Lampes à induction : dispositif, types, domaine d'application + règles de choix

Aujourd'hui, les consommateurs choisissent de plus en plus des dispositifs d'éclairage domestiques et industriels économes en énergie. Cependant, au-delà des économies, la qualité de l'éclairage joue également un rôle important. Les lampes à induction constituent une alternative valable aux sources d'éclairage traditionnelles.

Elles émettent une lumière douce agréable pour les yeux, qui ne modifie pas la perception objective des objets. Examinons ensemble la conception et les principes de fonctionnement des lampes à induction.

Structure et principe de fonctionnement

La source lumineuse primaire dans une lampe à induction est le plasma, créé artificiellement par ionisation d'un mélange gazeux par un champ électromagnétique haute fréquence.

Le courant génère un champ électrique alternatif, provoquant l'apparition d'une décharge gazeuse dans l'ampoule en verre. Le mercure excité produit un rayonnement UV qui, grâce au luminophore, est converti en lumière visible.

Les lampes à induction appartiennent à la catégorie des sources d'éclairage à décharge gazeuse, sur lesquelles vous trouverez plus de détails dans cet article.

La conception d'une lampe à induction comprend trois éléments fonctionnels de base :

• un tube à décharge gazeuse ;
• une bobine d'induction avec un anneau en ferrite ;
• un ballast électronique.

À l'intérieur du tube se trouvent des gouttes d'amalgame de mercure. L'ampoule elle-même est remplie d'un gaz à faible réactivité chimique – argon/krypton, et sa surface intérieure est recouverte d'un luminophore inorganique.

La bobine d'induction et l'électro-aimant créent un champ magnétique haute fréquence, sous l'effet duquel les électrons libres sont accélérés, entrent en collision et excitent les atomes de mercure.

Il en résulte un rayonnement ultraviolet. Le luminophore le transforme en une lueur vive visible.

Comme dans les lampes fluorescentes simples, la combinaison de différents luminophores dans le revêtement de l'ampoule des lampes à induction produit une lueur de différentes couleurs. Les dispositifs les plus courants ont une température de couleur de 3500 K, 4100 K, 5000 K, 6500 K.

Le ballast électronique est connecté à une source de tension continue de 12 V/24 V ou à un réseau de tension sinusoïdale de 120 V/220 V/380 V.

Le système de commande du démarreur transforme le courant alternatif de 50 Hz en courant continu, puis en courant haute fréquence de 190 kHz à 2,65 MHz.

Ce courant HF crée un champ magnétique. De plus, le starter génère une forte impulsion de démarrage qui allume la source lumineuse à induction.

Afin d'assurer un fonctionnement stable du dispositif d'éclairage sans électrode, le système de commande peut également modifier l'intensité du courant électrique et sa fréquence à travers la bobine de l'inducteur.

Afin de réduire la dispersion du champ électromagnétique haute fréquence, les lampes sont équipées d'écrans en ferrite et/ou de noyaux spéciaux.

La principale différence entre les lampes à induction économes en énergie et les autres sources lumineuses est l'absence de filaments et de thermocathodes de contact. Dans les luminaires à induction, les électroaimants sont situés à l'extérieur, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de contact direct entre les électrodes et le milieu gazeux ionisé.

Cela rend l'ampoule du dispositif d'éclairage plus homogène et à peu près également chargée en température.

Lors d'un fonctionnement prolongé d'un tel éclairage, la fissuration de l'ampoule en verre n'est pas observée, et le matériau de l'électrode ne se dépose pas sur les parois avec le temps.

L'absence d'électrodes incandescentes nécessaires à l'allumage des ampoules ordinaires permet d'atteindre une durée de vie incroyablement longue pour les luminaires à induction – jusqu'à 120 000 heures de fonctionnement.

Certains fabricants annoncent même une durée de vie allant jusqu'à 150 000 heures. Ce chiffre est 10 fois supérieur à la longévité des simples lampes fluorescentes, des lampes à décharge à haute pression, des lampes au mercure-tungstène et des lampes d'éclairage au sodium.

De plus, la durée de vie des sources lumineuses à induction est environ 2 à 3 fois supérieure à celle des LED.

