СПОСОБ ВКЛЮЧЕНИЯ ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H05B39/02 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в светотехнических приборах и устройствах преимущественно постоянного тока для увеличения срока службы ламп накаливания (ЛН).

Известен способ включения ЛН, по которому с целью уменьшения пусковых токов на ЛН подается ток предварительного подогрева, тело накала подогревается до определенной температуры, после чего на ЛН подается рабочее напряжение [1]
Этот способ имеет низкий КПД, поскольку при подогреве потери энергии на токоограничивающем элементе сравнительно велики.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ включения ЛН, используемый в источнике питания для ЛН, по которому для уменьшения пусковых токов в течение 5-10 периодов сетевого напряжения на ЛН подаются полуволны, т.е. колоколообразные импульсы выпрямленного напряжения ограниченной амплитуды, после чего подается рабочее напряжение сети [2]
Способ имеет низкий КПД, так как время подогрева ЛН сравнительно велико.

Изобретение направлено на повышение КПД пускорегулирующей аппаратуры (ПРА).

Поставленная задача решается тем, что на ЛН сначала подают импульс напряжения подогрева ограниченной амплитуды, а затем через промежуток времени, не превышающий двадцатикратного значения длительности упомянутого импульса на уровне 0,5 и отсчитываемый от переднего фронта этого импульса, подают рабочее напряжение. При этом длительность импульса напряжения подогрева на уровне 0,5 составляет величину, не меньшую длительности возрастания сопротивления тела накала при непосредственном включении от его сопротивления в холодном состоянии до половины разности сопротивлений в горячем и холодном состояниях. Как показали исследования, данное возрастание сопротивления тела накала происходит по экспоненциальному (или близкому к нему) закону, откуда следует, что для эффективного подогрева при максимальном КПД ПРА необходимо использовать импульс обратной этому закону формы, т.е. экспоненциальный, и соответствующей, не меньшей по уровню 0,5 длительностью.

В известном способе предварительный подогрев ЛН осуществляется ограниченными по амплитуде колоколообразными импульсами выпрямленного напряжения сети в течение 5-10 периодов этого напряжения, т.е. подается не менее 10-20 таких импульсов.

Отличительными признаками является то, что в заявленном способе одиночный импульс напряжения подогрева имеет экспоненциальную форму, определенную длительность и по переднему фронту отстоит от момента подачи рабочего напряжения на интервал времени, не превышающий максимально допустимого, в течение которого тело накала еще сохраняет достаточную для ограничения пускового тока температуру.

В заявляемом способе применение ограниченного по амплитуде однократного импульса подогрева небольшой длительности позволяет снизить расход энергии на подогрев ЛН и тем самым повысить КПД ПРА.

На фиг.1 приведена схема испытаний ЛН 1 постоянного тока, в цепи накала которой последовательно включен резистор 2 для снятия осциллограмм падений напряжений от пусковых токов при включении; на фиг.2 и 3 приведены данные осциллограмм для ЛН постоянного тока, применяемых на железнодорожном транспорте, мощностью 40 и 4,8 Вт соответственно, причем пуск этих ЛН осуществлялся как без подогрева, так и с предварительным подогревом одиночным экспоненциальным импульсом напряжения с максимально ограниченной амплитудой, равной половине величины рабочего напряжения; на фиг.4 приведена электрическая схема устройства, реализующего данный способ.

Анализ осциллограмм (фиг.2 и 3) показывает, что сопротивление тела накала этих ЛН при включении без подогрева изменяется от минимального значения в холодном состоянии (R_x) до максимального в горячем состоянии (R_г) по экспоненциальному (или близкому к нему) закону, причем длительность этого изменения для данных ЛН с разной мощностью практически постоянно и составляет на уровне половины прироста сопротивления тела накала (R_г-R_x)/2 величину τ_0,5= 5-7 мс. Из осциллограмм следует, что подогрев тела накала упомянутым одиночным импульсом длительностью, примерно равной τ_0,5, отстоящим по переднему фронту от момента подачи рабочего напряжения ≈ на 150 мс более чем в два раза, снижает пусковые токи по сравнению с их значениями при пуске ЛН без подогрева.

Данные этих исследований сведены в таблицу, где кратность пусковых токов определяется отношением их амплитуд (падений напряжений от них на сопротивлении 2) к номинальному значению рабочего тока (падения напряжения) после включения ЛН.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В состав схемы (фиг.2) входит коммутирующее устройство 3 с двумя контактными группами 4,5 и 6,7 ПРА с конденсатором 8, токоограничивающим резистором 9, резистором 10 для разряда конденсатора и ЛН 1.

При включении коммутирующего устройства 3 контакты 4, 5 замыкаются раньше, чем контакты 6, 7 примерно на 100 120 мс (ГОСТ 2.755-81), ПРА формирует с помощью элементов 8, 9 экспоненциальный импульс длительностью ≈7 мс, тело накала ЛН 1 этим импульсом подогревается и через 100-120 мс на ЛН в результате замыкания контактов 6, 7 подается рабочее напряжение, при этом амплитуда пускового тока снижается более чем в два раза по сравнению с включением ЛН без подогрева. После выключения коммутирующего устройства 3 конденсатор 8 разряжается через резистор 10, обеспечивая готовность ПРА к последующим включениям. Сопротивление 9 ввиду кратковременности протекания через него импульса тока подогрева имеет сравнительно небольшую ваттность и выбрано ≈ равным R_х ЛН, что вдвое уменьшает амплитуду пускового тока при подогреве лампы.

Изобретение направлено на повышение КПД пускорегулирующей аппаратуры путем снижения расхода электроэнергии при предварительном подогреве ламп. Для подогрева используется одиночный экспоненциальный импульс длительностью, не меньшей некоторой определенной величины. Задан интервал времени от переднего фронта этого импульса до момента подачи на лампу рабочего напряжения сети, в пределах которого тело накала сохраняет достаточную для ограничения пусковых токов температуру. 1 табл. 4 ил.

СПОСОБ ВКЛЮЧЕНИЯ ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ, при котором на лампу сначала подают импульс напряжения подогрева ограниченной амплитуды, а затем через промежуток времени, не превышающий двадцатикратного значения длительности упомянутого импульса на уровне 0,5 и отсчитываемый от переднего фронта этого импульса, подают рабочее напряжение, отличающийся тем, что указанный импульс имеет экспоненциальную форму и длительность на уровне 0,5, не меньшую длительности возрастания сопротивления тела накала при непосредственном включении от его сопротивления в холодном состоянии до половины разности сопротивлений в горячем и холодном состояниях.