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Correction du facteur de puissance par lampe à vapeur
La présente invention concerne les circuits pour appareils à décharge et spécialement les circuits pour lampes fluorescentes.
Les buts de l'invention sont :
Améliorer le facteur de puissance des circuits d'ap- pareils à décharge, spécialement ceux de lampesfluorescentes.
Prévenir des effets stroboscopiques.
Simplifier les installations en attaquant deux ou plusieurs lampes avec un seul transformateur.
D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront clairement après la description suivante avec dessin, dans le- quel :
La figure 1 est un schéma du circuit de lampes à dé- charge et d'un transformateur à deux secondaires haute tension.
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Les figures 2 et 3 sont des variantes dm circuit de la figure 1 avec des transformateurs à plus basse tension et des circuits spéciaux de démarrage.
La figure 4 est un graphique montrant les déphasages en avant et en arrière des lampes des figures 1 à 3 et de leurs circuits primaires.
Un des défauts des lampes à décharge du type à vapeur et à fluorescence est le facteur de puissance propre très faible de transformateurs haute tension, selfs de choc ou selfs devant être utilisée pour le ballast ou la démarrage de ces lampes.
Il est utile de pouvoir corriger le facteur de puissance, parce que l'on peut alors, pour une consommation d'énergie donnée, utiliser des sources et des lignes de transport plus faibles. La correction du facteur de puissance de ces lampes, cependant, est déjà réalisé dans la plupart des transformateurs en mettant aux bornes d'un enroulement à très haute tension du transformateur un condensateur de grande capacité. Ceci augmente fortement le prix de l'équipement auxiliaire. Si l'on n'utilise pas cet équi- pement auxiliaire coûteux, spécialement avec des lampes exigeant une tension de démarrage élevée, le facteur de puissance général peut être aussi bas que 50 %.
La plupart des installations de telles lampes utilisent plusieurs lampes et l'invention a, entre autres, pour but d'uti- liser un seul circuit pour une combinaison de deux ou plusieurs lampes et de provoquer dans une des branches du circuit un dé- phasage en avant qui compensera un déphasage en arrière dans l'artre ou les autres branches du circuit. A cause de la diffé- rence de phase, le courant dans deux ou plusieurs lampes ne passera pas par la phase zéro au même moment et il n'y aura donc pas dteffets stroboscopiques comme cela peut arriver dans les
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installations individuelles.
La figure 1 représente deux lampes 10 et 11. Ces lam- pes peuvent être à vapeur telles que celles du type à mercure à haute pression ou du type fluorescence avec les parois in- térieures du tube recouvertes d'une matière fluorescente telle que la willemite et rendue fluorescente par une décharge dans l'atmosphère gazeuse du tube qui peut être de la vapeur de mer- cure ou l'un ou l'autre des gaz nobles. Les tubes représentés schématiquement ont leurs électrodes 12 placées aux deux bouts du tube. Le circuit des lampes comprend les connexions 13 et 14 reliant le réseau au transformateur 15 qui, dans le cas présent, a un seul primaire 16 sur un noyau 17 et deux secondaires à haute tension dont la tension est suffisante pour démarrer les lampes.
Le secondaire 18 du bras 19 est relié aux électrodes du tube 10 et le secondaire 20 du bras 21 est relié aux électro- des du tube 11. Des shunts magnétiques 22 et 23 sont placée dans le transformateur dans les deux espacements entre les trois bras de façon à prnduire une réactance de fuite pour "charger" le courant. A cause des différentes selfs dans les deux branches des deux lampes, le courant serait normalement déphasé en arriè- re dans les deux branches. Mais on intercale dans le circuit re- liant la bobine 18 aux électrodes de la lampe 10, un condensa- teur 24 de capacité telle qu'il diphasé le circuit de la lampe 10 en avant d'un angle égal à l'angle de retard du courant pas- sant dans le tube 10 et son circuit associé.
La figure 4 donne un graphique qui représente le cou- rant de la lampe 10 déphasé en avant et le courant de la lampe 11 déphasé en arrière, ce qui donne un courant primaire en phase avec la tension du réseau. Le circuit de la figure lprésente donc un facteur de puissance pratiquement égal à l'unité.
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La figure 2 représente une variante de l'invention qui est spécialement adaptée aux lampes à décharge et à celles qui utilisent un relais de démarrage. Un auto-transformateur 25 ayant une prise médiane 26 reliée à une extrémité de la source de cou- rant alternatif 27 a ses extrémités reliées par l'intermédiaire des éléments de circuit décrits ci-après à l'autre extrémité 28 de la source de courant alternatif.
Deux lampes 29 et 30 pouvant être du type à fluorescence, ont des électrodes 31 avec un recou- vrement d'oxyde de barium, calcium ou strontium, exigeant un pré- chauffage avant le démarrage* Afin de donner aux électrodes le temps de chauffer, on place en série avec une extrémité de chacune des électrodes un relais de démarrage à incandescence 32 tel que décrit dans la demande de brevet américain de Edward C. Dench, Ser. N 242.927 déposée le 29 novembre 1938 et devenue le bremet 2.200.443.
