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INTERRUPTEURS BIMETALLIQUES ET DISPOSITIFS D'AMORCAGE POUR LAMPES A
DECHARGE ELECTRIQUES.
La présente invention est relative aux dispositifs automatiques destinés à coopérer avec des lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métallique en vue de l'amorgage de telles lampes par préchauffage de leurs électrodes.
L'invention est relative en particulier à des appareils à éléments influençables par un dégagement calorifique,\) notamment des éléments bimétalliques qui se déforment sous l'effet de la chaleur dégagée soit par une résistance, soit par une décharge électrique. Ces appareils sont couramment appelés "démarreurs". On les désignera ci=après par "démarreur thermique" ou "démarreur à effluve" selon que le dégagement calorifique est produit par une résistance ou par une décharge électrique.
L'utilisation de l'un ou l'autre de ces appareils,démarreur thermique ou démarreur à effluve, pour la mise en service par chauffage de leurs électrodes des lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métallique,\) provoque effectivement l'amorçage de la lampe, mais les deux systèmes présentent les inconvénients respectifs suivants a) Avec le démarreur à effluve, le temps pendant lequel les électrodes de la lampe sont chauffées lors de l'amorçage est indépendant de l'intensité du courant de chauffageo En effet, dans ce type de démarreur,, une électrode bimétallique vient en contact avec une'électrode fixe sous l'effet de la chaleur dégagée par l'effluve qui jaillit entre ces deux électrodes dès la mise sous tension du tubeo Lorsque le contact est fermé, il est traversé par un courant qui,
parcourant les électrodes de la lampe à décharge., les échauffe. Mais dès ce moment l'électrode bimétallique du dé- marreur se refroidit et, après un certain tempsg rompt son contact avec
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l'électrode fixeo Le temps pendant lequel le contact reste fermé ne dépend donc pas de l'intensité du courant de chauffage et est en général trop court pour assurer un chauffage correct des électrodes de la lampe à décharges.
b) Avec le démarreur thermique, l'inconvénient signalé ci-dessus pour le démarreur à effluve est éliminéo En effet.\) dans le démarreur ther- mique, la résistance chauffante est connectée en série avec la lampe à dé- charges et le contact entre électrodes fixe et bimétalliques fermé à froide est ouvert par le passage du courant de chauffage dans la résistance chauf- fante :le temps pendant lequel le contact reste fermée c'est-à-dire le temps pendant lequel le courant de chauffage circule dans les électrodes de la lampe à déchargesest donc en relation avec l'intensité de ce courant et sera d'autant plus court ou plus long que l'intensité du courant est for- te ou faible.
Mais le démarreur thermique est délicat à construire car il doit rester ouvert pendant le fonctionnement de la lampe, et cela pour des valeurs assez diverses de l'intensité du courant de régime; de plus., il con- somme de l'énergie en permanence., ce qui diminue le rendement lumineux de l'ensemble; enfin son usure est relativement rapide.
La présente invention est relative à des perfectionnements ap- portés aux démarreurs pour lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métallique et à des circuits assurant un amorçage correct de la décharge entre les électrodes de la lampeo Elle est relative plus parti- culièrement à un démarreur combinant les propriétés des démarreurs à efflu- ve et des démarreurs thermiques, le démarreur suivant l'invention étant dé- signé ci-après par "démarreur thermique à effluve". Elle est relative en outre à un dispositif d'amorçage de lampes à décharges électriques rendant le temps de préchauffage des électrodes de la dite lampe fonction inverse de l'intensité du courant et ne consommant pas d'énergie pendant le fonc- tionnement de la lampe.
