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Dispositif équipé d'un tube à décharge dans le gaz et d'un interrup- teur magnétique, et interrupteur magnétique pour un tel dispositif.
Les tubes à décharge dans le gaz sont fréquemment alimen- tés par une source de courant dont la tension est suffisante pour le fonctionnement du tube, mais insuffisante pour provoquer son amorçage.
Par "tubes à décharge dans le gaz" il y a lieu d'entendre ici non seulement les tubes remplis d'un ou de plusieurs gaz, mais aussi ceux qui comportent un remplissage de vapeur ou d'un mélange de gaz et de vapeur. Pour provoquer le fonctionnement d'un tel tube, on utilise en général un interrupteur d'amorçage qui court- circuite le tube par l'intermédiaire d'au moins une électrode de chauffage de ce dernier. Le courant de court-circuit préchauffe l'électrode de chauffage et de plus, lors de l'ouverture de l'in- terrupteur,une tension additionnelle est engendrée dans une bobine de self-induction prévue dans le conducteur d'alimentation du tube.
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Tant le préchauffage que la tension additionnelle facilitent l'amorçage du tube. Si, à la première ouverture de l'interrupteur, le tube refuse, l'interrupteur répète jusqu'à ce que les conditions d'amorçage soient atteintes.
Le principal représentant des tubes à décharge dans le gaz précités est le tube à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression à paroi fluorescente. Comme interrupteur d'amorçage, on utilise en général, un interrupteur thermique à bimétal, dont l'élément chauffant estconstitué par une décharge par effluve ou par une résistance. L'interrupteur à décharge par effluve est le plus fréquemment utilisé. L'interrupteur à résistance ne s'utilise que dans les installations à courant continu ou pour des tubes qui amorcent difficilement (vieux tubes ou tubes fonctionnant à une très basse température ambiante). Les dispositifs équipés d'un interrupteur thermique présentent un.inconvénient: il faut quelques secondes avant que le tube ne fonctionne.
Dans les installations à courant continu, la grandeur de la tension additionnelle n'est pas constante; c'est ainsi que si l'interrupteur coupe précisément au moment où le courant passe par zéro, la tension additionnelle engendrée est nulle. L'interrupteur doit donc répéter, ce qui pro- voque un plus grand retard encore dans l'amorçage.
On s'est efforcé d'obvier à ces inconvénients par l'emploi d'un mécanisme de commutation présentant moins d'inertie et qui travaille en synchronisme avec la tension d'alimentation, par exemple un interrupteur électromagnétique.
L'invention concerne un dispositif équipé d'un tube à décharge dans le gaz qui est monté en série avec une bobine de self-induction, qui est shunté par un interrupteur électromagné- tique et qui comporte au moins une électrode de chauffage insérée dans la branche de shuntage, l'enroulement d'excitation de l'in- terrupteur étant monté en parallèle avec les contacts de cet .interrupteur. A l'état non-excité, cet interrupteur est ouvert,
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c'est-à-dire que ses contacts ne se touchent pas. Dès que le dispositif est mis sous tension, du courant circule dans l'enrou- lement d'excitation, l'interrupteur se ferme et un courant plus intense traverse la branche de shuntage ainsi que la self-induc- tion montée en série avec le tube à décharge.
La fermeture de l'interrupteur court-circuite l'enroulement d'excitation, de sorte que l'interrupteur s'ouvre de nouveau. Cette ouverture pro- voque dans la self-induction une pointe de tension qui tend à amorcer le tube. Si cet amorçage ne se produit pas immédiatement, la fermeture et l'ouverture dé l'interrupteur se répètent. On prend des dispositions pour que, après l'amorçage du tube à décharge, l'interrupteur ne continue pas à répéter. Ce résultat peut s'ob- tenir en réalisant l'interrupteur de manière telle que la tension de fonctionnement du tube à décharge ne soit pas suffisante pour provoquer la fermeture de l'interrupteur.
Jusqu'à présent, ces dispositifs équipés d'un interrup- teur électromagnétique présentaient de sérieux inconvénients.
Souvent, les tubes à décharge n'amorcent pas ou très lentement et lorsqu'ils amorcent rapidement, ce résultat s'obtient au dé- triment de la durée de vie.
L'invention permet d'obvier à cet inconvénient.
Suivant l'invention, la construction de l'interrupteur et son adaptation au dispositif sont telles que la période d'en- clenchement (c'est-à-dire l'intervalle de temps compris entre deux fermetures successives de l'interrupteur) est inférieure à 0,3 seconde, de préférence même inférieure à 0,1 seconde, et que le temps de collage de l'interrupteur (c'est-à-dire la durée pendant laquelle les contacts se touchent) constitue une partie si grande de la période d'enclenchement que l'intensité efficace du courant dans l'électrode de chauffage est supérieure à 0,8, de préférence à 1 fois l'intensité du courant de fonctionnement du tube.
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L'idée fondamentale de l'invention est d'obtenir, dans un interrupteur à répétition assez rapide, par l'adaptation décrite du temps de collage de l'interrupteur, un courant de préchauffage de forte intensité dans les électrodes de chauffage. Comme la période d'enclenchement est assez courte, l'interrupteur s'effor- ce d'amorcer le tube à des intervalles très courts. Comme le temps de collage est assez long, un courant de forte intensité traverse l'électrode de chauffage pendant une grande partie de la période d'enclenchement ce qui assure un rapide échauffement de cette électrode.
On s'efforcera évidemment de pousser l'inten- sité efficace du courant précité aussi loin que possible et de la rendre notablement plus élevée que celle du courant de fonctionnement pour que l'électrode de chauffage soit portée aussi rapidement que possible à la température d'émission.
Des essais très poussés ont prouvé que, dans les dispo- sitifs connus, l'interrupteur s'ouvrait si rapidement que le préchauffage de l'électrode de chauffage était insuffisant, de sorte que lorsque ce tube amorçait, il fonctionnait avec des électrodes pratiquement froides, ce qui constitue une explication du raccourcissement de la durée de vie du tube.
