СПОСОБ ВКЛЮЧЕНИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ СЕТЬ Российский патент 1995 года по МПК H01R33/945 H01K1/62 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к тепловым источникам оптического излучения лампам накаливания, имеющим резьбовой цоколь, и их электроустановочным устройствам, предназначенным для подключения ламп к питающей сети, и может быть использовано для предохранения нити накала от преждевременного перегорания.

Известен способ включения осветительной лампы накаливания в электрическую сеть, включающий регулирование сопротивления цепи нити накала в переходном режиме путем последовательного подключения дополнительного электрического сопротивления, проявляющего свойства полупроводника с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) (патент США N 3975668, кл. 315-71, 1976). При этом регулирование сопротивления цепи нити накала в переходном режиме достигается за счет выбора эффективной массы терморезистора в соответствии с приведенным эмпирическим соотношением, справедливым только в случае установки терморезистора внутри цоколя лампы.

Известный способ обладает тем недостатком, что не обеспечивает эффективное регулирование сопротивления цепи нити накала при установке дополнительного терморезистора вне цоколя лампы, т.е. вне непосредственного физического контакта с нитью накала. Регулирование сопротивленя цепи при терморезисторе, находящемся в непосредственном контакте с нитью накала, неизбежно требует выполнения его из тугоплавких материалов с отрицательным ТКС, например материалов из группы VO₂ или LaCoO₃. Большая группа материалов с отрицательным ТКС в этом случае не может быть использована по причине более низкой их температуры плавления.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ включения осветительной лампы накаливания, реализованный в устройстве по патенту ФРГ N 2617209, кл. H 01 R 33/945, 1976. Способ включает регулирование сопротивления цепи нити накала в переходном режиме путем последовательного подключения дополнительного электрического сопротивления, проявляющего свойства полупроводника с отрицательным ТКС. При этом дополнительное сопротивление располагают вне цоколя лампы (при отсутствии физического контакта с нитью накала) в виде вкладыша в патрон лампы накаливания.

Однако в данном способе не указано, каким образом может быть осуществлено эффективное регулирование сопротивления цепи нити накала в переходном режиме, обеспечивающее непревышение током накала его номинального значения, без чего возможен преждевременный выход лампы из строя.

В основу изобретения поставлена задача разработать способ включения осветительной лампы накаливания в электрическую сеть, обеспечивающий эффективное регулирование сопротивления цепи нити накала в переходном режиме (непревышение током накала его номинального значения) при последовательном подключении дополнительного электрического сопротивления, проявляющего свойства полупроводника с отрицательным ТКС, как с возможностью непосредственного физического контакта с нитью накала, так и без него.

Сущность изобретения заключается в том, что по способу, включающему регулирование сопротивления цепи нити накала в переходном режиме путем последовательного подключения дополнительного электрического сопротивления, проявляющего свойства полупроводника с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, сопротивление цепи нити накала регулируют таким образом, чтобы в каждый момент времени переходного режима обеспечивалось выполнение соотношения
R_н + R ≥ R_н*+ R*, (1) где R_н текущее значение сопротивления нити накала лампы;
R текущее значение дополнительного сопротивления с отрицательным ТКС;
R_н* значение сопротивления нити в конце переходного режима;
R* значение дополнительного сопротивления с отрицательным ТКС в конце переходного режима.

Регулирование сопротивления цепи нити накала в переходном режиме путем последовательного подключения дополни- тельного электрического сопротивления, проявляющего свойства полупроводника с отрицательным ТКС, таким образом, чтобы в каждый момент времени переходного режима обеспечивалось выполнение соотношения (1), позволяет обеспечить непревышение током накала его номинального значения как при наличии физического контакта дополнительного сопротивления с нитью накала, так и при отсутствии контакта, что предохраняет нить накала от преждевременного перегорания в обоих случаях.

На фиг. 1 приведена электрическая схема, иллюстрирующая способ включения осветительной лампы накаливания в электрическую сеть; на фиг. 2, 3 и 4 приведены графические зависимости, иллюстрирующие следующие физические процессы: переходный процесс установления тока на нити накаливания при отсутствии в ее цепи сопротивления с отрицательным ТКС (фиг. 2); переходный процесс установления тока на нити накаливания при последовательном включении в ее цепь сопротивления с отрицательным ТКС (фиг. 3); вольт-амперную характеристику (ВАХ) сопротивления с отрицательным ТКС (терморезистора) (фиг. 4).

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Как известно, терморезистор (термистор) нелинейный резистор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от изменения температуры, характеризуется большим ТКС, в десятки раз превышающим ТКС металлов (Электроника: Энциклопедический словарь, Гл. ред. В.Г.Колесников. М. Советская энциклопедия, 1991. 688 с). При этом он имеет простое устройство и обладает способностью работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, сохраняя стабильность характеристик во времени. Терморезистор может быть изготовлен в виде стержня, трубки, бусинки, тонкой пластинки, шайбы, диска и т.д. методом порошковой металлургии. Его размеры могут варьироваться в пределах от 1-10 мкм до 1-2 см. Основными параметрами термистора являются номинальное сопротивление, ТКС, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния. При этом различают термисторы с отрицательным и положительным ТКС. Отрицательные термисторы изготавливают из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов, например MnO, CoO, NiO, CuO, легированных Ge и Si, SiC, полупроводников типа А³В⁵, стеклообразных полупроводников и т.д. Для их изготовления могут использоваться и ряд материалов, являющихся отходами производства, например доменный шлак или обломки шлифовальных кругов (электрокорунд). Диапазон номинальных значений рабочих температур терморезисторов очень широк, но наиболее употребимы среднетемпературные отрицательные термисторы с ТКС от -2,4 ˙ 10^-2 до -8,4 ˙ 10^-2 К^-1 и номинальным сопротивлением 1-10⁶ Ом.