Selon l'inventionle démarreur thermique à effluve pour lam- pes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métallique et le cir- cuit y associé présentent, ensemble ou séparément les caractéristiques sui- vantes :
1) le démarreur comporte un élément bimétallique coopérant avec une électrode fixe ;
l'élément bimétallique, étant associé à une résistance chauffante forme, avec l'électrode fixe, l'interrupteur du démarreur.,cet interrupteur étant ouvert au repos,
2) le démarreur comporte un élément bimétallique coopérant avec une électrode mobile pouvant se déplacer, légèrement à partir de sa position de repos dans le sens du déplacement de l'élément bimétallique, celui-ci étant associé à une résistance chauffante., former avec l'électrode mobile., l'interrupteur du démarreurcet interrupteur étant ouvert au reposa
3) le démarreur comporte un élément bimétallique coopérant avec une' électrode mobile qui peut se déplacer légèrement autour de sa position de repos,
ce déplacement étant obtenu en constituant l'électrode d'un maté- riau très élastique ou en constituant l'électrode d'un fil assez rigide et en enroulant la base de l'électrode de fagon à former une boucle faisant office de ressort; l'élément bimétallique, étant associé à une résistance chauffante., forme avec l'électrode mobile l'interrupteur du démarreur,,cet interrupteur étant ouvert au reposa
4) le démarreur est contenu dans une enceinte remplie d'un gaz rare ou d'un mélange de gaz rares;
, argon et/ou néon., sous une basse pression de l'ordre de 20 à 60 millimètres de mercure, de façon que., lorsque l'inter- rupteur du démarreur est ouvert et pour autant que la lampe à décharges ne soit pas allumée, une décharge par effluve puisse s'établir entre l'élément bimétallique et l'électrode fixe ou mobile., le dégagement calorifique de l'ef-
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fluve étant suffisant pour provoquer la fermeture de l'interrupteur du dé- marreur.,
5) la résistance chauffante coopérant avec l'élément bimétalli- que du démarreur et l'interrupteur du dit démarreur sont destinés à être connectés en série dans le circuit de préchauffage des électrodes de la lam- pe à décharges,
le dégagement calorifique produit par le passage dans la ré- sistance chauffante du courant de préchauffage étant suffisant pour mainte- nir l'interrupteur du démarreur dans la position fermée, cet interrupteur ayant été fermé au préalable sous Inaction du dégagement calorifique d'une décharge par effluve suivant le processus décrit au paragraphe 4) ci=dessus.51
6) le démarreur thermique à effluve décrit ci-dessus est desti- né à être utilisé en coopération avec un démarreur thermique ordinaire com- portant un élément bimétallique coopérant avec une électrode fixe ou mobile autour de sa position de repos;
Isolément bimétalliques étant associé à une résistance chauffante, forme avec l'électrode, l'interrupteur du démarreur thermique, cet interrupteur étant fermé au reposa
7) la résistance chauffante et l'interrupteur du démarreur ther- mique à effluve et les mêmes éléments du démarreur thermique ordinaire asso- ciée sont destinés à être connectés en série dans le circuit de préchauffa- ge des électrodes de la lampe à décharges, l'effet du passage dans les deux résistances chauffantes du courant de préchauffage étant de provoquer l'ou- verture de l'interrupteur du démarreur thermique ordinaire et de maintenir fermé l'interrupteur du démarreur thermique à effluve,
ce dernier interrup- teur ayant été fermé au préalable sous l'influence de la chaleur dégagée par une décharge par effluve suivant le processus décrit au paragraphe 4) ci-dessus.
La figure 1 des dessins annexés donne à titre d'exemple non li- mitatif un schéma de réalisation du dispositif d'amorçage pour lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métalliques dispositif com- portant suivant 1-'invention un démarreur thermique et un démarreur thermique à effluveo
Sur cette figure L désigne la lampe à décharges électriques ali- mentée à partir d'une source de courant convenable à travers une impédance de stabilisation S (résistance, inductance ou capacitance, ou encore une combinaison quelconque de ces trois éléments), le préchauffage des électro- des F1 et F2 de la lampe L étant assuré par le dispositif constitué des dé- marreurs Dl et D2, Dl étant un démarreur thermique et D2 un démarreur ther- mique à effluve.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
Avant la mise sous tension, l'interrupteur du démarreur Dl est fermé;, l'électrode bimétallique Bl appuyant sur l'électrode El, tandis que l'interrupteur du démarreur D2 est ouvert, l'électrode bimétallique B2 n'étant pas en contact avec l'électrode E2. Dès la mise sous tension, une effluve jaillit entre les électrodes E2 et B2 du démarreur D2, la chaleur dégagée par cette effluve ayant pour effet de déformer Isolément bimétalli- que B2 et de 15amener en contact avec E2.
A ce moment, les électrodes FI et F2 de la lampe L sont traversées par un courant de préchauffage qui par- court successivement les éléments suivants :
S = impédance de stabilisation de la lampe, FI =- électrode de la lampe à décharges Lo
RI - résistance chauffante du démarreur Dl.
Bl, El - électrodes du démarreur D1.
R2 = résistance chauffante du démarreur D20
B2, E2 - électrodes du démarreur D2.
F2 - électrode de la lampe à décharges Lo
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Le courant de préchauffage traverse donc les deux résistances chauffantes R1 et R2 ce qui a pour effet :
1) de maintenir l'élément bimétallique B2 en contact avec E2,
2) de provoquer la déformation de l'élément bimétallique Bl qui après un certain temps., quitte l'électrode El avec laquelle il formait un interrupteur fermé et ouvre ainsi le circuit de préchauffage des électrodes
F1 et F2 de la lampe L en allumant celle-ci.
Immédiatement après l'ouverture du circuit de préchauffage par le démarreur D1, les résistances R1 et R2 se refroidissent et les deux élé- ments bimétalliques Bl et B2 reviennent à leur position de reposa la tension appliquée entre les éléments E2 et B2s qui est maintenant la tension aux bornes de la lampe à décharges, étant trop faible pour amorcer une effluve entre ces deux éléments.
Donc pendant le fonctionnement de la lampes les démarreurs Dl et D2 ne consomment pas d'énergie puisque le circuit dans lequel ils sont . insérés est ouvert, l'élément bimétallique B2 n'étant pas en contact avec l'électrode E2. D'autre parts le temps pendant lequel ce circuit reste fermé, c'est-à-dire le temps pendant lequel les électrodes F1 et F2 sont préchauffées, est fonction inverse de l'intensité du courant qui traverse ces électrodes -. en effet, l'élément bimétallique Bl se déformera lorsque une énergie calorifique déterminée R1 i2 t aura été dégagée par la résis- tance R1.
