ЗАЖИГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП Российский патент 2002 года по МПК H05B41/18 

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

Известно зажигающее устройство (патент России 2120705 кл. Н 05 В 41/18, 20.10.1998), содержащее стартер тлеющего разряда, последовательно соединенное с ним сопротивление, в качестве которого применен позистор.

Однако в процессе зажигания лампы при амплитудном значении напряжения 300 В сопротивление "холодного" позистора существенно уменьшается по сравнению с его номинальным значением, указанным заводом изготовителем, что приводит к недопустимому увеличению тока.

Технический эффект заключается в повышении надежности работы зажигающего устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в зажигающем устройстве для газоразрядных ламп, содержащем стартер тлеющего разряда, последовательно соединенное с ним токоограничительное сопротивление в виде позистора, где последний последовательно соединен с резистором при выполнении следующего условия:

где R_∂ - суммарное сопротивление позистора и резистора;
U_c - действующее напряжение сети;
J₀ - ток удержания стартера;
U_м - амплитуда зажигающего импульса;
R - сопротивление разрядного промежутка стартера;
L - индуктивность дросселя;
С - емкость, включенная параллельно лампе.

На фиг. 1 изображено предлагаемое зажигающее устройство, включающее стартер тлеющего разряда 1, последовательно соединенные с ним позистор 2 и резистор 3.

Зажигающее устройство работает следующим образом.

При включении в сети зажигающего устройства параллельно газоразрядной лампе и последовательно с дросселем (не показано) возникает тлеющий разряд в стартере тлеющего разряда 1. Это приводит к нагреву биметалла и замыканию стартера тлеющего разряда 1. Разряд в стартере тлеющего разряда 1 прекращается и, как только биметалл охладится, ток прерывается, что вызывает появление импульса напряжения между электродами газоразрядной лампы. При достаточной амплитуде импульса в лампе устанавливается дуговой разряд с падением напряжения меньшим, чем напряжение зажигания стартера тлеющего разряда 1. Вследствие определенной теплоемкости позистор 2 не успевает значительно изменить свою температуру за время контактирования стартера тлеющего разряда 1, и ток короткого замыкания ограничивается сопротивлением активного резистора 3 и сопротивлением холодного позистора 2.

В аварийной ситуации, при неисправной лампе, после нескольких контактирований стартера тлеющего разряда 1 позистор 2 нагревается, и его сопротивление увеличивается в сотни раз по сравнению с "холодным" состоянием. Ток тлеющего разряда, протекающий через стартер тлеющего разряда 1, оказывается недостаточным для его контактирования, что предохраняет дроссель от возможного пробоя высоковольтными импульсами, а зажигающее устройство от перегрева.

Ниже приведено обоснование выбора значения суммарного сопротивления позистора и резистора, указанного в сущности изобретения.

Известно (В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин, А.Д. Шинков Полупроводниковые приборы, М. , Высшая школа 1981 год.), что сопротивление позистора при постоянной температуре зависит от приложенного к нему напряжения - увеличение напряжения снижает величину сопротивления. На фиг.2 приведена вольт-амперная характеристика (ВАХ) "холодного" позистора (зависимость 1), здесь же приведена ВАХ сопротивления 390 Ом (зависимость 2).

Видно, что при напряжении 100 В дифференциальное сопротивление позистора уменьшается до единиц ОМ, тем самым один позистор, включенный последовательно со стартером, слабо ограничивает ток через стартер в момент его замыкания при значении напряжения, большем 100 В. Для устранения этого недостатка следует последовательно с позистором включать дополнительный резистор, такой что суммарное сопротивление резистора и позистора R_∂ выбирают исходя из следующих соображений:
а) резистор должен обеспечивать ток в цепи, при замкнутом стартере, не больший тока удержания J₀.

Действительно, если по биметаллической пластине стартера будет протекать ток, больший J₀, то выделяемое тепло не позволит пластине остыть и разорвать контакт. Величина J₀ зависит от конструкции стартера и для отдельных экземпляров стартеров может быть менее 2,5 А. Поэтому должно выполняться условие
,
где U_c - сетевое напряжение.

