EP0027764A1 - Method and device for enhancing ionization in gas discharge tubes, and lighting installation relating thereto - Google Patents
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- EP0027764A1 EP0027764A1 EP80401478A EP80401478A EP0027764A1 EP 0027764 A1 EP0027764 A1 EP 0027764A1 EP 80401478 A EP80401478 A EP 80401478A EP 80401478 A EP80401478 A EP 80401478A EP 0027764 A1 EP0027764 A1 EP 0027764A1
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- ionization
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Definitions
- the invention relates to a method for promoting the ionization - or ignition - of discharge lamps - or tubes -, such as fluorescent or metallic vapor lamps, or the like.
- the invention also relates to a device for implementing this method.
- the invention further relates to an installation comprising at least one discharge lamp and a device for promoting its ionization.
- These lamps are distributed on networks currently supplied with industrial alternating current (50 or 60 Hz) and under low voltage (220 Volts, single-phase, nominal voltage, for example).
- the arc voltage of the lamp is too high compared to the voltage of the supply network, so that the operation of the lamp is impossible without an additional device raising the supply voltage.
- the discharge lamp Even if the discharge lamp is able to function correctly under mains voltage by means of the conventional mounting of an inductor in series, it nevertheless functions more stable if it is supplied from a voltage higher than the mains voltage. . Its arc current must then be stabilized by a higher inductance adapted to this higher voltage.
- An autotransformer can be used for this purpose, taking care to adapt the inductance connected in series with the lamp to the higher voltage to stabilize the arc.
- the autotransformer transfers a relatively large power, approximately equal to the product of the overvoltage it generates by the arc current.
- the autotransformer is therefore bulky and expensive, and notably increases the energy consumption of the lamp, which goes against the desired objective.
- the compensation capacity, as well as the stabilization inductance which constitute the supply apparatus - or ballast - are greater than those customary designed for the nominal voltage of the network, and their costs and size are therefore greater.
- the lamps which have reached this state can sometimes only rekindle if the supply voltage is appreciably increased, which goes against the aim sought.
- the object of the invention is to remedy the drawbacks inherent in discharge lamps by proposing a method for promoting the ionization or ignition of these lamps, even when aged and with appreciable reduction in their supply voltage.
- the method for promoting the ionization of discharge lamps is characterized in that at the appearance of each alternation, a difference in excitation potential is applied to the electrodes of the discharge tube which increases more rapidly and tends towards a maximum value higher than the difference in operating potential normally produced by the supply voltage, in order to achieve the difference in ionization potential of the tube even when the supply voltage is significantly lower than the nominal supply voltage or when the discharge tube is in an advanced state of wear, and in that the return to the initial supply conditions is allowed when the current begins to build up in the discharge lamp.
- the difference in excitation potential ensures the ignition of the lamp at the appearance of each alternation, since its rapid growth causes it to a level of potential at least equal to the ionization threshold potential of the lamp.
- the ionization is maintained as long as a potential difference, even a relatively small one, is present between the two electrodes of the discharge tube.
- the device for promoting the ionization of discharge lamps which comprises an autotransformer wound in voltage booster, and whose primary winding is intended to be supplied from a voltage source , and the secondary winding is intended to be mounted in series with the discharge lamp to be stabilized, is characterized in that this autotransformer comprises means for practically neutralizing, under load, the voltage raising function of the autotransformer, these means generating magnetic leaks manifested when charging the autotransformer.
- the autotransformer When the lamp is off, the autotransformer operates at no load and provides the overvoltage favorable to the initial ignition or to the bi-periodic lamp restrikes.
- the power of the autotransformer is practically zero, so that its dimensions, its price and its energy consumption are very reduced compared to the autotransformers employed in accordance with the state of the art.
- the device according to the invention proceeds from a different approach from that taught by the state of the art which encourages to continuously increase the supply voltage of the discharge lamps; moreover, the person skilled in the art was dissuaded from making an autotransformer which did not provide an overvoltage under load.
- the lighting system which comprises at least one discharge lamp, an apparent re i ll supply age, and a device for promoting ionization of the above kind, is characterized in that that the switchgear is of the usual type suitable for the supply voltage and that the device is mounted between the supply switchgear and the lamp.
- the device can be either attached to or integrated into conventional power supply equipment.
- Figure 1 reproduces, for an alternation, what is observable, by means of an oscilloscope for example, at terminals of a discharge lamp with respect to the supply voltage V r supplied by the network.
- the discharge lamp is normally supplied via its stabilizing apparatus - or ballast - at a nominal network voltage (corresponding to 220 V rms, for example), and has reached its established speed.
- phase shift introduced by the ballast has been deliberately omitted in this figure in order to simplify the explanation, but it should however be noted that this phase shift complicates the phenomena described below.
- the voltage Ve at the electrodes of the lamp follows the curve of the supply voltage V until it reaches the ionization voltage Empties the lamp. Consequently, the voltage at the terminals of the lamp decreases then stabilizes at an arc voltage V while the supply voltage V r increases to its peak value V.
- the voltage V r again becomes lower than the arc voltage V a the voltage V e at the lamp electrodes again becomes identical to the supply voltage V.
- FIG. 3 represents the results of laboratory tests on mercury vapor lamps, nominal power equal to 250 W for an effective voltage of 220 V, having operated for 200 hours.
- the birth of ionization depends on the potential gradient to which it is subjected and, in the case considered here, on the potential difference applied to the electrodes of the discharge tube.
- the process here described basically involves increasing the acceleration of the primary electrons initially t e cores ionization in the subjecting, for a short time, a gradient of substantially higher potential to the usual value or "normal".
- the method consists in applying, to the electrodes of the discharge tube, by an appropriate means, a potential difference increasing faster than, and tending towards a maximum value V m greater than that normally produced by the normal nominal supply voltage. and this, from the onset (zero crossing) of each alternation (see Figure 4).
- the potential difference at the electrodes of the lamp increases with a slope ⁇ greater than the slope ⁇ of the supply voltage V r , and tends towards a value V m greater than the peak value V c resulting from the supply voltage V.
- the potential difference at the electrodes of the lamp falls back to the value of the arc voltage V. Therefore, the discharge lamp operates under the conditions corresponding to the supply voltage.
- the ionization voltage of a discharge tube is aged, e.g., at V i s di tan- that the peak voltage of the supply voltage V network intentionally reduced is at a level V lower than V i , this tube will not be able to ionize under these conditions.
- the application of the method will have the effect, at time t., Of producing between the two electrodes of the discharge tube a potential difference in excess of the value V i , thus initiating an ionization which will subsequently be maintained. .
- FIG. 5 which includes a discharge lamp 1, such as a mercury vapor lamp or other metal, is intended to be connected to the network by its terminals P (phase), N (neutral).
- a discharge lamp 1 such as a mercury vapor lamp or other metal
- a device which comprises an autotransformer 2 wound in voltage booster, comprising a magnetic circuit 3 formed of a rectangular frame 4 and of a core 5 disposed substantially along the small median of the frame 4.
- a primary winding 6 intended to be supplied through the switchgear of the lamp, from the terminals P, N, and a secondary winding 7 mounted in series with the lamp 1.
- the autotransformer 2 includes means for ensuring magnetic leaks such that, on load, the voltage-raising function of the autotransformer 2 disappears almost completely.
- the magnetic circuit 3 is free from shunt and air gap.