Le dispositif peut être utilisé pour l'alimentation en courant continu mais, dans ce cas, il faut monter en série avec le tube à décharge non seulement une bobine de self-induction, mais aussi une résistance. Il faut alors veiller à ce que la pé- riode d'enclenchement ne soit pas si courte que le courant de préchauffage n'ait pas l'occasion d'atteindre, une intensité suffisante pendant le collage de l'interrupteur. Il s'est avéré qu'en pratique on obtient de bons résultats avec des temps de collage compris entre 3 et 25 millisecondes et avec une période d'enclenchement si longue que le temps de collage dépasse 35%, même 45 ou 60% de la période d'enclenchement.
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L'invention convient aussi pour des dispositifs alimen- tés en courant alternatif. De préférence, le dispositif et l'in- terrupteur sont alors dimensionnés de manière que l'interrupteur se ferme 2 f/n fois par seconde, f étant la fréquence du courant alternatif d'alimentation (par exemple 50 périodes) et n un nom- bre plus grand que zéro, L'interrupteur se fermera donc 2 f/1, 2 f/2, 2 f/3 .... fois par seconde. Par voie expérimentale, on a trouvé qu'une période d'enclenchement égale à 0,5 - 1,5 période du courant alternatif d'alimentation (n = 1 - 3) donne d'excellents résultats et dans ce cas, le temps de collage de l'interrupteur peut être avantageusement de 0,2- 1 période du courant alternatif d'alimentation.
De préférence, la période d'enclenchement est rendue égale à une période du courant alternatif d'alimentation (n = 2) et dans ce cas, le temps de collage de l'interrupteur peut être avantageusement porté à 0,3 - 0,5 période du courant alternatif d'alimentation.
Dans un tel choix du temps de collage et de la fréquence d'enclenchement, on tire parti, en courant alternatif, des fortes pointes de courant d'enclenchement qui se produisent après la fermeture de l'interrupteur, dans le circuit de chauffage muni d'une bobine de self-induction. Une répétition dela pointe de courant d'enclenchement peut provoquer un courant de chauf- fage dont l'intensité est plus grande que celle du courant de court-circuit statique du circuit de chauffage (par courant de court-circuit statique on entend le courant obtenu lorsque l'in- terrupteur est maintenu fermé en permanence). Une saturation efficace du circuit magnétique de la bobine de self-induction permet de porter l'intensité de ces pointes de courant à une valeur plus avantageuse encore.
Cette self-induction peut éven- tuellement être constituée par la réactance de dispersion d'un transformateur à dispersion, ou d'un générateur à courant al- ternatif. Au lieu d'utiliser une impédance d'amorçage constituée
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par une self-induction, on peut avantageusement la constituer par le montage en série d'une capacité et d'une self-induction, la capacitance étant plus grande que l'inductance. De telles impé- dances d'amorçage combinées ont déjà été proposées pour les tubes à décharge équipés d'un interrupteur d'amorçage thermique. Dans ce cas, on insérait, dans la branche qui shunte le tubeà décharge, une self-induction additionnelle pour diminuer la résistance totale au courant alternatif lors de l'amorçage du tube et pour augmenter l'intensité du courant de l'électrode de chauffage.
La Demanderesse a constaté que cette self-induction additionnelle, connue sous le nom de "compensateur", est superflue lorsqu'on utilise l'impédance d'amorçage combinée précitée dans un dispo- sitif conforme à l'invention. Les connexions entre les contacts de l'interrupteur et les électrodes des tubes ne doivent donc pas comporter ici une self-induction additionnelle.
Le temps de collage de l'interrupteur est provoqué par des causes électro-magnétiques, mécaniques et de rémanence ma- gnétique. L'enroulement d'excitation forme, avec les contacts fermés, un circuit dont la self-induction peut se représenter par L et la résistance par R. Après la fermeture des contacts, l'énergie accumulée dans la self-induction provoque dans ce circuit un courant qui, lorsqu'il est suffisamment intense, main- tient l'interrupteur dans la position fermée. La durée de la fer- meture ainsi provoquée de l'interrupteur, est appelée temps de collage électro-magnétique.
Ce temps de collage électro-magnéti- que, exprimé en secondes, est égal à L/R ln p, expression dans la- quelle p est le rapport de l'intensité du courant qui provoque la fermeture de l'interrupteur à l'intensité du courant correspondant à l'ouverture de l'interrupteur, tandis que ln p est le logarithme népérien de p. Un choix judicieux de L, R et p permet donc d'in- fluencer le temps de collage électromagnétique.
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La cause mécanique du collage est l'inertie de l'interrup- teur. Un moyen d'obtenir le temps de collage désiré consiste donc à modifier cette inertie.
Il s'est avéré avantageux d'obtenir le temps de collage en grande partie électromagnétiquement et de faire en sorte que le temps de collage électromagnétique soit au moins égal à 50% et, de préférence, supérieur à 60% du temps de collage total. A cet effet, on peut utiliser outre un agrandissement du temps de colla- ge électromagnétique une diminution de l'inertie de l'interrupteur.
Le réglage du temps de collage à l'aide de grandeurs mécaniques est, en effet, généralement très critique. De plus, un grand nom- bre d'enclenchement par seconde ne peut s'obtenir qu'à l'aide d'un système mobile à grande fréquence propre, c'est-à-dire à faible masse et à ressorts très raides, ce qu'il est difficile de com- biner avec un long temps de collage mécanique. Pour le but envisa- gé, il est avantageux que le circuit magnétique de l'interrupteur comporte un entrefer constant dans lequel se déplace l'armature de l'interrupteur. La partie de la culasse qui limite l'entrefer constant peut, à cet effet, comporter une ouverture à travers laquelle l'armature peut se déplacer vers le noyau.
