ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для зажигания и питания постоянным током газоразрядных ламп высокого давления.
Уровень техники
Известны импульсные зажигающие устройства для газоразрядных ламп высокого давления, содержащие схему питания, микропроцессор, схему управления и трансформатор. [Гареев, В.М. Импульсные зажигающие устройства для газоразрядных ламп высокого давления / В.М.Гареев, О.Г.Фомин, П.В.Мемиков // Вестник Новгородского государственного университета. - 2001. - №19.]
Недостатком таких устройств является большая материалоемкость и сложность конструкции.
Известны электронные пускорегулирующие устройства содержащие, преобразователь частоты, вы ход которого подсоединен к разрядной лампе через последовательно включенную первую обмотку трансформатора. Вторая обмотка трансформатора соединена с устройством зажигания. (Панфилов Д.И., Поляков В.Д., Чепурин И.Н., Обжерин Е.А. Управляемые пускорегулирующие аппараты для натриевых ламп высокого давления. - Журнал "Практическая силовая электроника", №10, 2003 г. С.37-42.)
Недостатком таких устройств является низкая надежность, обусловленная тем, что в момент подачи пускового импульса в первичную обмотку трансформатора, высоковольтный импульс, возникающий в его вторичной обмотке действует также и на элементы инвертора преобразователя частоты, что может вывести из строя его полупроводниковые ключи (полевые транзисторы).
Наиболее близкое по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятое авторами за прототип является пускорегулирующее устройство для газоразрядных ламп высокого давления, содержащее выпрямительный блок, инвертор, коммутатор полярности, устройство управления, основной трансформатор, содержащий первичную и вторичную обмотки, и управляемый трансформатор на трехстержневом сердечнике, содержащий две последовательно согласно включенные первичные обмотки, расположенные по одной на каждом из боковых стержней трехстержневого сердечника и соединенные последовательно с первичной обмоткой основного трансформатора, две последовательно согласно включенные вторичные обмотки, также расположенные по одной на каждом из боковых стержней трехстержневого сердечника и обмотку управления, расположенную на центральном стержне трехстержневого сердечника, при этом выпрямительный блок своими выходами подключен к входам инвертора, один из выходов которого подключен к одному из выводов последовательно соединенных первичных обмоток основного и управляемого трансформаторов. [Самойленко, В.В. Пускорегулирующее устройство для газоразрядных ламп высокого давления / В.В.Самойленко. - Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве. - Ставрополь: АГРУС, 2011. - 348 с.273-277 с].
Недостатком указанного пускорегулирующего устройства для газоразрядных ламп высокого давления является низкая надежность, обусловленная сложностью фазового согласования выходных напряжений основного и управляемого трансформаторов, особенно если возникает необходимость регулирования газоразрядной лампы путем изменения частоты инвертора.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого пускорегулирующего устройства для газоразрядных ламп, сводится к повышению надежности устройства.
Технический результат достигается с помощью пускорегулирующего устройства для газоразрядных ламп высокого давления, содержащего выпрямительный блок, инвертор, коммутатор полярности, устройство управления, основной трансформатор, содержащий первичную и вторичную обмотки, и управляемый трансформатор на трехстержневом сердечнике, содержащий две последовательно согласно включенные первичные обмотки, расположенные по одной на каждом из боковых стержней трехстержневого сердечника и соединенные последовательно с первичной обмоткой основного трансформатора, две последовательно согласно включенные вторичные обмотки, также расположенные по одной на каждом из боковых стержней трехстержневого сердечника и обмотку управления, расположенную на центральном стержне трехстержневого сердечника, при этом выпрямительный блок своими выходами подключен к входам инвертора, один из выходов которого подключен к одному из выводов последовательно соединенных первичных обмоток основного и управляемого трансформаторов, при этом устройство дополнительно снабжено коммутатором полярности, устройством управления, конденсатором, включенным параллельно первичным обмоткам управляемого трансформатора; балластом, включенным последовательно в цепь другого выхода инвертора и другого выхода первичных обмоток основного и управляемого трансформаторов; первым и вторым высокочастотными выпрямителями, каждый из которых своими входами подключены параллельно к соответствующим первичным обмоткам основного и управляемого трансформаторов, при этом цепь, состоящая из последовательно соединенных выходов первого и второго высокочастотных выпрямителей и выводов обмотки управления управляемого трансформатора, подключена к входам коммутатора полярности, а выход устройства управления подключен к управляющему входу коммутатора полярности, выходы которого подключены к выводам газоразрядной лампы.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 дана структурная схема пускорегулирующего устройства для газоразрядных ламп высокого давления.
На фиг.2 дана схема расположения и соединения обмоток управляемого трансформатора на трехстержневом сердечнике.
