СИСТЕМА ПИТАНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП
FEED SYSTEM OF GAS-DISCHARGE LAMP

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии постоянного или переменного тока в электрическую резонансную повышенной частоты и последующего использования для питания газоразрядных ламп для освещения улиц, зданий и подземных сооружений.
Недостатками известного устройства являются низкий КПД светильника и потери энергии в соединительных проводах при передаче энергии на большие расстояния. Другим недостатком является возможность короткого замыкания соединительных проводников.
Известен шахтный светильник, в котором используют светодиоды. Такой светильник имеет высокий КПД преобразования электрической энергии в световую 50…70% (см. Шахтный светильник индивидуального использования. Патент №2187039, опубл. 10.03.2002, бюл. №22).
Недостатками известного светильника являются потери электрической энергии в проводниках линии и высокая стоимость арматуры светильника, в которой закрепляются светодиоды. Другим недостатком является опасность короткого замыкания в проводах линии, что может вызвать взрыв горючего газа.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный светильник, содержащий солнечную батарею, аккумулятор электрической энергии, контроллер заряда, инвертор, трансформатор, электрическую линию и светильники на основе скоммутированных светодиодов (патент РФ №2241176, опубл. 27.11.2004, бюл. №33). В известном светильнике инвертор выполнен в виде преобразователя частоты, соединенного с высокочастотным повышающим резонансным трансформатором, внутренний высокопотенциальный вывод высоковольтной обмотки трансформатора соединен с однопроводной линией, к линии подсоединены параллельно или последовательно светильники, состоящие из двух включенных встречно светодиодов, к линии светильники подсоединены параллельно, одним выводом к высоковольтной линии, второй вывод каждого светильника соединен с естественной емкостью в виде изолированного проводящего тела.
Недостатком известного устройства является то, что его невозможно использовать для питания газоразрядных ламп.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение стоимости системы питания газоразрядных ламп, потерь энергии в соединительных проводах, предотвращение короткого замыкания в линии и увеличение расстояний передачи электрической энергии от источника энергии до светильника.
В результате использования предлагаемого изобретения снижаются потери энергии и стоимость системы питания ламп, а также увеличивается расстояние передачи электрической энергии от источника энергии до светильника.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой системе питания газоразрядных ламп, содержащей светильники на основе газоразрядных ламп низкого давления, источник питания, преобразователь частоты, резонансный контур или резонансный трансформатор и однопроводниковую линию, преобразователь частоты соединен или с последовательным резонансным контуром, который состоит из емкости и индуктивности, при этом средний вывод резонансного контура соединен с однопроводниковой линией, или с резонансным трансформатором, высоковольтный вывод которого соединен с однопроводниковой линией, к которой подсоединены параллельно одним из электродов n ламп (n=1, 2, 3…), второй электрод каждой лампы соединен с естественной емкостью в виде изолированного проводящего тела.
В другом варианте системы питания газоразрядных ламп низкого давления для подогрева нитей накала (электродов) ламп и улучшения ионизации газа цепи питания газоразрядной лампы соединены с емкостью.
Еще в одном варианте системы питания газоразрядных ламп низкого давления в качестве источника света применена лампа низкого давления с холодными катодами.
В другом варианте системы питания газоразрядных ламп низкого давления однопроводниковая линия соединена с естественной емкостью через высоковольтную обмотку понижающего резонансного трансформатора, один вывод каждого из двух электродов газоразрядной лампы присоединен к низковольтной обмотке понижающего трансформатора, а вторые выводы каждого из двух электродов лампы соединены между собой емкостью.
Еще в одном варианте системы питания газоразрядных ламп низкого давления однопроводниковая линия соединена с естественной емкостью через высоковольтную обмотку понижающего резонансного трансформатора, а выводы газоразрядной лампы присоединены к низковольтной обмотке понижающего трансформатора через электронное пускорегулирующее устройство.
В другом варианте системы питания газоразрядных ламп низкого давления однопроводниковая линия соединена с естественной емкостью через высоковольтную обмотку понижающего резонансного трансформатора, а выводы газоразрядной лампы присоединены к низковольтной обмотке понижающего трансформатора через токозадающий дроссель.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1-9.
На фиг.1 представлена общая схема подключения светильников к однопроводной линии с использованием резонансного контура.
На фиг.2 представлены два параллельно подключенных светильника, каждый из которых состоит из газоразрядной лампы низкого давления и естественной емкости.
На фиг.3 представлены два параллельно подключенных светильника, каждый из которых состоит из газоразрядной лампы низкого давления с дополнительной емкостью для подогрева нитей накала лампы и одной естественной емкости.
На фиг.4 представлены два параллельно подключенных светильника, каждый из которых состоит из газоразрядной лампы низкого давления с дополнительной емкостью для подогрева нитей накала, понижающего трансформатора и одной естественной емкости.
На фиг.5 представлены два параллельно подключенных светильника, каждый из которых состоит из газоразрядной лампы низкого давления, электронного пускорегулирующего устройства, понижающего трансформатора и одной естественной емкости.
