Осветительное устройство Советский патент 1993 года по МПК H05B39/02 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для включения и управления яркостью ламп накаливания, и может быть использовано в качестве квартирных выключателей и одновременно регуляторов яркости включаемых ламп.

Цель изобретения - повышение срока службы включаемых ламп за счет уменьшения времени восстановления работоспособности устройства после его выключения.

На чертеже представлена принципиальная схема осветительного устройства.

Осветительное устройство содержит полупроводниковый ключ переменного тока 1, состоящий из тиристора 2 и диодного моста 3. Выход тиристора 2 включен к диагональ моста 3, другая диагональ которого подключена через осветительную нагрузку 4 и выключатель 5 к сети переменного тока. Параллельно выходу тиристора 2 подключена цепь из последовательно соединенных токоограничивающих резисторов 6, 7 и стабилитрона 8. Параллельно стабилитрону 8 подключены пороговый элемент 9 и фазосд- вигающая цепь 10, состоящая из последовательно соединенных резистора 11 и конденсатора 12. Пороговый элемент 9 выполнен на однопереходном транзисторе 13, управляющий вход (эмиттер) которого подключен к точке соединения резистора 11 и конденсатора 12 фазосдвигающей цепи 10. Выход (база 1) транзистора 13 подключен к управляющему электроду тиристора 2 и нагрузочному резистору 14, другой конец которого подключен к катоду тиристора 2. Другой управляющий вход (база 2) транзистора 13 через резистор 15 подключен к катоду стабилитрона 8. Параллельно фазосдвигающей цепи 10 подключена цепь задержки 16, состоящая из последовательно соединенных зарядного резистора 17, диода 18 и интегрирующего конденсатора 19. База биполярного транзистора 20 подключена к аноду выпрямительного диода 18 и зарядному резистору 17. Коллектор транзистора 20 через (коллекторный) резистор 21 подключен к катоду стабилитрона 8. а эмиттер транзистора 20 соединен с анодом разделительного диода 22, катод которого подключен к эмиттеру однопереходного

w

Ё

00

ю о

Ј

ON

транзистора 13. Устройство для включения ламп накаливания содержит также дополнительный пороговый элемент 23, выполненный на однопереходном транзисторе 24, дополнительный выпрямитель 25 на диоде 26, дополнительный интегратор 27, два разрядных резистора 28 и 29. Дополнительный интегратор 27 состоит из последовательно соединенных дополнительного зарядного резистора 30 и дополнительного интегрирующего конденсатора 31, шунтированного разрядным резистором 28. Точка соединения первого 6 и второго 7 токоогра- ничивающих резисторов соединена с анодом выпрямительного диода 26, катод которого соединен с одним из выводов зарядного резистора 30. Другой вывод резистора 30 соединен с базой 2 однопереходного транзистора 24 и одним из выводов конденсатора 31. Эмиттер одно- переходного транзистора 24 подключен к катоду диода 18 и одному из выводов конденсатора 19. Другие выводы интегрирующих конденсаторов 19 и 31 подключены к аноду стабилитрона 8. База 1 транзистора 24 подключена через разрядный резистор 29 к аноду стабилитрона и катоду тиристора 2. Постоянная времени заряда резистора 17 и конденсатора 19 интегратора 16 установлена равной нескольким секундам (2-10) с и определяет время, в течение которого лампа накаливания 4 выходит на режим номинальной мощности. Постоянная времени заряда конденсатора 31 и резистора 30 дополнительного интегратора 27 установлена в пределах нескольких миллисекунд (1-100) мс.

Устройство работает следующим образом.

При замыкании контактов выключателя 5 напряжение сети переменного тока поступает через осветительную нагрузку 4 на выпрямительный мост 3. Положительные импульсы выпрямленного сетевого напряжения подаются на переход анод-катод тиристора 2 и через токоограничивающие резисторы 6.7 на стабилитрон 8, на котором ограничиваются по амплитуде до напряжения его стабилизации. Эти импульсы напряжения поступают на пороговый элемент 9, фазосдвигающую цепь 10, цепь задержки 16, биполярный транзистор 20 и через дополнительный выпрямитель 25 на дополнительный интегратор 27. Постоянная времени заряда конденсатора 12 установлена равной (8-9) мс и более чем на порядок меньше постоянной времени конденсатора 19, которая равна (2-10) с, поэтому в схеме происходят следующие процессы. Конденсатор 12 заряжается до напряжения открывания однопереходного транзистора 13, последний открывается, и конденсатор 12 быстро разряжается через переход эмиттер-база 1 транзистора 13 и резистор

14. В результате в цепь управления тиристора 2 поступает управляющий импульс напряжения, который открывает тиристор 2, благодаря чему выход диодного моста 3 замыкается и через его диоды обеспечивается

электропитание осветительной нагрузки 4. Как уже упоминалось, одновременно происходит заряд конденсатора 19 цепи задержки 16, имеющей постоянную времени (2-10) с. Поэтому в начальный момент падение на5 пряжения на заряжающемся конденсаторе 19 равно нулю, потенциал базы и напряжение на выходе транзистора 20, включенного по схеме повторителя напряжения, равно нулю, что приводит к запиранию раздели0 тельного диода 22 и отключению цепи задержки 16 от фазосдвигающей цепи 10. Так как постоянная времени фазосдвигающей цепи 10 установлена равной (8-9) мс, что соответствует углу открывания тиристора 2

5 равному (150-170)°, то величина среднего тока, протекающего через ламповую нагрузку 4. невелика и нить накаливания чуть светится, постепенно прогреваясь этим током. По мере заряда конденсатора 19 цепи

0 задержки 16 падение напряжения на нем плавно увеличивается, что приводит к увеличению потенциала базы транзистора 20 и его постепенному открыванию. При этом плавно уменьшается суммарная величина

5 сопротивления резистора 21 и сопротивления коллекторно-змиттерного перехода транзистора 20, подключенного через диод 22 параллельно резистору 11 фазосдвигающей цепи 10. Постепенное уменьшение об0 щего сопротивления фазосдвигающей цепи 10 приводит к постепенному уменьшению ее постоянной времени и плавному уменьшению угла открывания однопереходного транзистора 13 и тиристора 2. Что, в свою

5 очередь, приводит к плавному увеличению величины среднего тока, протекающего через осветительную нагрузку 4, и увеличению ее яркости свечения до номинального значения.

