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TRANSFORMATEUR BALLANT ELECTRIQUE.
La présente invention est relative à un dispositif pourallmeret faire fonctionner des appareils à décharge connectés en série, au moyen de transformateurs ballasts électriques et a pour objet de présenter un trans- formateur ballast de grande réactance, nouveau., simple et économique pour plusieurs appareils électriques à décharge connectés en série, des lampes fluorescentes par exemple.
Si l'on se réfère à l'unique figure qui illustre schématiquement une variante de l'invention, on voit qu'un transformateur ballast,de réactan- ce élevée,indiqué dans son ensemble par le numéro 1 de référence, est con- necté à deux lampes fluorescentes 2 et 3 à cathode chaude qui sont de préfé-
Pence du type dit à allumage rapide et sont caractérisées par des cathodes qui sont chauffées de manière continue jusqu'à émission électronique, à des tensions inférieures à la tension d'ionisation du gaz ou de la vapeur dans la lampe.
Le transformateur ballast est enfermé dans une enveloppe métalli- que qui est représentée schématiquement en 4 et comprend essentiellement un assemblage 5 de noyau et bobine de transformateur cuirassé et les éléments du circuit électrique associé comprenant un condensateur d'allumage
6, un condensateur de service 7 pour assurer un fonctionnement avec courant déphasé en avant, et des conducteurs d'interconnexion.
Le noyau de l'assemblage 5 est constitué par un noyau magnétique en tôles laminées découpées de telle manière que chaque couche de tôle comprenne une branche centrale 8 portant les enroulements et deux culasses 9 à trois branches disposées des deux côtés de la branche centrale portant les enroulements, les deux branches d'extrémité de chaque culasse venant en contact avec la branche centrale portant les enroulements. Entre la partie orfraie de la branche 8 et les branches centrales des culasses 9, des entrefers non-magnétiques sont prévus, qui constituent des chemins de flux
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de fuite, de reluctance élevée, pour le transformateur ces chemins compre- nant les branches centrales des culasses 9.
Ainsi qu'on l'a représenté sur le dessin, des encoches sont pratiquées dans les branches d'extrémité droite des culasses 9, de manière à ce que ces branches ne soient en contact qu' avec les coins de la branche centrale 8, des entrefers 10 et des ponts 11 étant ainsi constitués dans le noyau et étant par conséquent, protégés magnétiquement. D'autre part, les branches d'extrémité gauche sont plus courtes que celles d'extrémité droite des culasses 9 pour permettre en emboitement économique de ces dernières lorsqu'elles sont réalisées.
Un enroulement primaire 12, ayant une prise 14, et un enroulement secondaire 13, sont montés sur la branche centrale 8 des deux c8tés des branches centrales des culasses 9. Des enroulements 15 et 16 fournissant le courant de chauffage des cathodes sont égalementpontés sur la branche 8 et sont adjacents ou fortement couplés à l'enroulement primaire 12.
Les éléments du circuit du transformateur ballast sont connectés @ l'un à l'autre, aux lampes, et aux bornes d'entrée 17, de la manière suivante. L'enroulement primaire 12 est connecté directement entre les bornes d'en- trée par les conducteurs 18,19, la prise 14, les conducteurs 20 et 21. Un conducteur d'extrémité 22 de l'enroulement secondaire 13 est directement relié au conducteur 18 de telle manière que l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire soient connectés en auto-transformateur et la polarité des enroulements est,telle que la connexion produit une action élévatrice de la tension.
L'autre conducteur d'extrémité 23 de l'enroulement secondaire 13 est l'extrémité haute tension de l'autotransformateur élévateur de tension, et il est relié à l'une des bornes du filament de chauffage cathodique de la lampe 3 par 1-'intermédiaire du condensateur de service 7 et du conducteur 24. Les filaments de chaffage adjacents des lampes 2 et 3 sont directement interconnectés et 1' extrémité gauche de la lampe 2 est directement connectée à la borne basse tension (mise normalement à la terre) du transformateur, par un conducteur 26, de telle sorte que toute la tension des enroulements 12 et 13 en série est appliquée au bornes des lampes 2 et 3 en série.
Pour assurer une distribution convenable de la somme des tensions de sortie, circuit ouvert, des enroulement 12 et 13 aux bornes des lampes 2 et 3, l'une de ces lampes, par exemple la lampe 3, est constamment, shuntée par le dondensateur d'allumage. Ce shuntage n'est pas essentiel dans tous les cas, car les capacités inhérentes aux éléments du circuit comprenant les enroulements et les lampes elles-mêmes donneront dans certains cas une distribition convenable de la tension. Cependant, pour obtenir des résultats meilleurs et plus certains, le condensateur d'allumage 6 est utilisé, qui peut être connecté aux bornes de l'une ou l'autre lampe.
Pour supprimer les perturbations haute fréquence produites par les décharges dans les lampes 2 et 3, les deux lampes peuvent être shuntées par un condensateur de supression des interférences haute fréquence (non représenté).
Pour fournir le courant de chauffage à la cathode 28 de la lampe 2,cette cathode est connectée par l'intermédiaire du conducteur 29 à l'extrémité restante de l'enroulement primaire 12 et de là, par la prise 14, à l'autre extrémité de cette cathode 28 par l'intermédiaire des conducteurs 20, 21 et 26. Une extrémité de la cathode 30 de là lampe 3 est connectée par l'intermédiaire du conducteur 31 à l'enroulement 16 et ensuite par l'intermédiaire des conducteurs 32 et 24, à l'autre extrémité de cette cathode 30.
