Brevet FR2534439A1 — publié le 19840413

L'invention se rapporte à un circuit économiseur d'énergie par- le réglage manuel ou automatique de Itintensité lumineuse dans les ensembles d'éclai- rage utilisant des lampes ou tubes du type à décharge ou fluorescents. Les économies d'énergie sont d'actualité dans tous les domaines. Elles stavèrent intéressantes en particulier dans le domaine de l'éclairage public et des grandes surfaces: rues, carrefours et lieux de vente, expositions, halls, passages L'éclairage des lieux publics, surfaces de vente et autres aires importantes est réalisé pratiquement exclusivement à l'aide de lampes ou de tubes à décharge en raison du rendement éxceptionnel de ces moyens d'éclairage. En effet, les sources lumineuses représentent une grosse consommation d'énergie électrique et il appartient aux concepteurs et projeteurs d'opter pour les solutions, matériels et dispositifs présentant le meilleur rendement tout en assurant la sécurité ou le confort des usagers. Bien entendu, la méthode d'utilisation qui consiste à procéder à des extinctions partielles est à déconseiller dans bien des cas en raison des conditions de sécurité qui ne sont pas alors toujours suffisamment remplies. Le choix des sources à meilleur rendement conduit comme indiqué ci-dessus à des réalisations utilisant des lampes ou émetteurs à décharge tels que les ballons ou tubes à vapeur de mercure, de sodium ou d'iodures méta-lliques. Dans ces tubes, l'amorçage se produit pdr l'application d'une tension suffisante entre une des électrodes principales et une électrode auxili d i - re assez proche pour établir un arc qui déclenche l'ionisation du mélange à l-'intérieur du tube et engendre le passage du courant entre les deux électrodes principales. Le gaz inerte occlus s'échauffe et vaporise progressivement le liquide intérieur, par exemple le mercure dans le cas d'une lampe à vapeur de mercure. Par des collisions successives et multiples, en nombre croissant, les électrons libèrent sous forme de lumière l'énergie emmagasinnée. Pour limiter le phénomène d'avalanche qui conduirait à la destruction immédiate de la lampe, on insère en série une impédance de stabilisation. Ce phénomène d'amorçage et d'allumage dure au total entre 3 et 5 minutes. En fonctionnement permanent, s'il se produit une coupure supérieure à une alternance c 'est à-dire pour la fréquence industrielle, une coupure supérieure à 10 millisecondes la lampe décroche et s'éteint. Pour effectuer un nouvel allumage, il faut non seulement subir sa durée de 3 à 5 minutes, mais encore attendre une dizaine de minutes, temps nécessaire au mercure pour se recondenser afin de retrouver un seuil d'amorçage compatible avec la tension disponible aux bornes du tube. Ainsi, en raison même de leur mode de fonctionnement, les lampes et tubes à arcs ou à décharge ne permettent pas de procéder à des variations sensibles de tension vers le bas sans risquer l'extinction et le temps mort lors du réallumage. En effet, l'arc est entretenu par la valeur maximale instantannée (valeur crête) de la tension sinusoïdale et toute réduction sensible de cette valeur compromet son maintien. son maintien. deMurnrrrntJ- oerh --r--m tiques de ces tubes, tout composant passif supplémentaire comme une -deuxième impédance de stabilisation, accentue le risque d'extinction et va par conséquent à l'encontre du but recherché. L'invention a pour but de réaliser des économies d'énergie dans les installations d'éclairage utilisant des tubes ou lampes à décharge ou fluorescents par réduction notable de la tension efficace aux bornes de la source lumineuse tout en conservant sa valeur crête sans aucun risque d'extinction. A cet effet, l'invention se rapporte à un circuit permettant le réglage de l'intensité lumineuse des lampes ou tubes à décharge dans des proportions sensibles. II s'intercale entre le réseau fournissant l'énergie et le réseau de distribution vers les appareils d'éclairage. Le circuit de réglage selon l'invention se montre remarquable en ce qu'il se compose en association d'une unité de transmission de l'énergie d'aiimentation à niveau réglable disposée entre le réseau d'alimentation et l'installation d'éclairage ,d'un module gradateur monté en boucle entre ladite unité de transformation et le réseau et enfin d'un ensemble de commande à faible énergie rel ié directement au module gradateur. Le circuit de réglage selon l'invention s'avère tout à fait remarquable également par ses résultats: . il permet de faire varier la puissance d'éclai rage jusqu'au quart de sa valeur en assurant une