б) с другой стороны, увеличивать R_∂ (больше определенной величины) нельзя, в этом случае будет мала энергия, запасенная в магнитном поле дросселя с индуктивностью L при контактировании стартера. Эта энергия обеспечивает зарядку емкости включенной параллельно зажигаемой лампе, W_c= cU_м ², U_м - амплитуда зажигающего импульса и протекание тока аномального тлеющего разряда через стартер при действии зажигающего импульса. При этом в стартере выделяется энергия в тепловом виде Q=U_м ²•t/R, (R - сопротивления разрядного промежутка стартера во время действия импульса; t - время действия импульса). Учитывая, что t - время нарастания импульса в LRC контуре (каковым и является стартерная схема зажигания лампы) в момент разрыва контакта стартера составляет где Т - период свободных колебаний - можно с достаточной точностью определить
Баланс энергии запишем

Если емкостью С является только паразитная емкость (величина рядка 100 пФ), то членом в уравнении (1) можно пренебречь.

Для достижения амплитуды зажигающего импульса больше U_м величина тока J_к должна быть такой, чтобы левая часть равенства (1) была больше правой.

Учитывая, что J_к = U_a/R_∂ после преобразований получим

где U_a - амплитудное значение сетевого напряжения (~300 В). Компромиссом между двумя пунктами а и б является условие

Например, для U_c=220 В, J₀=2,5А, U_м=300 В, R=10⁴ Ом, 0,1 Гн<L<1 Гн и С= 100 пФ имеем 88 Ом<R_∂<1800 Ом.
Диапазон изменений индуктивностей определяется диапазоном мощностей используемых ламп и может быть шире приведенного. Уменьшение индуктивности будет приводит к сужению диапазона возможных значений сопротивлений R_∂.
Следует отметить, что в предложенном устройстве сопротивление позистора в диапазоне температур 20-60^oС имеет величину менее 300 Ом.

Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность зажигания газоразрядных ламп, т.к. наличие в зажигающем устройстве последовательно включенных резистора и позистора позволяет в более широком диапазоне регулировать время отключения устройства и использовать более дешевые низкоомные позисторы (холодное сопротивление менее 300 Ом) с достаточной теплоемкостью, обеспечивая за счет использования активного резистора эффективное ограничение даже при наличии позистора с малой теплоемкостью (т.е. с малой массой и, соответственно, малой ценой), что невозможно обеспечить одним позистором.

Мы проводили проверку работоспособности устройства при R_∂ = 450 Ом. При этом устройство устойчиво зажигало лампу ДНАТ - 400. Использовали позистор марки ТРП - 3-62 Ом и последовательно включенный резистор МЛТ - 2390 Ом.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для зажигания газоразрядных ламп. Техническим результатом является повышение надежности работы зажигающего устройства. Сущность изобретения заключается в том, что в зажигающем устройстве для газоразрядных ламп, содержащем стартер тлеющего разряда, последовательно соединенное с ним токоограничительное сопротивление выполнено в виде позистора, последовательно соединенного с резистором. Определен диапазон суммарного сопротивления позистора и резистора. 2 ил.

Зажигающее устройство для газоразрядной лампы, включенной последовательно с дросселем, содержащее стартер тлеющего разряда, последовательно соединенное с ним токоограничительное сопротивление в виде позистора, отличающееся тем, что позистор последовательно соединен с резистором, при этом суммарное сопротивление позистора и резистора определено из условия

где R_∂ - суммарное сопротивление позистора и резистора;
U_c - действующее напряжение сети;
I₀ - ток удержания стартера;
U_а - амплитудное значение напряжения сети;
U_м - амплитуда зажигающего импульса;
R - сопротивление разрядного промежуточного стартера;
L - индуктивность дросселя;
С - емкость, включенная параллельно лампе.