Пускорегулирующая аппаратура для люминесцентных светильников

 

Изобретение относится к светотехнике. Технический результат - снижение стоимости пускорегулирующей аппаратуры (ПРА) и упрощение конструкции светильников путем функциональной интеграции двух балластных дросселей в составе единого и неделимого двухфазного индуктивного модуля электромагнитоактивного (ЭМА) исполнения - ПРАЭМА. В люминесцентных светильниках с по меньшей мере двумя газоразрядными лампами и двумя параллельными ветвями питания ламп переменным током, в каждой из которых последовательно с лампами включены балластные дроссели, состоящие из обмоток и ферромагнитных сердечников, а в одной (любой) из ветвей, кроме того, последовательно с дросселем включен фазосдвигающий конденсатор, обмотки и сердечники обоих балластных дросселей конструктивно объединены между собой в пространственно сцепленные катушки или катушечные группы, намотанные электрически изолированной проволокой или лентой из ферромагнитного металла так, что обмотка одного из дросселей содержит внутри себя в качестве сердечника обмотку другого и наоборот. Упомянутые катушки или катушечные группы целесообразно мотать проволокой или лентой, выполненной из отожженной нелегированной низкоуглеродистой стали. В отдельных случаях стальную ленту целесообразно дополнительно плакировать алюминием или медью, составляющими от 5 до 15% толщины ленты. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроосветительной технике и может быть использовано в люминесцентных светильниках, питаемых непосредственно от сети переменным током промышленной частоты, и преимущественно содержащих по меньшей мере две газоразрядные лампы.

Наиболее надежная, долговечная и дешевая пускорегулирующая аппаратура (ПРА), входящая в состав люминесцентных светильников, в течение многих лет строится на базе балластных дросселей, последовательно включенных в цепи газоразрядных ламп [1]. В связи с относительно высокой требуемой величиной индуктивности (порядка единиц Гн), эти дроссели, наряду с обмоткой из медного или алюминиевого провода, содержат также ферромагнитный сердечник, выполненный, как правило, из листвой трансформаторной стали. Для тех же порядков величин индуктивностей известны дроссели, не содержащие различающихся функционально и в конструктивно-технологическом отношении обмотку и ферромагнитный сердечник [2, 3] . Оба названных элемента таких дросселей выполнены в виде пространственно сцепленных между собой катушек или катушечных групп, намотанных электрически изолированной проволокой или лентой, обладающей одновременно электрической и магнитной проводимостью (т.е. электромагнитоактивной - ЭМА), например железной. Очевидно, что ЭМА-дроссель, выполняемый как единичный индуктивный элемент, невозможен без последовательного или параллельного соединения между собой обеих катушек или катушечных групп и требует по меньшей мере двукратного проведения наиболее трудоемких намоточных операций взамен однократного в обычном дросселе. Поэтому ЭМА-дросселю трудно конкурировать с обычным в стоимостном отношении, несмотря на значительно меньшую стоимость исходных материалов и полную унификацию всего технологического процесса.

С другой стороны, ЭМА-концепция содержит не реализованную ни в одном из известных технических решений такую функциональную возможность, как отсутствие индуктивной связи пространственно сцепленных между собой катушек, которая может быть эффективно использована лишь в некоторых частных областях применения, в особенности в электроосветительной технике.

Наиболее близкой к заявляемой является ПРА с "расщепленной" фазой [4], применяемая в светильниках с по меньшей мере двумя газоразрядными лампами. Она содержит две параллельные ветви питания ламп переменным током, в одну из которых последовательно включен фазосдвигающий конденсатор, и балластными дросселями, состоящими из обмоток и ферромагнитных сердечников, в обеих ветвях. Именно такого рода светильники наиболее часто применяются для освещения производственных, общественных и жилых помещений, поскольку они позволяют существенно уменьшить пульсации светового потока газоразрядных ламп, что положительно сказывается на самочувствии и работоспособности человека. Кроме того, использование по меньшей мере в одной из ветвей конденсатора позволяет повысить косинус фи светильника с "расщепленной" фазой, улучшив использование электроэнергии.

Однако в состав известных видов ПРА с "расщепленной" фазой неизбежно входит комплект из двух балластных дросселей, один из которых включен в первую ветвь (фазу) тока, а второй - в "расщепленную" фазу. Поскольку балластный дроссель является наиболее дорогостоящим элементом ПРА, ее стоимость при этом практически удваивается.