De plus, il s'est avéré avantageux de limiter le collage par rémanence magnétique. A cet effet, on peut prévoir entre les parties de l'armature en matériau magnétique et le noyau, une pièce non magnétique. L'épaisseur de cette pièce influence l'in- tensité du courant pour laquelle l'armature lâche et peut, par exemple, être inférieure à 100 microns.
Entre les contacts de l'interrupteur qui s'ouvrent, un arc peut s'établir. Cet arc prolonge le temps de collage, car, entre les contacts ouverts, circule le courant d'arc qui contribue au courant de chauffage. La formation d'arc est cependant nuisible pour le matériau de contact et donc, pour la durée de vie de .l'interrupteur. Pour y obvier il s'est avéré avantageux de shunter
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les contacts de l'interrupteur par le montage en série d'une capa- cité et d'une résistance. Cette résistance peut être constituée par au moins une électrode de chauffage du tube. La capacité peut être comprise entre 1000 et 100000 pF ; sera par exemple de 30000 pF.
L'intensité du courant de préchauffage dépend de l'inten- sité du courant de court-circuit de l'appareil d'amorçage du tube à décharge. Le mode de construction de cet appareil d'amorçage permet donc aussi d'influencer l'intensité du courant de préchauf- fage.
L'invention concerne en outre un interrupteur électroma- gnétique approprié à l'utilisation dans un dispositif conforme à l'invention.
Suivant l'invention, cet interrupteur présente la parti- cularité que sa période d'enclenchement, mesurée en courant con- tinu, est inférieure à 0,3 seconde, de préférence même inférieure à 0,1 seconde et que son temps de collage dépasse 35%, de préfé- rence même 45% voir 60%, de cette période d'enclenchement.
Suivant une autre particularité de l'invention, le temps de collage électro-magnétique de l'interrupteur est au moins égal à 50% et de préférence à 60%, du temps de collage total.
Le circuit magnétique de l'interrupteur peut comporter un entrefer constant dans lequel se déplace l'armature de l'inter- rupteur. Une partie de la culasse qui limite l'entrefer constant, comporte une ouverture à travers laquelle l'armature peut se dé- placer vers le noyau. De préférence, on dispose entre les parties en matériau magnétique de l'armature et le noyau, une pièce non magnétique dont l'épaisseur est, de préférence, inférieure à 100 microns.
Dans une forme d'exécution avantageuse de l'interrupteur, les contacts de ce dernier sont shuntés par le montage en série d'une capacité et d'une résistance.
A
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L'interrupteur peut en outre présenter la particularité qu'à l'état non excité de l'interrupteur, l'armature, du moins le support de l'armature, repose contre une butée réglable, de préférence contre un fil flexible.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Les figs.l et 2 sont des vues de profil d'un exemple d'exécution de l'interrupteur conforme à l'invention.
Les figs.3, 4 et 5 sont des schémas de montage de dis- positifs conformes à l'invention.
Le circuit magnétique de l'interrupteur représenté sur les figs.l et 2 est constitué par un noyau 1, par la.culasse en deux parties 2 et 3 et par l'armature 4. Entre la partie 3 de la culasse et le noyau 1, existe un entrefer de largeur constante.
L'armature 4 est fixée à une lame élastique, qui est encastrée entre les parties chevauchantes 2 et 3 de la culasse. L'armature 4 est disposée dans une ouverture de la partie 3 et traverse celle-ci dans la direction du noyau. Le ressort 5 porte, à son extrémité libre, un contact 6 qui peut toucher un contre-contact 7. Ce contre-contact est fixé à une rallonge de la partie 2 de la culasse, avec interposition d'un intercal aire 8, en matière isolante. La partie 3 de la culasse porte un fil 9, plié en équerre. La lame 5 appuie contre la partie horizontale de ce fil.
Sur le noyau 1 est enroulée une bobine magnétique 10 qui shunte les contacts 6 et 7. A l'état non excité du relais, ces contacts ne se touchent pas. Les contacts de connexion du relais sont in- diqués par 11 et 12.
Dans un cas déterminé, ce relais présentait les particu- larités suivantes:
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Dimensions du noyau : 8 x 8 x 21 mm.
Dimensions de l'armature: diamètre 2,5 mm, hauteur 4 mm, Partie 3 de la culasse : 1 mm, largeur 20 mm et ouverture de 3 mm de diamètre pour l'armature.
La lame en tombac 5 avait une épaisseur de 0,2 mm et une largeur de 3 mm. La partie horizontale de l'armature se trouvait à 16 mm de la partie verticale du ressort, tandis que le contact 6 se trouvait à 25 mm de cette partie verticale. La bobine de magnétisation comportait 17000 spires de fils de cuivre émaillés d'un diamètre de 40 #. La distance entre les contacts 6 et 7 était, à l'état non excité, de 1 mm. La grandeur de l'entrefer fixe entre la partie 3 de la culasse et le noyau 1 était de 1,15 mm et celle entre l'armature 4 et le noyau de 0,9 mm. L'extrémité libre du noyau portait une feuille de laiton 13, de 50 # d'épais- seur. Dans ces conditions, le relais avait une self-induction de 22 H et une résistance de 12. 000 ohms.
Au moment de la fermeture des contacts, l'intensité du courant d'attraction était, en cou- rant continu, de 8 mA. Le relais s'ouvrait lorsque l'intensité du courant dans l'enroulement tombait à 1 mA. L'énergie magnétique de la bobine de self-induction lance, lorsque les contacts sont fermés, un courant dans l'enroulement qui tend à maintenir l'ar- mature dans la position attirée pendant un temps que l'on appelle- ra temps de collage électro-magnétique" et qui est de
L/R x ln p = 22/12000 ln 8/1 sec # 4 millisecondes, p étant le rapport du courant d'attraction précité au courant de lâchage. Le temps de collage total était de 6 msec de sorte qu'on peut attribuer à l'effet d'inertie de l'armature, un temps de collage mécanique de 2 msec. Sous une tension continue de 220 V le relais enclenchait 82 fois par seconde.