diminution maximale de tension jusqu'à moitié sans aucun rique d'extinction. il assure la stabilisation de la tension d'alimentation à sa valeur nominale évitant ainsi la dépense inutile d'énergie par sur alimentation. il permet un allumage plus régulier de la lampe en limitant le courant d'appel à la valeur nominale. II offre également d'autres avantages: . il ne transmet pas la totalité de la puissance mais uniquement la puissance dite de réglage c'est-à-dire celle que l'on veut économiser. De ce fait son encombrement et son poids s'avèrent réduits. il est constitué uniquement de composants statiques par conséquent ne subit aucune usure et ne nécessite aucun entretien. il débarrasse partiellement le réseau des composantes harmoniques parasites générées par les lampes ou tubes à décharge de l'instal lation. il peut être couplé à divers organes ou dispositifs plus élaborés de commande: asser vissements, programmation. D'autres caractéristiques et aantages de l'invention ressortiront de ia description qui suit effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins accompagnants dans lesquels: - la figure 1 est le schéma général du circuit de réglage objet de l'invention dans une instal lation d'éclairage - la figure 2 est le schéma détaillé du circuit de réglage objet de l'invention, selon une première variante fonctionnant en soutirage -la figure 3 est le schéma détaillé du circuit objet de l'invention selon une deuxième variante fonctionnant en composition vectorielle - la figure 4 est la représentation graphique d'une alternance sinusoidale avec trois formes d'onde correspondant à trois niveaux de réduction de tension. Le circuit de réglage d'intensité lumineuse selon l'i.nvention se présente en deux variantes distinctes fonctionnant selon deux modes différents. La première variante représentée en figure 2 fonctionne selon la méthode de soutirage. La quantité d'énergie dite réglable est prélevée en rapport variable au niveau de l'unité de transmission et renvoyée au réseau d'alimentation par une boucle de retour comportant un circuit de transformation appropprié, A l'inverse, la deuxième variante représentée en figure 3 fonctionne selon la méthode de composition vectorielle. Selon cette méthode, l'unité de transmission fonctionne en mélangeur dans lequel s'effectue une composition vectoriel le entre la tension du réseau et une tension de réglage variable en amplitude et délivrée par un circuit auxiliaire de commande à partir de la tension du réseau. L'une ou l'autre des variantes procure les mêmes résultats dont les principaux ont été mentionnes ci-dessus. On se référera tout d'abord à la figure 1 qui présente les moyens généraux de l'invention. Le circuit de réglage selon l'invention se compose essentiellement de trois unités fonctionnelles. II comprend tout d'abord une unité de transmission 1 à niveau réglable de l'énergie d'alimentation, disposée en série entre le réseau d'alimentation 2 et une installation d'éclairage 3 constituée de plusieurs tubes ou lampes à décharge tels que 4 montés en parallèle et équipés chacun d'une impédance ce de stabilisation 5 et du condensateur 6 pour la correction du facteur de puissance. Le circuit de réglage selon l'invention comprend ensuite un module gradateur 7 monté en boucle fermée sur le réseau entre l'unité de transmission 1 et le réseau d'alimentation 2. A ce circuit de trdnstert est associé un ensemble b de commande électrique rassemblant toutes les fonctions de commande: manuelle, programmée, semi-automatique . . . en liaison axec des capteurs extérieurs optoélectroniques ou autres et éventuellement des récepteurs dtinforma- tions. Plus précisément, en réference à la figure 2, les éléments constitutifs du circuit de réglage sont matérialisés dans la prem-ière variante par un transformateur de soutirage 9 faisant office d'unité de transmission de l'énergie d'alimentation, ensuite par un bloc redresseur-onduleur 10 et par le module électronique de commande A. Le transformateur de soutirage 9 monophasé ou triphasé travaille comme un transformateur de courant. Il est suivi par un pont redresseur il et un pont à thyristors 12 séparés par une self 13 de filtrage. La sortie de ce montage est reliée au réseau en amont du transformateur de soutirage 9 à travers des selfs de commutation 14. L'électronique de commande est constituée par des systèmes en boucles fermées assurant le réglage et la limitation de courant et de tension, les séquences de démarrages et d'arrêts, la surseil- lance des défauts, l'affichage de la consigne de puissance et de tension en