La figure 2 des dessins annexés représente schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation du démarreur thermi- que à effluve utilisé, suivant l'inventions dans un dispositif d'amorgage de lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métalliqueo
Suivant le croquis, on monte sur un pied P de lampe à deux en- trées de courant C : un support T, une électrode E, qui peut être une en- trée de courant ou un fil soudé à celle-ci et un élément bimétallique B, non en contact avec E, fixé sur le support T.
On fixe un fil résistant R bobiné en hélice entre le support T et la seconde entrée de courant de fa- çon telle que, lorsqu'il est traversé par un courant, le fil résistant R échauffe l'élément bimétallique Bo On soude le pied P à une ampoule A et on vide la lampeo On remplit ensuite cette lampe d'un gaz rare (argon ou néon) ou d'un mélange de gaz rares, la composition et la pression du gaz de remplissage¯, pression de l'ordre de quelques dizaines de millimètres de mercure,
dépendant de la tension à partir de laquelle on désire obtenir l'amorçage d'une décharge entre les éléments B et Eo On peut de plus mu- nir la lampe d'un getter destiné à améliorer le vide avant introduction du gaz et à sensibiliser l'élément bimétallique B de façon à abaisser la tension d'amorçage d'une décharge entre B et Eo Enfin, au cours des es- sais on a remarqué qu'il était préférable, pour le bon fonctionnement de l'appareils de constituer l'électrode E d'un métal très flexible ou d'en aug- menter la flexibilité par une disposition adéquateo On peut, par exemple,
constituer l'électrode E d'un fil de molybdène soudé à l'entrée de courante la base du fil formant une boucle qui fait office de ressorte ainsi qu'il est représenté schématiquement en H sur la figure 20
Le démarreur thermique Dl de son côté peut avantageusement être construit d'une manière assez semblable au démarreur D2 avec toutefois les deux différences suivantes, essentielles pour le fonctionnement du disposi= tif
1) l'élément bimétallique B du démarreur thermique Dl est monté de façon telle qu'il soit en contact avec l'électrode E et la pression de ce contact est choisie pour que l'élément bimétallique B ne s'écarte pas de
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E avant qu'une quantité de chaleur déterminée ait été produite par la résis- tance Ro
2) 1-'ampoule, après avoir été vidée,
est remplie d'un gaz sous très faible pression, 1 à 2 millimètres de mercure - ce gaz étant destiné à accélérer le refroidissement de B et de R après le fonctionnement du dé- marreuro
Le dispositif d'amorçage pour lampes à décharges électriques dans un gaz ou une vapeur métallique décrit ci-dessus et illistré à la figu- re 1 présente donc les deux avantages importants suivants g
1) le temps de préchauffage des électrodes de la lampe à déchar= ges varie proportionnellement à l'inverse de la puissance émise par effet Joule dans les dites électrodes,
2) la consommation du dispositif d'amorçage est nulle pendant le fonctionnement en régime de la lampe à déchargée Ce dispositif ne peut cependant empêcher le phénomène dit de "recyclage",
phénomène par lequel le dispositif d9amorgage continue à fonctionner indéfiniment lorsque la lampe à décharges, mise sous tension, ne peut s'allumer correctement par suite par exemple de défectuosité ou d'usure. Ce phénomène, outre qu'il est la cause d'une consommation anormale d'énergie électrique et d'une réduction de vie du matériel auxiliaire coopérant avec la lampe, cause une impression visuelle désagréable pour 1-'usager.
Il est possible de supprimer cet inconvénient en utilisant, en coopération avec le démarreur thermique à effluve décrit ci-dessus et dont la figure 2 montre un exemple de réalisation un second démarreur basé sur un principe semblable et constitué de la même façon sauf en ce que ce se- cond démarreur est fermé au repos il sera appelé dans la suite "démarreur thermique à effluve normalement fermé" par opposition au démarreur thermi- que à effluve décrit ci-dessus qui est normalement ouvert et sera désigné dans la suite par : "démarreur thermique à effluve normalement ouvert".
Le démarreur thermique à effluve normalement fermé a été décrit dans le brevet belges déposé le 27 mars 1951, pour s 'Démarreur thermique à effluve pour lampes à décharges électriques et circuits y associés", le circuit d'amorgage utilisant ce démarreur ayant la propriété de ne permet- tre qu'un seul essai d'allumage de la lampe à décharges.
Le dit brevet belge est de plus relatif à l'emploi du démar- reur thermique à effluve normalement fermé en coopération avec un démarreur thermique ou un démarreur à effluve; ce système était destiné à permettre un nombre de fonctionnement supérieur à un mais petit du dispositif d'amor= gages résultat particulièrement intéressant lorsque les électrodes de la lampe à décharges sont partiellement épuisées et que la décharge ne peut s'établir à l'issue d'un seul préchauffage. Ce même résultat peut aussi être obtenu par l'association judicieuse d'un démarreur thermique à efflu- ve décrit précédemment, d'un démarreur thermique et d'un démarreur thermi- que à effluve normalement fermé.
