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La présente invention concerne, de façon générale, les appa- reïls servant à faire démarrer et fonctionner des dispositifs à décharge à atmosphère gazeuse, comme les lampes fluorescentes, ainsi que les disposi- tifs de liaison entre appareils et dispositifs à décharge de ce genre, et plus spécialement les transformateurs, ballasts et dispositifs de chauffage nécessaires aux dispositifs à décharge à cathodes continuellement chauffées de ce genre.
Quand plusieurs dispositifs à décharge électrique à atmosphère gazeuse, dont la lampe fluorescente est un exemple, fonctionnent ensemble, il est courant de les alimenter au moyen d'une seule source basse tension, , par l'intermédiaire d'un transformateur, de manière à obtenir une tension plus élevée que celle de la source, pour faire démarrer et fonctionner la lampe. Généralement le transformateur est du type auto-transformateur, et plusieurs dispositifs à décharge peuvent être reliés au secondaire du trans- formateur, un ballast distinct, ayant la forme d'une self à noyau magnéti- que, étant relié en série avec chaque lampe, de manière à stabiliser son fonctionnement.
En outre, pour obtenir un facteur de puissance élevé et corriger l'effet stroboscopique, le circuit d'un dispositif de décharge est déphasé en avant, par l'adjonction d'un condensateur série. Jusqu'ici, dans les dispositifs à décharge à cathodes chauffées en permanence, les diffé- rents enroulements de transformateur, de ballast et de chauffage nécessi- taient de grandes quantités de cuivre et de fer, et les tentatives faites jusqu'ici pour réduire leurs dimensions et leur poids n'ont pas donné entière satisfaction. Aussi, dans certains cas, on utilise, pour avoir un chauffage permanent des cathodes des lampes, des enroulements distincts supplémentaires et/ou des éléments de circuit auxiliaires.
L'invention a donc pour but principal de procurer un nouvel ensemble unitaire transformateur et ballast combiné pour la commande de plusieurs dispositifs à décharge à atmosphère gazeuse à cathodes chauffées en permanence, plus léger et moins encombrant que les ensembles utilisés jusqu'ici, et dont les pertes électriques soient réduites en proportion.
L'invention ressortira clairement de la description détaillée, donnée ci-après, de plusieurs de ses formes d'exécution représentées, à titre d'exemple, aux dessins annexés, dans lesquels.:
La figure 1 est une vue schématique d'un ensemble transformateur, ballast et enroulement de chauffage pour la commande de dispositifs à décharge électrique à atmosphère gazeuse, construit suivant les principes. de l'invention, et un circuit de connexion de l'ensemble aux dispositifs à décharge.
La figure 2 montre les connexions et liaisons des enroulements utilisés dans le transformateur, le ballast et le chauffage de l'ensemble représenté à la figure 1.
La figure 3 est une autre vue schématique de l'ensemble transformateur, ballast et chauffage représenté aux figures 1 et 2, et
La figure 4 est une vue schématique d'un ensemble transformateur, ballast et chauffage pour la commande de dispositifs à décharge électrique à atmosphère gazeuse différent de celui représenté aux figures 1 et 3.
Suivant l'invention, les enroulements de transformateur, ballast et chauffage de cathodes pour la commande de plusieurs dispositifs à décharge dans une atmosphère gazeuse, comme les lampes fluorescentes, sont tous montés sur un noyau commun. Quoique l'invention soit décrite ci-après dans son application au fonctionnement d'une paire de lampes, elle- n'est pas limitée à ce nombre exact de lampes, mais s'applique aussi bien à une lampe ou à un plus grand nombre de lampes.
Les enroulements servant à actionner une paire de lampes sont assemblés de façon que la bobine-ballast de la lam-
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pe t'en retard" et le transformateur soient placés dans le même circuit ma- 'tique, tandis que la bobine-ballast de la lampe "en avance" se trouve en denors du circuit magnétique des enroulements du transformateur, mais utilise, comme partie de son circuit magnétique, une partie du circuit magnétique du transformateur.
Les avantages en poids et encombrement d'une telle solution ressortiront clairement de la description détaillée donnée ciaprès:
L'ensemble transformateur et ballast représenté à la figure 1 est monté sur un noyau allongé 4 fait de plusieurs tôles magnétiques et comportant une branche médiane longitudinale 6 portant les enroulements, et deuy parties de culasse 8 de part et d'autre de la branche 6. Quoique le noyau 4 soit décrit ici comme composé de tôles magnétiques, chacune en trois parties, une branche 6 et deux parties de culasse 8, chaque tôle peut être faite d'une pièce, quoiqu'il soit préférable qu'elle soit en plusieurs pièces, trois pièces, par exemple, comme représenté.