0 в период плавного запуска устройства потенциал первого управляющего входа (база 2 однопереходного транзистора 24) порогового элемента 23 превышает потенциал его второго управляющего входа (эмит5 тер транзистора 24), Поэтому пороговый элемент 23 заперт и не влияет на запуск и работу устройства в установившемся режиме. Превышение потенциала первого управляющего электрода над потенциалом второго управляющего электрода порогового элемента 23 в момент запуска устройства и в установившемся режиме достигается, во-первых, подключением входа дополнительного выпрямителя 25 к общей точке соединения основного 6 и дополнительного 7 токоограничивающих резисторов; во-вторых, за счет установления постоянной времени заряда дополнительного интегратора 27 в пределах нескольких миллисекунд, что на три порядка меньше постоянной времени основного интегратора в цепи задержки 16, равной нескольким секундам, и, в-третьих, за счет соответствующего установления величин сопротивлений резистора 30 дополнительного интегратора 27 и разрядного резистора 28. Величины сопротивлений резисторов 6, 7,28,30 установлены соответственно равными 30 кОм, 510 Ом, 1 МОм и 5,1 кОм, а величина емкости конденсатора 31- 0,05 мкФ.

После выключения устройства происходит разряд конденсатора 31 через разрядный резистор 28. Постоянная времени разряда конденсатора 31 через резистор 28 установлена равной (1-100} мс. Поэтому че- рез(1-100)мс после выключения устройства потенциал базы 2 однопереходного транзистора 24 становится меньше потенциала его эмиттера, однопереходной транзистор 24 открывается и заряженный конденсатор 19 цепи задержки 16 разряжается через переход эмиттер-база 1 транзистора 24 и второй разрядный резистор 29. Величина сопротивления этого резистора установлена рав- ной 1 кОм, а величина емкости конденсатора 19 равна 100 мкФ. Поэтому постоянная времени разряда; равная произведению емкости конденсатора 19 на величину сопротивления резистора 29, имеет значение порядка десятых долей секунды (0,1 с). Именно это время и определяет время восстановления работоспособности устройства после его выключения.

Таким образом, после выключения устройства повторное его включение через десятые доли секунды обеспечивает плавное включение лампы накаливания (как и при первом включении), что позволяет полностью исключить скачкообразное включение осветительной лампы на номинальную яр- кость и тем самым увеличить ее ресурс работы.

Формула изобретения

Осветительное устройство, содержащее тиристорный ключ переменного тока, выход которого подключен через последовательно подключенные лампу накаливания

и выключатель к выводам для подключения сети переменного тока, пороговый элемент, выход которого соединен с управляющим электродом тиристорного ключа, фазосдвигающую цепь, состоящую из последовательно соединенных фазосдвигающего конденсатора и резистора, выход которой подключен к управляющему входу порогового элемента, параллельно выходу тиристорногоключаподключены

последовательно соединенные токоограни- чивающий резистор и стабилитрон, параллельно которому подключены фазосдвига- .ющая цепь и цепь задержки, состоящая из

последовательно соединенных зарядного резистора, выпрямителя и интегрирующего конденсатора, параллельно которому подключены последовательно соединенные управляемый ключ и разрядный резистор.

биполярный п-р-п-транзистор, база которого соединена с объединенными выводами зарядного резистора и выпрямителя цепи задержки, коллектор - через коллекторный резистор с катодом стабилитрона, а эмиттер

- через разделительный диод с точкой соединения фазосдвигающего конденсатора и резистора фазосдвигающей цепи, отличающееся тем, что, с целью повышения срока службы включаемых ламп накаливания за счет уменьшения времени восстановления работоспособности устройства после его выключения, управляемый ключ выполнен в виде однопереходного транзистора, и введены дополнительный выпрямитель, интегратор, состоящий из последовательно соединенных дополнительного зарядного резистора и дополнительного интегрирующего конденсатора, дополнительный разрядный резистор и дополнительный

токоограничивающий резистор, включенный между катодом стабилитрона и основным токоограничивающим резистором, точка соединения основного и дополнительного токоограничивающих резисторов подклюнена к входу дополнительного выпрямителя, выход которого подключен к входу интегратора, точка соединения дополнительных зарядного резистора и интегрирующего конденсатора которого соединена

с второй базой однопереходного транзистора, первая база которого соединена с основным разрядным резистором, а эмиттер - с интегрирующим конденсатором цепи задержки, дополнительный разрядный резистор подключен параллельно дополнительному интегрирующему конденсатору.

J

LVJ

Использование: для включения ламп накаливания и регулирования яркости свечения включаемых ламп. Сущность изобретения: устройство состоит из лампы накаливания, подключенной через выключатель и тиристорный ключ к сети переменного тока. Тиристорный ключ обеспечивает плавное включение лампы с помощью интегрирующего конденсатора в цепи его управления. Указанный конденсатор после выключения выключателя быстро разряжается через од- нопереходный транзистор, обеспечивая восстановление исходного состояния устройства. 1 ил.