La période d'enclen- chement était donc dans ce cas de 12,2 meec, soit moins de 1/lOème de seconde et le temps de collage total était de 49% de cette pé- riode d'enclenchement.
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La fig.3 montre le montage de l'interrupteur décrit avec un tube à décharge dans le gaz à alimenter en courant alternatif.
Sur ce schéma, 14 est la self-induction de la bobine de magnétisa- tion et des autres self-inductions éventuelles du circuit consti- tué par la bobine de magnétisation et par les contacts 6 et 7 qui shuntent cette bobine, tandis que 15 est la résistance de la bobine de magnétisation et des autres résistances éventuelles que peut comporter le circuit précité. Le ressort qui tend à maintenir les contacts ouverts, est indiqué par 16 ; montre schématiquement le fonctionnement de la lame de ressort 5 des figs.l et 2. L'in- terrupteur est raccordé aux électrodes de chauffage 17 et 18 d'un tube à décharge dans le gaz 19, qui peut se brancher, par l'in- termédiaire d'une bobine de self 20 de 1,2 H, respectivement par l'intermédiaire d'un interrupteur 21, sur une source de tension alternative 22 de 220 V 50 p/s.
Le tube avait une longueur de 120 cm, un diamètre intérieur de 37 mm et était rempli d'Ar sous une pression de 2 mm. La tension de fonctionnement de ce tube était de 105 V et le courant de régime de 420 mA, pour une con- sommation de 40 W.
Le tube amorçait après 0,1 sec et pendant ce temps, les électrodes de chauffage 17 et 18 étaient parcourues par un courant de chauffage d'une intensité de 790 mA, c'est-à-dire une inten- sité notablement plus élevée que celle du courant de régime. La résistance du circuit de chauffage était d'environ 90 ohms.
L'interrupteur enclenchait alors à une fréquence de 50 fois par seconde. La période d'enclenchement était donc de 20 msec et le temps de collage de 0,3 période de la tension alternative d'ali- mentation. Ceci implique que, pendant la fermeture des contacts, le circuit de chauffage 20-17- 7- 6 - 18 est parcouru par un courant d'une intensité de 1,45 A. Ce fait remarquable est attri- buable à l'adaptation favorable du temps de collage de l'inter- rupteur aux phénomènes d'enclenchement qui se produisent dans le
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circuit de chauffage. Il y a lieu de noter que l'intensité du courant de chauffage statique, obtenu lorsque les contacts 6 et 7 sont fermés d'une manière permanente, n'est que de 0,66 A.
Lors- qu'on remplace l'interrupteur par le relais bimétallique usuel à Leur, le tube s'amorçait en moyenne après 5 secondes et la tension de la source d'alimentation 22 devait être portée à 275 V.
Les facteurs L, R et p qui déterminent le temps de collage électro-magnétique de l'interrupteur peuvent être facilement mo- difiés. La suppression de la couche 13 sur le noyau et une varia- tion de l'entrefer entre le noyau et la culasse jusqu'à 1,05 mm permettentde ramener la self-induction du circuit de courant addi- tionnel (circuit de collage), 6-7-14-15 à 25 H, l'intensité du courant d'attraction à 10 mA et celle du courant de lâchage à 0,1 mA. Le temps de collage électro-magnétique était alors de 10 msec, le temps de collage total de 12 msec, l'intensité du courant de chauffage de 0,72 A et le relais enclenchait à une fréquence de 33,33 fois par seconde, ce qui implique une période d'enclenchement de 30 msec et un temps de collage égal à 40% de cette période d'enclenchement.
Dans ce cas, le tube amorçait après 0,4 à 0,8 sec, donc en moyenne après 0,6 seconde. Il y a lieu de noter que, dans le cas de courant continu, la période d'enclenche- ment de cet interrupteur était de 13,5 msec.
Lorsqu'on porte la valeur de la résistance 15 à 28500 ohms, l'entrefer compris entre le noyau et la culasse à 2,5 mm et qu'on applique la couche 13 de 50 # sur le noyau, on obtient une self- induction 14 de 17 H, un courant d'attraction de 6,25 mA, un courant de la charge de 5,75 mA, un temps de collage électro-magné- tique pratiquement nul et un temps de collage total de 2 msec.
L'interrupteur enclenchait 100 fois par seconde, l'intensité du courant de chauffage n'était que 300 mA et le tube n'était pas encore amorcé après 180 sec. En courant continu, la période d'en- clenchement de cet interrupteur était de 11,1 msec.
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De cette mesure et d'autres, il résulte que, dans les exemples d'exécution décrits de l'invention, et pour une tension alternative d'alimentation de 50 p/s, l'intensité du courant de chauffage est maximum pour un temps de collage d'environ 8000 sec et que, pour des temps de collage plus longs, l'intensité du courant de chauffage ne diminue que très lentement, alors que pour des temps de collage plus courts, elle diminue très rapidement.
Pour éviter la formation d'arc, on a shunté, de la ma- nière usuelle, les contacts 6 et 7 par un condensateur. On a constaté que les organes de contact se soudaient souvent l'un à l'autre. On peut y remédier en insérant une résistance entre le condensateur et les contacts. La résistance d'une ou de deux élec- trodes de chauffage s'avéra suffisante à cet effet, ce qui a permis de monter le condensateur 23 à l'endroit indiqué sur la fig.3. La capacité de ce condensateur peut être de 1000 à 100000 pF; de préférence, elle sera d'environ 30000 pF.
La tension additionnelle obtenue à l'ouverture des con- tacts, était de 1000 à 1500 V.
Il va de soi qu'une fois le tube amorcé, l'interrupteur ne doit plus se fermer. Ceci implique que la tension de fermeture de l'interrupteur doit être supérieure à la tension de fonction- nement du tube, en tout cas plus grande que la tension appliquée à l'interrupteur pendant le fonctionnement du tube. La tension de fonctionnement augmente légèrement pendant la durée de vie du tube et de plus, la tension d'alimentation peut baisser. C'est pourquoi, on choisit de préférence, comme tension d'attraction, 60-90% et de préférence, 75% de la tension d'alimentation lorsque la tension de fonctionnement du tube est d'environ 50% de la tension d'alimentation.
