Осветительное устройство для пассажирского вагона

 

Изобретение относится к электрооборудованию железнодорожного транспорта и предназначено для использования при реализации питания люминесцентных ламп пассажирских вагонов. Предложенное техническое решение позволяет снизить время зажигания люминесцентной лампы, повысить надежность, срок службы и стабильность работы в широком диапазоне колебаний питающего напряжения в условиях эксплуатации вагона. Это достигается тем, что в осветительное устройство с люминесцентной лампой U-образной формы и армирующей металлической пластиной, имеющее в своем составе транзисторный инвертор, введены стабилизатор и компенсатор напряжения, а узел управления инвертором выполнен с генератором, управляемым напряжением. Стабилизатор и компенсатор стабилизируют напряжение питания микросхем при колебаниях напряжения источника. Управление инвертором с помощью генератора, управляемого напряжением, позволяет стабилизировать через автотрансформатор и дроссель ток лампы в рабочем режиме. Соединение армирующей металлической пластины через конденсатор с выходом помехоподавляющего фильтра повышает быстродействие зажигания лампы. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к областям железнодорожного транспорта и электроники и может быть использовано для питания люминесцентных ламп пассажирского вагона и объектов различного назначения.

Известно осветительное устройство, содержащее люминесцентную лампу, транзисторный инвертор, питающий вход которого соединен с источником постоянного тока, а его первый выход через первичную обмотку первого трансформатора тока соединен с первым накальным электродом люминесцентной лампы, конденсатором, вторым накальным электродом лампы, который через дроссель соединен с вторым выходом инвертора, а вторичная обмотка первого трансформатора тока через выходную цепь реле времени соединена с первичной обмоткой второго трансформатора тока, вторичные обмотки которого связаны с база-эмиттерными цепями соответствующих транзисторов инвертора (см. авт. св. СССР N 1473092, кл. H 05 B 41/24, М.А.Боронина и др. Осветительное устройство).

Данное решение не обеспечивает надежность работы осветительного устройства в условиях эксплуатации пассажирского вагона при колебаниях питающего напряжения в широком диапазоне (в 2 раза). Это связано с нестабильностью тока лампы вследствие использования насыщающихся элементов в цепях обратной связи инвертора, а также длительного разогрева столба газа для обеспечения зажигания лампы вследствие больших колебаний питающего напряжения.

Прототипом данного изобретения является осветительное устройство для пассажирского вагона, содержащее люминесцентную лампу U-образной формы с армирующей металлической пластикой, транзисторный инвертор, питающий вход которого через помехоподавляющий фильтр соединен с источником постоянного тока, узел управления инвертором, выходы которого подключены к база-эмиттерным цепям транзисторов инвертора, повышающий автотрансформатор, к первичной обмотке которого через токоограничивающий индуктивный элемент подключен выход инвертора, а с его вторичной обмоткой соединены последовательно включенные дроссель, первый накальный электрод люминесцентной лампы, конденсатор и второй накальный электрод люминесцентной лампы (см. аппараты пускорегулирующие 1П8А58-50, 1П8А58-110. Техническое описание и инструкция по эксплуатации АЕЦИ. 6 75851.017 ТО, 1995 и принципиальная электрическая схема для светильника пассажирского вагона на 50 и 110 B - GW 3.2050110М. 06 0295).

Рассматриваемое осветительное устройство, как и предыдущее, содержит насыщающиеся индуктивные элементы в цепях обратной связи инвертора и не позволяет регулировать частоту переключения инвертора в больших пределах при больших колебаниях входного напряжения и стабилизировать ток лампы. Кроме того, имеет место длительный разогрев столба газа лампы при номинальном напряжении источника постоянного тока. Снижение же времени разогрева газа лампы в такой схеме требует повышенного напряжения накальных электродов, что снижает срок службы лампы и приводит к преждевременному пережогу электродов. Все это снижает надежность работы осветительного устройства.

В основу изобретения положены задачи увеличения надежности и срока службы, снижения времени зажигания люминесцентной лампы, повышения стабильности работы осветительного устройства в широком диапазоне колебаний питающего напряжения (в 2 раза) пассажирского вагона электроподвижного состава.

