien automatiquement au moyen par exemple d'un élément photo-sensible. Pour obtenir une forte puissance d'éclairage, on court-circuite l'inductance 39 à l'aide du dispositif 31, de sorte que seule l'inductance 9 est en circuit. Pour passer à une puissance d'éclairage réduite, on met en service l'inductance 39. Bien que la tension de réamorçage, ou tension "à vide", reste égale à la tension d'alimentation aux bornes P,N lors de la mise en série instantanée de l'inductance additive 39, la lampe accuse, durant un temps relativement long, une surtension d'arc importante qui risque de provoquer son extinction si aucune précaution ntest prise. Le dispositif conforme à l'invention permet d'éviter ce risque d'extinction. Par ailleurs, la surtension d'ionisation " vide" permet l'amorçage de lampes à tension d'amorçage élevée. Le vieillissement des lampes se traduisant par une augmentation de cette tension, ce dispositif augmente donc, à lui seul, la durée de vie des lampes. Par ailleurs, lors de l'allumage des lampes, les électrodes qui se trouvent froides, sont traversées par un courant d'allumage nettement plus important que le courant correspondant au fonctionnement stabilisé de la lampe. Cette surintensité d'arc transitoire crée dans l'enroulement secondaire en série, une tension d'opposition due à l'impédance de l'enroulement, laquelle limite la surintensité. Dans ces conditions, les électrodes froides sont traversées par un courant plus faible, ce qui réduit les phénomènes d'arrachement de particules d'électrodes et donc l'usure de la lampe due aux phénomènes d'allumage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, et de nombreux aménagements peuvent etre apportés à ces exemples sans sortir du cadre de cette invention. C'est ainsi que tout type d'appareillage électromagnétique approprié pour permettre les fuites répondant à la condition spécifiée peut être employé dans l'autotransformateur. D'autre part, le dispositif conforme à l'invention peut être utilisé dans d'autres installations que celles décrites plus haut. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour stabiliser les lampes à décharge, comprenant un auto-transformateur qui est bobiné en élévateur de tension, et qui comporte un enroulement primaire destiné à être alimenté à partir d'une source de tension, et un enroulement secondaire destiné & être monté en série avec la lampe à décharge à stabiliser, caractérisé en ce que cet auto-transformateur comporte des moyens pour neutraliser pratiquement, en charge, la fonction élévatrice de tension de l'auto-transformateur, ces moyens engendrant des fuites magnétiques variables en fonction de la charge de l'auto-transformateur. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel l'auto-transformateur comporte un noyau autour duquel sont bobinés les enroulements, caractérisé en ce que les moyens précités comprennent un enroulement primaire bobiné serré autour du noyau, tandis que l'enroulement secondaire est bobiné autour de l'enroulement primaire et à distance de ce dernier, de façon à ménager un espace aimulaire suffisant pour les fuites entre les deux errailenerrbs. 3. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'auto-transformateur comprend un circuit magnétique exempt de shunt et d'entrefer. 4. Installation d'éclairage qui comprend au moins une lampe à décharge associée à un dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 3, et deux bornes de branchement au réseau, caractérisée en ce que ces bornes de branchement, qui sont reliées chacune à l'une des extrémités de l'enroulement primaire, sont reliées entre elles par un condensateur de type courant approprié à la tension d'alimentation. 5. Installation d'éclairage conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que l'une des bornes de branchement est reliée à l'extrémité correspondante de l'enroulement primaire par l'intermédiaire d'une inductance de type courant approprié à la tension d'alimentation. 6. Installation d'éclairage conforme à l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que l'une des extrémités de l'enroulement primaire est reliée à une borne de branchement au réseau par l'intermédiaire d'une inductance montée en parallèle avec un dispositif permettant de la mettre en service et de la court-circuiter.