ЭЛЕКТРОННОЕ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП

Полезная модель относится к электротехнике, преимущественно к электронным пускорегулирующим аппаратам для питания газоразрядных ламп, в частности, ультрафиолетовых (УФ) люминесцентных ламп.
Работа газоразрядной лампы, ее срок службы в большой степени зависит от надежности работы пускорегулирующего устройства и, в частности, работы указанного устройства в момент запуска (поджига) лампы. От того, насколько плавно, оптимально приближенно к собственной характеристике лампы, может быть запущена лампа в режим свечения, будет зависеть дальнейшая стабильность работы и, в конечном итоге, срок службы лампы.
Известные на данный момент пускорегулирующие устройства (ПРУ) делятся на две основные категории.
Дроссельные ПРУ (ДПРУ) обеспечивают прогревание нитей лампы, но время прогревания и, соответственно, температура прогревания нитей от запуска к запуску значительно изменяются и зависят от параметров применяемого стартера, напряжения сети питания, износа нитей лампы. Все это приводит либо к частично «холодному» поджигу лампы, либо к перегреву нитей. В обоих случаях ресурс лампы значительно сокращается. Поджиг в ДПРУ осуществляется за счет энергии, накопленной в дросселе во время прогревания нитей лампы. В зависимости от износа лампы напряжение, которое требуется для уверенного поджига, изменяется в широких пределах.
ДПРУ не обеспечивают регулирования напряжения поджига, что приводит либо к поджигу лампы с многократно увеличенным током, либо к повторному и/или многократному запуску, что также значительно сокращает ресурс лампы.
В рабочем состоянии падение напряжения на лампе изменяется в широком диапазоне в зависимости от степени износа лампы. Из-за того, что ДПРУ не регулирует напряжение/ток через лампу, лампа работает в перенапряженном режиме или с мощностью, ниже паспортной. Это приводит к быстрому старению лампы, изменению яркости ламп дневного света (ЛДС), а при использовании бактерицидных или УФ ламп для загара невозможно контролировать мощность УФ излучения. Также при использовании УФ ламп нужно вести учет работы лампы для своевременной замены отработавшей свой ресурс. Использование дроссельного пускорегулирующего устройства для питания ультрафиолетовых ламп при изменении напряжения и частоты сети питания приводит к ослаблению бактерицидного излучения, и/или к режиму работы при превышении напряжений, что сокращает срок службы лампы.
Известные электронные пускорегулирующие устройства (ЭПРУ) устраняют некоторые недостатки ДПРУ, но имеют свои недостатки.
Большую часть известных ЭПРУ составляют системы с «холодным пуском». В них поджиг лампы осуществляется за счет повышенного напряжения, которое во много раз сокращает ресурс лампы. Использование таких ЭПРУ оправданно только там, где включения/выключения ламп осуществляется очень редко (не более 1-2 раз в сутки, например, в лампах дневного света). Как правило, в таких ЭПРУ не контролируется напряжение/ток лампы,
что приводит к значительным изменениям яркости ЛДС или мощности УФ излучения.
В других ЭПРУ используется «теплый пуск», то есть поджиг с предварительным прогреванием нитей накала лампы. При этом время/ток прогревания изменяется в широких пределах, напряжение/ток через лампу поддерживается на некотором среднем уровне. Преимущество таких ЭПРУ состоит в отсутствии мерцания ЛДС, быстром поджиге ламп и снижении веса/габаритов пускорегулирующих устройств.
Одним из известных аналогов заявленного устройства является электронное пускорегулирующее устройство для питания газоразрядных ламп, которое содержит блок питания с источником постоянного тока, инвертор, стартовый генератор тока, индуктивно-емкостной балластный круг и узел поджига газоразрядных ламп (см., например, патент RU 2094964). Указанное пускорегулирующее устройство обеспечивает питание газоразрядных ламп, однако в ряде случаев, например, при снижении напряжения ниже допустимой границы, не обеспечивается необходимая надежность работы лампы.
Как уже отмечалось, на надежность работы и электропотребление пускорегулирующего устройства существенное влияние оказывает режим работы устройства в период запуска (поджига) лампы и контроль режима работы лампы в процессе режима свечения ламп.