Решение поставленных задач достигается тем, что в известном осветительном устройстве для пассажирского вагона, содержащем люминесцентную лампу U-образной формы м армирующей металлической пластиной, транзисторный инвертор, питающий вход которого через помехоподавляющий фильтр соединен с источником постоянного тока, узел управления инвертором, выходы которого подключены к база-эмиттерным цепям транзисторов инвертора, повышающий автотрансформатор, к первичной обмотке которого через токоограничивающий индуктивный элемент подключен выход инвертора, а с его вторичной обмоткой соединены последовательно включенные дроссель, первый накальный электрод люминесцентной лампы, конденсатор и второй накальный электрод люминесцентной лампы введены последовательно подключенные к выходу упомянутого помехоподавляющего фильтра компенсатор напряжения и стабилизатор напряжения питания узла управления инвертором, последний выполнен с управляемым напряжением генератором частоты, соединенным входом с выходом помехоподавляющего фильтра, а автотрансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, подключенной через выпрямитель к входу стабилизатора напряжения, при этом армирующая металлическая пластина люминесцентной лампы через дополнительный конденсатор соединена с минусовым выходом помехоподавляющего фильтра, а узел управления инвертором включает в себя формирователь прямоугольных импульсов постоянной длительности и делитель частоты, подключенные входами к выходу управляемого напряжением генератора частоты, два элемента И, первые входы которых соединены с прямым и инверсным выходами делителя частоты, а вторые входы - с выходом формирователя прямоугольных импульсов, два усилителя мощности, входы которых подключены к выходам соответствующих элементов И, а выходы через разделительные конденсаторы - к первичным обмоткам соответствующих развязывающих трансформаторов, вторичные обмотки которых являются выходами данного узла.

На чертеже представлена схема осветительного устройства для пассажирского вагона.

Осветительного устройство для пассажирского вагона содержит люминесцентную лампу 1 U-образной формы с армирующей металлической пластиной 2, транзисторный инвертор 3, собранный по мостовой схеме, узел управления 4 инвертором 3 и повышающий автотрансформатор 5. Питающий вход транзисторного инвертора 3 через помехоподавляющий фильтр 6 и защитный элемент от переполюсовки питания, например диод, соединен с источником постоянного тока. К база-эмиттерным цепям транзисторов инвертора 3 подключены выходы узла управления 4 инвертором 3. Выход инвертора 2 через токоограничивающий индуктивный элемент 7 подключен к первичной обмотке повышающего автотрансформатора 5. С вторичной обмоткой автотрансформатора 5 соединены последовательно включенные дроссель 8, первый накальный электрод люминесцентной лампы 1, конденсатор 9 и второй накальный электрод люминесцентной лампы 1. К выходу помехоподавляющего фильтра 6 последовательно подключены компенсатор 10 напряжения и стабилизатор 11 напряжения питания узла управления 4 инвертором 3. Узел управления 4 инвертором 3 выполнен с управляемым напряжением генератором частоты 12, соединенным входом с выходом помехоподавляющего фильтра 6.

Автотрансформатор 5 снабжен дополнительной вторичной обмоткой 13, подключенной через выпрямитель (диодный мост) к входу стабилизатора 11 напряжения. Армирующая металлическая пластина 2 люминесцентной лампы 1 через дополнительный конденсатор 14 соединена с минусовым выходом помехоподавляющего фильтра 6. Узел управления 4 инвертором 3 включает в себя формирователь 15 прямоугольных импульсов постоянной длительности, делитель частоты 16, (например в 2 раза), два логических элемента умножения И - 17 и два усилителя мощности 18. При этом формирователь 15 прямоугольных импульсов и делитель частоты 16 подключены своими входами к выходу управляемого напряжением генератора частоты 12. Первые входы элементов И 17 соединены с прямым и инверсным выходами делителя частоты 16, а вторые входы соединены с выходом формирователя 15 прямоугольных импульсов. Усилители мощности 18 своими входами подключены к выходам соответствующих элементов И 17, а выходами через разделительные конденсаторы 19 подключены к первичным обмоткам соответствующих развязывающих трансформаторов 20, вторичные обмотки которых являются выходами узла управления 4 инвертором 3.

Осветительное устройство для пассажирского вагона работает следующим образом.

В первый момент времени после включения питания от источника постоянного тока напряжение через защитный элемент и помехоподавляющий фильтр 6 подается на питающие входы транзисторного инвертора 3, компенсатора 10, управляемого напряжением генератора частоты 12, начальная частота которого регулируется переменным резистором, и через стабилизатор 11 напряжение - на входы питания узла управления 4 инвертором 3. Одновременно с минусового выхода помехоподавляющего фильтра 6 через конденсатор 14 подается потенциал на армирующую пластинку 2 люминесцентной лампы 1, накальные электроды которой2 подается потенциал от плюсового выхода фильтра 6 через резистивное плечо инвертора 3, автотрансформатор и дроссель 8. С выхода управляемого напряжением генератора частоты 12 напряжение определенной частоты, пропорциональное входному напряжению, подается одновременно на входы формирователя 15 прямоугольных импульсов постоянной длительности и делителя 16 частоты на два. На выходах делителя 16 частоты на два возникают противофазные напряжения прямоугольной формы с одинаковой длительностью положительных и отрицательных импульсов и синфазные с прямоугольными импульсами с формирователя 15 прямоугольных импульсов постоянной длительности. Противофазные напряжения с выхода делителя 16 частоты на два поступают на первые входы логических элементов умножения И 17, на вторые входы которых поступают синфазные прямоугольные импульсы постоянной длительности с формирователя 15. На выходах логических элементов И 17 возникают противофазные несимметричные импульсы прямоугольной формы, которые через усилители мощности 18, разделительные конденсаторы 19 и развязывающие трансформаторы 20 подаются на база-эмиттерные цепи соответствующих транзисторов инвертора 3. Противофазные несимметричные напряжения в базовых цепях транзисторов инвертора 3 приводят к попеременному их включению и выключению, нарушая баланс мостовой схемы инвертора 3. На выходах инвертора 3 появляется переменное напряжение прямоугольной формы, одинаковой амплитуды и длительности положительных и отрицательных полуволн. Это напряжение вызывает появление переменного тока, который протекает от первого выхода инвертора 3 через токоограничивающий индуктивный элемент 7 и первичную обмотку автотрансформатора 5 к 2-му инвертора 3. Со вторичной обмотки автотрансформатора 5 ток через дроссель 8, первый накальный электрод люминесцентной лампы 1, конденсатор 9, второй накальный электрод лампы 1 проходит к второму выходу инвертора 3. Протекание тока через накальные электроды лампы 1 приводит к разогреву столба газа в баллоне лампы 1. После предварительного прогрева столба газа под действием электрического поля за счет разности потенциалов на армирующей пластине 2 и накальных электродах лампа 1 зажигается. С появлением переменного напряжения на обмотках автотрансформатора 5 появляется соответственно переменное напряжение на дополнительной вторичной обмотке 13 автотрансформатора 5, которое выпрямляется, например диодным мостом, и подается на выход компенсатора напряжения 10, отключая его, и одновременно на вход стабилизатора 11, который стабилизирует напряжение питания генератора 12 и элементов 15, 16, 17 18 узла управления 4 инвертором 3.

