Dispositif pour l'allumage et l'alimentation d'au moins une lampe à décharge La présente invention a pour objet un dispositif pour l'allumage et l'alimentation d'au moins une lampe à décharge à cathodes pré chauffées, à partir d'une source de courant al ternatif, dans lequel le courant de préchauffage est réduit automatiquement pendant le fonc tionnement normal des lampes.
On évite ainsi de devoir recourir à des dis positifs de démarrage, ou starters bien connus, court-circuitant momentanément les cathodes des lampes sur la source de courant destinée à les alimenter, ces dispositifs qui provoquent des clignotements désagréables lors des allumages étant non seulement sujets à usure, mais en core ne permettent pas d'assurer l'allumage, lorsque la tension de la distribution est sous- voltée.
Le réglage du courant dans ces lampes est effectué généralement, en intercalant, en série dans leur circuit, une inductance, ce qui con duit à un fonctionnement à bas facteur de puis sance, qui peut être relevé au moyen d'un con densateur, en parallèle ; mais ce dernier a comme inconvénient d'absorber les courants de haute fréquence que les distributeurs de cou rant utilisent à d'autres fins.
On a cependant réalisé des dispositifs d'al lumage sans starters, en constituant des circuits capacitifs se composant d'une capacité mise en série avec une inductance de réglage à entrefer reliée à l'une des cathodes de la lampe, laquelle est reliée à une inductance saturable, dont l'au tre borne est reliée à l'autre cathode ; cette inductance est montée en série avec un conden sateur et constitue un circuit fermé avec ce dernier, dans lequel le courant est en résonance au démarrage, la surtension apparaissant aux bornes de l'inductance saturable provoquant l'allumage de la lampe qui fonctionne ensuite à bas facteur de puissance capacitif.
Il est à remarquer que dans ce montage les deux inductances n'ont aucun lien magné tique entre elles, et que l'inductance saturable restant en parallèle avec la lampe allumée, elle détourne, pour sa consommation propre, une partie du courant qui est destiné à faire fonc tionner la lampe.
Le dispositif selon la présente invention est caractérisé par le fait que le circuit de la lampe comprend un enroulement primaire et un en roulement secondaire montés sur un noyau magnétique, le couplage entre ces deux enrou lements étant réglé par un shunt magnétique, l'enroulement secondaire étant shunté par la lampe, dont une des cathodes relie les deux enroulements en série, ceux-ci étant mis en série avec un condensateur de capacité telle que lorsque la lampe n'est pas allumée le cou rant entre en résonance série, la surintensité .ainsi obtenue étant utilisée pour préchauffer les cathodes et la surtension pour allumer la lampe, celle-ci étant alors alimentée par la somme vectorielle du courant passant dans l'enroulement primaire et du courant induit dans l'enroulement secondaire.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, diverses formes d'exécution de l'invention. La fig. 1 montre le schéma d'un dispositif pour l'allumage d'une lampe.
La fig. 2 montre un diagramme qualitatif, explicatif. La fig. 3 montre le schéma d'un autre dis positif pour l'allumage d'une lampe.
La fig. 4 montre encore une autre forme d'exécution du dispositif pour l'allumage d'une lampe.
La fig. 5 montre un dispositif pour l'allu mage de deux lampes montées en série. La fig. 6 montre un dispositif dans lequel le courant de démarrage d'une lampe est utilisé pour le démarrage d'une autre lampe.
Les fig. 7 et 8 montrent chacune un dispo sitif pour l'allumage de trois lampes.
La fig. 1 montre le schéma d'un dispositif pour l'allumage d'une lampe.<I>A</I> et<I>B</I> désignent les bornes de la source. De A, le courant passe en série par un condensateur C, un enroulement primaire P, la cathode 1, un enroulement se condaire S, et la cathode 2 de la lampe L, vers la source B.
Lorsque le courant de la source passe par les enroulements P et S, constituant une induc tance, celle-ci étant en série avec un condensa teur de valeur appropriée C, ce courant entre en résonance.
L'inductance est constituée par les enrou lements P<I>et S,</I> montés sur le noyau magnéti que M, mais ils sont séparés par un shunt ma gnétique F, qui règle le couplage de ces enrou lements, et permet un décalage des courants les parcourant.
