Installation d'éclairage au moyen de tubes fluorescents. La présente invention concerne une instal lation d'éclairage au moyen de tubes fluo- reseetits qui a pour but de pouvoir faire foiie- tionner plusieurs tubes fluorescents en série à une tension sensiblement plus faible que la somane des tensions clé décharge de chacun des tubes.
L'installation suivant l'invention com prend une source d'énergie alternative, au moins deux tubes fluorescents connectés en sé rie sur la source, une forte impédance de dé rivation connectée, d'une part, à une borne de la source et, d'autre part, à, un point com mun entre chacun clés tubes, et une faible impédance en série avec les tubes et connec tée à la même borne de la source que la pre mière impédance, les impédances étant aussi montées en série avec tin des tubes et leur valeur étant choisie de façon qu'une fois ce tube rendu conducteur, la tension de dé charge soit appliquée à l'autre tube,
tous les tubes fonctionnant en série entre eux à une tension sensiblement inférieure à la somme des tensions de décharge nécessaires à chaque tube.
Sur le dessin ci-joint, qui représente, à titre d'exemple, diverses formes de réalisation de l'installation faisant l'objet clé l'invention: La fig. 1 est une élévation schématique d'un transformateur et d'autres éléments d'une installation d'éclaira;-e au moyen de tubes fluorescents suivant \ l'invention.
La fig. 2 est un schéma des connexions de l'installation de la fig. 1. La fi--. 3 est une vue, semblable à la fig. 1, d'une variante.
La fi--. 4 est un schéma. des connexions de ].'installation de la fig. 3.
La fi--. 5 est une vue semblable aux fi,!Z. 3 et 4 représente une autre variante. L'installation représentée aux fi-. 1 et 2 comprend trois tubes fluorescents 5, 6 et 7, que fait fonctionner un transformateur uni que 8 avec un enroulement primaire 9 et deux enroulements secondaires 10 et 11.
Le transformateur 8 représenté est un autotransformateur du tpe enirassé à forte réactance de dispersion,' avec noyau central 1? sur lequel les trois enroulements sont dis posés l'un à côté de l'autre, l'enroulement pri maire 9 se trouvant entre les enroulements secondaires 10 et 11. Le noyau central 12 est disposé entre les branches extérieures 13 et. 14 et leur est parallèle, et tontes ces branches sont réunies aux extrémités par des pièces 15 et 16. L'enroulement primaire 9 et l'en roulement secondaire 11 sont disposés de cha que côté de shunts 17 magnétiques à forte réactance de dispersion.
Les tubes 5 et 6 sont connectés en série de part et d'autre des enroulements 9 et 10 chi transformateur, et le tube 7 est connecté de part et d'autre des enroulements 9 et 11 du transformateur. Deux condensateurs li miteurs d'intensité 18 et 19 sont montés dans les connexions des circuits des lampes 5 et 6 et permettent de faire fonctionner ces lampes d'une manière satisfaisante en série à des tensions comprises entre les limites maximum acceptables au point de vue de la sécurité de fonctionnement des installations d'éclairage au moyen de tubes fluorescent.
L'enroulement primaire 9 du transforma teur reçoit le courant d'une source de cou- rant alternatif 20, pouvant débiter sous une tension quelconque et à une fréquence quel conque. Des tensions de l'ordre de 110 ou 220 volts et des fréquences de l'ordre de 25, 50 ou 60 périodes donnent satisfaction dans la pratique.
Si on considère les connexions du circuit de la fig. 2, on voit que l'enroulement pri maire 9 du transformateur 8 est connecté de part et d'autre de la source de tension alter native 20 par des conducteurs 21 et 22. L'extrémité du côté gauche de l'enroulement 9 est connectée à l'extrémité du côté droit de l'enroulement 10 au point de jonction 23. L'extrémité du côté gauche de l'enroulement 10 est connectée au condensateur 18 par un conducteur 24 et au condensateur 19 par un conducteur 25 qui est connecté au conducteur 24 au point de jonction 26. Le condensateur 18 est connecté, d'autre part, à l'électrode du côté droit du tube 6 par un conducteur 27. L'électrode du côté gauche du tube 6 est con nectée à l'électrode du côté gauche du tube 5 par un conducteur 28.
