ЭЛЕКТРОННЫЙ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЙ АППАРАТ ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ЛАМПЫ

Полезная модель относится к светотехнике, приборостроению, а также к преобразовательной технике и может быть использована при проектировании источников питания для люминесцентных и других типов энергосберегающих газоразрядных ламп, а также различных высокочастотных, в том числе, электротехнологических нагрузок. Полезная модель направлена на улучшение гармонического состава тока, потребляемого устройством от питающей сети.
Известен электронный аппарат, содержащий однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата через первый и второй дроссели фильтра и зашунтированы последовательной цепью, состоящей из первого и второго конденсаторов, однофазный полумостовой инвертор на тиристорах, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий дроссель, образующий с нагрузкой, подключенной к выходным выводам аппарата, последовательную резонансную схему, подключенную к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения первого и второго конденсаторов последовательной цепи и тиристоров инвертора, соответственно (П. 1778896 Россия, МКИ Н05М 5/45. Преобразователь частоты / Силкин Е.М. и др. - Заявл. 25.03.91, Опубл. 30.11.92. - Бюл. №44).
Недостатком электронного аппарата является высокий коэффициент гармоник тока, потребляемого устройством от питающей сети, что обусловлено устройством выпрямителя и цепей (звена) постоянного тока. Гармонический состав тока, потребляемого электронным аппаратом от сети, не соответствует установленным нормам.
Известен электронный пускорегулирующий аппарат для люминесцентной лампы, содержащий однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата, а выходные выводы зашунтированы последовательной цепью, состоящей из первого и второго конденсаторов, и второй последовательной цепью, состоящей из конденсатора фильтра, диода и второго конденсатора фильтра, общие точки соединения конденсаторов фильтра и диода второй последовательной цепи соединены с выходными выводами выпрямителя через второй и третий диоды, соответственно, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий конденсатор и дроссель, образующие с люминесцентной лампой, подключенной к выходным выводам аппарата, последовательную резонансную схему, подключенную к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения первого и второго конденсаторов первой последовательной цепи и транзисторов инвертора, соответственно (П. 95947 Россия, МКИ Н05В 41/16. Электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы / Силкин Е.М. - Заявл. 05.02.10, Опубл. 10.07.10. - Бюл. №19).
Недостатком электронного пускорегулирующего аппарата для люминесцентной лампы является высокий коэффициент гармоник тока, потребляемого устройством от питающей сети, что обусловлено устройством выпрямителя и цепей (звена) постоянного тока. Гармонический состав тока, потребляемого электронным пускорегулирующим аппаратом для люминесцентной лампы от сети, не соответствует установленным нормам.
Известен электронный пускорегулирующий аппарат для люминесцентной лампы, содержащий однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата, а выходные выводы зашунтированы последовательной цепью, состоящей из первого и второго конденсаторов, и второй последовательной цепью, состоящей из конденсатора фильтра, диода и второго конденсатора фильтра, общие точки соединения конденсаторов фильтра и диода второй последовательной цепи соединены с выходными выводами выпрямителя через второй и третий диоды, соответственно, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий конденсатор и дроссель, образующие с люминесцентной лампой, подключенной к выходным выводам аппарата, последовательную резонансную схему, подключенную к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения первого и второго конденсаторов первой последовательной цепи и транзисторов инвертора, соответственно (П. 95944 Россия, МКИ Н05В 41/16. Электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы / Силкин Е.М. и др. - Заявл. 10.02.10, Опубл. 10.07.10. - Бюл. №19).
Указанный электронный пускорегулирующий аппарат для люминесцентной лампы является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и выбран в качестве прототипа.
Недостатком электронного пускорегулирующего аппарата для люминесцентной лампы является высокий коэффициент гармоник тока, потребляемого устройством от питающей сети, что обусловлено устройством выпрямителя и цепей (звена) постоянного тока аппарата. Гармонический состав тока, потребляемого электронным пускорегулирующим аппаратом для люминесцентной лампы от сети, не соответствует установленным нормам.
Полезная модель направлена на решение задачи улучшения гармонического состава тока, потребляемого устройством от питающей сети, что является целью заявляемой полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в электронном пускорегулирующем аппарате для люминесцентной лампы, содержащем однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата и зашунтированы последовательной цепью, состоящей из первого и второго конденсаторов, а выходные выводы зашунтированы второй последовательной цепью, состоящей из конденсатора фильтра, первого и второго диодов и второго конденсатора фильтра, общие точки соединения конденсаторов фильтра и диодов второй последовательной цепи соединены с выходными выводами выпрямителя через третий и четвертый диоды, соответственно, общая точка соединения первого и второго диодов второй последовательной цепи подключена к общей точке соединения первого и второго конденсаторов первой последовательной цепи, третий конденсатор, соединяющий общую точку соединения первого и второго конденсаторов первой последовательной цепи с выходным выводом выпрямителя, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий конденсатор и дроссель, образующие с люминесцентной лампой, подключенной к выходным выводам аппарата, последовательную резонансную схему, подключенную к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения первого и второго конденсаторов первой последовательной цепи и транзисторов инвертора, соответственно.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является улучшение гармонического состава тока, потребляемого устройством от питающей сети, что достигается комплексным снижением значения коэффициента гармоник и отдельных высших гармонических составляющих потребляемого от питающей сети тока. Гармонический состав потребляемого от сети заявляемым устройством тока соответствует установленным нормам.