Un couplage lâche entre les enroulements <I>P et S,</I> correspond à un courant faible débité par l'enroulement S dans la lampe L, celle-ci étant alimentée principalement par le courant qui passe par le primaire P et le condensateur C ; ceci correspond à un fonctionnement à bas facteur de puissance capacitif. Un couplage relativement serré entre les enroulements P et S permet au courant engen dré par induction dans S de prendre une valeur plus grande, la lampe L est alimentée ainsi par la somme vectorielle du courant qui passe par le primaire P et du courant débité par l'enrou lement S; et fonctionnera avec un facteur de puissance se rapprochant de l'Unité.
Le courant de résonance au démarrage pas sant par les cathodes 1 et 2 de la lampe L pré chauffe celle-ci et la surtension qu'il produit aux bornes de l'enroulement S permet à celle-ci de s'allumer, mais cet allumage provoque une chute de tension aux bornes de l'enroulement S, qui est mis en parallèle avec la résistance ohmique de la lampe allumée<B>;</B> l'impédance de tout le circuit se modifie et le courant prend une nouvelle intensité qui est celle du fonc tionnement.
La fig. 2 est un diagramme qualitatif cor respondant à l'exemple de la fig. 1, dans lequel on a porté sur l'axe de référence Ox, les am- pérages 01o et 0l,, correspondant respective ment au démarrage, et au fonctionnement en charge, - un cercle V représentant la tension de la source.
Au démarrage, la lampe n'étant pas allu mée, ii se produit une résonance série : OXo est la tension développée alors aux bornes du condensateur<I>C.</I> XoXr est la tension existant aux bornes de l'enroulement P, X2X3 est la tension existant aux bornes de l'enroulement secondaire S, tandis que les vecteurs XIX2 et X3Vo indiquent les chutes de tension dans les cathodes 1 et 2 respectivement. La tension de la source se situe dans ces conditions en OVo.
Après l'allumage de la lampe, on constate une forte baisse du courant absorbé : soit OI, la valeur de ce courant. La tension aux bornes du condensateur devient, par exemple, OX <I>;</I> XX' est la nouvelle tension aux bornes de l'en roulement P,<I>et</I> X'V, celle qui s'établit aux bornes de l'enroulement<I>S</I> et de la lampe<I>L.</I>
La chute de tension aux bornes des catho des devient négligeable. Le courant dans la lampe prend, par exemple, la valeur OIL : il correspond à la somme vectorielle du courant Ol, fourni par la source et du courant IJL qui circule dans l'enroulement S. La tension de la source est OVo, toujours en retard sur le cou rant OI, Ce circuit est donc capacitif, et son facteur de puissance peut être, à volonté, approché ou éloigné de l'unité, en agissant dans le sens voulu sur l'un ou l'autre ou plusieurs des paramètres dont on dispose : l'inductance de fuites de l'autotransformateur, le rapport des enroule ments, la capacité du condensateur C, etc.
La fig. 3 montre une forme d'exécution dans laquelle l'enroulement primaire a été di visé en deux sections<I>: P et Pl,</I> entre lesquelles l'enroulement secondaire S a été disposé. En partant de la source A, le courant de résonance passe par l'enroulement P, le condensateur C, la cathode 1 reliée à l'enroulement secondaire S, la cathode 2, l'enroulement primaire<I>Pl,</I> qui termine la série en B. La lampe est branchée sur l'enroulement secondaire S; et les deux sec tions de l'enroulement P<I>et PI</I> forment bobines de choc entre la lampe et la source.
Le fonctionnement de cette forme d'exécu tion est le même que celui de l'exemple repré senté à la fig. 1.
La fig. 4 montre un dispositif dans lequel, en partant de la source A, le courant de réso nance passe par l'enroulement primaire P, le condensateur C, l'enroulement secondaire<I>Pl,</I> la cathode 1, l'enroulement secondaire S, la ca thode 2, reliée à B. Ce montage convient pour le fonctionnement des lampes à tension relati vement basse par rapport à la tension de la source, et pour lesquelles il y a tout avantage à transformer le courant qui les alimente, en vue d'obtenir un bon facteur de puissance.
Le fonctionnement est le même que celui qui a été décrit précédemment.