L'électrode du côté droit du tube 5 est connectée à l'extrémité du côté droit de l'enroulement 9 par un conduc teur 2'9. Le condensateur 19 est connecté par un conducteur 30 au conducteur 28 au point de jonction 31. On voit en considérant ce tracé des connexions .du circuit des tubes 5 et 6 et des condensateurs 18 et 19 que le con densateur 19 par ses conducteurs de con nexion 25 et 30 constitue une dérivation limi tant l'intensité par laquelle le courant, est shunté autour du tube 6 et à travers le tube 5.
Si on considère les connexions du circuit du tube 7, on voit que l'électrode du côté gau che de ce tube est connectée au conducteur 29 au point de jonction 32 et que l'électrode du côté droit est connectée à l'extrémité du côté droit de l'enroulement, 11 par un conducteur 3 3. L'extrémité du côté gauche de l'enroule- ment 11 est connectée par un conducteur 31 à l'extrémité du côté gauche de l'enroulement. 9, au point de jonction 23.
Lorsque l'installation fonctionne, la ten sion d'entrée appliquée à. l'enroulement pri maire 9 par la source de tension alternative 20 est transformée par le transformateur en une tension de sortie plus élevée entre les enroulements 9 et 10. Cette tension plus élevée de sortie est maintenue entre les limites maximum prescrites au point, de vue de la , sécurité de fonctionnement et en fait corres pond à la tension (d'environ 500 volts pour un tube de 40 watts), à laquelle on fait ordi nairement fonctionner les tubes fluorescents montés en parallèle.
Le condensateur limitant. l'intensité 19 et ses conducteurs 25 et 30 constituent une dé rivation de forte impédance, par laquelle une quantité limitée de courant est shuntée autour du tube 6 de facon 'a ioniser ou à ren dre conducteur au début, le tube 5. L'impé dance du tube 5 diminue ainsi et prend une valeur pour laquelle la chute de tension dans ce tube est extrêmement faible par rapport. à la tension qui est nécessaire pour ioniser ou rendre conducteur le tube.
A ce propos, il doit être bien entendu que le condensateur 19 est construit de façon que son impédance soit assez grande pour limiter le passage du cou rant de dérivation dans le tube 5 à une intensité juste suffisante pour établir et maintenir l'état d'ionisation ou de eondue- tance de ce tube. Ainsi qu'on le verra. plus loin, cette limitation de la. quantité de cou rant de dérivation arrivant dans le tube 5 est nécessaire pour maintenir le passage du cou rant final de fonctionnement dans ce tube entre les limites qui conviennent.
Le tube 5 étant ionisé et conducteur, la tension entre les enroulements 9 et. 10 a. pour effet d'ioniser et de rendre conducteur immé diatement le tube 6 et de provoquer le pas sage d'un courant de fonctionnement, suffi sant dans le condensateur en série 18 et les tubes 5 et 6 pour établir et maintenir dans ces deux tubes la densité de courant néces saire à un fonctionnement satisfaisant.
A ce propos, il doit être bien entendu que le con densateur 18 est construit de faon à fonc tionner sous forme d'impédance limitant le passage du courant. dans les tubes 5 et 6 à la limite de l'intensité pour laquelle les tubes sont construits. Par exemple, dans le cas de tubes de 40 watts, l'intensité limite est (le 430 milliampères.
Pour continuer l'étude des caractéristi ques<B>(le</B> fonctionnement de l'installation dé crite, on supposera que le transformateur est construit (le facyon à, fonctionner à 110 volts, 60 périodes et, que les tubes 5 et. 6 sont des tubes de 40 watts. Dans ce cas, l'impédance du condensateur 18 doit être assez grande pour limiter le passage du courant dans ce condensateur à une valeur d'environ 300 350 milliampères.
