Интеллектуальное многоламповое осветительное устройство с натриевыми лампами высокого давления с использованием одного источника питания Российский патент 2024 года по МПК H05B41/288 A01G9/20 

Изобретение относится к системам освещения и может быть использовано по меньшей мере в сельском хозяйстве при досветке сельскохозяйственных культур искусственным светом натриевых ламп высокого давления (НЛВД) в теплицах.

Известна система освещения (Lighting system) RU 2581653 C2, 20.04.2016.

Известное устройство содержит:

- блок управления, способный регулировать режимы питания каждого подключенного светильника;

- множество подключенных светильников;

- внешний источник питания с возможностью подключения НЛВД.

Устройство представляет собой систему освещения, в которой множество светильников, подключенных к этой системе освещения, управляются из единого блока, а работа самой системы осуществляется общим управляющим компьютером. При управлении светильниками учтены их индивидуальные характеристики, при этом логика управления основана на пусковых характеристиках для светильников в системе. Блок управления получает информацию относительно того, какие светильники имеют способность мгновенного переключения при переходе из выключенного состояния во включенное, и какие светильники должны быть предварительно разогреты или, например, запитаны пилообразным сигналом при переключении из выключенного состояния во включенное.

Недостатками известного устройства являются: увеличение стоимости светового оборудования; отсутствие управления мощностью (диммирования) светильников.

Указанные недостатки обусловлены тем, что конструкция самого светильника и его источника питания не изменена, а работа множества светильников происходит за счет добавления системы управления извне, что влечет за собой удорожание оборудования. Система управления регулирует работу светильников только в ждущем режиме и при пуске. В целом система управления обеспечивает только подачу напряжения на блоки питания светильников с учетом их индивидуальных особенностей, никак не контролируя их состояние и исправность. В случае выхода из строя какого-либо светильника или в случае нештатной его работы система не предпринимает никаких действий, а, следовательно, электрический ток продолжает поступать к неисправному светильнику, что влечет за собой неэффективный расход электроэнергии. Кроме того, управление светильниками по мощности (диммирование) невозможно, т.к. в устройстве используются уже готовые светильники, в которых уже настроены параметры мощности.

Известен также двухламповый электронный балласт с интеллектуальным переключением (Double-lamp intelligent switching electronic ballast), описанный в патенте CN102938965A, 20.02.2013.

Известное устройство содержит:

- блок управления;

- источник питания;

- выпрямитель;

- корпус из алюминиевого профиля.

Это устройство представляет собой интеллектуальный импульсный электронный балласт (источник питания) с двумя лампами, способному переключать цепи для осуществления переключения источника света. Известное устройство содержит первую входную мощность переменного тока и вторую входную мощность переменного тока; первая входная мощность переменного тока служит источником питания, соединена с блоком реле и соединена с блоком управления через блок преобразователя постоянного тока; и вторая входная мощность переменного тока служит источником сигнала и последовательно соединена с блоком преобразования переменного тока, блоком управления и блоком реле; и блок реле снабжен двумя выходными концами. Первый источник питания переменного тока подает питание в нормальном состоянии, второй источник питания переменного тока подает импульсные сигналы на блок управления, а блок управления управляет блоком реле после получения импульсных сигналов от второго источника питания переменного тока и переключает цепи для достижения коммутации цепи. Выход электронного балласта может быть подключен только к одной лампочке накаливания с возможностью интенсивного управления осветительными приборами в помещении.

Недостатками известного устройства являются: невозможность использования НЛВД, неравномерность освещенности, недолгий срок службы, отсутствие управления мощностью (диммирования) осветительных устройств.

Указанные недостатки обусловлены тем, что данный источник питания может быть использован только для ламп накаливания, которые обладают низкой светоотдачей по сравнению, например, с НЛВД. К источнику питания возможно подключение только двух ламп накаливания, работа которых осуществляется попеременно, в связи с чем площадь освещается неравномерно, а для большей освещенности количество осветительных приборов увеличится. Наличие электромагнитного реле для включения каждой лампы может вызывать пригорание контактов и преждевременный выход из строя источника питания.

Совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявляемого технического решения, присуща известному устройству, представляющему собой двухламповый драйвер с цифровым управлением (Numerical control dual-lamp driver) CN104837290A, 12.08.2015, принятый за прототип.