Les cathodes adjacentes 33 (de la lampe 2) et 34 (de la lampe 3) sont de préférence alimentées en parallèle par l'enroulement 15, les connexions étant les suivantes : de l'extrémité gauche de l'enroulement 15 par l'intermédiaire du conducteur 27, les cathodes 33 et 34 en parallèle, le conducteur 25 et retour à l'enroulement 15.
Ce dernier possède autant de tours que l'enroulement 16 et autant de tours qu'il en existe entre la prise 14 et le conducteur d'extrémité 19 de l'enroulement primaire 12. le fonctionnement du dispositif conforme à l'invention est le suivant :
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Lorsque les bornes d'entrée 17 sont reliées à une source convena- ble de tension non représentée), la tension pleine, circuit ouvert, qui est la somme des tensions de l'enroulement primaire 12 et de l'enroulement secon- daire 13, est appliquée aux bornes des lampes 2 et 3 en série.
Cependant, la capacité du condensateur d'allumage 6 est beaucoup plus grande que la capa- cité inhérente aux lampes 2 et 3 de telle sorte que pratiquement toute la tension débitée apparaît aux bornes de la lampe 2 et seulement une très pe- titepartie de cette tension est d'abord appliquée aux bornes de la lampe 3 et du condensateur 6 en parallèle. Au. même moment, la cathode 28 est alimen- tée par la tension de l'enroulement 12 entre la prise 14 et la borne 29, la cathode 30 est alimentée par la tension de l'enroulement 16 et les catho- des 33 et 34 sont alimentées en parallèle par la tension de l'enroulement 15 de telle sorte que les cathodes sont rapidement chauffées jusqu'à la tempé- rature d'émission électronique.
Aussitôt que les cathodes de la lampe 2 émet- tent des électrons, la tension d'allumage de la lampe 2 est réduite jusqu'à une valeur très en dessous de la tension qui serait requise pour l'allumer. ou donner lieu à une décharge entre les électrodes 28 et 33, si ces derniè- res étaient froides. Par conséquent, l'enroulement secondaire 13 peut avoir une tension beaucoup plus faible et, par conséquent, un plus petit nombre de tours que si les lampes devaient être allumées au moyen d'une décharge à cathode froide, et les tensions combinées des enroulements 12 et 13 doi- vent seulement être un peu plus que suffisantes pour allumer la lampe 2 avec ses cathodes 28 et 33 chaudes et émettant des électrons.
Aussitôt que la lampe 2 s'allume, le courant de décharge dans la lampe 2 traverse le con- densateur d'allumage 6,produisant une chute de -tension relativement élevée aux bornes du condensateur 6, laquelle chute de tension est appliquée aux bornes de la lampe 3, donnant naissance à une décharge entre les cathodes chauffées 30 et 34 de cette dernière. Après que la lampe 3 s'est allumée, la chuté de tension dans cette lampe tombe à une valeur relativement faible, de telle manière que le condensateur 6 est effectivement court-cir- cuité par la lampe 3.
L'action du ballast consistant à limiter le courant de fonctionnement des lampes à une valeur convenable, est obtenue au moyen du condensateur de service 7 et de la réactance de fuite du transformateur 5 qui est constituée par les branches centrales des culasses 9, lesquelles agissent comme shunts magnétiques dans le noyau, entre l'enroulement primaire 12 et l'enroulement secondaire 13.
En d'autres termes, lorsque les lampes sont allumées, le déphasage en avant résultant de l'action du condensateur 7 du courant de lampe traversant l'enroulement secondaire 13, produit un effet magnétisant dans le noyau et l'excès du flux qui en résulte sur le flux de magnétisation produit par l'enroulement primaire 12 traverse les shunts magnétiques dans un circuit magnétique local qui fait agir dans une large mesure la section du noyau au niveau de l'enroulement secondaire 13 comme réactance de limitation du courant. Les entrefers pontés 10-11 servent à limiter l'excès de flux de fuite de l'enroulement secondaire de manière à éviter la saturation magnétique de la partie du noyau qu'occupe l'enroulement secondaire.
Comme ces entrefers sont constitués dans le noyau, seul un très faible flux de dispersion qui pourrait donner lieu à un bruit ou du chauffage dans l'enveloppe métallique extérieure,sort du noyau.
Par exemple, dans un transformateur ballast conforme à l'invention, convenant au fonctionnement de deux lampes fluorescentes de 40 Watts, en série,le noyau peut avoir 12 cm de longueur et 6 2/3 cm de largeur et être constitué d'un empilement de tôles de 475-625 microns d'épaisseur, 1' empilement présentant lui-même une hauteur de 2,3 cm. La branche 8 portant l'enroulement peut avoir une largeur de 25,4 mm, la longueur de la section du noyau portant l'enroulement primaire peut être de 39,3 mm et la longueur de la section portant l'enroulement secondaire peut être de 50,8 mm. L'enroulement primaire 12 peut être constitué de 549 tours, la prise 14 étant logée au 532ième tour, l'enroulement secondaire 13 peut être constitué de 1222 tours, l'enroulement 15 de 17 tours, de même que l'enroulement 16.
.Le condensateur 6 d'allumage peut avoir une capacité de 0,05 microfarads et
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le condensateur de service 7 peut avoir une capacité de 2,85 microfarads. Le facteur de puissance est d'environ 96 %, déphasage en avant, lorsque les deux lampes sont éclairées.