Способ дифференцированной форсировки вывода на рабочий уровень мощности светового потока при включении ртутных ламп
METHOD FOR OUTPUT DIFFERENTIATED ACCELERATION OF LUMINOUS FLUX POWER TO OPERATING LEVEL WHEN MERCURY LAMPS ARE SWITCHED ON

Изобретение может быть использовано для уменьшения времени нагрева и ионизации паров ртути в лампах при их включении, обеспечивающего повышение равномерности мощности ультрафиолетового светового потока за время сеанса облучения на требуемом для потребителя индивидуальном уровне в оборудовании, применяемом в салонах красоты, студиях загара, а также в физиотерапевтических кабинетах медицинских и профилактических учреждений.
Включение ртутных ламп осуществляется подачей на них электрической энергии от питающей сети через пускорегулирующую аппаратуру. На первом временном интервале происходит нагрев электродами наполнителя ламп, переход ртути в лампах из жидкого в парообразное состояние, и ионизация возникших в результате нагрева паров ртути. При этом начальная температура до включения ламп существенно влияет на период времени их выхода в установившийся режим. При включении ламп в начале работы их температура равна температуре окружающей среды и время интервала между включением оборудования с ртутными лампами и их выходом в рабочий режим имеет значительную длительность, сопоставимую по ней с общим временем сеанса облучения. Это приводит к тому, что за время сеанса потребитель получает меньшую запланированной дозу облучения. В этом случае при включении ламп для интенсификации нагрева электродов, испарения и ионизации ртути применяется форсировка этих процессов путем подачи на лампы повышенного напряжения с требуемой для интенсификации процессов длительностью, сокращающего период перехода ламп от начального до рабочего с заданным уровнем мощности светового потока. При использовании ламп в течение рабочего дня возможны фиксируемые таймером паузы между сеансами облучения, при которых температура ламп не успевает снизиться до температуры окружающей среды. Включение ламп в этом случае приводит к сокращению временного интервала на ионизацию паров ртути и к более быстрому выводу их на рабочий уровень, дифференцируя таймером длительность форсировки в соответствии с длительностью паузы охлаждения между выключенным и включенным состоянием ртутных ламп. Изобретение позволяет повысить качество предоставляемой услуги по уровню получаемой дозы облучения ртутными лампами и снизить потребляемое ими количество энергии.
Известен «Способ управления электрической мощностью газоразрядной лампы и устройство для его осуществления» (патент РФ №99115907/09, RU 99115907 А МПК Н05В 41/28 (2000.01), Н05В 37/02 (2000.01) 1999 г.), заключающийся в регулировании длительностей чередующихся открытого и закрытого состояний силового управляемого ключа, отличающийся тем, что упомянутые длительности каждого из состояний задают временем интегрирования суммы трех сигналов: первого сигнала - от датчика величины тока силового управляемого ключа, второго сигнала - от датчика величины напряжения источника питания, и третьего сигнала, равного с обратным знаком среднему за период переключения силового управляемого ключа значению суммы первого и второго сигналов, поступающего от источника сигнала смещения и задающего мощность, потребляемую от источника питания. Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания газоразрядных устройств и, в частности, газоразрядных ламп. Техническим результатом является возможность регулировать электрическую мощность газоразрядной лампы.
Недостаток указанного способа заключается в том, что с помощью его можно регулировать мощность электрической энергии, потребляемой от источника питания, в то время как мощность светового потока в интервал времени от включения лампы до выхода ее на установившийся режим не остается постоянной и не связана пропорционально с потребляемой от источника мощностью электрической энергии, что происходит в ртутных лампах при их включении.
Известен «Способ включения осветительной лампы накаливания в электрическую цепь» (патент РФ №5038803/07, RU 2050652 МПК H01R 33/945 (1995.01), H01K 1/62 (1995.01), 1992 г.) заключающийся в том, что регулируют сопротивление (С) цепи нити накала (НН) в переходном режиме (ПР) путем последовательного подключения дополнительного электрического сопротивления, проявляющего свойства полупроводника с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), таким образом, чтобы в каждый момент времени переходного режима (ПР) обеспечивалось выполнение соотношения Rн+(R1+R2)≥Rн*, где Rн - значение сопротивления нити накала в статическом режиме (в холодном состоянии); R1 и R2 - значения сопротивлений резисторов; Rн* - значение сопротивления нити накала в динамическом режиме работы (в горячем состоянии). Технический результат - увеличение срока службы, предохранение от преждевременного перегорания.
Недостатком указанного способа является то, что во время переходного режима после включения лампы способ ориентирован на уменьшение пускового тока и, тем самым, увеличением времени выхода лампы в установившийся режим, в то время как для ртутных ламп желательно уменьшение интервала времени переходного режима. В то же время рассматриваемый способ не предусматривает учет времени паузы между выключенным и включенным состоянием ламп. В ртутных лампах этот интервал имеет большое значение и должен учитываться.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества предоставляемой услуги по уровню и величине получаемой дозы облучения ртутными лампами и снижение потребляемого ими количества электрической энергии.
Технический результат достигается тем, что при каждом очередном включении ртутных ламп таймер учитывает время паузы охлаждения между включением и предыдущим выключением. Если пауза была больше или равна по длительности времени охлаждения ламп до температуры окружающей среды, то на лампы подается повышенное напряжение, проводящее форсировку нагрева ламп, испарение ртути и ее ионизацию. Таймером же задается длительность форсировки, обеспечивающей интенсификацию процессов нагрева, испарения и ионизации ртути, сокращая переходный режим выхода мощности светового потока ламп на рабочий уровень. Тем самым повышается качество предоставления услуги потребителю по уровню получаемой дозы облучения. Включение ламп при меньшей длительности паузы от предыдущего выключения характеризуется температурой ламп выше температуры окружающей среды и, как следствие, требованием меньшей длительностью форсировки, и которая в соответствие с этим требованием задается таймером.
