Brevet FR2498024A1 — publié le 19820716

INTERFACE CONVERTISSEUR POUR ECLAIRAGE DE SECURITE A PARTIR D'UNE ALIMENTATION CONTINUE AVEC BATTERIE D'ACCUMULATEURS La présente invention se rapporte à une conception nouvelle d'équipements électriques destinés à l'éclairage de sécurité des locaux recevant du public. Actuellement, ces éclairages sont fréquemment réalisés par un ensemble chargeur batterie en floating, constituant une source continue centrale, qui lors d'une coupure réseau, dispose d'une autonomie fonction de la capacité de la batterie d'accumulateurs. Cette source alimente alors des lampes à incandescence à travers un coffret de distribution adapté. Cette conception de la fonction éclairage de sécurité présente plusieurs inconvénients. Il est nécessaire d'utiliser soit des lampes à incandescence usuelles, dont les tensions sont peu adaptées au nombre d'éléments de la batterie, soit des lampes de tensions différentes, mais spécifiques à ce genre d'application, et donc plus coûteuses. Ce principe exclut donc l'utilisation des dispositifs d'éclairage industriels de grande série tels les tubes ou ampoules fluorescents conçus exclusivement pour des reseaux alternatifs 220V 50 Hz alors que ce type d'éclairage a un rendement lumineux bien supérieur aux ampoules à incandescence. Par ailleurs, ces lampes quelle que soit leur tension nominale doivent subir sans régulation possible les variations de tension batterie d'accumulateurs entre le régime de charge et le régime d'autonomie. Réseau présent ces lampes sont suralimentées ce pui entraine des durées de vie faibles. Un nauvais rendement de ces luminaires, un éventail de choix restreint sur du matériel de faible diffusion, une impossibilité de contrôler un point de fonctionnement optimal entre I'efficacité lumineuse et la durée de vie, toutes ces diverses insuffisances cumulées constituent une charge pour l'exploitant de ces systèmes. L'invention se propose d'adjoindre à l'ensemble chargeur batterie un équipement pouvant être désigné comme un interface convertisseur et permettant de réduire les inconvénients ci-dessus. Ce système s'intercale directement sans autre dispcsitif de protection entre les lignes d'éclairage et l'ensemble chargeur batterie. La figure 1 représente un exemple d'installation, comprenant un ensemble cE.argeur bGt- terie conventionnel 1, puis ce système 2, raccordé à 4 lignes d'eclai- rage 3. Pour cela l'invention incorpore dans un équipement unique, cinq fonctions essentielles et caractéristiques de l'invention : une fonction conversion continue alternative non sinusoïdale, une fonction commande et régulation, une fonction filtre pour reducvicn des perturbations radio-électriques, une fonction protection au court-circuit sur chaque départ, une fonction protection au surcharge lente pour visualisation et alarme en cas de risque de cette nature.La figure 2 donne un exemple d'organisation d'un tel système, on y trouve depuis l'arrivée batterie 1, la fonction conversion continue alternative 2, puis un transformateur ou auto-transformateur 3, nécessaire selon la tension continue utilisée, et la nécessité d'un isolement galvanique entre continu et alternatif, cet élément n'est pas caractéristique de l'invention, un filtre 4, une fonction 5 pour contrôle des surcharges lentes pouvant affecter le système, puis les protections divisionnaires 6, enfin un bloc de régulation et de commande 7, celui-ci reçoit comme mesure la tension de sortie 8, puis une consigne 9 par potentiomètre, et agit à partir de ces deux informations sur le bloc de puissance 2, il permet accessoirement de visualiser la grandeur caractéristique du fonctionnement lumineux. La fonction conversion continue alternative utilise un montage en pont, constitué de quatre commutateurs statiques dont deux sont réunis à la source continue borne pcsitive, deux à la borne négative, ces commutateurs positifs et négatifs sont associés en série, la charge est connectée au point de réunion de chacune de ces associations.Chacun de ces commutateurs statiques est réalisé par un thyristor de puissance, ou par plusieurs transistors bipolaires, ou encore par des transistors de technologie mos de