Блок-схема устройства-прототипа представлена на фиг. 1.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1 - источник питания;

2 - корпус светильника;

3.1, 3.2 - НЛВД;

4.1 - устройство поджига лампы;

5.1 - полумостовой инвертор;

6.1 - датчик тока;

7 - сетевой фильтр;

8 - выпрямитель;

9 - вторичный преобразователь напряжения;

10 - корректор коэффициента мощности;

12 - блок управления с микропроцессором.

Устройство-прототип содержит корпус светильника 2, в котором размещены НЛВД 3.1, 3.2, а также источник питания 1, в состав которого входят последовательно соединенные сетевой фильтр 7, выпрямитель 8 и вторичный преобразователь напряжения 9, корректор коэффициента мощности 10 и полумостовой инвертор 5.1, выход которого соединен с входом датчика тока 6.1. При этом первый выход блока управления с микропроцессором 12 соединен со вторыми входами корректора коэффициента мощности 10 и полумостового инвертора 5.1, третий вход которого является входом сигнала управления. Второй выход блока управления с микропроцессором 12 соединен с входом устройства поджига лампы 4.1, первый и второй выходы которого, (являющиеся соответствующими выходами источника питания 1), соединены с выводами первой 3.1 и второй 3.2 НЛВД. Другие выводы первой 3.1 и второй 3.2 НЛВД подключены к соответствующим выходам датчика тока 6.1.

В устройстве-прототипе источник питания 1 может одновременно управлять двумя независимыми НЛВД 3.1, 3.2 и, соответственно, контролировать режим работы каждой НЛВД 3.1, 3.2. Устройство-прототип имеет функцию самодиагностики и диагностики состояния каждой НЛВД 3.1, 3.2 по заданным параметрам и функцию управления мощностью (диммирование). Источник питания 1 является управляемым и режимы работы НЛВД 3.1, 3.2 могут изменяться по сигналам внешней шины управления.

Недостатками устройства-прототипа являются: неравномерность освещенности, невозможность разнесения НЛВД на расстояние друг от друга из-за повышенной опасности поражения электрическим током, удорожание конструкции, невозможность применения в низких теплицах.

Указанные недостатки обусловлены тем, что к одному источнику питания 1 может быть подключено только две НЛВД 3.1, 3.2, что ведет к большей неравномерности освещенности, в сравнении с заявляемым устройством. Наличие датчика тока 6.1 с релейной схемой коммутации ламп для включения каждой НЛВД 3.1, 3.2 может вызвать пригорание контактов и преждевременный выход из строя источника питания. Источник питания 1 на обе НЛВД 3.1, 3.2 смонтирован в едином корпусе с датчиком тока 6.1, полумостовым инвертором 5.1 и устройством поджига ламп 4.1, а НЛВД 3.1, 3.2 расположенные в одном корпусе с источником питания, в свою очередь, подключаются в непосредственной близости к источнику питания 1 проводами. Из-за высокого напряжения в момент поджига НЛВД 3.1, 3.2 (несколько киловольт) возможен риск поражения электрическим током, поэтому в данном устройстве невозможно вынести НЛВД 3.1, 3.2 на несколько метров от источника питания 1 из-за необходимости использовать высоковольтные провода с хорошей изоляцией, что влечет за собой удорожание конструкции и необходимость привлечения обслуживающего персонала с определенной формой допуска к работам с высоким напряжением. Большая мощность НЛВД 3.1, 3.2 дает большое выделение тепла, из-за чего, в случае применения данного устройства в низких теплицах, растения сгорают и высыхают.

Заявляемое изобретение, интеллектуальное многоламповое осветительное устройство с натриевыми лампами высокого давления с использованием одного источника питания, позволяет устранить вышеперечисленные недостатки.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является обеспечение компактности и функциональности конструкции для возможности размещения светильника на невысоком расстоянии от земли (2-3 метра) улучшая при этом равномерность освещения без опасности повреждения освещаемых объектов, а также повышение безопасности устройства, а также его удешевление.

