Brevet FR2514982A2 — publié le 19830422

FR 2514982 A2 19830422 FR 8119474 A 19811016 La présente invention concerne une installation de modulation pour l'alimentation secteur directe ou indirecte d'organes de puissance géographiquement répartis, et en particulier une installation pour l'alimentation de lampes à décharge haute pression telles que des lampes à vapeur de sodium ou de mercure.- Plus précisément, la présente invention constitue un perfectionnement aux installations de modulation selon la demande de brevet principal nO 80 23458 du 3 novembre 1980. On a déjà proposé de nombreux dispositifs permettant de moduler l'alimentation d'organes de puissance tels que, notamment, les tubes à décharge haute pression utilisés pour l'éclairage public. De tels dispositifs permettent par exemple, de moduler la tension de la ligne d'alimentation ou d'introduire en série sur la ligne d'alimentation, des inductances de valeurs convenablement choisies, dont on faitvarier la valeur. Si de telles mesures stèrent intéressantes dans le cadre des impératifs actuels d'économie d'énergie, il n'en reste pas moins qu'elles ne donnent pas entière satisfaction.En effet, d'une part, la première solution ne permet qu'une réduction de puissance inférieure à 30 ,' , car les lampes à décharge haute pression s'éteignent lorsque la valeur de la tension d'alimentation disponible au moment où la lampe se réamorce est à peu près égale à la valeur maximum instantanée de la tension d'arc, d'autre part, la seconde solution ne permet pas de moduler sélectivement la puissance de certains seulement des organes quand les dispositifs à inductances variables se trouvent situés au poste central du secteur, commandant ainsi nécessairement tous les organes connectés en aval sur la ligne.Dans la mesure, par contre, où un tel dispositif à inductances variables est disposé en série de chaque lampe dont on désire moduler sélectivement l'alimen tation, il était nécessaire jusqu'ici de prévoir l'instal lation de conducteurs supplémentaires destinés à commander la croissance des valeurs des inductances séries. Afin de remédier à ces inconvénients on a proposé, dans la demande de brevet principat une installation qui permette de commander sélectivement certains des or gànes, sans interférer sur le fonctionnement des autres organes, et qui puisse et outre être facilement raccordée aux lignes préexistantes sans qu'il soit nécessaire de modifier celles-ci en quoi que ce soit et sans qutil soit notamment nécessaire de disposer des cibles conducteurs supplémentaires destinés à l'alimentation sélective de certains des organes. Selon l'installation proposée dans la demande de brevet principal, certains au moins des organes de puissance sont munis d'une platine d'alimentation comportant un interrupteur commandé, propre à faire varier leur puissance de travail, et d'un montage détecteur qui réagit à l'apparition d'une transition superposée périodiquement à la tension alternative du secteur avec un angle de phase choisi, en actionnant l'interrupteur commandé selon l'angle de phase défini par la transition. La présente invention propose maintenant une nouvelle installation qui constitue un perfectionnement visà-vis des installations du brevet principal, notamment en raison du fait qu'elle s'avère plus sensible. Conformément à la présente invention, le montage détecteur est formé d'un transformateur d'impulsions dont un enroulement est branché, par l'intermédiaire d'un condensateur, aux bornes d'une bobine de choc, ledit condensateur et ledit enroulement constituant par rapport à l'impédance de la bobine de choc une impédance élevée à la fréquence nominale d'alimentation secteur, et une impédance faible pour les composantes de fréquence élevée des transi tions; l'interrupteur commandé et l'organe de puissance sont reliés aux lignes d'alimentation par l'intermédiaire du circuit ainsi formé. Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, il est prévu au moins un transformateur d'impulsions couplant un générateur de transitions aux lignes d'alimentation des organes de puissance pour superposer la transition à la tension d'alimentation secteur. Ainsi la transition peut être soit formée d'une impulsion unique superposée à la tension secteur selon un angle de phase choisi, soit formée d'un signal alternatif de fréquence élevée vis-à-vis de la fréquence-nominale d'alimentation secteur, signal qui est superposé à la tension secteur avec un angle de phase choisi de sorte qu'un train d'impulsions de fréquence élevée soit superpose à la tension d'alimentation secteur à chaque alternance de celle-ci. Cette dernière solution permet d'éliminer, d'une façon simple, les problèmes d'extinction des lampes à décharge rencontrés avec les installations conformes à la demande de brevet principal, lorsque l'impulsion de commande était appliquée sur la gachette du triac avant que le courant se soit réinversé et que par conséquent la lampe soit suscep tille de se réamorcer (le courant et la tension étant depha- sés en raison de la charge à caractère selfique)-. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessines annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et, sur lesquels les Fig. 1 - 4 représentent quatre variantes de réalisations d'installations de modulations conformes à la présente invention. Comme cela est représenté sur la Fig. l,chaque organe ou charge de puissance 1, (par organe de puissance I on entendra également par la suite, toute commande d'organes de puissance elle-même), dont on désire moduler l'alimentation, est muni d'une platine d'alimentation.2 comportant notamment un interrupteur commandé 3 , tel qu'un triac,propre à faire varier la puissance des organes de puissance 1. Il doit toutefois être entendu que l'invention couvre également les variantes de réalisations dans lesquelles le triac est remplacé par tous dispositifs analogues tels que notamment un ensemble de thyristors montés "tete-bêche". De façon classique en soi, lorsque l'organe.de puissance 1 comprend une lampe à décharge haute pression 20, cette dernière est connectée sur le réseau alternatif par l'intermédiaire d'une inductance ballast 21 montée en série avec la lampe 20 et.d'un condensateur 22 destiné à améliorer le facteur de puissance de l'ensemble lampe 20ballast 21 ainsi formé,en parallèle duquel il est monté. Toutefois, selon le mode de réalisation représenté sur les Fig. 1 et 2, le condensateur 22 n'est pas relié en parallèle de l'ensemble lampe20-ballast 21, mais en parallèle de l'ensemble série lampe 20-ballast 21-triac 3. La platine d'alimentation 2 comprend un montage détecteur formé d'un transformateur d'impulsions 6 dont un enroulement 7 est branché par l'intermédiaire d'un condensateur 9 aux bornes d'une- bobine de choc 10. La valeur du condensateur 9 est déterminée de telle sorte que la branche série formée par ce condensateur 9 et ledit enroulement 7 du transformateur d'impulsions 6 constitue, par rapport à l'impédance de la bobine de choc 10, une impédance élevée à la fréquence nominale d'alimentation secteur, et une impédance faible pour la fréquenté élevée des transitions. L'interrupteur commandé 3 et l'organe de puissance 1 sont reliés aux lignes d'alimentation 4 et 5 par l'intermédiaire du circuit ainsi formé. Le second enroulement 8 du transformateur d'impulsions 6 reboucle i'anode 1 du triac 3 sur la gachette de celui-ci. Ainsi la bobine de choc 10 laisse passer la fréquence nominale d'alimentation secteur et bloque les composantes de fréquence élevée des transitions, tandis que le condensateur 9 bloque la fréquence nominale de l'alimentation secteur et laisse passer les composantes de fréquence élevée des transitions. Par rapport aux installations décrites dans la demande de brevet principal, dans lesquelles le montas détecteur formé du condensateur 9 et du transformateur d'impulsipns 6,était branché en parallèle sur les lignes d'alimentation 4 et 5, on comprend que le condensateur 9 nta plus besoin de tenir unie tension voisine de.la tension secteur, par exemple 220 Volts, mais simplement