puissance, en parallèle avec cet élément se trouve une diode montée en inverse, dite de récupération, les éléments de puissance peuvent etre déclenchées et corwandés a fréquence élevée, ce qui justifie le terme de commutateurs statiques, ils sont reliés à un circuit de commande soit par un transformateur d'ir.pulsion ou encore par un photo-coupleur, à travers un ou plusieurs éléments d'amplification. Selon la séquence de commande de chacun de ces étages, en particulier pour une commande en diagonale, on obtient aux bornes de la charge un générateur de tension alternative non sinusoidale. A partir d'une tension continue d'amplitude déterminée, il est possible de réaliser un convertisseur de tension alternative dont la fréquence et la valeur efficace peuvent être contrôlées à partir des signaux de commande issus de la fonction régulation. La figure 3 donne un exemple de montage en pont, qui réunit une source continue 5 à une charge 6 à travers quatre commutateurs stati ques représentés de 1 à La figure 4, représente le montage de la diode 1 par rapport à un transistor de puissance 2, ces deux composants constituent les deux éléments de puissance d'un commutateur statique avec transistor bipolaire ces transistors peuvent être groupés en parallèle selon la puissance. La figure 5, représente le signal tension 9, obtenu aux bornes d'une charge résistive, lorsque les commutateurs 1 et 4 de la figure 2 sont commandés suivant le diagramme 7, et les commutateurs 2 et 3 suivant le diagramme 8. La figure 6, représente le signal de tension 10, obtenu aux bornes d'une charge résistive lorsque les commutateurs 1 et 4 de la figure 2 sont commandés suivant le diagramme 11 et les commutateurs 2 et 3 suivant le diagramme 12, la période est représentée en 13. La fonction commande et régulation doit permettre de commander chacun des commutateurs du bloc de puissance. Elle impose donc la fréquence de sortie, et le cas échéant la valeur efficace de la tension de sortie. Pour des applications d'éclairage pour laquelle l'invention s'applique, on dispose d'une source de tension continue susceptible de varier suivant les régimes de charge ou de décharge de la batterie d'accumulateur utilisée comme source d'énergie. Par la fonction commande et régulation, et à travers la fonction conversion continue, il est possible de réguler l'efficacité lumineuse des luminaires mis en oeuvre, et d'optimiser le compromis, efficacité alumineuse, rendement énergétique et durée de vie des ampoules et tubes malgré les fluctuations de la source continue. Pour la plupart des tubes et ampoules fluorescents la grandeur significative de I'efficacité lumineuse est le courant, il peut être contrôlé par la fréquence pour une commande sans modulation de largeur d'impulsion, ou encore à fréquence fixe, avec une telle modulation. La figure 5 représente le signal de tension obtenue dans le premier cas, la figure 6 est un exemple de modulation de largeur d'impulsion. La fonction commande et régulation comprend un circuit d'alimentation auxiliaire obtenue depuis la source continue, un circuit pour obtenir une référence stabilisée, pouvant etre ajustée par un potentiomètre ou résistance variable, un circuit conversion à partir du signal tension délivré par le système, cette conversion permet d'obtenir la grandeur caractéristique et significative de l'efficacité lumineuse selon les principes de commande mis en oeuvre, on choisit le rapport tension sur fréquence lorsque la fréquence est variable, ou seulement la tension efficace lorsque la fréquence est fixe.Cette grandeur peut être visualisée, puis elle intervient dans une boucle de régulation avec la référence, le signal d'erreur, issue de cette boucle qui incorpore les circuits de stabilité et d'amortissement du système, module et contrôle une base de temps. Le signal de cette base de temps est ensuite mis en forme, ampbifié et adapté pour la commande des commutateurs statiques de la fonction conversion continue alternative. La figure 7 représente un circuit permettant d'obtenir une telle fonction de commande, ce circuit reçoit la tension continue batterie en 23, le signal de sortie en 22, et distribue les ordres de commande