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PROCEDE POUR L'AMORCAGE ET L'ALIMENTATION DE
DEUX APPAREILS A DECHARGE.-
La présente invention, due à Monsieur André CLAUDE, est relative à un procédé pour l'amorçage et l'alimentation, à partir d'une même source de courant alternatif, de deux appareils à décharge électrique à électrodes chauffées pour l'amorçage, les deux appareils à décharge étant alimentés par la source de courant par l'intermédiaire d'organes de stabilisation constitués, pour l'un, par une réactance et,pour l'autre, par une réactan- ce et un condensateur en série, 1.'impédance du condensateur étant supé- rieure en valeur absolue à celle de la seconde réactance à la.
fréquence de la source de courant, l'alimentation des deux appareils par la source de courant s'effectuant, éventuellement, par l'intermédiaire d'un transforma- teur commun ou d'un transformateur par appareil. L'une ou l'autre des réac- tances, ou les deux, peuvent être constituées, au moins en partie, par la réactance de fuite d'un transformateur,,
Il est connu de chauffer les électrodes d'un appareil à décharge en vue de son amorçage en connectant l'une à l'autre, par l'intermédiaire d'un interrupteur, celles des extrémités de ces électrodes qui ne sont pas reliées à la source de courante l'ouverture de l'interrupteur, qui fait ces- ser le chauffage, est cause que la tension entre les électrodes devient éga- le à la tension à vide du dispositif d'alimentation et, de plus,
elle pro- duit une brève surtension de rupture, ce qui provoque l'amorçage. Ce procé- dé a comme inconvénients que l'amorçage ne se produit qu'au bout du temps nécessaire au chauffage des électrodes et aux mouvements de l'interrupteur, qu'il nécessite un artifice pour obtenir une intensité suffisante du courant de chauffage lorsque l'appareil est stabilisé par réactance et capacité en série, et, de plus, il fatigue un peu les électrodes par suite de la surten- sion de rupture.
Le procédé selon l'invention, au contraire, donne un amorçage quasi-instantané, fournit d'une façon très simple le courant de chauffage de
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l'intensité désirée, et ne fatigue pas les électrodes. Il est caractérisé en ce que les électrodes des deux appareils à décharge sont chauffées pour l'a- morçage et pendant le fonctionnement, le courant de chauffage étant fourni par deux transformateurs, dits "transformateurs de chauffage Il , un par appa- reil à décharge. Chaque transformateur comporte un primaire alimenté par la source de courant par l'intermédiaire de l'organe de stabilisation de l'ap- pareil correspondant et, éventuellement, du transformateur interposé entre l'appareil et la source.
Ce transformateur de chauffage comporte deux se- condaires, un par électrode, dont l'un est connecté par l'une de ses extrémi- tés à l'une des extrémités du primaire de ce transformateur et par l'autre extrémité à l'une des extrémités de l'une des électrodes de l'appareil à décharge correspondant, l'autre extrémité de cette électrode étant connec- tée au point commun à ce secondaire et à ce primaire, ou à une prise sur ce secondaire entre ce point commun et l'autre extrémité de ce secondaire , 1.
autre secondaire de ce transformateur étant connecté par l'une de ses extré- mités à l'autre extrémité du primaire de ce transformateur, et par son autre extrémité à l'une des extrémités de l'autre électrode de l'appareil à dé- charge correspondant, l'autre extrémité de cette électrode étant.connectée au point commun à ce secondaire et à ce primaire, ou à une prise sur ce se-- condaire, entre ce point commun et l'autre extrémité de ce même secondaire, le sens d'enroulement de chaque secondaire étant celui qui donne à celle des deux extrémités de l'électrode correspondante qui est la plus éloignée du pri- maire une différence de potentiel avec l'autre électrode plus forte que cel- le de l'autre extrémité.