- the primary winding 6 is supplied from the terminals P (phase) and N (neutral) for connection to the network, by means of a voltage variator 10 and a supply apparatus 9, 11.
- the input terminals of the speed controller 10 are connected to the PN terminals, one of its output terminals is connected also at terminal N, while its other output terminal P 'is subjected to the adjustable potential.
- the supply equipment comprises a capacitor 11 connecting the terminals P 'and N and an inductor 9 connected in series between the terminal P' and the primary winding 6. The other end of the winding 6 is connected directly to the terminal N.
- the inductance 9 and the capacitor 11, which are components of current use for the standardized voltage capable of being applied to the terminals P, N, are generally associated from the outset with discharge lamps such as 1, one of the peculiarities of the invention being to allow their maintenance without modification.
- the secondary winding 7 is connected directly to the lamp 1, the other terminal of which is itself directly connected to the terminal N.
- the autotransformer 2 supplies the lamp with an AV no-load overvoltage, promoting its re-ignition and consequently its operating stability, and has practically no effect on its operation under load (lamp on), which results in a dissipated power. by the tiny autotransformer.
- the autotransformer 2 continues to supply a voltage capable of forcing the ignition of the lamp 1, provided that the threshold voltage ionization V i does not exceed the maximum voltage V m ( Figure 4) that the autotransformer 2 can provide.
- switchgear comprising a starter in line with the inductor such as 9, it is advantageous not to disturb the high voltage HF emissions, to have the autotransformer 2 between this inductor and the capacitor 11.
- the example of installation shown in FIG. 6 finds its application in public lighting in particular, where it is advantageous to provide two powers from which one chooses according to the time, depending on whether natural lighting is still sensitive or no, or that the frequentation of the place to be lit is important or not.
- the installation is similar to that of FIG. 5, except that it further comprises, between the inductor 9 and the end of the primary winding 6 to which it is connected, a second inductor 39 mounted in parallel with a device 31 making it possible to short-circuit, or on the contrary to put this inductance 39 into service at will.
- the variator 10 has been eliminated.
- the device 31 can be controlled manually, remotely or not, or else automatically by means, for example, of a photosensitive element.
- the inductor 39 is short-circuited using the device 31, so that only the inductor 9 is in circuit. To switch to a reduced lighting power, the inductor 39 is put into service.
- the lamp shows, for a relatively long time , a significant arc overvoltage which could cause its extinction in the absence of the autotransformer 2 or of another device implementing the method according to the invention.
- a capacitor 41 is connected between the terminals E and F of the discharge lamp 1, which are also the output terminals of the autotransformer 2, which is identical to that of the Figures 5 and 6. Furthermore, the installation of Figure 7 is identical to that of Figure 5, except that the drive 10 is deleted.
- the capacitor 41 is not intended to produce the phenomenon of resonance by association with the inductances of the windings 6 and 7. Its role consists simply in storing a slight amount of energy during the alternation of rank (n-1) which, by restitution during the passage to zero beginning the alternation of rank (n), reinforces the desired overvoltage. This complement energy is then dissipated in the incipient discharge and thus contributes, by requesting with acceleration a greater number primary electrons, to better ensure its final establishment.
Landscapes
- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
- Electrostatic Separation (AREA)
Abstract
Description
L'invention concerne un procédé pour favoriser l'ionisation - ou amorçage - des lampes - ou tubes - à décharge, telles que les lampes fluorescentes, ou à vapeurs métalliques, ou analogues.The invention relates to a method for promoting the ionization - or ignition - of discharge lamps - or tubes -, such as fluorescent or metallic vapor lamps, or the like.
L'invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.The invention also relates to a device for implementing this method.
L'invention concerne en outre une installation comprenant au moins une lampe à décharge et un dispositif pour favoriser son ionisation.The invention further relates to an installation comprising at least one discharge lamp and a device for promoting its ionization.
Devant l'augmentation croissante du coût de l'énergie, en général, donc de l'énergie électrique, en particulier, et d'une disponibilité déclinante de ladite énergie, on cherche à ramener la consommation dans la limite du minimum acceptable.Faced with the increasing increase in the cost of energy, in general, therefore of electrical energy, in particular, and of a declining availability of said energy, it is sought to reduce consumption within the limit of the minimum acceptable.
Bien que la part de consommation d'énergie électrique revenant à l'éclairage soit relativement faible en regard de la consommation totale, il est souhaitable de la limiter également.Although the share of electrical energy consumption due to lighting is relatively low compared to total consumption, it is desirable to limit it as well.
En particulier, les installations d'éclairage dit public tels les éclairages de voiries, de gares de triage, de grandes surfaces commerciales, ou autres, consomment une appréciable quantité d'énergie électrique, entraînant une dépense croissante. Or, cette consommation pourrait être réduite au cours des périodes de moindre fréquentation ou de moindre activité pour devenir quasiment nulle à certaines heures ou en certaines circonstances.In particular, so-called public lighting installations such as street lighting, marshalling yards, large commercial areas, or other, consume an appreciable amount of electrical energy, resulting in increasing expenditure. However, this consumption could be reduced during periods of less frequentation or less activity to become almost zero at certain hours or in certain circumstances.
La majorité de ces installations sont équipées de lampes à décharge jusqu'à présent seules capables d'offrir une intensité de flux lumineux ainsi qu'un rendement convenables.The majority of these installations are equipped with discharge lamps so far alone capable of offering an intensity of luminous flux as well as a suitable output.
Ces lampes sont réparties sur des réseaux actuellement alimentés en courant alternatif industriel (50 ou 60 Hz) et sous basse tension (220 Volts, monophasé, de tension nominale, par exemple).These lamps are distributed on networks currently supplied with industrial alternating current (50 or 60 Hz) and under low voltage (220 Volts, single-phase, nominal voltage, for example).
Pour réduire la consommation pendant les heures creuses, on peut envisager de réduire la tension d'alimentation des lampes.To reduce consumption during the hours hollow, one can consider reducing the supply voltage of the lamps.
Malheureusement cette méthode, est, en pratique, difficilement applicable eu égard au comportement particulier des lampes à décharge auxquelles une réduction de tension est appliquée.Unfortunately, this method is, in practice, difficult to apply in view of the particular behavior of discharge lamps to which a voltage reduction is applied.
En effet, lorsqu'on réduit même d'une faible valeur, la tension du réseau alimentant une lampe à décharge, on constate l'apparition d'une "réaction d'arc" se traduisant par une augmentation rapide de la tension d'arc, qui entraîne avec elle la tension de seuil d'ionisation.In fact, when the network voltage supplying a discharge lamp is reduced even by a small value, there is the appearance of an "arc reaction" resulting in a rapid increase in the arc voltage , which carries with it the ionization threshold voltage.
Ce phénomène lié à l'inertie du plasma engendré par l'ionisation ne disparaîtra et, donc, la tension d'arc ne reprendra sa valeur d'équilibre, que plusieurs minutes après l'instant de la perturbation initiale.This phenomenon linked to the inertia of the plasma generated by the ionization will not disappear and, therefore, the arc voltage will not resume its equilibrium value until several minutes after the moment of the initial disturbance.
