УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЖИГАНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H05B41/231 H05B41/292 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах для эксплуатации газоразрядных ламп, у которых напряжение зажигания выше напряжения питающей сети.

Для наружного освещения широко применяется схема питания газоразрядных ламп, содержащая балластный дроссель, включенный между питающей сетью и лампой. Такая схема используется для питания газоразрядных ламп, например, ртутных, имеющих напряжение зажигания ниже напряжения питающей сети.

В настоящее время ртутные лампы заменяются натриевыми лампами высокого давления, имеющими преимущества при эксплуатации перед ртутными лампами [1]. Вместе с тем, лампы высокого давления имеют напряжение зажигания выше напряжения питания, что вызывает необходимость применять зажигающие устройства.

Известно надежное устройство для зажигания газоразрядной лампы [2], содержащее включенный между источником питания и газоразрядной лампой балластный дроссель, в отвод обмотки которого включено устройство для формирования высоковольтных импульсов напряжения, состоящее из разделительного конденсатора, тиристора, разрядного конденсатора и цепочки, содержащей два стабилитрона, включенных последовательно согласно, и резистор.

Для надежного зажигания газоразрядной лампы обмотка балластного дросселя описанного устройства должна быть рассчитана на полный ток лампы и иметь изоляцию, прочность которой рассчитана на формирование высоковольтных импульсов напряжения, что увеличивает габариты и стоимость балластного дросселя. Это устройство начинает формировать высокочастотные импульсы напряжения при включении источника питания. Процесс продолжается до момента зажигания лампы, после чего устройство отключается.

Известно устройство для пуска и регулирования натриевых ламп [1], содержащее высокочастотный дроссель, вторичная повышающая обмотка которого включена между лампой и высокочастотным инвертором, а первичная обмотка подключена к зажигающему устройству.

В этом устройстве дроссель имеет малые габариты и вес, благодаря тому, что он рассчитан для работы на повышенной частоте.

Недостатком описанных устройств [1] и [2] является то, что генерация высоковольтных импульсов осуществляется даже в случае неисправности или отсутствия газоразрядной лампы, что вызывает радиопомехи и приводит к преждевременному старению и электрическому пробою изоляции дросселя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство [3] , содержащее ключевой блок, времязадающий элемент, импульсный автотрансформатор, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные первый конденсатор и пороговый элемент, шунтированный обратным диодом, первый выходной вывод устройства соединен через последовательно соединенные вторичную обмотку импульсного автотрансформатора и второй конденсатор с вторым выходным выводом устройства, к которому подключен один из выводов цепи из последовательно соединенных первого резистора и диода, первый вывод питания времязадающего элемента соединен с промежуточным низковольтным выводом импульсного автотрансформатора и соответствующим выводом ключевого блока, выходной вывод - с управляющим выводом ключевого блока, а второй вывод питания - с другим выводом цепи, состоящей из первого резистора и диода, и одним из выводов ключевого блока, другой вывод которого соединен с точкой соединения первого конденсатора и порогового элемента, причем, времязадающий элемент выполнен в виде резистора, конденсатора и стабилитрона, соединенных между собой одними своими выводами, другой вывод конденсатора является выходным выводом времязадающего элемента, а другие выводы резистора и стабилитрона являются соответственно первым и вторым его выводами питания, при этом полярность включения стабилитрона в режиме стабилизации соответствует полярности диода.

Устройство включается параллельно лампе, а между лампой и питающей сетью включен балластный дроссель.

В случае неисправности или отсутствия лампы устройство вырабатывает зажигающие импульсы только до тех пор, пока времязадающий элемент подает открывающий сигнал на ключевой блок. В это время конденсатор времязадающего элемента заряжается через резистор. По прошествии заданного времени (нескольких периодов питающего напряжения, в сумме составляющих доли секунды) конденсатор времязадающего элемента заряжается до максимального напряжения, при этом времязадающий элемент прекращает подачу открывающего сигнала на ключевой блок, и формирование высоковольтных импульсов прекращается. Устройство переходит в дежурный режим, в котором отсутствуют радиопомехи и исключено старение электрической изоляции.

