Устройство для зажигания газоразрядных ламп высокого давления (варианты)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах для эксплуатации газоразрядных ламп, у которых напряжения зажигания выше напряжения питающей сети, например в системах наружного освещения. Предлагается устройство, содержащее времязадающий элемент импульсный автотрансформатор, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные конденсатор и пороговый элемент, шунтированный обратным диодом, цепочку из последовательно соединенных резистора и диода, подключенную одним выводом к ключевому блоку, к одному из выводов питания времязадающего элемента, к одному из выводов порогового элемента и к промежуточному низковольтному выводу импульсного автотрансформатора. Времязадающий элемент содержит резисторы, стабилитроны, диод, счетчик и конденсатор. Пороговый элемент содержит переключатель, тиристор и конденсатор. Устройство дополнительно содержит кнопочный выключатель. Устройство представлено в двух вариантах, отличающихся один от другого местом подключения кнопочного выключателя. Технический результат - повышение качества наружного освещения за счет обеспечения возможности включения вышедшей из строя лампы после ее замены без снятия и повторного включения питающего напряжения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах для эксплуатации газоразрядных ламп, у которых напряжение зажигания выше напряжения питающей сети, например в системах наружного освещения.
В настоящее время для наружного освещения широко применяются натриевые лампы высокого давления. Вместе с тем, лампы высокого давления имеют напряжение зажигания выше напряжения питания, что вызывает необходимость применять зажигающие устройства.
Известно надежное устройство для зажигания газоразрядной лампы [1], содержащее ключевой блок, времязадающий элемент, импульсный автотрансформатор, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные первый конденсатор и пороговый элемент, шунтированный обратным диодом, первый выходной вывод устройства соединен через последовательно соединенные вторичную обмотку импульсного автотрансформатора и второй конденсатор с вторым выходным выводом устройства, к которому подключен один из выводов цепи из последовательно соединенных первого резистора и диода, первый вывод питания времязадающего элемента соединен с промежуточным низковольтным выводом импульсного автотрансформатора и соответствующим выводом ключевого блока, выходной вывод - с управляющим выводом ключевого блока, а второй вывод питания - с другим выводом цепи, состоящей из первого резистора и диода, и одним из выводов ключевого блока, другой вывод которого соединен с точкой соединения первого конденсатора и порогового элемента, причем времязадающий элемент выполнен в виде резистора, конденсатора и стабилитрона, соединенных между собой одними своими выводами, другой вывод конденсатора является выходным выводом времязадающего элемента, а другие выводы резистора и стабилитрона являются соответственно первым и вторым его выводами питания, при этом полярность включения стабилитрона в режиме стабилизации соответствует полярности диода.
Устройство включается параллельно лампе, а между лампой и питающей сетью включен балластный дроссель.
В случае неисправности или отсутствия лампы устройство вырабатывает зажигающие импульсы только до тех пор, пока времязадающий элемент подает открывающий сигнал на ключевой блок. В это время конденсатор времязадающего элемента заряжается через резистор. По прошествии заданного времени (нескольких периодов питающего напряжения, в сумме составляющих доли секунды) конденсатор времязадающего элемента заряжается до максимального напряжения, при этом времязадающий элемент прекращает подачу открывающего сигнала на ключевой блок и формирование высоковольтных импульсов прекращается. Устройство переходит в дежурный режим, в котором отсутствуют радиопомехи и исключено старение электрической изоляции.
Если лампа присутствует и исправна, то после ее зажигания напряжение на ней падает. Этого напряжения недостаточно для работы порогового элемента, и генерация зажигающих импульсов прекращается. Как и в случае неисправности или отсутствия лампы, через заданное время конденсатор времязадающего элемента заряжается до максимального напряжения, после чего ключевой блок закрывается и устройство переходит в дежурный режим.
Для возвращения времязадающего элемента в исходное состояние требуется снять напряжение питания на время, равное заданному, так как разряд конденсатора времязадающего элемента осуществляется через тот же резистор, что и заряд.
Из-за перехода в дежурный режим и необходимости определенного интервала времени для возвращения в исходное состояние устройство [1] имеет следующие недостатки: во-первых, отсутствие автоматического зажигания лампы после ее погасания в случае кратковременного пропадания питающего напряжения; во-вторых, необходимость ожидания остывания лампы в течение нескольких минут для ее повторного зажигания. Это вызвано тем, что в реальных электрических сетях присутствуют кратковременные провалы напряжения (см. например, [2]). При отсутствии подачи питающего напряжения более 8 мс, что составляет примерно половину периода питающего напряжения, натриевая лампа гаснет (см., например, [3]), и ее зажигание не происходит, так как времязадающий элемент не успевает перейти в исходное состояние.
