СВЕТОМАЯК Российский патент 2001 года по МПК B64F1/18 H05B41/282 

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано для визуальной идентификации наземных объектов, в частности, на аэродромах.

Известны различные типы светомаяков, использующие в качестве источников света газоразрядные лампы, режим работы которых задается пускорегулирующей аппаратурой. Несмотря на конструктивные различия пускорегулирующей аппаратуры на газоразрядных лампах, они имеют ряд обязательных элементов, а именно: токоограничивающий дроссель, зажигающее устройство, трансформатор питания цепей накала ламп. См., например, устройство, описанное в книге Ю.Г.Басов "Светосигнальные устройства" изд. "Транспорт" г. Москва, 1993 г., стр. 172. К недостаткам подобной пускорегулирующей аппаратуры следует отнести прежде всего большие габариты, низкий коэффициент мощности, а также неспособность устойчиво работать в кодовом режиме от источников соизмеримой мощности. Кроме того, для поджига ламп приходится использовать специальные довольно сложные устройства.

Известно, что большинство из этих недостатков можно, в принципе, устранить при переходе к пускорегулирующей аппаратуре, содержащей выпрямитель и автономный инвертор, работающий на повышенной частоте. См. например, устройство, описанное в книге "Источники света и пускорегулирующая аппаратура" авторов Е.И. Афанасьева, В.М. Скобелева, Энергоатомиздат, г. Москва, 1986 г. , стр. 217. Упрощенная схема такой пускорегулирующей аппаратуры приведена на фиг. 1. Сетевое напряжение 220 В, 50 Гц подается на выпрямитель 1, собранный по мостовой схеме, к выходу которого подключаются два последовательно соединенных конденсатора 2 и 3 и два последовательно соединенных транзистора 4 и 5. Между точкой соединения конденсаторов 2 и 3 точкой соединения транзисторов 4 и 5 включен трансформатор 6, во вторичную цепь которого включены последовательно дроссель 7, цепи накала 8 лампы 9 и конденсатор 10. Управление осуществляется от блока управления 11, представляющего собой генератор прямоугольных импульсов отпирания транзисторов 4 и 5, подаваемых в противофазе. Устройство настроено таким образом, что на рабочей частоте при негорючей лампе 9 индуктивность дросселя 7 и емкость конденсатора 10 образуют резонансный контур, и на конденсаторе 10 возникает повышенное напряжение, достаточное для пробоя лампы 9. Одновременно ток резонансного контура прогревает цепи накала 8 лампы 9. После пробоя лампы 9 параллельно конденсатору 10 включается активная нагрузка горящей лампы 9 и контур выходит из резонанса. В установившемся режиме горения ток лампы 9 определяется сопротивлением дросселя 7 и сопротивлением массой лампы 9. К недостаткам данного устройства можно отнести обязательное наличие высокочастотного конденсатора в силовой цепи, а также невозможность, при работе с мощной дуговой лампой, создания за счет резонанса достаточного для ее пробоя напряжения. Поэтому используемые в настоящее время устройства пускорегулирующей аппаратуры повышенной частоты на базе резонансных инверторов применяются только для питания люминесцентных ламп небольшой (до ста ватт) мощности. Применение пускорегулирующей аппаратуры высокой частоты без резонансного контура требует использования специальных поджигающих устройств, подключаемых параллельно лампе и вырабатывающих импульсы высокого напряжения. Однако, поскольку на высокой частоте индуктивность токоограничивающего дросселя весьма мала, напряжение поджигающего импульса сильно просаживается (энергия импульса проходит через дроссель в источник постоянного напряжения). Следует также отметить, что построение по этому принципу кодовых светомаяков требует использования для питания цепей накала ламп отдельных источников, работающих независимо от основного инвертора, работающего на лампы. В противном случае при передаче светового кода в моменты пауз накал ламп будет пропадать. Наличие вышеперечисленных трудностей явилось причиной того, что пускорегулирующая аппаратура высокой частоты не нашла применение при создании кодовых светомаяков, работающих на мощных дуговых газоразрядных лампах.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и технической сущности к заявляемому устройству относится устройство, описанное в ТУ ОДК. 516.863 "Кодовый неоновый светомаяк в упаковках", которое было взято в качестве прототипа. Упрощенная принципиальная схема светомаяка представлена на фиг. 2. Устройство состоит из понижающего автотрансформатора 12, на которой подается сетевое напряжение 380 В, 50 Гц. Вторичная обмотка автотрансформатора 12, играющего роль бесконтактного прерывателя при работе в кодовом режиме, а другим концом к одному из электродов 14 неоновой дугообразной лампы 15. Второй электрод 16 лампы 15 подключен к одному из концов токоорганичивающего дросселя 17, второй конец которого подключен ко второму концу блока тиристоров 13. Для питания цепей накала служит специальный трансформатор, первичная обмотка 18 которого подключена к выходу автотрансформатора 12, а вторичные обмотки 19 и 20 подключены к электродам 16 и 14 (соответственно) дуговой лампы 15. Между электродами 16 и 14 лампы 15 подключено поджигающее устройство 21 в виде отдельного блока, вырабатывающее высоковольтные импульсы поджига дуговой лампы 15. Для улучшения коэффициента мощности данного устройства между выходом блока тиристоров 13 и вторым концом первичной обмотки 18 трансформатора питания цепей накала включен блок конденсаторов 22. Блок тиристоров 13 соединен с кодовым устройством 23. Данное устройство работает следующим образом: сетевое напряжение 380 В, 50 Гц подается на понижающий до 220 В автотрансформатор 12, улучшающий коэффициент мощности устройства. Пониженное напряжение подается на тиристорный блок 13, представляющий собой два антипараллельно включенных тиристора, играющих, с одной стороны, роль бесконтактного прерывателя при работе в кодовом или импульсном режиме, а с другой стороны, роль стабилизатора тока лампы 15 при ее горении. При включении тиристорного блока 13 напряжение прикладывается к электродам 14 и 16 лампы 15. Туда же подключено поджигающее устройство 21, которое вырабатывает в каждый период импульс высокого напряжения для зажигания дуги в лампе 15. После того как лампа 15 зажглась, ее ток ограничивается дросселем 17 и углом отпирания тиристорного блока 13. Накал электродов 14 и 16 лампы 15 обеспечивается от отдельного трансформатора 18. Для улучшения коэффициента мощности всего устройства параллельно дросселю 17 с лампой 15 подключается блок конденсатором 22, компенсирующий индуктивную составляющую тока лампы 15. К недостаткам данного устройства следует, прежде всего, отнести большие габариты. Это связано с тем, что все элементы схемы работают на частоте 50 Гц. Коэффициент мощности, несмотря на дополнительно установленные емкости, остается довольно низким, что приводит к большому потреблению реактивной мощности, которая в свою очередь, приводит к неспособности устойчиво работать в кодовом или импульсном режимах от источников соизмеримой мощности, например дизель-электрических агрегатов. Кроме того, для поджига лампы используется специальное довольно сложное устройство. См. например устройство, описанное в книге Е.И.Афанасьева, В.Н. Скобелева "Источники света и пускорегулирующая аппаратура". "Энергоатомиздат", г. Москва, 1986 г., стр. 194.

