Устройство для зажигания газоразрядной лампы

Полезная модель относится к области электротехники и может использоваться для зажигания и питания газоразрядных ламп, в частности бактерицидных ультрафиолетовых (УФ) ламп высокой мощности, применяемых для обеззараживания различных сред, в том числе и жидких. Особенностью схем устройства для таких ламп является чувствительность схемы инвертора к токам утечки с выходных цепей лампы на другие цепи устройства для зажигания и разные параметры работы и запуска ламп.
Для питания и зажигания газоразрядных ламп используют устройства для зажигания газоразрядных ламп - пускорегулирующую аппаратуру (ПРА), которая может быть электромагнитной (ЭмПРА) и электронной (ЭПРА).
При эксплуатации ламп в составе оборудования обеззараживания жидких сред могут возникать протечки с образованием утечек тока на цепи заземления способных вывести устройство для зажигания газоразрядной лампы из строя и последующему возникновения опасности поражения электрическим током обслуживающего персонала. Для защиты персонала и оборудования в цепи питания устанавливается устройства защитного отключения (УЗО), рассчитанное на общий ток потребления группы из нескольких устройств для зажигания газоразрядной лампы, которое обладает высоким порогом срабатывания по дифференциальному току. Для увеличения чувствительности срабатывания УЗО по дифференциальному току можно устанавливать их индивидуально на каждое устройства для зажигания газоразрядной лампы, однако это экономически не целесообразно. Вышеуказанные протечки могут вызвать токи утечки между выводами лампы, на которые УЗО не срабатывает, при этом устройство для зажигания газоразрядной лампы так же может выйти из строя. Возникает необходимость реализации защитных функций от токов утечек в самом устройстве для зажигания газоразрядной лампы.
Известен пускорегулирующий аппарат, содержащий последовательно соединенные фильтр, выпрямитель, управляемый блок инвертора, включающий независимую схему зажигания и горения лампы и схему подогрева электродов, питание на каждый из которых подается от двух независимых управляемых источников питания, блок регистрации и управления, соединенный с блоком инвертора и схемами зажигания и подогрева посредством управляемых ключей, отличающийся тем, что фильтр снабжен устройством плавного пуска, с выпрямителем и блоком инвертора соединен корректор коэффициента мощности, схема зажигания и горения включает управляемый генератор, а в качестве источника питания для каждого электрода используется источник тока (RU 2275760 C1, МПК H05B 41/28, опубл. 27.04.2006).
Наиболее близким техническим решением является устройство для зажигания лампы, содержащее последовательно соединенные фильтр, выпрямитель, корректор коэффициента мощности, соединенный с блоком управляемого инвертора, ламповый блок и блок микроконтроллера управления, отличающееся тем, что дополнительно содержит управляемый микроконтроллером высоковольтный ключ (RU 2328094 C1, МПК H05B 41/26, опубл. 27.06.2008).
Недостатком аналога и наиболее близкого решения является отсутствие проверок диодного эффекта и утечек тока с цепей лампы на землю, без которых возможна несимметричная работа инвертора, в результате чего он может выйти из строя, поскольку данный режим очень опасен для такого вида схем. Вторым недостатком является отсутствие снижения пусковых токов, что может вывести устройство зажигания газоразрядной лампы из строя.
Технической проблемой, решаемой заявленной полезной моделью, является создание устройства зажигания газоразрядной лампы, в котором реализовано снижение пусковых токов, осуществлена проверка диодного эффекта и утечек тока с цепей лампы, чем повышена надежность и продлен срок службы устройства для зажигания газоразрядной лампы.
Технический результат, достигаемый, заявленной полезной моделью - повышение надежности.
Технический результат достигается тем, что устройство для зажигания лампы содержит блок управления, входную цепь, соединенную с управляемым блоком управления инвертором, включающим емкостной делитель напряжения, согласно полезной модели инвертор дополнительно содержит датчик напряжения емкостного делителя инвертора, выдающий сигнал на блок управления, а во входную цепь включен по крайней мере один ограничитель тока, шунтируемый ключом, которым управляет блок управления.
Входная цепь может содержать фильтр.
Входная цепь может содержать выпрямитель.
Входная цепь может содержать корректор коэффициента мощности.
Входная цепь может содержать ключ.
Входная цепь может содержать автоматический выключатель.
Ограничитель тока включен последовательно во входную цепь.
В частности, в качестве ограничителя тока применен РТС термистор.
В частности, в качестве ограничителя тока применен NTC термистор.
В частности, в качестве ограничителя тока применен резистор.
Ограничитель тока с ключом могут быть расположены перед фильтром.
Ограничитель тока с ключом могут быть расположены после фильтра.
Ограничитель тока с ключом могут быть расположены после выпрямителя.
Во входную цепь может быть включен датчик напряжения сети.
В частности, датчик напряжения сети включен параллельно во входную цепь.
В частности, датчик напряжения сети расположен перед фильтром.
В частности, датчик напряжения сети расположен после фильтра.
В частности, датчик напряжения сети расположен после выпрямителя
Во входную цепь может быть включен датчик потребляемого тока от сети.