Автоматическое зажигание лампы не происходит и в том случае, если питающее напряжение пропадает на более длительный период времени, достаточный для перехода времязадающего элемента в исходное состояние, например, составляющий несколько периодов питающего переменного напряжения. После восстановления напряжения питания зажигающие импульсы действуют в течение долей секунды, но лампа не зажигается, так как повторное зажигание горячей натриевой лампы возможно только через несколько минут, после того, как в ней произойдет конденсация паров [3]. Поэтому для повторного зажигания лампы необходимо снять напряжение питания и подать его вновь через несколько минут.
Эти недостатки снижают качество наружного освещения, а в случае освещения некоторых важных объектов, например пешеходных переходов или перекрестков дорог, могут привести к аварийным ситуациям.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство [4], содержащее времязадающий элемент, включающий первый и второй резистор, конденсатор, первый и второй стабилитрон, диод, анодом подключенный к точке соединения первого резистора и катода первого стабилитрона, и счетчик, вход СБРОС которого подключен к точке соединения второго резистора и второго стабилитрона, выводы питания счетчика подключены соответственно к точке соединения второго резистора, катода диода и конденсатора и к точке соединения анодов первого и второго стабилитронов и второго вывода конденсатора, ключевой блок, импульсный автотрансформатор, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные первый конденсатор и пороговый элемент, шунтированный обратным диодом и включающий переключатель, выход порогового элемента соединен с счетным входом счетчика, выход которого подключен к управляющему выводу ключевого блока, первый вывод которого соединен с низковольтным промежуточным выводом автотрансформатора и с вторым входом порогового элемента, дополнительно включающего тиристор, управляющим выводом соединенный с катодом переключателя, и конденсатор, включенный между катодом тиристора и анодом переключателя, первый выходной вывод устройства соединен с вторичной обмоткой автотрансформатора, а второй выходной вывод устройства подключен к точке соединения одного из выводов второго конденсатора и одного из выводов цепи из последовательно соединенных резистора и диода, второй вывод которой подключен к первому выводу ключевого блока, вторым выводом соединенного с пороговым элементом, и к одному из входов времязадающего элемента.
Описанное устройство решает задачу надежного автоматического зажигания газоразрядной лампы в случае кратковременного пропадания питающего напряжения, а также после замены неисправной лампы со снятием питающего напряжения. Следует отметить, что данное устройство позволяет производить замену вышедшей из строя лампы без снятия питающего напряжения, так как в дежурном режиме оно не формирует высоковольтные зажигающие импульсы. Однако, в случае замены лампы без снятия питающего напряжения, лампа не включится, так как устройство находится в дежурном режиме. Для перевода устройства из дежурного режима в исходное состояние необходимо отключить питающее напряжение, что приведет к выключению всех ламп, подключенных к этой же питающей линии. Это ухудшает качество наружного освещения, а в случае освещения важных объектов, таких как, например, пешеходные переходы или перекрестки дорог, может привести к аварийным ситуациям.
Данное изобретение направлено на решение задачи повышения качества наружного освещения за счет обеспечения возможности замены вышедших из строя ламп без отключения питающего напряжения, а также исключения необходимости выключения и повторного включения питающего напряжения для поджига замененной лампы.
