Brevet FR2478872A1 — publié le 19810925

L'invention concerne, d'une manière générale, une lampe ô décharge de forte intensité pourvue de moyens d'a- morçage électroniques permettanL de supprimer l'électrode auxiltiaire classique d'amorçage scellée dans le tube à arc. Orn obtient ainsi un rendement plus élevé, une plus grande conservati-on du flux lumineux et une plus longue durée de vie. Les lampes à décharge de forte intensité du type à vapeur de mercure ou halogénures métalliques se composent i0 gënéralement d'un tube à arc en quartz ou en silice fondue mionté dans une ampoule extérieure en verre, cette ampoule étant pourvue a une extrémité d'un culot à vis. Le tube à arc contient le milieu de décharge, mercure ou halogénures métalliques,avec un gaz inerte tel que de l'argon à des fins d'amorçage. L'arc de décharge est formé entre des électrodes thermo-ioniques principales qui sont scellées dans les extré- mi.tés du tube à arc. Pour faciliter l'amorçage de la lampe, on prévoit généralement une électrode d'amorçage auxiliaire scellée dans une extrémité du tube à arc à proximité de 'urne des électrodes principales. L'électrode auxiliaire peto êlre constiLuée par un fil de tungstène amené dans l'espace de décharge du tube à arc et raccordé à luélectrode principale de laquelle il est le plus éloigné par l'inter- médiaire d'une rasistance de limitation de courant. Une électrode d'amorçage est très utile pour atté- nuer la charge totale lors de l'amorçage de la lampe, mais elle a des inconvénients bien définis. L'halogénure métalli- que condensé dans la zone de l'électrode d'amorçgage et de l'électrode principale adjacente peut être soumis à électro- lyse et accélérer ainsi la formation. de fissures dans le s'ellement à l'extrémité du tube à arc ou se trouve cette électrode d'amorçage. Dans le breveb EoUoAo no 3 226 697 _ _ on propose une solution à ce problème sous la forme d'un contacteur thermique monté de manière à former un court-circuit entre l'électrode d'amorçage et l'électrode principale adjacente lorsqu'il est activé par la chaleur provenant du tube à arc, après amorçage et échauffement de la lampe. C'est là une bonne solution pratique qui a été largement adoptée, mais elle n'est pas parfaite. Le retard à la fermeture du contacteur thermique, alors que le tube à arc s'échauffe, est un facteur bien établi réduisant la conservation du flux dans le temps et raccourcissant la durée de vie de la lampe, notamment pour les applications o la lampe est fréquemment mise en et hors circuit. Par ailleurs, l'électrode d'amorçage complique la fabrication et rend nécessaire un scellement plus large qu'il serait souhaitable d'éviter. L'invention a pour objectif une lampe à décharge de forte intensité, nouvelle et perfectionnée, dans laquelle est supprimée l'électrode auxiliaire d'amorçage. La lampe conforme à l'invention ne comporte qu'une seule électrode principale scellée à chaque extrémité, sans électrode auxiliaire d'amorçage. Le tube à arc et une sonde d'amorçage extérieure sont supportés à partir d'un culot, la sonde se prolongeant jusqu'à proximité de l'enceinte de dé- charge du tube à arc. Dans un agencement recommandé, le tube à arc et la sonde sont montés ou enfermés à l'intérieur d'une ampoule extérieure pourvue, à une extrémité, d'un col auquel est fixé le culot. Le culot contient un circuit pulseur élec- tronique se composant d'un condensateur monté dans un circuit de charge qui est raccordé entre les bornes du culot, d'un transformateur d'impulsions et d'un dispositif de commutation sensible à la tension. Ce dernier dispositif est monté en série avec le primaire du transformateur aux bornes du con- densateur, le secondaire du transformateur étant raccordé à la sonde. Le transformateur d'impulsions est excité par l'é- nergie emmagasinée dans le condensateur lorsque ce dernier se décharge à travers le dispositif de commutation, et il fournit une impulsion de tension élevée qui est transférée au tube à arc par l'intermédiaire de la sonde. A l'amorçage du tube à arc, la tension aux bornes du dispositif de commu- tation descend en dessous de la tension de rupture, ce qui met hors service le circuit. Conformément à l'invention, on peut monter un contacteur thermique dans le culot et le raccorder en série avec le condensateur dans le circuit de charge. Le condensateur se détériore rapidement lorsqu'il est laissé sous la tension de la lampe et sous l'influence de la température relative- ment élevée qui règne dans le culot. Lorsque la lampe a été en fonctionnement pendant un temps suffisant pour échauffer le culot, le contacteur thermique s'ouvre et met le conden- sateur hors circuit. Cette disposition assure une longue durée de vie au condensateur en dépit de son emplacement. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent: figure 1, une lampe à décharge de forte intensité conforme à l'invention et l'agencement interne des composants se trouvant dans le culot; et 15. figure 2, la lampe de la figure l avec le schéma du circuit qui lui est associé. La lampe représentée figure l est une lampe de 175 W à halogénures métalliques comportant une enceinte de décharge délimitée par une enveloppe intérieure, ou tube à arc lien silice fondue qui est supportée à l'intérieur d'une ampoule extérieure en verre 2. Des électrodes en fil de tungstène 3, 4 sont montées aux extrémités du tube i et sont suppor- tées par des amenées de courant 5, 6, respectivement, que prolongent des feuilles en molybdène 7, 8 avec lesquelles elles sont scellées de manière étanche dans les extrémités pincées 9, 10 du tube. Un tube à arc tel qu'illustré a, par exemple, un volume interne de 3,9 cm3; il est rempli de 26 mg de mercure avec il mg de sels halogènes consistant en 84 a de NaI, 12% de ScI3 et 4% de ThI4, en poids, plus un gaz d'amorçage inerte tel que de l'argon ou du xénon. A la partie inférieure ou partie de col de l'ampoule 2 est formé un queusot intérieur que traversent trois fils d'amenée relativement épais 13, 14 et 15. Un culot Goliath à vis 16 est retenu sur le col au moyen d'un collier 17 qui le prolonge et est serti en 18 sur un corps cylindrique intérieur en acier 19; ce dernier est pourvu de pattes élas- tiques 21 pourvues de bossages internes 22 qui s'engagent dans des évidements de forme complémentaire du col en verre. Le tube à arc est supporté à l'intérieur de l'ampoule par soudage de l'amenée de courant 5 au fil d'amenée 14, et de l'amenée de courant 6 à la tige-support 24 elle-même soudée au fil d'amenée 13. La tige-support se prolonge jusqu'au niveau d'un évidement d'ancrage 25 formé à l'extrémité en forme de dôme de l'ampoule et est fixée sur cet évidement par une bride annulaire 26. Un conducteur 27 traverse le collier 17 et raccorde le fil d'amenée 13 à la partie file- tée 28 du culot qui constitue la borne commune ou de masse de la lampe. Un autre conducteur 29 raccorde le fil d'amenée 14 à l'oeillet central 31 du culot qui constitue la borne -active de la lampe. Le circuit d'amorçage électronique ou circuit pulseur comporte cinq composants actifs principaux montés sur une carte isolante 32 qui est placée dans le culot 16 à proximité du corps isolant en verre 33. Une résistance R est montée en série avec un condensateur C et un contacteur thermique S entre les bornes de la lampe, soit entre la partie filetée 28 et l'oeillet 31 du culot, pour former un circuit de charge. Un transformateur d'impulsions T, qui peut être magnétique avec noyau de ferrite ou, en variante, piézo-électrique, a son enroulement primaire monté en série avec un dispositif de commutation sensible à la tension G aux bornes du conden- sateur C. Le dispositif de commutation est du type dont l'impédance passe brusquement d'une valeur élevée à une va- leur faible lorsque la tension à ses bornes atteint une valeur prédéterminée dite tension de rupture; c'est le cas des dispositifs à éclateur et des commutateurs à l'état solide tels que les diodes à quatre couches. Le dispositif de commutation illustré est un dispositif à éclateur. Une extrémité de l'enroulement secondaire du transformateur d'impulsions est raccordée au dispositif à éclateur, l'autre extrémité étant raccordée au fil d'amenée 15 qui traverse le queusot de l'ampoule. Le conducteur d'amorçage extérieur ou sonde 34, soudé sur le fil d'amenée 15, se prolonge jusqu'au niveau de la partie centrale du tube à arc. La lampe est mise en circuit par raccordement, sur ses bornes, d'un circuit régulateur de courant classique pour un dispositif dont la réactance est à pente négative. On utilisera, par exemple, pour une lampe à halogénures métailiaues de 175 W l'autotransformateur CWA ( à puissance constante) de 175 W, type ballast. Comme illustré, cet auto- transformateur comporte un enroulement primaire 36 raccordé aux bornes 37, 38 d'un réseau de courant alternatif, un enroulement secondaire 39 raccordé à l'enroulement primaire !0 par une prise avec un condensateur en série 40. La tension en circuit ouvert fournie par l'autotransformateur est de l'ordre de 300 V efficace. Le condensateur C se charge ini- tialement par l'intermédiaire de la résistance R au cours de chaque demicycle de la tension jusqu'à ce que sa charge devienne supérieure à la tension de rupture de l'éclateur G. I1 se décharge alors brusquement dans l'enroulement primaire du transformateur d'lmpulsions T, ce qui conduit à la forma- tion d'une impulsion de tension élevée aux bornes de l'enrou- lemrent secondaire. Les paramètres de circuit peuvent être, par exemple, de 20 kohas pour la résistance R, de 0,05 pF pour le condensateur C, de 1/50 pour le rapport de transfor- mation du transformateur d'impulsions. On retrouve, en sor- tie de la sonde 34, une impulsion de 4 kV dont la durée est de l'ordre de 15 us, toutes les 16 ms. La sonde induit une ionisation