Stroboscope à tube : étude, tests et mesures

Un stroboscope à tube génère des flashs à intervalles réguliers. Quelle est l'énergie réelle délivrée lors d'un flash ? Vaut-il mieux parler d'énergie en Joules ou de puissance en Watts pour un stroboscope ?

 

Etude d'un puissant stroboscope à tube

 

Le montage du stroboscope ci dessous est étudié :

 

 

Montage d'un stroboscope à tube

 

Il s'agit d'une conception faite sur mesure. Le condensateur C1 (réserve d'énergie pour le flash) se charge à travers R1 et D1. Par ailleurs, le petit condensateur C2 se charge à travers R2 et le potentiomètre P1. Lorsque la tension à ses bornes atteint 34V, le diac entre en conduction et amorce le triac T1 qui devient passant. La tension aux bornes de C2 chute brutalement (C2 se décharge dans la gâchette de T1) à 23V environ. Puis C2 se recharge et un nouveau cycle commence.

 

 

Tension aux bornes de C2 pour P1 en butée (P1 en court circuit)

 

C1 se décharge presque complètement lors de chaque flash du tube. Ci dessous, l'intensité traversant le tube à éclat et la tension aux bornes de C1

 

 

Courant dans le tube à éclat du stroboscope

 

Le courant dans le tube est mesuré à la pince de courant. Il atteint 100A environ. En mesurant le courant sur un laps de temps plus court, on obtient :

 

 

Courant dans le tube à éclat du stroboscope

 

Le courant instantané dans le tube à éclat atteint 120 Ampères. On observe une remontée du courant à 25A environ. Cela est dû à la contribution du secteur pour le courant du tube. En effet, le flash coïncide avec l'alternance positive du secteur. La contribution du secteur est limitée par R1 qui évite ainsi un appel de courant trop grand. On observe ensuite que la tension aux bornes de C1 reste à 30V environ. Il faut en effet attendre l'alternance positive suivante pour que C1 soit rechargée à nouveau. La recharge de C1 se fait en marches d'escalier.

 

Lorsque le courant s'est annulé dans le tube, la conduction cesse et le tube se présente à nouveau comme un circuit ouvert. Il faudra attendre l'amorçage suivant pour que le tube soit à nouveau conducteur.

 

Selon qu'une alternance positive du secteur coïncide avec l'instant du flash ou non, on obtient les courbes suivantes :

 

 

Flash sans la contribution de l'alternance du secteur

 

 

Flash avec la contribution de l'alternance du secteur

 

La remontée du courant indique la coincidence de l'alternance positive du secteur avec le flash. On remarque que le courant dans le tube s'était presque annulé quand l'alternance positive est arrivée.

 

Dimensionnement de R1

 

R1 doit être assez faible pour recharger C1 entre deux flashs consécutifs mais assez grande pour limiter cet appel de courant (c'est le tube conducteur qui appelle directement le courant sur le secteur).

 

Le courant consommé au secteur est très irrégulier, et se présente ainsi :

 

 

La valeur crête vaut 325V/R1. Sur cette courbe, le secteur a contribué au flash : l'alternance positive du secteur a rendu la diode passante pendant le flash.

 

Puissance, énergie, courant et tension

 

La tension aux bornes de C1 vaut 325V avant le flash et 30V juste après.Energie initiale de C1 : 0.5*220.10e-6*325*325 = 11.6 JoulesEnergie finale de C1 : 0.5*220.10e-6*30*30= 0.1 Joule

Energie du flash = 11.6-0.1 = 11.5Joules

 

Il s'agit de l'énergie électrique absorbée par un flash (à cause du rendement lumineux du tube, l'énergie lumineuse est moindre).

 

Dans un circuit RC, stocker 1 Joule dans le condensateur entraîne une dissipation de 1 Joule dans la résistance aussi (quels que soient R et C !). Le rendement est ainsi toujours de 50% très exactement. La présence de D1 ne fait que répartir dans le temps la charge de C1 et la dissipation dans R1.

A chaque flash, R1 dissipe donc 11.5 Joules; Or, il y a au maximum 4 flashs par seconde. En 1 seconde, R1 dissipe donc 4 x 11.5 J = 46J (46W moyens)

 

Puissance moyenne dissipée par R1 : 46W

Tension aux bornes du tube : 325V (au début du flash)

courant crête du tube : 120A

Résistance du tube amorcé : quelques Ohms

Consommation moyenne calculée : 92W (=2x46W)

 

Conclusion

 

L'étude de ce stroboscope montre les pointes de courant extrêment élevées (120A) dans le tube à éclat. Il arrive que les flashs coincident avec les alternances positives du secteur, dans ce cas, le secteur contribue à alimenter le tube.

 

Dangers particuliers

 

La tension d'amorçage du tube est de plusieurs kV ! C1 peut aussi rester chargée assez longtemps, donc laisser une tension dangereuse dans le stroboscope.