liaison asec des capteurs ou des consignes manuelles. On examinera ci-après le fonctionnement du circuit de réglage ci-dessus. Le transformateur de soutirage 9 est parcouru dans son primaire par le courant alimentant les lampes. Son secondaire relié au bloc 10 délivre un courant proportionnel au courant primaire sous une tension variable fixée par le bloc redresseuronduleur. Cette puissance au secondaire constitue la puissance dérivée. El le est dirigée vers le réseau ci'alimentation et apportée à celui-ci en amont de l'unité de transmission 1. Si la tension en sortie du secondaire est nulle, toute l'énergie délivrée par le réseau a sers les lampes ou les tubes. Lorsque cette tension est maximale, le transformateur soutire par son secondaire l'énergie maximale qui est renvoyée à niveau réglable au réseau par l'intermédiaire du bloc- redresseur-onduleur comme indiqué ci-dessus. La plage de variation de l'énergie transmise s'étend entre ces deux extrêmes. Le réglage s'effectue par modification de l'angle d'ouverture des thyristors à partir d'une commande manuelle ou asservie à une consigne. La valeur maximale de l'énergie de réglage dépend de la puissance du transformateur de soutirage 9 et de son rapport de transformation. En pratique, on peut atténuer des trois quarts la puissance lumineuse. On ne conçoit aucune limite autre en puissance que celle des composants matériels et le seuil de tolérance lié à l'environnement. Selon le principe physique utilisé dans l'insen- tion, on évite l'extinction en gardant la saleur crête constante ainsi qu il est représenté en figure 4. Ainsi, seul le niveau de tension efficace sarie permettant la modification de l'éclairement sans provoquer l'extinction des lampes et sans soir apparaître les inconvénients indiqués ci-dessus. La variante représentée en figure 3 permet d'obtenir les mêmes résultats. Elle applique ie meme principe dans un mode de fonctionnement ditté- rent. Il est basé sur la composition sêctorielle entre la tension du réseau et la tension de réglage. Dans cette réalisation, le module 7 est un gradateur constitué de six thyristors montés tête- bêche en doublets 15 par phase. Relié au réseau, il réalise le découpage appropprié de la tension incidente pour le réglage de la puissance transmise par l'unité 1 qui est constituée alors par un transformateur mélangeur 16. La puissance transmise résulte de la composition vectorielle dans le transformateur mélangeur 16. L'ensemble de commande électronique a reste identique. Il agit sur l'angle d'ouverture des thyristors. La tension de sortie du circuit de réglage selon l'invention varie uniquement en forme, mais non en valeur crête comme le montre la figure A. Les formes d'onde, à valeur crête constante délivrées par le circuit de réglage selon l'invention permettent d'éviter l'extinction sur toute la plage d'utilisation tout en réduisant notablement l'intensi- té lumineuse. Ainsi on assure le maintien de l'arc jusqu'à des puissances faibles dans une plage au-delà de laquelle l'éclairage devient insignifiant. L'invention telle que décrite ci-dessus est susceptible de modifications simples et variantes directes, de substitutions par des éléments ou moyens équivalents, d' adjonctions inopérantes et autres modifications et altérations sans apport inventif sans pour autant sortir du cadre de la présente protection. REVENDICATIONS 1. Circuit de réglage d'intensité lumineuse pour installations d'éclairage utilisant des lampes ou tubes à décharge caractérisé en ce qu'il comprend en association- une unité de transmission (1) de l'énergie d'alimentation à niveau réglable disposée en série entre le réseau d'alimentation (2) et l'installation d'éclairage (3), un module gradateur (7) bouclé entre l'unité de transformation (1) et le réseau (2) en amont de l'unité de transformation (1), le circuit de réglage comprenant également un ensemble (b) de commande électronique relié directement au module (7) en vue de maintenir la tension crête tout en réglant le niveau de la tension efficace. 2. Ci-rcuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'unité de transformation (1) est un transformateur de soutirage (9) relié au module gradateur (7) constitué par un bloc redresseur-onduleur (10) formé d'un pont redresseur (11) suivi d'une self de filtrage (13) et d'un pont à thyristors (12). 3. Circuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'unité de transformation (1) est un transformateur mélangeur (16) relié au module gradateur (7) constitué d'un ensemble à thyristors montés deux à deux tête-bêche en doublets (15) par phase.