Типичный вид ВАХ отрицательного терморезистора приведен на фиг. 4. В общем случае ВАХ зависит как от конструкции, размеров и основных параметров термистора, так и от температуры, теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между термистором и средой. Как видно из приведенного графика, сопротивление отрицательного терморезистора уменьшается (и при этом существенно) лишь по мере его прогревания. Переходный процесс прогревания термистора характеризуется временем τ, по истечении которого сопротивление его R* может уменьшаться настолько, что практически не будет оказывать влияния на общие характеристики электрической цепи. Именно это свойство отрицательного термистора и используется при последовательном его включении (фиг. 1) в цепь нити накала для компенсации (стабилизации) температурных изменений электрического сопротивления нити. Нить накала на момент включения (в холодном состоянии) имеет текущее значение сопротивления R_н, приблизительно на порядок меньшее, чем ее же сопротивление R_н* в разогретом состоянии (в конце переходного режима), что обусловливает бросок тока в переходном режиме (Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. М. Высшая школа, 1978. 528 с.) (фиг. 2). Подбирая надлежащим образом начальное значение сопротивления R термистора (дополнительного сопротивления) и его ТКС, возможно обеспечить выполнение соотношения (1) в течение переходного режима разогрева нити накала, что обеспечит непревышение током накала в этом режиме его номинального значения I_N (фиг. 3) и предохранить нить накала от преждевременного перегорания. Контроль выполнения соотношения (1) в течение переходного режима может осуществляться осциллографическим методом.

Пример осуществления способа.

Вольфрамовая нить накала мощностью N=25 Вт при рабочем напряжении U=225 В в нагретом состоянии (при t=2500^оС) (в конце переходного режима) имеет сопротивление R_н* 2,025 кОм. ТКС α_wo вольфрама составляет 5 ˙ 10^-3 К^-1 (Енохович А.С. Справочник по физике и технике. М. Просвещение, 1976. 175 с. ). Легко определить текущее значение сопротивления R_н нити в холодном состоянии (при t_o=20^oC) (Кухлинг Х. Справочник по физике. М. Мир, 1983, 520 с).

R_н= ≃ 150 Ом. (2)
Таким образом, при номинальном значении силы тока I_N= ≃ 0,1 A бросок тока в начальный момент переходного режима I_o= достигает 1,5 А. Компенсация указанного броска тока может быть обеспечена в соответствии с соотношением (1) последовательным включением в цепь нити накала термистора (дополнительного сопротивления) сопротивлением R ≥ R_н*-R_н=1,875 кОм (в предположении R* ->> 0). При этом время τ переходного процесса разогрева нити возрастает с ≈ 0,01 до ≈ 10 с.

Использование изобретения позволяет по сравнению с существующими способами эффективно обеспечить непревышение током накала в переходном режиме его номинального значения как при наличии физического контакта дополнительного сопротивления с нитью накала, так и при отсутствии контакта, что предохраняет нить накала от преждевременного перегорания в обоих случаях и увеличивает в 5-10 раз гарантийный срок эксплуатации лампы.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к тепловым источникам оптического излучения лампам накаливания (ЛН), имеющим резьбовой цоколь, и их электроустановочным устройствам, предназначенным для подключения ЛН к питающей сети. Сущность изобретения: способ заключается в том, что регулируют сопротивление (С) цепи нити накала (НН) в переходном режиме (ПР) путем последовательного подключения дополнительного электрического сопротивления, проявляющего свойства полупроводника с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), таким образом, чтобы в каждый момент времени ПР обеспечивалось выполнение соотношения R_н+R ≥ R*н

+R^*, где R_н текущее значение С НН ЛН; R текущее значение дополнительного С с отрицательным ТКС; R*н значение С НН в конце ПР; R^* значение дополнительного С с отрицательным ТКС в конце ПР. 4 ил.

СПОСОБ ВКЛЮЧЕНИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ СЕТЬ, включающий регулирование сопротивления цепи нити накала в переходном режиме путем последовательного подключения дополнительного электрического сопротивления, проявляющего свойства полупроводника с отрицательными температурными коэффициентом сопротивления (ТКС), отличающийся тем, что сопротивление цели нити накала регулируют так, чтобы в каждый момент времени переходного режима обеспечивалось выполнение соотношения
R_н+R≥ R*н

+R^*,
где R_н текущее значение сопротивления нити накала лампы;
R текущее значение дополнительного сопротивления с отрицательным ТКС;
R*н значение сопротивления нити накала в конце переходного режима;
R^* значение дополнительного сопротивления с отрицательным ТКС в конце переходного режима.