Пускорегулирующее устройство

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания безртутных натриевых ламп высокого давления (ДНаТ БР). Технический результат заключается в обеспечении надежной работы лампы ДНаТ БР. Сущность заключается в том, что пускорегулирующее устройство содержит двухполупериодный выпрямитель, включенный в сеть через токоограничительный элемент, конденсатор, подключенный параллельно выходу выпрямителя, параллельно которому через дроссель подключена газоразрядная лампа. Параллельно лампе через ограничитель тока или непосредственно подключен переключающий элемент. Индуктивность дросселя и емкость конденсатора выбраны из соотношения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания безртутных натриевых ламп высокого давления (ДНаТ БР).

Лампы ДНаТ БР традиционно используются в схемах с электронными пускорегулирующими аппаратами с преобразователями повышенной частоты (Светотехника, № 3, 2000, с.18). Эти аппараты имеют сложную электронную схему, снижающую их надежность, создают высокочастотные помехи.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для поджига и питания ртутных ламп сверхвысокого давления выпрямленным током (SU № 1325726, Н 05 В 41/231, опубл. 11.05.85 г.), содержащее двухполупериодный выпрямитель, включенный в сеть через токоограничительный элемент, два последовательно включенных конденсатора, подключенных параллельно к выходу выпрямителя, параллельно которым через дроссель подключена газоразрядная лампа. Реактивным балластом, ограничивающим ток через лампу, является конденсатор.

Недостатком известного устройства является то, что использование его для питания ламп ДНаТ БР невозможно вследствие больших пульсаций тока, что приводит к погасанию разряда в лампе. Это связано с особенностями ламп ДНаТ БР, имеющих горелку малого диаметра и поэтому малое время деионизации плазмы. Питать эти лампы следует током с небольшим коэффициентом пульсаций. Кроме того, лампы ДНаТ БР характеризуются относительно большим значением модуля отрицательного дифференциального сопротивления |R_диф|, что требует использования индуктивных или активных компенсаторов отрицательного сопротивления с величиной, большей |R_диф|.

Технический результат заключается в обеспечении надежной работы лампы ДНаТ БР.

Сущность изобретения заключается в том, что в пускорегулирующем устройстве для безртутных натриевых ламп высокого давления, содержащем двухполупериодный выпрямитель, включенный в сеть через токоограничительный элемент, конденсатор, подключенный параллельно выходу выпрямителя, параллельно которому через дроссель подключена газоразрядная лампа, параллельно лампе через ограничитель тока или непосредственно подключен переключающий элемент, а индуктивность дросселя и емкость конденсатора определены из соотношения

L>|R_диф|/600,

C>2,5/(L p),

где L - индуктивность дросселя, Гн;

С - емкость конденсатора, мкФ;

р - коэффициент пульсации тока;

|R_диф| - максимальное значение модуля дифференциального сопротивления лампы, работающей с пускорегулирующим устройством, Ом.

Дроссель имеет отвод, а переключающий элемент подключен непосредственно или через ограничитель тока между отводом дросселя и электродом лампы, не соединенным с дросселем. Если в качестве ограничительного элемента взята емкость, то ее величина входит в виде слагаемого в значение емкости, определяемой из соотношения.

На фиг.1 и 2 изображено пускорегулирующее устройство, на фиг.3 - часть вольтамперной характеристики лампы. Пускорегулирующее устройство (фиг.1) содержит двухполупериодный выпрямитель 1, включенный в сеть через токоограничительный элемент 2, конденсатор 3, подключенный параллельно выходу выпрямителя 1, параллельно которому через дроссель 4 подключена газоразрядная лампа 5. Параллельно лампе 5 через ограничитель тока 6 или непосредственно подключен переключающий элемент 7. Индуктивность дросселя 4 и емкость конденсатора 3 выбраны из соотношения

L>|R_диф|/600,

С>2,5/(L р),

где L - индуктивность дросселя, Гн;

С - емкость конденсатора, мкФ;

р - коэффициент пульсации тока;

|R_диф| - максимальное значение модуля дифференциального сопротивления лампы 5, работающей с пускорегулирующим устройством, Ом.

Устройство может быть реализовано и в соответствии с фиг.2. Отличие от предыдущего состоит в том, что дроссель 4 имеет отвод, а переключающий элемент 7 подключен непосредственно или через ограничитель тока 6 между отводом дросселя 4 и электродом лампы 5, не соединенным с дросселем 4.

Пускорегулирующее устройство работает следующим образом. После подключения питающей сети к двухполупериодному выпрямителю 1 через токоограничительный элемент 2 конденсатор 3 заряжается. Переключающий элемент 7 переходит в проводящее состояние, через дроссель 4 течет ток, ограниченный индуктивностью дросселя 4 и ограничителем тока 6. Через некоторое время переключающий элемент 7 перейдет в непроводящее состояние. Энергия, накопленная в дросселе 4, обеспечит генерирование высоковольтного импульса, зажигающего лампу 5, через которую будет протекать ток, параметры которого определяются характеристиками токоограничительного элемента 2, выпрямителя 1, конденсатора 3, дросселя 4 и лампы 5.