Для решения поставленной задачи в интеллектуальное многоламповое осветительное устройство с натриевыми лампами высокого давления (НЛВД) с использованием одного источника питания, содержащее светильник с натриевыми лампами высокого давления, устройство поджига лампы, полумостовой инвертор, датчик тока, а также источник питания, состоящий из последовательно соединенных сетевого фильтра, выпрямителя, вторичного преобразователя напряжения, корректора коэффициента мощности, а также блока управления с микропроцессором, выполненного с функцией диммирования, первый выход которого соединен со вторым входом корректора коэффициента мощности, управляющий вход блока управления с микропроцессором является входом сигнала управления; вход сетевого фильтра является входом сети, согласно изобретению, введены, по меньшей мере, три идентичных светильника, все светильники с НЛВД малой мощности подключены к одному источнику питания, заключенному в корпус из алюминиевого профиля, и удалены от него на расстояние от 1 до 15 метров с помощью силовых проводов, при этом каждый светильник состоит из последовательно соединенных датчика тока, полумостового инвертора и устройства поджига лампы, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам НЛВД; первые входы датчиков тока всех светильников объединены и являются их входом; вторые выходы датчиков тока всех светильников являются их выходами, кроме того, в источник питания включен ограничитель выходного тока, выход которого является выходом источника питания и соединен с входом светильников; выход корректора коэффициента мощности соединен с первым входом ограничителя выходного тока, второй вход которого подсоединен ко второму выходу блока управления с микропроцессором, причем выходы каждого светильника соединены с соответствующими входами блока управления с микропроцессором.

Таким образом, поставленная задача решается за счет одновременного подключения от 4 до 6 светильников с натриевыми лампами высокого давления (НЛВД) малой мощности (150-250 Вт) к одному источнику питания и расположенных на расстоянии 1-15 метров от источника питания, при этом общие цепи питания (блок управления с микропроцессором, корректор коэффициента мощности, сетевой фильтр, выпрямитель, вторичный преобразователь напряжения, ограничитель выходного тока) на 4-6 светильников расположены в одном источнике питания и заключены в отдельный блок. Датчик тока и устройство поджига лампы смонтированы в светильнике, что позволяет разносить светильники, подключенные к одному источнику питания, с помощью обычных силовых проводов, рассчитанных на типовое промышленное напряжение 400 В, друг от друга на расстояние 1-15 метров, при этом питающее напряжение на светильник подается низкое, а высокое напряжение (порядка нескольких киловольт) для поджига НЛВД формируется непосредственно в светильнике, что снижает риск поражения электрическим током и необходимость прокладки к разнесенным светильникам высоковольтного кабеля.

В случае применения заявленного изобретения, например, в теплицах, появляется возможность снизить стоимость, вес и габариты тепличного осветительного устройства, расположенного над растениями, за счет использования общих электронных компонентов для нескольких (4-6 шт. ) светильников, подключенных к одному источнику питания и объединение конструкции в отдельный блок. За счет применения в одном устройстве 4-6 НЛВД меньшей мощности, его возможно применять в невысоких (2-3 метра) теплицах, т.к. тепловое излучение мощных НЛВД повреждает верхушки растений. Применение нескольких НЛВД меньшей мощности, заключенных в единую конструкцию, позволяет улучшить равномерность освещения в теплицах за счет более частого расположения светильников, а также применять в одном осветительном устройстве горизонтальное (для общей досветки растений) и вертикальное (для межрядной досветки растений) расположение светильников. Также в заявленном устройстве предусмотрена функция управления мощностью (диммирования) и наличие датчика тока, контролирующего работу каждой НЛВД. Блок управления встроен в источник питания и управляет суммарным током на выходе источника питания в зависимости от состояния подключенных к нему светильников по сигналу обратной связи об их состоянии, а, помимо этого, может и изменять их мощность по внешнему сигналу управления.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежами.

Блок-схема устройства представлена на фиг. 2.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

1 - источник питания;

2.1, 2.2, 2.3, 2.4 - светильник;

3.1, 3.2, 3.3, 3.4 - НЛВД, смонтированная в светильник;

4.1, 4.2, 4.3, 4.4 - устройство поджига лампы;

5.1, 5.2, 5.3, 5.4 - полумостовой инвертор;

6.1, 6.2, 6.3, 6.4 - датчик тока;

7 - сетевой фильтр;

8 - выпрямитель;

9 - вторичный преобразователь напряжения;

10 - корректор коэффициента мощности;

11 - ограничитель выходного тока;

12 - блок управления с микропроцессором.