La variation de la tension d'arc s'effectuant en sens opposé de celle de la tension d'alimentation, la différence de potentiel restant ensuite disponible est amenuisée d'une quantité bien supérieure à la variation imposée à la tension d'alimentation.The variation of the arcing voltage being carried out in the opposite direction to that of the supply voltage, the potential difference then remaining available is reduced by an amount much greater than the variation imposed on the supply voltage.
Certes, on sait stabiliser l'arc des lampes à décharge, et cette stabilisation est généralement réalisée au moyen d'une inductance montée en série avec la lampe.Admittedly, it is known to stabilize the arc of discharge lamps, and this stabilization is generally carried out by means of an inductor mounted in series with the lamp.
Dans certains cas, la tension d'arc de la lampe est trop élevée par rapport à la tension du réseau d'alimentation, de sorte que le fonctionnement de la lampe est impossible sans dispositif annexe élevant la tension d'alimentation.In certain cases, the arc voltage of the lamp is too high compared to the voltage of the supply network, so that the operation of the lamp is impossible without an additional device raising the supply voltage.
Même si la lampe à décharge est capable de fonctionner correctement sous la tension du réseau moyennant le classique montage d'une inductance en série, elle fonctionne toutefois de façon plus stable si elle est alimentée à partir d'une tension supérieure à la tension du réseau. Son courant d'arc doit être alors stabilisé par une inductance plus élevée adaptée à cette tension supérieure.Even if the discharge lamp is able to function correctly under mains voltage by means of the conventional mounting of an inductor in series, it nevertheless functions more stable if it is supplied from a voltage higher than the mains voltage. . Its arc current must then be stabilized by a higher inductance adapted to this higher voltage.
On peut utiliser à cette fin un autotransformateur, en prenant soin d'adapter à la tension plus élevée l'inductance montée en série avec la lampe pour stabiliser l'arc.An autotransformer can be used for this purpose, taking care to adapt the inductance connected in series with the lamp to the higher voltage to stabilize the arc.
En de telles conditions, il apparaît alors possible de faire fonctionner, de façon stable, la lampe en régime de puissance légèrement réduite, par simple diminution de la tension d'alimentation, par exemple à l'aide d'un variateur de tension.Under such conditions, it then appears possible to operate the lamp, in a stable manner, in slightly reduced power mode, by simple reduction of the supply voltage, for example using a voltage variator.
Néanmoins, cette réduction de puissance est dans bien des cas insuffisante et, en contrepartie des avantages énoncés ci-dessus, le montage d'un autotransformateur élévateur de tension présente de nombreux inconvénients.However, this reduction in power is in many cases insufficient and, in return for the advantages set out above, the mounting of a step-up autotransformer has many drawbacks.
L'autotransformateur transfère une puissance relativement importante, approximativement égale au produit de la surtension qu'il engendre par le courant d'arc. L'autotransformateur est donc volumineux et coûteux, et augmente notablement la consommation d'énergie de la lampe ce qui va à l'encontre du but recherché.The autotransformer transfers a relatively large power, approximately equal to the product of the overvoltage it generates by the arc current. The autotransformer is therefore bulky and expensive, and notably increases the energy consumption of the lamp, which goes against the desired objective.
La capacité de compensation, ainsi que l'inductance de stabilisation qui constituent l'appareillage d'alimentation - ou ballast - sont plus importantes que celles habituelles conçues pour la tension nominale du réseau, et leurs coûts et encombrement sont donc plus importants.The compensation capacity, as well as the stabilization inductance which constitute the supply apparatus - or ballast - are greater than those customary designed for the nominal voltage of the network, and their costs and size are therefore greater.
Un tel autotransformateur ne peut donc être branché directement à l'appareillage d'alimentation.Such an autotransformer cannot therefore be connected directly to the supply apparatus.
Le vieillissement des lampes à décharge entraîne une difficulté supplémentaire du fait d'une ionisation du plasma (amorçage) s'établissant de plus en plus difficilement puis, à la limite, ne se produisant plus, même sous une tension d'alimentation nominale.The aging of discharge lamps leads to an additional difficulty due to ionization of the plasma (ignition) which becomes more and more difficult then, ultimately, no longer occurring, even under a nominal supply voltage.
Les lampes parvenues à cet état ne peuvent parfois, se rallumer que si l'on augmente sensiblement la tension d'alimentation, ce qui va à l'encontre du but recherché.The lamps which have reached this state can sometimes only rekindle if the supply voltage is appreciably increased, which goes against the aim sought.
Dans le cas où l'on désire réduire la tension d'alimentation, même sous faible taux de variation, les lampes vieillies d'un réseau réagiront, selon leur état, de deux façons possibles :
- . elles manifesteront un cycle répétitif d'extinctions et de ré-allumage ;
- . elles s'éteindront définitivement la première manifestation étant, d'ailleurs, annonciatrice de la seconde.
- . they will manifest a repetitive cycle of extinctions and re-ignition;
- . they will be extinguished definitively the first event being, moreover, heralding the second.
Ce comportement des lampes à décharge à l'état vieilli rend impossible la réduction de consommation par réduction de tension d'alimentation puisque, pour des raisons de gêne physiologique et/ou de sécurité, il est inadmissible de laisser des portions d'espace dans l'obscurité.This behavior of discharge lamps in the aged state makes it impossible to reduce consumption by reducing the supply voltage since, for reasons of physiological discomfort and / or safety, it is inadmissible to leave portions of space in the 'darkness.
Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients inhérents aux lampes à décharge en proposant un procédé pour favoriser l'ionisation ou amorçage de ces lampes, même vieillies et sous réduction appréciable de leur tension d'alimentation.The object of the invention is to remedy the drawbacks inherent in discharge lamps by proposing a method for promoting the ionization or ignition of these lamps, even when aged and with appreciable reduction in their supply voltage.
Suivant l'invention, le procédé pour favoriser l'ionisation des lampes à décharge, est caractérisé en ce qu'à l'apparition de chaque alternance, on applique aux électrodes du tube à décharge une différence de potentiel d'excitation qui croît plus rapidement et tend vers une valeur maximale plus élevée que la différence de potentiel de fonctionnement normalement produite par la tension d'alimentation, en vue d'atteindre la différence de potentiel d'ionisation du tube même quand la tension d'alimentation est sensiblement inférieure à la tension d'alimentation nominale ou quand le tube à décharge est dans un état d'usure avancé, et en ce qu'on permet le retour aux conditions d'alimentation initiales quand le courant commence à s'établir dans la lampe à décharge.According to the invention, the method for promoting the ionization of discharge lamps, is characterized in that at the appearance of each alternation, a difference in excitation potential is applied to the electrodes of the discharge tube which increases more rapidly and tends towards a maximum value higher than the difference in operating potential normally produced by the supply voltage, in order to achieve the difference in ionization potential of the tube even when the supply voltage is significantly lower than the nominal supply voltage or when the discharge tube is in an advanced state of wear, and in that the return to the initial supply conditions is allowed when the current begins to build up in the discharge lamp.
La différence de potentiel d'excitation assure l'amorçage de la lampe à l'apparition de chaque alternance, puisque sa croissance rapide l'entraîne à un niveau de potentiel au moins égal au potentiel de seuil d'ionisation de la lampe.The difference in excitation potential ensures the ignition of the lamp at the appearance of each alternation, since its rapid growth causes it to a level of potential at least equal to the ionization threshold potential of the lamp.
