EP0933978A1 - Dispositif d'amorcage pour l'alimentation de lampes à arc - Google Patents

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EP0933978A1
EP0933978A1 EP99420022A EP99420022A EP0933978A1 EP 0933978 A1 EP0933978 A1 EP 0933978A1 EP 99420022 A EP99420022 A EP 99420022A EP 99420022 A EP99420022 A EP 99420022A EP 0933978 A1 EP0933978 A1 EP 0933978A1
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transformer
circuit
lamp
capacitor
current
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EP99420022A
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Inventor
Laurent Huot
Philippe Escaich
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Bureau d'Etudes Eclairage Public BEEP
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/02—Details
    • H05B41/04—Starting switches
    • H05B41/042—Starting switches using semiconductor devices

Definitions

  • the present invention relates to priming devices for powering arc lamps, fluorescent tubes, lamps high pressure sodium vapor, iodide or other.
  • An arc lamp consists of a translucent enclosure tight in which is trapped a gas such as sodium vapor for a high pressure sodium lamp.
  • Two electrodes are arranged at each end of the enclosure.
  • a first step is to create an electric arc between the two electrodes by ionizing the gas inside the enclosure.
  • This function is generally performed by an initiator.
  • the arc After striking, the arc must be supplied by a source alternating current whose value fixes the power supplied to the lamp.
  • the source power supply includes a current source called usually ballast.
  • ballasts used we can cite the high frequency electronic power supplies.
  • the invention aims to create a priming device, particularly well suited to be used for priming of an arc lamp powered by a power supply of this type.
  • the priming device shown in Figure 1 includes a high frequency electronic power supply 1, the output is connected to the primary winding 2 of a transformer 3.
  • the secondary winding 4 of the transformer 3 is connected to the terminals of an arc lamp 5 to be supplied with interposition in series with said winding lamp secondary 7 of a step-up transformer.
  • the primary winding 9 of this transformer is connected at the output of an electronic control circuit 10 comprising an input connected to a current transformer 12 arranged around a connecting conductor of the secondary winding 4 from power supply output transformer 3 and the secondary winding 7 of the high frequency transformer 8.
  • Another input of the electronic control circuit 10 is connected to a VA continuous power source.
  • the current transformer 12 is further connected by via a signal shaping circuit 13, to the winding of a relay 14 whose contacts 15 are connected in a short circuit bypass 16 of the secondary winding 7 of the high voltage transformer 8.
  • the electronic control circuit 10 is shown in detail in figure 2.
  • a Zener diode 26 Between the first resistor 22 and the input terminal 21, are connected in series a Zener diode 26, a second resistor 28 and a switch consisting of a transistor 30.
  • the circuit is completed by a diode 36 for maintaining the charge of capacitor 24 connected between capacitor 24 and the supply terminal 21.
  • the lamp 5 is deactivated.
  • the current I which flows through the supply circuit of the lamp is therefore zero and the voltage Vsl on secondary 4 of power transformer 3 is at its maximum value.
  • Relay 14 is not controlled and its contacts 15 are open.
  • the electronic control circuit 10 including the transistor 30 is blocked, then applies a train of voltage pulses amplitude VA across the primary winding 9 to N1 high voltage transformer turns 8.
  • the Zener diode 26 does not drive at first.
  • the capacitor 24 then charges from the voltage VA at terminals 20,21 through resistor 22.
  • Zener diode 26 switches and Diac 32 closes.
  • the capacitor discharges in free oscillations in the primary winding 9 of the transformer 8.
  • the thyristor 34 is blocked and the circuit returns to the initial state until the capacitor 24 be charged again.
  • Vs2 VA x (N2 / N1) with N2 / N1> 1
  • the high voltage pulses are found at the terminals of the lamp 5.
  • VL VS1 + VS2.
  • the lamp 5 then behaves like a resistance of a few ohms and a current I is established in the circuit power supply for this lamp.
  • the current transformer 12 detects the presence of the lamp supply current I and sends to the command 10, corresponding information.
  • the signal from the intensity transformer 12 is applied based on transistor 30 of control circuit 10 shown in detail in Figure 2, which causes the shutdown sending the pulses.
  • the current transformer applies by through the shaping circuit 13, signals from command to close contacts 15 of relay 14.
