СВЕТИЛЬНИК С ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ЛАМПОЙ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в светильниках с люминесцентными лампами для освещения помещений различного назначения, в том числе взрывоопасных помещений, где используются или производятся горючие и/или взрывоопасные нефте-, газосодержащие, химические материалы.
Известен светильник, содержащий корпус, трубчатую люминесцентную газоразрядную лампу с подогревными катодами, дроссельсодержащую стартерную (электромагнитную) пускорегулирующую аппаратуру, связанную с источником питания, например, питающей сетью 220 В и частотой 50 Гц, и выходами - электродами лампы (см. Светильники Люмсвет. Каталог 2008 г. ОАО «Петушинский металлический завод», г.Москва). При подключении лампы к пускорегулирующей аппаратуре и источнику переменного тока от воздействия пускового импульса происходит нагревание нитей накала и испарение ртути, содержащейся в лампе, интенсивное излучение атомов ртути, вызывающее яркое свечение люминофора, которым покрыта внутренняя поверхность ламп.
Описанный светильник имеет высокую пульсацию излучаемого светового потока за счет невысокой частоты 50 Гц сетевого источника питания. Стробоскопический эффект утомляет зрение и психику людей, находящихся в помещениях с освещением их такими светильниками. Имеет место мигание лампы при ее включении из-за неустойчивого разряда в межэлектродном пространстве внутри лампы. Светильники имеют малый срок службы за счет малого срока службы ламп и стартера ввиду неустойчивого режима их работы. Дополнительно лампы имеют малый срок службы за счет перегорания нитей накала или их обрыва. Наличие дросселя в пускорегулирующей аппаратуре вызывает повышенный шум работы светильника, неблагоприятно воздействующий на человека. Светильник имеет высокую чувствительность к изменениям сетевого напряжения и большое потребление энергии от 85 до 140 Вт/час. За счет искрения на контактных переходах сеть-дроссель-стартер-пусковой конденсатор-лампа светильник не используется в пожаро-, взрывоопасных помещениях. Наличие дросселя в пускорегулирующей аппаратуре вызывает потерю мощности на переходах «сеть-дроссель-лампа»; при нагревании нитей накала также происходит потеря мощности, понижающая коэффициент полезного действия и коэффициент мощности светильника.
Наиболее близким по технической сущности является светильник, содержащий металлический корпус со светоотражателем, трубчатую люминесцентную лампу с подогревными электродами, розетки для крепления лампы, соединительные провода и электронный пускорегулирующий аппарат (далее ЭПРА), вход которого соединен с питающей сетью, а выходы через электрические контакты в розетках крепления подключены к выводам люминесцентной лампы (см. Светильники Люмсвет. Каталог 2008 г. ОАО «Петушинский металлический завод», г.Москва, с.4). В электронную пускорегулирующую аппаратуру составной его частью входит преобразователь частоты питающего напряжения с 50 до 32000 Гц и электронный стабилизатор питающего напряжения. Преобразователь частоты питающего напряжения исключает пульсацию светового потока, стробоскопический эффект в диапазоне, заметном для глаза человека, снижает шум работы аппаратуры, а стабилизатор стабилизирует питающее напряжение и обеспечивает более надежный поджиг лампы и ее более устойчивое горение независимо от всплесков питающего напряжения в сети, а также проводит мягкое включение накала катодов. Тем не менее, наличие нитей накала в лампе вызывает большое потребление электроэнергии путем их нагревания с преобразованием электрической энергии в тепловую, а возможность плохого электрического, как правило, пружинного, контакта в четырех переходах «пускорегулирующая аппаратура-лампа» (по числу выводов для одной лампы) вызывает искрение светильников, что делает невозможным их использование в пожаро- и взрывоопасных помещениях, при этом теряется значительная часть мощности, что снижает коэффициент полезного действия светильника, энергосберегающий фактор понижается и уменьшается общий срок службы светильника. Срок службы таких светильников невелик также вследствие недолговечности нитей накала (их обрыв, перегорание) и требует частой замены ламп, которые вследствие наличия ртути затруднены в утилизации. Имеет место также окисление указанных контактов и их эрозия во влажных и пыльных помещениях, что ограничивает область их использования.
