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INTERRUPTEURS BIMETALLIQUES ET DISPOSITIFS D'AMORCAGE POUR LAMPES A
DECHARGE ELECTRIQUES.
La présente invention est relative aux dispositifs automatiques destinés à coopérer avec des lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métallique en vue de l'amorgage de telles lampes par préchauffage de leurs électrodes.
L'invention est relative en particulier à des appareils à éléments influençables par un dégagement calorifique,\) notamment des éléments bimétalliques qui se déforment sous l'effet de la chaleur dégagée soit par une résistance, soit par une décharge électrique. Ces appareils sont couramment appelés "démarreurs". On les désignera ci=après par "démarreur thermique" ou "démarreur à effluve" selon que le dégagement calorifique est produit par une résistance ou par une décharge électrique.
L'utilisation de l'un ou l'autre de ces appareils,démarreur thermique ou démarreur à effluve, pour la mise en service par chauffage de leurs électrodes des lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métallique,\) provoque effectivement l'amorçage de la lampe, mais les deux systèmes présentent les inconvénients respectifs suivants a) Avec le démarreur à effluve, le temps pendant lequel les électrodes de la lampe sont chauffées lors de l'amorçage est indépendant de l'intensité du courant de chauffageo En effet, dans ce type de démarreur,, une électrode bimétallique vient en contact avec une'électrode fixe sous l'effet de la chaleur dégagée par l'effluve qui jaillit entre ces deux électrodes dès la mise sous tension du tubeo Lorsque le contact est fermé, il est traversé par un courant qui,
parcourant les électrodes de la lampe à décharge., les échauffe. Mais dès ce moment l'électrode bimétallique du dé- marreur se refroidit et, après un certain tempsg rompt son contact avec
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l'électrode fixeo Le temps pendant lequel le contact reste fermé ne dépend donc pas de l'intensité du courant de chauffage et est en général trop court pour assurer un chauffage correct des électrodes de la lampe à décharges.
b) Avec le démarreur thermique, l'inconvénient signalé ci-dessus pour le démarreur à effluve est éliminéo En effet.\) dans le démarreur ther- mique, la résistance chauffante est connectée en série avec la lampe à dé- charges et le contact entre électrodes fixe et bimétalliques fermé à froide est ouvert par le passage du courant de chauffage dans la résistance chauf- fante :le temps pendant lequel le contact reste fermée c'est-à-dire le temps pendant lequel le courant de chauffage circule dans les électrodes de la lampe à déchargesest donc en relation avec l'intensité de ce courant et sera d'autant plus court ou plus long que l'intensité du courant est for- te ou faible.
Mais le démarreur thermique est délicat à construire car il doit rester ouvert pendant le fonctionnement de la lampe, et cela pour des valeurs assez diverses de l'intensité du courant de régime; de plus., il con- somme de l'énergie en permanence., ce qui diminue le rendement lumineux de l'ensemble; enfin son usure est relativement rapide.
La présente invention est relative à des perfectionnements ap- portés aux démarreurs pour lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métallique et à des circuits assurant un amorçage correct de la décharge entre les électrodes de la lampeo Elle est relative plus parti- culièrement à un démarreur combinant les propriétés des démarreurs à efflu- ve et des démarreurs thermiques, le démarreur suivant l'invention étant dé- signé ci-après par "démarreur thermique à effluve". Elle est relative en outre à un dispositif d'amorçage de lampes à décharges électriques rendant le temps de préchauffage des électrodes de la dite lampe fonction inverse de l'intensité du courant et ne consommant pas d'énergie pendant le fonc- tionnement de la lampe.