Variétés de lampes à induction

La première lampe sans électrodes de contact a été présentée par Nikola Tesla en 1893 lors de l'Exposition universelle de Chicago. Le dispositif d'éclairage présenté au public était alimenté par le champ magnétique de la bobine Tesla. Et le premier prototype fiable de source lumineuse à induction a été créé par John Melvin Anderson en 1967.

Classification des lampes sans électrode

En 1994, la société General Electric a présenté la lampe compacte à économie d'énergie GENURA avec un générateur haute fréquence intégré dans le culot.

La production en série des lampes fluorescentes à induction a débuté dans les années 1990.

Aujourd'hui, les leaders dans la production de dispositifs d'éclairage sans électrode et économes en énergie sont les sociétés PHILIPS Lighting, GE Lighting et OSRAM Licht AGO. Le tableau indique les paramètres et le coût de différents modèles de lampes de ces fabricants.

Selon le type de construction, les sources lumineuses à induction sont :

• avec ballast intégré – le générateur électrique et la lampe sont combinés dans un seul bloc ;
• avec un starter électronique séparé – le générateur externe et la lampe sont des dispositifs séparés.

En fonction de la méthode de placement de la bobine, ces lampes sont également divisées en appareils avec inducteur externe (basse fréquence) et interne (haute fréquence).

Dans le premier cas, la bobine avec une tige ferromagnétique est enroulée autour de l'ampoule. La fréquence de fonctionnement des lampes à induction externe se situe dans la plage de 190 à 250 kHz.

Elles bénéficient de meilleures conditions d'échange thermique intense avec l'environnement, car la bobine à l'extérieur de l'ampoule scellée dissipe facilement la chaleur dégagée par l'appareil. La durée de vie des appareils basse fréquence peut atteindre 120 000 heures.

Dans le second cas, la bobine d'induction avec un noyau enroulé est située à l'intérieur de l'ampoule en verre. La chaleur dégagée se retrouve dans la cavité du dispositif d'éclairage, ce qui fait que les lampes à induction interne chauffent davantage.

Leur fréquence de fonctionnement se situe dans la plage de 2 à 3 MHz. La durée de vie de ces sources lumineuses ne dépasse pas 75 000 heures.

En apparence, les appareils avec inducteur interne ressemblent à des ampoules à vide. Quant aux modèles avec inducteur externe, ils ont une forme d'anneau ou de rectangle.

Les lampes haute fréquence comme basse fréquence ont une grande marge de robustesse et se distinguent par une longue durée de vie.

Options de conception et marquage

Actuellement, les entreprises spécialisées dans l'éclairage ont mis en place une production en série de lampes à induction de différentes formes. Les caractéristiques de construction et les variantes de conception se reflètent dans leur marquage.

Les deux premiers caractères alphabétiques du code déterminent le type d'appareil (IL – lampe à induction), le troisième indique la forme. Après la désignation alphabétique, la puissance est généralement indiquée.

ILK – lampes à induction de forme ronde. Elles présentent des rendements lumineux élevés et une large gamme de températures spectrophotométriques. Elles conviennent pour une installation dans des luminaires ronds et ovales.

Ces sources lumineuses sont activement utilisées pour l'éclairage des entrepôts, des ateliers de production et de réparation spacieux, des centres commerciaux et des bases sportives.

ILSH – lampes en forme de sphère. Elles sont conçues dans la forme traditionnelle des dispositifs d'éclairage à vide de forte puissance. Elles produisent une lumière douce et s'allument presque instantanément.

Ils conviennent pour remplacer les ampoules à incandescence par des sources lumineuses économes en énergie, sans avoir à changer le luminaire lui-même.

Les ILSH sont installées dans des projecteurs pour l'éclairage des hôtels et restaurants, des supermarchés, ainsi que dans des luminaires d'extérieur et industriels.

ILU – lampes en forme de U. Ce sont des appareils avec un générateur séparé. Elles émettent une lumière blanche vive et ne scintillent pas pendant le fonctionnement.