l'amplitude de la transition superposée à la tension alternative du secteur, à savoir une amplitude au maximum de 20 Volts, En outre, le condensateur 9 étant branché sensiblement en parallèle de la bobine de choc 10, on comprend que celuici pourra prendre des valeurs sensiblement plus élevées que dans les installations décrites dans le brevet principal. En outre, comme cela est représenté sur la Fig. 1 un dispositif 63,générateur de transitiôns,est' couplé aux lignes d'alimentation 4, 5 des organes de puissance 1 par l'intermédiaire d'un transformateur d'impulsions 60 dont un enroulement 61 est connecté en série de l'une (4) des lignes. Le second enroulement 62 est bouclé sur la sortie du dit générateur par 11 intermédiaire d'un intèrrupteur 64 commandé par un dispositif 65, de préférence de type à commande de phase Afin d'éviter les problèmes d'extinction rencontrés avec. les installations prévues dans le brevet principal, il s'avère avantageux que le générateur de transitions 63 ne délivre pas une série d'impulsions à raison d'une impulsion par alternance de la tension d'alimentation secteur, mais une série de tratGs d'impulsions à raison d'un train d'impulsions par alternance. Ainsi la transition est formée d'un signal alternatif de fréquence élevée vis h-vis de la fréquence nominale d'alimentation secteur (à titre indicatif de l1Ordrdea)à 50 kllz)signal qui est superposé à la tension secteur avec un angle de phase choisi. Dans ce cas le générateur 63 est formé d'un oscillateur, et la fermeture de l'interrupteur 64 actionné par le dispositif 65 à commandes'de phase, détermine le début. et donc la phase du train d'impulsions. On comprend que même Si la première impulsion parvient. sur le transformateur d'impulsions 6 avant que la réinversion du courant n'autorise la conduction de la lampe 20, la première impulsion qui sera postérieure à cette réinversion du courant provoquera la conduction du triac 3 et de la lampe 20. Cette disposition constitue en quelque sorte une sécurité à la conduction. De plus il est prévu, c3té poste central du secteur, par rapport audit. enroulement 61 du transformateur d'impulsions 60, et en série sur la ligne 4, recevant celui-ci, un élément 67, tel qu'une bobine de choc, présentant une impédance élevée vis-à-vis des composantes de -fr6-. quenca élevée; des transitns , par rapport à l'impédance de la charge, et une impédance faible vis-à-vis de la fréquence nominale d'alimentation secteur, d'autre part en parallèle entre chaque phase et le neutre (4, 5),un condensateur 66 constituant une impédance élevée à la fréquence nominale d'alimentation secteur par rapport à l'impédance de la charge et une impédance faible pour les composantes de fréquence élevée:! des transitions. La bobine de choc 67 a pour but d'éviter que les impulsions du générateur de transitions 63 ne soient dirigées vers les postes centraux du secteur, tandis que le condensateur 66 a pour but de former un circuit fermé pour ces impulsions tout en évitant de court-circuiter la tension secteur. On comprend bien entendu que par fermeture d'un interrupteur 64 sous l'effet de la commande du dispo sitif 65, le générateur 63 superpose une transition par l'in n termédiaire du transformateur d'impulsions 60, sur la ten sion d'alimentation secteur. La transition est bloquée par la bobine de choc 10 de la platine d'alimentation 2, mais traverse le condensateur 9 et le condensateur 22 prévu en parallèle de l'ensemble lampe 20-inductance ballast 21triac 3, cette transition se retrouve donc aux bornes du premier enroulement 7 du transformateur d'impulsions 6 et permet de commander la conduction du triac 3 par applica tion d'une impulsion ou-d'une série d'impulsions sur la gachette de celui-ci. Ainsi en modulant à l'aide du dispositif 65, l'angle de phase de l'impulsion ou du train d'impulsions superposé à la tension d'alimentation secteur, il. est facile de moduler l'angle de phase de la conduction des triacs 3, et par le fait même l'alimentation des organes.de puissance 1 branchés en série de