УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЖИГАНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП Российский патент 1999 года по МПК H05B41/23 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для зажигания газоразрядных ламп.

Известны устройства для зажигания газоразрядных ламп, содержащие подключенный к сети переменного тока через выпрямитель с умножением напряжения конденсатор, в цепь разряда которого через газонаполненный разрядник включена первичная обмотка импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого включена в цепь питания лампы [1].

Необходимость гальванической развязки цепей питания генератора импульсов и газоразрядной дампы требует применения импульсного трансформатора, а наличие большого числа деталей приводит к увеличению веса и габаритов устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для зажигания газоразрядных ламп от сети переменного тока, содержащее импульсный автотрансформатор, один конец повышающей обмотки которого соединен с первым выходным выводом для подключения лампы, другой через разделительный конденсатор - со вторым выводом для подключения лампы, и первичная обмотка включена в контур, образованный тиристором и разрядным конденсатором и одним концом соединена с общей точкой повышающей обмотки и разделительного конденсатора, снабжено цепочкой из последовательно согласно включенных двух стабилитронов и резистора, причем анод первого стабилитрона подключен к катоду тиристора, управляющий электрод которого соединен с общей точкой стабилитронов, а свободный вывод резистора соединен со вторым выходным для подключения лампы [2].

Устройство один раз в период генерирует одиночные импульсы, длительность которых определяется емкостью конденсаторов, а энергия, кроме прочего, зависит от напряжения на конденсаторах. Это напряжение не превышает удвоенного амплитудного сетевого напряжения, и поэтому соотношение витков в обмотках импульсного автотрансформатора должно быть большим для уверенного зажигания лампы. Для этого же достаточно большой должна быть и индуктивность первичной обмотки. Эти требования не позволяют изготовить автотрансформатор малых размеров. Однополярность генерируемых высоковольтных импульсов ставит успех зажигания лампы в зависимость от относительного качества ее электродов. Наличие в устройстве большого числа полупроводниковых приборов и других деталей ограничивает температурный диапазон функционирования устройства, усложняет изготовление, ведет к увеличению веса и габаритов.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном устройстве для зажигания газоразрядных ламп, содержащем импульсный автотрансформатор, один конец повышающей обмотки которого соединен с первым выводом лампы, первичная обмотка импульсного автотрансформатора включена в контур, образованный конденсатором и стартером тлеющего разряда, общая точка которых подключена ко второму выходному выводу лампы, причем сеть подключена через дроссель между вторым выходным выводом лампы и концом первичной обмотки импульсного автотрансформатора, не общим с повышающей.

Сопоставительный анализ показал, что заявленное устройство в следующем отличается от прототипа: исключены все полупроводниковые приборы, их функции выполняет один прибор - газоразрядный стартер. Он обеспечивает зарядку емкости до напряжения больше сетевого и ее разряд через первичную обмотку импульсного автотрансформатора, приводящий к появлению на лампе высоковольтного импульса.

Работает устройство следующим образом. При включении устройства в сеть через дроссель 1 (фиг. 1) в газоразрядном стартере 2 возникает тлеющий разряд. Биметалл стартера нагревается и замыкает цепь. При этом тлеющий разряд в стартере гаснет. Через дроссель протекает ток, в дросселе накапливается энергия W_м=LI²/2 где L - индуктивность дросселя, I - ток. При размыкании контактов стартера ток разрывается и энергия магнитного поля дросселя переходит в энергию электрического поля конденсатора 3: W_з=CU²/2 где C - емкость конденсатора, U - напряжение на конденсаторе. Напряжение на конденсаторе 3 нарастает не мгновенно, а с постоянной времени τ = LC. С такой же скоростью нарастает напряжение и на стартере 2. Через стартер протекает ток аномального тлеющего разряда. При некоторой величине напряжение на стартере (называемой амплитудой высоковольтного импульса - U_max) аномальный тлеющий разряд в стартере переходит в низковольтную форму, характеризуемую низким напряжением (10 - 30В). При этом конденсатор 3, заряженный до U_max, разряжается через первичную обмотку 4 импульсного автотрансформатора, благодаря повышающей обмотке 5 которого к лампе 6 прикладывается высоковольтный импульс. Высоковольтные импульсы генерируются до тех пор, пока не израсходуется вся энергия W_м, накопленная в дросселе, или же пока лампа не зажгется. Количество высоковольтных импульсов, генерируемых устройством после одного контактирования стартера, близко к числу, определенному отношением W_м/W_э.

