Domaine technique.

La présente invention est du domaine des procédés et dispositifs utilisés pour commander et piloter en puissance électrique un éclairage public ou privé.

État de la technique antérieure.

On sait que les installations d'éclairage public comprennent une série de poteaux portant, au-dessus du sol, des lampes à décharge, associées électriquement à des appareils électriques de commande du genre ballast. Ces lampes et ballasts sont bien souvent organisés en réseau ou secteur.

Ces appareils électriques peuvent être classés en trois catégories :

- Les appareils appartenant de la première catégorie, lorsqu'ils sont mis sous tension électrique par un organe de commande central, fournissent à la lampe une puissance maximale pendant toute la durée d'alimentation, jusqu'à ce que l'organe central de commande coupe leur alimentation. Ces appareils sont de type ferromagnétique ou bien électronique. Ces appareils présentent un fonctionnement synchronisé de toutes les lampes placées sur une même ligne d'alimentation lorsqu'ils sont mis sous tension, mais ne permettent pas de faire des économies d'énergie s'ils ne sont pas associés à un réducteur de tension externe. Ils ne permettent donc pas de réaliser des économies d'énergie de manière autonome.

- Les appareils de la deuxième catégorie sont ceux qui sont sous tension électrique permanente et contiennent une horloge interne qui commande l'allumage et l'extinction de la lampe, ainsi que la réduction de la puissance, à des heures programmées à l'avance. Ces appareils sont de type électronique et comprennent un organe de sauvegarde de l'heure en cas de coupure du secteur, ainsi qu'un circuit de communication pour la mise à l'heure de l'appareil en fonction du lieu d'installation dans le monde. Les appareils de la deuxième catégorie commandent l'allumage des lampes à pleine puissance ainsi que la réduction de la puissance et l'extinction suivant un profil programmé à l'avance. Cependant cette commande s'effectue de façon désynchronisée, en fonction de l'heure interne de chaque appareil dont l'horloge dérive plus ou moins en fonction des conditions d'environnement, nécessitant des remises à l'heure régulière. Cette dérive est d'autant plus importante que l'appareil est soumis à des écarts de température importants entre la période où la lampe est éteinte et la période ou la lampe est allumée. D'autre part, l'appareil nécessite un organe de sauvegarde de la tension d'alimentation du circuit d'horloge pour conserver l'heure en cas de coupure secteur. Lorsque cet organe de sauvegarde est défaillant, l'appareil perd l'heure lors d'une coupure électrique sur le secteur. Ces appareils ne sont donc pas autonomes puisqu'ils nécessitent des interventions régulières pour le contrôle de l'heure et la mise à l'heure.

- Les appareils de la troisième catégorie sont ceux qui sont soit sous tension permanente ou bien mis sous tension par un organe de commande central et qui sont pilotés par des ordres externes reçus soit par courant porteur sur le réseau électrique ou bien sur un canal de communication dédié à cet usage. Ces appareils sont, pour la plupart du temps, de type électronique. Ces appareils présentent un fonctionnement synchronisé de toutes les lampes placées sur une même ligne d'alimentation lorsqu'ils reçoivent un ordre d'allumage des lampes, de réduction ou d'augmentation de la puissance délivrée à ces lampes, ou bien d'extinction de ces lampes. Cependant, ce mode de fonctionnement ne peut être mis en œuvre que si les appareils sont intégrés dans un même système. Ils ne sont donc pas autonomes.

Exposé de l'invention.

La présente invention a pour objet de résoudre les inconvénients précédemment cités en mettant en œuvre un procédé de commande et de pilotage d'un réseau d'éclairage public ou privé comportant une ou plusieurs lampes associées à un ou plusieurs ballasts, aptes à conduire à des économies d'énergie substantielles et en conférant au dit réseau et plus particulièrement à son équipement électrique de commande et de pilotage, une grande autonomie.

À cet effet, le procédé selon l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste :

a) - à découper un cycle d'éclairage en plusieurs plages consécutives de fonctionnement, à affecter à chaque plage de fonctionnement, une valeur de puissance électrique d'éclairage et une durée d représentative d'une fraction, exprimée en pourcentage, de la durée du cycle d'éclairage, et à mémoriser de manière permanente les durées d des plages de fonctionnement et les puissances d'éclairage affectées aux plages de fonctionnement,

b) - après la mise sous tension de l'éclairage public, à calculer à partir de la valeur D' de la durée du ou d'un cycle antérieur d'éclairage, préalablement mesurée et mémorisée, les valeurs d', en unité de temps, des durées des plages de fonctionnement du cycle d'éclairage en cours,

c) - à alimenter le réseau d'éclairage, pour chaque plage de fonctionnement, avec la puissance électrique correspondante,

d) - dès la coupure de l'alimentation du réseau d'éclairage à mémoriser en tant que nouvelle valeur D', la durée de l'alimentation électrique entre l'instant de la mise sous tension du réseau d'éclairage et l'instant de la coupure de l'alimentation dudit éclairage,

e) - à répéter, quotidiennement, dès la mise sous tension du réseau d'éclairage, les étapes b à d.

