Brevet FR2804571A1 — publié le 20010803

L'invention a trait à un module formant amorceur- inverseur pour un dispositif d'alimentation de lampe à décharge. L'invention a également trait à un procédé de montage d'un lampadaire ou projecteur incorporant un tel module. Dans le domaine de l'éclairage public, il est connu, par exemple de EP-A-0 933 979, d'utiliser un dispositif d'alimen- tation électronique, parfois appelé "ballast électronique", pour une lampe à arc telle qu'un tube fluorescent, une lampe à vapeur de sodium, aux iodures métalliques ou une lampe équivalente. Dans les systèmes connus, le ballast est généralement disposé soit dans le luminaire, soit au pied d'un lampadaire d'éclairage public. Dans ce dernier cas, un câble conducteur relie le ballast et ses périphériques à la lampe, sur la hauteur du poteau qui est généralement comprise entre et 20 mètres. La tension d'amorçage d'une lampe à décharge étant de l'ordre de 4 000 volts, la ligne d'alimentation électrique de la lampe sur la hauteur du lampadaire doit pouvoir résister à une telle tension et sa section doit être prévue relativement importante. Il existe actuellement deux grandes familles de ballasts électroniques: ceux qui alimentent directement la lampe en courant haute fréquence, généralement plusieurs dizaines de kilohertz, et ceux qui alimentent la lampe avec un courant de forme carrée qu'on désigne généralement sous le terme "square wave". Les ballasts appartenant à la deuxième famille "square wave" délivrent un courant dont la fréquence est généralement de quelques centaines de Hertz. L'inductance du câble reliant le ballast à la lampe crée une impédance proportionnelle à la fréquence du courant qu'il véhicule et cette impédance peut affecter de manière significative les performances du ballast, en particulier dans le cas d'une alimentation en haute fré- quence. D'autre part, l'impédance du câble atténue considéra- blement l'impulsion d'amorçage délivrée par le ballast lors de l'allumage de la lampe. Ces phénomènes imposent de réduire la distance entre le ballast et la lampe. Il n'est pas toujours possible d'installer le ballast en hauteur dans le lampadaire pour une question d'encombrement. De plus, si un ballast possédant un transformateur d'isolement était utilisé, la partie inférieure du lampadaire serait alors traversée par le courant du secteur, ce qui supprimerait la sécurité procurée par l'isolement galvanique. Par ailleurs, il existe des systèmes de régulation de groupes de lampes à décharge dans lesquels on fait varier la tension d'alimentation de l'ensemble des lampes, cette tension pouvant être continue. Ces systèmes ne permettent pas une commande individualisée des lampes et ou le branchement d'accessoires ou de matériels temporaires car le réseau véhicule une tension continue variable incompatible avec la plupart de ces matériels. Ces systèmes connus dans lesquels la commande est effectuée en tension induisent l'utilisation obligatoire d'un ballast en aval de la ligne d'alimentation en continu. Les problèmes envisagés ci-dessus se retrouvent également dans les systèmes d'éclairage de bâtiments industriels dans lesquels les dispositifs d'alimentation doivent être regroupés à proximité des lampes, notamment en partie supérieure de la superstructure d'un hall. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un module formant amorceur- inverseur utilisable avec différents types de lampes à décharge et dont l'encombrement est adapté à son environne- ment. Dans cet esprit, l'invention concerne un module formant amorceurinverseur pour dispositif d'alimentation de lampe à décharge, caractérisé en ce qu'il comprend, dans un boîtier autonome, des moyens formant inverseur aptes à générer un courant alternatif, par inversions périodiques du signe d'un courant continu d'alimentation de ce module, et une unité électronique de commande apte à contrôler la période du courant de sortie de ce module. Grâce au caractère modulaire et autonome de l'amorceur inverseur de l'invention, celui-ci peut être installé à proximité immédiate d'une lampe à décharge, par exemple dans la lanterne d'un lampadaire d'éclairage public ou dans une goulotte ou un chemin de câble d'alimentation d'un projecteur d'éclairage industriel, alors qu'il est apte à être alimenté en courant continu à