L`effet de la qualité de l`alimentation sur la gradation

Une alimentation de mauvaise
qualité peut provoquer de
brusques variations de l’éclaira-
ge liées à des modifications des caracté-
ristiques de la source d’alimentation. Ce
qui peut se traduire par un éclair occa-
sionnel, un effet stroboscopique ou
encore une fluctuation cyclique, ou effet
de “breathing” (respiration).
Cet article présente les principes de
base de la gradation et des solutions pos-
sibles de gradation en présence d’une
alimentation de mauvaise qualité présen-
tant un bruit de courant secteur. Il identi-
fie les causes probables de mauvaise
qualité d’une alimentation et décrit
RTISS, le système breveté de Lutron qui
filtre les bruits parasites de l’alimenta-
tion à l’entrée du gradateur pour assurer
une gradation stable et de qualité.
Interrupteurs et gradateurs
Dans un circuit, le gradateur est utili-
sé à la place d’un interrupteur à bascu-
le classique. Les interrupteurs à bascu-
le offrent en charge deux niveaux d’ali-
mentation seulement : marche et arrêt.
Les interrupteurs gradateurs, en
revanche, offrent en charge un nombre
quasi-illimité de niveaux d’alimenta-
tion, déterminés par la position du cur-
seur ou du mécanisme de commande
du gradateur.
La majorité des gradateurs standard
sur le marché reposent sur l’un des
quatre dispositifs suivants : triac, thyris-
tor, transistor, FET ou IGBT. Ces dispo-
sitifs sont utilisés soit comme grada-
teurs à polarisation directe, soit comme
gradateurs à polarisation inverse. Par
souci de simplification, seul l’exemple
du triac est ici traité, mais les problèmes
et solutions abordés dans cet article sont
également valables pour les autres types
de dispositifs.
Un gradateur à polarisation directe
contrôle l’alimentation de la charge au
moyen d’un interrupteur à semi-conduc-
teur, ou triac. Le triac s’ouvre et se ferme
à intervalles réguliers en fonction de la
fréquence du courant secteur, 100 fois
par seconde avec une alimentation de
50 Hz ou 120 fois par seconde avec une
alimentation de 50 Hz, par exemple.
L’utilisateur règle le niveau d’éclairage
au moyen d’un curseur, bouton rotatif ou
autre dispositif qui commande au grada-
teur, par l’intermédiaire d’un potentio-
mètre ou d’un micro-processeur, la four-
niture au circuit d’un niveau d’intensité
particulier. Le gradateur traduit ce
niveau en terme de temps de conduction
du triac. Le temps de conduction corres-
pond à la durée entre la “fermeture” et
l’“ouverture” du triac.
Le gradateur est synchronisé sur le
courant secteur au moyen d’un logiciel
de temporisation intégré au micropro-
cesseur. Le logiciel mesure la fréquence
du courant secteur et le moment où sa
tension passe par la valeur zéro. Une
gradation stable et cohérente suppose
une mesure précise de la fréquence d’ali-
mentation et un passage bien net au zéro.
Le microprocesseur se base sur ses
mesures de passage au zéro et calcule le
temps de conduction pour déterminer le
point d’amorçage du triac. Le circuit de
temporisation calcule, en fonction de la
fréquence du courant secteur, la durée
pendant laquelle le triac doit rester acti-
vé. Au bout de ce délai, le triac se
bloque automatiquement au moment du
passage au zéro du courant secteur.
Cette séquence fournit le temps de
conduction exact nécessaire et donc le
niveau lumineux souhaité.
Pour produire une gradation continue
et sans papillotement, le circuit de tem-
porisation du microprocesseur doit dis-
poser de données fiables et très précises
sur le passage au zéro. Des mesures de
passage au zéro erronées peuvent influer
sur le calcul des points d’amorçage et du
temps de conduction de l’interrupteur à
semi-conducteur et, par conséquent,
altérer la qualité de la gradation. Ces
données dépendent de la qualité de l’ali-
mentation secteur.
Ces deux exigences, détermination du
passage au zéro et fréquence secteur
exacte, sont propres à la gradation. Les
autres équipements électriques ne
dépendent pas de ces deux paramètres.
Le fait que le matériel informatique
serait tout aussi sensible aux défauts du
secteur est une idée fausse très répandue.
En effet, dans la mesure où, contraire-
36 LUX n° 216 - Janvier/Février 2002
L’effet de la qualité
de l’alimentation
sur la gradation
La qualité de l’alimentation joue un rôle
non négligeable sur les systèmes de gradation
de l’éclairage. Le principe de la gradation,
la qualité de l’alimentation et le problème du bruit
affectant le courant secteur et ses effets néfastes
sur les gradateurs sont ici abordés, ainsi qu’une solution
proposée par Lutron, l’un des spécialistes des systèmes de
gradation. Son système de filtrage du bruit de ligne assure des
performances homogènes en matière de variation de lumière.
lampes &LUMINAIRES
Figure 1. Bruit haute fréquence > 5 kHz.
Causes :
moteurs à vitesse variable,
onduleurs en ligne
Figure 2. Bruit impulsionnel.
Causes : arcs de commutation
(ouverture/ fermeture
de circuits de charge)
Figure 3. Système de signalisation
et non harmonique basse fréquence.
Causes : système de signalisation,
communication par courants porteurs

37LUX n° 216 - Janvier/Février 2002
lampes &LUMINAIRES
ment au bloc d’alimentation d’un ordi-
nateur, un gradateur n’emmagasine pas
d’énergie, il peut être beaucoup plus sen-
sible aux problèmes de qualité du cou-
rant secteur.