La fig. 5 montre un dispositif pour l'allu mage de deux lampes en série. En partant de la source A, le courant passe par un enroule ment primaire P, un condensateur C, la cathode 1, un enroulement secondaire S, la cathode 2 de la lampe<I>L,</I> la cathode 3 de la lampe L2, l'enroulement secondaire S2, la cathode 4, vers B.
Cette disposition n'altère pas la succession des phénomènes de préchauffage et de fonc- tionnement, mais présente l'avantage que si l'une des lampes vient à s'allumer avant l'autre, la chute de tension produite dans l'enroulement correspondant à cette lampe produit une va riation du flux magnétique qui induit dans l'au tre enroulement secondaire correspondant à l'autre lampe.une tension, facilitant ainsi son allumage.
La fig. 6 montre une lampe fonctionnant comme celle de la fig. 1, associée à une lampe en fonctionnement inductif, afin d'obtenir un éclairage antistroboscopique, et un fonctionne ment en régime de compensation, .à haut fac- téur de puissance.
En partant de la source A, le courant de résonance préchauffe les cathodes 1 et 2, pré parant la lampe L à s'allumer, comme décrit pour l'exemple de la fig. 1, un couplage lâche ayant été donné entre les enroulements P et S, afin que la lampe fonctionne à bas facteur de puissance capacitif.
Pendant ce temps de préchauffage, deux petits enroulements secon daires SI et S2, qui sont montés sur le noyau magnétique, sont reliés respectivement aux ca thodes 3 et 4 de la lampe L2 qui sont également préchauffées, et préparent cette dernière à s'al lumer sur la tension de la source qui lui est donnée par A, reliée à sa cathode 3 et la ca thode 4 qui est reliée à B, par une inductance de réglage Sf, et les deux lampes s'allumant, fonctionnent en régime de compensation, à haut facteur de puissance, l'éclairage donné étant antistroboscopique.
La fig..7 montre un dispositif d'allumage pour trois lampes, soit : la lampe capacitive fonctionnant en régime de compensation avec la lampe inductive, le courant résultant étant pratiquement égal au courant d'une seule lampe, ce courant est utilisé pour alimenter une troisième lampe<I>L3.</I>
La tension de la source étant supposée être de 220 volts, le fonctionnement d'un montage à trois lampes de 40 watts étant d'environ 110 volts chacune, nécessite un relèvement de la tension de la source à la tension nécessaire au fonctionnement de la troisième lampe, soit 110 volts, ce qui s'obtient au moyen d'un auto- transformateur représenté aux dessins des fig. 7 et 8, et qui donne 220+ 110=330 volts en ce cas.
Revenant à l'explication de fonctionnement du dispositif de la fig. 7, et en supposant que les lampes soient alimentées par les lignes A et<I>Al,</I> faisant retour en<I>B</I> par<I>BI,</I> le courant de résonance s'établit en passant par le point D, l'enroulement primaire P, le condensateur C, la cathode 1, l'enroulement secondaire S, la cathode 2 de la lampe L, la cathode 5, l'en roulement S3 de l'autotransformateur T, dont le primaire est raccordé d'une part au point D par le point H, et, d'autre part, par le point 1 à la source en<I>BI.</I> Les cathodes 1, 2, 5 et 6 sont préchauffées directement par le courant de résonance,
tandis que les cathodes 3 et 4 sont préchauffées par le courant des petits enroule ments secondaires SI et S2, et toutes les catho des étant ainsi préchauffées, les lampes s'allu ment respectivement : la lampe L sur la ten sion de l'enroulement secondaire S, la lampe L3 sur la tension de l'enroulement Sf2, la lampe L2 sur la tension qui existe entre le point com mun aux cathodes 2 et 5, et la ligne <I>AI,</I> à tra vers l'inductance de réglage Sf. L'ensemble fonctionne à haut facteur de puissance et l'éclairage donné est antistroboscopique.
En man#uvrant le commutateur R2, de<I>BI</I> en B2, on coupe le courant dans l'autotransfor- mateur T, et on relie les cathodes 2 et 5 direc tement à la source par B2 : les deux lampes compensées restent en service, à haut facteur de puissance.
En manoeuvrant l'interrupteur RI, on coupe la lampe inductive L2, ne laissant que la lampe L, capacitive, en service.