Решение этой проблемы предложено в патенте RU №2175618, который является ближайшим аналогом к заявленной полезной модели. В патенте RU №2175618 раскрыто электронное
пускорегулирующее устройство для питания газоразрядных (люминесцентных) ламп, содержащее блок питания, к которому подключены инвертор, снабженный блоком управления и генератором, последовательный резонансный (колебательный) контур, образованный дросселем, конденсаторами и накальным трансформатором, связанным с электродами газоразрядных ламп, датчик увеличения напряжения на лампах, датчик уменьшения напряжения на лампах, датчик напряжения на внутренних накалах ламп, датчик обрыва нижнего накала ламп, сумматор, соединенный со всеми датчиками. В случае отклонения рабочих характеристик напряжения на лампах инвертор по сигналу сумматора отключается.
В указанном устройстве организация процесса поджига, а именно использование стартового генератора в совокупности с контролем и последовательным отключением стартового генератора при запуске высокочастотного выпрямителя, позволяет практически полностью исключить выход из строя ламп при нарушении заданного режима работы пускорегулирующего аппарата, а также предотвратить выход из строя элементов самого пускорегулирующего аппарата.
Однако в известном устройстве прогревание нитей накала осуществляется фиксированным напряжением, которое в отличие от стабилизации тока, не позволяет осуществить оптимальное прогревание при износе нитей накала лампы, что может привести или к недостаточному нагреву и, соответственно, к холодному старту лампы, или к перегреву нитей и их преждевременному износу. В обоих случаях сокращается рабочий ресурс лампы. Также в известном аппарате поджиг осуществляется при некотором заранее заданном напряжении, величина которого выбрана так, чтобы
напряжение было достаточным для поджига лампы с износом, близким к 100%. Из-за этого поджиг новой лампы осуществляется с многократной перегрузкой по току, что существенно снижает рабочий ресурс лампы.
В основу полезной модели поставлена задача увеличения ресурса газоразрядных ламп, в частности, газоразрядных ламп низкого давления, а более конкретно, бактерицидных ультрафиолетовых ламп, путем регулирования процесса поджига лампы, адаптированного к паспортной характеристике конкретной лампы и параметрам сети питания.
Поставленная задача решается тем, что электронное пускорегулирующее устройство для газоразрядной лампы, содержащее последовательный колебательный контур, связанный с электродами лампы, согласно заявленному, содержит блок накачки (БН), включающий указанный колебательный (резонансный) контур, фильтр импульсных помех (ФИП), выход которого соединен с первым входом преобразователя напряжения с коррекцией фактора мощности (ПНКФМ), первый выход которого соединен с программируемым генератором (ПГ), второй выход соединен с первым входом блока накачки (БН), третий выход соединен с блоком контроля (БК), первый выход ПГ соединен со вторым входом блока накачки, выходы которого соединены с блоком контроля, выход которого соединен с ПГ, а второй выход ПГ соединен с ПНКФМ.
На сопровождающем чертеже изображена блок-схема заявленного устройства, которое содержит фильтр 1 импульсных помех (ФИП), преобразователь 2 напряжения с коррекцией фактора мощности(ПНКФМ), программируемый генератор (ПГ) 3, блок 4
контроля (БК), блок 5 накачки (БН), лампу 6.
Устройство работает следующим образом.
Сетевое напряжение поступает в фильтр 1 импульсных помех (ФИП), затем отфильтрованное напряжение выпрямляется и поступает в преобразователь 2 напряжения с коррекцией фактора мощности (ПНКФМ). ПНКФМ 2 состоит из силового ключа и дросселя (не показаны) с обмоткой обратной связи. Программируемый генератор (ПГ) 3 управляет частотой и заполнением импульсов, поступающих на силовой ключ, по величине напряжения на обмотке обратной связи и напряжения на выходе ПНКФМ 2. На выходе ПНКФМ 2 поддерживается постоянное напряжение 400 В, которое поступает в блок 4 накачки (БН), состоящий из силовых ключей и последовательного резонансного контура (не показаны). ПГ3 изменяет частоту импульсов, которые поступают на силовые ключи БН 5, в соответствии с программой. В зависимости от частоты изменяется и напряжение, которое поступает через резонансный контур на лампу 6. Программа задается резисторами и конденсаторами (не показаны), исходя из паспортных данных лампы. Блок 4 контроля (БК) измеряет ток через все силовые ключи устройства (в ПНКФМ и БН) и в случае превышения запрограммированных величин запрещает работу ПГ3. Также БК4 измеряет высокочастотное напряжение на лампе 6 для коррекции частот ПГ3 и запрета работы ПГ3 в случае 100% износа лампы.