Работа устройства по фиг.2 не отличается от работы устройства по фиг.1. Выбор величин L и С обусловлен следующими соображениями: из фиг.3, где изображена часть вольтамперной характеристики лампы ДНаТ БР (для определенности изображена характеристика лампы ДнаТ БР-70), видно, что при изменении тока через лампу от 0,4 до 0,8 А ее дифференциальное сопротивление R_диф отрицательно и изменяется от 100 до 30 Ом. Если изменение тока в каждый полупериод будет столь значительны, то для стабилизации режима газового разряда в лампе необходимо использовать активное сопротивление величиной более 100 Ом, что приведет к большим потерям мощности на пускорегулирующем устройстве. Можно использовать для стабилизации режима лампы и индуктивность с соответствующей величиной эффективного сопротивления, равной ωL. Однако такая индуктивность будет иметь значительные размеры и массу. Величина индуктивности должна быть тем больше, чем больше коэффициент пульсаций р тока через лампу, р=1-I_min/I_max, где I_min - минимальное значение тока, протекающего через лампу, включенную в данное пускорегулирующее устройство; I_max - максимальное значение тока, протекающего через лампу, включенную в пускорегулирующее устройство.

При уменьшении коэффициента пульсаций, например, при включении параллельно выпрямителю 1 сглаживающего конденсатора 3 возможно уменьшить величину индуктивности дросселя 4, при сохранении устойчивой работы лампы 5, т.к. рабочая точка лампы 5 будет “перемещаться” по вольтамперной характеристике (фиг.3) в меньших пределах и колебания отрицательного дифференциального сопротивления будут проходить около меньших абсолютных значений. Из вольтамперной характеристики видно, что большие абсолютные значения R_диф реализуются при меньших токах. При работе лампы 5 в устройстве с двухполупериодным выпрямителем 1 в каждый полупериод реализуется минимальное значение тока через лампу 5 и его максимальное значение. Когда значение тока будет минимальным, значение |R_диф| будет наибольшим, поэтому величина сопротивления стабилизирующего разряда должна рассчитываться при этом условии. Во время разгорания лампы ее вольтамперная характеристика существенно зависит от температуры лампы 5. При определенных значениях этой температуры разряд характеризуется наибольшей величиной |R_диф| при I_min.

Известно, что для фильтра, состоящего из индуктивности и емкости при двухполупериодном выпрямлении тока, между коэффициентом пульсаций р и параметрами L и С фильтра существует соотношение

L С=2,5/р.

(Радиолюбительский справочник./Под ред. Д.П.Линде. - М-Л.: Энергия, 1966, с. 335).

Если среднее значение тока I_cp через лампу принять равным I_cp=(I_min+I_max)/2 (что при значении р<0,5 справедливо), то значение I_min можно определить, зная I_cp - ток лампы, указанный в технических условиях на лампу, а также задав значение р. Используя вольтамперную характеристику лампы, можно определить значение R_диф и вычислить минимально допустимое значение L. Для двухполупериодного выпрямления частота пульсации 100 Гц имеем L≈|R_диф|/600. Зная величину L и р можно определить значение C=2,5/(L р).

Если в качестве токоограничительного элемента 2 используется емкость, то ее величина входит в виде слагаемого в значение емкости, рассчитываемой согласно приведенного соотношения для емкости.

Увеличение значений L и С больше, чем рассчитанные по приведенным соотношениям, благоприятно скажется на стабильности работы лампы. Если L и С будут иметь значения меньше определенных из соотношений, то лампа не будет работать стабильно.

В качестве переключающего элемента в пускорегулирующем устройстве могут быть использованы полупроводниковые, газоразрядные или любые другие приборы, обеспечивающие переход из непроводящего состояния в проводящее и обратно. Если в качестве переключающего элемента используется газоразрядный стартер, то необходимо, чтобы его биметаллический электрод имел отрицательный потенциал.

Пускорегулирующее устройство может быть использовано и для питания всех типов газоразрядных ламп высокого и низкого давления. Пускорегулирующее устройство было реализовано и испытано с лампой ДНаТ БР 70. В качестве токоограничительного элемента был выбран конденсатор емкостью 16 мкФ, индуктивность дросселя рассчитана из соотношения и равна 0,2 Гн, емкость сглаживающего конденсатора равна 100 мкФ. В качестве переключающего элемента использован газоразрядный стартер.

Формула изобретения

1. Пускорегулирующее устройство для безртутных натриевых ламп высокого давления, содержащее двухполупериодный выпрямитель, включенный в сеть через токоограничительный элемент, конденсатор, подключенный параллельно выходу выпрямителя, параллельно которому через дроссель подключена газоразрядная лампа, отличающееся тем, что параллельно лампе через ограничитель тока или непосредственно подключен переключающий элемент, а индуктивность дросселя и емкость конденсатора определены из соотношения

L>|R_диф|/600;

С>2,5/(L p),

где L - индуктивность дросселя, Гн;

С - емкость конденсатора, мкФ;

р - коэффициент пульсации тока;

|R_диф| - максимальное значение модуля дифференциального сопротивления лампы, работающей с пускорегулирующим устройством, Ом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дроссель имеет отвод, а переключающий элемент подключен непосредственно или через ограничитель тока между отводом дросселя и электродом лампы, не соединенным с дросселем.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что если в качестве токоограничительного элемента взята емкость, то ее величина входит в виде слагаемого в значение емкости, определяемой из соотношения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3