  • control circuit 10 does not receives more information from current transformer 12 and again authorizes the sending of high voltage pulses in the lamp supply circuit.
  • the igniter is in series with lamp 5 and current source 1.
  • the secondary of transformer 8 is short-circuited by the contacts 15 of the relay 14, which prevents the impedance own secondary 2 Z2 influences the current value principal I.
  • L2 being the inductance of the transformer secondary 8 and ⁇ , the operating pulse.
  • Z2 f (VS2).
  • the electronic control circuit 10 associated with the transformer of intensity 12 not only makes it possible to interrupt the pulses once the lamp has started, but also, in the case where it is absent, to stop the impulses after a certain period of time.
  • the electronics 10 make it possible to generate pulses at high voltage by adapting their characteristics such that their duration, their form, their number, depending on different types of lamps to power.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Dispositif d'amorçage d'une lampe à arc (5) en vue de son alimentation par un générateur électronique à haute fréquence (1,3), caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande (10) d'un transformateur (8) à haute tension dont l'enroulement secondaire (7) est connecté en série dans le circuit d'alimentation de la lampe et des moyens (12,14,15,16) pour court-circuiter ledit secondaire (7) lorsque le courant (I) d'alimentation de la lampe atteint une valeur prédéterminée. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne les dispositifs d'amorçage pour l'alimentation de lampes à arc, tubes fluorescents, lampes à vapeur de sodium à haute pression, à iodure ou autres.
Une lampe à arc est constituée d'une enceinte translucide étanche dans laquelle est emprisonnée un gaz tel que de la vapeur de sodium pour une lampe au sodium haute pression.
Deux électrodes sont disposées à chaque extrémité de l'enceinte.
Pour faire fonctionner une lampe de ce type, une première étape consiste à créer un arc électrique entre les deux électrodes en ionisant le gaz à l'intérieur de l'enceinte.
A cet effet, il faut appliquer aux bornes de la lampe, une impulsion de tension suffisante générale de 3 à 5 kV suivant le type de lampe.
Cette fonction est généralement assurée par un amorceur.
Après l'amorçage, il faut alimenter l'arc par une source de courant alternatif dont la valeur fixe la puissance fournie à la lampe.
Cette alimentation en courant est nécessaire à cause de la caractéristique courant-tension très raide et de pente négative des lampes à arc.
Afin d'assurer l'alimentation précitée, la source d'alimentation comprend une source de courant appelée habituellement ballast.
Parmi les ballasts utilisés, on peut citer les alimentations électroniques à haute fréquence.
L'invention vise à créer un dispositif d'amorçage, particulièrement bien adapté à être utilisé pour l'amorçage d'une lampe à arc alimenté par une alimentation de ce type.
Elle a donc pour objet un dispositif d'amorçage d'une lampe à arc en vue de son alimentation par un générateur électronique à haute fréquence, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande d'un transformateur à haute tension dont l'enroulement secondaire est connecté en série dans le circuit d'alimentation de la lampe et des moyens pour court-circuiter ledit secondaire lorsque le courant d'alimentation de la lampe atteint une valeur prédéterminée.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la Fig.1 est un schéma synoptique d'un dispositif d'amorçage suivant l'invention; et
  • la Fig.2 est un schéma électrique du circuit électronique de commande du dispositif d'amorçage de la figure 1.
Le dispositif d'amorçage représenté à la figure 1 comporte une alimentation électronique 1 à haute fréquence dont la sortie est connectée à l'enroulement primaire 2 d'un transformateur 3.
L'enroulement secondaire 4 du transformateur 3 est connecté aux bornes d'une lampe à arc 5 à alimenter avec interposition en série avec ladite lampe de l'enroulement secondaire 7 d'un transformateur élévateur de tension.
L'enroulement primaire 9 de ce transformateur est connecté à la sortie d'un circuit électronique de commande 10 comprenant une entrée reliée à un transformateur d'intensité 12 disposé autour d'un conducteur de liaison de l'enroulement secondaire 4 du transformateur 3 de sortie de l'alimentation 1 et l'enroulement secondaire 7 du transformateur à haute fréquence 8.
Une autre entrée du circuit électronique de commande 10 est connectée à une source d'alimentation continue VA.