Le noyau 4 comprend trois paires d'ouvertures opposées 12, 14 et 16 pratiquées dans les parties de culasse 8 de part et d'autre de la branche d'enroulement 6 et réparties le long du noyau, les fenêtres 12 servant à loger une bobine de déphasage en arrière ou de retard 18 enroulée sur la branche médiane 6. Les fenêtres 14 reçoivent les enroulements de transformateur 74, 76, 77 et 79, bobinés tous sur la branche médiane 6, et les fenêtres 16 reçoivent une bobine de déphasage en avant ou d'avance 22 aussi enroulée sur la branche médiane 6. Les parties de culasse sont pourvus, entre la bobine de retard 18 et les enroulements de transformateur 74,76, 77 et 79, de dents opposées 24 dirigées vers l'intérieur, près de la bobine de retard 18, sanstoucher la branche médiane 6 de manière à déterminer un entrefer de fuite entre les ouvertures 12 et 14.
A l'extrémité gauche du noyau, les parties de culasse sont aussi pourvues de dents opposées 26 dirigées vers l'intérieur jusque contre la branche médiane 6, et de dents opposées 28 aussi dirigées vers l'intérieur jusque contre la branche médiane 6. Les dents 28 sont situées entre les enroulements de transformateur 74, 76, 77, 79 et la bobine d'avance 22. A l'extrémité droite (voir figure 1) du noyau, les parties de culasse 8 ont des branches rentrantes 30 qui, si on le désire, peuvent s'arrêter à une courte distance l'une de l'autre de manière à déterminer des entrefers 31 et 52 entre l'eytrémité droite de la branche médiane 6 et les branches 30 des parties de culasse 8.
Quand le noyau 4 est fait de tôles en trois pièces, comme la figure 1 le montre, celles-ci peuvent être réunies entre elles de toute manière voulue, de préférence par brasage des trois joints extérieurs des trois parties de chaque tôle, notamment aux joints 48 et 50 entre les dents 26 des parties de culasse 8 et l'extrémité voisine de la branche médiane 6, et à l'entrefer 52 entre les branches 30 des parties de culasse 8. Si on le désire, d'autres moyens de fixation, comme des boulons (non représentés), traversant des ouvertures alignées dans la branche médiane 6, peuvent aussi être employés.
Comme le dessin le montre, les divers enroulements de transformateur et de ballast sont reliés électriquement à une paire de lampes fluorescentes 60 et 62 pourvues, chacune, à chaque extrémité, de bornes 34 venant toucher des contacts 101 d'une paire de douilles porte-lampe 100. Chaque lampe contient, à chaque extrémité, une cathode reliée à deux bornes de lampe sortantes 34. Quoique.toutes les cathodes des lampes 60 et 62 soient les mêmes, elles portent ici des références différentes pour faciliter la description de la forme d'exécution de l'invention donnée à titre d'exemple.
Comme la figure 1 le montre, les cathodes aux extrémités de droite et de gauche de la lampe 60 portent les références respectives 32 et 33, et les cathodes aux extrémités de droite et de gauche de la lampe 62 portent les références respectives 36 et 37.
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Les lampes fluorescentes de ce genre sont généralement alimen- tées par une source à basse tension, comme les réseaux courants à 118 ou
236 volts, et une source d'alimentation de ce genre peut être connectée à des conducteurs d'amenée de courant 68 et 70, le conducteur étant pourvu, en série, d'un interrupteur 72.
Dans les lampes à amorçage rapide, les cathodes à chaque ex- trémité de la lampe doivent être chauffées initialement, de manière à ioni- ser partiellement le gaz contenu dans la lampe et à faciliter une première décharge aux bornes de la lampe. Une fois cette décharge initiale établie, il n'est plus nécessaire de chauffer extérieurement les cathodes, qui sont maintenues chaudes par le courant de l'axe établi dans la lampe. A cause de pertes mineurs inévitables et du prix relativement élevé d'un dispositif servant à déconnecter les circuits de chauffage des cathodes, l'eypérience a prouvé qu'il est pratique de chauffer les cathodes de façon permanente, même si cela est inutile pendant les décharges auy bornes de la lampe.