aux commutateurs statiques en 24, à l'intérieur il est élaboré à partir du signal continu une alimentation (25), une référence (26), une consigne ajustable par potentiomètre 27; cette consigne agit sur un amplificateur comparateur 30, celui-ci reçoit également le signal mesure après conversion 28, cet étage conversion permet à partir du signal de sortie d'obtenir une tension continue proportionnelle au rapport tension/fréquence significative de I'efficacité lumineuse dans une application avec tube fluorescent, cette information peut être visualisée en 29. Le comparateur 30 est constitué par un amplificateur opérationnel avec différents réseaux de stabilité, la sortie de cet étage permet de moduler une base de temps en 31, les sorties de cette base de temps vont commander le pont de puissance après amplification et séparation galvanique par transformateur ou photocoupleur. La fonction filtre permet d'éliminer les composantes haute fréquence générées par le système de puissance, et d'éviter que les lignes éclairage soient susceptibles de transsettre par rayonnement au voisi nage de celles-ci des champs radio-electriques. Cette fonction filtre est essentielle, car elle permet d'exploiter un signal non sinusoidal, permettant un bon rendement énergétique lors de la conversion continue alternative. L'atténuation est obtenue par un filtre passe bas du premier ordre. La figure 8 et 9 donne deux exemples ae filtre, en 30 on a le signal d'entrée en 31 la sortie après atténuation, 32 et 33 représentent un filtre LC, la figure 9 est une variante qui comprend deux selfs, et en 34 deux condensateurs de très faibles valeurs reliés à la terre, les selfs peuvent être linaires ou saturables. La solution de la figure 9 permet de garantir une atténuation sur les composantes asymétriques du signal de perturbation. La fonction protection aux courts-circuits est réalisée soit par des fusibies type distribution, soit par des disjoncteurs divisionnaires avec déclencheur thermique et magnétique. Ces circuits sont sélec tonnés de telle sorte qu'un court-circuit sur l'un quelconque des départs permet au dispositif de protection divisionnaire de fonctionner sans destruction et sans déclenchement du convertisseur lui-même qui après disjonction d'un départ doit permettre d'assurer l'alimentation des autres circuits. La fonction protection au surcharge lente est constituée par un relais thermique, type bilame, de calibre en rapport avec l'intensité nominale du convertisseur. Cette protection peut être réalisée par un relais électronique à seuil de courant, l'information surcharge est visualisée localement ou à distance comme alarme. La protection peut être limitée à la seule visualisation du courant fourni, avec marquage très apparent de l'intensité nominale. Ces trois dernières fonctions sont caractéristiques de l'invention car elles permettent à un convertisseur continu-alternatif non sinusoi- dal d'être opérationnel pour des applications d'éclairage de sécurité. REVENDICATIONS 1. Dispositif interface unique permettant le raccordement re^t sans au- tre protection entre des luminaires et uispositifs a'éclairage conçus pour une alimentation 220 V 50 Hz et une alimentation continue cu re dressée de tension variable. 2. Système selon la revendication 1 qui incorpore un filtre self et capa- cité pour limiter les perturbations rayonnées par les lignes d'éclaira- ge. 3. Système selon la revendication 1 qui incorpore une protection au court circuit sur chacun des départs. 4. Système selon la revendication 1 qui permet de cortrôler et réguler une grandeur caractéristique de l'efficacité lumineuse malgré les variations de tension d'alimentation, en modulant soit la fréquence du signal de sortie, à forme constante, soit la forme du signal de sortie à freQaence constante. 5. Système selon les revendications 1 et 4 oui permet de réguler l'efficaci- té lumineuse malgré une tension d'entrée variable, et devient suscepti ble d'améliorer la durée de vie de chaque ampoule et tube. 6. Système qui selon les revendications 1, L, et 5 permet de visualiser une grandeur significative du fonctionnement lumineux et donc d'optimiser le point de fonctionnement.