Увеличение напряжения питания источника постоянного тока приводит к увеличению частоты напряжения управляемого напряжением генератора частоты 12 и соответственно через элементы 15, 16, 17, 18, 19, 20 на выходе инвертора 3 образует напряжение повышенной частоты. Это напряжение вызывает переменный ток повышенной частоты через элементы 5, 7, 8, 9, 1. Протекание тока повышенной частоты через дроссель 8 вызывает пропорциональное частоте увеличение его индуктивного сопротивления и понижение тока лампы 1, что стабилизирует ток лампы 1 при увеличении напряжения питания. При уменьшении напряжения питания аналогично уменьшается частота напряжения генератора 12 и соответственно через элементы 15, 16, 17, 18, 19, 20 уменьшается частота напряжения инвертора 3, и ток через лампу 1, который, протекает через дроссель 8, уменьшает его индуктивное сопротивление, что также стабилизирует ток лампы 1 при уменьшении напряжения питания. Напряжение питания генератора 12 и элементов 15, 16, 17, 18 узла управления 4 инвертором 3 при больших колебаниях напряжения питания источника постоянного тока стабилизируется компенсатором 10, дающем на выходе малые изменения напряжения, и стабилизатором 11. Отключение компенсатора 10 после подачи на него напряжения с выпрямителя дополнительной вторичной обмотки 13 автотрансформатора 5 повышает КПД осветительного устройства. Использование армирующей металлической пластины 2 лампы 1 для подачи на нее потенциала позволяет повысить быстродействие и надежность зажигания лампы 1.

Изменение частоты тока инвертора 3 за счет управляемого напряжением генератора частоты 12 позволяет стабилизировать ток лампы 1 в широком диапазоне изменения напряжений (в 2 раза) и тем самым повысить надежность устройства.

Формула изобретения

1. Осветительное устройство для пассажирского вагона, содержащее люминесцентную лампу U-образной формы с армирующей металлической пластиной, транзисторный инвертор, питающий вход которого через помехоподавляющий фильтр соединен с источником постоянного тока, узел управления инвертором, выходы которого подключены к база-эмиттерным цепям транзисторов инвертора, повышающий автотрансформатор, к первичной обмотке которого через токоограничивающий индуктивный элемент подключен выход инвертора, а с его вторичной обмоткой соединены последовательно включенные дроссель, первый накальный электрод люминесцентной лампы, конденсатор и второй накальный электрод люминесцентной лампы, отличающееся тем, что него введены последовательно подключенные к выходу помехоподавляющего фильтра компенсатор напряжения и стабилизатор напряжения питания узла управления инвертором, последний выполнен с управляемым напряжением генератором частоты, соединенным входом с выходом помехоподавляющего фильтра, а автотрансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, подключенной к входу стабилизатора напряжения, при этом армирующая металлическая пластина люминесцентной лампы через дополнительный конденсатор соединена с выходом помехоподавляющего фильтра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел управления инвертором включает в себя формирователь прямоугольных импульсов постоянной длительности и делитель частоты, подключенные входами к выходу управляемого напряжением генератора частоты, два элемента И, первые входы которых соединены с прямым и инверсным выходами делителя частоты, а вторые входы - с выходом формирователя прямоугольных импульсов, два усилителя мощности, входы которых подключены к выходам соответствующих элементов И, а выходы через разделительные конденсаторы - к первичным обмоткам соответствующих развязывающих трансформаторов, вторичные обмотки которых являются выходами данного узла.

РИСУНКИ

Рисунок 1