Улучшение гармонического состава тока, потребляемого устройством от питающей сети, является полученным техническим результатом, обусловленным новыми элементами в схеме электронного пускорегулирующего аппарата для люминесцентной лампы, порядком их включения и новыми связями, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемого электронного пускорегулирующего аппарата для люминесцентной лампы являются существенными.
На фигуре приведена схема электронного пускорегулирующего аппарата для люминесцентной лампы.
Электронный пускорегулирующий аппарат для люминесцентной лампы 1 содержит однофазный мостовой выпрямитель на диодах 2-5, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата и зашунтированы последовательной цепью, состоящей из первого 6 и второго 7 конденсаторов, а выходные выводы зашунтированы второй последовательной цепью, состоящей из конденсатора фильтра 8, первого 9 и второго 10 диодов и второго конденсатора фильтра 11, общие точки соединения конденсаторов фильтра и диодов второй последовательной цепи соединены с выходными выводами выпрямителя через третий 12 и четвертый 13 диоды, соответственно, общая точка соединения первого и второго диодов второй последовательной цепи подключена к общей точке соединения первого и второго конденсаторов первой последовательной цепи, третий конденсатор 14, соединяющий общую точку соединения первого и второго конденсаторов первой последовательной цепи с выходным выводом выпрямителя, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах 15, 16 с встречно-параллельными диодами 17, 18, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий конденсатор 19 и дроссель 20, образующие с люминесцентной лампой, подключенной к выходным выводам аппарата, последовательную резонансную схему, подключенную к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения первого и второго конденсаторов первой последовательной цепи и транзисторов инвертора, соответственно.
Электронный пускорегулирующий аппарат для люминесцентной лампы в установившемся режиме работает следующим образом. Однофазный мостовой выпрямитель на диодах 2-5 преобразует переменное напряжение питающей сети в знакопостоянное (выпрямленное) напряжение. Конденсаторы фильтра 8, 11 совместно с конденсаторами 6, 7 обеспечивает достаточно качественную и надежную фильтрацию выходного напряжения выпрямителя. Заряд конденсаторов фильтра 8, 11 осуществляется от источника питания (выпрямителя) и через третий конденсатор 14. В результате выходное напряжение на входных выводах инвертора более стабильное, а импульсы тока сети имеют меньшую амплитуду и большую длительность, что улучшает коэффициент формы питающего тока. Полумостовой инвертор выполнен на транзисторах 15, 16 и диодах 17, 18. Транзисторы 15, 16 однофазного полумостового инвертора включаются и проводят ток поочередно. Инвертор работает, в частном случае, в автогенераторном режиме, что достигается применением последовательной резонансной схемы включения газоразрядной лампы 1 через коммутирующий дроссель 20 и коммутирующий конденсатор 19 между выходными выводами инвертора, образуемыми общими точками соединения конденсаторов 6, 7 первой последовательной цепи и транзисторов 15, 16 соответственно. Периодическое переключение транзисторов 15, 16 происходит с частотой, определяемой величинами емкости коммутирующего конденсатора 19 и индуктивности коммутирующего дросселя 20. Ток в нагрузочной цепи (1, 20) имеет квазисинусоидальную форму. Встречно-параллельные диоды 17, 18 ограничивают величины обратных напряжений на транзисторах 15, 16 инвертора на уровне падения напряжения на открытых диодах. Из рассмотрения характера электромагнитных процессов в схеме устройства следует, что пульсация входного напряжения инвертора за счет действия конденсаторов фильтра 8, 11 второй последовательной цепи снижается, следовательно, снижается пульсация светового потока. Конденсаторы фильтра заряжаются через диоды 9, 10 в последовательной цепи и разряжаются параллельно через диоды 12, 13, соответственно. Выходное напряжение выпрямителя в новом пускорегулирующем аппарате для люминесцентной лампы 1 имеет более высокий уровень (амплитуда около 310 В, среднее значение 230 В, при действующем значении напряжения сети 220 В), что позволяет использовать схемы последовательного соединения люминесцентных ламп 1 в мультиламповых светильниках. Амплитуда импульсов тока сети в новом аппарате при равной выходной мощности значительно ниже, чем в известных устройствах, за счет снижения уровня высших гармонических составляющих в спектре. Ток сети при работе нового аппарата имеет лучший коэффициент формы, более низкий коэффициент гармоник и гораздо более низкую амплитуду при сравнимых значениях коэффициентов мощности (не менее 0,96).