Les figures 1 à 3 montrent que les enroulements 74, 76 et 79 constituent un autotransformateur à enroulement primaire 74 relié aux conducteurs d'alimentation 68 et 70. L'enroulement 79, qui est un prolongement de l'enroulement primaire 74 au-delà du conducteur d'alimentation 68, constitue une partie d'un secondaire d'autotransformateur et est relié à une borne 34 de chaque lampe 60 et 62, c'est-à-dire d'un côté de chacune des cathodes 33 et 37; Les autres côtés des cathodes 33 et 37 sont reliés au conducteur d'alimentation 68 par un conducteur 83. Il faut noter que, lorsque l'interrupteur 72 est fermé, du courant circule dans l'enroulement primaire 74 et induit un courant dans la partie d'enroulement 79.
Ce courant induit passe par le conducteur 81, les cathodes 37 et 33 en parallèle, le conducteur 83, et est suffisant pour échauffer les cathodes 37 et 33 qui ionisent partiellement les lampes 62 et 60, respectivement. Quoique, dans le circuit décrit, les cathodes 37 et 33 soient en parallèle, 1'expérience a montré qu'un circuit série peut aussi être utilisé, si on le désire. Il faut noter aussi que, si, dans la description donnée, ce sont les cathodes d'une extrémité déterminée des lampes 60 et 62 qui sont chauffées, ceci est fait pour la clarté de l'exposé, mais il est indifférent que ce soient les unes ou les autres cathodes qui sont chauffées de cette manière.
Si aussi, pour des questions de mise à la terre, on désire mettre l'ensemble à la terre, l'extrémité de l'enroulement 79 peut être reliée à une résistance 40 mise elle-même à la terre.
L'autre conducteur d'alimentation 70 est relié, par un conducteur 82, à la bobine de retard 18, de manière à être relié en autotransformateur à l'enroulement primaire 74, d'une manière décrite ci-après. La bobine de retard 18 est reliée., par le conducteur 85, à une borne 34 de la cathode 36 de la lampe 62, et une prise intermédiaire 35 de la bobine de retard 18 est reliée, par un conducteur 87, à l'autre borbe 34 de la cathode 36, de façon que la cathode 36 se trouve auy bornes de la partie de dérivation 38 de la bobine de retard 18.
Comme cette dernière est couplée en autotransformateur à l'enroulement primaire 74, une tension est induite dans la bobine de retard 18, dont une partie apparait aux bornes de la partie de dérivation 38 et sert à chauffer la cathode 36 de la lampe 62.
L'enroulement primaire 74 est relié, par une prise 54, à un enroulement 76 relié lui-même, par un conducteur 75, au ballast d'avance 22.
Celui-ci est relié, par un conducteur 78 et un condensateur 80 en série, à une borne 34 de la cathode 32 de la lampe 60. L'autre borne 34 de la cathode 32 est reliée,par un conducteur 55, à une extrémité d'un enroulement 77 couplé inductivement aux enroulements de l'autotransformateur.. L'autre extrémité de l'enroulement 77 est reliée, par un conducteur 89, au conducteur 78, entre la borne 34 et le condensateur 80.
Comme l'enroulement 76 est en relation d'autotransformateur avec l'enroulement primaire 74, une tension est induite dans l'enroulement 76 et provoque à son tour, l'indue-
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tion d'une tension dans l'enroulement secondaire 77. A cause de cette der;nière tension, du courant passe par le conducteur 89, un conducteur 78, la catnode 32, et le conducteur 55 et est suffisant pour chauffer la cathode 32, Les deux lampes 60 et 62 sont donc chauffées quand l'interrupteur 72 est fermé et ce chauffage persiste quand une décharge se produit aux bornes des lampes 60 et 62.
Par sa construction, le noyau 4 constitue un circuit magnétique à faible reluctance comprenant la branche centrale 6 et les parties de culasse 8 entre les dents 26 et 28, ainsi que ces dents mêmes. L'enroulement 76, avec le primaire 74, constitue un autotransformateur connecté aux bornes de la lampe 60, de sorte que la tension de l'enroulement 76 s'ajoute à celle de l'enroulement primaire 74 afin d'obtenir la haute tension nécessaire au fonctionnement de la lampe 60, une fois celle-ci suffisamment ionisée par les cathodes chauffées 32 et 33 pour qu'une décharge se produise sous cette tension. Le circuit de fonctionnement de la lampe 60 comprend donc le prinaire 74, la prise 75, l'enroulement 76, la bobine d'avance 22, le conducteur 78 avec le condensateur 80 en série, la lampe 60 et le conducteur 83.