Cette quantité de courant passe donc dans le tube 6 lorsque les deux tubes en série sont à l'état ionisé, mais la quantité de courant passant dans le tube 5 est égale à la somme des vecteurs du courant passant dans le tube 6 et de la quantité de courant passant. dans le condensateur en dé rivation 19 limitant l'intensité et de fort.-, impédance.
Par exemple, si l'impédance du condensateur en dérivation 19 est assez grande pour limiter le passage du courant dans ce condensateur à 80 milliampères, l'in tensité du courant passant dans le tube 5 est d'environ 430 milliampères, valeur qui est la somme des vecteurs de l'intensité de<B>350</B> milliampères passant dans le condensateur 18 limitant l'intensité principale et de l'intensité de 80 milliampères du courant passant dans le condensateur limitant l'intensité 19.
Par suite, l'intensité moyenne du courant passant dans les tubes 5 et 6 est sensiblement égale à:
EMI0003.0024
L'installation décrite n'est qu'un exemple des nombreuses solutions qui permettent de faire fonctionner économiquement en série plusieurs tubes fluorescents entre des limites de tension acceptables et en augmentant aussi peu que possible les dimensions du transfor mateur. Cet exemple est applicable à une installation de trois tubes de 40 watts, avec une puissance totale de 120 watts du côté des tubes.
On remarquera à ce propos qu'en l'ab sence du tube 5 et du condensateur 19 on aurait besoin .d'environ 400 milliampères pour obtenir une puissance de 40 watts dans le tube de 40 watts 6. Il est donc évident qu'en faisant fonctionner les tubes 5 et 6 en série, on ne modifie pas sensiblement la charge du cuivre du transformateur et qu'il ne serait pas nécessaire de modifier sensiblement l'en roulement l.0 pour faire fonctionner deux ou trois tubes en série du côté du condensateur de L'installation.
Il convient d'ajouter ici que l'expression côté du condensateur de l'instal lation désigne la partie de l'installation qui comprend les tubes 5 et 6 et les condensa teurs 18 et 19 et leurs connexions, pour la distinguer commodément de l'autre partie de cette installation qui constitue une charge supplémentaire et qui comprend le tube 7 et ses connexions et qui est appelée côté induc teur de l'installation .
Du côté inducteur de l'installation, la haute tension appliquée au tube 7 par les enroulements 9 et 11 est suffisante pour ioniser et rendre ce tube conducteur. Dès que le courant commence à passer dans l'enroule ment 11, la forte réactance de cet enroule ment et la forte réluctance des shunts magné tiques 17 ont pour effet de limiter l'intensité du courant passant dans le tube 7 à la valeur pour laquelle le tube est construit.
Lorsqu'il s'agit de construire l'ensemble du transformateur et des condensateurs à uti liser dans l'installation représentée aux fig.1 et 2, la seule dépense supplémentaire consiste dans le léger supplément de prix du groupe de condensateurs combinés et du poids de cuivre un peu plus grand nécessaire dans l'enroulement primaire 9. Des essais dans la pratique ont montré que dans une installa tion telle que celle représentée aux fig. 1 et 2, on peut faire fonctionner trois tubes en série avec la même quantité de fer que celle qui est nécessaire pour faire fonctionner deux tubes en série.
Il est donc possible de réaliser une installation à démarrage immédiat à trois tubes à peu près au même prix que celui d'une installation ordinaire à trois tubes fluo rescents à cathode chaude en employant des démarreurs, ou des relais ou des éléments de préchauffage dans les tubes.
Il est évident qu'en l'absence du conden sateur en dérivation 19 limitant l'intensité, 1000 volts environ (tension interdite par les règlements de sécurité) seraient nécessaires pour faire fonctionner les tubes 5 et 6 en série. En disposant les condensateurs 18 et 19 (ou d'autres dispositifs de limitation de l'in tensité, fonctionnant d'une manière équiva lente, tels que des bobines de réactance ou de self) dans les connexions du circuit des tubes en série 5 et 6, il est possible de faire fonc tionner ces tubes en série à une tension d'en viron 500 volts d'une manière absolument pratique et satisfaisante.