Après avoir pris naissance, l'ionisation se maintient tant qu'une différence de potentiel, même relativement faible, est présente entre les deux électrodes du tube à décharge.After birth, the ionization is maintained as long as a potential difference, even a relatively small one, is present between the two electrodes of the discharge tube.
Suivant un autre objet de l'invention, le dispositif pour favoriser l'ionisation des lampes à décharge, qui comprend un autotransformateur bobiné en élévateur de tension, et dont l'enroulement primaire est destiné à être alimenté à partir d'une source de tension, et l'enroulement secondaire est destiné à être monté en série avec la lampe à décharge à stabiliser, est caractérisé en ce que cet autotransformateur comporte des moyens pour neutraliser pratiquement, en charge, la fonction élévatrice de tension de l'autotransformateur, ces moyens engendrant des fuites magnétiques se manifestant lors de la charge de l'autotransformateur.According to another object of the invention, the device for promoting the ionization of discharge lamps, which comprises an autotransformer wound in voltage booster, and whose primary winding is intended to be supplied from a voltage source , and the secondary winding is intended to be mounted in series with the discharge lamp to be stabilized, is characterized in that this autotransformer comprises means for practically neutralizing, under load, the voltage raising function of the autotransformer, these means generating magnetic leaks manifested when charging the autotransformer.
Quand la lampe est éteinte, l'autotransformateur fonctionne à vide et fournit la surtension favorable à l'allumage initial ou aux réamorçages bi-périodiques de la lampe.When the lamp is off, the autotransformer operates at no load and provides the overvoltage favorable to the initial ignition or to the bi-periodic lamp restrikes.
Par contre, en charge, la surtension induite dans l'enroulement secondaire ainsi que l'impédance propre de cet enroulement, prennent une valeur très faible.On the other hand, under load, the overvoltage induced in the secondary winding as well as the inherent impedance of this winding, take a very low value.
Ainsi, la puissance de l'autotransformateur est pratiquement nulle, de sorte que ses dimensions, son prix et sa consommation d'énergie sont très réduits par rapport aux autotransformateurs employés conformément à l'état de la technique.Thus, the power of the autotransformer is practically zero, so that its dimensions, its price and its energy consumption are very reduced compared to the autotransformers employed in accordance with the state of the art.
On notera que le dispositif conforme à l'invention procède d'une démarche différente de celle enseignée par l'état de la technique qui incite à augmenter en permanence la tension d'alimentation des lampes à décharge ; de plus, l'homme du métier était dissuadé de réaliser un autotransformateur qui ne fournisse pas de surtension en charge.It will be noted that the device according to the invention proceeds from a different approach from that taught by the state of the art which encourages to continuously increase the supply voltage of the discharge lamps; moreover, the person skilled in the art was dissuaded from making an autotransformer which did not provide an overvoltage under load.
Selon un troisième objet, l'installation d'éclairage, qui comprend au moins une lampe à décharge, un appa- reillage d'alimentation, et un dispositif pour favoriser l'ionisation du genre ci-dessus, est caractérisé en ce que l'appareillage est du type habituel approprié à la tension d'alimentation et en ce que le dispositif est monté entre l'appareillage d'alimentation et la lampe.According to a third object, the lighting system, which comprises at least one discharge lamp, an apparent re i ll supply age, and a device for promoting ionization of the above kind, is characterized in that that the switchgear is of the usual type suitable for the supply voltage and that the device is mounted between the supply switchgear and the lamp.
Le dispositif peut être soit rapporté sur, soit intégré à l'appareillage d'alimentation conventionnel.The device can be either attached to or integrated into conventional power supply equipment.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après.Other features and advantages of the invention will emerge from the description below.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :
- . la figure 1 est un graphique qui visualise le fonctionnement d'une lampe à décharge alimentée selon l'état de la technique, pendant une alternance ;
- . la figure 2 est un graphique montrant l'influence d'une baisse de la tension d'alimentation sur la lampe à décharge de la figure 1 ;
- . la figure 3 est un graphique montrant comment fonctionne une lampe à décharge alimentée selon l'état de la technique en fonction de la tension d'alimentation ;
- . la figure 4 est un graphique visualisant 1' application du procédé conforme à l'intention au cours d'une alternance ;
- . ]a figure 5 est une vue schématique d'une installation conforme à l'invention, à puissance d'éclairage variable ;
- . la figure 6 est une vue schématique d'une installation d'éclairage conforme à l'invention, à deux puissances d'éclairage ; et
- . la figure 7 est une vue d'une variante de l'installation de la figure 5.
- . FIG. 1 is a graph which displays the operation of a discharge lamp supplied according to the state of the art, during a half-cycle;
- . Figure 2 is a graph showing the influence of a drop in the supply voltage on the discharge lamp of Figure 1;
- . FIG. 3 is a graph showing how a discharge lamp powered according to the prior art works as a function of the supply voltage;
- . FIG. 4 is a graph showing the application of the method according to the intention during an alternation;
- . ] Figure 5 is a schematic view of an installation according to the invention, with variable lighting power;
- . Figure 6 is a schematic view of a lighting installation according to the invention, with two lighting powers; and
- . FIG. 7 is a view of a variant of the installation of FIG. 5.
Aux figures 1, 2 et 4, on a porté en ordonnée la tension V en Volts, et en abscisse la phase t en degrés d'angle.In FIGS. 1, 2 and 4, the voltage V in Volts has been plotted on the ordinate, and the phase t in degrees of angle on the abscissa.
La figure 1 reproduit, pour une alternance, ce qui est observable, au moyen d'un oscilloscope par exemple, aux bornes d'une lampe à décharge par rapport à la tension d'alimentation Vr fournie par le réseau. A cette figure, la lampe à décharge est normalement alimentée par l'intermédiaire de son appareillage stabilisateur - ou ballast - sous une tension de réseau nominale (correspondant à 220 V efficaces, par exemple), et a atteint son régime établi.Figure 1 reproduces, for an alternation, what is observable, by means of an oscilloscope for example, at terminals of a discharge lamp with respect to the supply voltage V r supplied by the network. In this figure, the discharge lamp is normally supplied via its stabilizing apparatus - or ballast - at a nominal network voltage (corresponding to 220 V rms, for example), and has reached its established speed.
Le déphasage introduit par le ballast a volontairement été omis dans cette figure afin de simplifier l'explication mais il faut toutefois remarquer que ce déphasage complique les phénomènes ci-après décrits.The phase shift introduced by the ballast has been deliberately omitted in this figure in order to simplify the explanation, but it should however be noted that this phase shift complicates the phenomena described below.
On constate que la tension Ve aux électrodes de la lampe suit la courbe de la tension d'alimentation V jusqu'à ce que celle-ci atteigne la tension d'ionisation Vide la lampe. Dès lors, la tension aux bornes de la lampe décroît puis se stabilise à une tension d'arc V tandis que la tension d'alimentation Vr croît jusqu'à sa valeur de crête V . Quand la tension Vr redevient inférieure à la tension d'arc Va, la tension Ve aux électrodes de la lampe redevient à nouveau identique à la tension d'alimentation V .It is noted that the voltage Ve at the electrodes of the lamp follows the curve of the supply voltage V until it reaches the ionization voltage Empties the lamp. Consequently, the voltage at the terminals of the lamp decreases then stabilizes at an arc voltage V while the supply voltage V r increases to its peak value V. When the voltage V r again becomes lower than the arc voltage V a , the voltage V e at the lamp electrodes again becomes identical to the supply voltage V.
