ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для зажигания и питания током повышенной частоты газоразрядных ламп высокого давления.
Уровень техники
Известны электронные пускорегулирующие устройства, содержащие преобразователь частоты, выход которого подсоединен к разрядной лампе через последовательно включенную первую обмотку трансформатора. Параллельно разрядной лампе подключен конденсатор. (Березин М.Ю., Ремнев A.M. Электронный пускорегулирующий аппарат для ртутной лампы высокого давления. - Светотехника. 1998. №3. с.7).
Недостатком таких устройств является, низкая экономичность из-за высокой токовой нагрузки преобразователя частоты. Кроме того, используется запуск на резонансной частоте, что приводит к длительным 3-4 кратным перегрузкам по току силовых полупроводниковых приборов и снижает надежность устройства.
Известны электронные пускорегулирующие устройства содержащие, преобразователь частоты, выход 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, низкие экономичность и надежность из-за высокой токовой нагрузки преобразователя частоты.
Наиболее близкое по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятое авторами за прототип является пускорегулирующее устройство, содержащее источник постоянного напряжения, подключенный к двум вершинам питания полумостового инвертора, между которыми в двух смежных плечах установлен емкостной делитель на двух последовательно соединенных конденсаторах, а в других двух смежных плечах по одному ключевому элементу и по одной дополнительной первичной обмотке трансформатора, которые вместе с первичной обмоткой этого трансформатора соединены звездой, при этом дополнительные первичные обмотки подключены к третьей вершине полумостового инвертора одноименными выводами, а первичная обмотка подключена к этой же вершине одним выводом, разноименным относительно маркировки выводов дополнительных первичных обмоток, причем четвертая вершина полумостового инвертора соединена с другим выводом первичной обмотки трансформатора через размыкающую цепь управляемого переключателя и с третьей вершиной через замыкающую цепь управляемого переключателя, при этом газоразрядная лампа подключена через балласт и датчик тока к выводам вторичной обмотки трансформатора, а каждый управляющий вход ключевого элемента подключен к выходу устройства управления. (Самойленко, В.В. Зажигающее устройство для газоразрядных ламп высокого давления / В.В.Самойленко // физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе: сборник трудов - Ставрополь: АГРУС., 2011. - 204 с. (134-137 с.)
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная необходимостью применения помимо двух ключевых элементов с односторонней проводимостью специального переключающего устройства, обладающего двухсторонней проводимостью, выполненного, например, на базе симисторной оптопары. Это снижает уровень унификации элементной базы. Кроме того, при зажигании газоразрядной лампы в известном устройстве снижение числа витков в первичной обмотке трансформатора приводит к снижению ее индуктивного сопротивления и соответствующему повышению потребляемого ею тока, что может привести к разрушению ключевых элементов полумостового инвертора.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого пускорегулирующего устройства, сводится к повышению уровня унификации элементной базы и повышению надежности устройства.
Технический результат достигается с помощью пускорегулирующего устройства, содержащего источник постоянного напряжения, подключенного к двум вершинам питания полумостового инвертора, между которыми в двух смежных плечах установлен емкостной делитель на двух последовательно соединенных конденсаторах, а в других двух смежных плечах по одному ключевому элементу и по одной дополнительной первичной обмотке трансформатора, которые вместе с первичной обмоткой этого трансформатора соединены звездой, при этом дополнительные первичные обмотки подключены к третьей вершине полумостового инвертора одноименными выводами, а первичная обмотка подключена к этой же вершине одним выводом, разноименным относительно маркировки выводов дополнительных первичных обмоток, при этом газоразрядная лампа подключена через балласт и датчик тока к выводам вторичной обмотки трансформатора, а каждый управляющий вход ключевого элемента подключен к выходу устройства управления, при этом в пускорегулирующее устройство введены дополнительное устройство управления и два дополнительных ключевых элемента, каждый из которых подключен параллельно каждому из двух смежных плеч, содержащих ключевой элемент и последовательно соединенную с ним дополнительную первичную обмотку трансформатора, а датчик тока снабжен дополнительным инверсным выходом, при этом прямой выход датчика тока подключен к управляющему входу устройства управления, а инверсный выход датчика тока подключен к управляющему входу дополнительного устройства управления, выход которого подключен к каждому управляющему входу дополнительных ключевых элементов, а другой вывод первичной обмотки трансформатора подключен к четвертой вершине полумостового инвертора.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 дана структурная схема пускорегулирующего устройства.