ceux-ci. Selon un premier mode de réalisation, l'enroulement 61 du transformateur d'impulsions 60 est prévu en série sur la ligne de phase 4 du secteur et il est prévu un générateur d'impulsions 63 et dispositif de commande de phase 65 pour chacune des phases du réseau, Il est alors facile de synchroniser le dispositif 65 de commande de phase. sur chacune des phases considérées. Il est également possible de.prévoir l'enroule- ment 61 du transformateur d'impulsions 60 sur le neutre du réseau, cette disposition présente l'avantage de ne nécessiter qu'un seul générateur d'impulsions 63 et un seul dispositif de commande de phase 65. Toutefois, dans ce cas, il s'avère tout-à-fait délicat en raison du déphasage de 3' entre chaque phase du secteur de commander sélectivement, par une transitinunique, les organes de puissance branchés sur l'une desdites phases sans interférer accidentellement sur la commande des organes de puissance branchés sur les autres phases. Dans ce cas on préfère alors utiliser un gé nérateur 63 commandé en "tout ou rien" qui produit des trains d'impulsions comme cela a été précédemment décrit. On a représenté sur la Fig. 2 une variante de réalisation de l'installation conforme à la présente invention, utilisant des organes de puissance 1 et.des platines d'alimentation 2 branchés en série entre les lignes d'alimentation 4 et 5, qui sont strictement identiques aux dispositifs correspondants qui ont été décrits en regard de la Fig. 1. Cependant selon la variante de la Fig. 2, l'en- roulement 61 du transformateur d'impulsions 60 n'est.pas branché en série sur l'une des lignes d'alimentation 4 ou 5, mais en parallèle entre ces deux lignes, par l'intermédiaire du condensateur 66 précité. Pour le reste,le générateur de transitions63, le second enroulement 62, l'interrupteur 64 et le dispositif de commande de phase 65 sont en tous points identiques à ceux décrits en regard de la Fig. 1. Il en est de même de la bobine de choc 67 branchée du côté du poste central du secteur par rapport au dispositif générant la transition. Le fonctionnement de 1 'installation représentée sur la Fig. 2 est donc tout-à-fait comparable à celui de l'installation de la Fig. 1. Là encore on comprend que la modulation de l'alimentation des organes de puissance est facilement obtenue par modulation. de l'angle~de phase des transitions superposées à la tension alternative du secteur. Bien entendu dans un tel cas, il est également nécessaire de prévoir un dispositif générateur de transitions 63 et un dispositif de commande de phase- 65 pour chacune des phases du réseau. Selon une autre variante de réalisation conforme à la présente invention, il est. possible de prévoir une inductance ballast réactimeen deux éléments 21,21', en série de chaque lampe 20, l'un des éléments (21')étant'suscepti ble d'être court-circuitd par l'interrupteur commandé 3 lors de la conduction de celui-ci. On a ainsi représenté en traits interrompus, sur les Fig. 1 et 2, un élément auxiliaire 21' de l'inductance ballast.A l'état non conducteur du triac 3, la lampe est alimentée par l'intermédiaire de cet élément auxiliaire 21' ; par fermeture de l'interrupteur 64, le générateur de transitions 63 produit une impulsion ou un train d'impulsions qui se superpose à la tension d'alimentation secteur, provoquant la conduction du triac 3; qui courtcircuite donc ledit élément auxiliaire 21' du ballast. Bien entendu ceci a-pour effet de co-utur la puissance d'ali- mentation de l'organe de puissance 1. Là encore par modulation de la phase de la transition à l'aide du dispositif 65, il est facile de moduler la puissance d'alimentation de la lampe. On a représenté sur les Fig. 3 à 4, deux variantes d'installation compatibles avec les dispositifs générateurs de transitions décrits en regard des Fig. 1 et 2, mais dans lesquelles l'interrupteur commandé est formé en combinaison d'un relais électromagnétique 40 et d'un dispositif à semiconducteur 3 du genre thyristor ou triac, la bobine 41 du relais étant branchée en série du dispositif à