Пускорегулирующий аппарат с импульсным зажигающим устройством

Полезная модель относится к электротехнике, к схемам и устройствам для зажигания и функционирования газоразрядных ламп, в частности, ламп высокого давления, используемых для освещения промышленных предприятий, транспортных магистралей и других объектов.
Из существующего уровня техники известен пускорегулирующий аппарат (ПРА) с импульсным зажигающим устройством (ИЗУ) для схемы "последовательного по джига". ИЗУ имеет три вывода, два из которых включаются последовательно с лампой (Рохлин Г.Н. Справочная книга по светотехнике - М.: Знак, 2006. - 972 с. Раздел 4 стр. 153). ИЗУ последовательного поджига имеют определенные потери мощности, значительные размеры и массу (вследствие того, что вторичная обмотка импульсного трансформатора должна быть рассчитана на протекающий через нее гок лампы). Однако, эта схема является наиболее распространенной, что определяется следующими ее достоинствами:
- балластный дроссель здесь не подвергается воздействию высоковольтных импульсов напряжения и поэтому не требует усиленной изоляции и специальной конструкции;
- выходной импульс ИЗУ не зависит от длины подводящих проводов (имеются в виду соединительные провода между балластным дросселем и лампой) и от конструкции балластного дросселя;
Недостатками данного технического решения являются то, что вторичная обмотка импульсного трансформатора должна быть рассчитана на протекающий через нее ток лампы, что заставляет увеличивать диаметр провода. При этом число витков обмотки ограничивается размером магнитопровода и диаметром провода, что ограничивает индуктивность вторичной обмотки. От индуктивности вторичной обмотки импульсного трансформатора зависит длительность генерируемого ИЗУ высоковольтного импульса. Таким образом габариты и масса импульсного трансформатора, являющегося «сердцем ИЗУ», определяются максимально допустимым током, амплитудой и продолжительностью высоковольтного импульса, что определяет значительные габариты и массу всего ИЗУ.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является пускорегулирующий аппарат с импульсным зажигающим устройством для схемы "параллельного поджига" газоразрядных ламп (Рохлин Г.Н. Справочная книга по светотехнике - М.: Знак, 2006. - 972 с. Раздел 4 стр. 153). ИЗУ имеет 2 вывода и подключается параллельно лампе, включенной в сеть последовательно с балластным дросселем, являющимся элементом ПРА, ограничивающим ток через лампу.
В этой схеме ток лампы не протекает через ИЗУ, что обусловливает достоинства этих схем: простоту, дешевизну и универсальность ИЗУ.
Недостатками данного технического решения являются то, что высоковольтные импульсы напряжения воздействуют не только на лампу, но и на балластный дроссель и на соединительные провода между дросселем и лампой, что снижает надежность ПРА, вызывает необходимость усиления изоляции балластных дросселей, зависимость параметров выходного импульса ИЗУ от длины подводящих проводов и от конструкции балластного дросселя. Поскольку стандартные балластные дроссели не рассчитаны на воздействие напряжения свыше 2 кВ, такие схемы могут применяться только для ламп с напряжением зажигании меньше 2 кВ.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является повышение надежности работы пускорегулирующего аппарата с импульсным зажигающим устройством, снижении его массогабаритных параметров.
Данная задача решается за счет того, что заявлена полезная модель пускорегулирующий аппарат с импульсным зажигающим устройством, содержащий импульсное зажигающее устройство подключенное параллельно газоразрядной лампе, включенной в сеть последовательно с балластным дросселем, отличающийся тем, что введен высокочастотный дроссель, одним выводом соединенный с выводом импульсного зажигающего устройства, включенный последовательно с балластным дросселем в цепь питания лампы.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение надежности работы, снижении массогабаритных параметров пускорегулирующего аппарата с импульснымзажигающим устройством.
Сущность полезной модели поясняет фиг. 1, на которой изображен предлагаемый пускорегулирующий аппарат с импульсным зажигающим устройством содержащий импульсное зажигающее устройство 1 подключенное параллельно газоразрядной лампе 2, включенной в сеть последовательно с балластным дросселем 3, высокочастотный дроссель 4, одним выводом соединенный с выводом импульсного зажигающего устройства 1, включенный последовательно с балластным дросселем 3 в цепь питания лампы 2.