Comme la bobine d'avance 22 fait partie du circuit d'alimentation de la lampe 60, l'entrefer 31 entre les branches 30 et l'extrémité voisine de la branche médiane 6 détermine la réactance de la bobine 22. L'entrefer 52 entre les deux branches 30 mêmes, quoique non essentiel, est intéressant pour assurer un bon assemblage de chaque tôle, en particulier un bon contact des denzs 26 et 28 avec la branche médiane 6 et l'écartement voulu entre les dents 24 et la branche médiane 6.
Le circuit d'actionnement de la lampe 62 comprend l'enroulement primaire 74, le conducteur 82, la bobine de retard 18, le conducteur 85, la lampe 62 et le conducteur 83. Comme la bobine de retard 18 se trouve dans le même circuit magnétique que le primaire 74, leurs deux tensions s'ajoutent et donnent la haute tension nécessaire à faire fonctionner la lampe 62, une fois celle-ci suffisamment ionisée par les cathodes chauffées 36 et 37 pour qu'une décharge se produise à cette tension. La bobine de retard 18 agit cependant un peu différemment de l'enroulement 76 de l'autotransformateur, en ce que les dents 24 des parties de culasse du noyau prévoient un entrefer de fuite entre le primaire 74 et la bobine de retard 18,qui présente une réactance élevée pour le circuit contenant la bobine de retard 18.
Il est clair que la bobine de retard 18 peut être calculée de façon à produire, avec le primaire 74, une tension d'amorçage et de fonctionnement de la lampe 62 qui est, en substance, la même que celle produite par l'autotransformateur pour la lampe 60. La bobine de retard 18 présente aussi, en série avec la lampe 62,une réactance de valeur comparable à celle présentée à la lampe 60 par la bobine d'avance 22 et le condensateur 80.
Comme la bobine de retard 18 présente une réactance relativement élevée dans le circuit de la lampe 62, il est clair que le courant de cette lampe est déphasé en arrière sur la tension d'alimentation, tandis que le condensateur 80, dans le circuit de la lampe 60, déphase le courant de cette dernière en avant par rapport à la tension d'alimentation, de manière à obtenir.un facteur de puissance relativement élevé et à corriger l'effet stro- boscopique des lampes.
En fonctionnement, la tension disponible pour l'amorçage de la lampe de tête 60 est un peu supérieure à la tension de fonctionnement à cause de la partie commune du circuit magnétique comprenant les dents 28 des parties de culasse 8 qui peuvent avoir une section réduite de façon à se saturer partiellement quand le circuit de la lampe de tête 60 est ouvert. En déphasant convenablement la bobine d'avance 22 par rapport au primaire 74, c'est-à-dire en bobinant de façon que le flux induit s'ajoute, la tension à circuit ouvert appliquée à la lampe 60 est nettement supérieure à la tension de sortie de l'autotransformateur, due à une partie du flux produit par le primaire 74 couplée à la bobine d'avance 22.
De cette manière, les dimensions
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desenroulement peuventêtre réduites pour toute tension à circuit ouvert
Comandée pour la lampe 60, la tension nécessaire à la lampe 62 pouvant tou- jours être obtenue en calculant convenablement la bobine de retard 18. Une fois la lempe 60 amorcée, le flux décroît dans la section réduite 28, étant alors égal à la différence vectorielle entre le flux de l'autotransforma- teur et celui de la bobine d'avance 22. Quand la lampe 60 s'amorce, le cou- plage entre l'&utotransformateur et la bobine d'avance 22 est réduit, et cel- le-ci, en tous cas pratiques,agit comme si elle était entièrement indépen- dante de 1'autotransformateur.
La tension totale aux bornes de la bobine d'avance 22, le condensateur 80 et la lampe 60 en série réunis, est,'après amorçage de la lampe, plus petite que la te-ision à circuit ouvert aux bor- nes de l'autotransformateur et de la bobine d'avance en série.
Un autre ensemble transformateur, ballast et chauffage conforme aux principes de l'invention est représenté schématiquement à la figure 4. Il faut noter que l'ensemble considéré est en substance identique au précédent, et les mêmes éléments portent les mêmes références. La figure 4 est un exemple de déplacement du primaire 74 par rapport au secondaire'76, de façon à pouvoir rédaire la tension entre la ligne de réseau 68 et l'extrémité chaude de l'enroulement secondaire 76. Il est supposé que cette modification se comprend le mieux en considérant que les lignes du réseau 68' et 70' sont simplement remontées et connectées respectivement aux bornes 102' et 103'.