Le transformateur d'intensité 12 est en outre connecté par l'intermédiaire d'un circuit de mise en forme 13 de son signal, au bobinage d'un relais 14 dont les contacts 15 sont connectés dans une dérivation 16 de mise en court-circuit de l'enroulement secondaire 7 du transformateur à haute tension 8.
Le circuit électronique de commande 10 est représenté en détail à la figure 2.
Il comporte deux bornes d'entrée 20,21 d'alimentation sur lesquelles est appliquée la tension d'alimentation continue VA.
Entre les bornes d'entrée 20,21 sont connectés en série une première résistance 22, un condensateur 24 et l'enroulement primaire 9 du transformateur à haute tension 8.
Entre la première résistance 22 et la borne d'entrée 21, sont connectés en série une diode Zener 26, une seconde résistance 28 et un interrupteur constitué par un transistor 30.
Entre la seconde résistance 28 et l'interrupteur 30, est connectée une première borne d'un diac 32 dont la seconde borne est connectée à la gâchette d'un thyristor 34, le trajet anode-cathode de celui-ci étant connecté entre la première résistance 22 et la borne d'entrée 21.
Le circuit est complété par une diode 36 de maintien de la charge du condensateur 24 connectée entre le condensateur 24 et la borne d'alimentation 21.
Le fonctionnement du dispositif d'amorçage décrit en référence aux figures 1 et 2 est le suivant.
Initialement, la lampe 5 est désamorcée.
Elle est donc équivalente à un circuit ouvert.
Le courant I qui parcourt le circuit d'alimentation de la lampe est donc nul et la tension Vsl sur le secondaire 4 du transformateur d'alimentation 3 est à sa valeur maximale.
Le relais 14 n'est pas commandé et ses contacts 15 sont ouverts.
Le circuit électronique de commande 10 dont le transistor 30 est bloqué, applique alors un train d'impulsions de tension d'amplitude VA aux bornes de l'enroulement primaire 9 à N1 spires du transformateur à haute tension 8.
Au cours de la charge du condensateur 24, la diode Zener 26 ne conduit d'abord pas.
Le condensateur 24 se charge alors à partir de la tension VA aux bornes 20,21 à travers la résistance 22.
La tension V1 aux bornes du condensateur 24 croít.
Lorsque la tension V1 devient supérieure à la tension d'avalanche de la diode Zener 26 et du Diac 32, la diode Zener 26 bascule et le Diac 32 se ferme.
Du courant circule alors dans la gâchette du thyristor 34 qui court-circuite la diode 36 qui empêchait la décharge du condensateur 24.
Le condensateur se décharge en oscillations libres dans l'enroulement primaire 9 du transformateur 8.
A la fin de la décharge, le thyristor 34 se bloque et le circuit revient à l'état initial jusqu'à ce que le condensateur 24 soit à nouveau chargé.
Il en résulte sur l'enroulement secondaire à N2 spires de ce transformateur, une tension Vs2 correspondant à un train d'impulsions à haute tension d'amplitude. Vs2 = VA x (N2/N1) avec N2/N1>1
Les impulsions à haute tension se retrouvent aux bornes de la lampe 5.
La tension VL aux bornes de la lampe est donnée par la relation : VL = VS1 + VS2.
A cet instant, l'arc s'amorce.
La lampe 5 se comporte alors comme une résistance de quelques ohms et un courant I s'établit dans le circuit d'alimentation de cette lampe.
Le transformateur d'intensité 12 détecte la présence du courant I d'alimentation de la lampe et envoie au circuit de commande 10, une information correspondante.
Le signal du transformateur d'intensité 12 est appliqué sur la base du transistor 30 du circuit de commande 10 représenté en détail sur la figure 2, ce qui provoque l'arrêt de l'envoi des impulsions.
Par ailleurs, le transformateur d'intensité applique par l'intermédiaire du circuit de mise en forme 13, des signaux de commande de fermeture des contacts 15 du relais 14.
La source de courant 1 se retrouve ainsi en parallèle avec la lampe 5 et assure son alimentation en puissance.
Si la lampe 5 s'éteint, le circuit de commande 10 ne reçoit plus d'informations du transformateur d'intensité 12 et autorise à nouveau l'envoi d'impulsions à haute tension dans le circuit d'alimentation de la lampe.
