ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА

ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА
Область применения полезной модели
Данная полезная модель относится к области электроосветительных нриборову в частности, к газоразрядным лампам.
Предпосылки к созданию полезной модели
Преимущество известных газоразрядных ламп состоит в их высокой эффективности освещения, но к их недостаткам можно отнести то, что срок службы лампы зависит от срока службы нити накала, т.е. в  выхода из строя нити накала выходит из
(описание)
строя и дорогостоящая колба лампы. Несмотря на то, что производители ламп предпринимают серьезные усилия, чтобы удлинить срок службы нити накала, возможности этих усилий достаточно ограничены. Второй недостаток состоит в том, что газоразрядную лампу трудно запустить, если напряжение электрического тока невысоко; и третий недостаток заключается в том, что запуск может продолжаться в течение определенного периода времени, например, от нескольких секунд до десятков секунд для ламп дневного света, и от десятков секунд до нескольких минут для высоковольтных ртутных ламп.
Сущность полезной модели
Цель настоящей полезной модели состоит в решении проблем, свойственных для предшествующего уровня техники, с помощью газоразрядной лампы, содержащей стартер для реализации простого и эффективного способа запуска лампы.
Другой целью данной полезной модели является газоразрядная лампа, не содержащая нити накала.
Еще одна цель полезной модели заключается в удлинении срока службы лампы или в использовании колбы обычной лампы без нити накала, которая была повреждена или выщла из строя.
В соответствии с данной полезной моделью предлагается газоразрядная лампа, состоящая непосредственно из лампы и стартера, причем стартер содержит катушку индуктивности L и конденсатор С, которые вместе образуют резонансную цепь, совпадающую по резонансу или близкую к резонансу с частотой источ.ника тока; стартер также содержит переключатель Ki, обеспечивающий при включении запуск лампы, при этом включается резонансная цепь LC и большой резонансный ток проходит через Ф
катушку индуктивности L, нри выключении переключателя Ki большой резонансный ток прекращается и индуктивное высокое напряжение прикладывается к обоим концам катушки индуктивности L, обеспечивая непосредственный запуск газоразрядной лампы.
Согласно данной полезной модели предлагается также газоразрядная лампа, состоящая из колбы и стартера, причем стартер содержит катушку индуктивности L, конденсатор С, двухконтактный переключатель, связанный с колбой лампы; катушка индуктивности L связана с конденсатором С последовательно, в то время как электрод О двухконтактного переключателя контактирует со вторым контактом В, и катушка индуктивности L связана с конденсатором С параллельно, когда электрод О контактирует с первым контактом А. В то время, как электрод О сначала соединяется, а потом разъединяется со вторым контактом, мгновенное индуктивное высокое напряжение, создаваемое катушкой индуктивности L, прикладывается к обоим концам колбы лампы R для запуска лампы, при этом электрод О контактирует с первым контактом; параллельная цепь, образованная катушкой индуктивности L и конденсатором С, имеет высокое полное сопротивление, оказывающее ограничительное воздействие на рабочий ток, проходящий через лампу R.
В соответствии с данной полезной моделью предлагается газоразрядная лампа, содержащая колбу и стартер, причем стартер содержит катушку индуктивности L и контактный переключатель К5, при этом катушка индуктивности Lj связана с лампой последовательно, а контактный переключатель Ks связан с лампой параллельно; высокое напряжение, возникаюшее в катушке индуктивности при выключенном контактном переключателе, прикладывается к лампе, обеспечивая ее запуск.
Согласно данной полезной модели предлагается газоразрядная лампа, в которой колба лампы R не содержит нити накала, или содержит поврежденную или вышедшую из строя нить накала, электроды имеют форму шара, и лампа запускается с помощью мгновенного высокого напряжения.
Описание чертежей
Данная полезная модель для большей очевидности изображена на следующих чертежах.
