Les luminaires fluorescents sont basés sur la lueur d'une décharge de gaz à vapeur de mercure. Le rayonnement est dans la gamme des ultraviolets et l'ampoule est recouverte d'un phosphore pour le convertir en lumière visible.
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Principe de fonctionnement d'une lampe fluorescente
Les luminaires fluorescents ont la particularité de ne pas pouvoir être raccordés directement au secteur. La résistance à froid entre les électrodes est élevée et le courant qui circule entre elles est insuffisant pour générer une décharge. Une impulsion haute tension est nécessaire pour l'allumage.
La lampe à décharge amorcée est caractérisée par une faible résistance qui a une composante réactive. Pour compenser la composante réactive et limiter le flux de courant, une self (ballast) est connectée en série avec la source de lumière fluorescente.
Beaucoup de gens ne comprennent pas à quoi sert un starter dans les lampes fluorescentes. Une bobine incluse dans le circuit d'alimentation, en conjonction avec le démarreur, forme une impulsion haute tension pour amorcer la décharge entre les électrodes. Cela est dû au fait qu'une impulsion auto-inductive allant jusqu'à 1kV est présente aux bornes des selfs lorsque les contacts du démarreur s'ouvrent.
A quoi sert le starter
L'utilisation d'une self pour les lampes fluorescentes (ballast) dans les circuits de puissance est nécessaire pour deux raisons :
- Pour former la tension de départ ;
- Pour limiter le courant à travers les électrodes.
Le principe de la self est basé sur la réactance de la bobine d'inductance qu'est la self. La résistance d'inductance introduit un déphasage de 90º entre la tension et le courant.
Comme la valeur de limitation du courant est une résistance d'inductance, il s'ensuit que les selfs conçues pour des lampes de même puissance ne peuvent pas être utilisées pour le raccordement d'appareils plus ou moins puissants.
Dans certaines limites, des tolérances sont possibles. Dans le passé, par exemple, l'industrie nationale produisait des luminaires fluorescents d'une puissance de 40W. Une self de 36W pour lampes fluorescentes de production moderne peut être utilisée sans crainte dans les circuits d'alimentation de luminaires obsolètes et vice versa.
Différences entre les selfs et les EBs
Le circuit de self pour la commutation des sources lumineuses fluorescentes est simple et très fiable. L'exception est le remplacement régulier des démarreurs, car ils comprennent un groupe de contacts d'ouverture pour former des impulsions de démarrage.
En même temps, ce circuit présente des inconvénients importants, qui ont obligé à rechercher de nouvelles solutions pour l'allumage des lampes :
- Des temps de démarrage longs, qui augmentent à mesure que la lampe s'use ou que la tension d'alimentation diminue ;
- des distorsions importantes de la forme d'onde de la tension d'alimentation (cosf<0,5) ;
- scintillement à deux fois la fréquence du réseau en raison de la faible inertie de la luminosité de la décharge de gaz ;
- caractéristiques massiques-dimensionnelles élevées ;
- ronflement à basse fréquence dû à la vibration des plaques du système de self magnétique ;
- faible fiabilité de démarrage à des températures négatives.
La vérification du starter des lampes fluorescentes est compliquée par le fait que les dispositifs permettant de déterminer les courts-circuits ne sont pas répandus, et qu'avec les dispositifs standard, on ne peut que constater la présence ou l'absence de rupture.
Les ballasts électroniques (BE) ont été développés pour résoudre ces problèmes. Les circuits électroniques fonctionnent sur un principe différent de génération de haute tension pour démarrer et maintenir la combustion.
L'impulsion haute tension est générée électroniquement, et une tension haute fréquence (25-100 kHz) est utilisée pour soutenir la décharge. L'ECG peut être utilisé dans deux modes :
- avec préchauffage des électrodes ;
- avec un démarrage à froid.
Dans le premier mode, une faible tension est appliquée aux électrodes pendant 0,5 à 1 seconde pour le chauffage initial. Une fois le temps écoulé, une impulsion haute tension est appliquée, ce qui provoque l'inflammation de la décharge entre les électrodes. Ce mode est techniquement plus compliqué, mais il augmente la durée de vie des lampes.
Le mode de démarrage à froid est différent dans la mesure où la tension de démarrage est appliquée aux électrodes non chauffées, ce qui provoque un démarrage rapide. Ce mode d'allumage n'est pas recommandé pour un usage fréquent car il réduit considérablement la durée de vie de la lampe, mais il peut être utilisé même avec des lampes dont les électrodes sont défectueuses (filaments soufflés).