Ainsi par la mise en œuvre du procédé il devient maintenant possible et ce d'une manière totalement autonome, de piloter la puissance électrique d'alimentation du réseau d'éclairage et éventuellement de chaque lampe de ce réseau et de graduer, selon un schéma préétabli, cette puissance en fonction du besoin d'intensité lumineuse au cours de la nuit.

Ainsi, chaque lampe peut être alimentée à pleine puissance en début de la nuit et ensuite alimentée selon une puissance réduite et ce suivant un profil proportionnel à la durée de la nuit et sans usage d'horloge interne donnant l'heure vraie. Le procédé évite ainsi toute intervention visant à une remise à l'heure notamment pour tenir compte du changement d'heure légal biannuel.

Enfin le procédé, selon l'invention, permet de réaliser d'importantes économies d'énergie.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste à mémoriser les valeurs D' de plusieurs cycles antérieurs successifs d'éclairage.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé, en préalable à l'étape b), et après l'étape a), consiste, dès la première mise sous tension du réseau d'éclairage, à procéder à un cycle d'éclairage d'initialisation, et à la fin du cycle d'éclairage d'initialisation correspondant à la coupure de l'alimentation, à mémoriser en tant que dernière valeur D' la durée de ce cycle d'initialisation.

Une telle disposition réalise un première phase d'auto-apprentissage dans laquelle est déterminée une durée d'éclairage sachant que la durée d'éclairage suivante sera différente seulement de quelques minutes de la précédente.

Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, durant le cycle d'éclairage d'initialisation, le réseau d'éclairage est alimenté en continu avec la puissance électrique maximale.

Selon une autre caractéristique de l'invention, lors de la mise sous tension de l'éclairage, avant l'étape b, le procédé consiste à calculer l'écart E entre le plus ancien enregistrement de D' en mémoire et le plus récent en mémoire, à rechercher parmi les différents enregistrements une séquence cohérente de deux enregistrements de D' dont la valeur de la différence est inférieure ou égale à l'écart E, ces deux enregistrements ne pouvant être simultanément le plus ancien et le plus récent, à aborder les étapes b) à d) si une telle séquence est trouvée, et à procéder dans le cas contraire à un cycle d'éclairage d'initialisation et à la fin du cycle d'éclairage d'initialisation à mémoriser en tant que dernière valeur D' la durée de ce cycle d'initialisation.

Est réalisée ainsi une seconde étape d'auto apprentissage. Une telle disposition permet de prévenir toute erreur due par exemple à une coupure anticipée de l'alimentation électrique sur le réseau, ou à une absence de coupure en fin de nuit.

Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas ou est détectée une séquence cohérente, le procédé consiste à choisir comme valeur D', pour le calcul des valeurs d', celle correspondant à l'enregistrement le plus récent.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la mémorisation d'une nouvelle valeur de D' provoque l'effacement de la plus ancienne valeur D' et le décalage d'un rang des autres valeurs de D'.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la coupure de l'alimentation électrique du réseau met fin à la dernière séquence d'alimentation.

La présente invention a également pour objet un appareil du genre ballast pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

Selon une caractéristique, le ballast comprend notamment une unité de contrôle et de commande apte à déterminer le mode de fonctionnement du ballast, autonome ou asservi, à commander la phase d'allumage de la lampe, à piloter la puissance d'éclairage de la lampe, à contrôler le courant et la tension de la lampe, la tension délivrée par un circuit correcteur du facteur de puissance et régulateur de tension, la température interne du ballast, à assurer le cumul des heures de fonctionnement de la lampe et contrôler l'état de fonctionnement de la lampe.