Целью настоящего изобретения является создание малогабаритного кодового светомаяка с коэффициентом мощности, близким к единице, и упрощенной схемой зажигания дуги в используемых в нем дугоразрядных лампах.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном светомаяке, содержащем дуговую газоразрядную лампу, блок питания, содержащий неуправляемый выпрямитель, инвертор, токоорганичивающий дроссель, включенный последовательно с лампой, трансформатор питания цепей накала с двумя вторичными обмотками, подключенными к электродам ламп, поджигающее устройство, блок управления и кодовое устройство, в первую входную цепь инвертора включен емкостной делитель напряжения, между средней точкой которого и вторым выходом инвертора, подключенным к одному из электродов лампы, включена первичная обмотка упомянутого трансформатора питания цепей накала лампы, при этом первый выход инвертора соединен с упомянутым токоограничивающим дросселем, а упомянутое поджигающее устройство выполнено в виде дополнительной обмотки токоограничивающего дросселя, которая одним концом подключена напрямую к дросселю, а другим через конденсатор - ко второму выходу инвертора, при этом управляющий выход инвертора соединен с упомянутым блоком управления. Неуправляемый выпрямитель выполнен по мостовой схеме, между выходными выводами выпрямителя включены два последовательно соединенных конденсатора, общий вывод которых связан с нейтралью трехфазной сети, при этом к конденсаторам подключены силовые входы инверторов, предназначенных для питания индивидуальных дуговых газоразрядных ламп. Кроме того, для увеличения надежности работы транзисторов инвертора при наращивании мощности маяка в устройстве предусмотрена дополнительная лампа с аналогичным подключением всех вышеназванных элементов, причем инверторы блока питания ламп соединены между собой последовательно, а их средняя точка соединена с нейтралью сети.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 3 изображена схема светомаяка с обозначениями:
24 - неуправляемый выпрямитель;
25, 26 - фильтрующие конденсаторы;
27, 28 - однофазные мостовые инверторы;
29, 30 - токоограничивающие дроссели;
31, 32 - дуговые газоразрядные лампы;
33, 34 и 35, 36 - электроды дуговых газоразрядных ламп 31, 32 соответственно;
37, 38 - дополнительные обмотки токоограничивающих дросселей 29, 30 соответственно;
39, 40 - конденсаторы зажигания дуги в лампах;
41, 42 и 43, 44 - емкостные делители;
45, 46 - первичные обмотки трансформаторов питания;
47, 48 и 49, 50 - вторичные обмотки трансформаторов питания;
51 - блок управления инверторами;
52 - кодовое устройство.