Ce relais 32 démarre avec une décharge incandescente qui échauffe un bimétal fixé à une des électrodes. Le bimétal tend à joindre les électrodes l'une à l'autre et un courant passe dans le relais pendant le temps d'échauffement des élec- trodes. Le bimétal se refroidit, séparant les électrodes et interrompant donc le courant. Cette interruption brusque du cou- rant donne une pointe de tension qui provoque une décharge dans la lampe. L'autre extrémité des électrodes est reliée à la bobi- ne 26 de l'auto-transformateur suivant une connexion comprenant une self 33 ou 34 pour le ballast du courant.
Les différentes selfs des circuits vont faire passer dans les lampes un courant déphasé en arrière qui diminuera le facteur de puissance du circuit des lampes. Conformément à l'in- vention un condensateur 36 est intercalé dans une des branches, tel que celuirelié au tube 29, de capacité suffisante pour dépha-
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ser en avant le circuit du tube 29, et de préférence d'un angle égal à l'angle de retard du circuit au tube. La capacitance 36 est plus élevée que l'impédance de la self 33. Le facteur de puissance des deux circuite sera donc pratiquement égal à l'uni- té, comme indiqué au schéma de la figure 4 susmentionnée.
Les impédances combinées de la self 33 et du condensa- teur 36 sont égales à celle d'un condensateur seul, Cette capaci- tance résultante absorberait normalement l'impulsion d'une pointe de tension inductive. La self 35 peut être insérée entre le trans- formateur et la lampe 29 pour faciliter le démarrage de celle-ci.
Lorsque le relais 32 coupe le circuit, après un temps déterminé, la pointe inductive de la self 35 est appliquée au tube avant de pouvoir être absorbée. La pointe inductive coupera le chemin de liaison entre les électrodes de la lampe et amorcera la lampe 29.
La lampe 30 sera amorcée par la pointe inductive du transformateur quand le relais 32 fonctionne.
La figure 3 représente une, antre variante du circuit appliquée au circuit de démarrage de deux lampes 40 et 41. Les électrodes de ces deux lampes sont mises en série par l'intermé- diaire d'un relais 42 shunté par un condensateur 43 afin d'em- pêcher des interférences radio quand les relais 42 s'ouvrent une fois que les 'électrodes 44 sont suffisaient chaudes et la déchar- ge s'amorce dans les tubes. Les lampes sont alimentées par un auto- transformateur 45 ayant des secondaires 46 et 4? pour les tubes et un primaire 48 relié lui-même à des connexions d'amenée 49 et 50.
Le secondaire 49' est commun aux deux circuits de lampe. Les bobi- nes de l'auto-transformateur se trouvent de préférence sur le même noyau comme indiqué et un shunt magnétique 51 est en contact avec le noyau du transformateur de part et d'autre de l'enroulement primaire, ayant de plus deux bras 52 et 53 armant de faibles en-
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trefers 54 et 55 servant à former la réactance de fuite néces- saire pour le ballast du courant. Un condensateur 56 est inséré dans le circuit d'un des tubes comme indiqué, afin de le dépha- ser assez en avant que pour donner un facteur de puissance unité en combinaison avec le circuit du tube 41 qui est déphasé en arrière.
Les selfs de choc et le transformateur de la figure 2 sont remplacés à la figure 3 par un appareil bon marché. La self
35 peut être ajoutée, dans la figure 3, pour les lampes d'une certaine dimension et les condensateurs pour haute fréquence 43 peuvent être ajoutés à la fig. 2.
L'invention présente un avantage spécial pour l'élabo- ration et l'utilisation d'un seul transformateur à deux secon- daires. Avec deux lampes utilisant le condensateur dans un cir- cuit secondaire, le facteur de puissance se rapprochera de l'u- nité et le courant primaire sera inférieur ou égal au courant primaire nécessaire pour une lampe seulement mais sans condensa- teur. Sans la différence provenant des facteurs de puissance en avance et en retard dans les circuits secondaires, le fonctionne- ment de deux lampes sur un tel transformateur donnera un courant primaire double de celui nécessaire pour une lampe.
L'invention s'applique évidemment aux installations utilisant plus de deux lampes sur un même transformateur. Les phases dans les sous-circuits seront choisies de façon à donner dans le primaire unique un facteur de puissance aussi proche que possible de l'unité.
L'invention procure un groupe de dispositifs à' décharge d'installation très simplifiée prenant le courant d'un seul pri- maire et installation à facteur de puissance pratiquement égal à l'unité et dénuée d'effets stroboscopiques.
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Quoique l'on ait décrit ci-dessus diverses combinai- sons de circuits pour maintenir le facteur de puissance dans le primaire pratiquement égal à l'unité, il est clair que bien d'au- tres dispositions de circuits et d'éléments peuvent être réalisés sans sortir du cadre de l'invention.