Comme les fils de réseau 68' et 70' sont toujours placés aux bornes du primaire 74' comme auparavant, et comme le nombre total d'enroulements de l'autotransformateur reste inchangé, la tension produite aux bornes des lampes 60' et 62' a la même valeur. On obtient, par ce déplacement, une partie d'enroulement secondaire supplémentaire 76", connectée à la ligne de réseau 68' par la borne 102', en deçà de la ligne 68', de manière à compenser la réduction dans la partie supérieure 76' de l'enroulement secondaire. Comme l'enroulement de chauffage 79' n'est pas connecté directement à la ligne de roseau 68', il est relié par deux conducteurs 81' et 83' arrivant à ses extrémités.
Par cette modification, la tension entre la ligne de réseau 68' et le côté haute tension de l'enroulement secondaire 76' et de la bobine 18' peut être nettement réduite. Grâce à cette réduction de tension, la ten sion entre la ligne de réseau 68' et les différents éléments, comme le conducteur 78', qui sont reliés à l'extrémité chaude l'enroulement secondaire 76', est aussi réduite. Pour la même raison, les éléments comme le conducteur 85', qui sont reliés au côté haute tension de la bobine 18' ont aussi leur tension réduite.
Donc dans le cas d'un réseau normal où un des fils du réseau, le fil 68' par exemple, est mis à la terre, il y a moins de chances de subir des secousses puisque la différence de potentiel entre le côté haute tension du secondaire de l'autotransformateur et le côté mis à la terre du réseau, est réduite.
Les ensembles transformateur-ballast décrits ci-dessus se sont avérés de construction plus économique qu'auparavant, présentant une économie très sérieuse de cuivre et de fer, une réduction des pertes ainsi que des dimensions et du poids.
La description ci-dessus montre que l'invention procure un ensemble transformateur-ballast pour appareils à décharge à cathodes chauffées en permanence dans lequel les enroulements de chauffage d'au moins une des cathodes de chaque lampe, sont une extension d'un primaire d'autotransformateur. On notera aussi que les formes d'exécutibn de l'invention sont des constructions d'une pièce et qu'aucun appareil auxiliaire extérieur à l'ensemble transformateur-ballast n'est nécessaire. Il est clair que cette construction d'une pièce permet de notables économies de fabrication et d'installation dans un système utilisant des appareils à cathodes chauffées en permanence. En confondant l'appareil d'amorçage et celui de commande, les réparations d'un système de ce genre sont aussi simplifiées.
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The present invention relates, in general, to devices used to start and operate gas-atmosphere discharge devices, such as fluorescent lamps, as well as to devices for connecting devices and discharge devices of this kind, and more especially transformers, ballasts and heaters necessary for continuously heated cathode discharge devices of this type.
When several gas-filled electric discharge devices, of which the fluorescent lamp is an example, are working together, it is common practice to supply them from a single low voltage source, through a transformer, so as to obtain a voltage higher than that of the source, to start and operate the lamp. Usually the transformer is of the auto-transformer type, and several discharge devices can be connected to the secondary of the transformer, a separate ballast, in the form of a self-contained magnetic core, being connected in series with each lamp, so as to stabilize its operation.
In addition, to obtain a high power factor and correct the stroboscopic effect, the circuit of a discharge device is phase-shifted forward, by the addition of a series capacitor. Hitherto, in permanently heated cathode discharge devices, the various transformer, ballast and heater windings have required large amounts of copper and iron, and attempts heretofore to reduce their dimensions and weight were not entirely satisfactory. Also, in some cases, in order to have a permanent heating of the cathodes of the lamps, additional separate windings and / or auxiliary circuit elements are used.
The main object of the invention is therefore to provide a novel unitary transformer and ballast assembly combined for the control of several gas-atmosphere discharge devices with permanently heated cathodes, lighter and less bulky than the assemblies used hitherto, and of which electrical losses are reduced in proportion.
The invention will emerge clearly from the detailed description, given below, of several of its embodiments shown, by way of example, in the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a schematic view of a transformer, ballast and heating coil assembly for controlling gas-filled electric discharge devices constructed in accordance with the principles. of the invention, and a circuit for connecting the assembly to the discharge devices.
Figure 2 shows the connections and bindings of the windings used in the transformer, ballast and heater of the assembly shown in Figure 1.