Si l'on réduit, même d'une faible valeur (Δ Vre) la tension efficace du réseau alimentant cette lampe (voir la figure 2) on constate une "réaction d'arc" R a se traduisant par une rapide et sensible augmentation de la tension d'arc se déplaçant de Va vers Va' et entraînant avec elle la ten- sion de seuil d'ionisation de V. vers V'..If the effective voltage of the network supplying this lamp is reduced, even by a small value (Δ V re ) (see FIG. 2), there is an "arc reaction" R a resulting in a rapid and appreciable increase of the arc voltage moving from V a to V a 'and bringing with it the ionization threshold voltage from V. to V'.
La variation A V et la réaction d'arc R étant de re a sens opposés, la différence de potentiel restant disponible entre la nouvelle tension de seuil d'ionisation V.' et la tension de crête réduite V ' s'amenuise d'une quantité bien supérieure à Δ Vre. Ceci revient à dire que la différence de potentiel développée à chaque instant entre les électrodes du tube à décharge s'amenuise en conséquence de ce phénomène.The variation AV and the arc reaction R being opposite in opposite directions, the potential difference remaining available between the new ionization threshold voltage V. and the reduced peak voltage V 'decreases by an amount much greater than Δ V re . This amounts to saying that the potential difference developed at each instant between the electrodes of the discharge tube becomes smaller as a result of this phenomenon.
La figure 3 représente les résultats d'essais effectués en laboratoire sur des lampes à vapeur de Mercure, de puissance nominale égale à 250 W pour une tension efficace de 220 V, ayant fonctionné 200 heures.FIG. 3 represents the results of laboratory tests on mercury vapor lamps, nominal power equal to 250 W for an effective voltage of 220 V, having operated for 200 hours.
A cette figure, la tension efficace d'alimentation est portée en abscisse et la puissance de la lampe en ordonnée.In this figure, the effective supply voltage is plotted on the abscissa and the power of the lamp on the ordinate.
A partir d'une tension efficace inférieure à 200 V, le fonctionnement de la lampe devient instable (point Pl), et en-dessous de 180 à 185 V selon les lampes essayées, on assiste à l'extinction totale des lampes, bien que la baisse par rapport à la tension nominale ne soit que de 15 à 20 %.From an effective voltage below 200 V, the operation of the lamp becomes unstable (point Pl), and below 180 to 185 V depending on the lamps tested, there is total extinction of the lamps, although the drop from the nominal voltage is only 15 to 20%.
Il faut toutefois noter qu'une baisse légèrement plus importante est possible sans extinction si la variation de tension est lente.It should however be noted that a slightly larger drop is possible without extinction if the voltage variation is slow.
Le but recherché par le procédé conforme à l'invention consiste à assurer, avec souplesse, l'amorçage (ionisation) des lampes à décharge :
- . même pour des lampes fortement vieillies ;
- . sous réduction appréciable (Δ Vre) de leur tension d'alimentation, de l'ordre de 50 % ;
- . sous un taux de variation de réduction (-A Vre/ A t) relativement important ou rapide, A t désignant le temps pendant lequel s'effectue la variation A Vre.
- . even for heavily aged lamps;
- . under appreciable reduction (Δ V re ) of their supply voltage, of the order of 50%;
- . under a relatively large or rapid reduction variation rate (-AV re / A t), A t designating the time during which the variation AV re takes place .
Deux phénomènes sont connus :
- . on sait que l'ionisation du milieu (plasma) contenu dans le tube à décharge se maintient, après avoir pris naissance, tant qu'une différence de potentiel, même relativement faible, est présente entre les deux électrodes du tube à décharge ;
- . on sait aussi que l'ionisation ne prend naissance dans le milieu que si les électrons s'y déplaçant acquièrent une énergie cinétique suffisante pour provoquer avec les atomes présents des collisions telles qu'il y ait multiplication desdits électrons et ce, avec une telle densité que le milieu en devienne conducteur.
- . it is known that the ionization of the medium (plasma) contained in the discharge tube is maintained, after having arisen, as long as a potential difference, even a relatively small one, is present between the two electrodes of the discharge tube;
- . we also know that ionization does not arise in the medium unless the electrons moving there acquire sufficient kinetic energy to cause collisions with the atoms present such that there is multiplication of said electrons and this, with such density let the environment become its conductor.
C'est le champ électrique, dû à la différence de potentiel appliquée aux deux électrodes du tube à décharge, qui est proportionnellement responsable du vecteur de force f e appliqué à chaque électron (f = K.dv/dl, où K est un facteur de proportionnalité et dv/dl le gradient de tension entre les électrodes) et, par voie de conséquence, de l'énergie cinétique croissante qui lui est conférée au cours de son déplacement en direction de l'électrode de charge opposée (momentanément positive en ce cas). Si chaque électron se déplaçant ainsi heurte un atome ambiant avec une énergie cinétique suffisante il résultera de ce choc la création de nouveaux électrons (émission secondaire) à leur tour accélérés par le champ électrostatique avec émission de photons producteurs de lumière.It is the electric field, due to the difference of potential applied to the two electrodes of the discharge tube, which is proportionally responsible for the force vector fe applied to each electron (f = K.dv / dl, where K is a proportionality factor and dv / dl the voltage gradient between the electrodes ) and, consequently, of the increasing kinetic energy which is given to it during its displacement in the direction of the opposite charge electrode (momentarily positive in this case). If each electron thus moving strikes an ambient atom with sufficient kinetic energy it will result from this shock the creation of new electrons (secondary emission) in their turn accelerated by the electrostatic field with emission of photons producing light.
Donc, pour un milieu donné, la naissance de l'ionisation (amorçage) dépend du gradient de potentiel auquel il est soumis et, dans le cas ici considéré, de la différence de potentiel appliquée aux électrodes du tube à décharge.Therefore, for a given medium, the birth of ionization (initiation) depends on the potential gradient to which it is subjected and, in the case considered here, on the potential difference applied to the electrodes of the discharge tube.
Les constats faits depuis longtemps par les hommes de l'art et rappelés plus haut peuvent se résumer ainsi :
- . la diminution de la différence de potentiel appliquée aux électrodes du tube à décharge d'une part, accompagnée d'une réaction d'arc en sens opposé d'autre part, n'ont d'autre effet que de réduire le gradient de potentiel effectif proposé aux électrons primaires chargés d'initier l'ionisation ;
- . les tubes à décharge vieillis se comportent selon l'une des deux hypothèses généralement admises suivantes :
- - soit la population des électrons primaires est insuffisante, bien que le gradient de potentiel proposé soit normal (tension nominale) ;
- - soit ces électrons acquièrent l'énergie cinétique convenable mais se meuvent dans un milieu devenu résistant pour des raisons qui ne sont pas encore toutes connues.
- . the decrease in the potential difference applied to the electrodes of the discharge tube on the one hand, accompanied by an arc reaction in the opposite direction on the other hand, have no other effect than to reduce the effective potential gradient proposed to primary electrons responsible for initiating ionization;
- . aged discharge tubes behave according to one of the following two generally accepted assumptions:
- - either the population of primary electrons is insufficient, although the potential gradient proposed is normal (nominal voltage);
- - Either these electrons acquire suitable kinetic energy but move in a medium that has become resistant for reasons which are not yet all known.