Elles sont utilisées pour l'éclairage des stades, des tunnels, du métro et des autoroutes, des panneaux publicitaires, des enseignes et d'autres objets.

ILB, ILBK – lampes à bulbe annulaire. Le générateur, la bobine et le tube y sont réunis en un seul bloc. Elles génèrent une lumière douce qui n'éblouit pas, s'allument rapidement et facilement à des températures jusqu'à -35 °C.

Ces types de lampes sont utilisés pour l'éclairage des hôtels et des centres commerciaux, des parcs et des jardins publics, ainsi que des propriétés privées.

Il convient de mentionner séparément les phytolampes à induction pour plantes. Elles se distinguent par la forme de leur bulbe en verre et la couleur de leur rayonnement.

Différents modèles de phytolampes à induction conviennent pour éclairer les plantations vertes à une période spécifique de croissance et de développement. Les séries de ces produits sont désignées par TIL. Les deux lettres suivantes indiquent le modèle spécifique de la lampe.

Les phytolampes à induction GP et VG sont destinées à l'éclairage des plantes en phase de croissance végétative. Elles émettent principalement un spectre bleu.

Les dispositifs FL sont utilisés en phase précoce de formation des fruits, ainsi que pour accélérer la formation des fleurs. Ils émettent une lumière rouge.

Les ampoules du modèle KL sont universelles. Ces sources lumineuses permettent de contrôler la croissance des plantations. Elles génèrent une lumière rouge saturée, nécessaire au développement complet des fruits et à une floraison abondante.

Exemples de marquage :

• ILK-40 – ampoule à induction ronde d'une puissance de 40 W ;
• TILPVG-120 – phytolampe à induction rectangulaire d'une puissance de 120 W, modèle VG pour la phase initiale de croissance végétative des plantes.

Le rayonnement d'une ampoule à induction correspond à 97 % au spectre solaire, et convient donc parfaitement pour l'éclairage artificiel des complexes de serres.

Avantages de l'utilisation des lampes à induction

Les lampes sans électrode génèrent une lumière douce, confortable pour les yeux. Les nuances de couleurs ne sont pas déformées.

La luminosité de ces lampes peut être modifiée entre 30 et 100 % à l'aide d'un simple variateur pour appareils à filament incandescent.

La teneur en mercure solide dans les luminaires à induction modernes est plusieurs fois inférieure à celle des lampes fluorescentes à gaz conventionnelles.

Même après 75 000 heures de fonctionnement, les dispositifs à induction conservent un niveau de puissance lumineuse de 80 à 85 % de la valeur initiale.

Les lampes fluorescentes classiques perdent jusqu'à 55 % de leur luminosité vers la fin de leur durée de vie. Des cercles sombres et opaques se forment sur leur bulbe avec le temps.

Avantages de l'utilisation des lampes à induction sans électrode :

• Rendement 90 % ;
• durée de vie jusqu'à 150 000 heures ;
• flux lumineux supérieur à 90-160 lm/W ;
• conditions optimales pour la perception visuelle des objets ;
• plage de température de fonctionnement comprise entre -35 °C et +50 °C ;
• indice de rendu des couleurs Ra > 80 ;
• indicateurs élevés d'efficacité énergétique ;
• chauffage minimal du bulbe ;
• nombre illimité de cycles d'allumage/extinction ;
• absence de scintillement ;
• possibilité de régler l'intensité lumineuse ;
• La garantie de fonctionnement est de 5 ans.

Les fabricants déclarent que les sources lumineuses à induction ont de meilleures caractéristiques techniques que les LED et coûtent plusieurs fois moins cher. La consommation d'énergie de ces types d'ampoules est à peu près la même.

Application des lampes à induction

Les appareils d'éclairage modernisés, sans thermocathodes ni filaments, sont utilisés aussi bien pour l'éclairage intérieur qu'extérieur.

Domaine d'utilisation des lampes à induction

Les lampes sans électrode disposent d'une protection intégrée contre les courts-circuits et les surtensions.

Les luminaires à induction se distinguent par leur résistance aux vibrations et aux chocs accidentels, et fonctionnent de manière stable même à basse température.