Фиг. 1 - основная схема полезной модели;
Фиг. 2 - вариант полезной модели, изображенный в условии запуска;
Фиг. 3 - вариант, показанный на фиг. 2, но в условии освещения;
Фиг. 4 - вариант электрода в колбе лампы;
Фиг. 5 - другой вариант полезной модели;
Фиг. 6 - другой вариант полезной модели;
Фиг. 7 - другой вариант полезной модели;
Фиг. 8 - другой вариант полезной модели;
Фиг. 9 - другой вариант полезной модели;
Фиг. 10 - другой вариант полезной модели.
Подробное описание полезной модели
Основной способ в соответствии с данной полезной моделью выглядит следующим образом: создается последовательная цепь LC, в которой возникает большой резонансный ток; этот резонансный ток затем прерывается, чтобы получить мгновенное
сокое напряжение на обоих концах индукционной катушки L; это высокое напряжение прикладывается к колбе (или трубке) лампы с тем, чтобы обеспечить пробой газа в колбе лампы и сделать газ проводящим; после этого соответствующий ток прикладывается к колбе лампы для того, чтобы в ней установился стабильный ток и лампа засветилась.
Хотя способ приведения в действие лампы с помощью приложения высокого напряжения к обоим концам катушки индуктивности, полученного при разрыве цепи, используется также и в известных газоразрядных лампа (таких, как лампы дневного света), здесь применяется небольшой ток, благодаря высокому полному сопротивлению простой цепи LR, следовательно, при разрыве цепи не может возникнуть напряжение, достаточно высокое для пробоя газа в колбе лампы, и запуск лампы возможен при предварительном нагреве нити накала, а это вызывает ряд проблем, связанных с нагревом нити накала. Согласно изобретению, емкостное сопротивление конденсатора, связанного последовательно с катушкой индуктивности L, гасит индуктивное сопротивление катушки индуктивности L, обеспечивая более низкое полное сопротивление последовательной резонансной цепи LC, следовательно, высокое напряжение, обеспеченное прекращением тока, достаточно, чтобы обеспечить пробой газа в колбе лампы, и поэтому нет необходимости предварительно нагревать нить накала, а значит и нет необходимости в самой нити накала.
На фиг. 1 показана основная схема стартера полезной модели, в которой колба газоразрядной лампы обозначена буквой R. В состоянии, показанном на фиг. 1, электрод О и второй контакт В соединены, и переменный ток, прикладываемый к электродам Pi и Р2, от источника проходит через катушку индуктивности L и
(3
емкость С, образующие цепь LC, в которой индуктивность катушки и емкость конденсатора установлены в резонансе с частотой источника, при этом расчет резонансной частоты осуществляется по основным формулам, используемым в электротехнике, и поэтому не описывается здесь. Когда L и С находятся в резонансе с частотой источника, возникает высокий резонансный ток. В это время электрод О соединяется с первым контактом А и разъединяется со вторым контактом В, в результате чего возникает высокое напряжение на обоих концах катущки индуктивности, т.к. ток в цепи мгновенно падает до нуля. Это высокое напряжение прикладывается к обоим концам колбы газоразрядной лампы, вызывая пробой газа в колбе R. При этом энергия подается к колбе R, чтобы вызвать ее свечение в результате ограничения тока в катущке индуктивности L; образуется следующая постоянная цепь, обеспечивающая свечение: источник - Pi - L - R -Р2 - источник. После соединения с первым контактом конденсатор соединяется параллельно с цепью L - R и служит для усиления мощности.