Selon l'inventionle démarreur thermique à effluve pour lam- pes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métallique et le cir- cuit y associé présentent, ensemble ou séparément les caractéristiques sui- vantes :
1) le démarreur comporte un élément bimétallique coopérant avec une électrode fixe ;
l'élément bimétallique, étant associé à une résistance chauffante forme, avec l'électrode fixe, l'interrupteur du démarreur.,cet interrupteur étant ouvert au repos,
2) le démarreur comporte un élément bimétallique coopérant avec une électrode mobile pouvant se déplacer, légèrement à partir de sa position de repos dans le sens du déplacement de l'élément bimétallique, celui-ci étant associé à une résistance chauffante., former avec l'électrode mobile., l'interrupteur du démarreurcet interrupteur étant ouvert au reposa
3) le démarreur comporte un élément bimétallique coopérant avec une' électrode mobile qui peut se déplacer légèrement autour de sa position de repos,
ce déplacement étant obtenu en constituant l'électrode d'un maté- riau très élastique ou en constituant l'électrode d'un fil assez rigide et en enroulant la base de l'électrode de fagon à former une boucle faisant office de ressort; l'élément bimétallique, étant associé à une résistance chauffante., forme avec l'électrode mobile l'interrupteur du démarreur,,cet interrupteur étant ouvert au reposa
4) le démarreur est contenu dans une enceinte remplie d'un gaz rare ou d'un mélange de gaz rares;
, argon et/ou néon., sous une basse pression de l'ordre de 20 à 60 millimètres de mercure, de façon que., lorsque l'inter- rupteur du démarreur est ouvert et pour autant que la lampe à décharges ne soit pas allumée, une décharge par effluve puisse s'établir entre l'élément bimétallique et l'électrode fixe ou mobile., le dégagement calorifique de l'ef-
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fluve étant suffisant pour provoquer la fermeture de l'interrupteur du dé- marreur.,
5) la résistance chauffante coopérant avec l'élément bimétalli- que du démarreur et l'interrupteur du dit démarreur sont destinés à être connectés en série dans le circuit de préchauffage des électrodes de la lam- pe à décharges,
le dégagement calorifique produit par le passage dans la ré- sistance chauffante du courant de préchauffage étant suffisant pour mainte- nir l'interrupteur du démarreur dans la position fermée, cet interrupteur ayant été fermé au préalable sous Inaction du dégagement calorifique d'une décharge par effluve suivant le processus décrit au paragraphe 4) ci=dessus.51
6) le démarreur thermique à effluve décrit ci-dessus est desti- né à être utilisé en coopération avec un démarreur thermique ordinaire com- portant un élément bimétallique coopérant avec une électrode fixe ou mobile autour de sa position de repos;
Isolément bimétalliques étant associé à une résistance chauffante, forme avec l'électrode, l'interrupteur du démarreur thermique, cet interrupteur étant fermé au reposa
7) la résistance chauffante et l'interrupteur du démarreur ther- mique à effluve et les mêmes éléments du démarreur thermique ordinaire asso- ciée sont destinés à être connectés en série dans le circuit de préchauffa- ge des électrodes de la lampe à décharges, l'effet du passage dans les deux résistances chauffantes du courant de préchauffage étant de provoquer l'ou- verture de l'interrupteur du démarreur thermique ordinaire et de maintenir fermé l'interrupteur du démarreur thermique à effluve,
ce dernier interrup- teur ayant été fermé au préalable sous l'influence de la chaleur dégagée par une décharge par effluve suivant le processus décrit au paragraphe 4) ci-dessus.
La figure 1 des dessins annexés donne à titre d'exemple non li- mitatif un schéma de réalisation du dispositif d'amorçage pour lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métalliques dispositif com- portant suivant 1-'invention un démarreur thermique et un démarreur thermique à effluveo
Sur cette figure L désigne la lampe à décharges électriques ali- mentée à partir d'une source de courant convenable à travers une impédance de stabilisation S (résistance, inductance ou capacitance, ou encore une combinaison quelconque de ces trois éléments), le préchauffage des électro- des F1 et F2 de la lampe L étant assuré par le dispositif constitué des dé- marreurs Dl et D2, Dl étant un démarreur thermique et D2 un démarreur ther- mique à effluve.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
Avant la mise sous tension, l'interrupteur du démarreur Dl est fermé;, l'électrode bimétallique Bl appuyant sur l'électrode El, tandis que l'interrupteur du démarreur D2 est ouvert, l'électrode bimétallique B2 n'étant pas en contact avec l'électrode E2. Dès la mise sous tension, une effluve jaillit entre les électrodes E2 et B2 du démarreur D2, la chaleur dégagée par cette effluve ayant pour effet de déformer Isolément bimétalli- que B2 et de 15amener en contact avec E2.