Selon une variante du procédé ci-dessus, on munit chaque appa- reil à décharge d'au moins une surface conductrice en contact avec son en- veloppe et connectée à l'une de ses électrodes, éventuellement par l'inter- médiaire d'une impédance.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir un produit indus- triel nouveau, constitué par un ensemble de deux appareils à décharge présen- tant simultanément, ce qui n'a pas encore été réalisé jusqu'ici, les avanta, ges ci-dessous : - effet stroboscopique négligeable, - facteur de puissance voisin de 1, - allumage pratiquement instantané et sans battements, - disparition presque totale des taches noires au voisinage des électrodes, - très grand nombre d'allumages possibles, - accroissement de la durée de l'appareil, - allumage possible par temps relativement froid, - pertes plus faibles qu'avec les dispositifs usuels d'alimen- tation permettant un allumage instantané.
Les figures ci-jointes représentent, schématiquement et à titre d'exemple non limitatif, plusieurs formes de réalisation de l'invention.
Sur les diverses figures, les éléments qui jouent le même rôle portent le même numéro de repère.
La figure 1 représente un circuit d'alimentation et d'amorçage conforme à la présente invention.
Les figures 2, 3, 4 représentent un appareil à décharge selon des variantes connues portant sur la surface conductrice en contact avec son enveloppe.
Les figures 5 et 6 représentent d'autres circuits d'alimentation et d'amorçage conformes à la présente invention. Sur chacune de ces figures 5 et 6,les appareils à décharge ne comportent pas de surface conductrice en contact avec leur enveloppe, mais ils pourraient être indifféremment de l'un
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ou l'autre des types représentés sur les figures 2,3, 4 ou encore comporter une surface connectée à une électrode comme sur la figure l, sans que le res- te du schéma du circuit doive être modifié.
Sur la figure 1, une source de courant alternatif 1, 2 alimente les extrémités 31, 32 des électrodes d'un premier appareil à décharge 3, en l'espèce une lampe fluorescente à atmosphère de gaz rares et de mercure et à électrodes préchauffables; cette alimentation est effectuée par l'interné- diaire d'un auto-transformateur à fuites dont la réactance propre stabilise la décharge dans la lampe 3. Le primaire de cet auto-transformateur comporte deux bobines 8, 5, montées en série; le secondaire est constitué par les bo- bines 5, 8, 7,6, également montées en série.
La même source 1, 2, alimente également les extrémités 41, 42, des électrodes d'une autre lampe fluorescen- te 4 analogue à la lampe 3; cette alimentation est effectuée par l'intermé- diaire d'un auto-transformateur à faibles fuites dont le primaire 8, 5 est le même que ci-dessus et dont le secondaire est constitué par les bobines 5, 8, 9, 10, ce secondaire étant relié à la lampe 4 par la réactance 11 et le condensateur 12 montés en série et constituant la réactance et le conden- sateur stabilisant la décharge dans la lampe 4.
Un transformateur de chauffage 30 fournit aux électrodes 31,33 et 32, 34 de la lampe 3 le covxant de chauffage convenable pour l'amorçage de cette lampe; il fournit également à ces électrodes un certain courant pendant le fonctionnement, mais ce dernier courant est très inférieur au courant de préchauffage, on verra plus loin pourquoi. Les extrémités du pri- maire 37 de ce transformateur sont connectées respectivement aux extrémités 31, 32 des électrodes; ce primaire est donc alimenté par le secondaire du transformateur 5,8, 7 6. Le transformateur de chauffage 30 est muni de deux secondaires 35, 3,De dont chacun est connecté respectivement à l'électro- de 31, 33 ou 32, 34.
Le secondaire 35, étant bobiné dans le sens convenable et ayant une extrémité commune avec le primaire 37, forme, avec celui-ci, un auto-transformateur élévateur de tension; il en est de même du secondaire 36. L'extrémité d'électrode 33, non connectée au secondaire 5, 8 7, 6, pré- sente ainsi, par rapport à l'extrémité 32 de l'autre électrode une différen- ce de potentiel supérieure à celle fournie par le secondaire 5, 8, 7, 6 On accroît ainsi la tension disponible pour l'amorçage aux bornes de la lampe 3.
Le courant de chauffage après amorçage est faible, parce que la tension aux .bornes du primaire 37, étant égale à la tension entre les extrémités 31 et 32, n'est alors plus la tension d'amorçage de la lampe 3, mais sa tension de fonctionnement seulement; le secondaire 35 fournit donc une tension moin- dre pendant le fonctionnement que pendant le préchauffage.
