УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК H05B41/232 

Изобретения относятся к электротехнике, в частности, к электрическому освещению, и могут быть использованы для зажигания и питания люминесцентных ламп.

Известно устройство для зажигания и питания без стартера, содержащее выпрямитель-умножитель напряжения [1] Это устройство используется, в основном, для ламп с перегоревшей нитью накала, которые в схемах со стартером не могут зажечься.

Общий недостаток стартерных и бесстартерных схем неравномерный нагрев нити накала лампы, приводящий к локальному перегреву и перегоранию. Перегорание второй нити делает невозможным использование лампы и в бесстартерных схемах, так как горение ее становится слабым и неустойчивым.

Неравномерный нагрев нити в схемах со стартером объясняется тем, что после осуществления пуска лампы цепь стартера размыкается и каждая нить накала оказывается подсоединенной к пускорегулирующему устройству только одним своим выводом, вследствие чего ток разряда в газе, замыкаясь через нить, имеет наибольшую плотность в ней на участке, ближайшем к выводу, подключенному к пускорегулирующему устройству. Участок этот греется сильнее остальных, что вызывает более интенсивную ионизацию газа в этом месте, снижение сопротивления канала разряда, еще большую концентрацию тока дуги в этом месте, еще больший нагрев нити и т.д. То есть, если в начале разряда ток разряда в газе замыкается на нить более или менее равномерно по ее длине, то затем происходит перераспределение его плотности и концентрация на краю нити.

В бесстартерных схемах оба вывода каждой нити объединяются и подсоединяются к своему полюсу выхода пускорегулирующего устройства, причем в схемах с выпрямленным напряжением к отрицательному полюсу подключается перегоревшая нить. Горение лампы при этом более устойчивое, но и нагрев нити, подключенной к отрицательному полюсу, сильнее, чем у положительного, и проблема защиты нити стоит только для отрицательного полюса. Объединение выводов нити не спасает положения, поскольку даже легкой неравномерности ее нагрева, например, из-за местного утончения достаточно для того, чтобы произошло перераспределение плотности тока разряда и концентрация его на небольшом участке в соответствии с вышеописанным механизмом.

Известно устройство для зажигания и питания люминесцентных ламп, содержащее пускорегулирующее устройство с двумя клеммами выхода для подключения нитей канала лампы, при этом между клеммой выхода пускорегулирующего устройства и первым выводом нити накала подключен дроссель и два диода [2]
Его недостаток наличие, по крайней мере, двух диодов, невозможность совмещения со схемой удвоения, и как следствие этого необходимость иметь для поджига каждой лампы индивидуальный ключ, подводку к нему. Необходимость индивидуального пуска делает эту схему неприемлемой в помещениях с большим количеством светильников.

Кроме того, при таком включении лампа имеет малый срок службы из-за локального перегрева отдельных участков ее нити накала.

Известно устройство для зажигания и питания люминесцентных ламп, содержащее пускорегулирующее устройство, выполненное в виде схемы удвоения напряжения, состоящей из двух диодов и двух конденсаторов, каждый из которых подключен своим первым выводом к первой клемме входа схемы удвоения, а другим соответственно, к отрицательному и положительному полюсу ее выхода, к первому из которых подключен анод первого диода, а ко второму катод второго диода, а остальные выводы диодов соединены со второй клеммой входа схемы удвоения, резистор, одним из выводов подключенный к первому вводу первой нити накала люминесцентной лампы, и тиристор [3] Его недостаток малый срок службы лампы из-за локального перегрева отдельных участков ее нити накала.

Задачей, на которую направлены оба изобретения, является создание устройств для зажигания и питания люминесцентных ламп, обеспечивающих выравнивание температуры нити накала лампы по ее длине, устраняющее локальные перегрев ее отдельных участков, и продление благодаря этому срока службы лампы.

Решение указанной задачи обеспечивается тем, что в устройстве для люминесцентных ламп, содержащем пускорегулирующее устройство с двумя клеммами выхода для подключения нитей накала лампы, между клеммой выхода пускорегулирующего устройства и первым выводом нити накала подключен дроссель, а между упомянутой клеммой и вторым выводом той же нити накала включен вновь введенный резистор.