Способ дифференцированной форсировки вывода на рабочий уровень мощности светового потока при включении ртутных ламп поясняется чертежами, приведенными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 представлена структурная схема системы управления, обеспечивающая форсировку процесса нагрева ламп, испарения и ионизации паров ртути, где:
ПС - питающая электрическая сеть;
ЗУ - задающее устройство режима облучения;
В - выключатель питания установки;
РН - регулятор подаваемого на лампы напряжения;
Т - таймер;
Л - ртутные лампы.
На фиг. 2 представлена зависимость уровня мощности светового потока ртутных ламп от времени при отсутствии и применении форсировки процесса нагрева ламп, испарения и ионизации паров ртути, где:
Ум - уровень мощности светового потока ламп;
Умн - номинальный уровень мощности светового потока ламп;
t - время процесса;
c
t - время сеанса облучения;
1
t - время выхода ламп на номинальный установившийся уровень мощности при отсутствии форсировки;
2
t - время форсировки при начальной температуре ламп, равной температуре окружающей среды;
3
t - время форсировки при начальной температуре ламп, выше температуры окружающей среды;
5
t - момент времени неостывших ламп;
1 - характеристика перехода уровня мощности светового потока при отсутствии форсировки;
2 - характеристика перехода уровня мощности светового потока при форсировке от начальной температуры ламп, равной температуре окружающей среды;
3 - характеристика перехода уровня мощности светового потока при форсировке от начальной температуры ламп, выше температуре окружающей среды;
0,2, 0,4, 0,6, 0,8 - относительный к номинальному уровень мощности светового потока.
На фиг. 3 представлена зависимость напряжения на лампах от времени при отсутствии и применении форсировки, где:
U - напряжение на лампах;
H
U - номинальное напряжение на лампах;
Ф
U - напряжение форсировки;
t - время процесса;
c
t - время сеанса облучения;
1
t - время выхода ламп на номинальный установившийся уровень мощности при отсутствии форсировки;
2
t - время форсировки при начальной температуре ламп, равной температуре окружающей среды;
3
t - время форсировки при начальной температуре ламп, выше температуры окружающей среды;
1 - характеристика изменения напряжения на лампах при отсутствии форсировки;
2 - характеристика изменения напряжения на лампах при применении форсировки с начальной температуры ламп, равной температуре окружающей среды;
3 - характеристика изменения напряжения на лампах при применении форсировки с начальной температуры ламп, выше температуры окружающей среды.
При включении ртутных ламп мощность светового потока устанавливается на номинальном уровне не сразу за счет переходного режима от начального значения до установившегося. Этот переходный режим связан с необходимостью нагрева ламп, испарения ртути и ионизации ее паров. На интервале времени переходного режима средний уровень мощности светового потока при изменении ее по экспоненциальной зависимости не превышает 47% от номинального значения. При длительности переходного режима, сопоставимого с длительностью сеанса облучения, такое снижение мощности приводит к общему уменьшению дозы облучения за время сеанса в целом. При предъявлении претензий потребителя по получению гарантированной дозы облучения за время сеанса оператору установки необходимо будет предварительно прогревать ее перед началом сеанса до вывода мощности светового потока до номинального, что связано с дополнительным расходом получаемой из питающей сети электрической энергии.
Ф
2
н
3
Заявленный способ осуществляется следующим образом: задающее устройство (ЗУ) (фиг. 1) задает на выключатель (В) время включения и время сеанса облучения и на регулятор напряжения (РН) уровень напряжения питания ламп. При включении выключателя (В), через него поступает электрическая энергия от питающей электрической сети (ПС) на регулятор напряжения (РН). Одновременно выключатель (В) дает информацию о времени включения на таймер (Т), который сравнивает время включения с временем предыдущего отключения ламп. При паузе между включением и отключением более или равном времени охлаждения ламп до температуры окружающей среды таймер (Т) в момент включения выдает команду регулятору напряжения (РН) установить на лампах напряжение, равное напряжению форсировки U, (фиг. 3). Длительность интервала времени форсировки t (фиг. 2), за которое лампы выходят на установившийся уровень мощности светового потока, отсчитывается таймером. По завершении этого интервала времени таймер выдает команду регулятору напряжения (РН) установить на лампах номинальное напряжение U (фиг. 2). В случае длительности паузы между выключенным и включенным состоянием ламп, таймер дифференцирует длительность интервала времени форсировки в зависимости от длительности паузы, уменьшая длительность интервала форсировки, например, до t. При этом уменьшение длительности интервала времени форсировки позволяет сократить количество потребляемой от питающей сети (ПС) электрической энергии, повышая энергетические показатели установки с ртутными лампами в целом.
Таким образом, дифференцированная форсировка процесса нагрева ламп, испарения ртути и ионизация ее паров при включении позволяет с помощью таймера, учитывающего длительность паузы охлаждения между выключенным и включенным состоянием ламп, сократить время выхода уровня мощности во время переходного режима на номинальный установившийся уровень.
Предложенный способ дифференцированной форсировки вывода на рабочий уровень мощности светового потока при включении ртутных ламп дает возможность обеспечить потребителей более качественному предоставлению услуги по получению ими гарантированного за время сеанса уровня и дозы облучения, а также снизить количество потребляемой электрической энергии и повысить, тем самым, энергетические показатели установки с ртутными лампами в целом.