СХЕМА ДЛЯ ПИТАНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ

СХЕМА ДЛЯ ПИТАНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ
Полезная модель относится к области электротехнике, а именно к схемам зажигания и нитания газоразрядных осветительных ламп переменного тока с постоянной составляющей без вспомогательного пускового электрода и может быть использована в комбинации со стандартной пуско-регулирующей аппаратурой (ПРА).
Известна схема питания электроразрядной лампы от емкостно-индуктивного балласта, содержащая, включенные последовательно лампе, балластный конденсатор и насыщенный балластный дроссель (см. например Фугенфиров М.Н. Электрические схемы с газоразрядными лампами. М.: Энергия, 1974. с. 281, рис. 4.18,6).
Недостатками данной схемы являются трудности зажигания ламп при пониженных напряжениях сети. При изменении напряжения сети меняется
отношение номинального напряжения на лампе к номинальному напряжению питающей сети, что приводит к нарушению работы лампы, с появлением режима с токовыми паузами.
Лампа является нелинейным активным элементом, поэтому в цепи возникают искажения в виде высших гармонических составляющих тока, повышающих тепловые потери в ПРА и понижающих к.п.д. до 60-70%. В данной схеме реализуется последовательная компенсация реактивной мощности, путем
последовательного включения балластного конденсатора в цепь лампы, для которой характерно повышение тока лампы сверх номинального, замедленный пуск лампы и сокращение срока службы лампы. В данной схеме лампа питается переменным током при сетевом напряжении ограниченном емкостным и индуктивным балластом. При наличии в цепи индуктивности между током и напряжением появляется сдвиг фаз, при переходе тока через ноль напряжение источника равно нулю и при достаточной индуктивности происходит пережигание разряда в лампе. Но при этом данная схема не обеспечивает надежного зажигания лампы при низком напряжении сети и низкой температуре окружающей среды. Другим недостатком является возможность протекания тока в цепи балласта, превышающего номинальный ток лампы и ПРА, например, в случае затягивания процесса пуска лампы или ее не зажигания, а также отсутствие защиты балластного дросселя от перегрузки при аварийном горении лампы.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является схема для питания электроразрядной лампы, содержащая включенные в сеть, последовательно с лампой, балластный конденсатор с щунтирующим его резистором, и балластный дроссель, а также диод, включенный параллельно лампе между балластными конденсатором и дросселем (заявка ФРГ .f 3603084, НО5В 41/232, опубл. 06.08.1987).
Недостатками известной схемы являются трудности зажигания газоразрядных ламп при пониженных напряжениях сети и низких температурах окружающей
среды. В данной схеме возникают отрицательные эффекты, связанные с работой лампы переменного тока на напряжении с высокой долей постоянной составляющей. При этом возникают явления катофореза, приводящие к снижению светового потока, к ускоренному старению и износу электродов. Ограничение постоянной составляющей с помощью активных сопротивлений повышает потери .на ПРА. Ток, проходящий через горелку газоразрядной лампы высокого давления, превышает установивщейся рабочий ток лампы почти вдвое, поэтому наблюдается повыщенный износ электродов вследствие ненормированной эрозии. При глубоком снижении питающего напряжения схема не обеспечивает зажигания лампы, и в рабочем режиме схема имеет низкие энергетические характеристики из-за значительных потерь мощности в емкостном балласте. Кроме того, напряжение зажигания ламп высокого давления увеличивается за счет «старения электродов и загрязнения поверхности электродов металлами, находящимися в разряде, которые оседают на электродах через несколько секунд после отключения лампы, в результате быстрого остывания электродов, поэтому увеличивается время перезажигания и непроизводительные потери на лампе. Для данной схемы время разгорания лимитировано длительностью периода перезажигания при каждом пуске, в течение которого стабилизируется давление наполняющих паров и световая отдача ламп. Неблагоприятным обстоятельством является затягивание процесса перезажигания ламп высокого давления при уменьшении мощности или резком снижении напряжения сети. Папример, для ламп ДРЛ при частоте сети
50 Гц при напряжении 220В время пере зажигания лампы составляет без пускового импульса - 1,5 мин., а при 200В - Змин, и с необходимым пиком пускового напряжения 1,5 кВ. В данной схеме снижение времени разгорания возможно только за счет увеличения действующего значения пускового тока, однако, его чрезмерное увеличение вызывает сокращение срока службы лампы, из-за усиленного разрущения электродов.
В основу полезной модели положена задача, разработать такую схему для питания газоразрядной лампы, которая обеспечила бы условия надежного поджига и стабилизацию параметров лампы в номинальном режиме при понижениях напряжения сети, с одновременным снижением потерь на ПРА.
