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La présente invention concerne, de façon générale, les appa- reïls servant à faire démarrer et fonctionner des dispositifs à décharge à atmosphère gazeuse, comme les lampes fluorescentes, ainsi que les disposi- tifs de liaison entre appareils et dispositifs à décharge de ce genre, et plus spécialement les transformateurs, ballasts et dispositifs de chauffage nécessaires aux dispositifs à décharge à cathodes continuellement chauffées de ce genre.
Quand plusieurs dispositifs à décharge électrique à atmosphère gazeuse, dont la lampe fluorescente est un exemple, fonctionnent ensemble, il est courant de les alimenter au moyen d'une seule source basse tension, , par l'intermédiaire d'un transformateur, de manière à obtenir une tension plus élevée que celle de la source, pour faire démarrer et fonctionner la lampe. Généralement le transformateur est du type auto-transformateur, et plusieurs dispositifs à décharge peuvent être reliés au secondaire du trans- formateur, un ballast distinct, ayant la forme d'une self à noyau magnéti- que, étant relié en série avec chaque lampe, de manière à stabiliser son fonctionnement.
En outre, pour obtenir un facteur de puissance élevé et corriger l'effet stroboscopique, le circuit d'un dispositif de décharge est déphasé en avant, par l'adjonction d'un condensateur série. Jusqu'ici, dans les dispositifs à décharge à cathodes chauffées en permanence, les diffé- rents enroulements de transformateur, de ballast et de chauffage nécessi- taient de grandes quantités de cuivre et de fer, et les tentatives faites jusqu'ici pour réduire leurs dimensions et leur poids n'ont pas donné entière satisfaction. Aussi, dans certains cas, on utilise, pour avoir un chauffage permanent des cathodes des lampes, des enroulements distincts supplémentaires et/ou des éléments de circuit auxiliaires.
L'invention a donc pour but principal de procurer un nouvel ensemble unitaire transformateur et ballast combiné pour la commande de plusieurs dispositifs à décharge à atmosphère gazeuse à cathodes chauffées en permanence, plus léger et moins encombrant que les ensembles utilisés jusqu'ici, et dont les pertes électriques soient réduites en proportion.
L'invention ressortira clairement de la description détaillée, donnée ci-après, de plusieurs de ses formes d'exécution représentées, à titre d'exemple, aux dessins annexés, dans lesquels.:
La figure 1 est une vue schématique d'un ensemble transformateur, ballast et enroulement de chauffage pour la commande de dispositifs à décharge électrique à atmosphère gazeuse, construit suivant les principes. de l'invention, et un circuit de connexion de l'ensemble aux dispositifs à décharge.
La figure 2 montre les connexions et liaisons des enroulements utilisés dans le transformateur, le ballast et le chauffage de l'ensemble représenté à la figure 1.
La figure 3 est une autre vue schématique de l'ensemble transformateur, ballast et chauffage représenté aux figures 1 et 2, et
La figure 4 est une vue schématique d'un ensemble transformateur, ballast et chauffage pour la commande de dispositifs à décharge électrique à atmosphère gazeuse différent de celui représenté aux figures 1 et 3.
Suivant l'invention, les enroulements de transformateur, ballast et chauffage de cathodes pour la commande de plusieurs dispositifs à décharge dans une atmosphère gazeuse, comme les lampes fluorescentes, sont tous montés sur un noyau commun. Quoique l'invention soit décrite ci-après dans son application au fonctionnement d'une paire de lampes, elle- n'est pas limitée à ce nombre exact de lampes, mais s'applique aussi bien à une lampe ou à un plus grand nombre de lampes.
Les enroulements servant à actionner une paire de lampes sont assemblés de façon que la bobine-ballast de la lam-
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pe t'en retard" et le transformateur soient placés dans le même circuit ma- 'tique, tandis que la bobine-ballast de la lampe "en avance" se trouve en denors du circuit magnétique des enroulements du transformateur, mais utilise, comme partie de son circuit magnétique, une partie du circuit magnétique du transformateur.