partir d'un autre module ou circuit d'injection de courant prévu à cet effet, l'alimentation en courant continu pouvant avoir lieu sur une longue distance, puisque l'impédance de la ligne d'alimentation du module amorceur-inverseur n'est pas une grandeur sensible avec un courant continu. L'unité électronique de commande permet de générer dans le module de l'invention, c'est-à-dire à proximité immédiate de la lampe, une tension élevée lors des phases d'amorçage de la lampe, une telle tension ne devant pas circuler sur une ligne de longueur importante, de telle sorte qu'aucune isolation spécifique d'une telle ligne ne doit être prévue par exemple sur la hauteur d'un lampadaire d'éclairage public ou sur la longueur d'une goulotte ou d'un chemin de câble. Les variations de période du courant alternatif de sortie du module peuvent être fonction de l'état de la lampe qu'il alimente. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, le module incorpore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - Il comprend quatre transistors de puissance montés en pont inverseur, la lampe étant connectée entre ces transistors en série avec une bobine formant secondaire d'un transforma- teur élévateur de tension. - Il comprend un transformateur haute tension d'amorçage de la lampe. - Le boîtier est inscrit dans un parallépipède dont l'arête la plus longue a une longueur inférieure ou égale à mm. Le module, particulièrement compact, peut ainsi être aisément intégré dans un système d'éclairage à proximité d'une lampe. - Le module peut fonctionner avec des lampes de types et/ou de puissances différents. Ainsi, ce module peut être fabriqué en grande quantité et installé par défaut dans les lanternes de certains lampadaires ou dans les projecteurs de certaines lampes de halls industriels, avant mise en place de la lampe, le choix définitif de la lampe déterminant le mode d'alimentation en courant continu de ce module. L'invention concerne également un procédé de montage d'un lampadaire ou projecteur qui consiste à pré-monter, dans ou à proximité d'une lanterne, un module formant inverseur- amorceur tel que précédemment décrit avant détermination du type exact et de la puissance nominale de la lampe utilisée dans ce lampadaire. Le procédé de l'invention permet donc une industrialisa- tion optimisée de la fabrication de lampadaires d'éclairage public et/ou de projecteurs d'éclairage industriel dans la mesure o les lanternes peuvent être assemblées complètement avant le choix final de la lampe utilisée dans chaque lanterne, ce choix dépendant des conditions d'utilisation du lampadaire ou projecteur. On peut en particulier prévoir que le module formant amorceur-inverseur est associé, en fonction du type exact et/ou de la puissance nominale de la lampe, à un module d'injection de courant formant, pour le module amorceur- inverseur, source isolée de courant continu à partir d'une source de tension basse fréquence. Ainsi, un module d'injec- tion de courant est utilisé en fonction du choix définitif de la lampe utilisée. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation de lampe à décharge incorporant un module conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 est une représentation schématique de principe d'une installation d'éclairage public incorporant un module conforme à l'invention; - La figure 2 est un schéma de principe d'un dispositif d'alimentation utilisé dans l'installation de la figure 1 et - La figure 3 est une représentation en perspective d'un module conforme à l'invention, en situation d'utilisa- tion. L'installation d'éclairage public représentée à la figure 1 comprend deux lampadaires 1 et 1' alimentés en courant électrique à partir d'un réseau basse tension 2, véhiculant un courant alternatif de fréquence égale à 50 ou 60 hertz. Chaque lampadaire 1, 1' se compose respectivement d'un mât 3, 3' et d'une lanterne 4, 4' à l'intérieur de laquelle est disposée une lampe à décharge 5, 5', par exemple à iodure métallique. Le dispositif d'alimentation de la lampe 5 comprend un premier module 10 disposé dans la zone de pied 3a du mât 3 et relié au réseau 2 par un câble 6. Le dispositif comprend également un second module 20 formant amorceurinverseur pour la lampe 5 et disposé à proximité immédiate de cette lampe dans la lanterne 4. Une ligne