Задачей полезной модели является снижение в светильнике потерь электроэнергии, повышение энергосбережения за счет исключения преобразования электрической энергии в тепловую, исключения перегорания нитей накала, увеличение тем самым срока службы ламп, исключение искрения контактов, и, как следствие, расширение области их применения, в частности, возможность использования светильника во взрыво- и пожароопасных помещениях.
Поставленная задача решается конструкцией светильника, содержащего люминесцентную лампу с электродами накала, электронную пускорегулирующую аппаратуру, соединенную с источником питания, выход которой электрически связан с электродами лампы. Отличием предлагаемой конструкции светильника от прототипа является следующее. Электроды каждой нити накала лампы попарно соединены (т.е. нити накала закорочены), а параллельно выходу пускорегулирующей аппаратуры, значит, и лампе, включен пусковой высокочастотный конденсатор.
Поставленная задача решается также во втором варианте конструкции светильника при наличии в светильнике количества ламп больше одной, содержащего люминесцентные лампы с электродами накала, электронную пускорегулирующую аппаратуру, соединенную с источником питания, выход которой электрически связан с электродами ламп. Отличием предлагаемой конструкции светильника второго варианта от прототипа является следующее. Во втором варианте при наличии в светильнике количества ламп больше одной электроды каждой нити накала ламп также попарно соединены, все лампы светильника последовательно соединены между собой соединенными электродами нитей накала, а крайние противоположные попарно соединенные (закороченные) электроды крайних ламп соединены с выходами пускорегулирующей аппаратуры (ЭПРА), при этом параллельно выходу ЭПРА, а значит, и цепочке последовательно соединенных ламп, включен высокочастотный пусковой конденсатор.
Количество ламп, используемых в светильнике, и их мощность влияют на выбор вида пускорегулирующей аппаратуры определенной мощности. В зависимости от параметров используемых ламп и конденсатора последний подключается к одной лампе, к двум или к большему их количеству, что определяется электрическими инженерными расчетами исходя из мощности ламп и ЭПРА. Конденсатор может быть один для каждой пары ламп, как это показано на фиг.2 и 3.
При таком построении электрического соединения электродов ламп светильника и самих ламп исключается подогрев нитей накала, которые в соответствии с полезной моделью служат только электродами; исключаются потери на преобразование электрической энергии в тепловую, потери энергии на их нагревание. Исключается перегорание нитей накала. При этом зажигание светильника производится не от нагревания нитей накала, а от импульсов пускового конденсатора, следующих друг за другом с частотой, задаваемой параметрами пускорегулирующей аппаратуры.
Практически попарное соединение электродов каждой нити накала ламп может быть осуществлено при монтаже ламп светильника путем пайки их электродов к печатным платам, что исключит возможность нарушения контактов и их искрение. При этом для монтажа могут быть взяты лампы с перегоревшими или оборванными нитями накала, бывшие в употреблении, что резко повысит сроки их использования и даст экономию потребителю. Уменьшатся проблемы утилизации таких ламп с перегоревшими нитями накала путем их повторного использования.
Для исключения дальнейшего окисления контактов в процессе использования светильников в сырых и пыльных помещениях желательно использовать безсвинцовый (не содержащий свинец) припой.
Крайние электроды крайних ламп, соединенные с выходом пускорегулирующего устройства и с пусковым конденсатором, могут быть размещены внутри отдельного диэлектрического корпуса, размещенного в корпусе светильника вместе с пускорегулирующей аппаратурой. Это дополнительно расширит область применения светильников в пожаро-, взрывоопасных помещениях с использованием или производством нефте-, газо-содержащих, химических продуктов.
На фигурах 1-3 представлены варианты исполнения схемы соединений составных элементов светильника. При этом на фигуре 1 изображена схема подключения одной лампы, на фиг.2 - двух ламп, на фиг.3 - четырех. Пространственная конфигурация размещения нескольких ламп может быть иной, отличной от конфигурации их размещения, отраженной на фиг.2 и 3.