На фиг.6 представлены два параллельно подключенных светильника, каждый из которых состоит из газоразрядной лампы низкого давления, токозадающего дросселя, дополнительной емкости для подогрева нитей накала, понижающего трансформатора и одной естественной емкости.
На фиг.7 представлены два параллельно подключенных светильника, каждый из которых состоит из газоразрядной лампы низкого давления с холодными катодами, двух дополнительных резисторов для ионизации газа дополнительных катодов и одной естественной емкости.
На фиг.8 представлен пример исполнения системы питания ламп, в которой в каждом светильнике установлено по три последовательно включенных лампы.
На фиг.9 представлен пример исполнения системы питания ламп, в которой в каждом светильнике установлено по одной лампе с электронным пускорегулирующим устройством.
Система питания газоразрядных ламп содержит источник питания 1, преобразователь частоты 2, резонансный контур 3, 4, 5, однопроводниковую линию 6, естественную емкость 7, светильники 8.
При этом преобразователь частоты 2 соединен с последовательным резонансным контуром, который состоит из емкости 3 и индуктивности 4, при этом средний вывод резонансного контура 5 соединен с однопроводниковой линией 6, светильники 8 одним выводом соединены с естественной емкостью 7, вторым выводом соединены с однопроводниковой линией.
На фиг.1 электрическая энергия от источника питания (солнечной батареи, аккумулятора, электрической сети и т.п.) 1 подается на преобразователь частоты 2, затем на последовательный резонансный контур, состоящий из конденсатора 3 и высокочастотного высоковольтного дросселя 4 с ферритовым сердечником или без него. Средний вывод резонансного контура соединен с однопроводной линией 6 с параллельно соединенными светильниками 8. Каждый светильник на основе газоразрядной лампы соединен одним выводом с однопроводной линией, а другим выводом с естественной емкостью 7 в виде изолированного проводящего тела.
Ток через газоразрядные лампы задается естественной емкостью, напряжением и частотой резонансного контура.
На фиг.2 и 8 собственно светильник 8 содержит газоразрядную лампу низкого давления 39, соединенную с естественной емкостью 7 или емкостью 41.
Выводы 9 и 10 электрода 11 лампы 8 соединены между собой и с однопроводной линией 6. Выводы 12 и 13 электрода 14 лампы 8 соединены между собой и с естественной емкостью 7.
На фиг.3 выводы 9 и 12 соединены с емкостью 15, что обеспечивает подогрев нитей накала электродов 11 и 14. Вывод 10 лампы 8 соединен с однопроводниковой линией 6, а вывод 13 лампы 8 соединен с естественной емкостью 7.
На фиг.4 электрическая энергия от источника энергии 1 поступает на преобразователь частоты 2 и затем через емкость 3 на высокочастотный резонансный трансформатор 16. Низковольтная обмотка 17 трансформатора 16 и емкость 3 образуют последовательный резонансный контур. Емкость 3 может отсутствовать, при этом ее роль выполняет собственная емкость низковольтной обмотки 17. Высоковольтная обмотка 18 трансформатора 16 соединена своим выводом 19 с однопроводниковой линией 6. Низкопотенциальный вывод 20 высоковольтной обмотки 18 соединен с землей 21 через емкость 22.
Газоразрядная лампа 8 соединена с однопроводниковой линией 6 через понижающий высокочастотный резонансный трансформатор 23. Высоковольтная обмотка 24 соединена высокопотенциальным выводом 25 с однопроводниковой линией 6, а низкопотенциальным выводом 26 с естественной емкостью 7. Низковольтная обмотка 27 соединена с выводами 10 и 13 лампы 8. Выводы 9 и 12 соединены с емкостью 15 аналогично фиг.3.
На фиг.5 и 9 понижающая обмотка 27 понижающего трансформатора 23 соединена с газоразрядной лампой через электронное пускорегулирующее устройство 28.
На фиг.6 понижающая обмотка 27 понижающего трансформатора 23 соединена с газоразрядной лампой через токозадающий дроссель 38, выводы 9 и 12 соединены с емкостью 15 аналогично фиг.3.
На фиг.7 газоразрядная лампа 29 с холодными катодами 30 присоединена выводом 31 к однопроводниковой линии 6 и другим выводом 32 к естественной емкости 7. Выводы 33 и 34 дополнительных катодов 35 и 36 соединены резисторами 37 для ионизации газа в лампе 29.
Система питания газоразрядных ламп низкого давления работает следующим образом.
Электрическая энергия от электрической сети, солнечной батареи, аккумуляторной батареи и т.п. 1 подается на преобразователь частоты 2, затем через конденсатор 3 или без него на низковольтную обмотку 17 повышающего высокочастотного резонансного трансформатора 16 (фиг.4-6, 8) или на последовательный резонансный контур, состоящий из конденсатора 3 и высоковольтного дросселя 4 (фиг.1-3, 9). Высоковольтная обмотка 18 высокочастотного резонансного трансформатора своим высоковольтным выводом соединена однопроводной линией 6 с параллельно соединенными светильниками 8. Низкопотенциальный вывод высоковольтной обмотки 18 трансформатора 16 заземлен через конденсатор 22 или без него. Резонансная частота высокочастотного резонансного трансформатора 16 или контура составляет 1…100 кГц. Напряжение однопроводной линии 6 0,5…10 кВ. Каждый светильник на основе газоразрядной лампы 8 соединен одним выводом с однопроводной линией 6, а другим выводом с естественной емкостью 7 в виде изолированного проводящего тела или с конденсатором 41.