Figure 3 is another schematic view of the transformer, ballast and heater assembly shown in Figures 1 and 2, and
Figure 4 is a schematic view of a transformer, ballast and heater assembly for controlling gas-filled electric discharge devices different from that shown in Figures 1 and 3.
According to the invention, the transformer, ballast and cathode heater windings for controlling several gas discharge devices, such as fluorescent lamps, are all mounted on a common core. Although the invention will be described below in its application to the operation of a pair of lamps, it is not limited to this exact number of lamps, but applies equally well to a lamp or to a greater number. of lamps.
The windings used to drive a pair of lamps are assembled so that the coil-ballast of the lamp
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eg late "and the transformer are placed in the same matic circuit, while the ballast coil of the" early "lamp is located outside the magnetic circuit of the transformer windings, but uses, as part of its magnetic circuit, part of the magnetic circuit of the transformer.
The advantages in terms of weight and size of such a solution will emerge clearly from the detailed description given below:
The transformer and ballast assembly shown in Figure 1 is mounted on an elongated core 4 made of several magnetic sheets and comprising a longitudinal middle branch 6 carrying the windings, and two yoke parts 8 on either side of the branch 6 Although the core 4 is described here as composed of magnetic sheets, each in three parts, a branch 6 and two yoke parts 8, each sheet can be made in one piece, although it is preferable that it be in several parts. pieces, three pieces, for example, as shown.
The core 4 comprises three pairs of opposed openings 12, 14 and 16 formed in the yoke parts 8 on either side of the winding branch 6 and distributed along the core, the windows 12 serving to house a coil phase shifting or delay 18 wound on the middle branch 6. The windows 14 receive the transformer windings 74, 76, 77 and 79, all wound on the middle branch 6, and the windows 16 receive a phase shift coil in front or advance 22 also wound on the middle branch 6. The yoke parts are provided, between the delay coil 18 and the transformer windings 74, 76, 77 and 79, with opposed teeth 24 directed inwardly, nearly of the delay coil 18, without touching the middle branch 6 so as to determine a leakage air gap between the openings 12 and 14.
At the left end of the core, the yoke parts are also provided with opposing teeth 26 directed inward as far as the middle branch 6, and opposite teeth 28 also directed inward as far as the middle branch 6. teeth 28 are located between the transformer windings 74, 76, 77, 79 and the feed coil 22. At the right end (see figure 1) of the core, the yoke parts 8 have re-entrant legs 30 which, if as desired, can stop at a short distance from each other so as to determine air gaps 31 and 52 between the right end of the middle branch 6 and the branches 30 of the yoke parts 8.
When the core 4 is made of sheets in three parts, as FIG. 1 shows, these can be joined together in any desired way, preferably by brazing the three outer joints of the three parts of each sheet, in particular at the joints. 48 and 50 between the teeth 26 of the yoke parts 8 and the adjacent end of the middle branch 6, and at the air gap 52 between the branches 30 of the yoke parts 8. If desired, other fastening means , such as bolts (not shown), passing through openings aligned in the middle branch 6, can also be employed.
As the drawing shows, the various transformer and ballast windings are electrically connected to a pair of fluorescent lamps 60 and 62 each provided at each end with terminals 34 touching contacts 101 of a pair of carrier sockets. lamp 100. Each lamp contains, at each end, a cathode connected to two outgoing lamp terminals 34. Although all the cathodes of lamps 60 and 62 are the same, they bear different references here to facilitate description of the shape of the lamp. execution of the invention given by way of example.
As FIG. 1 shows, the cathodes at the right and left ends of the lamp 60 bear the respective references 32 and 33, and the cathodes at the right and left ends of the lamp 62 bear the respective references 36 and 37.
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Fluorescent lamps of this kind are generally supplied by a low-voltage source, like the current networks at 118 or
236 volts, and such a power source may be connected to current supply conductors 68 and 70, the conductor being provided, in series, with a switch 72.
In fast start lamps, the cathodes at each end of the lamp must be heated initially, so as to partially ionize the gas in the lamp and to facilitate a first discharge across the lamp. Once this initial discharge is established, it is no longer necessary to externally heat the cathodes, which are kept hot by the axis current established in the lamp. Because of the inevitable minor losses and the relatively high cost of a device for disconnecting the heating circuits of the cathodes, experience has shown that it is practical to heat the cathodes permanently, although it is unnecessary during periods of time. discharges at the terminals of the lamp.