Устройство содержит неуправляемый выпрямитель 24, собранный по мостовой схеме, на вход которого подается напряжение питающей трехфазной сети 380 В, 50 Гц. К выходу выпрямителя 24 подключены два фильтрующих, последовательно соединенных конденсатора 25 и 26, между которыми подключена нейтраль сети. К каждому из конденсаторов 25, 26 подключены силовые входы инверторов 27 и 28, выполненных по мостовой схеме на транзисторах. Инверторы 27, 28 соединены последовательно между собой и между ними подключена нейтраль сети. К первым выходам инверторов 27, 28 через токоограничивающие дроссели 29, 30 соответственно подключены электроды 33, 35 дуговых ламп 31, 32. Токоограничивающие дроссели 29, 30 имеют дополнительные обмотки 37, 38 соответственно, которые подключены одним концом напрямую к соответствующим токоогранивающим дросселям 29, 30, а другим через конденсаторы 39, 40 соответственно к вторым выходным точкам инверторов. В силовую входную цепь каждого инвертора 27, 28 включены емкостные делители 41, 42 и 43, 44 соответственно. Между средними точками делителей 41, 42 и 43, 44 и вторыми выходами инверторов 27, 28 соответственно включены первичные обмотки 45, 46 трансформаторов питания цепей накала ламп 31, 32. Трансформаторы питания цепей накала дуговых ламп 31, 32 содержат по две вторичные обмотки 47, 48 и 49, 50 соответственно. Обмотки 47, 49 подключены к соответствующим электродам 33, 35 ламп 31, 32, а обмотки 48, 50 подключены к соответствующим электродам 34, 36 ламп 31, 32. Управляющие цепи транзисторов инвертора 27, 28 подключены к блоку управления 51 инверторами 27, 28, соединенному с кодовым устройством 52. Блок управления 51 представляет собой устройство формирования управляющих прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью и может быть реализовано различными способами, в частности, с использованием специальных ШИМ-контроллеров. Кодовое устройство 52 представляет собой электронный блок, принцип действия которого основан на выборке из микросхемы постоянной памяти последовательности управляющих импульсов, соответствующей заданной комбинации буквенного кода.