Задачей настоящего изобретения является существенное упрощение конструкции ПРА и снижение ее стоимости путем функциональной интеграции двух балластных дросселей в составе единого и неделимого двухфазного индуктивного модуля ЭМА-исполнения, являющегося принципиально новым в конструктивно-технологическом отношении поколением ПРА (ПРАЭМА).

Поставленная задача решается тем, что в ПРА для люминесцентных светильников с по меньшей мере двумя газоразрядными лампами, содержащей две параллельные ветви питания ламп переменным током, в одну из которых последовательно включен конденсатор, и с балластными дросселями, состоящими из обмоток и ферромагнитных сердечников, в обеих ветвях, обмотки и сердечники балластных дросселей конструктивно объединены в пространственно сцепленные между собой катушки или катушечные группы, намотанные электрически изолированной проволокой или лентой из ферромагнитного металла так, что обмотка одного из дросселей содержит внутри себя в качестве сердечника обмотку второго и наоборот.

При этом достигается ряд полезных технических результатов, которые можно разделить на две группы. В первую группу входят результаты, вытекающие из концепции ЭМА-систем как таковой, а во вторую - связанные с применением в светотехнике для работы на двухфазном токе.

Важнейшим из результатов первой группы является экономически обоснованная возможность отказа от применения относительно дорогих и дефицитных цветных металлов или резкого сокращения их потребного количества, причем, благодаря равномерному распределению обоих видов энергий (электрической и магнитной) в двух областях пространства, занятых в обычном дросселе энергиями только одного вида - электрической в обмотке и магнитной в сердечнике, увеличение массы и габаритов ЭМА-дросселя с теми же уровнями потерь, что и обычный, происходит не пропорционально ухудшению электропроводности железа по сравнению с медью или алюминием, а по крайней мере вдвое меньшее. Кроме того, полностью унифицируется технологический процесс, который сводится теперь, по существу, к единственной операции - намотке, сокращается до одной позиции номенклатура применяемых основных исходных материалов, а также парк требуемого спецтехнологического оборудования.

Поскольку стоимость ЭМА-дросселей определяется, в основном, не стоимостью железа, а затратами на его электрическую изоляцию и намотку, очевидно, что рассчитанный на вдвое большую пропускаемую мощность ЭМА-дроссель, соответственно обладающий большими габаритами и меньшей долей изоляции в составе обмоток, будет не дороже ЭМА-дросселя для вдвое меньшего тока при том же напряжении. Поэтому выполнение ПРАЭМА в виде единого и неделимого двухфазного индуктивного модуля, пропускающего через себя мощность питания обеих ветвей газоразрядных ламп и в то же время полностью идентичного по конструкции отдельному ЭМА-дросселю (отличаясь от него лишь меньшим количеством внутренних технологических соединений), может обеспечить значительную экономию даже при более высокой на первых порах стоимости ПРАЭМА по сравнению с обычными балластными дросселями. В этом состоит главный по значимости технический результат из второй группы.

Для намотки катушек или катушечных групп ПРАЭМА целесообразно применять проволоку или ленту, выполненную из отожженной нелегированной малоуглеродистой стали. Обладая, с одной стороны, наименьшей стоимостью из известных магнитомягких материалов, она обладает также наибольшей по сравнению с легированными кремнием трансформаторными сталями и специальными сплавами электропроводностью при достаточной величине магнитной проницаемости.

В случае реализации ПРАЭМА на высокий уровень пропускаемой мощности для получения предельно малых габаритов или особо низких потерь энергии стальную ленту целесообразно выполнять дополнительно плакированной алюминием или медью, составляющими по толщине от 5 до 15% от общей толщины ленты. Именно находящееся в указанных пределах толщины покрытие из цветного металла с хорошей электропроводностью заметно снижает активное сопротивление ленты, не ухудшая в значительной степени магнитные свойства обмотки, что имело бы место при большей, чем 15%, доле немагнитного материала. С другой стороны, при толщине этого покрытия менее 5% его вклад в проводимость ленты становится столь малым, что не оправдывает дополнительных затрат на плакирование. Вариант с плакированием целесообразен только для ленточного, но не проволочного выполнения обмоток, поскольку замкнутый вокруг цилиндрической поверхности проволоки слой хорошо проводящего материала приводил бы к повышенной величине добавочных потерь на вихревые токи.