Ainsi qu'il a déjà été dit, la faible quantité de courant que le condensateur 19 laisse passer dans la lampe 5 à la tension disponible d'environ 500 volts est suffisante pour ioniser et rendre conduc teur instantanément la lampe et ensuite la haute tension dans les enroulements 9 et 11 et le condensateur 18 a immédiatement pour effet d'ioniser le tube 6 et d e faire passer une quantité suffisante de courant en série dans les deux tubes, l'impédance du condensateur 18 étant assez forte pour limiter l'intensité des courants passant dans les tubes en série aux valeurs limites qui conviennent dans la pratique.
Dans l'installation représentée aux fig. 3 et 4, on emploie un autotransformateur 5a et des condensateurs 6a et 7a pour faire fonc tionner deux tubes fluorescents en série 8a et 9a à une tension qui n'est pas sensiblement plus élevée que celle qui est nécessaire pour les faire fonctionner en parallèle.
Le transformateur 5a est un autotransfor- mateur qui comprend deux noyaux 10a et 11a espacés dans le sens latéral réunis aux extré mités par des pièces 12a.
L'enroulement pri maire comprend une portion de bobine 13rz disposée sur le noyau 10a et une seconde por tion de bobine 14a disposée sur le noyau 11a. L'enroulement secondaire comprend des por tions de bobines 15u et 17a disposées sur le noyau 10a et des portions de bobines 16a et 18a disposées sur le noyau lla. Ces portions de bobines primaires et secondaires sont con nectées dans l'autotransformateur électrique ment comme l'indiquent les connexions 19 , 20a,
21a, 22a et 23a. Le transformateur est. construit de faqfon que la. réactance inductive des bobines secondaires 15a, 16a, 17a et 18a soit forte.
Les bobines primaires 13c et 14a sont ali mentées par une source d'énergie à courant alternatif 24x qui peut débiter à. une tension et à une fréquence quelconques.
Les condensateurs 6a et 7a sont connectés au circuit du secondaire du transformateur, de sorte que le condensateur 6a est en série avec les deux tubes 8a et 9a et le condensa teur 7a est en série avec le tube 9a; et en pa rallèle avec le tube Sa.
Si on considère les connexions du circuit de la fig. 4, on voit que les bobines primaires 13a et 14a du transformateur 5a sont con nectées en série .aux bornes de la source de tension alternative 24a par des conducteurs 26a et 27a. L'extrémité du côté gauche de la.
bobine primaire 13a est connectée, au point de jonction 20a, au conducteur 26a et à, l'ex trémité du côté :droit de la. bobine secondaire 15c. L'extrémité du côté droit de la. bobine primaire 13a est connectée, au point 19a, à l'extrémité du côté gauche de la bobine pri maire 14a. L'extrémité du côté droit de la bobine primaire 14a est connectée, au point.
de jonction 25a, au conducteur 27a.. L'extré mité du côté gauche de la bobine secondaire 15a est connectée, au point 21a, à l'extrémité du côté droit de la. bobine secondaire 16a, dont l'extrémité du côté gauche est, connectée.
au point 22a, à l'extrémité du côté droit de la bobine secondaire 17a. L'extrémité du côté gauche de la bobine secondaire 17a est con nectée, au point 23a., à l'extrémité du côté droit de la bobine secondaire 18c. L'extré mité du :côté gauche :de la bobine secondaire 18a est connectée an condensateur 6a par un conducteur 29a et au condensateur 7a par un conducteur 30a qui est connecté au conduc teur 29a au point de jonction 31a.
Le conden sateur 6a est connecté, d'autre part, à l'élec trode du côté droit du tube 8a par un con ducteur 32a. L'électrode du côté gauche du tube 8a est connectée à l'électrode du côté gauche (lui tube 9a par un conducteur 33a,.
L'électrode du côté droit du tube 9a est con nectée par un conducteur 31c1 à L'extrémité du côté droit de la bobine 14a au point de jonction 25a. Le condensateur 7a est connecté, d'autre part, par un conducteur 35a au con ducteur 33a au point de jonction 36a.