Figures 1 to 3 show that the windings 74, 76 and 79 constitute a primary winding autotransformer 74 connected to the supply conductors 68 and 70. The winding 79, which is an extension of the primary winding 74 beyond the supply conductor 68, constitutes a part of an autotransformer secondary and is connected to a terminal 34 of each lamp 60 and 62, that is to say to one side of each of the cathodes 33 and 37; The other sides of the cathodes 33 and 37 are connected to the supply conductor 68 by a conductor 83. It should be noted that, when the switch 72 is closed, current flows in the primary winding 74 and induces a current in the part. winding 79.
This induced current passes through conductor 81, cathodes 37 and 33 in parallel, conductor 83, and is sufficient to heat cathodes 37 and 33 which partially ionize lamps 62 and 60, respectively. Although, in the circuit described, cathodes 37 and 33 are in parallel, experience has shown that a series circuit can also be used, if desired. It should also be noted that, if, in the description given, it is the cathodes of a given end of the lamps 60 and 62 which are heated, this is done for the clarity of the disclosure, but it is immaterial whether they are the one or the other cathodes which are heated in this way.
If also, for questions of earthing, it is desired to earth the assembly, the end of the winding 79 can be connected to a resistor 40 which is itself earthed.
The other supply conductor 70 is connected, by a conductor 82, to the delay coil 18, so as to be connected as an autotransformer to the primary winding 74, in a manner described below. The delay coil 18 is connected, by the conductor 85, to a terminal 34 of the cathode 36 of the lamp 62, and an intermediate tap 35 of the delay coil 18 is connected, by a conductor 87, to the other end 34 of cathode 36, so that cathode 36 is at the terminals of the bypass portion 38 of delay coil 18.
As the latter is coupled as an autotransformer to the primary winding 74, a voltage is induced in the delay coil 18, a part of which appears at the terminals of the branch part 38 and serves to heat the cathode 36 of the lamp 62.
The primary winding 74 is connected, by a plug 54, to a winding 76 itself connected, by a conductor 75, to the advance ballast 22.
This is connected, by a conductor 78 and a capacitor 80 in series, to a terminal 34 of the cathode 32 of the lamp 60. The other terminal 34 of the cathode 32 is connected, by a conductor 55, to one end of a winding 77 inductively coupled to the windings of the autotransformer. The other end of the winding 77 is connected, by a conductor 89, to the conductor 78, between the terminal 34 and the capacitor 80.
Since the winding 76 is in an autotransformer relationship with the primary winding 74, a voltage is induced in the winding 76 and in turn causes the inducement.
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tion of a voltage in the secondary winding 77. Because of this last voltage, current flows through the conductor 89, a conductor 78, the catnode 32, and the conductor 55 and is sufficient to heat the cathode 32, The two lamps 60 and 62 are therefore heated when the switch 72 is closed and this heating persists when a discharge occurs at the terminals of the lamps 60 and 62.
By its construction, the core 4 constitutes a low reluctance magnetic circuit comprising the central branch 6 and the yoke parts 8 between the teeth 26 and 28, as well as these teeth themselves. The winding 76, together with the primary 74, constitutes an autotransformer connected to the terminals of the lamp 60, so that the voltage of the winding 76 is added to that of the primary winding 74 in order to obtain the necessary high voltage. the operation of the lamp 60, once the latter sufficiently ionized by the heated cathodes 32 and 33 for a discharge to occur at this voltage. The operating circuit of the lamp 60 therefore comprises the primary 74, the socket 75, the winding 76, the advance coil 22, the conductor 78 with the capacitor 80 in series, the lamp 60 and the conductor 83.
As the advance coil 22 is part of the supply circuit of the lamp 60, the air gap 31 between the branches 30 and the neighboring end of the middle branch 6 determines the reactance of the coil 22. The air gap 52 between the two branches 30 themselves, although not essential, is useful for ensuring a good assembly of each sheet, in particular a good contact of the denzs 26 and 28 with the middle branch 6 and the desired spacing between the teeth 24 and the middle branch 6 .
The lamp actuation circuit 62 includes the primary winding 74, the lead 82, the delay coil 18, the lead 85, the lamp 62, and the lead 83. Since the delay coil 18 is in the same circuit. magnetic than the primary 74, their two voltages are added and give the high voltage necessary to operate the lamp 62, once the latter sufficiently ionized by the heated cathodes 36 and 37 for a discharge to occur at this voltage. The delay coil 18, however, acts a little differently from the winding 76 of the autotransformer, in that the teeth 24 of the yoke portions of the core provide a leakage gap between the primary 74 and the delay coil 18, which has a high reactance for the circuit containing the delay coil 18.