bifilaire d'alimentation 30 s'étend sur la hauteur du mât 3 et permet de relier la sortie du premier module 10 à l'entrée du second module 20. Comme il ressort plus particulièrement de la figure 2, le module 10 comprend, en entrée, un filtre 11 à la sortie duquel est raccordé un redresseur 12 incluant un correcteur de facteur de puissance. Les éléments 11 et 12 sont tels que, lorsque le module 10 est alimenté, par exemple, par une tension d'environ 230 volts à une fréquence d'environ 50 hertz, la tension continue U, en sortie du redresseur 12 est de l'ordre de 400 volts. Un onduleur 13 de type demi-pont permet de transformer la tension U, en une tension alternative U2 d'amplitude égale à environ 200 volts et de fréquence égale à environ 50 kilohertz. On note 12 le courant de sortie de l'onduleur 13. L'onduleur 13 est configuré pour que le courant 12 et la tension U2 soient aptes à alimenter la lampe 5, ce courant et cette tension pouvent être assimilés à des courant et tension de sortie de ballast. Le courant 12 et la tension U2 sont fournis au primaire 14 d'un transformateur d'isolement dont le secondaire 16 est relié à un redresseur 17 incorporant un filtre 18. Le redresseur 17 génère un courant continu 13 de l'ordre de quelques ampères, la tension U3 dépendant de la charge branchée en sortie du module 10. La tension U3 est comprise entre 0 et 350 volts, selon l'état de la lampe 5. Le module 10 fonctionne donc en générateur de courant pour la ligne 30 dans laquelle il injecte le courant 13. Un troisième module 40 est accolé au premier module 10 et constitue un boîtier de commande de ce module en fonction d'ordres émis par un système de gestion de l'installation, ces ordres étant transmis par tout moyen approprié, par exemple par la voie hertzienne ou grâce à un système par courants porteurs utilisant le réseau d'alimentation 2. Le boîtier ou module 40 est alimenté par une ligne de dérivation 41 à partir du câble 6 et sa sortie 42 est reliée par un connecteur optique 43 au module 10, ce qui permet d'adresser à l'onduleur 13 un signal de consigne C commandant le fonctionnement du module 10, notamment pour la mise en marche, la réduction de puissance ou l'arrêt de la lampe 5 en fonction d'un horaire ou de conditions de luminosité et en respectant une certaine progressivité pour ces phases de transition. Le module 20 comprend quatre interrupteurs 21, 22, 23 et 24 formés par des transistors de puissance montés en pont inverseur et permettant de créer, à partir de la tension U3 et du courant 13 transitant par la ligne 30, une tension U4 et un courant 14 alternatifs, de fréquence égale à environ 100 hertz. Plus précisément, une unité électronique de commande contrôle le fonctionnement des quatre transistors 21 à 24, de façon à permettre, lors de l'amorçage de la lampe, l'envoi d'une impulsion de tension par l'intermédiaire d'un transfor- mateur 26 dont le secondaire 28 est connecté à un conducteur 27 d'alimentation de la lampe 5. Lorsque la lampe est amorcée, cette unité 25 assure la commutation des transistors 21 à 24 de façon à obtenir, en sortie du pont, une tension alternative U4, la valeur de cette tension déterminant l'état du système. En effet, la valeur de la tension U4 dépend de l'état de la lampe 5, la valeur de la tension U3 entre les conducteurs de la ligne 30 variant avec celle de la tension U4. On a pu déterminer que la valeur de la tension U4 est de l'ordre de volts lorsque la lampe 5 est chaude, de l'ordre de 20 volts lorsque la lampe 5 est froide et de l'ordre de 350 volts lorsque la lampe 5 est éteinte, grillée ou absente. Le caractère variable de la tension U3 est dû au fait que le module 10 fonctionne en générateur de courant 13. En jouant sur les périodes d'ouverture et de fermeture respectives des transistors 21 à 24, l'unité 25 contrôle la période du courant de forme carrée 14. Cette période peut être maintenue à une valeur fixe prédéterminée, notamment en régime d'éclairage établi. En phase de démarrage de la lampe 5, l'unité 25 peut commander les transistors, de telle sorte que la période du courant 14 est optimisée par rapport à l'état de la lampe dans le but de favoriser la mise en régime. Le module 20 tel que décrit est ainsi particulièrement simple et en particulier ne comprend pas de relais dont un défaut de fiabilité