Selon une autre caractéristique de l'invention, en mode autonome du ballast, l'unité de contrôle et de commande, contrôle la durée de nuit et pilote la réduction de la puissance d'éclairage de la lampe en fonction d'un programme d'éclairage contenu dans une mémoire laquelle est équipée de plusieurs registres agencés en pile, dans lesquels sont inscrits les valeurs D' des cycles d'éclairage précédents.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le ballast est doté d'une interface d'éclairage à adressage numérique pour recevoir d'un poste de commande central des données relative à son mode de fonctionnement ainsi qu'au mode de fonctionnement de la lampe.

Bref exposé des figures et des dessins.

D'autres avantages, buts et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'une forme préférée de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés en lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique d'un réseau d'éclairage,

- la figure 2 est vue schématique d'un ballast pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.

Meilleure manière de réaliser l'invention.

En figure 1 est représenté schématiquement un réseau d'éclairage public ou privé comprenant des poteaux 1 , portant au-dessus du sol une ou plusieurs sources lumineuses constituées par exemple par des lampes à décharge 2 connues en soi, commandées et pilotées par des appareils électriques du genre ballast 3. Ces lampes à décharge sont, de préférence, exemptes de capteurs de luminosité. Le réseau d'éclairage et plus particulièrement les ballasts 3 sont connectés à une source d'alimentation électrique 4 via un poste de commande central 5. Ce poste de commande 5, en début de période d'éclairage correspondant au début de la nuit, commute le réseau d'éclairage sur la source d'énergie électrique en sorte de provoquer l'allumage des lampes à décharge et en fin de période d'éclairage correspondant à la fin de la nuit, déconnecte le réseau d'éclairage public de la source d'alimentation l'alimentation électrique afin de provoquer l'extinction des lampes d'éclairage.

Chaque appareil, du genre ballast, intègre un ensemble mémoire 30 dans lequel sont stockés d'une part un programme informatique pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention et d'autre part des données utilisables par ce programme. De préférence cet ensemble mémoire est constitué de modules mémoires du genre EEPROM (mémoire morte effaçable électriquement et programmable) pour conserver les données même en l'absence d'alimentation électrique). Une telle disposition évite ainsi la présence dans chaque ballast de batteries électriques coûteuses en soi. Le ballast comporte de plus une unité de contrôle et de commande 31 connue en soi architecturée autour d'un micro processeur. L'unité de contrôle et de commande 31 est apte à lire les instructions du programme et les exécuter pour la mise en œuvre du procédé.

Les données utilisables par le programme sont relatives au nombre de plages de fonctionnement, par exemple quatre, selon lequel est divisé un cycle d'éclairage quotidien et à la durée de chaque plage de fonctionnement exprimée en fraction c'est-à-dire en pourcentage de la durée totale du cycle d'éclairage. Ces données sont relatives également aux valeurs des puissances électriques selon lesquelles les lampes sont alimentées durant les plages de fonctionnement. Ainsi à chaque plage de fonctionnement est associée une valeur de puissance électrique. Une telle disposition détermine un profil d'alimentation du réseau d'éclairage. Ainsi ce dernier pourra être alimenté en début de nuit avec une puissance électrique maximale, et ensuite, selon une puissance réduite et ce d'une manière totalement autonome. De préférence, les valeurs de puissance seront exprimées en termes de fraction ou de pourcentage d'une puissance maximale dont la valeur est également introduite en mémoire. Ces différentes données né sont pas prévues pour être modifiées quotidiennement, mais en fonction de spécifications techniques fournies par l'entité en charge de l'éclairage public ou de l'éclairage privé. Elles peuvent être modifiées en usine ou bien in situ à l'aide d'appareils portatifs appropriés, connus en soi.

L'ensemble mémoire 30 comprend également des registres mémoires R1 , R2, R3 prévus pour recevoir les durées D', exprimées en unité de temps, des cycles d'éclairage relatifs aux nuits précédentes et de préférence aux trois nuits précédentes. La durée de chaque cycle d'éclairage est le temps qui s'écoule entre l'instant de la connexion du réseau d'éclairage à la source d'alimentation et l'instant de sa déconnexion.

Ces registres R1 , R2, R3 sont organisés en piles. La valeur de la durée D' du dernier cycle écoulé est introduite dans R1 et avant cela, la valeur antérieure de R1 est introduite dans R2 tandis que la valeur antérieure de R2 est introduite dans R3 provoquant ainsi l'effacement de la valeur antérieure de R3. Ainsi l'introduction d'une nouvelle valeur D' de durée de cycle se traduit par l'effacement de la valeur la plus ancienne et par le décalage d'un registre à l'autre des autres valeurs D'.