L'autre électrode 32, 34, de la lampe 3, est alimentée en courant de chauffage par un second secondaire 36, du transformateur 30, de la même façon que l'électrode 31,33 par le secondaire 35.
La lampe 3 est munie, sur la paroi extérieure de son enveloppe, d'un trait conducteur 38, à base de graphite par exemple, connecté à une extrémité de l'une de ses électrodes à travers une résistance 39 de forte valeur, et représenté en traits interrompus sur*la figure.
Le chauffage des électrodes de la lampe 4 est effectué de même par un transformateur de chauffage 40. La lampe 4 est également munie d'un trait conducteur externe connecté de la même manière à l'une de ses électro- des. Il est à remarquer qu'on n'a pas prévu de réactance supplémentaire à mettre en série avec la réactance 11 et le condensateur 12 pendant le pré- chauffage et destinée à augmenter le courant de préchauffage. En effet, le transformateur 40 peut être prévu pour fournir, avant l'amorçage, le cou- rant convenable.
La perte due au chauffage des électrodes pendant le fonctionne- ment est particulièrement faible lorsque l'atmosphère de la lampe est consti- tuée, au moins en partie, par des gaz rares à poids atomique élevé comme l'argon, ou mieux le Krypton et le Xénon. En effet un gaz rare de poids ato- mique élevé possède une conductibilité thermique faible et un potentiel d'i-
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onisation peu élevé. Il en résulte que le préchauffage d'un type donné d'é- lectrode jusqu'à une température déterminée peut être effectué avec un cou- rant moindre que lorsque le gaz est moins dense, et que la tension nécessai- re aux bornes de l'électrode pour obtenir une décharge entre ses extrémités, est d'autant moins élevée que le gaz est plus dense.
On va donner ci-dessous un exemple de réalisation pratique, rela- tif à l'alimentation de deux lampes,fluorescentes de 1 m de long et 30 mm de diamètre à atmosphère d'argon et de mercure, alimentées à partir d'un ré- seau de courant alternatif à 110 volts, 50 périodes. Les chiffres donnés peu- vent, d'ailleurs, varier légèrement lorsqu'on change une lampe pour une au- tre, du même type, ou un appareillage d'alimentation pour un autre du même modèle.
Chaque lampe, dont l'enveloppe est munie sur sa paroi externe d'un trait de graphite connecté à l'une des électrodes par une résistance de
0,1 mégohm environ, à une tension de fonctionnement de 120 volts; sa ten- sion d'amorçage par préchauffage sans rupture du circuit de préchauffage est de moins de 200 volts. Cette tension d'amorçage s'élèverait à 235 volts si le trait conducteur n'existait pas, et à 225 volts si la lampe, démunie de trait conducteur, était portée par une réglette métallique mise à la terre.
Pendant le préchauffage, chaque électrode est parcourue par un courant de 0,27 ampère et présente une différence de potentiel de 11 volts entre ses extrémités; pendant le fonctionnement, ces valeurs sont ramenées à 0,185 ampère et 4,5 volts. Le courant de décharge dans la lampe est de
0,25 ampère environ.
Les transformateurs 5, 8, 7, 6 et 5, 8, 9, 10 fournissent cha- cun une tension à vide de 220 volts, lorsque la tension du réseau est de
110 volts.
Le courant dans le primaire commun de ces deux transformateurs à une valeur de 0,69 ampère; le réseau fournit 76 volt-ampères et 75 watts, ce qui correspond à un facteur de puissance très voisin de 1. Chaque lam- pe consomme, en régime, 29 watts, non compris la puissance correspondant au courant de chauffage permanent de ses deux électrodes et qui se monte à
2 x 0,185 x 4,5 = 1,7 watts, ce qui fait que les pertes totales dans l'ap- pareillage ne sont que de 17 watts, y compris la puissance consommée par le chauffage permanent.
A titre de comparaison, avec les appareillages usuels pour l'ali- mentation de deux lampes de 1 m consommant chacune environ 30 watts, à partir d'un réseau à 110 volts, les pertes pour l'ensemble des deux lampes sont : - 12, watts dans le cas d'alimentation par auto-transformateur et amorçage par préchauffage et rupture du courant de préchauffage par inter- rupteur à électrode bimétallique et à lueur, - 30¯watts dans le cas d'alimentation sans préchauffage des électrodes, par auto-transformateur et amorçage instantané dû à une tension à vide de l'auto-transformateur suffisamment élevée, l'amorçage étant fa- cilité par un trait conducteur externe connecté à une électrode.