La fig. 8 montre que la lampe L2 est rac cordée sur la ligne<I>A,</I> tandis que la lampe<I>L</I> est raccordée sur la ligne<I>AI,</I> ce qui fait que lorsqu'on manoeuvrera le commutateur R2, on coupera toujours la lampe L3, mais en manoeu- vrant l'interrupteur RI, on coupera la lampe capacitive : celle-ci coupée, c'est la lampe in ductive qui restera en service, et donc en les combinant entre eux, ces deux groupes de trois lampes fonctionneront toujours à haut facteur de puissance.
On voit que les deux lampes R3 sont mon- tées en parallèle ; comme l'allumage de l'une, en faisant chuter la tension pour l'autre l'em pêcherait de s'allumer, il va de soi que chacun des groupes de trois lampes sera muni d'un commutateur séparé.
Dans tous les dispositifs capacitifs ci-avant décrits, un court-circuit accidentel dans les en roulements empêchera le courant de résonance de s'établir. Il en va de même si le condensa teur est devenu défectueux. Dans ces cas l'im pédance du circuit inductif s'oppose à l'éta blissement d'une intensité destructrice, et au cun dommage sérieux ne peut en résulter. De plus, le non-fonctionnement d'un des disposi tifs, branchés sur une même ligne, n'empêche aucunement les autres de fonctionner normale ment, puisque les coupe-circuits de sécurité ne sautent pas.
Le remplacement des lampes peut se faire impunément, même sous tension, puisque ce sont les filaments des lampes qui ferment les circuits sur le courant de la source.
Sans que ceci apporte novation on peut prévoir quelques spires de réglage sur les selfs de réglage, tant aux dispositifs capacitifs que pour les selfs-inductances réglant les lampes inductives.
Device for the ignition and supply of at least one discharge lamp The present invention relates to a device for the ignition and supply of at least one discharge lamp with preheated cathodes, from an alternating current source, in which the preheating current is reduced automatically during normal lamp operation.
This avoids having to resort to starting devices, or well-known starters, momentarily short-circuiting the cathodes of the lamps on the current source intended to supply them, these devices which cause unpleasant flashes during ignition not only being subject to wear, but still do not ensure ignition, when the voltage of the distribution is under-volt.
The current in these lamps is generally adjusted by interposing, in series in their circuit, an inductance, which leads to low power factor operation, which can be detected by means of a capacitor, by parallel; but the latter has the disadvantage of absorbing the high frequency currents that current distributors use for other purposes.
However, lighting devices have been produced without starters, by constituting capacitive circuits consisting of a capacitor placed in series with an air-gap adjustment inductor connected to one of the cathodes of the lamp, which is connected to a saturable inductor, the other terminal of which is connected to the other cathode; this inductor is connected in series with a capacitor and constitutes a closed circuit with the latter, in which the current resonates at start-up, the overvoltage appearing at the terminals of the saturable inductor causing the lamp to be ignited which then operates at low capacitive power factor.
It should be noted that in this assembly the two inductors have no magnetic link between them, and that the saturable inductor remaining in parallel with the lamp on, it diverts, for its own consumption, part of the current which is intended to operate the lamp.
The device according to the present invention is characterized in that the lamp circuit comprises a primary winding and a secondary rolling one mounted on a magnetic core, the coupling between these two windings being regulated by a magnetic shunt, the secondary winding being shunted by the lamp, one of the cathodes of which connects the two windings in series, the latter being placed in series with a capacitor with a capacity such that when the lamp is not lit the current enters into series resonance, the overcurrent. thus obtained being used to preheat the cathodes and the overvoltage to ignite the lamp, the latter then being supplied by the vector sum of the current flowing in the primary winding and of the current induced in the secondary winding.
The appended drawing represents, by way of example, various embodiments of the invention. Fig. 1 shows the diagram of a device for lighting a lamp.
Fig. 2 shows a qualitative, explanatory diagram. Fig. 3 shows the diagram of another positive device for lighting a lamp.
Fig. 4 shows yet another embodiment of the device for lighting a lamp.
Fig. 5 shows a device for igniting two lamps connected in series. Fig. 6 shows a device in which the starting current of one lamp is used for starting another lamp.