Вариант данной полезной модели может также быть использован для лампы дневного освещения. Основная конструкция этого варианта показана на фиг. 2 и 3. На фиг. 2 показаны условия запуска. При включении переключателя К переменный ток через электроды Pi и Р2 образует цепь с катушкой индуктивности L, вторым контактом В, биметаллическим элементом 1, электродом О и конденсатором С. Благодаря том, что индуктивность катушки L и емкость конденсатора находятся в резонансе с частотой источника тока, в этой цепи проходит высокий резонансный ток. Этот ток проходит через биметаллический элемент 1, вызывая его изгиб в результате разной теплопроводности, и изгиб
i;iiropte)i:|
лического элемента 1 конта стируёт с йёрвым контйктом А. Поскольку резонансная цепь разрывается из-за разъединения биметаллического элемента 1 и второго контакта В, на обоих концах катушки индуктивности возникает высокое напряжение. Это выс(:1к1Ье нац яжение 11Щк йад41ваё1|СяI Ki (боим койцг зу к0лШ ШзЙразрядной лампы (например, лампы дневного освещения в данном варианте) через переключатель К, электрод Pi, источник, электрод Р2 ко второму электродуР4 колбы газоразрядной лампы, и через катувдку индуктивности L, биметалл ический элемент 2, электрод г к liepBOMy электроду РЗ колбы газоразрядной лампй R, чтобы вызвать пробой газа в колбе для обеспечения ее проводимости, В результате ограничения тока в катушке индуктивности L образуется постоянная цепь через источник, переключатель К, катушку индуктивности L, второй контакт В, биметаллический элемент 2, электрод г, первый электрод Рз и второй электрод Р4 лампы и электрод Р2, как это показано на фиг. 3, в результате чего обеспечивается свечение лампы R. Когда ток, обеспечивающий свечение, проходит через биметаллический элемент 2, последний изгибается из-за разницы теплопроводности, и изгиб выступает в сторону биметаллического элемента 1. Биметаллический элемент 1 отталкивается биметаллическим элементом 2 через изоляционную бумагу 3, в результате чего он отсоединяется от второго контакта В и соединяется с первым контактом А, так что конденсатор С соединяется параллельно с цепью L - R, увеличивая таким образом мощность.
Если при описанном выше запуске не удается пробить газ в колбе лампы R, в биметаллическом элементе 2 не проходит ток и этот элемент не изгибается, чтобы оттолкнуть биметаллический
элемент 1, поэтому биметаллический элемент 1 возвращается к соединению со вторым контактом В и высокий резонансный ток проходит вновь, биметаллический элемент 1 вновь изгибается, чтобы разъединиться со вторым контактом В. Описанная выше процедура повторяется до тех пор, пока не возникнет пробой газа в колбе лампы Я биметаллический элемент 1 не войдет в контакт с первым контактом А из-за отталкивания биметаллическим элементом 2 и лампа не засветится. Изоляционная бумага 3 используется для разделения биметаллических элементов 1 и 2, чтобы они могли смещаться друг относительно друга, но не проводить ток. В качестве альтернативы можно также покрыть биметаллические элементы 1 и 2 изоляционным слоем для их разделения. После выключения переключателя К биметаллические элементы 1 и 2 возвращаются к контакту со вторым контактом В в результате охлаждения, если больще не протекает электрический ток, до следующего запуска.
Конструкция биметаллических элементов 1 и 2 должна обеспечивать их эффективный изгиб под действием резонансного тока во время запуска и рабочего тока во время свечения, что способствует надежном Ъазъединению, смещению и отталкиванию и позволяет им эффективно изгибаться в нагретом состоянии при прохождении тока; время перехода должно быть коротким, чтобы обеспечить быстрый и надежный запуск лампы и ее работу. Расстояние между первым и вторым контактами А и В не должно быть слишком маленьким, чтобы исключить повреждение их высоким напряжением катушки индуктивности L. В целом, индуктивность катушки L и емкость конденсатора С должны обеспечивать резонанс с частотой источника (например, 50 - 60 Гц), а их величины устанавливают с учетом обоснованного ограничения
I
тока для обеспечения мощности освещения.
В качестве биметаллических элементов 1 и 2 могут использоваться и другие металлические элемент ы(такие, как сплавы с памятью формы), которые могут изменять форму при прохождении через них тока. На фиг. 2 и 3 цифрой 4 обозначен корпус стартера, в котором помещены первый и второй контакты А и В, электроды О и г и биметаллические элементы 1 и 2, а также изоляционная бумага 3. Размер всего стартера может быть меньше пальца. Цифрой 5 обозначен корпус колбы лампы R, который обычно представляет собой закрытую стеклянную трубку.