Les circuits avec un ballast électronique présentent les avantages suivants
- Absence totale de scintillement ;
- large plage de température d'utilisation ;
- de faibles distorsions de la forme de la tension du réseau ;
- l'absence de bruit acoustique ;
- l'augmentation de la durée de vie des sources lumineuses ;
- Taille et poids réduits, possibilité de conception miniature ;
- possibilité de gradation - modification de la luminosité en contrôlant la largeur d'impulsion des électrodes.
Connexion classique par ballast électromagnétique - choke
Le schéma de connexion le plus courant pour une lampe fluorescente se compose d'une bobine et d'un démarreur, appelés ballasts électromagnétiques (EMB). Le circuit est constitué d'une série de circuits : self - filament - démarreur.
Au moment initial de l'allumage, le courant circule dans les éléments du circuit, chauffant le filament de la lampe et en même temps le groupe de contact du démarreur. Lorsque les contacts sont chauffés, ils s'ouvrent, provoquant une FEM d'auto-induction aux extrémités de l'enroulement du ballast électromagnétique. La haute tension provoque la rupture de l'espace gazeux entre les électrodes.
Un condensateur de faible capacité connecté en parallèle aux contacts du démarreur forme un circuit oscillant avec la self. Cette solution augmente la valeur de la tension de l'impulsion de démarrage et réduit la brûlure des contacts du démarreur.
Lorsqu'une décharge stable se produit, la résistance entre les électrodes situées aux extrémités opposées de l'ampoule diminue et le courant circule dans le circuit de l'électrode de choc. Le courant à ce moment-là est limité par la résistance inductive de la self. L'électrode du démarreur se ferme, le démarreur ne fonctionne plus à ce moment-là.
Si aucune décharge ne se produit dans l'ampoule, le processus de chauffage et d'allumage est répété plusieurs fois. La lampe peut vaciller pendant ce temps. Si la lampe fluorescente clignote mais ne s'allume pas, cela peut indiquer une défaillance de la lampe due à une réduction de l'émissivité des électrodes ou à une baisse de la tension du réseau.
La connexion des lampes fluorescentes avec une self peut être complétée par un condensateur pour réduire la distorsion du réseau. Un condensateur est également installé dans les luminaires jumelés pour le décalage mutuel des phares entre les lampes voisines afin de réduire visuellement l'effet de scintillement.
Connexion via un ballast électronique moderne
Dans les luminaires équipés de ballasts électroniques, le schéma de raccordement des lampes fluorescentes est indiqué sur le boîtier de l'alimentation électronique. Pour l'allumer correctement, il faut suivre exactement les instructions. Aucun réglage n'est nécessaire. Un circuit correctement assemblé, avec des composants en état de marche, commencera à fonctionner immédiatement.
Schéma du circuit pour connecter deux lampes en série
Les tubes fluorescents peuvent être connectés en série avec deux luminaires dans les conditions suivantes :
- l'utilisation de deux sources lumineuses identiques ;
- ballast électromagnétique conçu pour un circuit similaire ;
- un starter conçu pour deux fois la puissance.
L'avantage du circuit en série est que l'on n'utilise qu'une seule self lourde, mais en cas de défaillance d'une des ampoules ou du démarreur, le luminaire est rendu complètement inopérant.
Les BE modernes ne peuvent être allumés que selon ce schéma, mais de nombreux modèles sont conçus pour intégrer deux lampes. Le circuit comporte deux canaux indépendants de mise en forme de la tension, de sorte que le double ballast électronique garantit le fonctionnement d'une lampe en cas de défaillance ou d'absence de l'autre.
Connexion sans démarreur
Plusieurs options de connexion ont été développées pour les lampes fluorescentes sans starter ni starter. Tous utilisent le principe de la création d'une tension de démarrage élevée au moyen d'un multiplicateur de tension.
De nombreux circuits permettent de fonctionner avec des filaments grillés, ce qui permet d'utiliser des lampes défectueuses. Certaines solutions utilisent une alimentation en courant continu. Il n'y a donc pas de scintillement du tout, mais les électrodes s'usent de manière inégale. Cela peut être remarqué par la présence de taches sombres de phosphore sur un côté de l'ampoule.
Certains électriciens installent un bouton d'allumage séparé au lieu d'un démarreur, mais cela implique de contrôler l'allumage de la lampe via un interrupteur et un bouton, ce qui n'est pas pratique et peut endommager la lampe si le bouton est enfoncé trop longtemps en raison de la surchauffe des électrodes.
Il n'existe pas de modèle industriel permettant d'allumer des luminaires fluorescents sans starter, à l'exception de l'ECG. Cela est dû à leur faible fiabilité, à l'impact négatif sur la durée de vie des lampes, à leur grande taille en raison de la capacité élevée des condensateurs.
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