Dans les deux cas, la densité électronique souhaitée et nécessaire n'est pas atteinte.In both cases, the desired electron density and necessary is not reached.
Le procédé ici décrit consiste essentiellement à accroître l'accélération des électrons primaires initia- teurs de l'ionisation en les soumettant, pendant un court instant, à un gradient de potentiel sensiblement supérieur à la valeur habituelle ou "normale".The process here described basically involves increasing the acceleration of the primary electrons initially t e cores ionization in the subjecting, for a short time, a gradient of substantially higher potential to the usual value or "normal".
Pratiquement, le procédé consiste à appliquer, aux électrodes du tube à décharge, par un moyen adéquat, une différence de potentiel croissant plus rapidement que, et tendant vers une valeur maximale Vm supérieure à celle normalement produite par la tension d'alimentation nominale normale et ce, dès l'apparition (passage au zéro) de chaque alternance (voir figure 4).In practice, the method consists in applying, to the electrodes of the discharge tube, by an appropriate means, a potential difference increasing faster than, and tending towards a maximum value V m greater than that normally produced by the normal nominal supply voltage. and this, from the onset (zero crossing) of each alternation (see Figure 4).
Au début de l'alternance, la différence de potentiel aux électrodes de la lampe (tracé L de la figure 4, observé à l'oscilloscope) croît avec une pente β plus importante que la pente α de la tension d'alimentation Vr, et tend vers une valeur Vm supérieure à la valeur de crête Vc résultant de la tension d'alimentation V . Dès que la tension Vi est atteinte, et que l'amorçage est par conséquent initié, la différence de potentiel aux électrodes de la lampe retombe à la valeur de la tension d'arc V . Dès lors, la lampe à décharge fonctionne dans les conditions correspondant à la tension d'alimentation.At the start of the alternation, the potential difference at the electrodes of the lamp (trace L of FIG. 4, observed with the oscilloscope) increases with a slope β greater than the slope α of the supply voltage V r , and tends towards a value V m greater than the peak value V c resulting from the supply voltage V. As soon as the voltage V i is reached, and that the ignition is consequently initiated, the potential difference at the electrodes of the lamp falls back to the value of the arc voltage V. Therefore, the discharge lamp operates under the conditions corresponding to the supply voltage.
En particulier, si la tension d'ionisation d'un tube à décharge vieilli se situe, par exemple, au niveau Vi tan- dis que la tension de crête de la tension d'alimentation du réseau V volontairement réduite se situe à un niveau V inférieur à Vi, ce tube ne pourra en ces conditions s'ioniser. L'application du procédé aura pour effet, à l'instant t., de produire entre les deux électrodes du tube à décharge une différence de potentiel en excédent de la valeur Vi, initia- lisant ainsi une ionisation qui par la suite se maintiendra.In particular, if the ionization voltage of a discharge tube is aged, e.g., at V i s di tan- that the peak voltage of the supply voltage V network intentionally reduced is at a level V lower than V i , this tube will not be able to ionize under these conditions. The application of the method will have the effect, at time t., Of producing between the two electrodes of the discharge tube a potential difference in excess of the value V i , thus initiating an ionization which will subsequently be maintained. .
Il est à remarquer que la production de cet excédent de tension n'entraîne pas la nécessité de l'accompagner d'une réserve d'énergie notable. En effet, le tube à décharge étant alors éteint la montée amplifiée de la différence de potentiel proposée au tube à décharge s'opère en régime quasiment statique. La seule énergie, infime, nécessaire est celle correspondant à l'amorçage du courant dans le plasma, c'est-à-dire au déplacement d'une population d'électrons très inférieure à celle qui par la suite entretiendra l'ionisation, donc à un courant très faible.It should be noted that the production of this excess voltage does not entail the need to accompany it with a notable reserve of energy. Indeed, the discharge tube being then extinguished, the amplified rise in the potential difference proposed to the discharge tube takes place in almost static conditions. The only tiny energy required is that corresponding to the initiation of the current in the plasma, that is to say the displacement of a population of electrons much lower than that which will subsequently maintain the ionization, therefore at a very low current.
Si, après amorçage de l'ionisation, le moyen créateur de cette condition dispose encore d'une énergie résiduelle, celle-ci sera absorbée par les premières charges se déplaçant dans le plasma (zone hachurée de la figure 4).If, after initiation of the ionization, the means creating this condition still has residual energy, this will be absorbed by the first charges moving in the plasma (hatched area of FIG. 4).
L'ionisation étant amorcée puis appelée à s'entretenir d'elle-même, la condition initiale ici recherchée peut disparaître sans inconvénient. Il suffit de la recréer au début de l'alternance suivante, condition aisément remplie puisque la faible énergie dont ce moyen doit disposer, pour créer les conditions de fonctionnement précédemment décrites, est empruntée au cours de l'alternance précédente du courant d'alimentation proposé par le réseau. En d'autres termes, la faible énergie en question est empruntée à l'alternance de rang (n-1) pour être restituée au début (passage à 0 Volt) de l'alternance de rang (n) sous forme d'une tension à caractère impulsionnel dont la valeur de crête Vm peut dépasser nettement celle correspondant au courant du réseau alimentant la lampe et son appareillage.The ionization being initiated then called to maintain itself, the initial condition sought here can disappear without inconvenience. It is enough to recreate it at the start of the next alternation, a condition easily fulfilled since the low energy which this means must have, to create the operating conditions described above, is borrowed during the previous alternation of the proposed supply current. through the network. In other words, the low energy in question is borrowed from the alternation of rank (n-1) to be restored at the beginning (passage to 0 Volt) of the alternation of rank (n) in the form of a voltage of a pulse nature whose peak value V m can clearly exceed that corresponding to the current of the network supplying the lamp and its equipment.
Le procédé précédemment décrit est applicable par divers moyens de différentes natures dont la seule action consiste à créer, au passage à zéro de chaque alternance, la pointe de surtension sous faible énergie qui est responsable du forçage de l'ionisation dans le tube à décharge de la lampe.The previously described method is applicable by various means of different natures, the only action of which is to create, at the zero crossing of each half-wave, the overvoltage spike under low energy which is responsible for forcing the ionization in the discharge tube of the lamp.
On va maintenant décrire en référence à la figure 5 un exemple de dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.We will now describe, with reference to FIG. 5, an example of a device for implementing this method.
L'installation représentée à la figure 5, qui comprend une lampe à décharge 1, telle qu'une lampe à vapeur de mercure ou autre métal, est destinée à être branchée au réseau par ses bornes P (phase), N (neutre).The installation shown in Figure 5, which includes a discharge lamp 1, such as a mercury vapor lamp or other metal, is intended to be connected to the network by its terminals P (phase), N (neutral).