Если лампа присутствует и исправна, то после ее зажигания напряжение на ней падает. Этого напряжения недостаточно для работы порогового элемента, и генерация зажигающих импульсов прекращается. Как и в случае неисправности или отсутствия лампы, через заданное время конденсатор времязадающего элемента заряжается до максимального напряжения, после чего ключевой блок закрывается, и устройство переходит в дежурный режим.

Для возвращения времязадающего элемента в исходное состояние требуется снять напряжение питания на время, равное заданному, так как разряд конденсатора времязадающего элемента осуществляется через тот же резистор, что и заряд.

Из-за перехода в дежурный режим и необходимости определенного интервала времени для возвращения в исходное состояние устройство [3] имеет следующие недостатки:
а) отсутствие автоматического зажигания лампы после ее погасания в случае кратковременного пропадания питающего напряжения;
б) необходимость ожидания остывания лампы в течение нескольких минут для ее повторного зажигания.

Эти недостатки вызваны следующими причинами.

Как известно, в реальных электрических сетях присутствуют кратковременные провалы напряжения (см., например, [4]). При отсутствии подачи питающего напряжения более 8 мс, что составляет примерно половину периода питающего напряжения, натриевая лампа гаснет (см., например, [5]), и ее зажигание не происходит, так как времязадающий элемент не успевает перейти в исходное состояние.

Автоматическое зажигание лампы не происходит и в том случае, если питающее напряжение пропадает на более длительный период времени, достаточный для перехода времязадающего элемента в исходное состояние, например, составляющий несколько периодов питающего переменного напряжения. После восстановления напряжения питания зажигающие импульсы действуют в течение долей секунды, но лампа не зажигается, так как повторное зажигание горячей натриевой лампы возможно только через несколько минут, после того, как в ней произойдет конденсация паров [5]. Поэтому для повторного зажигания лампы необходимо снять напряжение питания и подать его вновь через несколько минут.

Эти недостатки снижают качество наружного освещения, а в случае освещения некоторых важных объектов, например, пешеходных переходов или перекрестков дорог, могут привести к аварийным ситуациям.

Предлагаемое изобретение решает задачу надежного автоматического зажигания газоразрядной лампы в случае кратковременного пропадания питающего напряжения.

Для достижения указанного технического результата в устройстве для зажигания газоразрядных ламп высокого давления, содержащем времязадающий элемент, включающий первый резистор, конденсатор и первый стабилитрон, ключевой блок, импульсный автотрансформатор, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные первый конденсатор и пороговый элемент, шунтированный обратным диодом и включающий переключатель, первый выходной вывод устройства соединен с вторичной обмоткой автотрансформатора, а второй выходной вывод устройства подключен к точке соединения одного из выводов второго конденсатора и одного из выводов цепи из последовательно соединенных резистора и диода, второй вывод которой подключен к первому выводу ключевого блока, вторым выводом соединенного с пороговым элементом, и к одному из входов времязадающего элемента, времязадающий элемент содержит второй резистор, второй стабилитрон, диод, анодом подключенный к точке соединения первого резистора и катода первого стабилитрона, и счетчик, вход СБРОС которого подключен к точке соединения второго резистора и второго стабилитрона, выводы питания счетчика подключены соответственно к точке соединения второго резистора, катода диода и конденсатора и к точке соединения анодов первого и второго стабилитронов и второго вывода конденсатора, счетный вход счетчика соединен с выходом порогового элемента, а выход счетчика подключен к управляющему выводу ключевого блока, первый вывод которого соединен с низковольтным промежуточным выводом автотрансформатора и с вторым входом порогового элемента, дополнительно включающего тиристор, управляющим выводом соединенный с катодом переключателя, и конденсатор, включенный между катодом тиристора и анодом переключателя.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от наиболее близкого к нему по технической сущности устройства [3] является наличие в составе времязадающего элемента второго резистора, второго стабилитрона, диода и счетчика, определенным образом связанных между собой и с другими элементами и блоками устройства, а также то, что пороговый элемент, кроме переключателя, дополнительно содержит тиристор и конденсатор.

Благодаря наличию этих признаков предлагаемое устройство осуществляет автоматическое зажигание газоразрядной лампы после кратковременных перерывов подачи питающего напряжения, а также автоматически отключается в случае неисправности лампы или ее отсутствия.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 приведена схема включения предлагаемого устройства в цепь питания газоразрядной лампы.