На фиг.2 дан фрагмент структурной схемы пускорегулирующего устройства с другим вариантом соединения выводов первичных обмоток трансформатора.
Осуществление изобретения
Пускорегулирующее устройство (фиг.1) содержит источник постоянного напряжения 1, подключенный к двум вершинам (на фиг. не обозначены) полумостового инвертора 2, состоящего из емкостного делителя (на фиг.1 не обозначен) на двух последовательно соединенных конденсаторах 3 и 4 одинаковой емкости и двух ключевых элементов 5 и 6, и трансформатора 7. Ключевые элементы 5 и 6 могут быть выполнены в частности на базе полевых транзисторов (например, IRFPC50).
Трансформатор 7 (фиг.2) состоит из первичной обмотки 8, дополнительных первичных обмоток 9, 10 с одинаковым количеством витков и вторичной обмотки 11. Причем, первичная обмотка 8 и две дополнительные первичные обмотки 9, 10 соединены между собой в третьей вершине 12 полумостового инвертора 2. Дополнительные первичные обмотки 9, 10 подключены к третьей вершине 12 конечными выводами, а первичная обмотка 8 подключена к нему же начальным выводом (фиг.1). Дополнительные первичные обмотки 9 и 10 могут быть подключены к третьей вершине 12 начальными выводами, а первичная обмотка 8 подключена к нему же конечным выводом (фиг.2), что не нарушает принцип работы предлагаемого устройства.
Каждый другой вывод дополнительных первичных обмоток 9 и 10 соединен через каждый из ключевых элементов 5 и 6, соответственно, к вершинам питания (на фиг.1 не обозначены) полумостового инвертора 2, к которым подключен выходными клеммами (на фиг.1 не обозначен) источник питания 1 и внешними выводами конденсаторы 3 и 4 емкостного делителя. Другие выводы конденсаторов 3 и 4 емкостного делителя подключены четвертой вершине 13 полумостового инвертора 2.
К четвертой вершине 13 подключена другим выводом первичная обмотка 8 трансформатора 7. Таким образом, два смежных плеча (на фиг. не обозначены) полумостового инвертора 2 образованы конденсаторами 3 и 4 емкостного делителя, а каждое из двух других смежных плеч (на фиг. не обозначены) полумостового инвертора 2 содержит по одному ключевому элементу 5 и 6 и по одной дополнительной первичной обмотке 9 и 10, включенной последовательно с соответствующим выводом ключевых элементов 5, 6.
В схему полумостового инвертора 2 введены два дополнительных ключевых элемента 14 и 15, конструктивно идентичные ключевым элементам 5 и 6.
Один дополнительный ключевой элемент 14 подключен параллельно одному из плеч, содержащему последовательную цепь из ключевого элемента 5 и дополнительной первичной обмотки 9, другой дополнительный ключевой элемент 15 подключен параллельно к другому плечу, состоящему из последовательно соединенных ключевого элемента 6 и дополнительной первичной обмотки 10.
Управляющие входы (на фиг.1 не обозначены) ключевых элементов 5, 6 соединены с соответствующими выходами (на фиг.1 не обозначены) устройства управления 16. При этом дополнительное устройство управления 17 управляющими выходами (на фиг. не обозначены) подключено к соответствующим управляющим входам (на фиг.1 не обозначены) дополнительных ключевых элементов 14, 15.
Газоразрядная лампа 18 подключена к выводам (на фиг.1 не обозначены) вторичной обмотки 11 трансформатора 7 через балласт 19 и датчик тока 20. В качестве балласта 19 могут быть применены индуктивные или емкостные реактивные элементы.
Датчик тока 20 имеет прямой 21 и инверсный 22 выходы. Прямой выход 21 датчика тока 20 подключен к управляющему входу (на фиг.1 не показан) дополнительного устройства управления 17, а инверсный выход 22 датчика тока 20 подключен к управляющему входу (на фиг 1 не обозначен) блока управления 16. В качестве чувствительного элемента датчика тока 20 можно использовать измерительный трансформатор тока (на фиг.1 не показан).
Пускорегулирующее устройство работает следующим образом.
