Ballast (électricité)
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Le terme de ballast désigne n'importe quel composant électrique utilisé pour réduire le courant dans un circuit électrique.
Un ballast peut prendre la forme d'une simple résistance série comme pour les néons de faible puissance. Pour les applications de plus forte puissance, l'énergie dissipée dans la résistance ballast serait trop importante. On utilise alors des condensateurs, des bobines, ou les deux à la fois. L'avantage de ces composants par rapport à une résistance est qu'idéalement leur impédance ne comporte pas de terme résistif et n'amène donc pas de pertes par effet joule.
Sommaire |
[modifier] Nécessité de limiter le courant
Les ballasts sont nécessaires quand un circuit électrique ou un appareil possède une résistance négative (une lampe fluorescente par exemple). Si un tel dispositif est connecté à une source de tension constante, le courant augmenterait sans cesse jusqu'à la destruction de la source de tension. Pour éviter cela, un ballast fournit une résistance positive permettant de limiter le courant au niveau désiré.
Un ballast peut aussi être utilisé pour simplement réduire le courant dans un circuit classique à impédance positive. Avant l'arrivée des allumages à semi-conducteurs, des résistances ballasts étaient utilisées en automobile afin de régler la tension appliquée au circuit d'allumage.
[modifier] Résistance ballast
Le terme de résistance ballast désigne une résistance qui modifie l'état du système. Cela peut être une résistance fixe ou une résistance variable.
[modifier] Résistance fixe
Pour les applications simples tels que les néons faible puissance, on utilise généralement une résistance ballast. La résistance ballast sert alors a compenser la résistance négative du néon.
Le terme de résistance ballast s'applique aussi à la résistance utilisée autrefois pour diminuer la tension appliquée au systéme d'allumages après le démarrage du moteur. La forte charge imposée à la batterie lors du démarrage du moteur engendre une forte baisse de la tension à ces bornes. Afin de permettre au moteur de démarrer, le système d'allumage doit donc pouvoir fonctionner avec cette faible tension. Mais une fois le moteur démarré, la tension fournie par la batterie retrouve sa valeur standard; cette tension pourrait provoquer une surtension du circuit d'allumage. Afin d'éviter cela, une résistance ballast est insérée entre l'alimentation du circuit d'allumage et celui-ci. Parfois, cette résistance ballast casse, le moteur peut alors démarrer (la résistance est court-circuitée) mais calle immédiatement après le démarrage (la résistance est réinsérée dans le circuit).
Les allumages électroniques modernes sont conçus pour fonctionner avec une large plage de tension en entrée rendant ainsi la résistance ballast inutile.
[modifier] Résistance variable
Certaines résistance ballast voient leur résistance interne augmenter quand le courant qui les traversent augmente, et diminuer si le courant diminue.
Physiquement, ces composants sont construit comme des lampes incandescentes. Comme le tungstène du filament d'une lampe classique, si le courant augmente, la résistance de ballast devient plus chaude, sa résistance monte, et sa chute de tension augmente. Si la tension diminue, la résistance ballast refroidit, sa résistance chute, et la chute de tension diminue.
Par conséquent, ce type de résistance ballast tend à maintenir le courant qui la traverse constant, en dépit des variations de tension appliquée ou des changements du reste du circuit électrique.
Cette propriété permet un controle plus précis du courant qu'avec une résistance ballast de valeur fixe. La perte de puissance dans le ballast est minimisée car la résistance présentée est plus faible que celle d'un ballast à résistance fixe.
Autrefois, certains sèche-linge étaient dotés d'une lampe germicide en série avec une lampe incandescente ordinaire; la lampe incandescente servant de ballast à la lampe germicide. Pour la même raison, certaines lampes à vapeur de mercure de conception ancienne possédent un filament de tungstène classique.
[modifier] Inductance
A cause de la puissance dissipée par effet joule, on n'utilise plus les résistances ballast dès que la puissance à fournir dépasse 1 ou 2 Watt. Pour les puissances plus importantes, on utilise donc des inductances. Une inductance parfaite ne générant pas de pertes par effet joule, elle limitera donc le courant sans générer de baisse du rendement. En réalité, une inductance possède une résistance interne : Donc les pertes par effet joule sont minimisées mais non éliminées.
L'inconvénient des inductances ballasts est qu'elles déphasent le courant par rapport à la tension, dégradant ainsi le facteur de puissance. Afin de compenser cet effet, les ballasts haut de gamme associent un condensateur à l'inductance, celui-ci déphasant à l'inverse le courant rétablissant ainsi le facteur de puissance global de l'appareillage.
[modifier] Ballast électronique
Un ballast électronique utilise un circuit à semi-conducteur afin de fournir un démarrage plus rapide tout en pouvant alimenter plusieurs lampes. En général, les ballasts électronique augmente la fréquence de travail à 20kHz ou plus afin d'éliminer les clignottement à 100 ou 120Hz (deux fois la fréquence d'alimentation). De plus, le rendement des lampes fluorescentes augmente de 9% aux environs des 10kHz puis continue à augmenter lentement jusqu'a 20kHz. L'augmentation de la fréquence permet donc d'augmenter le rendement énergétique de l'ensemble lampe-ballast.
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