Par tension d'alimentation" il y a lieu d'entendre, dans un montage tel que représenté sur la fig.3, la tension efficace de la source 22 et dans le cas d'alimentation par un transformateur à dispersion, la tension à vide de l'en-
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roulement secondaire de ce transformateur.
Dans les essais de cet interrupteur, on utilisa des moyens spéciaux pour modifier l'écartement des contacts, la distance com- prise entre l'armature et le noyau, et la tension mécanique préa- lable du ressort. Ceci est beaucoup trop compliqué pour la prati- que. Pour la fabrication en série de l'interrupteur, le fil élasti- que 9 suffit comme moyen de réglage. Le réglage s'effectue, en déplaçant de haut en bas, l'extrémité libre du fil. Une fois le réglage obtenu, on peut couper ce fil à longueur.
La fig. 4 montre le montage d'une installation à courant continu conforme à l'invention. Comparativement au montage repré- senté sur la fig.3, on y a remplacé: la bobine de self 20 par une résistance 24 montée en série avec une bobine de self plus petite 25; la source de courant alternatif 22 par une source de courant continu de 220 V.
En outre, les extrémités de l'électrode de chauffage 17, qui fait maintenant office d'anode, sont interconnectées. La ré- sistance du circuit de chauffage 24-25-7-6-18 était de 300 ohms et sa self-induction de 70 mH. Le temps de collage devait être au minimum de 3 msec, et être égal au minimum à 35%, de préfé- rence dépasser 45%, voire 60%, de la période d'enclenchement.
Pour des raisons d'ordre pratique, un temps de collage de plus de 25 msec, n'entre plus en ligne de compte. L'intensité du cou- rant de chauffage s'avéra approximativement proportionnelle à la racine carrée du rapport du temps de collage à la période d'en- clenchement, rapport qui est nécessairement toujours inférieur à 1. Comme, en courant continu, l'interrupteur coupe toujours à pleine intensité du courant, il est désirable de shunter les contacts de l'interrupteur par un condensateur placé, de préféren- ce, à l'endroit indiqué par 23. Les interrupteurs qui ont donné de
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bons résultats dans le montage à courant alternatif représenté sur la fig.3, ont aussi donné entière satisfaction dans cette installation à courant continu.
La fig. 5 montre une installation à courant alternatif conforme à l'invention, dans laquelle la bobine de self-induc- tion 20 de la fig. 3 est remplacée par le condensateur 27 monté en série avec la bobine de self 28. Lorsque la capacitance du condensateur est plus grande que la réactance de la bobine de self, le tube absorbe un courant décalé en avant. Ceci offre l'avantage qu'en combinaison avec un dispositif tel que celui mon- tré sur la fig.3, on peut obtenir un bon facteur de puissance et une lumière moins agitée. L'installation comportant un tube à courant de décharge décalé en avant nécessitait, en combinaison avec les relais bimétalliques utilisés jusqu'à présent, une bo- bine de self-induction additionnelle 29 pour obtenir un courant de chauffage d'intensité suffisante.
Il s'est avéré que l'emploi de l'interrupteur d'amorçage électro-magnétique conforme à l'in- vention rend la bobine de self additionnelle superflue et, malgré l'absence de cette bobine, le tube amorce plus facilement encore que dans le montage représenté sur la fig.3. La capacité du con- densateur 27 était de 3,5 #F, la self-induction de la bobine de self 1,2 H, la résistance totale de cette bobine de self et des électrodes de chauffage d'environ 90 ohms.
Il y a lieu de noter que le tube 19, uniquement rempli d'Ar, s'amorce difficilement. A la température ambiante normale, il est à peu près équivalent à un tube à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression, additionnée de 2 mm d'Ar, "à une tem- pérature ambiante de 2 C.
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A device equipped with a gas discharge tube and a magnetic switch, and a magnetic switch for such a device.
Gas discharge tubes are frequently supplied by a current source the voltage of which is sufficient to operate the tube, but insufficient to cause it to ignite.
By "gas discharge tubes" is meant here not only tubes filled with one or more gases, but also those which include a filling of vapor or a mixture of gas and vapor. In order to cause the operation of such a tube, an ignition switch is generally used which bypasses the tube by means of at least one electrode for heating the latter. The short-circuit current preheats the heating electrode and moreover, when the switch is opened, an additional voltage is generated in a self-induction coil provided in the supply conductor of the tube.
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Both the preheating and the additional tension facilitate the priming of the tube. If, when the switch is opened for the first time, the tube refuses, the switch repeats until the starting conditions are reached.
The main representative of the above gas discharge tubes is the fluorescent wall low pressure mercury vapor discharge tube. As the starting switch, a bimetal thermal switch is generally used, the heating element of which is constituted by a discharge by corona or by a resistance. The corona discharge switch is the most frequently used. The resistance switch is only used in direct current installations or for tubes which start with difficulty (old tubes or tubes operating at a very low ambient temperature). Devices equipped with a thermal switch have one drawback: it takes a few seconds for the tube to operate.
In direct current installations, the magnitude of the additional voltage is not constant; it is thus that if the switch cuts precisely at the moment when the current passes through zero, the additional voltage generated is zero. The switch must therefore repeat, which causes an even greater delay in ignition.
An attempt has been made to overcome these drawbacks by using a switching mechanism exhibiting less inertia and which works in synchronism with the supply voltage, for example an electromagnetic switch.
The invention relates to a device equipped with a gas discharge tube which is connected in series with a self-induction coil, which is shunted by an electromagnetic switch and which comprises at least one heating electrode inserted in the coil. shunt branch, the excitation winding of the switch being mounted in parallel with the contacts of this switch. In the non-excited state, this switch is open,
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that is, its contacts do not touch each other. As soon as the device is powered up, current flows in the excitation winding, the switch closes and a more intense current flows through the shunt branch as well as the self-inductance connected in series with the discharge tube.