visible par effet capacitif et la tension d'amor- çage est réduite. Dès que le tube à arc est amorcé, la ten- sion de sortie de l'autotransfo-cmateur se réduit, et la ten- sion de charge du condensateur C descend au-dessous de la tension de rupture de l'éclateur Pstar suite, la formation d'impulsions de tension élevée est immérdiatement arrêtée. Le condensateur C est le composant du circuit élec- tronique qui se détériore le plus rapidement sous l'effet de la chaleur. Le circuit pulseur est placé dans le culot au poin-t le plus éloigné du tube à arc, et il est noyé dans un 3; composé d'enrobage pour assurer une bonne conductibilité thermique vers la partie métallique filetée de ce culot. Cette partie filetée est en laiton ou en aluminium et se trouve en contact avec la partie de forme complémentaire de la douille par laquelle la chaleur est rayonnée vers l'exté- rieur. En dépit de ces dispositions, il se trouve que, dans de telles conditions, le diélectrique du corndensateur ne peut pas durer aussi longtemps que la lampe dont la durée de vie peut être de 15 000 heures. On a donc récsolu ce pro- blème en montant un contacteur thermique S à proximité du condensateur C, ce contacteur étant raccordé en série avec ce condensateur et la résistance R aux bornes de 1. lampe. Lorsque la température dans le culot atteint une valeur de l'ordre de 75 C, le contacteur s'ouvre et met ains le con- densateur hors circuit. En dépit du fait que la température du condensateur n'est alors pas modifiée, l'absence de ten- sion aux bornes du diélectrique prolongera la durée de vie de ce dernier suffisamment pour qu'elle soit de l'ordre de celle de la lampe. Par ailleurs, en ouvrant le circuit de charge du condensateur, on élimine les pertes d'energie dans la résistance en série R qui peuvent être proches de 1 W. Bien que cette économie d'énergie soit faible, e gain, au prix actuel de l'énergie, est supérieur au coIt iLnitiai du contacteur thermique. R E V E N D I C A T I O N S 1. Lampe à décharge de forte intensité comportant: un tube à arc (1) pourvu d'une électrode scel- lee à chacune de ses extrémités (3,4) et contenant une subs- tance d'entretien de l'arc; un culot (16) et des moyens pour supporter le tube à arc à partir du culot, le culot se composant d'une partie filetée métallique (28) et d'un contact d'extrémité (31) isolé avec des conducteurs raccordant la partie métal- lique et le contact aux électrodes du tube à arc, caracté- risée en ce qu'elle comporte, en outre, dans le culot, un circuit pulseur électronique composé d'une résistance (R) et d'un condensateur (C) en série qui sont raccordés entre la partie métallique et le contact, d'un transformateur d'im- Doulsions (T) pourvu d'un enroulement primaire et d'un enrou- lement secondaire élévateur de tension, et d'un dispositif de commautation sensible à la tension (G), l'enroulement pri- maire du transformateur étant monté en série avec le dispo- sitif de commutation aux bornes du condensateur, et l'enrou- lement secondaire étant raccordé à une sonde (34) supportée à partir du culot et se prolongeant jusqu'au niveau du tube à arc, le dispositif de commutation présentant une tension de rupture inférieure à la tension à laquelle se charge le condensateur avant amorçage du tube à arc, le circuit pul- seur fournissant ainsi des impulsions de tension élevée jus- qu'à amorçage de la lampe.e 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de commutation sensible à la tension est un dispositif à éclateur. 3. Lampe selon la revendication 1, dans laquelle le tube à arc est enfermé dans une ampoule extérieure transpa- rente (2) constituant ainsi une double enveloppe, le culot étant fixé sur une extrémité de l'ampoule et les conducteurs raccordant la partie métallique et le contact aux électro- des du tube à arc étant contenus dans cette ampoule, carac- térisee en ce que: une borne de l'enroulement secondaire du trans- formateur est raccordée au circuit pulseur, l'autre borne étant raccordée à un conducteur se prolongeant dans l'am- poule pour former la sonde située à proximité du tube à arc. 4. Lampe selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'ampoule transparente comporte, à une extrémité, un queusot (12) que traversent trois conducteurs raccordant respectivement la partie métallique du culot, le contact isolé de ce culot et l'enroulement secondaire du transfor- mateur d'impulsions à l'une des électrodes du tube à arc, à l'autre électrode du tube à arc et à la sonde située à proximité de ce tube à arc. 5. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un contacteur thermique (S) placé dans le culot et monté en série avec la résistance et le conden- sateur entre la partie métallique et le contact isolé de ce culot, ce contacteur s'ouvrant lorsque le culot atteint sa température de fonctionnement normale, ce qui met le con- densateur hors circuit et prolonge sa durée de vie.