Устройство работает следующим образом. Переменное трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц подается на трехфазный выпрямитель 24, выполненный по мостовой схеме со средней точкой. Выпрямительное напряжение сглаживается емкостными фильтрами 25 и 26. Поскольку между конденсаторами включена нейтраль сети, то каждый из конденсаторов представляет собой независимый от другого источник постоянного напряжения. От этих источников питаются два инвертора 27 и 28, выполненные по однофазной мостовой схеме, соединенные последовательно и имеющие сетевую нейтраль в средней точке. Поскольку оба эти инвертора абсолютно идентичны, то дальнейшее описание будет выполнено для одного из них, например инвертора 27. С помощью инвертора выпрямленное напряжение преобразуется в переменное напряжение 220 В повышенной частоты (8 - 10) кГц прямоугольной формы с регулируемой скважностью. От этого инвертора через токоограничивающий дроссель 29 питается дуговая лампа 31. Напряжение инвертора регулируется таким образом, чтобы автоматически поддерживать ток в лампе на заданном уровне при изменении напряжения в сети. Благодаря тому, что форма выходного напряжения инвертора прямоугольная, т.е. имеющая круглые фронты, подключенные к дросселю через конденсатор 39 дополнительной обмотки 37, имеющей значительно меньшее количество витков, чем дроссель 29, позволяет получать на выходе дросселя кратковременные импульсы высокого напряжения, достаточного для пробоя ламп и зажигания в них электрической дуги. Импульсы высокого напряжения возникают каждые полпериода выходного напряжения и присутствуют до тех пор, пока в лампе не возникает электрическая дуга. Питание цепей накала лампы осуществляется от трансформатора 45, подключенного между средней точкой емкостных делителей 41, 42 с одной стороны и одной из выходных точек инвертора с другой. Светомаяк имеет три режима работы: кодовый, импульсный (проблесковый), непрерывный. Инвертор управляется таким образом, что пара транзисторов, к средней точке которых подключен трансформатор 45, работает непрерывно (с частотой 8 - 10 кГц) независимо от режима работы маяка (кодового или непрерывного), обеспечивая тем самым непрерывность тока накала лампы. В тоже время импульсы частотой 8 - 10 кГц, управляющие работой второй пары транзисторов в кодовом режиме, блокируются в блоке управления 51 кодовом устройством 52 в соответствии с заданным кодом. Таким образом, выходное напряжение инвертора в целом появляется и исчезает в точном соответствии с поступающим кодом. Для наращивания мощности маяка схема строится таким образом, что дуговые лампы разбиваются на две группы, каждая из которых питается от своего инвертора, которые в свою очередь соединены последовательно, и в точку их соединения подключается нейтраль сети. Для возврата реактивной мощности токоограничивающих дросселей служат конденсаторы 25 и 26, подключаемые ко входным цепям инверторов. При входном трехфазном напряжении 380 В данная схема выпрямления обеспечивает на входе каждого инвертора постоянное напряжение 310 В, которое с помощью инверторов преобразуется в переменное напряжение 220 В, являющееся оптимальным для обеспечения стабилизированного тока в цепи дроссель-лампа. При этом транзисторы инверторов работают в наиболее благоприятном режиме с точки зрения напряжения коллектор-эмиттер.

Изобретение относится к средствам визуальной идентификации наземных объектов. Для мощных дуговых газоразрядных ламп создана пускорегулирующая аппаратура, работающая на повышенной частоте. Светомаяк содержит мостовой неуправляемый выпрямитель с двумя фильтрующими конденсаторами на выходе, между которыми подключена нейтраль сети. С конденсаторами связаны силовые входы мостовых инверторов. Инверторы соединены последовательно и между ними подключена нейтраль сети. Устройство имеет трансформаторы питания цепей накала, первичная обмотка каждого из которых включена между средним выводом емкостного делителя и одним из выходных выводов соответствующего инвертора, а вторичные обмотки подключены к электродам соответствующей лампы. Каждое поджигающее устройство выполнено в виде дополнительной обмотки токоограничивающего дросселя, подключенной через конденсатор к выходу инвертора. Светомаяк характеризуется улучшенными массогабаритными показателями и повышенным коэффициентом мощности. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

1. Светомаяк, содержащий дуговую газоразрядную лампу, связанную с блоком питания через токоограничивающий дроссель, трансформатор питания цепей накала, вторичные обмотки которого подключены к электродам лампы, поджигающее устройство и кодовое устройство, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, отличающийся тем, что блок питания включает в себя последовательно соединенные неуправляемый выпрямитель и инвертор, а также емкостной делитель напряжения, подключенный к питающему входу инвертора, при этом первичная обмотка трансформатора питания цепей накала лампы включена между средним выводом емкостного делителя и одним из выходных выводов инвертора, а поджигающее устройство выполнено в виде дополнительной обмотки токоограничивающего дросселя, подключенной через конденсатор к выходу инвертора. 2. Светомаяк по п.1, отличающийся тем, что неуправляемый выпрямитель выполнен по мостовой схеме, между выходными выводами выпрямителя включены два последовательно соединенных конденсатора, общий вывод которых связан с нейтралью трехфазной сети, при этом к конденсаторам подключены силовые входы инверторов, предназначенных для питания индивидуальных дуговых газоразрядных ламп.