Решение указанной задачи обеспечивается также и тем, что в устройство для люминесцентных ламп, содержащее пускорегулирующее устройство, выполненное в виде схемы удвоения напряжения, состоящей из двух диодов и двух конденсаторов, каждый из конденсаторов подключен своим первым выводом к первой клемме входа схемы удвоения, а другим соответственно, к отрицательному и положительному полюсу ее выхода, к первому из которых подключен анод первого диода, а ко второму катод второго диода, а остальные выводы диодов соединены со второй клеммой входа схемы удвоения, и резистор, одним из выводов подключенный к первому выводу первой нити накала люминесцентной лампы, введен третий диод и дроссель, первый вывод которого соединен с обоими выводами второй нити накала лампы, а второй в положительным полюсом схемы удвоения, отрицательный полюс которой подключен к другому выводу резистора, а третий диод подключен между вторым выводом первой нити накала лампы и второй клеммой входа схемы удвоения таким образом, что через него протекает ток разряда второго конденсатора, а при разряде первого конденсатора он заперт.

На фиг. 1 представлен первый вариант устройства на примере использования его в качестве добавки к пускорегулирующему устройству, собранному по схеме удвоения напряжения, на фиг. 2 второй вариант тоже со схемой удвоения.

Перечень элементов на фиг. 1 и 2: 1 вход схемы удвоения, 2, 3 конденсаторы. 4, 5 диоды, 6 лампа, 7 резистор, 8 дроссель, 9 диод.

К первой клемме входа 1 подключен первый вывод конденсатора 2 и 3, ко второй клемме подключены катод диода 4 и анод диода 5. Анод диода 4 подключен ко второму выводу конденсатора 2, образуя отрицательный полюс выхода схемы удвоения. Катод диода 5 подключен ко второму выводу конденсатора 4, образуя положительный полюс выхода схемы удвоения. В рассечку между отрицательным полюсом и первым выводом первой нити лампы включен резистор 7.

В первом варианте устройства в рассечку между отрицательным полюсом и вторым выводом первой нити включен дроссель 8, а оба вывода второй нити подключены к положительному полюсу выхода.

Во втором варианте оба вывода второй нити подключены к первому выводу дросселя 8, второй его вывод подключен к положительному полюсу выхода, а второй вывод первой нити подключен к аноду диода 9, а его катод подключен ко второй клемме входа.

Сопротивление резистора 7 в первом варианте 100 150 Ом в зависимости от мощности лампы; во втором варианте: трех- пятикратная величина от сопротивления нити накала, что составляет 7 12 Ом.

Индуктивность дросселя 0,3 0,5 Гн.

Прямой ток диода 9 половина тока лампы.

Обратное напряжение диода 9 составляет действующего напряжения сети.

Вместо дросселя во втором варианте может быть использован резистор сопротивления 50 75 Ом, но при этом больше потери.

Устройство работает следующим образом.

При включении входа 1 в сеть, на выходе схемы удвоения появляется постоянное напряжение, которое при отключенной лампе составило бы действующего напряжения сети. Лампа зажигается при напряжении меньшем этого.

Зажигание лампы происходит путем пробоя заполняющего ее газа. Этот пробой происходит каждый полупериод изменения напряжения сети.

В первом варианте устройства в момент пробоя весь ток лампы протекает через резистор 7, поскольку ток в индуктивности не может установиться сразу. Поэтому весь ток первой нити проходит через ее вывод, подключенный к резистору 7. Самая большая плотность тока, а следовательно, а самый большой нагрев в этот момент участок нити, примыкающий к этому выводу. Затем, по мере увеличения тока в дросселе, происходит перераспределение тока лампы в соответствии с активной проводимостью резистора 7 и дросселя, а поскольку у дросселя активное сопротивление много меньше, чем у резистора, то к концу полупериода практически весь ток лампы оказывается в дросселе, соответственно, теперь сильнее нагревается другой коней нити. В соответствии с перемещением участка наибольшей плотности тока перемещается и канал наибольшей проводимости газа, не имея возможности сконцентрироваться на одном участке нити. Такой цикл перемещения вдоль нити участка наибольшей плотности тока происходит каждый полупериод. В результате нить нагревается равномерно по всей длине.

Во втором варианте также использован принцип перемещения участка наибольшей плотности тока, но с той разницей, что цикл перемещения здесь длится два полупериода, в течении которых меняется вывод первой нити, через который протекает ток.

Происходит это следующим образом.

При полярности полупериода соответствующей заряду конденсатора 3, разряжается конденсатор 2. Его ток замыкается в контуре: первая клемма входа - конденсатор 2 резистор 7 ближайший к нему участок первой нити - ионизированный газ между нитями вторая нить (или ее уцелевшие обрывки) - дроссель диод 5 вторая клемма входа сеть первая клемма входа. Диод 9 при этом закрыт. При другом полупериоде, соответствующем заряду конденсатора 2, разряжается конденсатор 3. Его ток замывается в контуре: первая клемма входа сеть вторая клемма входа диод 9 ближайший к нему участок первой нити ионизированный газ между нитями вторая нить дроссель конденсатор 3 первая клемма входа. Ток в резисторе 7 при этом пренебрежимо мал, поскольку его сопротивление 7 12 Ом много больше прямого сопротивления диода 9.