В частности, датчик тока включен последовательно во входную цепь.
В частности, датчик тока расположен перед фильтром.
В частности, датчик тока расположен после фильтра.
В частности, датчик тока расположен после выпрямителя.
В инвертор может быть добавлен датчик тока на лампе.
В инвертор может быть добавлен датчик напряжения на лампе.
В частности, инвертор содержит конденсаторы.
В частности, инвертор содержит резонансный конденсатор.
В частности, инвертор содержит дроссель.
В частности, инвертор содержит ключ.
В частности, инвертор содержит драйвер.
В частности, инвертор содержит генератор.
В частности, инвертор содержит диод.
В частности, инвертор содержит транзистор.
В частности, инвертор содержит микросхему.
В частности, инвертор содержит дополнительные элементы защиты.
В частности, инвертор содержит датчики тока по ключам (транзисторам).
В частности, инвертор содержит дополнительные элементы, обеспечивающие подогрев электродов лампы.
В частности, в качестве элемента, обеспечивающего подогрев электродов лампы, применен ключ.
В частности, в качестве элементов, обеспечивающих подогрев электродов лампы, применены конденсаторы.
В частности, в качестве элементов, обеспечивающих подогрев электродов лампы, применены трансформаторы.
В частности, в качестве элементов, обеспечивающих подогрев электродов лампы, применены РТС термисторы.
Устройство может содержать два инвертора или больше.
Блок управления устройства зажигания газоразрядной лампы может быть подключен через канал передачи данных к управляющему устройству.
В частности, в роли управляющего устройства может выступать компьютер.
Фиг. 1 - Схема устройства зажигания газоразрядной лампы; фиг. 2 - Пример схемы устройства зажигания газоразрядной лампы.
1 - Ограничитель тока;
2 - Ключ;
3 - Входная цепь;
3.1 - Фильтр;
3.2 - Выпрямитель;
3.3 - Корректор мощности;
4 - Датчик напряжения сети;
5 - Датчик потребляемого тока от сети;
6 - Инвертор;
7 - Емкостной делитель инвертора;
8 - Датчик напряжения емкостного делителя инвертора;
9 - Датчик напряжения на лампе;
10 - Датчик тока лампы;
11 - Блок управления;
12 - Лампа;
13 - Управляющее устройство;
14 - Ключ.
Устройство зажигания газоразрядной лампы (устройство) содержит (фиг. 1) блок управления 11, входную цепь 3, соединенную с управляемым блоком управления 11 инвертором 6, включающим емкостной делитель 7 напряжения.
Инвертор 6 содержит датчик напряжения 8 емкостного делителя 7 напряжения инвертора 6, подключенный к средней точке емкостного делителя 7 и к блоку управления 11 и выдающий на него сигнал. Емкостной делитель 7 предназначен для понижения величины напряжения в инверторе 6 до уровня, приемлемого для работы измерительных устройств. Датчик напряжения 8 емкостного делителя 7 инвертора 6 необходим для определения утечек тока с кабеля лампы 12 и/или цепи лампы 12 на заземление и для определения диодного эффекта в лампе 12.
При наличии диодного эффекта в лампе 12 ток через лампу 12 и инвертор 6 имеет несимметричную форму, что приводит к несимметричной работе инвертора 6, поскольку данный режим очень опасен для такого вида схем, в результате инвертор 6 может выйти из строя. Поэтому необходим контроль отклонения напряжения от нормы, если имеет наличие диодный эффект, то это напряжение (за счет не симметричного тока) будет смещаться в ту или другую сторону от нормы, что фиксируется датчиком напряжения 8 емкостного делителя 7.
Сигнал с датчика напряжения 8 поступает на вход блока управления 11, который получает значение напряжения и определяет, соответствует ли полученное значение допустимому диапазону для режима, в котором в настоящее время работает устройство (прогрев электродов лампы, рабочий режим и т.д.) и принимает дальнейшее решение согласно алгоритму работы: либо включение, либо продолжение работы (нормальная работа, горение лампы 12), либо переход в аварийный режим, либо отключение.
При наличии утечки тока с кабеля лампы 12 и/или цепи лампы 12 на заземление, а также при наличии диодного эффекта в лампе 12 инвертор 6 работает в аварийном режиме. Наличие защиты на основе детектора - датчика напряжения 8 позволяет осуществлять защитное выключение устройства, которое выключает лампу 12, при обнаружении утечки тока с кабеля лампы и/или цепи лампы на заземление или определения диодного эффекта, что повышает надежность и безопасность эксплуатации устройства.
Во входную цепь 3 включен по крайней мере один ограничитель тока 1, шунтируемый ключом 2, управляемый блоком управления 3. В качестве ограничителя тока 1 может быть применен, например, РТС термистор, NTC термистор, резистор. Наличие во входной цепи 3 ограничителя тока 1, позволяет использовать его сопротивление для снижения пусковых токов при подключении устройства к сети, а также использовать его как самовосстанавливающийся предохранитель, при отсутствии шунтирования ключом 2 (когда ключ 2 разомкнут), в период осуществления проверок (проверки утечки с кабеля лампы 12 и/или) цепей лампы 12 на цепь заземления и проверки утечки в кабеле лампы 12 и/или цепей лампы 12) при подаче тестового напряжения на лампу 12. Такой способ позволяет избежать перегрузок и выход устройства из строя при аварийных ситуациях, связанных с наличием указанных утечек. Это увеличивает надежность и безопасность эксплуатации устройства.