Closing the switch short-circuits the excitation winding, so the switch opens again. This opening causes a voltage surge in the self-induction which tends to prime the tube. If this priming does not occur immediately, the closing and opening of the switch will repeat. Arrangements are made so that after priming of the discharge tube the switch does not continue to repeat. This result can be obtained by making the switch such that the operating voltage of the discharge tube is not sufficient to cause the switch to close.
Until now, these devices equipped with an electromagnetic switch had serious drawbacks.
Often, discharge tubes do not or very slowly prime, and when they prime quickly this result comes at the expense of service life.
The invention obviates this drawback.
According to the invention, the construction of the switch and its adaptation to the device are such that the engagement period (that is to say the time interval between two successive closings of the switch) is less than 0.3 seconds, preferably even less than 0.1 seconds, and that the sticking time of the switch (i.e. the time during which the contacts touch each other) is such a large part of the switch-on period that the effective intensity of the current in the heating electrode is greater than 0.8, preferably 1 times the intensity of the operating current of the tube.
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The fundamental idea of the invention is to obtain, in a fairly fast repeating switch, by the described adaptation of the sticking time of the switch, a high intensity preheating current in the heating electrodes. Since the switch-on period is quite short, the switch attempts to prime the tube at very short intervals. As the bonding time is quite long, a high intensity current passes through the heating electrode for a large part of the switch-on period, which ensures rapid heating of this electrode.
An effort will obviously be made to push the effective intensity of the aforementioned current as far as possible and to make it appreciably higher than that of the operating current so that the heating electrode is brought as quickly as possible to the temperature d. 'program.
Extensive tests have shown that in known devices the switch opens so quickly that the preheating of the heating electrode is insufficient, so that when this tube fires it is operated with practically cold electrodes. , which is one explanation for the shortening of the life of the tube.
The device can be used for direct current supply, but in this case it is necessary to mount in series with the discharge tube not only a self-induction coil, but also a resistor. In this case, care must be taken that the switching on period is not so short that the preheating current does not have the opportunity to reach a sufficient intensity while the switch is sticking. It has been found that in practice good results are obtained with bonding times of between 3 and 25 milliseconds and with such a long engagement period that the bonding time exceeds 35%, even 45 or 60% of the time. engagement period.
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The invention is also suitable for devices supplied with alternating current. Preferably, the device and the switch are then dimensioned so that the switch closes 2 f / n times per second, f being the frequency of the AC supply current (for example 50 periods) and n a name. - bre greater than zero, the switch will therefore close 2 f / 1, 2 f / 2, 2 f / 3 .... times per second. Experimentally, it has been found that a switch-on period equal to 0.5 - 1.5 period of the alternating current supply (n = 1 - 3) gives excellent results and in this case, the switching time The sticking of the switch can advantageously be 0.2-1 period of the AC supply current.
Preferably, the switch-on period is made equal to a period of the AC supply current (n = 2) and in this case, the sticking time of the switch can advantageously be increased to 0.3 - 0.5 period of the supply alternating current.
In such a choice of the bonding time and the switching frequency, advantage is taken, in alternating current, of the strong switching current peaks which occur after closing the switch, in the heating circuit provided with 'a self-induction coil. A repetition of the peak inrush current can cause a heating current the intensity of which is greater than that of the static short-circuit current of the heating circuit (by static short-circuit current is meant the current obtained when the switch is kept closed permanently). Efficient saturation of the magnetic circuit of the self-induction coil makes it possible to increase the intensity of these current peaks to an even more advantageous value.
This self-induction can optionally be constituted by the dispersion reactance of a dispersion transformer, or of an alternating current generator. Instead of using a starting impedance consisting of
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by a self-induction, it can advantageously be formed by the series connection of a capacitor and a self-induction, the capacitance being greater than the inductance. Such combined firing impedances have already been proposed for discharge tubes fitted with a thermal firing switch. In this case, an additional self-induction was inserted in the branch which shunts the discharge tube to reduce the total resistance to the alternating current when the tube is fired and to increase the intensity of the current of the heating electrode. .
The Applicant has observed that this additional self-induction, known under the name of “compensator”, is superfluous when using the aforementioned combined starting impedance in a device according to the invention. The connections between the contacts of the switch and the electrodes of the tubes must therefore not include an additional self-induction here.
The sticking time of the switch is caused by electro-magnetic, mechanical and magnetic remanence causes. The excitation winding forms, with the closed contacts, a circuit whose self-induction can be represented by L and resistance by R. After closing the contacts, the energy accumulated in the self-induction causes in this circuit a current which, when sufficiently intense, keeps the switch in the closed position. The duration of the closing of the switch in this way is called the electromagnetic bonding time.
This electromagnetic bonding time, expressed in seconds, is equal to L / R ln p, expression in which p is the ratio of the intensity of the current which causes the closing of the switch to the intensity of the current corresponding to the opening of the switch, while ln p is the natural logarithm of p. A judicious choice of L, R and p therefore makes it possible to influence the electromagnetic bonding time.
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The mechanical cause of sticking is the inertia of the switch. One way to obtain the desired bonding time therefore consists in modifying this inertia.
It has been found to be advantageous to obtain the bonding time largely electromagnetically and to ensure that the electromagnetic bonding time is at least equal to 50% and, preferably, greater than 60% of the total bonding time. For this purpose, in addition to an increase in the electromagnetic bonding time, a reduction in the inertia of the switch can be used.
The adjustment of the bonding time using mechanical quantities is, in fact, generally very critical. In addition, a large number of interlocking per second can only be obtained with the aid of a mobile system with a high natural frequency, that is to say with low mass and very stiff springs, which is difficult to combine with a long mechanical bonding time. For the intended purpose, it is advantageous for the magnetic circuit of the switch to include a constant air gap in which the armature of the switch moves. The part of the yoke which limits the constant air gap may, for this purpose, include an opening through which the armature can move towards the core.