Осуществление изобретения
Пускорегулирующего устройство для газоразрядных ламп высокого давления содержит выпрямительный блок 1 (фиг.1), инвертор 2, основной трансформатор 3, состоящий из первичной обмотки 4 и вторичной обмоток 5 и управляемый трансформатор 6, выполненный на трехстержневом сердечнике (фиг.2). При этом управляемый трансформатор 6 содержит две последовательно согласно включенные своими выводами первичные обмотки 7 и 8, расположенные по одной на каждом из боковых стержней (на фиг.2 не обозначены) трехстержневого сердечника, две последовательно согласно включенные вторичные обмотки 9 и 10, также расположенные по одной на каждом из боковых стержней (на фиг.2 не обозначен) трехстержневого сердечника, и обмотку управления 11, расположенную на центральном стержне (на фиг.2 не обозначен) трехстержневого сердечника. Первичные обмотки 7 и 8 управляемого трансформатора 6 соединены последовательно с первичной обмоткой 4 основного трансформатора 3. Инвертор 2 может быть выполнен в частности на основе полумостового высокочастотного преобразователя (на фиг.1 не обозначен).
Выпрямительный блок 1 своими выходами (на фиг. не обозначены) подключен к входам (на фиг. не обозначены) инвертора 2, один из выходов которого подключен к другому выводу (на фиг. не обозначен) первичной обмотки 7 управляемого трансформатора 6.
Последовательно включенные первичные обмотки 7 и 8 управляемого трансформатора 6 и параллельно к ним подключенный конденсатор 12 образуют параллельный резонансный LC-контур (на фиг.1 не обозначен).
Балласт 13, выполненный в частности в виде конденсатора, включен последовательно в цепь другого выхода (на фиг. не обозначен) инвертора 2 и другого выхода (на фиг не обозначен) первичной обмотки 4 основного трансформатора 3.
Вторичные обмотки 9 и 10 управляемого трансформатора 6 подключены к входам первого высокочастотного выпрямителя 14, выполненного в частности по схеме диодного умножителя.
Вторичная обмотка 5 основного трансформатора 3 подключена, в свою очередь, к входам второго высокочастотного выпрямителя 15, выполненного в частности по схеме двухполупериодного выпрямителя с удвоением.
Цепь, состоящая из последовательно соединенных выходов первого и второго высокочастотных выпрямителей 14 и 15 и обмотки управления, также включенной последовательно им, подключена к входам коммутатора изменения полярности 16. Коммутатор полярности 16 может быть выполнен в частности на основе мостового коммутатора (на фиг.1 не обозначен) на полупроводниковых ключах.
Устройство управления 17 подключено своим выходом (на фиг. не обозначен) к управляющему входу (на фиг. не обозначен) коммутатора изменения полярности 16. Выходы (на фиг. не обозначены) коммутатора изменения полярности 16 подключены к выводам газоразрядной лампы 18.
Пускорегулирующее устройство для газоразрядных ламп высокого давления работает следующим образом.
До момента зажигания газоразрядной лампы 18 основной трансформатор 3 и управляемый трансформатор 6 работают в режиме холостого хода.
1
2
Поскольку первичные обмотки 7 и 8 управляемого трансформатора 6 соединены последовательно, то по ним протекает один и тот же ток. Этот ток, протекая по первичной обмотке 7 управляемого трансформатора 6, создает в боковом стержне сердечника магнитный поток Ф (фиг.2), под действием которого во вторичной обмотке 9, расположенной на том же боковом стержне, что и первичная обмотка 7, индуктируется напряжение. Под действием этого же тока, протекающего по другой первичной обмотке 8 управляемого трансформатора 6, расположенной на другом боковом стержне управляемого трансформатора 6, возникает магнитный поток Ф, индуктирующий в другой вторичной обмотке 10, расположенной на том же боковом стержне управляемого трансформатора 6, что и первичная обмотка 8, напряжение.
1
2
1
2
Магнитные потоки Ф и Фв основном замыкаются через центральный стержень. Поскольку первичные обмотки 7 и 8 управляемого трансформатора 6 имеют одинаковые конструктивные параметры, то магнитные потоки Ф и Ф равны между собой. Так как первичные обмотки 7 и 8 включены согласно, то в центральном стержне управляемого трансформатора 6 эти магнитные потоки взаимно компенсируют друг друга, и в обмотке управления 11, установленной на центральном стержне управляемого трансформатора 6, не возникает высокочастотная электродвижущая сила.
При включении пускорегулирующего устройства в сеть, постоянное напряжение с выхода выпрямителя 1 поступает на вход инвертора 2 и преобразуется в нем в высокочастотное.