Chaque ballast fonctionne de manière autonome, mais peut fonctionner aussi de manière asservie. Ainsi le ballast 3 comporte une entrée sur laquelle est appliqué un signal de basculement d'un mode de fonctionnement à l'autre. Avantageusement, cette entrée est connectée par une ligne de communicatio au poste de commande central.

Lors de sa mise sous tension, chaque ballast contrôle l'état de son circuit de communication. S'il ne reçoit aucun ordre externe, il conserve son mode de fonctionnement en cours (autonome ou asservi).

En mode Autonome, le ballast et plus particulièrement l'unité de contrôle et de commande de ce dernier vérifie les durées de fonctionnement des cycles enregistrés dans les registres mémoires R1 , R2 et R3. Si l'unité de contrôle et de commande 31 ne reconnaît pas parmi les trois derniers enregistrements, une séquence cohérente correspond à deux durées de mise sous tension dont la différence est inférieure ou égale à l'écart maximum entre trois nuits consécutives, auquel s'ajoute l'incertitude liée à la mesure du temps, elle commande alors l'allumage de la ou de chaque lampe associée à sa puissance électrique maximale, décale la valeur contenue dans le registre R2 vers le registre R3 et la valeur contenue dans le registre R1 vers le registre R2. Elle comptabilise la durée du cycle d'éclairage en cours dans un registre R0 jusqu'à la détection de la coupure de l'alimentation. Avant de s'éteindre, elle enregistre la valeur contenue dans le registre R0 dans le registre R1. Une telle disposition permet de discerner une durée de mise sous tension anormale d'une durée de mise sous tension correspondant à une durée de nuit normale, et ce malgré l'évolution de la durée d'une nuit à l'autre. Cet apprentissage permet au ballast 3 de prédire la durée de nuit en cours et de planifier les périodes de variation de la puissance, proportionnellement à la durée de la nuit.

Si maintenant, l'unité de contrôle et de commande 31 reconnaît parmi les trois derniers enregistrements contenus dans R1 , R2, et R3, une séquence cohérente correspond à deux durées de cycle d'éclairage dont la différence est inférieure ou égale à l'écart maximum entre les durées des trois derniers cycles consécutifs auquel s'ajoute l'incertitude liée à la mesure du temps, elle allume la d'abord la ou chaque lampe associée à la puissance correspondante à la première plage de fonctionnement par exemple à la puissance maximale. Elle utilise la durée du cycle le plus récent de la séquence cohérente (le plus souvent la valeur inscrite dans R1 mais quelque fois celle inscrite dans R2) pour prédire la durée D' de la nuit en cours, cette durée étant égale à la durée du cycle le plus récent, et calcule les intervalles de temps ou durées d'1 , d'2, d'3, d'4 des différentes plages de fonctionnement à partir des durées exprimés en pourcentage et de la durée D' du cycle de fonctionnement le plus récent de la séquence cohérente. Elle sauvegarde ensuite la valeur contenue dans le registre R2, dans le registre R3 et la valeur contenue dans le registre R1 dans le registre R2. Elle comptabilise la durée du cycle d'éclairage en cours dans le registre R0. Lorsque ce temps est égal à la valeur de la durée d'1 , elle alimente la ou chaque lampe associée avec la puissance correspondant à la deuxième plage de fonctionnement et ainsi de suite jusqu'à l'écoulement complet de l'avant dernière plage de fonctionnement ou elle alimente la ou chaque lampe 2 associée, avec la puissance électrique correspondant à la dernière plage de fonctionnement. Chaque ballast 3 conserve cet état jusqu'à la détection de la coupure d'alimentation. Avant de s'éteindre, l'unité centrale 31 enregistre la durée D' du cycle dans le registre R1.

Quand le ballast 3 reçoit un ordre de commande sur son circuit de communication alors qu'il est en mode autonome, il bascule en mode asservi comme un simple ballast communicant exécutant les ordres transmis par le poste de commande.

Le procédé et le ballast tel que décrits permettent une réduction significative de la consommation en énergie électrique d'un éclairage public ou privé. Le ballast est capable d'une manière autonome de piloter la puissance électrique fournie à la lampe 2 ou à chaque lampe 2 associée, en fonction du besoin d'intensité lumineuse sans nécessité de recevoir des ordres externes ou bien de basculer sur un fonctionnement asservi si un système de commande externe est installé. Il est apte à réduire ou à augmenter la puissance délivrée à la ou à chaque lampe 2 en fonction de l'heure de la nuit, d'une manière proportionnelle à la durée de nuit.

