БЕЗОПАСНОЕ СТАРТЕРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2013 года по МПК H05B41/08 

Область техники, к которой относится изобретение

В общем, настоящее изобретение относится к стартерному устройству для зажигания газоразрядной лампы. В частности, изобретение относится к безопасному пусковому переключателю с тлеющим разрядом для люминесцентной лампы.

Предпосылки создания изобретения

Газоразрядные лампы необходимо зажигать, прикладывая более высокое напряжение, чем пороговое напряжение, указанное как пробивное напряжение. Для поддержания разряда более низкое напряжение является достаточным. Уровень пробойного напряжения зависит от некоторых условий, таких, как температура электродов лампы: чем выше температура, тем ниже пробойное напряжение. Для генерации импульса напряжения зажигания известно включение балластного элемента, представляющего собой дроссель, последовательно соединенный с лампой, и подключение переключателя параллельно лампе. На первом этапе контакты переключателя замыкаются (то есть проводящие), так что ток протекает через дроссель и электроды лампы, нагревая электроды и снабжая энергией дроссель. На втором этапе контакты переключателя размыкаются (то есть, делаются непроводящими), так что дроссель генерирует импульс высокого напряжения на электродах лампы. Этот импульс высокого напряжения вызывает разряд в лампе, который сопровождается видимой вспышкой света. Если проводимость в разрядном канале является достаточной, разряд может поддерживаться сетевым напряжением. На практике может потребоваться несколько таких циклов переключения до зажигания лампы.

Обычным примером такого стартерного переключателя является переключатель с тлеющим разрядом. Переключатель с тлеющим разрядом состоит в основном из биметаллических контактов, которые при обычных условиях разомкнуты. В случае приложения напряжения небольшой ток тлеющего разряда протекает через переключатель, при этом тлеющий разряд нагревает контакты так, что они замыкаются. В замкнутом состоянии через переключатель протекает более сильный ток для нагревания электродов лампы, но биметаллические контакты переключателя охлаждаются, так что спустя несколько секунд они снова размыкаются.

В конце рабочего срока службы лампы зажигание становится более трудным, коротко говоря потому, что электроды вырабатывают свой ресурс. Если не принять мер предосторожностей, обычный пусковой переключатель с тлеющим разрядом будет продолжать осуществлять переключение, что приводит к многократным разрядным вспышкам в лампе, которые видны как мигание лампы. Это мигание ощущается людьми как вызывающее раздражение. В дополнение к этому в результате непрерывного приложения больших токов стартер, колба лампы и балластный элемент могут стать горячими, что является потенциально опасным.

Эта проблема уже является признанной в уровне техники, и несколько решений для разрешения этой проблемы уже предложены.

В заявке № 2003/0085668 на патент США раскрыто использование полупроводникового переключателя в сочетании с полупроводниковым таймером, который ограничивает время, в течение которого переключатель пытается запустить лампу.

В патентной заявке Великобритании № 2254970 раскрыто стартерное устройство для люминесцентной лампы, содержащее элемент зажигания с тлеющим разрядом, возвращаемый в исходное состояние биметаллический переключатель и резистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, соединенные последовательно друг с другом, и дополнительно содержащее омический резистор, подключенный параллельно резистору с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Ток через элемент зажигания с тлеющим разрядом вызывает выделение теплоты в резисторах. Эта теплота передается к биметаллическому переключателю. Обычно лампа зажигается после нескольких циклов переключения, и стартерная цепь остается без тока с момента зажигания, так что выработка теплоты прекращается. Обычно теплоты, выделенной до этого момента, недостаточно для срабатывания биметаллического переключателя. В случае неудачи при попытке зажигания лампы теплота, продолжающаяся образовываться в резисторах, вызывает повышение температуры биметаллического переключателя на достаточно большую величину, так что его контакты размыкаются, в результате чего разрывается цепь нагревания электродов. В этом случае биметаллический переключатель является переключателем такого типа, контакты которого не замыкаются автоматически при охлаждении: переключатель должен возвращаться в исходное состояние вручную пользователем. Поэтому до тех пор, пока пользователь не возвратит его в исходное состояние, вызывающее раздражение мигание лампы не прекращается.

Устройство, раскрытое в патентной заявке Великобритании № 2254970, имеет несколько недостатков. Существенный недостаток заключается в том, что это устройство представляет угрозу безопасности, в частности, в инфраструктуре нефтяной, газовой или химической промышленности. Когда контакты переключателя размыкаются, ток резко прерывается контактами, которые отдаляются, и может происходить искрение, которое является особенно небезопасным в ситуациях с огнеопасными газами. Кроме того, может происходить блокирование биметаллического переключателя, то есть, его контакты не размыкаются; в этом случае процесс зажигания будет продолжаться, вследствие чего детали узла лампы могут нагреваться, что также может быть причиной возникновения небезопасных ситуаций.