In addition, it has proven to be advantageous to limit sticking by magnetic remanence. For this purpose, a non-magnetic part can be provided between the parts of the frame made of magnetic material and the core. The thickness of this part influences the intensity of the current for which the armature releases and can, for example, be less than 100 microns.
Between the contacts of the switch which open, an arc can be established. This arc prolongs the bonding time because, between the open contacts, flows the arc current which contributes to the heating current. However, the arcing is detrimental to the contact material and therefore to the life of the switch. To obviate this, it has proved to be advantageous to shunt
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the switch contacts by connecting a capacitor and a resistor in series. This resistance can be formed by at least one heating electrode of the tube. The capacitance can be between 1000 and 100,000 pF; will be for example 30,000 pF.
The magnitude of the preheating current depends on the magnitude of the short-circuit current of the discharge tube firing device. The method of construction of this starting device therefore also makes it possible to influence the intensity of the preheating current.
The invention further relates to an electromagnetic switch suitable for use in a device according to the invention.
According to the invention, this switch has the peculiarity that its engagement period, measured in direct current, is less than 0.3 seconds, preferably even less than 0.1 seconds and that its sticking time exceeds 35%, preferably even 45% or even 60%, of this switch-on period.
According to another feature of the invention, the electromagnetic bonding time of the switch is at least equal to 50% and preferably to 60%, of the total bonding time.
The magnetic circuit of the switch may include a constant air gap in which the armature of the switch moves. A part of the yoke which limits the constant air gap has an opening through which the armature can move towards the core. Preferably, between the parts made of magnetic material of the frame and the core, a non-magnetic part, the thickness of which is preferably less than 100 microns.
In an advantageous embodiment of the switch, the contacts of the latter are shunted by the series connection of a capacitor and a resistance.
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The switch may also have the particular feature that in the non-energized state of the switch, the armature, at least the support of the armature, rests against an adjustable stop, preferably against a flexible wire.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of the invention.
Figs. 1 and 2 are side views of an exemplary embodiment of the switch according to the invention.
FIGS. 3, 4 and 5 are diagrams of assembly of devices according to the invention.
The magnetic circuit of the switch shown in figs.l and 2 consists of a core 1, the cylinder head in two parts 2 and 3 and the armature 4. Between part 3 of the cylinder head and the core 1 , there is an air gap of constant width.
The frame 4 is fixed to an elastic blade, which is embedded between the overlapping parts 2 and 3 of the cylinder head. The frame 4 is arranged in an opening of the part 3 and passes through the latter in the direction of the core. The spring 5 carries, at its free end, a contact 6 which can touch a counter-contact 7. This counter-contact is fixed to an extension of part 2 of the cylinder head, with the interposition of an insert 8, made of material. insulating. Part 3 of the cylinder head carries a wire 9, bent at right angles. The blade 5 presses against the horizontal part of this wire.
On the core 1 is wound a magnetic coil 10 which bypasses the contacts 6 and 7. In the non-excited state of the relay, these contacts do not touch each other. The relay connection contacts are indicated by 11 and 12.
In a specific case, this relay had the following peculiarities:
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Core dimensions: 8 x 8 x 21 mm.
Frame dimensions: diameter 2.5 mm, height 4 mm, Part 3 of the cylinder head: 1 mm, width 20 mm and opening of 3 mm in diameter for the frame.
The tombac blade 5 had a thickness of 0.2 mm and a width of 3 mm. The horizontal part of the armature was 16 mm from the vertical part of the spring, while contact 6 was 25 mm from this vertical part. The magnetization coil had 17,000 turns of enameled copper wire with a diameter of 40 #. The distance between contacts 6 and 7 was, in the un excited state, 1 mm. The size of the fixed air gap between part 3 of the cylinder head and core 1 was 1.15 mm and that between armature 4 and core was 0.9 mm. The free end of the core bore a sheet of brass 13, 50 # thick. Under these conditions, the relay had a self-induction of 22 H and a resistance of 12,000 ohms.
When the contacts were closed, the intensity of the attraction current was, in direct current, 8 mA. The relay opened when the current in the winding fell to 1mA. The magnetic energy of the self-induction coil launches, when the contacts are closed, a current in the winding which tends to keep the armature in the attracted position for a time which is called- electro-magnetic bonding "and which is
L / R x ln p = 22/12000 ln 8/1 sec # 4 milliseconds, p being the ratio of the aforementioned attraction current to the release current. The total bonding time was 6 msec so that the inertia effect of the reinforcement can be attributed a mechanical bonding time of 2 msec. At a direct voltage of 220 V the relay tripped 82 times per second.
The switch-on period in this case was therefore 12.2 meec, or less than 1/10 of a second and the total sticking time was 49% of this switch-on period.
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Fig. 3 shows the arrangement of the switch described with a gas discharge tube to be supplied with alternating current.
In this diagram, 14 is the self-induction of the magnetization coil and of any other self-inductions of the circuit constituted by the magnetization coil and by the contacts 6 and 7 which shunt this coil, while 15 is the resistance of the magnetization coil and of any other resistances that the aforementioned circuit may include. The spring which tends to keep the contacts open is indicated by 16; schematically shows the operation of the leaf spring 5 of Figs. 1 and 2. The switch is connected to the heating electrodes 17 and 18 of a gas discharge tube 19, which can be connected, via the via a 1.2 H choke coil 20, respectively via a switch 21, on an alternating voltage source 22 of 220 V 50 p / s.
The tube had a length of 120 cm, an inner diameter of 37 mm and was filled with Ar under a pressure of 2 mm. The operating voltage of this tube was 105 V and the operating current 420 mA, for a consumption of 40 W.
The tube ignited after 0.1 sec and during this time the heating electrodes 17 and 18 were carrying a heating current with an intensity of 790 mA, that is to say an intensity notably higher than that of the steady-state current. The resistance of the heater circuit was approximately 90 ohms.