Suivant l'invention, le dispositif d'amorçage pour lampes à dé- charges, le démarreur thermique à effluve et les circuits y associés peuvent encore être caractérisés en ce que :
1) le démarreur thermique à effluve normalement ouvert est uti- lisé en combinaison avec un démarreur thermique à effluve normalement fermée les résistances chauffantes et les interrupteurs de chacun des démarreurs étant connectés en série dans le circuit de préchauffage des électrodes de la lampe à décharges,
les résistances chauffantes étant telles que lorsqu'el= les sont traversées par le courant de préchauffage elles produisent un dé-
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gagement de chaleur capable d'ouvrir l'interrupteur du démarreur thermique à effluve normalement fermé et de maintenir fermé l'interrupteur du démarreur thermique à effluve normalement ouverte ce dernier interrupteur ayant été fermé au préalable sous l'effet de la chaleur dégagée dans une décharge par effluve jaillissante à la mise sous tension, entre les éléments du dit inter- rupteurl'élément bimétallique et l'électrode de chacun des démarreurs étant tels que, lorsque la lampe est sous tension et pour autant qu'une décharge ne soit pas établie dans la dite lampe,
une décharge par effluve peut s'éta= blir entre les dits éléments, cette décharge produisant un dégagement de chaleur capable, soit de fermer l'interrupteur du démarreur thermique à ef- fluve normalement ouverte soit de maintenir ouvert l'interrupteur du démar- reur thermique à effluve normalement fermée ce dernier interrupteur ayant été ouvert au préalable sous l'effet de la chaleur dégagée dans la résistan- ce chauffante traversée par le courant de préchauffage, le circuit offert au courant de la décharge par effluve étant fermé par une résistance shuntant le démarreur thermique à effluve normalement ouverto
2)
le démarreur thermique à effluve normalement ouvert est uti- lisé avec un démarreur thermique à effluve normalement fermé et avec un dé- marreur thermique dont l'interrupteur est également fermé au repos ; laré- sistance chauffante et l'interrupteur de chacun des trois démarreurs sont connectés en série dans le circuit de préchauffage de la lampe à décharges et l'inertie thermique de la résistance chauffante du démarreur thermique à effluve normalement fermé est conditionnée de façon telle que ce démarreur n'ouvre son interrupteur qu'après quelques cycles de fonctionnement du dé- marreur thermique à effluve normalement ouvert et du démarreur thermique ;
après ces quelques cycles de fonctionnement, et si la lampe à décharges ne s'est pas allumée, le démarreur thermique à effluve normalement fermé ouvre son interrupteur, cet interrupteur restant indéfiniment dans la position ouverte sous l'action de la chaleur dégagée dans une décharge par effluve jaillissant entre les éléments du dit interrupteur, le circuit offert au courant de cette décharge étant fermé par une résistance shuntant le dé- marreur thermique à effluve normalement ouverte
La figure 3 des dessins annexés représente un cas d'applica- tion de démarreur thermique à effluve normalement ouvert utilisé en combi- naison avec un démarreur thermique à effluve normalement fermé pour l'amor- çage d'une lampe à décharges électriques.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant
A la mise sous tension, une effluve jaillit entre les électro- des E2 - B2 du démarreur thermique à effluve D20 La chaleur dégagée par cette effluve a pour effet de déformer l'élément bimétallique B2 qui vient en contact avec l'électrode E2. Dès ce moment un courant de préchauffage circule dans les électrodes Fl-F2 de la lampe à décharges L en traversant successivement l'impédance de stabilisation S, l'électrode F1, la résis- tance Rl, l'interrupteur B1-EL, la résistance R2, l'interrupteur B2-E2 et l'électrode F2 (la résistance K étant de valeur très élevée par rapport à celle de R2 - de l'ordre de 10.000 ohms - on peut négliger le courant qui traverse cette résistance).
Le courant de préchauffage traversant la ré- sistance RI y provoque un dégagement de chaleur par effet foules chaleur qui a pour effet de déformer l'élément bimétallique B1 qui, après un certain temps., quitte l'électrode E1, et ouvre ainsi l'interrupteur du démarreur D1.
En cas d'amorçage normal de la lampe L, les résistances RI et R2 n'étant plus traversées par un courant, l'interrupteur E1-B1 se ferme, l'interrupteur E2- B2 s'ouvre et le dispositif d'amorçage reprend sa position de repos, la tension existant alors entre les éléments B2 et E2, qui est la tensiqn aux bornes de la lampe L, étant insuffisante pour provoquer une effluve entre les deux éléments.