En fonctionnement normal, l'amorceur se trouve en série avec la lampe 5 et la source de courant 1.
Tant que la lampe 5 n'est pas amorcée, cette topologie permet une totale sécurité de fonctionnement.
En effet, les impulsions à haute tension VS2 à la sortie du transformateur 8 ne risquent pas d'endommager le circuit électronique d'alimentation à haute fréquence.
Le secondaire du transformateur 8 est court-circuité par les contacts 15 du relais 14, ce qui évite que l'impédance propre Z2 du secondaire 7 influence la valeur du courant principal I.
L'impédance étant proportionnelle au carré de la tension VS2 sur le secondaire 7, sa valeur est donc élevée. Z2 = L2xω = Kx(N2)2xω
L2 étant l'inductance propre du secondaire du transformateur 8 et ω, la pulsation de fonctionnement.
En outre, VS2 = N2/N1 VA.
En éliminant N2, on obtient Z2 = f(VS2). Z2= kxω(N1xVA)2x (VS2)2=Kx (VS2)2
On peut donc concevoir un transformateur à haute tension avec les caractéristiques que l'on veut, notamment avec un rapport de transformation élevé pour adapter l'amplitude des impulsions à chaque type de lampe, sans pour cela perturber le circuit principal.
Le circuit de commande électronique 10 associé au transformateur d'intensité 12 permet non seulement d'interrompre les impulsions une fois la lampe amorcée, mais aussi, dans le cas où celle-ci est absente, de stopper les impulsions après un certain laps de temps.
Une telle caractéristique accroít la sécurité du système.
En outre, l'électronique 10 permet de générer des impulsions à haute tension en adaptant leurs caractéristiques telles que leur durée, leur forme, leur nombre, en fonction de différents types de lampes à alimenter.
En modifiant la valeur C du condensateur 24, on contrôle l'énergie d'amorçage de la lampe.
En modifiant la valeur R1 de la résistance 22 du circuit RC, formé par cette résistance et le condensateur 24, on peut adapter la fréquence de production des trains d'oscillations de décharge du condensateur 22 et par conséquent, le nombre de trains d'oscillations à haute tension d'amorçage transmis par le transformateur 8 au circuit d'alimentation de la lampe à arc 5.

Claims (4)

  1. Dispositif d'amorçage d'une lampe à arc (5) en vue de son alimentation par un générateur électronique à haute fréquence (1,3), caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande (10) d'un transformateur (8) à haute tension dont l'enroulement secondaire (7) est connecté en série dans le circuit d'alimentation de la lampe et des moyens (12,14,15,16) pour court-circuiter ledit secondaire (7) lorsque le courant (I) d'alimentation de la lampe atteint une valeur prédéterminée.
  2. Dispositif d'amorçage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour court-circuiter le secondaire du transformateur à haute tension (8) comprennent un relais (14) d'actionnement d'au moins un contact (15) placé dans un circuit (16) de mise en court-circuit dudit secondaire (7), le circuit (10) de commande du transformateur à haute tension (8) alimenté par une source d'alimentation continue (VA) et un transformateur d'intensité (12) connecté audit circuit de commande (10) et destiné en outre à commander ledit relais d'actionnement (14).
  3. Dispositif d'amorçage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de commande (10) comporte un circuit série comprenant une résistance (22) et un condensateur (24) connectés en série avec l'enroulement primaire (9) du transformateur à haute tension (8) aux bornes de l'alimentation continue (VA) et un circuit (26,28,32,34) de commande de la décharge à oscillations libres du condensateur (24) dans l'enroulement primaire du transformateur à haute tension commandé par le transformateur d'intensité (12).
  4. Dispositif d'amorçage suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de commande de la décharge du condensateur (24) comporte une diode Zener (26) de limitation de la tension de charge du condensateur (24) connectée en série avec un interrupteur (30) commandé par le transformateur d'intensité (12), un thyristor (34) de décharge du condensateur (24), la gâchette du thyristor étant connectée à l'interrupteur (30) par l'intermédiaire d'un Diac (32), une diode (36) de maintien de la charge du condensateur (24) étant connecté en parallèle sur le thyristor (34).
EP99420022A 1998-01-30 1999-01-28 Dispositif d'amorcage pour l'alimentation de lampes à arc Withdrawn EP0933978A1 (fr)

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