Одна из модификаций зажигающего устройства по данному изобретению приведена на фиг. 2. Разница между устройствами на фиг.1 и фиг.2, состоит в том, что точки подключения стартера тлеющего разряда и конденсатора взаимно изменены. Работает устройство так же, как и описанное выше.

Устройство для зажигания газоразрядных ламп, в котором подключена сеть через дроссель параллельно электродам газоразрядной лампы, представлено на фиг. 3 и фиг. 4. Порядок подключения сети не меняет существа изобретения, описание работы устройства остается прежним.

Изобретение было реализовано во всех четырех модификацияx.

Использовали стартеры 2 с U_max = 2000В, конденсатор 3 с С = 10000 пФ, импульсный автотрансформатор был намотан на ферритовом кольце обмотка 4 содержала четыре витка провода ⊘ 1 мм, обмотка - 5-20 витков такого же привода. При использовании дросселей мощностью от 40 до 400 Вт между электродами лампы генерировались импульсы амплитудой до 10 кВ с длительностью 1 мкс при включении устройства в сеть переменного тока 220В.

На фиг. 5 приведена осциллограмма напряжения на стартере 2 сразу после размыкания его контактов. Видно, что количество импульсов, генерируемых устройством после одного контактирования стартера, равно 10. Это количество определяется емкостью конденсатора, индуктивностью дросселя, величиной U_max и током, текущим в дросселе в момент разрыва контактов стартера. Видно, что напряжение на стартере не превышает U_max, являющегося одной из характеристик стартера. Именно при этом напряжение происходит переход разряда к низковольтной форме (пробой стартера). Более подробно о переходе аномального тлеющего разряда в низковольтную форму в стартерах тлеющего разряда и о причинах, определяющих значение U_max, можно прочитать в [3].

При каждой пробое стартера реализуется ударное возбуждение колебаний в контуре, состоящем из первичной обмотки 4 импульсного автотрaнсформатора (фиг. 1), конденсатора 3 и стартера 2. Период Т этих колебаний можно оценить используя где L₄ - индуктивность первичной обмотки импульсного автотрансформатора, С - емкость конденсатора 3. В реализованном нами варианте устройства для зажигания газоразрядных дамп высоковольтный импульс представляет собой серию затухающих колебаний с периодом около 1 мкс.

Реализованное устройство было работоспособно в интервале температур от -40 до +140^oC, содержало всего три детали, занимало объем 25 см и при массе 35 г зажигало натриевую лампу высокого давления за 3-5 с.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 561310, кл. H 05 B 41/23 1977 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 568225, кл. H 05 B 41/23 1977 г.

3. Отчет o НИР "Исследование и оптимизация конструктивных и технологических параметров стартеров тлеющего разряда для новых высокоэффективных источников света". N госрегистрации 01.880010422, инвентарный N 0289.0017675, МГУ им. Н.П.Огарева, г. Саранск, 1988 г.

Устройство содержит импульсный автотрансформатор, один конец повышающей обмотки которого соединен с первым выводом лампы. Сеть подключена через дроссель между вторым выводом лампы и концом первичной обмотки импульсного автотрансформатора, не общим с повышающей обмоткой. Первичная обмотка включена в контур, образованный конденсатором и стартером греющего разряда, общая точка которых подключена ко второму выводу лампы. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении надежности зажигания. 5 ил.

Устройство для зажигания газоразрядных ламп, содержащее импульсный автотрансформатор, один конец повышающей обмотки которого соединен с первым выводом лампы, а сеть подключена через дроссель между вторым выводом лампы и концом первичной обмотки импульсного автотрансформатора, не общим с повышающей обмоткой, и конденсатор, отличающееся тем, что первичная обмотка импульсного автотрансформатора включена в контур, образованный конденсатором и стартером тлеющего разряда, общая точка которых подключена ко второму выводу лампы, а количество высоковольтных импульсов, генерируемых устройством после одного контактирования стартера, близко к числу, определяемому соотношением
LI²/CU2max