Outre l'unité de contrôle et de commande 31 et les différents registres, le ballast 3 comprend une interface de connexion au secteur 32 dont la fonction est de permettre son raccordement au réseau de distribution électrique et de le protéger des impulsions de haute tension pouvant être présentes sur le réseau. A cette interface 32 est connecté un circuit 33 de filtrage et de redressement de courant. Les filtres de ce circuit 33, répondent aux normes de la compatibilité électromagnétique. Ce circuit 33 est équipé d'un pont redresseur de tension. Ce circuit 33 a pour fonction de filtrer les perturbations que pourrait renvoyer la partie puissance du ballast, de garantir le respect des normes de compatibilité électromagnétique, d'éviter de perturber la communication par courant porteur. Le pont redresseur de cet ensemble a pour fonction de transformer la tension alternative du réseau de distribution d'énergie électrique en une tension continue.

Au circuit de filtrage et de redressement 33 est connecté un circuit 34 correcteur du facteur de puissance et régulateur de tension. La fonction de ce circuit 34 est de compenser le déphasage entre la tension du réseau et le courant d'entrée du ballast 3 pour que la puissance active absorbée par le ballast 3 soit proche de la puissance apparente en entrée de ce ballast. Ce circuit 34 a également pour fonction de réguler la tension continue à une valeur constante indépendamment de la variation de la tension du réseau de distribution d'énergie électrique.

Au circuit 34 est connecté un circuit 35 convertisseur régulateur de courant. La fonction de ce circuit 35 est de réguler la puissance délivrée à la lampe d'éclairage 2 en agissant sur le courant qui lui est fourni. On peut remarquer que ce circuit 35 est connecté à l'unité de contrôle et de commande 31 afin d'être piloté par cette dernière.

Au circuit 35 ainsi qu'à l'unité de contrôle et de commande 31 est connecté un circuit convertisseur de courant 36 apte à convertir un courant continu en courant alternatif nécessaire au bon fonctionnement de la lampe d'éclairage 2. A ce circuit 35 est associé un circuit d'allumage 36' dont la fonction est de générer une impulsion haute tension aux bornes de la lampe pour démarrer l'allumage de cette dernière.

Au circuit convertisseur de courant 36 et au circuit d'allumage est connecté une interface 37 de connexion à la lampe d'éclairage 2. La fonction de cette interface est de permettre la connexion du ballast 3 à la lampe. Cette interface 37 est connectée à un circuit 38 de mesure du courant et de la tension électrique appliquée sur la lampe d'éclairage. Ce circuit 37 connecté à l'unité de contrôle et de commande 31 , transforme les grandeurs de courant et tension alternatives en des signaux mesurables par l'unité de contrôle et de commande 31.

A l'unité de contrôle et de commande 31 est connectée une interface d'éclairage à adressage numérique 39, (interface DALI) permettant l'adressage du ballast 3 du poste central 5. Cette interface permet la sélection du ballast et la réception des ordres qui lui sont spécifiquement adressés depuis le poste central 5. Elle permet aussi la transmission des données depuis l'unité de contrôle et de commande 31 vers le poste central 5.

Enfin, le ballast sera équipé d'une source d'énergie électrique 3a, régulée en tension, connectée à l'unité de contrôle et de commande 31 ainsi qu'aux différents circuits et interfaces pour en assurer l'alimentation électrique.

L'unité de contrôle et de commande 31 détermine le mode de fonctionnement du ballast, autonome ou asservi, commande la phase d'allumage de la lampe 2, pilote la puissance d'éclairage de la lampe 2, contrôle le courant et la tension de la lampe, la tension délivrée par le circuit 34 correcteur du facteur de puissance et régulateur de tension, la température interne du ballast, ce dernier étant équipé d'un capteur de température. Elle assure le cumul des heures de fonctionnement de la lampe et contrôle l'état de fonctionnement de la lampe. En mode autonome, l'unité de contrôle et de commande, contrôle la durée de nuit (ballast sous tension) et pilote la réduction de la puissance d'éclairage de la lampe en fonction du programme d'éclairage contenu dans la mémoire 30. En mode asservi, lorsqu'elle reconnaît des ordres provenant de l'interface DALI, elle exécute ces derniers et renvoie au poste central, des données de fonctionnement de la lampe et du ballast. Les ordres reçus peuvent concerner notamment l'allumage de la lampe, la réduction de puissance et l'extinction.

Il va de soi que la présente invention peut recevoir tous aménagements et variantes du domaine des équivalents techniques sans pour autant sortir du cadre du présent brevet tel que défini par les revendications ci-après.