Les avantages en poids et encombrement d'une telle solution ressortiront clairement de la description détaillée donnée ciaprès:
L'ensemble transformateur et ballast représenté à la figure 1 est monté sur un noyau allongé 4 fait de plusieurs tôles magnétiques et comportant une branche médiane longitudinale 6 portant les enroulements, et deuy parties de culasse 8 de part et d'autre de la branche 6. Quoique le noyau 4 soit décrit ici comme composé de tôles magnétiques, chacune en trois parties, une branche 6 et deux parties de culasse 8, chaque tôle peut être faite d'une pièce, quoiqu'il soit préférable qu'elle soit en plusieurs pièces, trois pièces, par exemple, comme représenté.
Le noyau 4 comprend trois paires d'ouvertures opposées 12, 14 et 16 pratiquées dans les parties de culasse 8 de part et d'autre de la branche d'enroulement 6 et réparties le long du noyau, les fenêtres 12 servant à loger une bobine de déphasage en arrière ou de retard 18 enroulée sur la branche médiane 6. Les fenêtres 14 reçoivent les enroulements de transformateur 74, 76, 77 et 79, bobinés tous sur la branche médiane 6, et les fenêtres 16 reçoivent une bobine de déphasage en avant ou d'avance 22 aussi enroulée sur la branche médiane 6. Les parties de culasse sont pourvus, entre la bobine de retard 18 et les enroulements de transformateur 74,76, 77 et 79, de dents opposées 24 dirigées vers l'intérieur, près de la bobine de retard 18, sanstoucher la branche médiane 6 de manière à déterminer un entrefer de fuite entre les ouvertures 12 et 14.
A l'extrémité gauche du noyau, les parties de culasse sont aussi pourvues de dents opposées 26 dirigées vers l'intérieur jusque contre la branche médiane 6, et de dents opposées 28 aussi dirigées vers l'intérieur jusque contre la branche médiane 6. Les dents 28 sont situées entre les enroulements de transformateur 74, 76, 77, 79 et la bobine d'avance 22. A l'extrémité droite (voir figure 1) du noyau, les parties de culasse 8 ont des branches rentrantes 30 qui, si on le désire, peuvent s'arrêter à une courte distance l'une de l'autre de manière à déterminer des entrefers 31 et 52 entre l'eytrémité droite de la branche médiane 6 et les branches 30 des parties de culasse 8.
Quand le noyau 4 est fait de tôles en trois pièces, comme la figure 1 le montre, celles-ci peuvent être réunies entre elles de toute manière voulue, de préférence par brasage des trois joints extérieurs des trois parties de chaque tôle, notamment aux joints 48 et 50 entre les dents 26 des parties de culasse 8 et l'extrémité voisine de la branche médiane 6, et à l'entrefer 52 entre les branches 30 des parties de culasse 8. Si on le désire, d'autres moyens de fixation, comme des boulons (non représentés), traversant des ouvertures alignées dans la branche médiane 6, peuvent aussi être employés.
Comme le dessin le montre, les divers enroulements de transformateur et de ballast sont reliés électriquement à une paire de lampes fluorescentes 60 et 62 pourvues, chacune, à chaque extrémité, de bornes 34 venant toucher des contacts 101 d'une paire de douilles porte-lampe 100. Chaque lampe contient, à chaque extrémité, une cathode reliée à deux bornes de lampe sortantes 34. Quoique.toutes les cathodes des lampes 60 et 62 soient les mêmes, elles portent ici des références différentes pour faciliter la description de la forme d'exécution de l'invention donnée à titre d'exemple.
Comme la figure 1 le montre, les cathodes aux extrémités de droite et de gauche de la lampe 60 portent les références respectives 32 et 33, et les cathodes aux extrémités de droite et de gauche de la lampe 62 portent les références respectives 36 et 37.
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Les lampes fluorescentes de ce genre sont généralement alimen- tées par une source à basse tension, comme les réseaux courants à 118 ou
236 volts, et une source d'alimentation de ce genre peut être connectée à des conducteurs d'amenée de courant 68 et 70, le conducteur étant pourvu, en série, d'un interrupteur 72.