Предложенное ЭПРУ отличается от известного пускорегулирующего устройства по RU 2094964 тем, что поджиг лампы осуществляется не на резонансной частоте колебательного контура или вблизи резонансной частоты, а на нисходящей части
характеристики колебательного контура, причем частота в процессе поджига непрерывно изменяется от максимальной частоты (~200 кгц) к частоте резонанса (~80 кгц), за счет чего поджиг осуществляется минимально возможным напряжением. Таким образом, напряжение поджига изменяется от запуска к запуску с учетом факторов старения лампы, температуры лампы и износа нитей накала, что обеспечивает щадящий режим поджига и продлевает срок службы ламп. В рабочем режиме контролируется не только отклонение напряжения на лампе, но и ток через лампу, что позволяет корректировать рабочую частоту, чтобы не допустить работу лампы с повышенной или пониженной мощностью относительно заданной. Также в заявленном ЭПРУ используется преобразователь напряжения с активной коррекцией фактора мощности, что обеспечивает только активное потребление из питающей сети при напряжении в диапазоне от 90 до 265 В и высокий КПД устройства (96-99%). В случае выхода лампы из строя ЭПРУ не осуществляет попыток повторного запуска, что обеспечивает чрезвычайно малое потребление от питающей сети, до 1 мА.
Таким образом, при использовании предложенного электронного пускорегулирующего устройства возможно обеспечить стабильную работу ламп, что в особенности важно для УФ ламп, в диапазоне напряжений питания от 90 до 265 вольт, при этом частота переменного тока электрической сети не влияет на работу ламп, возможные скачки напряжения не приводят к выходу из строя ни ЭПРУ, ни лампы. ЭПРУ управляет током высокой частоты (30-150 кГц), который проходит через лампу и контролирует напряжение на ней, достигая оптимальных параметров, соответствующих
израсходованному ресурсу лампы. Этим достигается значительное увеличение ресурса лампы и стабильности УФ излучения. При исчерпании ресурса лампы или выходе лампы из строя система защиты выключит питание лампы. По сравнению с дроссельными ПРУ упрощается диагностика возможных неисправностей из-за отсутствия последовательно включенных узлов: УФ лампа, дроссель, стартер, конденсатор. Выход из строя любого из указанных узлов в дроссельном ПРУ можно диагностировать только поочередной заменой узлов, а в заявленной полезной модели ЭПРУ возможна замена только лампы, которая отработала свой ресурс.
Прогревание нитей лампы осуществляется током, который отвечает паспорту лампы, время прогрева нитей стабильно. Поджиг лампы осуществляется не импульсом высокого напряжения, а плавным нарастанием напряжения только к моменту поджига лампы, после этого ЭПРУ немедленно переходит в рабочий режим. При этом ток/напряжение лампы меняется соответственно степени износа лампы и поддерживается излучаемая мощность на уровне, указанном в паспорте, что гарантирует продолжительный срок работы лампы. На всех этапах работы непрерывно контролируется состояние всех узлов ЭПРУ и лампы. В случае полного износа лампы ЭПРУ выключается и не позволяет эксплуатировать непригодную лампу, что особенно актуально при использовании бактерицидных УФ ламп. Также, при использовании предложенного ЭПРУ совместно с ЛДС отсутствует мерцание лампы, что не приводит к утомляемости зрения.
Таким образом, предложенная полезная модель за счет внедрения «мягкого» режима регулирования запуска,
адаптированного к характеристикам газоразрядной лампы и показателям сети питания обеспечивает указанные выше преимущества, многократное увеличение срока службы ламп, стабильность яркости ЛДС и мощности излучения УФ ламп, отсутствие мерцания ЛДС, невозможность эксплуатации ламп, которые отработали свой ресурс. Предложенное устройство работает в диапазоне напряжений сети питания 90-265 В и на частоте от 0 до 500 Гц имеет КПД до 97-99%, широкий диапазон рабочих напряжений 90-265 В, 0-500 Гц, активное потребление электроэнергии при этом составляет 0,97-0,99.
Применения ЭПРУ уменьшает потребление электроэнергии по сравнению с дроссельной системой более чем на 60% и обеспечивает потребление электроэнергии без сдвига фазы тока в электрической сети (поскольку фактор мощности равняется 0,97-0,99), что благоприятно сказывается на качестве электроэнергии в сети питания и отвечает стандарту Европейского Союза IEC 6100-3-2.