Электромагнитная энергия в виде потока волн тока и напряжения (фиг.1-3) перемещается от вывода с высоким потенциалом 5 через светильники 8 к естественной емкости 7 с более низким потенциалом вдоль эквипотенциальных линий кулонова электрического поля. За счет разности потенциалов происходит ионизация газа внутри газоразрядных ламп и пробой промежутка между электродами 11 и 14 катодов. Через лампу происходит движение электрического тока, вызывающего ионизацию газа и свечение люминофора. На фиг.3 для улучшения ионизации газа применен дополнительный конденсатор 15, вызывающий подогрев электродов 11-14 газоразрядной лампы 8. Ток через однопроводниковую линию 6 равен сумме токов всех светильников 8. В каждом светильнике 8 можно использовать несколько последовательно включенных ламп (фиг.8) при напряжении однопроводниковой линии 6, достаточном для ионизации заданного количества ламп 39. На фиг.4 высокое напряжение линии 6 понижается трансформатором 23 до необходимого для ионизации газа лампы 39. На фиг.5, 9 высокое напряжение линии 6 понижается трансформатором 23 до необходимого для питания электронного пускорегулирующего устройства 28, содержащего входной выпрямитель и преобразователь напряжения. На фиг.6 напряжение линии 6 понижается трансформатором 23 до необходимого для ионизации газа в лампе 39, конденсатор 15 питает подогрев катодов, а дроссель 38 задает ток в лампе. Ток, необходимый для питания последних трех схем светильника 8, меньше тока, потребляемого лампой 8, согласно коэффициенту трансформации понижающего трансформатора 23. Поэтому к линии 6 можно подключать большее количество светильников 8 при таком же токе линии. На фиг.7 применены газоразрядные лампы 29 с холодными катодами 35 и 36, у которых полная ионизация газа происходит при меньшем рабочем токе.
Пример 1 выполнения системы питания газоразрядных ламп.
К источнику электрической энергии 1 (фиг.8) присоединен преобразователь частоты 2, включающий в себя резонансный трансформатор с резонансной частотой 25 кГц и выходным напряжением 1500 В, у которого входная низковольтная обмотка содержит 42 витка, высоковольтная обмотка содержит 1300 витков.
К выходу преобразователя подключена однопроводниковая линия 6, к которой параллельно подсоединены три светильника 8, каждый из которых состоит из последовательно включенных ламп низкого давления 39 типа ЛДЦ-20, один вывод первой лампы подключен к однопроводниковой линии, второй вывод третьей лампы через конденсатор 41 подключен к естественной емкости в виде металлической опоры 38. Над лампами 39 расположен отражатель 40, направляющий световой поток в нужную сторону и одновременно защищающий лампы и контактные соединения от осадков и механических воздействий.
Напряжение 1500 В ионизирует три последовательно включенные лампы. Конденсатор 41 подбирается таким, чтобы ток, проходящий через лампы, соответствовал их номинальному току.
Пример 2 выполнения системы питания газоразрядных ламп.
К источнику электрической энергии 1 (фиг.9) подключен преобразователь частоты 2 и резонансный контур 5 с резонансной частотой 5 кГц и выходным напряжением 1300 В, состоящий из высоковольтного дросселя 4 с индуктивностью 15 мГн и конденсатора 3 емкостью 67 нф.
К выходу резонансного контура 5 подключена однопроводниковая линия 6, к которой параллельно подсоединены светильники 8, установленные на металлической опоре 38, обратный преобразователь подключен к компактной люминесцентной лампе 44 типа КЛЛ-15. Обратный преобразователь состоит из трансформатора 23, выпрямительных диодов 42, конденсатора 43 и конденсатора 41. Высокопотенциальный вывод высоковольтной обмотки трансформатора подключен к однопроводниковой линии, низкопотенциальный вывод высоковольтной обмотки подключен к металлической опоре 38 через конденсатор 41. Низковольтная обмотка трансформатора подключена к выпрямителю, состоящему из диодов 42 и конденсатора 43. Выпрямленное напряжение 220 В подключается к компактной люминесцентной лампе 44 типа КЛЛ-15 мощностью 15 Вт, имеющей встроенное электронное пускорегулирующее устройство. Над лампами расположен отражатель 40, направляющий световой поток в нужную сторону и одновременно защищающий лампу, обратный преобразователь и контактные соединения от осадков и механических воздействий.
Преимущество предлагаемой системы заключается в снижении стоимости системы питания газоразрядных ламп, снижении потерь энергии, предотвращении короткого замыкания в линии и увеличении расстояний передачи электрической энергии от источника энергии до светильника.