It is clear that the delay coil 18 can be calculated so as to produce, with the primary 74, a starting and operating voltage of the lamp 62 which is, in substance, the same as that produced by the autotransformer for the lamp 60. The delay coil 18 also has, in series with the lamp 62, a reactance of a value comparable to that presented to the lamp 60 by the advance coil 22 and the capacitor 80.
Since the delay coil 18 exhibits a relatively high reactance in the circuit of the lamp 62, it is clear that the current of this lamp is out of phase back to the supply voltage, while the capacitor 80, in the circuit of the lamp. lamp 60, phase shift the current of the latter forward with respect to the supply voltage, so as to obtain a relatively high power factor and to correct the stroboscopic effect of the lamps.
In operation, the voltage available for starting the head lamp 60 is a little higher than the operating voltage because of the common part of the magnetic circuit comprising the teeth 28 of the yoke parts 8 which may have a reduced section of so as to partially saturate when the headlamp 60 circuit is open. By suitably phase-shifting the advance coil 22 with respect to the primary 74, that is to say by winding so that the induced flux is added, the open circuit voltage applied to the lamp 60 is clearly greater than the voltage. output of the autotransformer, due to part of the flux produced by the primary 74 coupled to the advance coil 22.
In this way, the dimensions
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winding can be reduced for any open circuit voltage
Controlled for the lamp 60, the voltage necessary for the lamp 62 can always be obtained by suitably calculating the delay coil 18. Once the lempe 60 is started, the flux decreases in the reduced section 28, being then equal to the difference vector between the flux of the autotransformer and that of the advance coil 22. When the lamp 60 fires, the coupling between the utotransformer and the advance coil 22 is reduced, and that here, in any practical case, acts as if it were entirely independent of the autotransformer.
The total voltage across the advance coil 22, the capacitor 80 and the lamp 60 in series together, is, after ignition of the lamp, smaller than the open circuit voltage at the terminals of the. autotransformer and advance coil in series.
Another transformer, ballast and heater assembly in accordance with the principles of the invention is shown schematically in FIG. 4. It should be noted that the assembly considered is in substance identical to the previous one, and the same elements bear the same references. FIG. 4 is an example of displacement of the primary 74 relative to the secondary 76, so as to be able to reduce the voltage between the network line 68 and the hot end of the secondary winding 76. It is assumed that this modification will occur. This is best understood by considering that the network lines 68 'and 70' are simply reassembled and connected respectively to terminals 102 'and 103'.
As the network wires 68 'and 70' are still placed at the terminals of the primary 74 'as before, and since the total number of windings of the autotransformer remains unchanged, the voltage produced at the terminals of the lamps 60' and 62 'has the same value. By this displacement, an additional secondary winding part 76 "is obtained, connected to the network line 68 'by the terminal 102', below the line 68 ', so as to compensate for the reduction in the upper part 76 'of the secondary winding As the heating winding 79' is not connected directly to the reed line 68 ', it is connected by two conductors 81' and 83 'arriving at its ends.
By this modification, the voltage between the network line 68 'and the high voltage side of the secondary winding 76' and the coil 18 'can be significantly reduced. Thanks to this voltage reduction, the voltage between the network line 68 'and the various elements, such as the conductor 78', which are connected to the hot end of the secondary winding 76 ', is also reduced. For the same reason, elements like conductor 85 ', which are connected to the high voltage side of coil 18' also have their voltage reduced.
So in the case of a normal network where one of the wires of the network, the wire 68 'for example, is earthed, there is less chance of being subjected to jolts since the potential difference between the high voltage side of the secondary of the autotransformer and the earthed side of the network, is reduced.
The transformer-ballast assemblies described above have been found to be more economical in construction than before, exhibiting very serious savings in copper and iron, reduction in losses as well as in size and weight.
The above description shows that the invention provides a transformer-ballast assembly for permanently heated cathode discharge apparatus in which the heating windings of at least one of the cathodes of each lamp are an extension of a primary of each lamp. 'autotransformer. It will also be noted that the embodiments of the invention are one-piece constructions and that no auxiliary apparatus external to the transformer-ballast assembly is necessary. Clearly, this one-piece construction allows for significant savings in fabrication and installation in a system using permanently heated cathode apparatus. By confusing the priming apparatus and the control apparatus, repairs of such a system are also simplified.