Les six types de défaut
du courant secteur
Dans le cadre de ses recherches, Lutron a
identifié six types de défauts différents pou-
vant affecter le courant secteur : bruit haute
fréquence, bruit impulsionnel, systèmes de
signalisation et non harmoniques basse fré-
quence, déformations et bruit basse fré-
quence, variation de la tension efficace,
variation de la fréquence fondamentale.
Ces défauts particuliers sont produits
par les différents systèmes de distribution
électrique installés dans les immeubles.
Les impédances des câbles et des trans-
formateurs, ainsi que les divers systèmes
et charges alimentés par un tableau de
distribution commun, peuvent influer sur
la gravité des défauts du secteur.
Lutron a identifié ces causes après examen
d’un échantillon de plus de 150 installations
à travers le monde. Tous les cas étudiés pro-
venaient d’installations pour lesquelles des
problèmes étaient détectés à intervalles
réguliers par du personnel compétent.
Jusqu’alors, le matériel Lutron était bien
adapté pour répondre à l’un de ces défauts
de secteur individuellement (par exemple,
le gradateur fonctionne correctement en
présence de variations de la tension effica-
ce pouvant atteindre 2 % de la fréquence
du réseau). Toutefois, en présence de plu-
sieurs défauts simultanément, les pro-
blèmes de qualité du secteur peuvent se
traduire par une gradation peu fiable.
Les figures 1 à 6 illustrent les six défauts
du courant secteur. Ces problèmes peu-
vent se présenter individuellement ou
combinés. Ils sont de nature dynamique et
peuvent disparaître puis réapparaître au
cours du temps à mesure que les charges
changent sur le circuit secteur.
Afin de recréer et d’analyser ces défauts,
Lutron a développé une méthode permet-
tant de reproduire avec précision les condi-
tions réelles au sein de son laboratoire de
recherche. Acette fin, Lutron a mis au point
une méthode d’enregistrement faisant
appel à une plate-forme audio numérique.
La technique consiste à enregistrer plu-
sieurs heures de tension secteur sur des
cassettes numériques. A partir de ces cas-
settes, les ingénieurs sont en mesure de
recréer fidèlement les conditions réelles
dans leurs laboratoires. Lutron se consti-
tue ainsi une bibliothèque d’états du cou-
rant secteur à travers le monde, ce qui lui
permet de disposer de conditions expéri-
mentales authentiques pour tester les
modifications proposées sur ses produits.
Solution
La solution initiale de Lutron pour l’éli-
mination des défauts de courant secteur
individuels consistait en un filtre numé-
rique appelé circuit d’asservissement de
phase, ou PLL (Phase Locked Loop). Par
contrôle constant du point de passage au
zéro, le PLL pouvait “moyenner” tout
bruit se présentant aux bornes du grada-
teur. L’ajustement consistait à activer ou
désactiver le PLL ou à modifier la vites-
se de détection du bruit.
Ce système fonctionnait bien en pré-
sence d’un seul défaut de courant secteur
à la fois. Si deux défauts ou plus se
manifestaient simultanément, le PLL se
révélerait inadapté. Pour faire face à ces
cas de défauts multiples simultanés,
Lutron a développé une nouvelle généra-
tion de filtres à passage au zéro, baptisée
RTISS (Real Time Illumination Stability
System, système de stabilisation de
l’éclairage en temps réel). Ses travaux de
développement ont produit un filtre ana-
logique utilisé par le circuit de tempori-
sation du microprocesseur.
Le filtre a été conçu pour éliminer tout
contenu en fréquence susceptible d’in-
duire le circuit de temporisation en
erreur. Il offre au microprocesseur des
impulsions de synchronisation stables,
même en présence d’une alimentation de
mauvaise qualité.
La figure 7 illustre le principe de fonc-
tionnement du filtre. Le signal du haut
représente une tension d’alimentation
instable et déformée. Le signal du bas
représente ce qui est produit par le circuit-
filtre, ce qui est réellement fourni au circuit
de temporisation du microprocesseur.
Remarque : le circuit-filtre RTISS ne
conditionne pas l’alimentation fournie
au gradateur. Il ne modifie en rien la
forme du courant envoyé à la charge, il
se contente uniquement de fournir au
circuit de temporisation un signal propre
afin que le triac dispose de données pré-
cises sur le passage au zéro et la fré-
quence de l’alimentation.
Conclusion
L’incorporation d’un filtre de passage au
zéro dans les produits à base de micro-
processeur permet aux gradateurs Lutron
de présenter en permanence des perfor-
mances optimales. Lutron a choisi d’in-
corporer ses outils d’enregistrement au
processus de vérification de la conception
de tous ses produits. Grâce à eux, les uti-
lisateurs ont l’assurance qu’ils ne connaî-
tront plus de problèmes de cohérence ou
de fiabilité de la gradation lorsque l’ali-
mentation électrique de l’installation est
variable ou de mauvaise qualité.
D’APRÈS UN DOSSIER TECHNIQUE LUTRON
Figure 4. Déformation
et bruit basse fréquence.
Causes : ascenseurs
et fortes charges industrielles
Figure 5. Variation de la tension efficace.
Causes : ouverture/fermeture
de circuits de forte charge
Figure 6. Variation de la fréquence
fondamentale.
Causes : générateurs de secours, réseaux
électriques relativement restreints
Figure 7. Tension d’alimentation
et tension filtrée