Интеллектуальное многоламповое осветительное устройство с натриевыми лампами высокого давления с использованием одного источника питания содержит источник питания 1, смонтированный отдельно в корпусе из алюминиевого профиля, позволяющий подключить одновременно 4 - 6 светильников 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, удаленных от источника питания на расстояние 1 - 15 м с помощью силовых проводов, рассчитанных на напряжение 400 В.

При этом источник питания 1 содержит последовательно соединенные сетевой фильтр 7, выпрямитель 8, вторичный преобразователь напряжения 9, корректор коэффициента мощности 10 и ограничитель выходного тока 11, выход которого является выходом источника питания 1. Кроме того, первый и второй выходы блока управления с микропроцессором 12 соединены со вторыми входами корректора коэффициента мощности 10 и ограничителя выходного тока 11 соответственно. Входы с первого по четвертый блока управления с микропроцессором 12 являются соответствующими входами источника питания 1 и соединены с выходами соответствующих светильников 2.1 - 2.4, входы которых объединены и соединены с выходом источника питания 1. Пятый вход блока управления с микропроцессором 12 является входом сигнала управления. Вход сетевого фильтра 7 сетевой вход.

Светильники 2.1 - 2.4 идентичны, рассмотрим один из них, например, 2.1, содержащий последовательно соединенные датчик тока 6.1, полумостовой инвертор 5.1 и устройство поджига лампы 4.1, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам НЛВД 3.1. При этом первые входы датчиков тока 6.1 - 6.4 являются входами светильников 2.1 -2.4. Вторые выходы датчиков тока 6.1 - 6.4 являются выходами светильников 2.1 - 2.4.

Для наглядности на фиг. 2 показаны четыре светильника 2.1, 2.2, 2.3, 2.4. В корпусе каждого светильника 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 смонтированы соответствующие НЛВД 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, устройство поджига лампы 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, выдающее импульс высокого (порядка 3 - 4 кВ) напряжения для обеспечения зажигания НЛВД, полумостовой инвертор 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 для питания НЛВД в рабочем режиме и датчик тока 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, служащий для контроля потребляемой мощности НЛВД. В источнике питания 1 - общем для 4 - 6 светильников 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, смонтированы сетевой фильтр 7, выпрямитель 8, вторичный преобразователь напряжения 9, корректор коэффициента мощности 10, ограничитель выходного тока 11 и блок управления с микропроцессором 12.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Все светильники 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 по питающему их напряжению включены параллельно. Питающее светильники напряжение 400 В и частотой 140 КГц формируется в источнике питания 1 вторичным преобразователем напряжения 9.

При подаче питающего напряжения на выходе ограничителя выходного тока 11 источника питания 1 сигналом блока управления с микропроцессором 12 формируется номинальное рабочее напряжение для НЛВД (порядка 400 В) и ток, соответствующий примерно 40% номинальной мощности всех НЛВД 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, подключенных к источнику питания светильников 2.1, 2.2, 2.3, 2.4. Одновременно блок управления с микропроцессором 12 выдает сигнал корректору коэффициента мощности 10 на изменение сдвига фаз между напряжением и током, соответствующее типу и мощности НЛВД 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, подключенным к светильникам.

При поступлении напряжения каждое устройство поджига лампы 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 предпринимает попытку зажечь НЛВД 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. Если разряд в НЛВД загорелся, датчик тока 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 фиксирует увеличение тока, потребляемого светильником 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 и формирует сигнал для блока управления с микропроцессором 12 о том, что светильник 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 находится в рабочем состоянии. Аналогичные сигналы формируют все датчики тока 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 во всех светильниках 2.1, 2.2, 2.3, 2.4. Если НЛВД 3.1 или 3.2, или 3.3, или 3.4 в соответствующем светильнике 2.1 или 2.2, или 2.3, или 2.4 не подожглась, устройство поджига лампы 4.1 или 4.2, или 4.3, или 4.4, соответствующее каждому светильнику 2.1 или 2.2, или 2.3, или 2.4 предпринимает еще 3 - 5 попыток поджига, после чего блок управления с микропроцессором 12 передает сигнал об отсутствии тока, протекающего через этот светильник. Блок управления с микропроцессором 12 считает светильник 2.1 или 2.2, или 2.3, или 2.4 неисправным, и выдает команду ограничителю выходного тока 11 снизить выходной ток на величину, равную току потребления неисправного светильника 2.1 или 2.2, или 2.3, или 2.4 и команду корректору коэффициента мощности 10 на изменение параметров сдвига фаз между напряжением и током. Затем блок управления с микропроцессором 12 выдает команду ограничителю выходного тока 11 плавно поднять в течение 5 - 7 минут рабочий ток исправных светильников 2.1, 2.2, 2.3, 2.4) 40% до номинального значения.