Поставленная задача рещается тем, что в известной схеме для питания газоразрядной лампы, содержащей включенные в сеть, последовательно с лампой, балластный конденсатор с щунтирующим его резистором и балластный дроссель, а также диод, включенный параллельно лампе между балластным конденсатором и дросселем, согласно изменению, последовательно с диодом подключен терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема для питания газоразрядной лампы.
Схема для питания газоразрядной лампы включает в себя подключенную к клеммам 1 и 2 сети переменного тока, через последовательно соединенные балластный конденсатор 3, защунтированный параллельным резистором 4, и
балластный дроссель 5 газоразрядную лампу 6. Между балластным конденсатором 3 и балластным дросселем 5, параллельно лампе 6, последовательно подключен диод 7 и терморезистором 8 с положительным температурным коэффициентом сопротивления.
Снабжение заявляемой схемы терморезистором 8 с положительным температурным коэффициентом сопротивления образующим вместе с диодом 7, балластным дросселем 5 и лампой 6 замкнутый контур, позволяет гарантированно зажигать лампу 6 при пониженном напряжении в сети и пониженной температуре окружающей среды, стабилизировать параметры лампы .в номинальном режиме.
Схема для питания газоразрядной лампы работает следующим образом: на клеммы 1 и 2 подается переменное сетевое напряжение. От клеммы 2 напряжение подводится к балластному конденсатору 3, зашунтированному параллельным защитным резистором 4. Балластный конденсатор 3 способствует ограничению тока и последовательно соединен с балластным дросселем 5, который подключен к лампе 6, запитываемой вторым электродом от клеммы 1. В один из полупериодов сетевого напряжения конденсатор 3 разряжается через диод 7 на терморезистор 8, который подключен параллельно к лампе 6. В холодном состоянии лампы 6 и терморезистора 8, последний имеет собственное сопротивление, которое по мере нагрева при прохождении тока через диод 7, уменьшается, пока температура терморезистора не достигнет точки Кюри, затем сопротивление терморезистора резко возрастает, а вместе с
ним растет напряжение на лампе 6 и она зажигается. В период разжигания напряжение на лампе 6 минимально (например, для ламп типа ДРЛ -30-ь40В), напряжение на терморезисторе незначительно и мощность выделяемая на нем невелика, а поэтому разогрева терморезистора 8 не происходит. Так как, в области низких температур величина температурного коэффициента сопротивления терморезистора 8 мала, то при малых напряжениях на нем, его сопротивление практически не меняется. По мере увеличения напряжения при розжиге лампы 6, напряжение на терморезисторе растет и увеличивается мощность выделяемая на терморезисторе8, разогревая его до температуры 120°С. В результате сопротивление терморезистора 8 резко повышается, что ведет к увеличению напряжения и уменьшению тока лампы 6. После зажигания лампы 6 ток через терморезистор мал и потери мощности на нем не превышают 44-5% от мощности лампы. При этом суммарный в цепи схемы ток перераспределяется и проходит частично через терморезистор 8 и большая часть по электродам лампы 6. Подбирая минимальное сопротивление терморезистора 8 можно добиться того, что рабочий ток лампы 6 будет иметь две регулируемые составляющие - переменную и постоянную, при этом электроды лампы 6 будут работать в режиме «плазменного катода, с увеличенным сроком службы. Наличие шунтирующего лампу 6 терморезистора 8, также защищает балластный дроссель 5 и лампу 6 от перегрузки в аварийном режиме (например, при замыкании электродов лампы 6). При этом пусковой ток будет разогревать терморезистор 8 и с изменением его сопротивления.
примерно половина суммарного тока будет протекать через терморезистор, минуя электроды лампы 6 и тем самым защищать лампу 6 от перегрузки.