Задача настоящего изобретения заключается в создании стартера для газоразрядной лампы, который является по своему существу безопасным при работе.

Сущность изобретения

С этой целью в настоящем изобретении предложено, чтобы по меньшей мере переключающий элемент был расположен в газонепроницаемом корпусе. Даже если при размыкании контактов переключателя происходит искрение, газопроницаемый корпус предотвращает прохождение огнеопасных газов к контактам переключателя и, следовательно, предотвращает возможное воспламенение газов при таком искрении. Предпочтительно, чтобы переключающий элемент был реализован в виде плавкого предохранителя; существенное преимущество плавкого предохранителя заключается в том, что в нем отсутствует механическое переключение, вследствие чего опасность искрения уменьшается.

В принципе, нагревательные резисторы могут быть расположены вне газонепроницаемого корпуса. Однако предпочтительно, чтобы нагревательный резистор (резисторы) все же был расположен (были расположены) внутри газонепроницаемого корпуса, как можно ближе к переключающему элементу.

В предпочтительном варианте осуществления элементом с плавким предохранителем является резистор с плавким предохранителем, которые находятся в хорошем тепловом контакте друг с другом. Резистор с плавким предохранителем, включенный последовательно с переключающим элементом, обеспечивает простой и тем не менее эффективный способ защиты стартерной цепи от перегрева.

Заявитель отмечает, что сами по себе резисторы с плавкими предохранителями известны. Например, резистор с плавким предохранителем раскрыт в патентном документе Японии № 2001-023492.

Краткое описание фигур чертежей

Эти и другие объекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут дополнительно пояснены с помощью нижеследующего описания со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых одними и теми же позициями указаны одинаковые или подобные детали, и на которых:

фиг.1 - принципиальная электрическая схема люминесцентной лампы с безопасной стартерной цепью согласно изобретению.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показана принципиальная электрическая схема люминесцентной лампы 1, подключенной к безопасному стартерному устройству 10 согласно изобретению. Люминесцентная лампа 1 содержит два электрода 2 и 3 и может снабжаться напряжением U_B через балластный дроссель 4, который служит для ограничения тока через лампу после зажигания. Каждый электрод имеет два электродных вывода. Первые электродные выводы электродов 2, 3 подключены к источнику напряжения U_B. Вторые электродные выводы электродов 2, 3 подключены к соединительным выводам 11, 12 безопасной стартерной цепи 10.

Безопасная стартерная цепь 10 содержит биметаллический переключатель 5 с тлеющим разрядом и резистор 7 с плавким предохранителем, которые включены последовательно друг с другом между соединительными выводами 11, 12. Резистор 7 с плавким предохранителем содержит плавкий предохранитель 8, соединенный последовательно с резистором 9. Предохранитель 8 и резистор 9 находятся в хорошем тепловом контакте друг с другом, при этом они герметизированы в одном общем корпусе 7а. Конденсатор 6 включен параллельно переключателю 5 с тлеющим разрядом. В качестве варианта конденсатор может быть включен параллельно переключателю с тлеющим разрядом и резистору с плавким предохранителем.

Работа люминесцентной лампы 1 с безопасной стартерной цепью согласно изобретению происходит следующим образом.

Когда лампа 1 выключена, и напряжение U_B приложено к соединительным выводам цепи, небольшой ток в несколько миллиампер будет протекать через электроды 2, 3, переключатель 5 с тлеющим разрядом, резистор 9 и плавкий предохранитель 8. В переключателе 5 с тлеющим разрядом биметаллические контакты будут нагреваться тлеющим разрядом до тех пор, пока они не замкнутся. В зависимости от типа лампы и других компонентов в замкнутом положении контактов ток будет возрастать, например, до значения порядка от 0,5 до 1,5 А, и этот ток будет нагревать электроды 2, 3 в лампе 1. Биметаллические контакты переключателя охлаждаются, и контакты переключателя снова размыкаются. Балластный дроссель 4 создает импульс высокого напряжения на электродах 2, 3 лампы. Обычно контакты переключателя 5 с тлеющим разрядом повторно размыкаются и замыкаются несколько раз до зажигания лампы 1. После того как лампа зажигается, контакты переключателя с тлеющим разрядом будут оставаться разомкнутыми, и ток уже не будет протекать через стартерную цепь 10.

В случае если лампа 1 не зажглась, например, вследствие окончания срока службы лампы, контакты переключателя 5 с тлеющим разрядом продолжают замыкаться и размыкаться в течение более продолжительного периода времени. В течение этого периода времени непрерывно протекающий ток вызывает образование теплоты в резисторе 9, что, в свою очередь, приводит к повышению температуры резистора 7 с плавким предохранителем. Когда температура достигает так называемой температуры отсечки, плавкий предохранитель 8 расплавляется и этим навсегда плавно разрывает стартерную цепь. Возникновение искрения является маловероятным. Даже если искрение случится, прерывание тока произойдет по существу безопасным образом, поскольку такое искрение будет возникать во внутренней части корпуса 7а, эффективно экранированной от возможных огнеопасных газов.