Grâce à leur rendement lumineux élevé et à leur faible consommation d'électricité, ils sont utilisés dans différents domaines :

• pour l'éclairage de qualité des rues ;
• dans les centres commerciaux, de loisirs et hôteliers ;
• dans les centres de bureaux et les locaux domestiques ;
• pour l'éclairage de grands ateliers et entrepôts dans les installations industrielles ;
• pour l'éclairage des serres et des jardins d'hiver ;
• pour l'éclairage des autoroutes et des tunnels ;
• pour l'éclairage antidéflagrant dans les stations-service.

Grâce à la stabilité de leurs paramètres, les lampes sans électrode au mercure sont utilisées comme sources ponctuelles de précision de rayonnement UV en spectrométrie.

De plus, le principe d'excitation par induction du gaz est utilisé dans le processus de transfert d'énergie de sources externes vers le milieu actif des lasers.

Cependant, en raison de la présence de rayonnements électromagnétiques haute fréquence, les luminaires à induction ne sont pas installés dans les gares et les aéroports.

De plus, ces ampoules peuvent provoquer des interférences lorsqu'elles fonctionnent simultanément avec des équipements de laboratoire et médicaux ultra-sensibles. Par conséquent, il est déconseillé de les utiliser dans les locaux abritant ce type d'équipement spécialisé.

Éclairage public et routier

L'éclairage routier le plus efficace peut être assuré par des luminaires extérieurs avec des lampes à induction économes en énergie. Ce type d'éclairage garantit une visibilité confortable tant pour les conducteurs que pour les piétons.

Les luminaires routiers ont une fixation en console robuste et sont montés sur des poteaux ainsi que sur des supports standards. Ils sont utilisés pour l'éclairage des parcs et jardins publics, des rues et places, des autoroutes et parkings, des quais et des cours.

Le démarrage instantané des lampes à induction minimise les pertes d'énergie et permet d'utiliser le système d'éclairage de manière optimale. Cela permet d'organiser un éclairage avec des détecteurs de mouvement.

Par exemple, le démarrage instantané de l'éclairage sur les autoroutes aux endroits où circulent véhicules et piétons.

De plus, un détecteur de mouvement sensible peut être combiné avec un interrupteur crépusculaire programmable.

L'appareil est configuré pour des valeurs d'éclairement spécifiques. En cas de luminosité insuffisante, le capteur envoie une commande pour allumer les lampes.

La possibilité de gradation permet d'utiliser avec succès des systèmes intelligents pour une gestion efficace de l'éclairage public.

En contrôlant la luminosité des lampes à induction à l'aide d'un variateur de puissance et d'une minuterie astronomique, on peut réaliser de réelles économies d'énergie électrique et réduire considérablement les coûts de maintenance.

L'introduction de systèmes intelligents permet de surveiller l'état de l'éclairage, de mesurer et d'analyser les données de consommation énergétique des luminaires.

Sources lumineuses industrielles sûres

L'utilisation de dispositifs basés sur la technologie à induction est une solution économiquement avantageuse pour moderniser les systèmes d'éclairage des entreprises industrielles.

Les luminaires à induction se distinguent par leur haute qualité de fabrication et ne nécessitent pas d'entretien régulier. Ils réduisent considérablement la consommation d'électricité et contribuent à améliorer la rentabilité de la production.

Les luminaires industriels ont un indice de protection IP54, ce qui permet leur utilisation même dans des conditions de saleté et d'humidité élevée. Ils peuvent être installés dans des locaux non chauffés et mal ventilés.

Le verre trempé associé à une isolation en silicone protège efficacement le boîtier contre la pénétration de corps étrangers et d'eau.

Il existe également des modèles industriels antidéflagrants de lampes à induction. Ils fournissent non seulement un éclairage de qualité, mais préviennent également les situations dangereuses d'incendie. Ces appareils augmentent le niveau de sécurité dans la production.

Un revêtement polymère antistatique est appliqué sur le boîtier des luminaires à induction antidéflagrants.

Grâce à cette composition, les dispositifs d'éclairage se caractérisent par une résistance aux chocs et une résistance aux températures négatives.

