УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЖИГАНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП
DEVICE FOR LIGHTING GAS-DISCHARGE LAMPS

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для зажигания газоразрядных ламп.
Для зажигания газоразрядных ламп высокого давления необходимы импульсы с определенными амплитудой напряжения и длительностью. Эти параметры импульса определяются особенностями электронной схемы прибора и характеристиками импульсного трансформатора, такими как коэффициент трансформации, индуктивность первичной и вторичной обмоток, ток насыщения. Для высоковольтного импульса прямоугольной формы, генерируемого с помощью импульсного трансформатора, произведение длительности импульса на амплитуду будет ограничиваться размерами и максимально достижимой величиной магнитной индукции Вmax магнитопровода импульсного трансформатора, реализуемой при достижении предельного значения намагниченности, числом витков высоковольтной обмотки.
Известно устройство для зажигания газоразрядных ламп, питаемых непосредственно от сети переменного тока или через ограничитель тока, содержащее заряжаемый через токоограничительный элемент непосредственно от сети или через ограничитель тока рабочий конденсатор, присоединенный через отпираемый от блока управления коммутирующий элемент параллельно первичной обмотке импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого включена последовательно с газоразрядной лампой непосредственно или через ограничитель тока в сеть (RU №103436, МПК H05B 41/23, опубл. 01.10.2010 г.).
Однако наличие в известном устройстве одной первичной обмотки, а также одного ключа в коммутирующем элементе не позволяет эффективно использовать магнитопровод импульсного трансформатора при генерировании высоковольтных импульсов, что не позволяет снизить его массогабаритные размеры.
Технический результат заключается в снижении массогабаритных параметров устройства, а также в повышении надежности его работы.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство, питаемое от сети переменного тока непосредственно или через ограничитель тока, содержит заряжаемый через токоограничительный элемент рабочий конденсатор, присоединенный через коммутирующий элемент параллельно первичной обмотке импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого включена последовательно с газоразрядной лампой непосредственно или через ограничитель тока в сеть. Шунтирующий конденсатор подключен к сети через ограничитель тока. Дополнительно введены последовательно соединенные токоограничитель и дополнительная первичная обмотка импульсного трансформатора, начало которой соединено с концом его первичной обмотки. Коммутирующий элемент состоит из двух последовательно соединенных между собой ключей, общая точка которых подключена через токоограничитель к концу дополнительной обмотки импульсного трансформатора. Первый ключ, соединенный с началом первичной обмотки импульсного трансформатора, должен быть включен через 0,1-10 мкс после включения второго ключа, соединенного с рабочим конденсатором и токоограничительным элементом. В качестве первого ключа может быть использован дроссель с насыщением.
Уменьшение размеров магнитопровода импульсного трансформатора при тех же параметрах высоковольтного импульса можно достичь, используя его перемагничивание не от нуля до Вmax (как это реализуется в современных импульсных зажигающих устройствах), а от -Вmax до Вmax (или от Вmax до -Вmax), вдвое увеличивая ΔВ - изменение вектора магнитной индукции при генерировании высоковольтного импульса.
На фиг. 1 изображено устройство, включающее рабочий конденсатор 1, присоединенный через коммутирующий элемент, состоящий из двух последовательно соединенных ключей 2 и 3, параллельно первичной обмотке 4 импульсного трансформатора 5, дополнительная первичная обмотка 6 которого подключена так, что ее начало соединено с концом первичной обмотки 4 импульсного трансформатора 5. Конец дополнительной первичной обмотки 6 импульсного трансформатора 5 соединен через токоограничитель 7 с общей точкой соединения ключей 2 и 3. Цепь, состоящая из последовательно соединенных вторичной обмотки 8 импульсного трансформатора 5 и газоразрядной лампы 9, включена в сеть непосредственно или через ограничитель тока 10. Шунтирующий конденсатор 11 подключен к сети через ограничитель тока 10. Рабочий конденсатор 1 подключен к сети через токоограничительный элемент 12 и ограничитель тока 10. Первый ключ 3 соединен с началом первичной обмотки 4 импульсного трансформатора 5. Второй ключ 2 соединен с рабочим конденсатором 1 и токоограничительным элементом 12. В качестве первого ключа 3 может быть использован дроссель с насыщением.
Устройство работает следующим образом. Через токоограничительный элемент 12 заряжается рабочий конденсатор 1. После того как напряжение на конденсаторе 1 достигнет определенной величины (обычно в пределах 0,5-1 амплитудного значения сетевого напряжения), второй ключ 2 отпирается (обычно на время 1-100 мкс). За это время рабочий конденсатор 1 частично разряжается через токоограничитель 7 и дополнительную первичную обмотку 6 импульсного трансформатора 5, создавая в сердечнике импульсного трансформатора 5 магнитное поле с индукцией В, преимущественно Вmax. Через время 0,1-10 мкс после отпирания второго ключа 2 отпирается первый ключ 3 (в качестве первого ключа 3 можно использовать дроссель с насыщением, т.е. дроссель, индуктивность которого значительно уменьшается при превышении током в обмотке некоторой величины), рабочий конденсатор разряжается через первичную обмотку 4 импульсного трансформатора 5, вторичная обмотка 8 которого подключена последовательно с газоразрядной лампой 9 к сети непосредственно или через ограничитель тока 10, при этом в сердечнике импульсного трансформатора 5 изменяется направление вектора магнитной индукции на противоположное, преимущественно до - Вmax. Наведенная на вторичной обмотке ЭДС обеспечивает пробой межэлектродного промежутка газоразрядной лампы. Шунтирующий конденсатор 11 предохраняет ограничитель тока 10 от пробоя. После возникновения дугового разряда в лампе устройство отключается. Выбор промежутка времени 0,1-10 мкс между включениями первого и второго ключей обусловлен тем, что за время, меньшее 0,1 мкс, магнитная индукция в сердечнике импульсного трансформатора вырастет на небольшую величину, а при промежутке времени, большем 10 мкс, рабочий конденсатор значительно разрядится. Последующее включение первого ключа за пределами промежутка 0,1-10 мкс после включения второго ключа не обеспечит необходимые характеристики высоковольтного импульса.
Устройство было реализовано при использовании в качестве токоограничителя резистора сопротивлением 100 Ом, дополнительная первичная обмотка содержала 5 витков, дроссель с насыщением, использованный в качестве первого ключа, имел 50 витков провода, намотанного на сердечнике Ш-5. Длительность высоковольтного импульса при этом увеличилась почти в 2 раза по сравнению с прототипом (использовали один и тот же импульсный трансформатор). Параметры высоковольтного импульса сохранялись, при уменьшении в 2 раза числа витков вторичной обмотки по сравнению с прототипом. Устройство обеспечивало одинаковые параметры импульса, по сравнению с прототипом, при меньшей в 1,5 раза массе импульсного трансформатора.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет снизить массогабаритные параметры устройства, так как уменьшение размеров магнитопровода позволит уменьшить сопротивление обмотки импульсного трансформатора за счет уменьшения длины обмоточного провода, что приведет к снижению потерь на обмотке импульсного трансформатора и экономии медного провода, уменьшению массы. Кроме того, обеспечивает повышение надежности работы устройства.