Таким образом, участки первой нити работают поочередно, предотвращая этим локальный перегрев.

Устройство, собранное по первому варианту, может быть использовано не только в схемах с умножением напряжения, но и с любых других бесстартерных схемах, например, при включении ламп в сеть последовательно с конденсатором, дросселем или резистором, что возможно, если у ламп низкое напряжение зажигания. В последней случае его роль выполняет резистор 7. 100 150 Ом рассеивают 15 20% от мощности лампы, что вполне приемлемо, если учесть, что суммарные потери в стали и меди дросселя в традиционном устройстве имеют тот же порядок.

Второй вариант устройства с дросселей по всем показателям превосходит самое распространенное устройство, включающее стартер, балластный дроссель и конденсатор для компенсации реактивной мощности. В предлагаемом устройстве дроссель работает не в режиме балластного реактивного сопротивления, имеющего на выводах напряжение того же порядка, что и напряжение сети, а пропускает ток одного направления, сникая его пики и устраняя этим общий (но не локальный) перекал нити, поскольку выделяемое в ней тепло пропорционально квадрату силы тока. Если применять тот же дроссель, что и в традиционном устройстве, то на выводах его будет примерно 40% напряжения сети и соответственно 0,16 от потерь мощности дросселя в традиционном устройстве, и соответственно, меньший шум, являющийся большим недостатком традиционных устройств. Потери в резисторе 7 во втором варианте меньше одного ватта, из-за малости его сопротивления.

Поскольку дроссель, перенесенный из традиционного в предлагаемое устройство, оказывается недогруженным на 60% то его можно выполнить более легким (более, чем в два раза).

Отсутствие предварительного накала нитей и обеспечение их равномерного накала в работе обеспечивает более длительный срок службы ламп.

Устройство в сочетании со схемой удвоения напряжения не нуждается в компенсации реактивной мощности, поскольку режим работы его элементов не создает реактивной мощности, так как отсутствует основной признак реактивной энергии перекачивание энергии в сеть и обратно в течение периода.

Предлагаемое устройство многократно увеличивает срок службы лампы. Ориентировочно это увеличение можно определить, если оценить длину участка перекала нити в существующих схемах. По данным наблюдений этот участок занимает 0,03 0,1 длины нити. На нем собирается практически весь ток газового разряда. Выравнивая по нити плотности тока разряда с помощью предлагаемого устройства, получаем уменьшение максимальной плотности тока соответственно в 30 10 раз, а учитывая квадратичную зависимость срока службы нити от плотности тока, имеем увеличение срока службы, по крайней мере, на два порядка. Соответственно снижается потребность в замене перегоревших ламп и объем обслуживания светильников.

Использование: для зажигания и питания люминесцентных ламп. Сущность изобретения: первый вариант содержит пускорегулирующее устройство, между клеммой выхода которого и выводами нити накала одного из электродов лампы включены, соответственно, дроссель и резистор. Второй вариант состоит из схемы удвоения напряжения, отрицательный полюс выхода которой подключен через резистор к первому выводу первой нити накала лампы, другим выводом соединенной через диод со второй клеммой входа схемы удвоения напряжения. Положительный полюс схемы удвоения напряжения через дроссель подключен к обоим выводам второй нити накала лампы. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для люминесцентных ламп, содержащее пускорегулирующее устройство с двумя клеммами выхода для подключения нитей накала лампы, при этом между клеммой выхода пускорегулирующего устройства и первым выводом нити накала подключен дроссель, отличающееся тем, что между упомянутой клеммой и вторым выводом той же нити накала включен вновь введенный резистор. 2. Устройство для люминесцентных ламп, содержащее пускорегулирующее устройство, выполненное в виде схемы удвоения напряжения, состоящей из двух диодов и двух конденсаторов, каждый из конденсаторов подключен своим первым выводом к первой клемме входа схемы удвоения, а другим соответственно к отрицательному и положительному полюсу ее выхода, к первому из которых подключен анод первого диода, а к второму катод второго диода, а остальные выводы диодов соединены с второй клеммой входа схемы удвоения, и резистор, одним из выводов подключенный к первому выводу первой нити накала люминесцентной лампы, отличающееся тем, что в него введен третий диод и дроссель, первый вывод которого соединен с обоими выводами второй нити накала лампы, а второй с положительным полюсом схемы удвоения, отрицательный полюс которой подключен к другому выводу резистора, а третий диод подключен между вторым выводом первой нити накала лампы и второй клеммой входа схемы удвоения таким образом, что через него протекает ток разряда второго конденсатора, при разряде первого конденсатора он заперт.