Элементы второй последовательной цепи 8-11 и диоды 12, 13 образуют качественный «пассивный» корректор коэффициента мощности. Снижение коэффициента гармоник сетевого тока электронного пускорегулирующего аппарата для люминесцентной лампы обеспечивается совместной работой конденсаторов 6, 7, 14 и корректора коэффициента мощности устройства на элементах 8-13. Корректор коэффициента мощности (8-13) восстанавливает напряжение на выходе выпрямителя в интервалах снижения уровня, обусловленных работой однофазного выпрямителя.
Выходное напряжение инвертора в заявляемом пускорегулирующем аппарате для люминесцентной лампы 1, как уже отмечено, имеет более высокий уровень, что обеспечивает существенные его преимущества по сравнению с известными устройствами.
Транзисторы 15, 16 инвертора могут выполняться на основе структур с встроенными встречно-параллельными диодами или модульных конструкций с предустановленными встречно-параллельными диодами. В этом случае отпадает необходимость в установке отдельных (дискретных) встречно-параллельных диодов 17, 18. Встречно-параллельные диоды 17, 18 должны быть быстродействующими. Конденсаторы фильтра 8, 11 является электролитическим либо пленочным с величиной емкости около 0,15 мкФ/Вт. Диоды 2-5 являются обычными низкочастотными выпрямительными диодами.
Связь общей точки соединения первого 9 и второго 10 диодов второй последовательной цепи с общей точкой первого 6 и второго 7 конденсаторов первой последовательной цепи может отсутствовать. В этом случае последовательное соединение диодов 9, 10 заменяется на один диод. Коэффициент гармоник потребляемого модернизированным устройством от сети тока незначительно (1-2%) повышается, однако остается на достаточно низком уровне. Соответствуют по уровням установленным нормам в модернизированной схеме и отдельные составляющие гармоники потребляемого тока.
По сравнению с прототипом существенно улучшается гармонический состав тока, потребляемого электронным пускорегулирующим аппаратом для люминесцентной лампы от питающей сети. В таблице приведены данные по процентному содержанию составляющих спектра потребляемого тока для устройства, выбранного за прототип, и заявляемого устройства для одного из выбранных (типовых) режимов работы.
Тип устройства
Процентное содержание гармоник
Номер гармоники сетевого тока
2
3
5
7
9
11-40
Прототип
0,2
25
12,6
14
6,3
8,9
Новое устройство
0,3
25
7,9
4
1,8
2,2
Норма, не более, %
2
30
10
7
5
3
Из таблицы следует, что заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат для люминесцентной лампы потребляет от сети ток, соответствующий норме по процентному содержанию высших гармоник.
Положительные качества заявляемого электронного пускорегулирующего аппарата обусловлены использованием эффективного однофазного мостового выпрямителя с качественной фильтрацией выходного напряжения и эффективной коррекцией коэффициента мощности. Коэффициент мощности нового устройства превышает 0,96 при сравнительно низком уровне коэффициента гармоник (28-30%).
Дополнительно, несколько увеличивается уровень выходного напряжения нового электронного пускорегулирующего аппарата, что позволяет уменьшить величины токов через активные элементы устройства и расширяет возможности по улучшению конструкций мультиламповых светильников, в том числе, при последовательном соединении ламп. Увеличение уровня выходного напряжения при возрастании эквивалентного сопротивления нагрузки позволяет стабилизировать световой поток люминесцентной лампы в течение всего срока службы и увеличить срок ее эффективного использования.
Новое устройство обеспечивает снижение пульсаций светового потока лампы на 3-5%.
Дополнительно, по сравнению с прототипом, повышается надежность работы электронного пускорегулирующего аппарата для люминесцентной лампы. Повышение надежности электронного пускорегулирующего аппарата для люминесцентной лампы оценивается по времени наработки на отказ. В соответствии с результатами экспериментальных исследований время наработки на отказ заявляемого аппарата может быть увеличено на 40-50%.
Коэффициент полезного действия нового устройства (по сравнению с прототипом) повышается на 2-3%, за счет уменьшения потерь энергии в элементах, в том числе, по причине значительного улучшения гармонического состава, уменьшения амплитуд импульсов входного тока устройства и его коэффициента формы.
Может быть существенно упрощена конструкция и снижена цена электронного пускорегулирующего аппарата для люминесцентной лампы за счет оптимизации схемы и обеспечения возможности использования транзисторов и диодов со сниженными требованиями к их параметрам и более низкой ценой.
По сравнению с прототипом могут быть снижены и весогабаритные показатели заявляемого электронного пускорегулирующего аппарата для люминесцентной лампы за счет оптимизации схемы и конструкции, что также расширяет область применения устройства.