Следует отметить, что газоразрядная лампа, приспособленная для стартера согласно настоящему изобретению, не содержит нити накала, т.е. это газоразрядная лампа без нити накала (или лампа ZY). Форма электрода в трубке (такого, как Рз или Р4, показанных на фиг. 2 и 3) может определяться только соображениями стабильного разряда. Например, можно использовать электрод шарообразной формы. Как показано на фиг. 4, электрод Рз в трубке 5 имеет форму шара, чтобы избежать нестабильного разряда, вызванного острым металлическим электродом, т.е. проблемы, легко вызываемой в обычной газоразрядной лампе с нитью накала. Электрод в лампе ZY может быть покрыт материалом, который легко испускает электроны.
В качестве альтернативы лампа ZY может приводиться в действие постоянным током. В этом случае лампа не вспыхивает (non-ilash), поскольку нить накала не используется, и нить накала как деталь электронной схемы известной лампы, работающей от постоянного тока, можно исключить; колба лампы светиться по принципу резонанса с последовательной цепью LC в соответствии с настоящим изобретением. Но если для свечения добавля v /
/
ется выпрямленная цепь, ток,проходящий через колбу лампы, будет постоянным током. Лампа ZY имеет простую конструкцию и не содержит большего числа элементов, а ее стоимость ниже благодаря исключению нити накала. В работе срок службы такой лампы существенно увеличен из-за отсутствия нити накала, следовательно, лампа обладает экономическим преимуществом и надежностью применения. Кроме того, мгновенный запуск может достигаться с помощью одной операции, и лампа может приводиться в действие в течение одной секунды. Запуск лампы также осуществляется с помощью высокого напряжения во время разрыва резонансной цепи LC, следовательно, если напряжение источника падает до низкого уровня, запуск и работа лампы все равно остаются надежными. В том случае, если нежелательно использовать высокое напряжение для запуска лампы, величину индуктивности L и емкости С не обязательно устанавливать точно в резонанс с частотой источника. Например, можно использовать невысокую емкость С или вообще исключить ее. Лампа ZY в соответствии с данным изобретением может прямо заменить известную лампу. Например, можно продолжать использовать известную лампу дневного света без изменения балласта L и колбы лампы. Перед тем, как лампы ZY полностью завоюют рынок, можно использовать все известные лампы дневного света (даже если в них нарушена нить накала) для ламп ZY.
Принцип этой полезной модели можно использовать для запуска даже в том случае, если биметаллические элементы не используются. В данном случае рещение состоит в том, что в цепи освещения, которая последовательно соединена с колбой лампы R, имеется последовательно включенный ключ свечения К2, который играет роль биметаллического элемента 2 и второго
y jSV/i /
4Г
контакта В (см. фиг. 2 и 3). Кроме того, в схеме последовательно установлен пусковой переключатель К, выполняющий функцию биметаллического элемента 1 и первого контакта А. Во время запуска переключатель Ki сначала включается, а затем выключается. Переключатель К2 может удерживать переключатель Ki в выключенном положении с помощью электрического, магнитного, светящегося, теплового и механического средства, в то время как рабочий ток для сечения проходит после возникновения пробоя в колбе лампы. В противном случае, без эффекта переключателя К2, переключатель Ki может вернуться во включенное положение, а затем выключиться, чтобы повторять запуск до тех пор, пока он не будет реализован. Например, если переключатель Ki - это электромагнитное реле, то когда через переключатель К2 проходит рабочий ток, электромагнитная сила удерживает переключатель KI в выключенном положении, в противном случае переключатель может включиться вновь. Или же в качестве переключателя KI используется тепловое реле, и когда через переключатель К2 проходит рабочий ток, тепло удерживает переключатель KI в выключенном состоянии, в противном случае переключатель KI может включиться вновь. Переключателем Ki может служить фотоэлектрическое реле, и когда через переключатель К2 проходит рабочий ток, переключатель Ki освещается, что удерживает его в выключенном состоянии, в противном случае переключатель Ki может включиться вновь. Таким образом, можно использовать многие известные модели.