A ce moment, les électrodes FI et F2 de la lampe L sont traversées par un courant de préchauffage qui par- court successivement les éléments suivants :
S = impédance de stabilisation de la lampe, FI =- électrode de la lampe à décharges Lo
RI - résistance chauffante du démarreur Dl.
Bl, El - électrodes du démarreur D1.
R2 = résistance chauffante du démarreur D20
B2, E2 - électrodes du démarreur D2.
F2 - électrode de la lampe à décharges Lo
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Le courant de préchauffage traverse donc les deux résistances chauffantes R1 et R2 ce qui a pour effet :
1) de maintenir l'élément bimétallique B2 en contact avec E2,
2) de provoquer la déformation de l'élément bimétallique Bl qui après un certain temps., quitte l'électrode El avec laquelle il formait un interrupteur fermé et ouvre ainsi le circuit de préchauffage des électrodes
F1 et F2 de la lampe L en allumant celle-ci.
Immédiatement après l'ouverture du circuit de préchauffage par le démarreur D1, les résistances R1 et R2 se refroidissent et les deux élé- ments bimétalliques Bl et B2 reviennent à leur position de reposa la tension appliquée entre les éléments E2 et B2s qui est maintenant la tension aux bornes de la lampe à décharges, étant trop faible pour amorcer une effluve entre ces deux éléments.
Donc pendant le fonctionnement de la lampes les démarreurs Dl et D2 ne consomment pas d'énergie puisque le circuit dans lequel ils sont . insérés est ouvert, l'élément bimétallique B2 n'étant pas en contact avec l'électrode E2. D'autre parts le temps pendant lequel ce circuit reste fermé, c'est-à-dire le temps pendant lequel les électrodes F1 et F2 sont préchauffées, est fonction inverse de l'intensité du courant qui traverse ces électrodes -. en effet, l'élément bimétallique Bl se déformera lorsque une énergie calorifique déterminée R1 i2 t aura été dégagée par la résis- tance R1.
La figure 2 des dessins annexés représente schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation du démarreur thermi- que à effluve utilisé, suivant l'inventions dans un dispositif d'amorgage de lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métalliqueo
Suivant le croquis, on monte sur un pied P de lampe à deux en- trées de courant C : un support T, une électrode E, qui peut être une en- trée de courant ou un fil soudé à celle-ci et un élément bimétallique B, non en contact avec E, fixé sur le support T.