Сущность изобретения поясняется чертежами, включающими две фигуры.

На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема ПРАЭМА на примере двухлампового люминесцентного светильника на лампах с двумя нитями накала и запуском от ионных стартеров.

На фиг. 2 схематически изображена конструкция двухфазного индуктивного модуля ПРАЭМА с частичным разрезом по катушкам обеих фаз, расположенным ниже оси симметрии фигуры.

Согласно принципиальной электрической схеме (фиг. 1) две катушки или катушечные группы ПРАЭМА 1-2 и 3-4, относящиеся к разным фазам, включены как две параллельные ветви в цепь питающего переменного тока, причем последовательно с катушкой 1-2 включен фазосдвигающий конденсатор С1. Далее каждая из катушек подключена к одному из концов первой нити накала ламп Л1 и Л2, а одни из концов второй нити накала каждой из этих ламп соединены между собой и подключены к другой клемме питания. Оставшиеся концы нитей накала этих ламп подключены к ионным стартерам К1 и К2 соответственно. Между обеими клеммами питания может быть дополнительно включен конденсатор С2, улучшающий косинус фи у индуктивной ветви.

Функционирование ПРАЭМА в описанной схеме ничем принципиально не отличается от обычной ПРА с "расщепленной" фазой, имеющей первый балластный дроссель на месте катушки 1-2 и второй балластный дроссель на месте катушки 3-4. Возможны и другие схемы включения ПРАЭМА, в том числе с объединением концов 3-4 и работой на одну газоразрядную лампу с целью получения требуемых регулировочных характеристик и высокого косинуса фи.

Одно из возможных конструктивных исполнений ПРАЭМА (фиг.2) содержит первую обмотку (в частности, 3-4) в виде единичной катушки в форме прямоугольной рамки со скругленными углами и вторую обмотку (1-2) в виде группы из двух последовательно согласно соединенных между собой одинаковых катушек, расположенных вокруг более длинных параллельных сторон катушки 3-4. Для обмотки 1-2, таким образом, обмотка 3-4 является стержневым сердечником, а для обмотки 3-4 обмотка 1-2 - броневым. Показанное прямоугольное исполнение ПРАЭМА с парой внешних сосредоточенных катушек является универсальным по отношению к намотке проволокой или лентой и упрощает организацию внешних выводов от внутренней катушки. Возможны и иные конструкции ПРАЭМА, в т.ч. в виде тороида, внутренняя обмотка которого представляет собой кольцо, а внешняя равномерно распределена по всей его поверхности; многозвенных цепей прямой или изогнутой формы для лучшего вписывания в свободный объем светильника и т.п.

Источники информации 1. Справочник машиностроителя. Т.1// Под ред. проф., д.т.н. Саверина М. А. - М.: ГНТИ машиностроительной литературы, 1951, с.684.

2. Авторское свидетельство СССР 344515 с приоритетом от 14.07.1970.

3. Патент США 4916425 с приоритетом от 31.08.1988.

4. Справочная книга по светотехнике. Под ред. проф., д.т.н. Айзенберга Ю.Б. - М.: Энергоатомоиздат, 1995, с.106.

Формула изобретения

1. Пускорегулирующая аппаратура для люминесцентных светильников с по меньшей мере двумя газоразрядными лампами, содержащая две параллельные ветви питания ламп переменным током, в одну из которых последовательно включен конденсатор, и с балластными дросселями, состоящими из обмоток и ферромагнитных сердечников, в обеих ветвях, отличающаяся тем, что обмотки и сердечники балластных дросселей конструктивно объединены в пространственно сцепленные между собой катушки или катушечные группы, намотанные электрически изолированной проволокой или лентой из ферромагнитного металла так, что обмотка одного из дросселей содержит внутри себя в качестве сердечника обмотку другого и наоборот.

2. Пускорегулирующая аппаратура по п.1, отличающаяся тем, что катушки или катушечные группы намотаны проволокой или лентой, выполненной из отожженной нелегированной низкоуглеродистой стали.

3. Пускорегулирующая аппаратура по п.2, отличающаяся тем, что стальная лента дополнительно плакирована алюминием или медью, составляющими от 5 до 15% общей толщины ленты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2