La stabilité du fonctionnement de la lampe 1 est assurée par un dispositif qui comprend un autotransformateur 2 bobiné en élévateur de tension, comportant un circuit magnétique 3 formé d'un cadre rectangulaire 4 et d'un noyau 5 disposé sensiblement selon la petite médiane du cadre 4.The stability of the operation of the lamp 1 is ensured by a device which comprises an
Autour du noyau 5 sont bobinés un enroulement primaire 6 destiné à être alimenté à travers l'appareillage de la lampe, à partir des bornes P, N, et un enroulement secondaire 7 monté en série avec la lampe 1.Around the
L'autotransformateur 2 comprend des moyens pour assurer des fuites magnétiques telles qu'en charge la fonction élévatrice de tension de l'autotransformateur 2 disparaisse presque complètement.The
Ces moyens résident notamment dans le bobinage des enroulements 6 et 7. Alors que l'enroulement primaire 6 est bobiné serré autour du noyau 5 pour rendre ses fuites magnétiques négligeables, l'enroulement secondaire 7 est bobiné autour de l'enroulement 6, sensiblement selon le même axe, et de façon qu'un espace annulaire 8 de dimension radiale D, subsiste entre les enroulements 6 et 7 pour permettre les fuites magnétiques. En pratique, un espace 8 dans lequel D = 5 mm environ, suffit dans la plupart des cas.These means reside in particular in the winding of the
Par contre, le circuit magnétique 3 est exempt de shunt et d'entrefer.On the other hand, the
L'enroulement primaire 6 est alimenté à partir des bornes P (phase) et N (neutre) de branchement au réseau, par l'intermédiaire d'un variateur de tension 10 et d'un appareillage d'alimentation 9, 11.The primary winding 6 is supplied from the terminals P (phase) and N (neutral) for connection to the network, by means of a
Les bornes d'entrée du variateur 10 sont reliées aux bornes P N, l'une de ses bornes de sortie est reliée également à la borne N, tandis que son autre borne de sortie P' est soumise au potentiel réglable.The input terminals of the
L'appareillage d'alimentation comprend un condensateur 11 reliant les bornes P' et N et une inductance 9 montée en série entre la borne P' et l'enroulement primaire 6. L'autre extrémité de l'enroulement 6 est reliée directement à la borne N.The supply equipment comprises a
L'inductance 9 et la capacité 11, qui sont des composants d'utilisation courante pour la tension normalisée susceptible d'être appliquée aux bornes P, N, sont généralement associées d'origine aux lampes à décharge telles que 1, une des particularités de l'invention étant de permettre leur maintien sans modification.The
Par ailleurs, l'enroulement secondaire 7 est relié directement à la lampe 1 dont l'autre borne est elle-même directement reliée à la borne N.Furthermore, the secondary winding 7 is connected directly to the lamp 1, the other terminal of which is itself directly connected to the terminal N.
Dans le cas d'une lampe à vapeur de mercure de 250 W, on peut à titre d'exemple avoir les valeurs numériques suivantes :
- Tension d'arc 130 volts
- Tension d'amorçage 160 volts
- Section du fil de l'enroulement primaire : 0,1 mm2.
- Section du fil de l'enroulement secondaire : 0,5 à 1 mm2.
- Impédance de l'enroulement primaire : 5000 à 6000 Ω.
- Dimension radiale D de l'espace de fuite : 5 mm.
- Arc voltage 130 volts
- 160 volt ignition voltage
- Wire section of primary winding: 0.1 mm2.
- Section of the wire of the secondary winding: 0.5 to 1 mm2.
- Primary winding impedance: 5000 to 6000 Ω.
- Radial dimension D of the leakage space: 5 mm.
Dans ces conditions en ajustant le rapport de transformation, on peut atteindre une surtension à vide de 40 volts efficaces.Under these conditions, by adjusting the transformation ratio, an empty overvoltage of 40 effective volts can be reached.
Le fonctionnement de l'installation décrite ci-dessus est le suivant :
- Quand la lampe 1 est éteinte, alors que les bornes PN sont sous tension, l'autotransformateur 2 fonctionne à vide et fournit une surtension A V entre ses bornes A et B.
- When the lamp 1 is off, while the PN terminals are energized, the
autotransformer 2 operates at no load and provides an AV overvoltage between its terminals A and B.
Par contre, en charge, par suite des fuites magnétiques, la tension induite de l'enroulement secondaire 7 est alors très faible.On the other hand, under load, as a result of magnetic leaks, the induced voltage of the secondary winding 7 is then very low.
Ainsi, l'autotransformateur 2 fournit à la lampe une surtension à vide A V, favorisant son réamorçage et par suite sa stabilité de fonctionnement, et n'a pratiquement aucune incidence sur son fonctionnement en charge (lampe allumée), ce qui entraîne une puissance dissipée par l'autotransformateur infime.Thus, the
Pour diminuer la puissance de la lampe 1, il suffit de régler le variateur 10 de manière à réduire la tension entre les bornes P' et N de ce dernier. Malgré cette dimi- nution, l'autotransformateur 2 continue à fournir une surtension capable de forcer l'amorçage de la lampe 1, pourvu que la tension de seuil d'ionisation Vi ne dépasse pas la tension maximale Vm (figure 4) que peut fournir l'autotransformateur 2.To decrease the power of the lamp 1, it suffices to adjust the dimmer 10 so as to reduce the voltage between the terminals P 'and N of the latter. Despite this Decreases Translation n ution, the
L'emplacement de l'autotransformateur 2 en aval de l'inductance 9, du côté de la lampe 1, comme représenté à la figure 5, n'est pas une obligation.The location of the
Dans le cas d'appareillages de lampes comportant un amorceur au droit de l'inductance telle que 9, il y a intérêt pour ne pas perturber les émissions HF haute tension, à disposer l'autotransformateur 2 entre cette inductance et la capacité 11.In the case of switchgear comprising a starter in line with the inductor such as 9, it is advantageous not to disturb the high voltage HF emissions, to have the
L'exemple d'installation représenté à la figure 6 trouve en particulier son application dans l'éclairage public où il est intéressant de prévoir deux puissances parmi lesquelles on choisit en fonction de l'heure, selon que l'éclairage naturel est encore sensible ou non, ou bien que la fréquentation de l'endroit à éclairer est importante ou non.The example of installation shown in FIG. 6 finds its application in public lighting in particular, where it is advantageous to provide two powers from which one chooses according to the time, depending on whether natural lighting is still sensitive or no, or that the frequentation of the place to be lit is important or not.
Dans cet exemple, l'installation est semblable à celle de la figure 5, sauf qu'elle comprend en outre, entre l'inductance 9 et l'extrémité de l'enroulement primaire 6 à laquelle elle est reliée, une seconde inductance 39 montée en parallèle avec un dispositif 31 permettant de court-circuiter, ou au contraire de mettre en service à volonté cette inductance 39. En revanche, on a supprimé le variateur 10.In this example, the installation is similar to that of FIG. 5, except that it further comprises, between the
Le dispositif 31 peut être commandé manuellement, à distance ou non, ou bien automatiquement au moyen par exemple d'un élément photosensible.The
Pour obtenir une forte puissance d'éclairage, on court-circuite l'inductance 39 à l'aide du dispositif 31, de sorte que seule l'inductance 9 est en circuit. Pour passer à une puissance d'éclairage réduite, on met en service l'inductance 39.To obtain a high lighting power, the
Bien que la tension de réamorçage, ou tension "à vide", reste égale à la tension d'alimentation aux bornes P, N lors de la mise en série instantanée de l'inductance additive 39, la lampe accuse, durant un temps relativement long, une surtension d'arc importante qui pourrait provoquer son extinction en l'absence de l'autotransformateur 2 ou d'un autre dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention.Although the re-ignition voltage, or "no-load" voltage, remains equal to the supply voltage at the terminals P, N during the instantaneous series connection of the
Dans l'exemple d'installation représenté à la figure 7, un condensateur 41 est branché entre les bornes E et F de la lampe à décharge 1, qui sont aussi les bornes de sortie de l'autotransformateur 2, qui est identique à celui des figures 5 et 6. Par ailleurs, l'installation de la figure 7 est identique à celle de la figure 5, excepté que le variateur 10 est supprimé.In the installation example shown in FIG. 7, a
Le condensateur 41 n'est pas destiné à produire le phénomène de résonance par association avec les inductances des enroulements 6 et 7. Son rôle consiste simplement à emmagasiner une légère quantité d'énergie en cours de l'alternance de rang (n-1) qui, par restitution lors du passage au zéro débutant l'alternance de rang (n), vient renforcer la surtension recherchée. Cette énergie de complément est ensuite dissipée dans la décharge naissante et contribue donc, en sollicitant à l'accélération un plus grand nombre d'électrons primaires, à mieux assurer son établissement définitif.The
Cette particularité s'observe aisément au moyen d'un oscilloscope (branché aux bornes E et F du tube à décharge) et correspond à la zone hachurée présentée en figure 4.This feature is easily observed by means of an oscilloscope (connected to terminals E and F of the discharge tube) and corresponds to the hatched area presented in Figure 4.