Dans les lampes à amorçage rapide, les cathodes à chaque ex- trémité de la lampe doivent être chauffées initialement, de manière à ioni- ser partiellement le gaz contenu dans la lampe et à faciliter une première décharge aux bornes de la lampe. Une fois cette décharge initiale établie, il n'est plus nécessaire de chauffer extérieurement les cathodes, qui sont maintenues chaudes par le courant de l'axe établi dans la lampe. A cause de pertes mineurs inévitables et du prix relativement élevé d'un dispositif servant à déconnecter les circuits de chauffage des cathodes, l'eypérience a prouvé qu'il est pratique de chauffer les cathodes de façon permanente, même si cela est inutile pendant les décharges auy bornes de la lampe.
Les figures 1 à 3 montrent que les enroulements 74, 76 et 79 constituent un autotransformateur à enroulement primaire 74 relié aux conducteurs d'alimentation 68 et 70. L'enroulement 79, qui est un prolongement de l'enroulement primaire 74 au-delà du conducteur d'alimentation 68, constitue une partie d'un secondaire d'autotransformateur et est relié à une borne 34 de chaque lampe 60 et 62, c'est-à-dire d'un côté de chacune des cathodes 33 et 37; Les autres côtés des cathodes 33 et 37 sont reliés au conducteur d'alimentation 68 par un conducteur 83. Il faut noter que, lorsque l'interrupteur 72 est fermé, du courant circule dans l'enroulement primaire 74 et induit un courant dans la partie d'enroulement 79.
Ce courant induit passe par le conducteur 81, les cathodes 37 et 33 en parallèle, le conducteur 83, et est suffisant pour échauffer les cathodes 37 et 33 qui ionisent partiellement les lampes 62 et 60, respectivement. Quoique, dans le circuit décrit, les cathodes 37 et 33 soient en parallèle, 1'expérience a montré qu'un circuit série peut aussi être utilisé, si on le désire. Il faut noter aussi que, si, dans la description donnée, ce sont les cathodes d'une extrémité déterminée des lampes 60 et 62 qui sont chauffées, ceci est fait pour la clarté de l'exposé, mais il est indifférent que ce soient les unes ou les autres cathodes qui sont chauffées de cette manière.
Si aussi, pour des questions de mise à la terre, on désire mettre l'ensemble à la terre, l'extrémité de l'enroulement 79 peut être reliée à une résistance 40 mise elle-même à la terre.
L'autre conducteur d'alimentation 70 est relié, par un conducteur 82, à la bobine de retard 18, de manière à être relié en autotransformateur à l'enroulement primaire 74, d'une manière décrite ci-après. La bobine de retard 18 est reliée., par le conducteur 85, à une borne 34 de la cathode 36 de la lampe 62, et une prise intermédiaire 35 de la bobine de retard 18 est reliée, par un conducteur 87, à l'autre borbe 34 de la cathode 36, de façon que la cathode 36 se trouve auy bornes de la partie de dérivation 38 de la bobine de retard 18.
Comme cette dernière est couplée en autotransformateur à l'enroulement primaire 74, une tension est induite dans la bobine de retard 18, dont une partie apparait aux bornes de la partie de dérivation 38 et sert à chauffer la cathode 36 de la lampe 62.
L'enroulement primaire 74 est relié, par une prise 54, à un enroulement 76 relié lui-même, par un conducteur 75, au ballast d'avance 22.
Celui-ci est relié, par un conducteur 78 et un condensateur 80 en série, à une borne 34 de la cathode 32 de la lampe 60. L'autre borne 34 de la cathode 32 est reliée,par un conducteur 55, à une extrémité d'un enroulement 77 couplé inductivement aux enroulements de l'autotransformateur.. L'autre extrémité de l'enroulement 77 est reliée, par un conducteur 89, au conducteur 78, entre la borne 34 et le condensateur 80.