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En cas de non amorçage de la lampe L, les éléments El Bl qui s'étaient séparés sous l'effet de la chaleur dégagée dans la résistance R1 sont soumisà la tension du réseausuffisante pour amorcer une décharge par effluve entre les dits éléments la chaleur dégagée par cette décharge main- tenant ouvert l'interrupteur E1-B1; le courant de la décharge étant trop faible pour maintenir fermé l'interrupteur E2-B2, celui-ci s'ouvre et le cir- cuit de décharge se ferme par la résistance Ko Ainsi, l'interrupteur El-Bl du démarreur Dl restant définitivement ouvert, le dispositif d'amorçage ne fonctionnera qu'une seule fois.
La figure 4 des dessins annexés représente un cas d'application du démarreur thermique à effluve.normalement ouvert utilisé en combinaison avec un démarreur thermique à effluve normalement fermé et un démarreur ther- mique ordinaire pour l'amorçage d'une lampe à décharges électriques.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant
Après l'enclenchement, une effluve s'établit entre les éléments E2-B2 du démarreur thermique à effluve normalement ouvert D2. La chaleur dégagée par cette effluve a pour effet de déformer l'élément bimétallique B2 qui vient en contact avec l'électrode E2.
Des.ce moment un courant de préchauffage circule alors dans les électrodes Fl et F2 de la lampe à déchar- ges L en traversant successivement l'impédance de stabilisation S, l'électro- de F1, la résistance chauffante R1, les éléments Bl E1, la résistance chauf- fante R2, les éléments B2 E2, la résistance chauffante R3, les éléments B3 E3 et 1'électrode F2 - la résistance K shuntant le démarreur D2 étant très éle- vée (de l'ordre de 100000 ohms) est traversée par un courant négligeable.
Le courant traversant les résistances chauffantes produit dans les trois dé- marreurs D1, D2, D3 un dégagement de chaleur tel que l'élément bimétallique B2 est maintenu en contact avec E2 et que l'élément bimétallique B3 du dé- marreur thermique ordinaire D3 quitte, après un certain temps, l'électrode E3 ouvrant ainsi le circuit de préchauffage. Dès ce moment., les résistan- ces R2 et R3 n'étant plus traversées par un courante les éléments bimétalli- ques B2 et B3 reprennent leur position de repos qui est celle représentée sur la figure 4.
En cas d'amorçage normal de la lampe L après un premier cycle de préchauffage, les trois éléments bimétalliques restent dans cette posi- tion, la tension entre les éléments B2 et E2 étant celle qui existe entre les électrodes Fl et F2 de la lampe L, est insuffisante pour provoquer une décharge entre les dits éléments B2 et E2.
En cas de non amorçage de la lampe L après un premier cycle de préchauffage, le processus d'amorçage peut recommencer, l'inertie thermique de la résistance chauffante R1 du démarreur thermique à effluve normalement fermé Dl étant telle que l'ouverture de l'interrupteur El-Bl ne peut se pro- duire qu'après plusieurs fonctionnements des démarreurs D2 et D3, la résis- tance Rl accumulant une certaine énergie calorifique à chacun de ces fonc- tionnementso Finalement l'interrupteur El-Bl du démarreur D1, s'ouvre et, si la lampe L ne s'est pas allumée;
? est maintenu ouvert par une décharge jaillissant entre Bl et E1, le circuit offert au courant de cette décharge étant fermé par les résistances K et R3, ce courant étant d'ailleurs insuf- fisant pour provoquer la déformation de l'élément bimétallique B3.
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BIMETALLIC SWITCHES AND STARTING DEVICES FOR A LAMPS
ELECTRICAL DISCHARGE.
The present invention relates to automatic devices intended to cooperate with electric discharge lamps in a gas or a metallic vapor for the purpose of priming such lamps by preheating their electrodes.
The invention relates in particular to devices with elements that can be influenced by a heat release, \) in particular bimetallic elements which deform under the effect of the heat released either by a resistance or by an electric discharge. These devices are commonly called "starters". They will be designated hereinafter by “thermal starter” or “corona starter” depending on whether the heat release is produced by a resistance or by an electric discharge.
The use of one or other of these devices, thermal starter or corona starter, for commissioning electric discharge lamps by heating their electrodes in a gas or a metallic vapor, \) effectively causes the lamp ignition, but the two systems have the following respective drawbacks a) With the corona starter, the time during which the electrodes of the lamp are heated during the ignition is independent of the intensity of the heating current. Indeed, in this type of starter, a bimetallic electrode comes into contact with a fixed electrode under the effect of the heat given off by the effluvium which spurts out between these two electrodes as soon as the tube is switched on When the contact is closed , it is crossed by a current which,
going through the electrodes of the discharge lamp, heats them. But from this moment the bimetallic electrode of the starter cools and, after a certain time g breaks its contact with
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the fixed electrode The time during which the contact remains closed therefore does not depend on the intensity of the heating current and is generally too short to ensure correct heating of the electrodes of the discharge lamp.
b) With the thermal starter, the disadvantage pointed out above for the corona starter is eliminated o Indeed. \) in the thermal starter, the heating resistor is connected in series with the discharge lamp and the contact between fixed and bimetallic electrodes closed to cold is opened by the passage of the heating current in the heating resistor: the time during which the contact remains closed, that is to say the time during which the heating current circulates in the electrodes of the discharge lamp is therefore related to the intensity of this current and will be all the shorter or longer as the intensity of the current is strong or weak.