La figure 2 représente un appareil à décharge 3, par exemple une lampe fluorescente de 1 m de long comme dans l'exemple ci-dessus, dont la surface conductrice 38 en contact avec son enveloppe 50 est connectée, non pas à l'une de ses électrodes 31, 33 ou 32, 34, mais à une prise de terre
51 ou à une masse conductrice qui en tient lieu.
La figure 3 représente un appareil à décharge qui ne diffère de celui selon la figure 2 qu'en ce que la surface conductrice 38 n'est con- nectée à rien. On simplifie ainsi les arrivées de courant à l'appareil à décharge, mais la tension nécessaire à son amorçage, toutes choses égales par ailleurs, s'en trouve augmentée un peu plus.
L'appareil à décharge représenté par la figure 4 ne diffère de ceux selon les figures 2 et 3 qu'en ce que son enveloppe 50 n'est en contact
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avec aucune surface conductrice. On facilite ainsi la construction de cet ap- pareilet on en améliore l'aspect, mais il faut lui fournir une tension enco- re plus élevée pour y amorcer la décharge.
La figure 5 représente deux appareils à décharge 3 et 4 et leurs circuits d'amorçage et d'alimentation; ces appareils sont, par exemple, des lampes fluorescentes et peuvent être de l'un quelconque des types représen- tés sur les figures 1, 2, 3, 4. Au-dessous des points 89 et 90 et au-dessus des points 59 et 60, le circuit est un circuit normal d'alimentation d'appa- reil à décharge par auto-transformateur à fuites magnétiques. Nous ne décri- rons en détails que le circuit relatif à la lampe 3 car ce circuit diffère peu de celui pour la lampe 4. Le primaire de l'auto-transformateur est consti- tué par les enroulements 5 et 8, et le secondaire pour la lampe 3 par le pri- maire et par les enroulements 6 et 7.
Cet auto-transformateur élève la ten- sion de la source de courant alternatif 1, 2 et, de plus, stabilise la dé- charge dans la lampe 3 par ses fuites magnétiques; il est du même modèle que celui représenté, avec les mêmes chiffres de repère, sur la figure 1. L'auto- transformateur 5, 6, 7, 8, alimente, par ses bornes 59 et 60, un auto---brans- formateur 61 dit "de chauffage". Cet auto-transformateur de chauffage compor- te, comme dans le dispositif représenté sur la figure 1, un primaire, ici in- diqué par le repère 58, et deux secondaires. Ces derniers sont respectivement connectés aux deux électrodes de la lampe 3, d'une part, comme sur la figure 1, par leur extrémité non reliée au primaire 58, d'autre part, et ceci est nouveau, par une prise 56 ou 57 située entre cette extrémité et pelle reliée au primaire.
Chaque secondaire comporte ainsi deux enroulements : par exemple, le secondaire de gauche comprend un premier enroulement 53 qui fournit la tension de chauffage de l'électrode 31, 33, et un second enroulement 55 qui élève la tension entre cette électrode et l'électrode 32, 34 et contribue ain- si à compenser l'augmentation de tension d'amorçage de la lampe 3 ; pour le secondaire de droite, les enroulements correspondants sont désignés par les repères 52 et 54. Comme dans le dispositif représenté sur la figure 1, les secondaires sont enroulés dans le sens qui donne le maximum de tension entre les extrémités 33 et 34 des électrodes.
Le transformateur 61 représenté sur cette figure est symétrique; il pourrait aussi comporter un seul enroulement pour élever la tension, 54 par exemple, le nombre de spires de cet enroule- ment étant alors double de ce qu'il serait.dans le cas d'un transformateur symétrique, et l'enroulement 55 étant supprimé. Un auto-transformateur de chauffage 81, construit et connecté de façon analogue au transformateur 61,chauffe les électrodes de la lampe 4 à courant en avance sur la tension et élève la tension disponible pour cette lampe.