Comme l'enroulement 76 est en relation d'autotransformateur avec l'enroulement primaire 74, une tension est induite dans l'enroulement 76 et provoque à son tour, l'indue-
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tion d'une tension dans l'enroulement secondaire 77. A cause de cette der;nière tension, du courant passe par le conducteur 89, un conducteur 78, la catnode 32, et le conducteur 55 et est suffisant pour chauffer la cathode 32, Les deux lampes 60 et 62 sont donc chauffées quand l'interrupteur 72 est fermé et ce chauffage persiste quand une décharge se produit aux bornes des lampes 60 et 62.
Par sa construction, le noyau 4 constitue un circuit magnétique à faible reluctance comprenant la branche centrale 6 et les parties de culasse 8 entre les dents 26 et 28, ainsi que ces dents mêmes. L'enroulement 76, avec le primaire 74, constitue un autotransformateur connecté aux bornes de la lampe 60, de sorte que la tension de l'enroulement 76 s'ajoute à celle de l'enroulement primaire 74 afin d'obtenir la haute tension nécessaire au fonctionnement de la lampe 60, une fois celle-ci suffisamment ionisée par les cathodes chauffées 32 et 33 pour qu'une décharge se produise sous cette tension. Le circuit de fonctionnement de la lampe 60 comprend donc le prinaire 74, la prise 75, l'enroulement 76, la bobine d'avance 22, le conducteur 78 avec le condensateur 80 en série, la lampe 60 et le conducteur 83.
Comme la bobine d'avance 22 fait partie du circuit d'alimentation de la lampe 60, l'entrefer 31 entre les branches 30 et l'extrémité voisine de la branche médiane 6 détermine la réactance de la bobine 22. L'entrefer 52 entre les deux branches 30 mêmes, quoique non essentiel, est intéressant pour assurer un bon assemblage de chaque tôle, en particulier un bon contact des denzs 26 et 28 avec la branche médiane 6 et l'écartement voulu entre les dents 24 et la branche médiane 6.
Le circuit d'actionnement de la lampe 62 comprend l'enroulement primaire 74, le conducteur 82, la bobine de retard 18, le conducteur 85, la lampe 62 et le conducteur 83. Comme la bobine de retard 18 se trouve dans le même circuit magnétique que le primaire 74, leurs deux tensions s'ajoutent et donnent la haute tension nécessaire à faire fonctionner la lampe 62, une fois celle-ci suffisamment ionisée par les cathodes chauffées 36 et 37 pour qu'une décharge se produise à cette tension. La bobine de retard 18 agit cependant un peu différemment de l'enroulement 76 de l'autotransformateur, en ce que les dents 24 des parties de culasse du noyau prévoient un entrefer de fuite entre le primaire 74 et la bobine de retard 18,qui présente une réactance élevée pour le circuit contenant la bobine de retard 18.
Il est clair que la bobine de retard 18 peut être calculée de façon à produire, avec le primaire 74, une tension d'amorçage et de fonctionnement de la lampe 62 qui est, en substance, la même que celle produite par l'autotransformateur pour la lampe 60. La bobine de retard 18 présente aussi, en série avec la lampe 62,une réactance de valeur comparable à celle présentée à la lampe 60 par la bobine d'avance 22 et le condensateur 80.
Comme la bobine de retard 18 présente une réactance relativement élevée dans le circuit de la lampe 62, il est clair que le courant de cette lampe est déphasé en arrière sur la tension d'alimentation, tandis que le condensateur 80, dans le circuit de la lampe 60, déphase le courant de cette dernière en avant par rapport à la tension d'alimentation, de manière à obtenir.un facteur de puissance relativement élevé et à corriger l'effet stro- boscopique des lampes.
En fonctionnement, la tension disponible pour l'amorçage de la lampe de tête 60 est un peu supérieure à la tension de fonctionnement à cause de la partie commune du circuit magnétique comprenant les dents 28 des parties de culasse 8 qui peuvent avoir une section réduite de façon à se saturer partiellement quand le circuit de la lampe de tête 60 est ouvert. En déphasant convenablement la bobine d'avance 22 par rapport au primaire 74, c'est-à-dire en bobinant de façon que le flux induit s'ajoute, la tension à circuit ouvert appliquée à la lampe 60 est nettement supérieure à la tension de sortie de l'autotransformateur, due à une partie du flux produit par le primaire 74 couplée à la bobine d'avance 22.