Катушку индуктивности L и конденсатор С можно поменять МИДами, т.е. конденсатор С соединить с лампой R и электродами PI и Р2 источника (как это показано на фиг. 5). Когда оба переключателя KI и К2 включены, катущка индуктивности L и кон,
Ife
денсатор С связаны последовательно, создавая резонанс. Когда переключатель К2 выключен, высокое индуктивное напряжение возникает на обоих концах катушки индуктивности L, обеспечивая мгновенный запуск лампы. Затем переключатель Ki выключается, а переключатель К2 включается, колба лампы R соединяется с источником в результате понижения напряжения и балластировки конденсатора С, обеспечивая свечение. В качестве катушки индуктивности L может также использоваться автотрансформатор, а конденсатор С только соединяется последовательно с частью обмотки катушки индуктивности С, снижая таким образом объем и стоимость катушки индуктивности L.
Кроме того, существует еше много модификаций этой полезной модели. Например, в стартере конденсатор и катушка индуктивности могут быть соединены параллельно, так что емкостное сопротивление дополняет индуктивное сопротивление, таким образом полное сопротивление параллельной цепи выше индуктивного сопротивления одной катушки индуктивности. Когда параллельные катушка индуктивности и конденсатор находятся в резонансе с частотой источника, параллельная цепь имеет самое высокое полное сопротивление относительно источника. Даже если условия резонанса не достигаются, полное сопротивление все же должно существенно возрасти благодаря параллельному соединению катушки индуктивности и конденсатора, следовательно индуктивность катушки L может быть снижена, обычно на 30-80%, а значит значительно снижаются стоимость и вес катушки индуктивности.
На фиг. 6 показана одна  из типичных схем. Энергия подводится от  электродов Pi и Р2. Когда электрод О двухконтактного переключателя соединен с первым контактом А двухконтактного
(Ч
переключателя, большой ток проходит через последовательную резонансную цепь, составленную катушкой индуктивности L и конденсатором С и находящуюся в резонансе с источником энергии. Затем электрод О отсоединяется от второго контакта В, и мгновенное высокое напряжение возникает на концах катушки индуктивности LI, обеспечивая запуск лампы R. После этого электрод О соединяется с первым контактом А, в результате чего конденсатор соединяется с катушкой индуктивности L параллельно, образуя параллельную резонансную цепь относительно частоты источника, которая имеет высокое полное сопротивление и создает отличный токоограничительный эффект, следовательно, стабильный рабочий ток проходит через колбу лампы R. В этом случае индуктивность катушки Li может быть очень малой, а также снижаются стоимость и вес. Кроме того, параллельное соединение катушки индуктивности Li и конденсатора С также служит для увеличения мошности. Обычную лампу дневного света, даже если индуктивность и емкость ниже необходимых для параллельного резонанса, можно все же эффективно запустить, рабочий ток будет ограничен.
Для еще большего снижения стоимости и веса катушки индуктивности путем дальнейшего уменьшения индуктивности катушку можно выполнить как единое целое со срединным отводом и получить достаточное для запуска высокое сопротивление путем увеличения напряжения автотрансформатора. На фис : 7 показана типичная схема, в которой второй контакт В связан со срединным ответвлением катушки индуктивности L2. Когда второй контакт В соединяется с электродом О, большой ток проходит через последовательную цепь, включающую катушку индуктивности L2,которая представляет собой левую часть относитель /7 /
14
но срединного отвода катушки индуктивности L2 и конденсатор С2. Когда электрод О отсоединяется от второго контакта В и соединяется с первым контактом А, на концах катушки индуктивности L2 образуется мгновенное высокое напряжение и более высокое напряжение возникает на концах катушки индуктивности L2 в результате повышения напряжения автотрансформатором катушки L2 для запуска лампы R. После того, как электрод О соединился с первым контактом А, катушка индуктивности С2 служит для увеличения мощности. При использовании автотрансформатора можно получить очень высокое мгновенное напряжение, если катушка индуктивности L2 имеет меньшее число витков, а это может еше больше снизить строимость и вес катушки индуктивности Lg.