Данная задача решается за счет того, что в устройстве для зажигания газоразрядных ламп высокого давления, содержащем времязадающий элемент, включающий первый и второй резистор, конденсатор, первый и второй стабилитрон, диод, анодом подключенный к точке соединения первого резистора и катода первого стабилитрона, и счетчик, вход СБРОС которого подключен к точке соединения второго резистора и второго стабилитрона, выводы питания счетчика подключены соответственно к точке соединения второго резистора, катода диода и конденсатора и к точке соединения анодов первого и второго стабилитронов и второго вывода конденсатора, ключевой блок, импульсный автотрансформатор, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные первый конденсатор и пороговый элемент, шунтированный обратным диодом и включающий переключатель, тиристор, управляющим выводом соединенный с катодом переключателя, и конденсатор, включенный между катодом тиристора и анодом переключателя, выход порогового элемента соединен с счетным входом счетчика, выход которого подключен к управляющему выводу ключевого блока, первый вывод которого соединен с низковольтным промежуточным выводом автотрансформатора и с вторым входом порогового элемента, первый выходной вывод устройства соединен с вторичной обмоткой автотрансформатора, а второй выходной вывод устройства подключен к точке соединения одного из выводов второго конденсатора и одного из выводов цепи из последовательно соединенных резистора и диода, второй вывод которой подключен к первому выводу ключевого блока, вторым выводом соединенного с пороговым элементом, и к одному из входов времязадающего элемента, дополнительно содержится кнопочный выключатель, подключенный к времязадающему элементу, одним выводом - к точке соединения первого резистора и анода диода, а другим выводом - к точке соединения анодов стабилитронов; в другом варианте исполнения один вывод кнопочного выключателя подключен к первому выходному выводу устройства, а второй его вывод соединен с нейтралью.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить качество наружного освещения за счет исключения необходимости отключения и повторного включения напряжения питающей сети после замены вышедшей из строя лампы.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен первый вариант схемы предлагаемого устройства, включенного в цепь питания газоразрядной лампы; на фиг.2 - второй вариант схемы предлагаемого устройства, включенного в цепь питания газоразрядной лампы.
Устройство для зажигания газоразрядных ламп высокого давления, представленное на фиг.1, 2, содержит времязадающий элемент 1, импульсный автотрансформатор 2, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные первый конденсатор 3 и пороговый элемент 4, шунтированный обратным диодом 5, первый 6 выходной вывод устройства соединен с вторичной обмоткой автотрансформатора 2, а второй 7 выходной вывод устройства подключен к точке соединения одного из выводов конденсатора 8 и одного из выводов цепи из последовательно соединенных резистора 9 и диода 10, второй вывод которой подключен к одному из выводов ключевого блока 11, к одному из выводов питания времязадающего элемента 1, к другому выводу порогового элемента 4 и к промежуточному низковольтному выводу импульсного автотрансформатора 2, другой вывод питания времязадающего элемента 1 подключен к входному выводу 7.
Времязадающий элемент 1 содержит резисторы 12, 13, стабилитроны 14, 15, диод 16 и счетчик 17, вход СБРОС которого подключен к точке соединения резистора 13 и стабилитрона 15, счетный вход счетчика 17 соединен с третьим выводом порогового элемента 4 и с вторым выводом ключевого блока 11, управляющий вывод которого подключен к выходу счетчика 17, а выводы питания счетчика 17 соединены с выводами конденсатора 18, включенного между точкой соединения резистора 13 с катодом диода 16 и точкой соединения анодов стабилитронов 14, 15, к которой подключен один из выводов кнопочного выключателя 19 (фиг.1), вторым выводом подключенного к точке соединения первого резистора 12 и анода диода 16.
Согласно второму варианту предлагаемого устройства кнопочный выключатель 19 одним выводом подключен к первому 6 входному выводу устройства, а другим выводом - к нейтрали N.
Пороговый элемент 4 содержит переключатель 20, тиристор 21 и конденсатор 22, включенный между анодом переключателя 20 и катодом тиристора 21, управляющий вывод которого соединен с катодом переключателя 20.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии газоразрядная лампа 23 выключена. При подключении схемы к сети вся величина напряжения прикладывается к питающим вводам 6, 7 устройства для зажигания газоразрядной лампы 23.
Во время первой положительной полуволны питающего напряжения происходит заряд конденсатора 3 через вторичную обмотку импульсного автотрансформатора 2 и конденсатор 8. Одновременно происходит заряд конденсатора 18 времязадающего элемента 1 через вторичную обмотку импульсного автотрансформатора 2, резистор 12 и диод 16. Когда напряжение на конденсаторе 18 станет равным напряжению стабилизации стабилитрона 15, происходит сброс (установка в нулевое состояние) счетчика 17, на Q-выходе счетчика 17 появляется сигнал, который закрывает ключевой блок 11. Выходной сигнал ключевого блока 11 начинает заряжать конденсатор 22. Когда конденсатор 22 заряжается до напряжения срабатывания переключателя 20, пороговый элемент 4 открывается и в контуре, образованном конденсатором 3 и первичной обмоткой импульсного автотрансформатора 2, возникают затухающие колебания. Отрицательная полуволна колебаний проходит через обратный диод 5, а положительная полуволна - через пороговый элемент 4. Во время колебательного процесса на высоковольтном выводе 6 импульсного автотрансформатора 2 возникает четыре-пять высоковольтных импульсов амплитудой до 3...5 кВ, которые через конденсатор 8 подаются на газоразрядную лампу 23. Одновременно напряжение на конденсаторе 18 времязадающего элемента 1 продолжает увеличиваться и достигает значения, равного напряжению стабилизации стабилитрона 14. При этом счетчик 17 переходит в режим счета и начинает считать импульсы, возникающие при разряде конденсатора 22 через переключатель 20.