But the thermal starter is difficult to construct because it must remain open during the operation of the lamp, and this for quite diverse values of the intensity of the operating current; moreover, it consumes energy permanently, which reduces the light output of the assembly; finally, its wear is relatively rapid.
The present invention relates to improvements made to starters for electric discharge lamps in a gas or metal vapor and to circuits ensuring correct initiation of the discharge between the electrodes of the lamp. It relates more particularly to a starter combining the properties of corona starters and thermal starters, the starter according to the invention being hereinafter referred to as “corona thermal starter”. It also relates to a device for starting electric discharge lamps making the preheating time of the electrodes of said lamp an inverse function of the intensity of the current and consuming no energy during the operation of the lamp. .
According to the invention, the corona thermal starter for electric discharge lamps in a gas or a metallic vapor and the associated circuit have, together or separately, the following characteristics:
1) the starter comprises a bimetallic element cooperating with a fixed electrode;
the bimetallic element, being associated with a heating resistance forms, with the fixed electrode, the starter switch., this switch being open at rest,
2) the starter comprises a bimetallic element cooperating with a movable electrode which can move slightly from its rest position in the direction of displacement of the bimetallic element, the latter being associated with a heating resistor., Form with l movable electrode., the starter switch this switch being open when refitting
3) the starter comprises a bimetallic element cooperating with a movable electrode which can move slightly around its rest position,
this displacement being obtained by constituting the electrode of a very elastic material or by constituting the electrode of a fairly rigid wire and by winding the base of the electrode so as to form a loop acting as a spring; the bimetallic element, being associated with a heating resistor., forms with the movable electrode the starter switch, this switch being open when rested
4) the starter is contained in an enclosure filled with a rare gas or a mixture of rare gases;
, argon and / or neon., under a low pressure of the order of 20 to 60 millimeters of mercury, so that., when the starter switch is open and provided that the discharge lamp is not on, a corona discharge can be established between the bimetallic element and the fixed or mobile electrode., the heat release of the ef-
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fluve being sufficient to cause the starter switch to close.,
5) the heating resistor cooperating with the bimetallic element of the starter and the switch of said starter are intended to be connected in series in the circuit for preheating the electrodes of the discharge lamp,
the heat release produced by the passage through the heating resistor of the preheating current being sufficient to keep the starter switch in the closed position, this switch having been closed beforehand under Inaction of the heat release of a discharge by corona according to the process described in paragraph 4) above. 51
6) the corona thermal starter described above is intended to be used in cooperation with an ordinary thermal starter comprising a bimetallic element cooperating with a fixed or movable electrode around its rest position;
Bimetallic insulation being associated with a heating resistor, forms with the electrode, the thermal starter switch, this switch being closed when resting
7) The heating resistor and the switch of the corona thermal starter and the same elements of the associated ordinary thermal starter are intended to be connected in series in the preheating circuit of the electrodes of the discharge lamp, l 'the effect of the passage through the two heating resistors of the preheating current being to cause the opening of the switch of the ordinary thermal starter and to keep the switch of the corona thermal starter closed,
the latter switch having been closed beforehand under the influence of the heat given off by a corona discharge following the process described in paragraph 4) above.
FIG. 1 of the accompanying drawings gives, by way of non-limiting example, an embodiment diagram of the starting device for lamps with electric discharges in a metal gas or a vapor device comprising according to 1-the invention a thermal starter and an effluveo thermal starter
In this figure L denotes the electric discharge lamp supplied from a suitable current source through a stabilization impedance S (resistance, inductance or capacitance, or even any combination of these three elements), the preheating of the electrodes F1 and F2 of the lamp L being provided by the device consisting of starters D1 and D2, Dl being a thermal starter and D2 a thermal starter with corona.
The operation of the device is as follows:
Before switching on, the starter switch Dl is closed ;, the bimetallic electrode Bl pressing on the electrode El, while the starter switch D2 is open, the bimetallic electrode B2 not being in contact with electrode E2. As soon as the power is turned on, a corona spurts out between the electrodes E2 and B2 of the starter D2, the heat given off by this corona having the effect of deforming B2 bimetallic insulation and bringing it into contact with E2.
At this moment, the electrodes FI and F2 of the lamp L are crossed by a preheating current which successively passes through the following elements:
S = stabilization impedance of the lamp, FI = - electrode of the discharge lamp Lo
RI - heating resistor of the starter Dl.
Bl, El - starter electrodes D1.
R2 = heating resistor of the starter D20
B2, E2 - D2 starter electrodes.
F2 - electrode of the discharge lamp Lo
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The preheating current therefore flows through the two heating resistors R1 and R2 which has the effect:
1) to keep the bimetallic element B2 in contact with E2,
2) to cause the deformation of the bimetallic element Bl which after a certain time leaves the electrode El with which it formed a closed switch and thus opens the circuit for preheating the electrodes
F1 and F2 of the lamp L by turning it on.