В качестве терморезистора 8 с положительным коэффициентом сопротивления использовался высокочувствительный полупроводниковый позистор, резко увеличивающий сопротивление при повышении температуры в определенном диапазоне температур
(см. Зайцев Ю.В. Полупроводниковые резисторы в электротехнике. М. Энергоатомиздат1985 136 с.). Так как, вид статистической вольтамперной характеристики терморезистора 8 определяется условиями теплообмена с окружающей средой, то с помощью его можно регулировать и стабилизировать условия зажигания и работы лампы 6. Например, с уменьшением температуры окружающей среды точка характеристики, соответствующая максимальному значению тока, автоматически сдвигается, с помощью терморезистора 8, в сторону больших токов, так как по мере снижения температуры окружающей среды требуется большая мощность для нагрева терморезистора 8 до температуры, при которой происходит интенсивное увеличение температуры. Кроме того, в контуре балластный конденсатор 3 - диод 7 - терморезистор 8. возникают автоколебания напряжения в виде синусоидальных колебаний, и которые способствуют перезажиганию лампы 6 в период перехода тока через ноль. Эти колебания вызваны колебаниями электронно-дырочной плазмы в полупроводнике терморезистора 8 типа медленных рекомбинационных волн, при этом осуществляется преобразование постоянного сигнала в переменный, с
реализацией режима термоосциллятора (см. Шашков А.Г. Терморезисторы и их применение. М.: Энергия. 1967. с. 102). При совпадении инкрементного импеданса терморезистора 8 с импедансом балластного конденсатора 3 и балластного дросселя 5 возникает резонанс напряжения и осуществляется гарантированное зажигание лампы 6 даже при пониженных напряжениях сети, и осуществляется оптимальный переход в режим разгорания лампы 6, когда температура терморезистора мала, а его сопротивления имеет исходное значение, мощность потребляемая терморезистором 8 значительна, и он интенсивно нагревается, сопротивление его при этом плавно снижается практически по экспоненте  (В/Т), где R - коэффициент температурной чувствительности; А - индивидуальный коэффициент терморезистора 8. По своему эффекту это явление аналогично автоматическому плавному выведению пускового реостата, причем пуск лампы 6 при этом, осуществляется без бросков тока, что повыщает ее срок службы. Кроме того, применение терморезистора 8 в данной схеме для запуска и питания лампы 6 не искажает форму кривой тока сети.
В лабораторных условиях проводились испытания заявляемой схемы и схемы взятой за прототип. Измерение параметров лампы ДРЛ-250 и ПРА производились приборами по ГОСТ16809-88 и 6825-70. Определение парамет эов пускового режима ПРА осуществлялось по методике эквивалентных резисторов. Для учета вьющих гармоник в токе лампы, напряжение замерялось электростатическим вольтметром по действующему
значению. При измерении электрических и световых параметров лампы и ПРА применялись образцовые измерительные дроссели (ДОИ 250 ДРЛ/220) и номинальная лампа (ДРЛ 250; номинальный ток -2,15А; номинальное напряжение - 130В). Измерение мощности лампы проводились электродинамическим вольтметром с погрешностью не более 0,5%. Потери мощности определялись малокосинусным ваттметром, как разность между мощностью потребляемой из сети и мощности лампы. Так как, напряжение зажигания отдельных ламп могут сильно различаться, то для нахождения достоверного значения среднего напряжения зажигания проводились испытания для 10 ламп типа ДРЛ-250. Напряжение зажигания замерялось при плавном увеличении напряжения питания от нуля до значения, при котором происходит пробой и зажигание лампы. После статистической обработки данных измерений находились средние значения напряжения зажигания, средние квадратичные отклонения и доверительный интервал средних значений. Точность определения среднего напряжения зажигания при достоверности равной 0,9 составляет ±(2,,0)%, что вполне достаточно для адекватного сравнения заявляемой схемы с прототипом. В заявляемой схеме использовались диоды типа КД243Г или другие, рассчитанные на ток 1-:-2А и обратное напряжение 400В; балластный конденсатор 3 имел номиналы 50мкФ ЗООВ. В качестве терморезистора 8 с положительным температурным коэффициентом использовался полупроводниковый позистор типа СТ15-2 с изменением сопротивления в диапазоне 20-150 Ом, с температурным
%д() Lo интервалом - (-60 ч-+120)°С и
испытаний представлены в Таблице.
10
Таблица постоянной времени -5сек. Результаты
(
11
Результаты испытаний показали, что заявляемая схема позволяет реализовать надежное зажигание ламп при пониженных напряжениях сети и пониженных температурах окружающей среды, за счет применения терморезистора с положительным температурным коэффициентом сопротивления, обеспечивающего настройку схемы по напряжению и температуре эксплуатации, на оптимальные параметры ПРА и лампы в различных режимах работьт. При этом возможно снизить напряжение зажигания лампы в 1,14-1,3 раза, увеличить коэффициент мощности цепи лампа-балласт на 42%, стабильность светового потока лампы на 15%, уменьшить коэффициент пульсаций световог о потока в 1,3 раза, уменьшить время периода разгорания и время повторного включения после аварийного отключения лампы в 1,5-5-1,8 раза, по сравнению с прототипом. Таким образом, предлагаемая схема позволяет эффективно зажигать и стабилизировать параметры лампы в номинальном режиме при понижении напряжений питающей сети, с одновременным уменьщением потерь на ПРА.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемая схема для питания газоразрядной лампы работоспособна и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе, что подтверждается примером конкретного выполнения схемы. Соответственно, заявляемое устройство может быть применено в электротехнике для зажигания и питания газоразрядных ламп, а следовательно, соответствует условию «промыщленной применяемости.