On voit en considérant ces connexions du circuit des tubes 8a et 9a et des condensateurs 6a et 7a que le condensateur 7a avec ses conducteurs de connexion 30a et 35a constitue une dériva tion limitant l'intensité du courant, par la quelle le courant est shunté autour du tube 8a.
Lorsque l'installation représentée aux fig. 3 et 4 fonctionne, la tension de ligne appliquée aux bobines primaires 13a et 14a par les con ducteurs 26a et 27a augmente par transfor mation et prend une valeur de sortie plus élevée entre les bornes du circuit secondaire clans lequel les tubes et les condensateurs sont connectés. Cette tension secondaire plus élevée est maintenue entre les limites maximum prescrites au point de vue de la sécurité du fonctionnement et, en fait, correspond à la tension (d'environ 450 à 500 volts nécessaire à un tube de 40 watts) qui sert ordinairement. à faire fonctionner (les tubes fluorescents con nectés ci) parallèle entre eux.
lie condensateur 7a. limitant l'intensité du courant et ses conducteurs de connexion 30a et 35a constituent une dérivation de forte impédance ou une connexion de prise de cou rant par laquelle une quantité de courant limitée est shuntée autour du tube 8a, de façon à ioniser on à rendre conducteur le tube 9a.
L'impédance du tube 9a diminue ainsi et prend une valeur pour laquelle la chute de tension dans ce tube est relative ment faible par rapport à la tension qui est nécessaire pour ioniser ou rendre le tube cou- ducteur. A ce propos, il doit être bien en tendu que le condensateur 7a est construit de faon que sa réactance capacitive ou son impédance soient assez grandes pour limiter le passage du courant de dérivation dans le tube 9a à une quantité de courant juste suf fisante pour ioniser et maintenir ionisé ou rendre conducteur le tube en question, ainsi qu'on le verra plus loin,
cette limitation de la quantité de courant passant dans le tube 9a est nécessaire pour maintenir le passage final du courant de fonctionnement; dans ce tube entre les limites qui conviennent.
Le tube 9a étant ionisé et conducteur, la tension disponible entre les électrodes du tube 8a a pour effet d'ioniser et de rendre conducteur immédiatement le tube 8a et de provoquer le passage d'un courant de fonc tionnement suffisant dans le condensateur 6a et les tubes 8a et 9a en série, pour mainte nir dans ces deux tubes la densité de courant nécessaire à. un fonctionnement satisfaisant.
A. ce propos, il doit être bien entendu que le condensateur 6a est construit de faon à fonc tionner sous forme d'impédance limitant le passage du courant dans les tubes 8a et 9a à la limite de l'intensité pour laquelle les tubes sont construits. Par exemple, dans le cas .de tubes de 40 watts, l'intensité limite est d'environ 430 milliampères.
On voit d'après ce qui précède que les ca ractéristiques de fonctionnement clé l'installa tion représentée aux fig. 3 et 4 sont sensible ment les mêmes que celles qui ont été dé crites à propos de l'installation représentée aux fig. 1 et 2.
Cependant, une importante caractéristique de l'installation représentée aux fig. 3 et 4 consiste dans le fait que la réactance inductive des bobines secondaires 15a à 18a incluses du transformateur est équi librée par rapport à la forte réactance capa- citive des condensateurs 6a et 7a, de façon à donner une grande valeur au facteur de puis- sance (supérieure à 90%)
. Un autre avan- tage important de cette installation consiste dans le fait que les deux tubes s'ionisent et s'allument presque instantanément sous une tension de fonctionnement qui est à peine su- périeure à celle qui est nécessaire pour ioniser un seul tube, ce qui permet de réaliser une économie notable dans le prix du transfor mateur.
La fig. 5 représente une installation légè rement modifiée dans laquelle le condensa teur 7ca est connecté par le conducteur 30a au point de jonction 38a entre les bobines secon daires 17cc et 18a. Cette variante a pour effet d'augmenter le rendement de l'installation.