Пускорегулирующий аппарат с импульсным зажигающим устройством работает следующим образом. При включении в сеть импульсное зажигающее устройство 1 начинает генерировать высоковольтные импульсы преимущественно амплитудой в пределах от 3 до 5 кВ. Высоковольтные импульсы, создают проводящий канал в газовом межэлектродном промежутке лампы 2. В этом канале затем формируется плазма сильноточного разряда, питаемого через балластный дроссель 3 и высокочастотный дроссель 4 от сети. Высокочастотный дроссель 4 ограничивает импульсное напряжение воздействующее на балластный дроссель 3 во время генерации импульса, до уровня определяемого предельно допустимым для данного балластного дросселя 3 (обычно 2 кВ). После зажигания лампы 2 последняя шунтирует зарядную цепь импульсного зажигающего устройства 1, вследствие чего оно автоматически отключается. В случае незажигания лампы 2 или ее отсутствия импульсное зажигающее устройство 1 продолжает генерировать импульсы. В ряде случаев импульсное зажигающее устройство 1 снабжается блоками отключения, прекращающими генерацию импульсов в случае, если лампа 2 в течение нескольких минут не зажигается (это время зависит от типа и мощности лампы и составляет 1-2 мин для ламп НЛВД и 10-15 мин для МГЛ).
В ограничении импульсного напряжения,. воздействующего на балластный дроссель во время генерации импульса, до уровня, определяемого предельно допустимым для данного балластного дросселя, участвует и собственная емкость балластного дросселя. Однако, в ряде случаев для ограничении импульсного напряжения, воздействующего на балластный дроссель во время генерации импульса, до уровня, определяемого предельно допустимым для данного балластного дросселя, следует включить дополнительную емкость (преимущественно до 2000 пФ), подсоединив ее через высокочастотный дроссель параллельно импульсному зажигающему устройству.
Сущность полезной модели по п. 2 поясняет фиг. 2, на которой изображен предлагаемый пускорегулирующий аппарат с импульсным зажигающим устройством содержащий импульсное зажигающее устройство 1 подключенное параллельно газоразрядной лампе 2, включенной в сеть последовательно с балластным дросселем 3, высокочастотный дроссель 4, одним выводом соединенный с выводом импульсного зажигающего устройства 1, включенный последовательно с балластным дросселем 3 в цепь питания лампы 2, дополнительно введен конденсатор 5, подсоединенный через высокочастотный дроссель 4 параллельно импульсному зажигающему устройству 1.
Пускорегулирующий аппарат с импульсным зажигающим устройством по п. 2 работает так же как и представленный в п. 1.
Элементы предлагаемого ПРА с ИЗУ - импульсное зажигающее устройство 1 и высокочастотный дроссель 4 могут быть размешены в одном корпусе с тремя выводами (фиг. 3), а при наличии конденсатора 5 он может быть размещен в этом же корпусе (фиг. 4), что позволит подключать их в схему зажигания газоразрядной лампы как ИЗУ "последовательного поджига" (фиг. 5).
Параметры высокочастотного дросселя выбирают, преимущественно, исходя из соотношения
где:
ΔB - максимально возможное, в данной схеме, изменение магнитного потока в высокочастотном дросселе во время действия импульса ИЗУ;
ε(t) - функция, описывающая зависимость напряжения от времени в импульсе, генерируемом ИЗУ;
- «площадь» импульса в размерности B⋅c;
2
1
(t-t) - длительность импульса;
S - площадь поперечного сечения магнитопровода высокочастотного дросселя;
w - число витков обмотки высокочастотного дросселя;
Диаметр провода обмотки высокочастотного дросселя выбирают таким, чтобы ее активное сопротивление не превышало, преимущественно, 0,2 Ом.
Для минимизации размеров и массы высокочастотного дросселя целесообразно использовать магнитопровод из материала с высокими значениями остаточной магнитной индукции и максимально достижимой магнитной индукции.
Устройство было реализовано с использованием высокочастотного дросселя, намотанного на кольцевом сердечнике из аморфного металлического сплава с остаточной магнитной индукцией превышающей 30% от значения максимально достижимой индукции, с активным сопротивлением обмотки 0,05 Ом, при массе высокочастотного дросселя 50 г.При емкости конденсатора 1000 пФ максимальное напряжение на нем во время действия высоковольтного импульса не превышало 2000 В. Амплитуда импульса приложенного к лампе составляла 4500 В при длительности 2 мкс на уровне 2700 В. При этом импульсное зажигающее устройство, подключенное параллельно газоразрядной лампе, имело следующие характеристики: максимальная амплитуда импульса 5000 В при длительности 2 мкс на уровне 2700 В и при массе 70 г имело встроенный электронный таймер. Для коррекции формы импульса можно использовать дополнительный конденсатор емкостью до 1000 пФ подключенный параллельно обмотке высокочастотного дросселя. Все это позволило использовать устройство для зажигания и питания газоразрядных ламп мощность до 1000 Вт, включая лампы ДНаЗ 400/600 Вт, широко используемые в тепличных хозяйствах и имеющие специфику «тугого розжига».
Обладая всеми преимуществами схем "последовательного поджига", предлагаемая полезная модель позволила применить более легкое и дешевое ИЗУ "параллельного поджига" при использовании стандартных балластных дросселей, не рассчитанных на воздействие напряжения свыше 2 кВ, устранив возможность их пробоя.