Как только лампа 23 зажигается, напряжение на ней падает, разряды конденсатора 22 через переключатель 20 прекращаются и счетчик 17 останавливается, так как прекращается поступление импульсов на его счетный вход.
Если произойдет кратковременный перерыв подачи питания, то лампа 23 погаснет. При этом конденсатор 18 времязадающего элемента 1 не успевает разрядиться и поддерживает на входах счетчика 17 сигналы необходимого уровня, поэтому после восстановления напряжения питания счетчик 17 продолжит счет импульсов, а зажигающие импульсы формируются до тех пор, пока лампа 23 не остынет и не зажжется снова.
Емкость счетчика 17 должна быть такой, чтобы за время работы устройства не произошло его переполнения во время кратковременных перерывов подачи напряжения, число которых определяется качеством электрической энергии питающей сети. При кратковременных перерывах подачи напряжения устройство позволит произвести автоматическое зажигание лампы. При более длительных перерывах подачи питания конденсатор 18 времязадающего элемента 1 успеет разрядиться и после восстановления питания произойдет включение устройства зажигания, как описано выше.
Если лампа 23 вышла из строя и не зажигается, то счетчик 17 будет продолжать счет до тех пор, пока не произойдет его переполнение. После этого выходной сигнал счетчика 17 открывает ключевой блок 11, прекращая тем самым формирование зажигающих импульсов. После замены вышедшей из строя лампы без отключения питающего напряжения лампа не включается автоматически, так как ключевой блок 11 запрещает формирование зажигающих импульсов времязадающим элементом 1. В первом варианте устройства при замыкании кнопочного выключателя 19 (фиг.1), исходное состояние которого является нормально разомкнутым, конденсатор 18 времязадающего элемента 1 разряжается. После отпускания кнопки выключателя 19 начинается заряд конденсатора 18. Когда напряжение на конденсаторе 18 станет равным напряжению стабилизации стабилитрона 15, счетчик 17 устанавливается в нулевое положение, на Q-выходе счетчика 17 появляется сигнал, который закрывает ключевой блок 11. Выходной сигнал ключевого блока 11 начинает заряжать конденсатор 22. Как только напряжение на конденсаторе 22 становится равным напряжению срабатывания переключателя 20, открывается пороговый элемент 4 и в контуре, образованном конденсатором 3 и первичной обмоткой импульсного автотрансформатора 2, возникают затухающие колебания. Как было описано выше, во время колебательного процесса на высоковольтном выводе 6 импульсного автотрансформатора 2 возникает четыре-пять высоковольтных импульсов амплитудой до 3...5 кВ, которые через конденсатор 8 подаются на газоразрядную лампу 23.
Во втором варианте предлагаемого устройства (см. фиг.2) исходное состояние кнопочного выключателя 19 является нормально замкнутым. Поскольку он подключен к нейтрали N, то высоковольтная составляющая в цепи выключателя 19 отсутствует. После замены вышедшей из строя лампы для запуска устройства нажимается кнопка выключателя 19, ее нормально замкнутый контакт размыкается, конденсатор 18 времязадающего элемента 1 разряжается. После отпускания кнопки переключателя 19 начинается заряд конденсатора 3 через вторичную обмотку импульсного автотрансформатора 2 и конденсатор 8. Одновременно происходит заряд конденсатора 18 времязадающего элемента 1 через вторичную обмотку импульсного автотрансформатора 2, резистор 12 и диод 16. Когда напряжение на конденсаторе 18 станет равным напряжению стабилизации стабилитрона 15, происходит сброс (установка в нулевое состояние) счетчика 17, на Q-выходе счетчика 17 появляется сигнал, который закрывает ключевой блок 11. Выходной сигнал ключевого блока 11 начинает заряжать конденсатор 22. Когда конденсатор 22 заряжается до напряжения срабатывания переключателя 20, пороговый элемент 4 открывается и в контуре, образованном конденсатором 3 и первичной обмоткой импульсного автотрансформатора 2, возникают затухающие колебания. Отрицательная полуволна колебаний проходит через обратный диод 5, а положительная полуволна через пороговый элемент 4. Во время колебательного процесса на высоковольтном выводе 6 импульсного автотрансформатора 2 возникает четыре-пять высоковольтных импульсов амплитудой до 3...5 кВ, которые через конденсатор 8 подаются на газоразрядную лампу 23 и зажигают ее.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает зажигание газоразрядной лампы при включении питающего напряжения, выключение зажигающих импульсов после зажигания лампы, автоматическое повторное зажигание лампы, если она погасла из-за перерыва подачи напряжения питания, автоматическое выключение зажигающих импульсов, если лампа отсутствует или вышла из строя, а также включение лампы после ее замены без снятия и включения питающего напряжения, что повышает надежность работы устройства и качество наружного освещения, что особенно важно при эксплуатации газоразрядных ламп для освещения пешеходных переходов или перекрестков дорог.