On va donner ci-dessous un exemple de réalisation pratique, pour le circuit d'alimentation de la lampe lien retard" 3 de la figure 5; cette lampe ne diffère de celles de l'exemple décrit ci-dessus qu'en ce qui con- cerne la bande conductrice en contact avec l'enveloppe, cette bande n'exis- tant pas dans le cas présent.
L'auto-transformateur 5, 6, 7, 8 n'est pas changé et fournit, lorsque la tension de la source de courant 1, 2 est de 110 volts, une ten- sion à vide de 220 volts. Les 2 x 11 volts de supplément de tension, four- nis par les secondaires du transformateur de chauffage compensent approxi- mativement, dans l'exemple ci-dessus et dans le présent exemple, la chute de tension du transformateur 5, 6, 7, 8 lors du préchauffage, chute due à la puissance que ce transformateur débite à ce moment. Dans le cas présent, la lampe fluorescente 3 ne comporte pas de trait conducteur sur sa paroi exter- ne ; sa tension moyenne d'amorçage n'est alors plus 200 volts, mais 235 volts, donc a augmenté de 17,5 %.
Pour amorcer la nouvelle lampe avec la même cer- titude, c'est-à-dire avec des conditions aussi défavorables de tension de la source, de température, etc..... que dans l'exemple ci-dessus, les se- condaires 54 et 55 doivent fournir les 17,5 % de tension, soit 220 x 17,5 = 38,5 volts, soit environ 19 volts chacun. Les secondaires 52 et 53 conti- nuent à fournir la même tension de chauffage, soit 11 volts, pendant le pré- chauffage. Ces chiffres ne sont d'ailleurs qu'approchés, les tensions néces- saires et les tensions obtenues variant avec les lampes, leur emplacement,
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l'appareillage, etc.....
Comme dans l'exemple ci-dessus, le circuit pour la lampe 4 diffè- re de celui pour la lampe 3 en ce qu'il comporte une self-inductance Il et un condensateur 12 en série avec le secondaire 5, 8, 9, 10 alimentant la lam- pe 4; ce secondaire est à couplage serré avec le primaire 5,8
La figure 6 représente schématiquement un circuit d'alimentation "en direct" de deux lampes fluorescentes et des transformateurs de chauffage de celles-ci. On appelle ici alimentation "en direct" l'alimentation à par- tir de la source de courant par l'intermédiaire d'une simple impédance.
Cet- te impédance est la self-inductance 65 pour la lampe 3 et son transforma- teur 61; pour la lampe 4 et son transformateur 71, cette impédance est cons- tituée par l'ensemble de la self-inductance 66 et du condensateur 67, montés en série.
La source de courant, 1, 2 alimente, à travers la self-induc- tance 65, l'ensemble lampe 3 - transformateur de préchauffage 61, qui est du même type que celui représenté sur la figure 5. Par exemple, la source de courant est un réseau à 220 volts et, comme pour l'exemple de la figure 1, alimente des lampes de 1 m de long; le transformateur 61 a, alors,les mê- mes caractéristiques que dans l'exemple numérique ci-dessus.
Le transformateur de chauffage 71 pour la lampe 4 est d'un type un peu différent de celui du transformateur 61, afin de donner un exemple de transformateur de chauffage ne comportant qu'un seul secondaire à rapport de tmnsformation augmenté. Le secondaire 72 de ce transformateur est calculé pour ne fournir que la tension de chauffage, par exemple 11 volts avant l'a- morçage comme dans l'exemple numérique précédent ; il est connecté à l'élec- trode correspondante et au primaire comme sur la figure 1.
Le secondaire 73, 75, par contre, fournit à la fois la tension de chauffage par son enrou- lement 73, par exemple 11 volts avant l'amorçage, et le supplément de tension par son enroulement 75, par exemple 38 volts si l'on prend les mêmes valeurs de tensions que pour l'exemple relatif à la figure 5; ce secondaire est con- necté à l'électrode correspondante et au primaire comme dans la figure 5.
Il va de soi que les transformateurs de chauffage peuvent, et même c'est préférable, être du même type pour les deux lampes : soit du type représenté en 61, soit du type représenté en 71. De même, le circuit selon la figure 5 peut comporter deux transformateurs du type représenté en 71, ou bien un transformateur de chaque type.
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