Figs. 7 and 8 each show a device for lighting three lamps.
Fig. 1 shows the diagram of a device for lighting a lamp. <I> A </I> and <I> B </I> denote the terminals of the source. From A, the current flows in series through a capacitor C, a primary winding P, the cathode 1, a condaire winding S, and the cathode 2 of the lamp L, towards the source B.
When the current from the source passes through the P and S windings, constituting an inductance, the latter being in series with a capacitor of appropriate value C, this current enters into resonance.
The inductance is constituted by the windings P <I> and S, </I> mounted on the magneti c core M, but they are separated by a magnetic shunt F, which regulates the coupling of these windings, and allows a shift in the currents flowing through them.
A loose coupling between the windings <I> P and S, </I> corresponds to a low current delivered by the winding S in the lamp L, the latter being supplied mainly by the current flowing through the primary P and the capacitor C; this corresponds to low capacitive power factor operation. A relatively tight coupling between the windings P and S allows the current generated by induction in S to take a greater value, the lamp L is thus supplied by the vector sum of the current which passes through the primary P and of the current delivered by the 'winding S; and will operate with a power factor approaching Unity.
The resonance current at non-stop starting through cathodes 1 and 2 of lamp L preheats the latter and the overvoltage that it produces at the terminals of winding S allows it to light up, but this ignition causes a voltage drop across the winding S, which is put in parallel with the ohmic resistance of the lit lamp <B>; </B> the impedance of the whole circuit changes and the current takes on a new intensity which is that of operation.
Fig. 2 is a qualitative diagram corresponding to the example of FIG. 1, in which we have plotted on the reference axis Ox, the amperages 01o and 0l ,, corresponding respectively to starting, and to operation under load, a circle V representing the voltage of the source.
On start-up, the lamp not being lit, a series resonance occurs: OXo is the voltage then developed at the terminals of the capacitor <I> C. </I> XoXr is the voltage existing at the terminals of the winding P , X2X3 is the voltage existing at the terminals of the secondary winding S, while the vectors XIX2 and X3Vo indicate the voltage drops in the cathodes 1 and 2 respectively. The source voltage is in these conditions in OVo.
After switching on the lamp, there is a sharp drop in the current absorbed: let OI be the value of this current. The voltage across the capacitor becomes, for example, OX <I>; </I> XX 'is the new voltage across the rolling P, <I> and </I> X'V, the one that s 'established at the terminals of the winding <I> S </I> and the lamp <I> L. </I>
The voltage drop across the cathodes becomes negligible. The current in the lamp takes, for example, the value OIL: it corresponds to the vector sum of the current Ol, supplied by the source and of the current IJL which circulates in the winding S. The voltage of the source is OVo, always in delay on the current RO, This circuit is therefore capacitive, and its power factor can be approached or moved away from unity at will, by acting in the desired direction on one or the other or more of the parameters available: the leakage inductance of the autotransformer, the ratio of the windings, the capacitance of the capacitor C, etc.
Fig. 3 shows an embodiment in which the primary winding has been divided into two sections <I>: P and Pl, </I> between which the secondary winding S has been placed. Starting from source A, the resonance current passes through winding P, capacitor C, cathode 1 connected to secondary winding S, cathode 2, primary winding <I> Pl, </I> which ends the series in B. The lamp is connected to the secondary winding S; and the two sections of the winding P <I> and PI </I> form shock coils between the lamp and the source.
The operation of this form of execution is the same as that of the example shown in FIG. 1.
Fig. 4 shows a device in which, starting from the source A, the resonance current passes through the primary winding P, the capacitor C, the secondary winding <I> Pl, </I> the cathode 1, the secondary winding S, ca thode 2, connected to B. This assembly is suitable for the operation of lamps with relatively low voltage compared to the voltage of the source, and for which there is every advantage in transforming the current which feeds them , in order to obtain a good power factor.
The operation is the same as that which has been described previously.
Fig. 5 shows a device for igniting two lamps in series. Starting from the source A, the current passes through a primary winding P, a capacitor C, the cathode 1, a secondary winding S, the cathode 2 of the lamp <I> L, </I> the cathode 3 of the lamp L2, secondary winding S2, cathode 4, to B.