Светильник подключен к питающей сети 1 переменного напряжения в 220 В и частотой 50 Гц и содержит электронную пускорегулирующую аппаратуру 2, связанную с сетью 1, люминесцентные трубчатые лампы 3 с попарно закороченными электродами 4 каждой нити накала, крайние из которых запаяны в печатные платы (не показано). Лампы 3 соединены между собой последовательно (фиг.2 и 3). Светильник также содержит пусковой конденсатор 5, также запаянный одним концом в одну плату, другим - в другую плату. В зависимости от мощности светильников, их количества и параметров конденсатора 5 последних может быть несколько, например, по одному для каждой пары ламп, как это показано на фигурах 2 и 3.
Люминесцентный светильник работает следующим образом.
При подаче переменного питающего напряжения 180-230 В на вход ЭПРА 2 напряжение питания в ней понижается, выпрямляется, стабилизируется и преобразуется в переменное напряжение повышенной частоты, например, в 32000 Гц. С выхода ЭПРА 2 напряжение повышенной частоты поступает одновременно на входы 4 ламп 3 и пусковой конденсатор 5, выводы которых запаяны на платах. С частотой следования выходных импульсов с блока ЭПРА 2 конденсатор 5 заряжается до напряжения заряда и после заряда разряжается, вырабатывая электрический импульс зажигания для ламп 3. Под действием последовательности импульсов зажигания той же частоты с конденсатора 5 ртуть в лампах 3 испаряется, происходит интенсивное излучение атомов ртути, вызывающее практически мгновенное (нет нити накала) яркое свечение люминофора, которым покрыты внутренние поверхности ламп 3. Здесь имеет место свечение люминофора, инициированное не тепловой энергией нагретой нити накала, а непосредственно электрическим импульсом разряда пускового конденсатора 5, приложенным к электродам лампы, т.е. электролюминесценция.
Были проведены испытания и сравнительные исследования светильников в виде световых блоков с двумя и четырьмя лампами мощностью 18 Вт каждая, выполненных в соответствии с полезной моделью и в соответствии с прототипом. При этом использовались однотипные трубчатые люминесцентные лампы марки OSRAM и пускорегулирующая аппаратура марки FERON 1x18 (одна лампа), 1x36 (две лампы), 2x36 (четыре лампы), мощностью 36 Вт 2x36 (две лампы) на питающее напряжение 220 вольт. В результате экспериментов установлено, что потребление электроэнергии в прототипе составляет 73 Вт (четыре лампы), а в схеме предлагаемой полезной модели - не более 53 Вт для того же количества ламп с тем же ЭПРА. Потребляемый ток для прототипа в указанном случае составил 0,31 А, для полезной модели 0,23А, ток утечки для прототипа составил 20 мА, для полезной модели - в 2 раза меньше - 10 мА, потери напряжения на переходе «источник питания - лампа» для прототипа составили 1,8 В, для полезной модели потери отсутствуют. Ускорился запуск ламп с использованием электрозажигания запускающим конденсатором в соответствии с полезной моделью - практически мгновенное, одновременно для всех 4х ламп, по сравнению с прототипом, у которого зажигание ламп происходило с задержкой в 1 секунду. В результате испытаний и исследований новых схем установлено, что в предлагаемой полезной модели можно использовать люминесцентные лампы, которые вышли из строя вследствие обрыва или перегорания нитей подогрева, т.е. возможна утилизация ламп с обрывом нитей накала. Полученные результаты свидетельствуют, что световой энергосберегающий блок в соответствии с полезной моделью работоспособен и решает поставленную задачу, является экономичным и может применяться на различных объектах. При этом вследствие длительной эксплуатации светильника, лампы можно повысить гарантийный срок их эксплуатации до пять и более лет, что в прототипе сделать невозможно, гарантия на лампы отсутствует. Срок службы ламп с использованием полезной модели ограничен лишь сроком службы люминофора, который составляет 10 лет.