De cette manière, les dimensions
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desenroulement peuventêtre réduites pour toute tension à circuit ouvert
Comandée pour la lampe 60, la tension nécessaire à la lampe 62 pouvant tou- jours être obtenue en calculant convenablement la bobine de retard 18. Une fois la lempe 60 amorcée, le flux décroît dans la section réduite 28, étant alors égal à la différence vectorielle entre le flux de l'autotransforma- teur et celui de la bobine d'avance 22. Quand la lampe 60 s'amorce, le cou- plage entre l'&utotransformateur et la bobine d'avance 22 est réduit, et cel- le-ci, en tous cas pratiques,agit comme si elle était entièrement indépen- dante de 1'autotransformateur.
La tension totale aux bornes de la bobine d'avance 22, le condensateur 80 et la lampe 60 en série réunis, est,'après amorçage de la lampe, plus petite que la te-ision à circuit ouvert aux bor- nes de l'autotransformateur et de la bobine d'avance en série.
Un autre ensemble transformateur, ballast et chauffage conforme aux principes de l'invention est représenté schématiquement à la figure 4. Il faut noter que l'ensemble considéré est en substance identique au précédent, et les mêmes éléments portent les mêmes références. La figure 4 est un exemple de déplacement du primaire 74 par rapport au secondaire'76, de façon à pouvoir rédaire la tension entre la ligne de réseau 68 et l'extrémité chaude de l'enroulement secondaire 76. Il est supposé que cette modification se comprend le mieux en considérant que les lignes du réseau 68' et 70' sont simplement remontées et connectées respectivement aux bornes 102' et 103'.
Comme les fils de réseau 68' et 70' sont toujours placés aux bornes du primaire 74' comme auparavant, et comme le nombre total d'enroulements de l'autotransformateur reste inchangé, la tension produite aux bornes des lampes 60' et 62' a la même valeur. On obtient, par ce déplacement, une partie d'enroulement secondaire supplémentaire 76", connectée à la ligne de réseau 68' par la borne 102', en deçà de la ligne 68', de manière à compenser la réduction dans la partie supérieure 76' de l'enroulement secondaire. Comme l'enroulement de chauffage 79' n'est pas connecté directement à la ligne de roseau 68', il est relié par deux conducteurs 81' et 83' arrivant à ses extrémités.
Par cette modification, la tension entre la ligne de réseau 68' et le côté haute tension de l'enroulement secondaire 76' et de la bobine 18' peut être nettement réduite. Grâce à cette réduction de tension, la ten sion entre la ligne de réseau 68' et les différents éléments, comme le conducteur 78', qui sont reliés à l'extrémité chaude l'enroulement secondaire 76', est aussi réduite. Pour la même raison, les éléments comme le conducteur 85', qui sont reliés au côté haute tension de la bobine 18' ont aussi leur tension réduite.
Donc dans le cas d'un réseau normal où un des fils du réseau, le fil 68' par exemple, est mis à la terre, il y a moins de chances de subir des secousses puisque la différence de potentiel entre le côté haute tension du secondaire de l'autotransformateur et le côté mis à la terre du réseau, est réduite.
Les ensembles transformateur-ballast décrits ci-dessus se sont avérés de construction plus économique qu'auparavant, présentant une économie très sérieuse de cuivre et de fer, une réduction des pertes ainsi que des dimensions et du poids.
La description ci-dessus montre que l'invention procure un ensemble transformateur-ballast pour appareils à décharge à cathodes chauffées en permanence dans lequel les enroulements de chauffage d'au moins une des cathodes de chaque lampe, sont une extension d'un primaire d'autotransformateur. On notera aussi que les formes d'exécutibn de l'invention sont des constructions d'une pièce et qu'aucun appareil auxiliaire extérieur à l'ensemble transformateur-ballast n'est nécessaire. Il est clair que cette construction d'une pièce permet de notables économies de fabrication et d'installation dans un système utilisant des appareils à cathodes chauffées en permanence. En confondant l'appareil d'amorçage et celui de commande, les réparations d'un système de ce genre sont aussi simplifiées.