Кроме того, возможно повреждение компонентов стартерного устройства 10. В случае отказа переключателя 5 с тлеющим разрядом, заключающегося в том, что контакты переключателя с тлеющим разрядом слипаются вместе, большой ток будет непрерывно протекать через стартерную цепь. И опять, этот ток будет вызывать повышение температуры резистора 7 с плавким предохранителем, так что плавкий предохранитель 8 в конечном счете расплавится, и поэтому цепь разорвется навсегда. То же самое имеет место в случае отказа конденсатора 6 и возникновения короткозамкнутой цепи.

Поэтому как в случае отказа лампы, так и в случае отказа стартера, стартерная цепь размыкается навсегда, и после этого мигание лампы или большие токи возникать не будут. Поскольку стартерная цепь согласно изобретению не может быть восстановлена, это приводит к внутренне присущей безопасности, которая является особенно ценной в условиях, когда обрабатывают нефть и/или газ или когда используют химические материалы.

Желательно, чтобы плавкий предохранитель 8 расплавлялся по прошествии предварительно заданного периода времени, например, 5 мин. Однако теплота, рассеиваемая в резисторе 9, зависит от тока в течение фазы нагревания электродов лампы, который, в свою очередь, зависит от типа лампы. Заявитель отмечает, что существуют резисторы с плавкими предохранителями, имеющие широкий диапазон значений сопротивления и широкий диапазон температур отсечки. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, как необходимо выбирать резистор с плавким предохранителем из условия согласования со свойствами конкретной газоразрядной системы освещения, чтобы получать заданное время отключения. В практических условиях резистор с плавким предохранителем обычно должен иметь сопротивление в диапазоне от около 2,2 Ом до около 47 Ом.

Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что настоящее изобретение не ограничено примерами вариантов осуществления, рассмотренными выше, и что несколько вариантов осуществления и модификаций являются возможными в пределах защищаемого объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

Заявитель отмечает, что корпус 7а может быть реализован как полый корпус с внутренним пространством или как массивный блок, например, пластмассовый.

Изобретение относится к области электротехники. Стартерное устройство для газоразрядной лампы содержит последовательную цепь из: пускового переключателя (5) с тлеющим разрядом; по меньшей мере, одного резистивного элемента (9); термически управляемого переключающего элемента (8). Термически управляемый переключающий элемент (8) находится в зависимости по теплопередаче от резистивного элемента (9) так, что термически управляемый переключающий элемент (8) эффективно нагревается теплотой, вырабатываемой в резистивном элементе (9). Термически управляемый переключающий элемент (8) выполнен с возможностью осуществления перехода из проводящего состояния в непроводящее состояние, когда его температура превышает предварительно заданную температуру отсечки. Термически управляемый переключающий элемент (8) расположен в газонепроницаемом корпусе (7а). Технический результат - повышение безопасности работы устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Безопасное стартерное устройство (10) для газоразрядной лампы (1), содержащее последовательную компоновку из:
пускового переключателя (5) с тлеющим разрядом, содержащего биметаллические контакты, выполненные с возможностью закрывать пусковой переключатель с тлеющим разрядом при нагреве для зажигания газоразрядной лампы (1), при этом пусковой переключатель (5) с тлеющим разрядом дополнительно выполнен с возможностью размыкаться и оставаться разомкнутым после зажигания пускового переключателя (5) с тлеющим разрядом;
по меньшей мере, одного резистивного элемента (9);
термически управляемого переключающего элемента (8), содержащего плавкий предохранитель;
конденсатора (6), расположенного параллельно как переключателю (5) с тлеющим разрядом, так и, по меньшей мере, одному резистивному элементу (9);
в котором термически управляемый переключающий элемент (8) находится в зависимости по теплопередаче от резистивного элемента (9) так, что термически управляемый переключающий элемент (8) эффективно нагревается теплотой, вырабатываемой в резистивном элементе (9);
в котором термически управляемый переключающий элемент (8) выполнен с возможностью расплавления и осуществления постоянного перехода из проводящего состояния в непроводящее состояние, когда его температура превышает предварительно заданную температуру отсечки; и
причем, по меньшей мере, термически управляемый переключающий элемент (8) расположен в газонепроницаемом корпусе (7а).

2. Безопасное стартерное устройство по п.1, в котором резистивный элемент (9) также расположен в газонепроницаемом корпусе (7а).

3. Безопасное стартерное устройство по п.1, в котором комбинация термически управляемого переключающего элемента (8) и резистивного элемента (9) реализована как резистор (7) с плавким предохранителем.