Устройство для зажигания газоразрядных ламп высокого давления, представленное на фиг. 1, содержит времязадающий элемент 1, импульсный автотрансформатор 2, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные первый конденсатор 3 и пороговый элемент 4, шунтированный обратным диодом 5, первый 6 выходной вывод устройства соединен с вторичной обмоткой автотрансформатора 2, а второй 7 выходной вывод устройства подключен к точке соединения одного из выводов конденсатора 8 и одного из выводов цепи из последовательно соединенных резистора 9 и диода 10, второй вывод которой подключен к одному из выводов ключевого блока 11, к одному из выводов питания времязадающего элемента 1, к другому выводу порогового элемента 4 и к промежуточному низковольтному выводу импульсного автотрансформатора 2, другой вывод питания времязадающего элемента 1 подключен к входному выводу 7.

Времязадающий элемент 1 содержит резисторы 12, 13, стабилитроны 14, 15, диод 16 и счетчик 17, вход СБРОС которого подключен к точке соединения резистора 13 и стабилитрона 15, счетный вход счетчика 17 соединен с третьим выводом порогового элемента 4 и с вторым выводом ключевого блока 11, управляющий вывод которого подключен к выходу счетчика 17, а выводы питания счетчика 17 соединены с выводами конденсатора 18, включенного между точкой соединения резистора 13 с катодом диода 16 и точкой соединения анодов стабилитронов 14, 15.

Пороговый элемент 4 содержит переключатель 19, тиристор 20 и конденсатор 21, включенный между анодом переключателя 19 и катодом тиристора 20, управляющий вывод которого соединен с катодом переключателя 19.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии газоразрядная лампа 22 (см. фиг.2) выключена. При подключении схемы к сети вся величина напряжения прикладывается к питающим вводам 6, 7 устройства 23 для зажигания газоразрядной лампы 22.

Во время первой положительной полуволны питающего напряжения происходит заряд конденсатора 3 через вторичную обмотку импульсного автотрансформатора 2 и конденсатор 8. Одновременно происходит заряд конденсатора 18 времязадающего элемента 1 через вторичную обмотку импульсного автотрансформатора 2, резистор 12 и диод 16. Когда напряжение на конденсаторе 18 станет равным напряжению стабилизации стабилитрона 15, происходит сброс (установка в нулевое состояние) счетчика 17, на Q-выходе счетчика 17 появляется сигнал, который закрывает ключевой блок 11. Выходной сигнал ключевого блока 11 начинает заряжать конденсатор 21. Когда конденсатор 21 заряжается до напряжения срабатывания переключателя 19, пороговый элемент 4 при этом открывается, и в контуре, образованном конденсатором 3 и первичной обмоткой импульсного автотрансформатора 2, возникают затухающие колебания. Отрицательная полуволна колебаний проходит через обратный диод 5, а положительная полуволна - через пороговый элемент 4. Во время колебательного процесса на высоковольтном выводе 6 импульсного автотрансформатора 2 возникает четыре-пять высоковольтных импульсов амплитудой до 3-5 кВ, которые через конденсатор 8 подаются на газоразрядную лампу 22. Одновременно напряжение на конденсаторе 18 времязадающего элемента 1 продолжает увеличиваться и достигает значения, равного напряжению стабилизации стабилитрона 14. При этом счетчик 17 переходит в режим счета и начинает считать импульсы, возникающие при разряде конденсатора 21 через переключатель 19.

Как только лампа 22 зажигается, напряжение на ней падает, разряды конденсатора 21 через переключатель 19 прекращаются, и счетчик 17 останавливается, так как прекращается поступление импульсов на его счетный вход.

Если произойдет кратковременный перерыв подачи питания, то лампа 22 погаснет. При этом конденсатор 18 времязадающего элемента 1 не успевает разрядиться и поддерживает на входах счетчика 17 сигналы необходимого уровня, поэтому после восстановления напряжения питания счетчик 17 продолжит счет импульсов, а зажигающие импульсы формируются до тех пор, пока лампа 22 не остынет и не зажжется снова.