Частота выходного напряжения инвертора 2 выбирается таким образом, чтобы ее значение совпало с резонансной частотой LC-контура, состоящего из параллельно включенных конденсатора 12 и первичных обмоток 7 и 8 управляемого трансформатора 6. При резонансе входное сопротивление параллельной цепи, образованной конденсатором 12 и первичными обмотками 7 и 8 управляемого трансформатора, будет максимальным и может достигать значений десятков килоом. (см. Атабеков, Г.И. Теоретические основы электротехники: Учебник для вузов. - 5-е изд., испр. И доп. - М.: Энергия, 1978. - 592 с).
Высокочастотное напряжение поступает с инвертора 2 на последовательно соединенные LC-контур, первичную обмотку 4 основного трансформатора 3 и балласт 13 и распределяется между ними пропорционально их импедансу. Поскольку входное сопротивление LC-контура много больше общего сопротивления балласта 13 и первичной обмотки 4 основного трансформатора 3, большая часть выходного напряжения инвертора 2 распределится именно на параллельно соединенных конденсаторе 12 и первичных обмотках 7 и 8 управляемого трансформатора 6.
Выходное напряжение с вторичных обмоток 9 и 10 управляемого трансформатора 6 поступает на входы первого высокочастотного выпрямителя 14.
Выходное напряжение с вторичной обмотки 5 основного трансформатора 3 поступает на входы второго высокочастотного выпрямителя 15.
Поскольку первый и второй высокочастотные выпрямители 14 и 15 соединены своими выходами последовательно, выпрямленное напряжение складывается и поступает на вход коммутатора полярности 16. Значение этого напряжения должно быть достаточным для зажигания газоразрядной лампы высокого давления (для лампы ДНаТ - 2…3 кВ). С выхода коммутатора полярности 16 напряжение поступает на выводы газоразрядной лампы 18.
После запуска газоразрядной лампы 18, через нее начинает протекать ток, ограниченный сопротивлением балласта 13. Под действием этого тока при соответствующем выборе числа витков обмотки управления 11, происходит насыщение магнитного сердечника управляемого трансформатора 6.
Динамическая магнитная проницаемость сердечника управляемого трансформатора 6 резко снижается, что приводит к уменьшению индуктивности первичных обмоток 7 и 8 управляемого трансформатора 6. Снижение индуктивности первичных обмоток 7 и 8 управляемого трансформатора 6 при неизменной частоте питания инвертора 2 резко увеличивает проводимость LC-контура. Соответственно, напряжения между первичными обмотками 7 и 8 управляемого трансформатора 6, первичной обмоткой 4 основного трансформатора 3 и балласта 13 перераспределятся. Для усиления эффекта насыщения следует выбирать магнитный материал для сердечника управляемого трансформатора 6 с прямоугольной петлей гистерезиса, а сам сердечник собирать без зазоров.
В результате на первичных обмотках 7 и 8 управляемого трансформатора 6 напряжение снизится, а на первичной обмотке 4 основного трансформатора 3 - возрастет.
Соответственно, произойдет изменение напряжений на вторичных обмотках 9 и 10 управляемого трансформатора 6 и вторичной обмотке 5 основного трансформатора 3.
Поскольку коэффициент трансформации управляемого трансформатора 6, предназначенного для зажигания газоразрядной лампы 18, значительно превышает коэффициент трансформации основного трансформатора 3, предназначенного для поддержания рабочего режима работы газоразрядной лампы 18, то такое перераспределение напряжений на первичных обмотках 7 и 8 управляемого трансформатора 6 и первичной обмотке 4 основного трансформатора 3 вызовет значительное снижение выходного напряжения на вторичных обмотках 9 и 10 управляемого трансформатора 6 и некоторое повышение напряжения на вторичной обмотке 5 основного трансформатора 3.
Суммарное напряжение последовательно включенных первого и второго высокочастотных выпрямителей 14 и 15 соответственно снизится до рабочего напряжения горения газоразрядной лампы 18 (для ламп ДНаТ -100…120 В).
Известно, что длительная работа газоразрядных ламп 18 в режиме постоянного тока вызывает явление катофореза и ускоренный износ электродов горелки. В связи с чем, устройство управления 17 через определенные промежутки времени передает управляющие сигналы на коммутатор полярности 16, тем самым изменяет полярность питающего газоразрядную лампу 18 напряжения.
Предлагаемое пускорегулирующее устройство для газоразрядных ламп высокого давления по сравнению с прототипом и другими известными техническими имеет следующее преимущество:
- Повышенная надежность устройства, обусловленная согласованием выходных напряжений управляемого и основного трансформаторов 6 и 3, с помощью двух высокочастотных выпрямителей 14 и 15.