pourrait entraîner un dysfonctionnement. Le module 20 peut être adapté à différents types et/ou à différentes puissances de lampe. Ainsi, un type de module peut être compatible avec les lampes de puissance comprise entre 50 et 150 watts alors qu'un autre type de module 20 est compatible avec les lampes de puissance comprise entre 250 et 400 watts. Le premier type de module 20 est d'un encombrement faible, ce qui permet son intégration dans des lanternes 4 de dimensions relativement étroites, en rapport avec la taille des lampes 5 considérées. Le second type de module 20 peut être de taille plus importante puisque les lampes 5 et les lanternes 4 auxquelles il est associé sont de dimensions plus importantes. Ainsi, dans une production comprenant deux types de lanternes 4 adaptées à deux séries de puissance de lampes, les modules amorceurs-inverseurs 20 peuvent être prémontés dans les lanternes 4 avant que ne soit opéré le choix définitif de la lampe 5 utilisée. Le module 10 est, quant à lui, choisi en fonction du type exact et de la puissance nominale de la lampe 5, de telle sorte que les caractéristiques du générateur de courant qu'il constitue sont optimisées par rapport à cette lampe. Comme il ressort plus particulièrement de la figure 3, le module 20 est inclus dans un boîtier 29 dont on note L la longueur, 1 la largeur et h la hauteur. Les valeurs de L, 1 et h sont choisies inférieures à 60 mm, de telle sorte que le module 20 peut être inclus dans un parallépipède d'arête maxi- mum inférieure ou égale à 60 mm, ce qui permet son intégration dans la plupart des lanternes de lampadaire et des goulottes ou chemins de câbles d'alimentation de projecteurs dans le cas de l'éclairage d'un bâtiment. Le boîtier 29 est relié à une douille 50 de branchement de la lampe 5 par un câble 51. Des modules analogues 10', 20' et 40' sont utilisés dans le second lampadaire 1', avec une ligne 30' reliant les modules 10' et 20', le module 10' étant logé dans le pied 3'a du mât 3' alors que le module 20' est logé dans la lanterne 4' Le module 20' du second lampadaire 1' est identique au module 20. L'invention a été décrite dans le cas d'un dispositif d'éclairage public avec lampadaire. Elle est également applicable à un dispositif d'éclairage d'un bâtiment, notamment d'un hall industriel, dans lequel des lampes à décharges sont installées dans des projecteurs, au niveau de la superstructure du bâtiment. REVENDICATIONS 1. Module formant amorceur-inverseur pour dispositif d'alimentation de lampe à décharge (5), caractérisé en ce qu'il comprend, dans un boîtier autonome (29), des moyens (21- 24) formant inverseur aptes à générer un courant alternatif (I4) par inversions périodiques du signe d'un courant continu (I3) d'alimentation dudit module (20) et une unité électro- nique de commande (25) apte à contrôler la période dudit courant alternatif (I4). 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend quatre transistors de puissance (21-24) montés en pont inverseur, ladite lampe (5) étant connectée entre lesdits transistors en série avec une bobine (28) formant secondaire d'un transformateur-élévateur de tension (26). 3. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur haute tension (26) destiné à l'amorçage de ladite lampe (5). 4. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit boîtier (29) est inscrit dans un parallépipède dont l'arête la plus longue (L) a une longueur inférieure ou égale à 60 mm. 5. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est compatible avec des lampes (5) de types et/ou de puissances différents. 6. Procédé de montage d'un lampadaire (1, 1') ou projec- teur, caractérisé en ce qu'il consiste à prémonter, dans ou à proximité d'une lanterne (4, 4'), un module (20, 20') formant amorceur-inverseur pour une lampe à décharge (5, 5') avant détermination du type exact et de la puissance nominale de ladite lampe utilisée dans ledit lampadaire ou projecteur. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à associer en fonction du type exact et/ou de la puissance nominale de ladite lampe (5, 5'), ledit module (20, 20') formant amorceur-inverseur à un module (10, 10') d'injection de courant formant, pour ledit module amorceur- inverseur, source isolée de courant continu (I3) à partir d'une source de tension de basse fréquence (2).