The switch then engaged at a frequency of 50 times per second. The switch-on period was therefore 20 msec and the stick-on time 0.3 periods of the AC supply voltage. This implies that, during the closing of the contacts, the heating circuit 20-17-7-6-18 is traversed by a current of an intensity of 1.45 A. This remarkable fact is attributable to the favorable adaptation. from the sticking time of the switch to the closing phenomena that occur in the
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heating circuit. It should be noted that the intensity of the static heating current, obtained when contacts 6 and 7 are permanently closed, is only 0.66 A.
When replacing the switch with the usual bimetallic relay at theirs, the tube was primed on average after 5 seconds and the voltage of the power source 22 had to be increased to 275 V.
The L, R and p factors which determine the electromagnetic bonding time of the switch can be easily changed. The elimination of layer 13 on the core and a variation of the air gap between the core and the cylinder head up to 1.05 mm make it possible to reduce the self-induction of the additional current circuit (bonding circuit), 6-7-14-15 at 25 H, the intensity of the attraction current at 10 mA and that of the release current at 0.1 mA. The electro-magnetic bonding time was then 10 msec, the total bonding time 12 msec, the intensity of the heating current was 0.72 A and the relay switched on at a frequency of 33.33 times per second, this which implies a switch-on period of 30 msec and a sticking time equal to 40% of this switch-on period.
In this case, the tube primed after 0.4 to 0.8 sec, so on average after 0.6 seconds. It should be noted that, in the case of direct current, the ON period of this switch was 13.5 msec.
When we bring the value of the resistor 15 to 28500 ohms, the air gap between the core and the yoke to 2.5 mm and we apply the layer 13 of 50 # on the core, we obtain a self-induction 14 of 17 H, an attraction current of 6.25 mA, a load current of 5.75 mA, an electromagnetic bonding time almost zero and a total bonding time of 2 msec.
The switch tripped 100 times per second, the intensity of the heating current was only 300 mA and the tube was not yet ignited after 180 sec. In direct current, the ON period of this switch was 11.1 msec.
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From this measurement and others, it follows that, in the examples of execution described of the invention, and for an AC supply voltage of 50 p / s, the intensity of the heating current is maximum for a time approx. 8000 sec and that for longer bonding times the intensity of the heating current decreases only very slowly, while for shorter bonding times it decreases very quickly.
To prevent arcing, contacts 6 and 7 have been shunted in the usual way by a capacitor. It has been observed that the contact members often weld together. This can be remedied by inserting a resistor between the capacitor and the contacts. The resistance of one or two heating electrodes proved to be sufficient for this purpose, which made it possible to mount the capacitor 23 at the location shown in fig.3. The capacitance of this capacitor can be from 1000 to 100,000 pF; preferably it will be about 30,000 pF.
The additional voltage obtained when the contacts were opened was 1000 to 1500 V.
It goes without saying that once the tube is primed, the switch should no longer close. This implies that the closing voltage of the switch must be greater than the operating voltage of the tube, in any case greater than the voltage applied to the switch during operation of the tube. The operating voltage increases slightly during the life of the tube and furthermore the supply voltage may drop. Therefore, preferably 60-90% and preferably 75% of the supply voltage is chosen as the attraction voltage when the operating voltage of the tube is about 50% of the voltage of. food.
By supply voltage "it is necessary to understand, in an assembly such as represented in fig.3, the effective voltage of the source 22 and in the case of supply by a dispersion transformer, the no-load voltage of the en-
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secondary bearing of this transformer.
In testing this switch, special means were used to modify the contact gap, the distance between the armature and the core, and the prior mechanical tension of the spring. This is far too complicated for practice. For mass production of the switch, the elastic wire 9 suffices as a means of adjustment. The adjustment is made by moving the free end of the wire up and down. Once the setting is obtained, this wire can be cut to length.
Fig. 4 shows the assembly of a direct current installation according to the invention. Compared to the assembly shown in fig.3, the following have been replaced: the choke coil 20 by a resistor 24 mounted in series with a smaller choke coil 25; the alternating current source 22 by a direct current source of 220 V.
In addition, the ends of the heating electrode 17, which now acts as an anode, are interconnected. The resistance of the 24-25-7-6-18 heating circuit was 300 ohms and its self-induction was 70 mH. The bonding time should be a minimum of 3 msec, and be equal to a minimum of 35%, preferably exceeding 45%, or even 60%, of the switch-on period.
For practical reasons, a bonding time of more than 25 msec is no longer taken into account. The intensity of the heating current was found to be approximately proportional to the square root of the ratio of the bonding time to the cut-in period, a ratio which is necessarily always less than 1. As, in direct current, the switch always cuts at full intensity of the current, it is desirable to bypass the contacts of the switch by a capacitor placed, preferably, at the place indicated by 23. The switches which have given
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good results in the alternating current assembly shown in fig.3, have also given complete satisfaction in this direct current installation.
Fig. 5 shows an alternating current installation according to the invention, in which the inductor coil 20 of FIG. 3 is replaced by the capacitor 27 mounted in series with the choke coil 28. When the capacitance of the capacitor is greater than the reactance of the choke coil, the tube absorbs a current shifted forward. This offers the advantage that in combination with a device such as that shown in fig.3 a good power factor and a less choppy light can be obtained. The installation comprising a forward-shifted discharge current tube required, in combination with the bimetallic relays used heretofore, an additional self-induction coil 29 in order to obtain a heating current of sufficient intensity.
It has turned out that the use of the electromagnetic ignition switch according to the invention makes the additional inductor coil superfluous and, despite the absence of this coil, the tube initiates even more easily than. in the assembly shown in fig.3. The capacitance of capacitor 27 was 3.5 #F, the self-induction of the choke coil 1.2 H, the total resistance of this choke coil and the heating electrodes about 90 ohms.
It should be noted that the tube 19, filled only with Ar, starts with difficulty. At normal room temperature, it is roughly equivalent to a discharge tube in low pressure mercury vapor with the addition of 2 mm of Ar, "at an ambient temperature of 2 C.