On fixe un fil résistant R bobiné en hélice entre le support T et la seconde entrée de courant de fa- çon telle que, lorsqu'il est traversé par un courant, le fil résistant R échauffe l'élément bimétallique Bo On soude le pied P à une ampoule A et on vide la lampeo On remplit ensuite cette lampe d'un gaz rare (argon ou néon) ou d'un mélange de gaz rares, la composition et la pression du gaz de remplissage¯, pression de l'ordre de quelques dizaines de millimètres de mercure,
dépendant de la tension à partir de laquelle on désire obtenir l'amorçage d'une décharge entre les éléments B et Eo On peut de plus mu- nir la lampe d'un getter destiné à améliorer le vide avant introduction du gaz et à sensibiliser l'élément bimétallique B de façon à abaisser la tension d'amorçage d'une décharge entre B et Eo Enfin, au cours des es- sais on a remarqué qu'il était préférable, pour le bon fonctionnement de l'appareils de constituer l'électrode E d'un métal très flexible ou d'en aug- menter la flexibilité par une disposition adéquateo On peut, par exemple,
constituer l'électrode E d'un fil de molybdène soudé à l'entrée de courante la base du fil formant une boucle qui fait office de ressorte ainsi qu'il est représenté schématiquement en H sur la figure 20
Le démarreur thermique Dl de son côté peut avantageusement être construit d'une manière assez semblable au démarreur D2 avec toutefois les deux différences suivantes, essentielles pour le fonctionnement du disposi= tif
1) l'élément bimétallique B du démarreur thermique Dl est monté de façon telle qu'il soit en contact avec l'électrode E et la pression de ce contact est choisie pour que l'élément bimétallique B ne s'écarte pas de
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E avant qu'une quantité de chaleur déterminée ait été produite par la résis- tance Ro
2) 1-'ampoule, après avoir été vidée,
est remplie d'un gaz sous très faible pression, 1 à 2 millimètres de mercure - ce gaz étant destiné à accélérer le refroidissement de B et de R après le fonctionnement du dé- marreuro
Le dispositif d'amorçage pour lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métallique décrit ci-dessus et illistré à la figu- re 1 présente donc les deux avantages importants suivants g
1) le temps de préchauffage des électrodes de la lampe à déchar= ges varie proportionnellement à l'inverse de la puissance émise par effet Joule dans les dites électrodes,
2) la consommation du dispositif d'amorçage est nulle pendant le fonctionnement en régime de la lampe à déchargée Ce dispositif ne peut cependant empêcher le phénomène dit de "recyclage",
phénomène par lequel le dispositif d9amorgage continue à fonctionner indéfiniment lorsque la lampe à décharges, mise sous tension, ne peut s'allumer correctement par suite par exemple de défectuosité ou d'usure. Ce phénomène, outre qu'il est la cause d'une consommation anormale d'énergie électrique et d'une réduction de vie du matériel auxiliaire coopérant avec la lampe, cause une impression visuelle désagréable pour 1-'usager.
Il est possible de supprimer cet inconvénient en utilisant, en coopération avec le démarreur thermique à effluve décrit ci-dessus et dont la figure 2 montre un exemple de réalisation un second démarreur basé sur un principe semblable et constitué de la même façon sauf en ce que ce se- cond démarreur est fermé au repos il sera appelé dans la suite "démarreur thermique à effluve normalement fermé" par opposition au démarreur thermi- que à effluve décrit ci-dessus qui est normalement ouvert et sera désigné dans la suite par : "démarreur thermique à effluve normalement ouvert".
Le démarreur thermique à effluve normalement fermé a été décrit dans le brevet belges déposé le 27 mars 1951, pour s 'Démarreur thermique à effluve pour lampes à décharges électriques et circuits y associés", le circuit d'amorgage utilisant ce démarreur ayant la propriété de ne permet- tre qu'un seul essai d'allumage de la lampe à décharges.
Le dit brevet belge est de plus relatif à l'emploi du démar- reur thermique à effluve normalement fermé en coopération avec un démarreur thermique ou un démarreur à effluve; ce système était destiné à permettre un nombre de fonctionnement supérieur à un mais petit du dispositif d'amor= gages résultat particulièrement intéressant lorsque les électrodes de la lampe à décharges sont partiellement épuisées et que la décharge ne peut s'établir à l'issue d'un seul préchauffage. Ce même résultat peut aussi être obtenu par l'association judicieuse d'un démarreur thermique à efflu- ve décrit précédemment, d'un démarreur thermique et d'un démarreur thermi- que à effluve normalement fermé.