semi-conducteur 3. On retrouve sur les Fig 3 et 4, le montage détecteur qui réagit à l'apparition de la transition en actionnant l'interrupteur commandé 3 selon l'angle de phase défini par la transition, qui a été défini en regard des Fig. 1 et 2 et qui comprend le condensateur 9 et le transformateur d'impul sions 6, à deux enroulements 7 et 8, dont l'un des enroulements 8 est branché entre l'une des anodes et la gachette du triac 3, tandis que l'autre enroulement 7 est branché, par l'intermédiaire du condensateur g, en parallèle de la bobine de choc 10. Comme cela est représenté sur la Fig. 3, il est en outre prévu un auto-transformateur 50 avec secondaire à deux prises 51 et 52. L'élément de contact 42 du relais électromagnétique 40 permet de commuter l1ali- mentation de l'organe de puissance 1 sur l'une ou l'autre des prises 51 et 52 de façon à faire varier la tension d'alimentation des organes de puissance 1 et donc la puissance d'alimentation de ceux-ci. Là encore l'interrupteur commandé 3 et l'organe de puissance 1 sont reliés aux lignes 4 et 5 du secteur par l'intermédiaire du circuit formé par la bobine de choc 10 en parallèle du transformateur d'impulsion 6 et du condensateur 9. L'installation représentée sur la Fig. 4 concerne plus particulièrement l'alimentation des lampes à décharge haute pression 20, pour lesquelles il est prévu en série une inductance-ballast 21 et,en parallèle,un condensateur 22 améliorant le facteur de puissance de l'ensemble. Selon le mode de réalisation représenté sur la Fig. 4, l'inductance ballast 21 est du type à prise auxiliaire 21A. La commande de l'élément de contact 42 du relais électromagnétique 40 permet de relier la lampe 20 entre les lignes d'alimentation 4 et 5 du secteur soit par l'intermédiaire de la totalité de l'inductance ballast 21, lorsque le contact 42 est en position 0, soit par l'intermédiaire d'une portion seulement de l'inductance ballast 21 lorsque le contact 42 est en position P, et ainsi de commuter la puissance de la lampe 20. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent hêtre décrits à partir desquels on pourra prévoir de nombreuses variantes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de la présente invention. En particulier on sait que pour éviter le désamorçage d'un triac (ou thyristor) branché sur une charge selfique il est nécessaire de maintenir la commande sur la gachette de celui-ci. Une telle disposition sera facilement réalisée par exemple à l'aide d'un triac ou thyristor auxiliaire dont les anodes sont connectées respectivement à l'anode 2 et à la gachette du triac principal, le triac ou thyristor auxiliaire travaillant lui, sur charge ohmique. il convient en outre de remarquer que la disposition de la figure 3 suppose qu'il existe une capacité reliant le dispositif détecteur à la ligue de neutre du secteur REVEND ICAT IONS 1. Installation pour la modulation de 11 alimentation secteur d'organes de puissance géographiquement répartis, tels que des lampes d'éclairagc décharge haute pression, dans laquelle certains au moins des organes de puissance sont munis d'une platine d'alimentation qui comporte notamment un interrupteur commandé propre à faire varier leur puissance de travail, et.un montage détecteur- susceptible de réagir à une transition périodique superposée à la tension alternative du secteur avec un angle de phase choisi, selon l'une des revendications du brevet principal, caractérisée par le fait que le montage détecteur est formé d'un transformateur d'impulsions (6) dont un enroulement (7)-est branché par l'intermédiaire d'un condensateur (9) aux bornes d'une bobine de choc (10), ledit condensateur (9) et ledit enroulement (7) constituant, par rapport à l'impédance de la bobine de choc, une impédance élevée à. la fréquence nominale d'alimentation secteur, et une impédance faible pour les composantes de fréquence élevée des transitions, et par le fait que ltinterrup teur commandé (3) et ledit organe de puissance (1) sont reliés aux lignes d'alimentation par l'intermédiaire du circuit ainsi formé. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée par le fait que les interrupteurs commandés (3) sont du type à semi-conducteur, du genre thyristor ou triac (Fig. let 2). 3. Installation selon la revendication 1 caractérisée tar le fait que les interrupteurs commandés sont formés,en combina il son,d'un relais électromagnétique (40) et d'un dispositif à semi-conducteur (3), du genre thyristor ou triac, la bobine (41) du relais étant branchée en série du dispositif à semiconducteur (Fig. 3 et 4). 4. Installation selon l'une des revendications 1 et 2 ca ractérisée par le fait que les interrupteurs commandés (3) sont branchés en série des organes de puissance (1), la conduction de ces derniers étant déterminée par la fermeture des interrupteurs commandés, en fonction de la phase de la transition (Fig. 1 et 2). 5. Installation pour la modulation de l'alimentation secteur de lampes d'éclairage à décharge haute pression, selon l'u ne des revendications 1 à 3 caractérisée par le fait qu'il est prévu un ballast réactif (21) en deux éléments, en série de chaque lampe (20), l'un de ces éléments (21') étant susceptible d'être court-circuité parl'interrupteur commandé (3) lors de la conduction de celui-ci. 6. Installation selon la revendication 3 caractérisée par le fait que la platine d'alimentation comporte un auto-transf or- mateur (50) en série du circuit formé par le transformateur d'impulsions (6), le condensateur (9) et la bobine de choc (10), du type comportant au moins deux prises de sortie 51, 52), et par le fait que le relais électromagnétique (40) est apte à commuter la liaison des organes de puissance (1) avec l'une ou l'autre desdites prises de sortie de façon à modifier la puissance d'alimentation des organes de puissance (Fig.3). 7. Installation pour la modulation de l'alimentation secteur de lampes d'Eclairage à décharge haute pression, selon la revendication 3, caractérisée par le fait qu'il est prévu un ballast réactif (21) à prise médiane et que le relais électromagnétique (40) est apte à commuter la totalité ou une partie seulement du ballast réactif, en série de la lampe (20), de façon à modifier la puissance d'alimentation de celle-=ci (Fig. 4). 8 Installation selon l'une des revendications 1 à 7 carac térisée par le fait que pour superposer la transition à la tension secteur, il est prévu au moins un transformateur d'impulsions (60) couplant un générateur de transitions (63) aux lignes d'alimentation (4, 5) des organes de puissance. 9. Installation selon la revendication 8 caractérisée par le fait que l'un (61) des enroulements desdits transformateurs d'impulsions (60) est inséré en série sur chacune des (4) lignes de phases du réseau (Fig. 1 > lOInstallation selon la revendication 8 caractérisee par le fait que l'un (61) des enroulement dudit transformateur d'im pulsions (60) est inséré en série sur la ligne de neutre (4) du réseau tFig. 1). 11. Installation selon la revendication 8 caractérisée par le fait que l'un (61) des enroulements desdits transforma teurs d'impulsions (60) est branché par l'intermédiaire d'un condensateur (66) constituant une impédance élevée à la fré quence nominale d'alimentation secteur par rapport à la char ge et une impédance faible pour les composantes de fréquence éleyée des transitions-, entre les lignes (4,5) de phase ét de neutre de l'alimentation secteur (Fig. 2). 12. Installation selon l'une des revendications 1 à 11 carac térisée par le fait que la transition est formée d'une impul sion unique superposee à chaque alternance à la tension sec teur selon un angle de phase choisi. 13, Installation selon l'une des revendications 8 à 11 carac térisée par le fait que la transition est formée d'un signal alternatif de fréquence élevée vis-à-vis de la fréquence no minale d'alimentation secteur, signal qui est superposé à la tension secteur avec un angle de phase choisi de sorte qu'un train d'impulsions de fréquence élevée soit superposé à la tension d'alimentation secteur, à chaque alternance de celle ci.