Источники информации
1. А.с. №2033707, Н 05 В 41/231. Устройство для зажигания газоразрядных ламп высокого давления, опубл. 20.04.95.
2. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
3. Кунгс Я.А. Автоматизация управления электрическим освещением, - М.: Энергоиздат, 1989, с.59.
4. Патент РФ по заявке на изобретение №2000130537 от 04.12.2000, решение о выдаче патента от 30.05.2002, Н 05 В 41/231, 41/292. Устройство для зажигания газоразрядных ламп высокого давления.
Формула изобретения
1. Устройство для зажигания газоразрядных ламп высокого давления, содержащее времязадающий элемент, включающий первый и второй резисторы, конденсатор, первый и второй стабилитроны, диод, анодом подключенный к точке соединения первого резистора и катода первого стабилитрона, и счетчик, вход "Сброс" которого подключен к точке соединения второго резистора и второго стабилитрона, выводы питания счетчика подключены соответственно к точке соединения второго резистора, катода диода и конденсатора и к точке соединения анодов первого и второго стабилитронов и второго вывода конденсатора, ключевой блок, импульсный автотрансформатор, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные первый конденсатор и пороговый элемент, шунтированный обратным диодом и включающий переключатель, тиристор, управляющим выводом соединенный с катодом переключателя, и конденсатор, включенный между катодом тиристора и анодом переключателя, выход порогового элемента соединен с счетным входом счетчика, выход которого подключен к управляющему выводу ключевого блока, первый вывод которого соединен с низковольтным промежуточным выводом автотрансформатора и с вторым входом порогового элемента, первый выходной вывод устройства соединен с вторичной обмоткой автотрансформатора, а второй выходной вывод устройства подключен к точке соединения одного из выводов второго конденсатора и одного из выводов цепи из последовательно соединенных резистора и диода, второй вывод которой подключен к первому выводу ключевого блока, вторым выводом соединенного с пороговым элементом, и к одному из входов времязадающего элемента, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит кнопочный выключатель, подключенный к времязадающему элементу, одним выводом - к точке соединения первого резистора и анода диода, а другим выводом - к точке соединения анодов стабилитронов.
2. Устройство для зажигания газоразрядных ламп высокого давления, содержащее времязадающий элемент, включающий первый и второй резисторы, конденсатор, первый и второй стабилитроны, диод, анодом подключенный к точке соединения первого резистора и катода первого стабилитрона, и счетчик, вход "Сброс" которого подключен к точке соединения второго резистора и второго стабилитрона, выводы питания счетчика подключены соответственно к точке соединения второго резистора, катода диода и конденсатора и к точке соединения анодов первого и второго стабилитронов и второго вывода конденсатора, ключевой блок, импульсный автотрансформатор, к выводам первичной обмотки которого подключены последовательно соединенные первый конденсатор и пороговый элемент, шунтированный обратным диодом и включающий переключатель, тиристор, управляющим выводом соединенный с катодом переключателя, и конденсатор, включенный между катодом тиристора и анодом переключателя, выход порогового элемента соединен с счетным входом счетчика, выход которого подключен к управляющему выводу ключевого блока, первый вывод которого соединен с низковольтным промежуточным выводом автотрансформатора и с вторым входом порогового элемента, первый выходной вывод устройства соединен с вторичной обмоткой автотрансформатора, а второй выходной вывод устройства подключен к точке соединения одного из выводов второго конденсатора и одного из выводов цепи из последовательно соединенных резистора и диода, второй вывод которой подключен к первому выводу ключевого блока, вторым выводом соединенного с пороговым элементом, и к одному из входов времязадающего элемента, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит кнопочный выключатель, один вывод которого подключен к первому выходному выводу устройства, а второй вывод соединен с нейтралью.