Immediately after the opening of the preheating circuit by the starter D1, the resistors R1 and R2 cool down and the two bimetallic elements B1 and B2 return to their position of resting the voltage applied between the elements E2 and B2s which is now the voltage at the terminals of the discharge lamp, being too low to initiate a corona between these two elements.
So during the operation of the lamps the starters D1 and D2 do not consume energy since the circuit in which they are. inserted is open, the bimetallic element B2 not being in contact with the electrode E2. On the other hand the time during which this circuit remains closed, that is to say the time during which the electrodes F1 and F2 are preheated, is an inverse function of the intensity of the current which passes through these electrodes. in fact, the bimetallic element B1 will deform when a determined heat energy R1 i2 t has been released by the resistor R1.
FIG. 2 of the accompanying drawings shows schematically, by way of nonlimiting example, an embodiment of the thermal corona starter used, according to the invention in a device for priming electric discharge lamps in a gas or a gas. metallic steam
According to the sketch, we mount on a lamp base P with two current inputs C: a support T, an electrode E, which can be a current input or a wire soldered to it and a bimetallic element B, not in contact with E, fixed on the support T.
A resistive wire R wound in a helix is fixed between the support T and the second current input in such a way that, when it is crossed by a current, the resistive wire R heats the bimetallic element Bo The foot P is welded to an ampoule A and the lamp is emptied o This lamp is then filled with a rare gas (argon or neon) or a mixture of rare gases, the composition and pressure of the filling gas, pressure of the order of a few tens of millimeters of mercury,
depending on the voltage from which it is desired to obtain the initiation of a discharge between the elements B and Eo. The lamp can also be fitted with a getter intended to improve the vacuum before introduction of the gas and to sensitize the gas. 'bimetallic element B so as to lower the voltage for initiating a discharge between B and Eo Finally, during the tests it was observed that it was preferable, for the proper functioning of the apparatus to constitute the electrode E of a very flexible metal or to increase its flexibility by an adequate arrangement o One can, for example,
constitute the electrode E of a molybdenum wire welded to the current inlet, the base of the wire forming a loop which acts as a spring as is shown schematically at H in figure 20
The thermal starter Dl for its part can advantageously be constructed in a manner quite similar to the starter D2 with however the following two differences, essential for the operation of the device.
1) the bimetallic element B of the thermal starter Dl is mounted so that it is in contact with the electrode E and the pressure of this contact is chosen so that the bimetallic element B does not deviate from
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E before a determined amount of heat has been produced by the resistor Ro
2) 1-'ampoule, after being emptied,
is filled with a gas under very low pressure, 1 to 2 millimeters of mercury - this gas being intended to accelerate the cooling of B and R after operation of the starter
The starting device for electric discharge lamps in a gas or a metallic vapor described above and illustrated in FIG. 1 therefore has the following two important advantages:
1) the preheating time of the electrodes of the discharge lamp = ges varies proportionally to the inverse of the power emitted by the Joule effect in said electrodes,
2) the consumption of the starting device is zero during operation of the low-charge lamp. This device cannot however prevent the so-called "recycling" phenomenon,
phenomenon whereby the priming device continues to operate indefinitely when the discharge lamp, when switched on, cannot light up correctly, for example due to defect or wear. This phenomenon, besides being the cause of an abnormal consumption of electrical energy and of a reduction in the life of the auxiliary equipment cooperating with the lamp, causes an unpleasant visual impression for the user.
It is possible to eliminate this drawback by using, in cooperation with the thermal corona starter described above and of which FIG. 2 shows an exemplary embodiment, a second starter based on a similar principle and constituted in the same way except in that this second starter is closed at rest it will be referred to hereinafter as "normally closed corona thermal starter" as opposed to the above-described thermal corona starter which is normally open and will be referred to below as: "starter normally open corona thermal ".
The normally closed corona thermal starter was described in the Belgian patent filed on March 27, 1951, for its corona thermal starter for electric discharge lamps and associated circuits ", the priming circuit using this starter having the property of allow only one test for ignition of the gas discharge lamp.
Said Belgian patent further relates to the use of the normally closed corona thermal starter in cooperation with a thermal starter or a corona starter; this system was intended to allow a number of operations greater than one but small of the starting device = gages particularly interesting result when the electrodes of the discharge lamp are partially exhausted and the discharge cannot be established at the end of 'only one preheating. This same result can also be obtained by the judicious association of a thermal corona starter described above, a thermal starter and a normally closed corona thermal starter.