На фиг. 8 показана типичная схема, в которой скомбинированы принципы схем, изображенных на фиг. 6 и 7. Катушка индуктивности Ьз содержит срединный отвод и является автотрансформатором. Когда второй контакт В соединяется с электродом О, ток большой величины проходит через последовательную цепь, включающую катушку индуктивности Ьз, которая представляет собой левую часть катушки Ьз относительно срединного отвода, и конденсатор Сз. Когда электрод О отсоединен от второго контакта В, на обоих концах катушки индуктивности Ьз образуется мгновенное высокое напряжение, еще более высокое напряжение возникает на концах катушки индуктивности Ьз в результате повышения напряжения автотрансформатором для запуска лампы R. После разъединения электрода О и второго контакта В этот электрод соединяется с первым контактом А, в результате чего конденсатор Сз соединяется параллельно с катушкой индуктивности Ьз, которой служит правая часть относительно средин Sc)
ного отвода катушки Ьз, чтобы емкостное сопротивление дополнило индуктивное сопротивление и параллельная резонансная цепь имела высокое полное сопротивление. Затем под влиянием самоиндуктивности катушки индуктивности Ьз полное сопротивление катушки Ьз суш;ественно возрастает, что дает хороший эффект ограничения тока. Следовательно, индуктивность катушки Ьз может быть невысокой, а стоимость и вес при этом снижаются. Как показано на фиг. 8, после того, как электрод О разъединился со вторым контактом В, он соединяется с контактом А,
следовательно конденсатор Сз становится параллельным катушке
I индуктивности Ьз, которая представляет собой левую часть от
срединного отвода катушки Ьз, через цепь, показанную пунктирной линией, дополняя индуктивное сопротивление. Дополнительный эффект зависит от положения отвода катушки индуктивности Ьз и емкости конденсатора Сз.
Для лампы дневного света можно упростить эту цепь и исключить конденсатор, поскольку нет необходимости в очень высоком исходном напряжении. Как показано на рис. 9, срединный отвод катушки индуктивности Ь4 соединяется с электродом Р2 через переключатель К4, образуя цепь с источником, питающимся от электродов Pi и Р2, и достаточно большой ток проходит через описанную выше цепь. Когда переключатель К4 размыкается, на концах катушки индуктивности Ь4, расположенной слева на катушке bt{., возникает высокое напряжение в результате индукции, и это напряжение усиливается под действием автотрансформатора катушки Ь4, обеспечивая запуск лампы R. В случае необходимости переключатель К4 соединяют с сопротивлением, чтобы ограничить ток.
ключатель Ks связан прямо с лампой R параллельным соединением. Когда переключатель Кз размыкается, высокое напряжение, создаваемое катушкой L5 может запустить лампу R напрямую, если эта лампа имеет небольшую длину.
В конструкции, показанной на фиг. 10, электрод О, контакт В и переключатели К4 и Ks используются для прерывания тока в индуктивной цепи во время запуска, так что обеспечиваются следуюшие преимушества: быстрая реакция на разъединение; наименьшая параллельная емкость (эквивалентная той, которая присоединена параллельно к двум концам электродов О и В или переключателей К4 и К5 в данной конструкции), следовательно, ток в индуктивной цепи может быстро падать до нуля при разъединении, создавая более высокое напряжение на концах катушки индуктивности. Перечисленные выше эффекты особенно характерны для схем, показанных на фиг. 9 и 10, особенно на фиг.10.
Как уже упоминалось выше, форма контактного переключателя может быть разной. Если используется биметалл, контакт В, электрод г и биметаллический элемент 2 (как показано на фиг. 2 и 3) должны быть соединены последовательно с одним концом лампы R, чтобы позволить рабочему току протекать через лампу R (фиг. 5-10), и не должны быть последовательно соединены в отводной цепи, как показано на фиг. 7-9.
В качестве вариантов данной полезной модели могут служить газоразрядные лампы с нитью накала или без нее, могут также использоваться лампы с поврежденной или вышедшей из строя нитью.