Suivant l'invention, le dispositif d'amorçage pour lampes à dé- charges, le démarreur thermique à effluve et les circuits y associés peuvent encore être caractérisés en ce que :
1) le démarreur thermique à effluve normalement ouvert est uti- lisé en combinaison avec un démarreur thermique à effluve normalement fermée les résistances chauffantes et les interrupteurs de chacun des démarreurs étant connectés en série dans le circuit de préchauffage des électrodes de la lampe à décharges,
les résistances chauffantes étant telles que lorsqu'el= les sont traversées par le courant de préchauffage elles produisent un dé-
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gagement de chaleur capable d'ouvrir l'interrupteur du démarreur thermique à effluve normalement fermé et de maintenir fermé l'interrupteur du démarreur thermique à effluve normalement ouverte ce dernier interrupteur ayant été fermé au préalable sous l'effet de la chaleur dégagée dans une décharge par effluve jaillissante à la mise sous tension, entre les éléments du dit inter- rupteurl'élément bimétallique et l'électrode de chacun des démarreurs étant tels que, lorsque la lampe est sous tension et pour autant qu'une décharge ne soit pas établie dans la dite lampe,
une décharge par effluve peut s'éta= blir entre les dits éléments, cette décharge produisant un dégagement de chaleur capable, soit de fermer l'interrupteur du démarreur thermique à ef- fluve normalement ouverte soit de maintenir ouvert l'interrupteur du démar- reur thermique à effluve normalement fermée ce dernier interrupteur ayant été ouvert au préalable sous l'effet de la chaleur dégagée dans la résistan- ce chauffante traversée par le courant de préchauffage, le circuit offert au courant de la décharge par effluve étant fermé par une résistance shuntant le démarreur thermique à effluve normalement ouverto
2)
le démarreur thermique à effluve normalement ouvert est uti- lisé avec un démarreur thermique à effluve normalement fermé et avec un dé- marreur thermique dont l'interrupteur est également fermé au repos ; laré- sistance chauffante et l'interrupteur de chacun des trois démarreurs sont connectés en série dans le circuit de préchauffage de la lampe à décharges et l'inertie thermique de la résistance chauffante du démarreur thermique à effluve normalement fermé est conditionnée de façon telle que ce démarreur n'ouvre son interrupteur qu'après quelques cycles de fonctionnement du dé- marreur thermique à effluve normalement ouvert et du démarreur thermique ;
après ces quelques cycles de fonctionnement, et si la lampe à décharges ne s'est pas allumée, le démarreur thermique à effluve normalement fermé ouvre son interrupteur, cet interrupteur restant indéfiniment dans la position ouverte sous l'action de la chaleur dégagée dans une décharge par effluve jaillissant entre les éléments du dit interrupteur, le circuit offert au courant de cette décharge étant fermé par une résistance shuntant le dé- marreur thermique à effluve normalement ouverte
La figure 3 des dessins annexés représente un cas d'applica- tion de démarreur thermique à effluve normalement ouvert utilisé en combi- naison avec un démarreur thermique à effluve normalement fermé pour l'amor- çage d'une lampe à décharges électriques.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant
A la mise sous tension, une effluve jaillit entre les électro- des E2 - B2 du démarreur thermique à effluve D20 La chaleur dégagée par cette effluve a pour effet de déformer l'élément bimétallique B2 qui vient en contact avec l'électrode E2. Dès ce moment un courant de préchauffage circule dans les électrodes Fl-F2 de la lampe à décharges L en traversant successivement l'impédance de stabilisation S, l'électrode F1, la résis- tance Rl, l'interrupteur B1-EL, la résistance R2, l'interrupteur B2-E2 et l'électrode F2 (la résistance K étant de valeur très élevée par rapport à celle de R2 - de l'ordre de 10.000 ohms - on peut négliger le courant qui traverse cette résistance).
Le courant de préchauffage traversant la ré- sistance RI y provoque un dégagement de chaleur par effet foules chaleur qui a pour effet de déformer l'élément bimétallique B1 qui, après un certain temps., quitte l'électrode E1, et ouvre ainsi l'interrupteur du démarreur D1.