Во входную цепь 3 входят два вывода сети: L (Line, Фаза) и N (Neutral, Ноль). В промышленных установках должно подключаться все строго согласно схеме подключения, поэтому достаточным будет подключить один ограничитель тока 1, шунтируемый ключом 2 по выводу L, но строгое соблюдение подключения схемы в этом случае будет обязательным и будет запрещено подавать фазу по выводу N, иначе защита не будет работать должным образом.
При реальной эксплуатации этот момент может не соблюдаться, так как питание может подаваться через штепсельную вилку без соблюдения фазировки. В этом случае предпочтительнее будет устанавливать ограничитель тока 1, шунтируемый ключом 2 по двум выводам сети (L и N), тогда соблюдение фазировки L и N не обязательно. Как к первому, так и ко второму ограничителю тока 1 должен быть параллельно подключен ключ 2, при этом сигнал управления с блока управления 11 на оба ключа 2 будет поступать один и тот же или же ключ 2 может состоять из двух ключей 2, переключаемых одновременно.
Очевидно, что количество ограничителей тока 1, шунтируемых ключом 2, определяется конкретной ситуацией и местом назначения применения устройства, где-то достаточно наличие одного, что будет дешевле и даст более простую конструкцию устройства, а где-то необходимо использовать два, что будет дороже и усложнит конструкцию устройства.
Входная цепь 3 (фиг. 2) может содержать фильтр 3.1, выпрямитель 3.2, корректор коэффициента мощности 3.3, ключи, автоматы, соединители. Ограничитель тока 1, шунтируемый ключом 2, может быть расположен, например, перед фильтром 3.1, после фильтра 3.1, после выпрямителя 3.2.
Во входную цепь 1 могут быть включены, например, датчик напряжения сети 4, позволяющий осуществлять предварительную проверку напряжения сети после включения устройства или к нему может быть добавлен датчик потребляемого тока от сети 5, благодаря чему возможно определять мощность потребления от сети и определять мощность на лампе 12 с учетом КПД устройства. Датчик напряжения сети 4, а также датчик потребляемого тока от сети 5 могут быть расположен, например, перед фильтром 3.1, после фильтра 3.1, после выпрямителя 3.2.
В инвертор 2 может быть добавлен, например, датчик напряжения 9 на лампе 12, позволяющий осуществить контроль и ограничения амплитуды импульса высокого напряжения формируемого для пробоя газоразрядного промежутка в лампе 12; датчик тока 10 на лампе 12 для осуществления стабилизации тока на лампе 12 или мощности на лампе 12 совместно с датчиком напряжения 9; ключ 14 для шунтирования межэлектродного расстояния электродов лампы 12. Устройство может содержать два и более инвертора 6. Блок управления 11 устройства может быть подключен к управляющему устройству 13, в роли которого может выступать, например, компьютер, пульт управления, планшет, для задания параметров устройства и возможности осуществления дистанционного управления.
Схема устройства содержит входную цепь 3, в состав которой последовательно включен ограничитель тока 1, параллельно к которому соединен ключ 2, которые управляются блоком управления 11; с входной цепью 3 последовательно соединен инвертор 6, содержащий емкостной делитель 7, параллельно к которому подключен датчик напряжения 8 емкостного делителя 7, сигналы с которого поступают на блок управления 11.
Устройство работает следующим образом.
Устройство подключают к ламповому блоку 12, после чего производится подача напряжения на устройство, которое включает лампу 12. В случае наличия диодного эффекта на лампе 12 ток в инверторе 6 имеет несимметричную форму. Это приводит к несимметричной работе инвертора 6, что воспринимается датчиком напряжения 8 емкостного делителя 7 инвертора 6. Датчик напряжения 8 передает сигнал на блок управления 11, который переводит устройство в аварийный режим или выключает его, в зависимости от значения полученного с датчика 8 сигнала и заданных в блоке управления 11 допустимых значений напряжений, определяющих выбор блока управления 11. Включенный во входную цепь 3 ограничитель тока 1, шунтируемый ключом 2, управляемый блоком управления 11 при подключении устройства к сети позволяет использовать его сопротивление для снижения пусковых токов, что позволяет избежать перегрузок и выход устройства из строя при возникновении аварийной ситуации, связанной с наличием указанных утечек.
Таким образом, использование предложенного технического решения за счет применения во входной цепи ограничителя тока, шунтируемого ключом, чем снижаются пусковые токи, и применения датчика напряжения емкостного делителя инвертора, позволяющего определять наличие диодного эффекта позволяющего реализовать защиту устройства от перенапряжения или провалов напряжения сети, благодаря чему устройство зажигания газоразрядной лампы становится более надежным и безопасным, что способствует его долгой эксплуатации.