According to the invention, the starting device for discharge lamps, the thermal corona starter and the circuits associated therewith can also be characterized in that:
1) the normally open corona thermal starter is used in combination with a normally closed corona thermal starter, the heating resistors and the switches of each of the starters being connected in series in the preheating circuit of the electrodes of the discharge lamp,
the heating resistors being such that when they are crossed by the preheating current they produce a de-
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heat generator capable of opening the switch of the corona thermal starter normally closed and keeping the switch of the corona heat starter normally open, the latter switch having been previously closed by the effect of the heat given off in a discharge by a bursting corona on switching on, between the elements of said switch the bimetallic element and the electrode of each of the starters being such that, when the lamp is under tension and provided that a discharge is not established in the said lamp,
a corona discharge may be established between said elements, this discharge producing a release of heat capable of either closing the switch of the thermal starter normally open or of keeping the starter switch open. corona thermal normally closed this last switch having been opened beforehand under the effect of the heat given off in the heating resistor through which the preheating current passes, the circuit offered to the corona discharge current being closed by a shunt resistance the normally open thermal starter
2)
the normally open thermal starter is used with a normally closed thermal starter and with a thermal starter whose switch is also closed when idle; the heating resistor and the switch of each of the three starters are connected in series in the preheating circuit of the discharge lamp and the thermal inertia of the heating resistor of the normally closed corona thermal starter is conditioned in such a way that this starter only opens its switch after a few operating cycles of the normally open corona thermal starter and the thermal starter;
after these few operating cycles, and if the discharge lamp has not ignited, the normally closed corona thermal starter opens its switch, this switch remaining indefinitely in the open position under the action of the heat given off in a discharge by corona spouting between the elements of said switch, the circuit offered to the current of this discharge being closed by a resistor bypassing the normally open corona thermal starter
FIG. 3 of the accompanying drawings shows an application case of a normally open corona thermal starter used in combination with a normally closed corona thermal starter for starting an electric discharge lamp.
The operation of the device is as follows
When the power is turned on, a corona spouts out between the electrodes E2 - B2 of the D20 corona thermal starter. The heat given off by this corona has the effect of deforming the bimetallic element B2 which comes into contact with the electrode E2. From this moment a preheating current circulates in the electrodes Fl-F2 of the discharge lamp L passing successively through the stabilization impedance S, the electrode F1, the resistor Rl, the switch B1-EL, the resistor. R2, switch B2-E2 and electrode F2 (the resistance K being of a very high value compared to that of R2 - of the order of 10,000 ohms - we can neglect the current flowing through this resistance).
The preheating current flowing through the resistor RI causes a release of heat there by heat crowd effect which has the effect of deforming the bimetallic element B1 which, after a certain time, leaves the electrode E1, and thus opens the starter switch D1.
In the event of normal starting of the lamp L, the resistors RI and R2 no longer being crossed by a current, the switch E1-B1 closes, the switch E2-B2 opens and the starting device resumes its rest position, the tension then existing between the elements B2 and E2, which is the tension across the terminals of the lamp L, being insufficient to cause a corona between the two elements.
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In the event of non-ignition of the lamp L, the elements El B1 which had separated under the effect of the heat given off in the resistor R1 are subjected to the voltage of the network sufficient to initiate a discharge by corona between the said elements. by this discharge keeping switch E1-B1 open; the discharge current being too low to keep switch E2-B2 closed, it opens and the discharge circuit closes by resistance Ko Thus, switch El-Bl of starter Dl remains permanently open, the priming device will only operate once.
FIG. 4 of the accompanying drawings shows an application case of the normally open corona thermal starter used in combination with a normally closed corona thermal starter and an ordinary thermal starter for starting an electric discharge lamp.
The operation of the device is as follows
After switching on, a corona is established between elements E2-B2 of the normally open corona thermal starter D2. The heat given off by this corona has the effect of deforming the bimetallic element B2 which comes into contact with the electrode E2.
From this moment a preheating current then circulates in the electrodes Fl and F2 of the discharge lamp L passing successively through the stabilization impedance S, the electro- of F1, the heating resistor R1, the elements Bl E1 , the heating resistor R2, the elements B2 E2, the heating resistor R3, the elements B3 E3 and the electrode F2 - the resistance K shunting the starter D2 being very high (of the order of 100,000 ohms) is crossed by a negligible current.
The current flowing through the heating resistors produces in the three starters D1, D2, D3 a release of heat such that the bimetallic element B2 is kept in contact with E2 and the bimetallic element B3 of the ordinary thermal starter D3 leaves , after a certain time, the electrode E3 thus opening the preheating circuit. From this moment, the resistors R2 and R3 no longer being crossed by a current, the bimetallic elements B2 and B3 return to their rest position which is that shown in FIG. 4.
In the event of normal ignition of the lamp L after a first preheating cycle, the three bimetallic elements remain in this position, the voltage between the elements B2 and E2 being that which exists between the electrodes Fl and F2 of the lamp L , is insufficient to cause a discharge between said elements B2 and E2.
In the event of non-ignition of the lamp L after a first preheating cycle, the ignition process can begin again, the thermal inertia of the heating resistor R1 of the normally closed corona thermal starter Dl being such that the opening of the El-Bl switch can only occur after several operations of the starters D2 and D3, the resistor Rl accumulating a certain heat energy at each of these operations o Finally the El-Bl switch of the starter D1, s 'opens and, if the lamp L has not come on;
? is kept open by a discharge spurting out between B1 and E1, the circuit offered to the current of this discharge being closed by resistors K and R3, this current being moreover insufficient to cause the deformation of the bimetallic element B3.
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