This arrangement does not alter the succession of preheating and operating phenomena, but has the advantage that if one of the lamps comes on before the other, the voltage drop produced in the corresponding winding at this lamp produces a variation in the magnetic flux which induces a voltage in the other secondary winding corresponding to the other lamp, thus facilitating its ignition.
Fig. 6 shows a lamp operating like that of FIG. 1, associated with a lamp in inductive operation, in order to obtain antistroboscopic lighting, and operation in a compensation regime, at high power factor.
Starting from source A, the resonance current preheats cathodes 1 and 2, preparing lamp L to light up, as described for the example of fig. 1, loose coupling having been given between the P and S windings, so that the lamp operates at low capacitive power factor.
During this warm-up time, two small secondary windings SI and S2, which are mounted on the magnetic core, are connected respectively to the cathodes 3 and 4 of the lamp L2 which are also preheated, and prepare the latter to turn on. on the source voltage which is given to it by A, connected to its cathode 3 and the cathode 4 which is connected to B, by an adjustment inductor Sf, and the two lamps lighting up, operate in compensation mode, at high power factor, the given lighting being antistroboscopic.
Fig..7 shows an ignition device for three lamps, namely: the capacitive lamp operating in compensation regime with the inductive lamp, the resulting current being practically equal to the current of a single lamp, this current is used to supply a third lamp <I> L3. </I>
The voltage of the source being assumed to be 220 volts, the operation of an assembly with three lamps of 40 watts being approximately 110 volts each, requires a raising of the voltage of the source to the voltage necessary for the operation of the third. lamp, ie 110 volts, which is obtained by means of an autotransformer shown in the drawings of FIGS. 7 and 8, and which gives 220 + 110 = 330 volts in this case.
Returning to the explanation of the operation of the device of FIG. 7, and assuming that the lamps are supplied by lines A and <I> Al, </I> returning to <I> B </I> by <I> BI, </I> the resonant current s 'establishes passing through point D, primary winding P, capacitor C, cathode 1, secondary winding S, cathode 2 of lamp L, cathode 5, rolling S3 of the autotransformer T, the primary of which is connected on the one hand to point D by point H, and, on the other hand, by point 1 to the source in <I> BI. </I> Cathodes 1, 2, 5 and 6 are preheated directly by the resonant current,
while the cathodes 3 and 4 are preheated by the current of the small secondary windings S1 and S2, and all the cathodes being thus preheated, the lamps light up respectively: the lamp L on the voltage of the secondary winding S, the lamp L3 on the voltage of the winding Sf2, the lamp L2 on the voltage which exists between the point common to cathodes 2 and 5, and the line <I> AI, </I> through the Sf adjustment inductor. The assembly operates at a high power factor and the given lighting is antistroboscopic.
By moving the switch R2, from <I> BI </I> to B2, we cut off the current in the autotransformer T, and we connect cathodes 2 and 5 directly to the source by B2: both compensated lamps remain in service, at high power factor.
By operating the switch RI, the inductive lamp L2 is cut, leaving only the capacitive lamp L in service.
Fig. 8 shows that the lamp L2 is connected to the line <I> A, </I> while the lamp <I> L </I> is connected to the line <I> AI, </I> which makes that when the switch R2 is operated, the L3 lamp will always be switched off, but when the switch RI is operated, the capacitive lamp will be switched off: when this is switched off, the induction lamp will remain in service, and therefore by combining them together, these two groups of three lamps will always operate at high power factor.
It can be seen that the two R3 lamps are mounted in parallel; as the lighting of one, by lowering the voltage for the other would prevent it from lighting, it goes without saying that each of the groups of three lamps will be provided with a separate switch.
In all the capacitive devices described above, an accidental short-circuit in the bearings will prevent the resonance current from being established. The same applies if the condenser has become defective. In these cases the impedance of the inductive circuit precludes the establishment of a destructive intensity, and no serious damage can result. In addition, the non-operation of one of the devices, connected to the same line, in no way prevents the others from operating normally, since the safety circuit breakers do not trip.
Lamp replacement can be done with impunity, even under tension, since it is the filaments of the lamps that close the circuits on the current of the source.
Without this bringing innovation, it is possible to provide a few adjustment turns on the adjustment chokes, both for the capacitive devices and for the chokes-inductors regulating the inductive lamps.