Газоразрядная лампа 18 не горит, ток в ее цепи отсутствует, и на прямом выходе 21 датчика тока 20 будет сигнал низкого уровня, что блокирует включение устройства управления 16.
На инверсном же выходе 22 датчика тока 20 в это время присутствует сигнал высокого уровня, который, поступая на управляющий вход дополнительного устройства управления 17, переводит его в режим генерации импульсов высокой частоты. Данные высокочастотные импульсы, поочередно поступают на дополнительные ключевые элементы 14, 15 полумостового инвертора 2, что вызывает их потактовое срабатывание.
Допустим, в первом такте сработал дополнительный ключевой элемент 14, а дополнительный ключевой элемент 15 закрыт. Конденсатор 3 разряжается через первую вершину, дополнительный ключевой элемент 14, третью вершину 12, первичную обмотку 8 и четвертую вершину 13.
В следующем такте срабатывает дополнительный ключевой элемент 15, а дополнительный ключевой элемент 14 возвращается в закрытое состояние. В этом случае, через четвертую вершину 13, первичную обмотку 8, третью вершину 12, дополнительный ключевой элемент 15 и вторую вершину потечет ток разряда конденсатора 4, при этом направление тока через первичную обмотку 8 изменится на противоположное, по сравнению с предыдущим тактом.
Коэффициент трансформации первичной обмотки 8 и вторичной обмотки 11 трансформатора 7 выбирается из условия, что для зажигания газоразрядной лампы высокого давления 20 необходимо подать на нее напряжение от 2 до 3 кВ (в зависимости от типа газоразрядной лампы).
При надлежащем выборе параметров трансформатора 7, этот режим обеспечит зажигание газоразрядной лампы высокого давления 18.
При зажигании газоразрядной лампы 18 на выводах датчика тока 21 сигналы станут иными. На прямом выходе 21 появится сигнал высокого уровня на инверсном выходе 22 - низкого. Это вызовет остановку генерации импульсов в устройстве управления 17 и переведет в режим генерации устройство управления 16.
При отсутствии импульсов на управляющих входах ключевых элементов 14 и 15, последние переходят в закрытое состояние и в работе полумостового инвертора 2 не участвуют.
Поочередное открытие и закрывание ключевых элементов 5 и 6 продолжит работу полумостового инвертора 2 по вышеописанной последовательности. Но теперь при открывании, например, ключевого элемента 5 конденсатор 3 будет разряжаться не только через первичную обмотку 8, но и через дополнительную первичную обмотку 9. При открывании ключевого элемента 6 и закрывании ключевого элемента 5 конденсатор 4 разряжается в обратном направлении через первичную обмотку 8 и дополнительную первичную обмотку 10.
При таком режиме работы полумостового инвертора 2 коэффициент трансформации трансформатора 7 снижается за счет потактового подключения к первичной обмотке 8 дополнительных первичных обмоток 9, 10 трансформатора 7. Напряжение на вторичной обмотке снижается пропорционально снижению коэффициента трансформации и достигает номинального значения. (К примеру, для ДНаТ100 - 100 В).
Частота генерации управляющих импульсов дополнительного устройства управления 17 устанавливается выше частоты генерации устройства управления 16. Поэтому трансформатор 7 в режиме зажигания газоразрядной лампы 12 работает на более высокой частоте, чем в режиме ее горения. Эта разница в частотах компенсирует уменьшение индуктивности первичной цепи трансформатора 7 и снижает токовую нагрузку на ключевых элементах 14 и 15, что повышает надежность устройства.
Для исключения появление сквозного тока в случае одновременного открытия ключей 14 и 15 в режиме зажигания газоразрядной лампы 18 или ключевых элементов 5 и 6 в режиме горения газоразрядной лампы 18, устройства управления 16 и 17 должны генерировать тактирующие импульсы, поступающие на управляющие входы ключевых элементов 5 и 6 и дополнительных ключевых элементов 14 и 15, разведенные во времени «мертвой» паузой (dead time).
Эта задача решается общеизвестными средствами. Например, за счет применения в качестве управляющих устройств 16 и 17 специализированных микросхем (К примеру, UC3825), предназначенных для управления ключевыми элементами на базе полевых транзисторов.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- Повышенный уровень унификации элементной базы;
- Высокая надежность устройства, обусловленная сниженной токовой нагрузкой полумостового преобразователя в режиме зажигания газоразрядной лампы высокого давления.