Le revêtement spécial antietincelle ne se détériore pas même en milieu alcalin ou acide et peut conserver ses propriétés pendant 30 ans.

Éclairage dans les serres et les jardins d'hiver

Le spectre de la lampe à induction correspond à 75 % au rayonnement photosynthétiquement actif nécessaire à la croissance active et à la floraison prolongée des plantes.

C'est pourquoi les lampes sans électrode sont utilisées comme sources supplémentaires dans les orangeries et les serres, pour l'éclairage des boîtes de culture standard et compactes, pour l'éclairage direct, latéral et inter-rang des plantes.

La température de fonctionnement des luminaires à induction ne dépasse pas 60 degrés Celsius, ce qui permet de les placer à proximité des plantations vertes.

L'utilisation de ces lampes dans les boîtes de culture permet de réduire considérablement les coûts de refroidissement des réservoirs.

L'utilisation de lampes à induction permet également de concevoir et d'installer séparément l'éclairage pour chaque zone de la serre.

Pour ajuster et diriger un maximum de lumière vers le secteur souhaité, on utilise des surfaces optiques – des écrans. Elles concentrent le rayonnement sur une zone spécifique.

Et à l'aide de réflecteurs spéciaux, la lumière artificielle est répartie uniformément sur toute la hauteur des plantations.

Règles de choix des lampes à induction

Lors du choix des dispositifs d'éclairage à induction, il est important de prendre en compte leurs caractéristiques de conception, leurs propriétés opérationnelles ainsi que leur niveau de sécurité.

Ce n'est qu'en respectant cette approche que les lampes à induction peuvent être considérées comme un achat judicieux.

Aujourd'hui, dans les magasins spécialisés, il est facile de trouver des lampes à induction sans électrode d'une puissance de 15 W à 500 W. Mais il en existe aussi de plus puissantes, conçues pour divers besoins de production.

Les lampes à ampoule ovale sont fabriquées pour les luminaires avec des douilles standard E14, E27 et E40.

Il existe également des types spéciaux de dispositifs d'éclairage à induction rectangulaires et annulaires, qui peuvent fonctionner aussi bien sur courant alternatif que sur courant continu.

Il est à noter que les ampoules à induction en forme de sphère sont plus grandes que les appareils ordinaires à filament, car le générateur de courant haute fréquence est caché dans le culot. Il est important d'en tenir compte lors de l'achat.

Tous les luminaires à induction et les lampes sans électrode sont soumis à une certification obligatoire.

On peut donc affirmer avec certitude leur sécurité. L'amalgame se trouve dans une ampoule scellée et, en respectant les règles de base d'utilisation, toute fuite est exclue.

Cependant, il faut comprendre que, comme les lampes fluorescentes standard, les lampes à induction nécessitent une élimination appropriée en raison de la présence de composés de mercure et de composants électroniques.

L'amalgame solide – un alliage de mercure avec d'autres métaux – peut être réutilisé. Le verre de la lampe est également recyclé, mais séparément du luminophore.

Les luminaires à technologie à induction ne sont pas considérés comme des types d'éclairage écologiques et sont nettement inférieurs aux LED selon ce critère.

Il faut ajouter que l'ampoule de type à induction n'atteint pas immédiatement son flux lumineux stable. Au début, elle délivre environ 80 % du rayonnement total.

Pour que cette valeur atteigne son maximum, la lampe sans électrode a besoin de 2 à 3 minutes. Pendant ce temps, l'amalgame chauffe suffisamment et la quantité nécessaire de mercure s'évapore.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Les luminaires à induction sont une nouvelle génération de lampes à décharge. Le principe de fonctionnement de ce type d'éclairage :

Qu'est-ce qui rend les lampes à induction, les caractéristiques des luminaires de ce type et leur domaine d'application :

Avantages de l'utilisation de sources lumineuses à induction modernes dans les entreprises industrielles :

Une installation correcte des lampes de type à induction dans le respect de toutes les normes et réglementations permet d'utiliser efficacement la technologie d'économie d'énergie. Aujourd'hui, ces sources lumineuses constituent une alternative raisonnable aux approches traditionnelles d'organisation de l'éclairage.

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