En cas d'amorçage normal de la lampe L, les résistances RI et R2 n'étant plus traversées par un courant, l'interrupteur E1-B1 se ferme, l'interrupteur E2- B2 s'ouvre et le dispositif d'amorçage reprend sa position de repos, la tension existant alors entre les éléments B2 et E2, qui est la tensiqn aux bornes de la lampe L, étant insuffisante pour provoquer une effluve entre les deux éléments.
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En cas de non amorçage de la lampe L, les éléments El Bl qui s'étaient séparés sous l'effet de la chaleur dégagée dans la résistance R1 sont soumisà la tension du réseausuffisante pour amorcer une décharge par effluve entre les dits éléments la chaleur dégagée par cette décharge main- tenant ouvert l'interrupteur E1-B1; le courant de la décharge étant trop faible pour maintenir fermé l'interrupteur E2-B2, celui-ci s'ouvre et le cir- cuit de décharge se ferme par la résistance Ko Ainsi, l'interrupteur El-Bl du démarreur Dl restant définitivement ouvert, le dispositif d'amorçage ne fonctionnera qu'une seule fois.
La figure 4 des dessins annexés représente un cas d'application du démarreur thermique à effluve.normalement ouvert utilisé en combinaison avec un démarreur thermique à effluve normalement fermé et un démarreur ther- mique ordinaire pour l'amorçage d'une lampe à décharges électriques.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant
Après l'enclenchement, une effluve s'établit entre les éléments E2-B2 du démarreur thermique à effluve normalement ouvert D2. La chaleur dégagée par cette effluve a pour effet de déformer l'élément bimétallique B2 qui vient en contact avec l'électrode E2.
Des.ce moment un courant de préchauffage circule alors dans les électrodes Fl et F2 de la lampe à déchar- ges L en traversant successivement l'impédance de stabilisation S, l'électro- de F1, la résistance chauffante R1, les éléments Bl E1, la résistance chauf- fante R2, les éléments B2 E2, la résistance chauffante R3, les éléments B3 E3 et 1'électrode F2 - la résistance K shuntant le démarreur D2 étant très éle- vée (de l'ordre de 100000 ohms) est traversée par un courant négligeable.
Le courant traversant les résistances chauffantes produit dans les trois dé- marreurs D1, D2, D3 un dégagement de chaleur tel que l'élément bimétallique B2 est maintenu en contact avec E2 et que l'élément bimétallique B3 du dé- marreur thermique ordinaire D3 quitte, après un certain temps, l'électrode E3 ouvrant ainsi le circuit de préchauffage. Dès ce moment., les résistan- ces R2 et R3 n'étant plus traversées par un courante les éléments bimétalli- ques B2 et B3 reprennent leur position de repos qui est celle représentée sur la figure 4.
En cas d'amorçage normal de la lampe L après un premier cycle de préchauffage, les trois éléments bimétalliques restent dans cette posi- tion, la tension entre les éléments B2 et E2 étant celle qui existe entre les électrodes Fl et F2 de la lampe L, est insuffisante pour provoquer une décharge entre les dits éléments B2 et E2.
En cas de non amorçage de la lampe L après un premier cycle de préchauffage, le processus d'amorçage peut recommencer, l'inertie thermique de la résistance chauffante R1 du démarreur thermique à effluve normalement fermé Dl étant telle que l'ouverture de l'interrupteur El-Bl ne peut se pro- duire qu'après plusieurs fonctionnements des démarreurs D2 et D3, la résis- tance Rl accumulant une certaine énergie calorifique à chacun de ces fonc- tionnementso Finalement l'interrupteur El-Bl du démarreur D1, s'ouvre et, si la lampe L ne s'est pas allumée;
? est maintenu ouvert par une décharge jaillissant entre Bl et E1, le circuit offert au courant de cette décharge étant fermé par les résistances K et R3, ce courant étant d'ailleurs insuf- fisant pour provoquer la déformation de l'élément bimétallique B3.
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