Les grandeurs physiques choisies pour l'expérimentation de la précédente application et grâce auxquelles furent obtenus les résultats présentés dans le tableau de la page 18 sont :
- . impédance de l'enroulement primaire : 3000 ohms
- . rapport de transformation entre enroulements primaire (P) et secondaire (S), soit S/P = 0,1
- . capacité du condensateur : 0,5 microfarad
- . perte d'énergie, en charge dans le
secondaire environ 4 volts-ampères.
- . primary winding impedance: 3000 ohms
- . transformation ratio between primary (P) and secondary (S) windings, i.e. S / P = 0.1
- . capacitor capacity: 0.5 microfarad
- . loss of energy, in charge in the secondary approximately 4 volts-amperes.
Ces grandeurs ne sont pas critiques. Des résultats comparables et voisins peuvent être obtenus avec des variations de ces valeurs de l'ordre de 20 pour cent.These quantities are not critical. Comparable and similar results can be obtained with variations of these values of the order of 20 percent.
Il est évident que des moyens différents de celui, très simple, venant d'être décrit, peuvent être mis en oeuvre dans le même but.It is obvious that means different from that, very simple, just described, can be used for the same purpose.
L'application du procédé sous la forme précédemment décrite et selon l'exemple d'application (avec condensateur) fait apparaître d'intéressants résultats exprimés par le tableau de la page 18, ci-aprèsThe application of the method in the form previously described and according to the example of application (with capacitor) shows interesting results expressed by the table on page 18, below.
Ce tableau permet une double comparaison :
- . comparaison du comportement de la même lampe à décharge équipée de son même appareillage ballast, selon que le procédé est appliqué ou non ;
- . comparaison, dans les mêmes conditions, du comportement de deux lampes à décharge de même type dont :
- - l'une est neuve mais préalablement vieillie
pendant 200 heures de fonctionnement aux conditions nominales - - l'autre, totalement épuisée et ne s'allumant plus, même sous une tension d'alimentation portée à 240 Volts efficaces, provient d'une dépose pour remplacement.
- - l'une est neuve mais préalablement vieillie
- . comparison of the behavior of the same discharge lamp equipped with its same ballast equipment, depending on whether the process is applied or not;
- . comparison, under the same conditions, of the behavior of two discharge lamps of the same type including:
- - one is new but previously aged for 200 hours of operation at nominal conditions
- - the other, completely exhausted and no longer lighting up, even under a supply voltage raised to 240 Volts effective, comes from a removal for replacement.
Il est aisément constaté, dans le cas de l'application du procédé :
- . pour la lampe neuve : des tensions efficaces d'alimentation, correspondant à l'allumage et à l'extinction, nettement plus basses et une consommation, au seuil d'extinction, également très diminuée ;
- . pour la lampe usée : la possibilité de l'allumer même pour une tension efficace d'alimentation inférieure de plus de 25 pour cent à la tension nominale d'alimentation (220 Volts efficaces), ainsi qu'un seuil d'extinction identique à celui de la lampe neuve et une consommation correspondante également très diminuée. Il est à remarquer que le flux lumineux produit par cette lampe présente, dans ces conditions, une intensité très suffisante pour être exploitable.
- . for the new lamp: effective supply voltages, corresponding to switching on and off, significantly lower and consumption, at the switch-off threshold, also greatly reduced;
- . for the used lamp: the possibility of switching it on even for an effective supply voltage more than 25 percent lower than the nominal supply voltage (220 Volts rms), as well as an extinction threshold identical to that of the new lamp and corresponding consumption also greatly reduced. It should be noted that the light flux produced by this lamp has, under these conditions, a very sufficient intensity to be usable.
Ces résultats se conservent quel que soit le nombre d'échantillons de lampes neuves ou usées que l'on soumet à cette expérimentation, l'ensemble de ces valeurs pouvant varier quelque peu (10 pour cent au maximum) en fonction des caractéristiques propres (dispersions dans la fabrication) ou de l'état d'usure des lampes.
Ces résultats font apparaître clairement deux grands avantages offerts par l'application du présent procédé :
- . il est possible, quand cela est désiré et faisable, de réduire considérablement la puissance consommée par les lampes en diminuant la tension du réseau qui les alimente (par des moyens connus et disponibles sur le marché) jusqu'à une valeur pratique de - 40 pour cent. Cette faculté se maintient tant pour les lampes neuves que pour celles ayant atteint ce qui, en conditions normales donc sans application du procédé, peut être considéré comme la limite d'usure ;
- . la durée de vie des lampes est prolongée de façon sensible par le fait que les lampes totalement usées continuent de fonctionner si le procédé leur est appliqué et, ceci, en manifestant de convenables performances de flux lumineux.
- . it is possible, when this is desired and feasible, to considerably reduce the power consumed by the lamps by reducing the voltage of the network which supplies them (by means known and available on the market) up to a practical value of - 40 for hundred. This ability is maintained both for new lamps and for those which have reached what, under normal conditions therefore without application of the process, can be considered as the wear limit;
- . the service life of the lamps is significantly extended by the fact that the totally worn lamps continue to function if the process is applied to them, and this, by demonstrating suitable performances of luminous flux.
Cet avantage est, d'ailleurs, renforcé par une conséquence du précédent car, la durée de vie de ces lampes étant fonction de l'énergie totale (kilowatts-heures) qu'elles consomment, le fait de pouvoir, en partie pour le moins, les faire fonctionner à puissance réduite participe également à la prolongation de leur durée de vie.This advantage is, moreover, reinforced by a consequence of the previous one because, the lifetime of these lamps being a function of the total energy (kilowatt-hours) they consume, the fact of being able, in part at least , operating them at reduced power also contributes to extending their service life.
Claims (11)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR7926225A FR2468276A1 (en) | 1979-10-23 | 1979-10-23 | Low-pressure AC discharge lamp starting process - involving initial voltage boost and abrupt reversion to arc voltage |
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WO1998053648A1 (en) * | 1997-05-21 | 1998-11-26 | Giorgio Reverberi | Centralized power reducing device, particularly for lighting installations |
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