Управление мощностью (диммирование) каждого из светильников 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 осуществляется подачей стандартного напряжения на отдельный вход блока управления с микропроцессором 12, гальванически развязанный при помощи оптопары с остальной электроникой 7, 8, 9, 10, 11 источника питания 1 устройства. Диммирование осуществляется в диапазоне 40-100 % номинальной мощности устройства подачей стандартного напряжения 0-10 В на вход управления. Блок управления с микропроцессором 12 разблокирует вход подачи управляющего мощностью сигнала только после определения количества работающих светильников 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 и установления корректором коэффициента мощности 10 оптимального фазового сдвига между напряжением и током для количества исправных светильников 2.1, 2.2, 2.3, 2.4.

Таким образом, достигаемый технический результат заключается в обеспечении компактности и функциональности конструкции устройства для возможности размещения светильника на невысоком расстоянии от земли (2 - 3 метра), улучшая при этом равномерность освещения без опасности повреждения освещаемых объектов, повышение безопасности устройства, а также его удешевление.

Изобретение относится к системам освещения и может быть использовано по меньшей мере в сельском хозяйстве при досветке сельскохозяйственных культур искусственным светом натриевых ламп высокого давления (НЛВД) в теплицах. Технический результат - обеспечение компактности и функциональности конструкции устройства для возможности размещения светильника на невысоком расстоянии от земли (2-3 метра), улучшая при этом равномерность освещения без опасности повреждения освещаемых объектов, повышение безопасности устройства. Интеллектуальное многоламповое осветительное устройство с натриевыми лампами высокого давления с использованием одного источника питания содержит светильник с натриевыми лампами высокого давления. Все светильники с НЛВД малой мощности подключены к одному источнику питания, заключенному в корпус из алюминиевого профиля, и удалены от него на расстояние от 1 до 15 метров с помощью силовых проводов. Каждый светильник состоит из последовательно соединенных датчика тока, полумостового инвертора и устройства поджига лампы, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам НЛВД. Первые входы датчиков тока объединены и являются входами светильников; вторые выходы датчиков тока являются выходами светильников. В источник питания включен ограничитель выходного тока, выход которого является выходом источника питания и соединен с входом светильников. Выход корректора коэффициента мощности соединен с первым входом ограничителя выходного тока, второй вход которого подсоединен ко второму выходу блока управления с микропроцессором, причем выходы каждого светильника соединены с соответствующими входами блока управления с микропроцессором. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Интеллектуальное многоламповое осветительное устройство с натриевыми лампами высокого давления (НЛВД) с использованием одного источника питания, содержащее светильник с натриевыми лампами высокого давления, устройство поджига лампы, полумостовой инвертор, датчик тока, а также источник питания, состоящий из последовательно соединенных сетевого фильтра, выпрямителя, вторичного преобразователя напряжения, корректора коэффициента мощности, а также блока управления с микропроцессором, выполненного с функцией диммирования, первый выход которого соединен со вторым входом корректора коэффициента мощности, управляющий вход блока управления с микропроцессором является входом сигнала управления; вход сетевого фильтра является входом сети; отличающееся тем, что введены, по меньшей мере, три идентичных светильника, все светильники с НЛВД малой мощности подключены к одному источнику питания, заключенному в корпус из алюминиевого профиля, и удалены от него на расстояние от 1 до 15 метров с помощью силовых проводов, при этом каждый светильник состоит из последовательно соединенных датчика тока, полумостового инвертора и устройства поджига лампы, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам НЛВД; первые входы датчиков тока объединены и являются входами светильников; вторые выходы датчиков тока являются выходами светильников, кроме того, в источник питания включен ограничитель выходного тока, выход которого является выходом источника питания и соединен с входом светильников; выход корректора коэффициента мощности соединен с первым входом ограничителя выходного тока, второй вход которого подсоединен ко второму выходу блока управления с микропроцессором, причем выходы каждого светильника соединены с соответствующими входами блока управления с микропроцессором.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что силовые провода рассчитаны на типовое напряжение 400 В.