Если лампа 22 вышла из строя и не зажигается, то счетчик 17 будет продолжать счет до тех пор, пока не произойдет его переполнение. После этого выходной сигнал счетчика 17 открывает ключевой блок 11, прекращая тем самым формирование зажигающих импульсов.

Емкость счетчика 17 должна быть такой, чтобы за время работы устройства не произошло его переполнения во время кратковременных перерывов подачи напряжения, число которых определяется качеством электрической энергии питающей сети. Например, если это время выбрать равным 10 минутам, то устройство позволит произвести автоматическое зажигание лампы после трех-четырех кратковременных перерывов питающего напряжения.

Если произойдет более длительный перерыв подачи питания, то конденсатор 18 времязадающего элемента 1 успеет разрядиться, и после восстановления питания произойдет включение устройства 23, как описано выше.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает зажигание газоразрядной лампы при включении питающего напряжения, выключение зажигающих импульсов после зажигания лампы, автоматическое повторное зажигание лампы, если она погасла из-за перерыва подачи напряжения питания, и автоматическое выключение зажигающих импульсов, если лампа вышла из строя или отсутствует, что повышает надежность работы устройства и качество наружного освещения, что особенно важно при эксплуатации газоразрядных ламп для освещения пешеходных переходов или перекрестков дорог.

Источники информации
1. Панфилов Д. и др. Электронный пускорегулирующий аппарат для дуговых натриевых ламп, журнал "CHIP NEWS", апрель 1999 г., с. 29.

2. Авторское свидетельство 1252978, Н 05 В 41/231. Устройство для зажигания газоразрядной лампы, опубл. 23.08.86.

3. Авторское свидетельство 2033707, Н 05 В 41/231. Устройство для зажигания газоразрядных ламп высокого давления, опубл. 20.04.95.

4. ГОСТ 13109.

5. Кунгс Я. А. Автоматизация управления электрическим освещением М.: Энергоиздат, 1989, с. 59.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для эксплуатации газоразрядных ламп, у которых напряжение зажигания выше напряжения питающей сети. Техническим результатом является повышение надежности зажигания газоразрядной лампы при включении питающего напряжения, выключении зажигающих импульсов после зажигания лампы. Устройство позволяет обеспечить автоматическое повторное зажигание лампы, если она погасла из-за перерыва подачи напряжения питания, и автоматическое выключение зажигающих импульсов, если лампа вышла из строя или отсутствует вообще. Устройство содержит времязадающий элемент, импульсный автотрансформатор, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные конденсатор и пороговый элемент, шунтированный обратным диодом, цепочку из последовательно соединенных резистора и диода, соединенную одним выводом с ключевым блоком, с одним из выводов питания времязадающего элемента, с одним из выводов порогового элемента и промежуточным низковольтным выводом импульсного автотрансформатора. 2 ил.

Устройство для зажигания газоразрядных ламп высокого давления, содержащее времязадающий элемент, включающий первый резистор, конденсатор и первый стабилитрон, ключевой блок, импульсный автотрансформатор, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные первый конденсатор и пороговый элемент, шунтированный обратным диодом и включающий переключатель, первый выходной вывод устройства соединен с вторичной обмоткой автотрансформатора, а второй выходной вывод устройства подключен к точке соединения одного из выводов второго конденсатора и одного из выводов цепи из последовательно соединенных резистора и диода, второй вывод которой подключен к первому вводу ключевого блока, вторым выводом соединенного с пороговым элементом, и к одному из входов времязадающего элемента, отличающееся тем, что времязадающий элемент содержит второй резистор, второй стабилитрон, диод, анодом подключенный к точке соединения первого резистора и катода первого стабилитрона, и счетчик, вход "Сброс" которого подключен к точке соединения второго резистора и второго стабилитрона, выводы питания счетчика подключены соответственно к точке соединения второго резистора, катода диода и конденсатора и к точке соединения анодов первого и второго стабилитронов и второго вывода конденсатора, счетный вход счетчика соединен с выходом порогового элемента, а выход счетчика подключен к управляющему выводу ключевого блока, первый вывод которого соединен с низковольтным промежуточным выводом автотрансформатора и вторым входом порогового элемента, дополнительно включающего тиристор, управляющим выводом соединенный с катодом переключателя, и конденсатор, включенный между катодом тиристора и анодом переключателя.