Устройство для зажигания натриевых ламп высокого давления
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в осветительных установках для освещения улиц и помещений. Технический результат заключается в том, что устройство позволяет использовать существующие осветительные установки с лампой меньшей мощности, что приводит к экономии электроэнергии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для зажигания натриевых ламп высокого давления, включаемых в осветительные установки, предназначенные для зажигания дуговых ртутных ламп высокого давления, содержит (фиг.1) автотрансформатор 1, один конец обмотки которого соединен с первым выводом лампы 2. Часть обмотки 3 автотрансформатора включена в контур, содержащий последовательно включенные переключающий элемент 4 и конденсатор 5, общая точка которых соединена со вторым выводом лампы непосредственно или через токоограничительный элемент 6. Сеть подключена через дроссель 7 между вторым выводом лампы и другим концом обмотки автотрансформатора, не соединенным с лампой. Индуктивность автотрансформатора 1 выбирают такой, что при рабочем токе лампы 2 выполняется соотношение:
где U1 - номинальное напряжение дросселя для дуговой ртутной лампы высокого давления; I1 - номинальный ток дросселя для дуговой ртутной лампы высокого давления в рабочем режиме; U2 - номинальное напряжение дросселя для натриевой лампы высокого давления, включаемой взамен дуговой ртутной лампы высокого давления; I2 - номинальный ток дросселя для натриевой лампы высокого давления, включаемой взамен дуговой ртутной лампы высокого давления в рабочем режиме; U - действующее значение напряжения на автотрансформаторе; I - действующее значение тока, протекающего в рабочем режиме натриевой лампы высокого давления через автотрансформатор. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в осветительных установках для освещения улиц и помещений.
Внедрению в освещение высокоэффективных натриевых ламп высокого давления (ДНаТ) препятствует невозможность использовать их в светильниках, предназначенных для дуговых ртутных ламп высокого давления (ДРЛ). Именно такими светильниками оснащено большинство населенных пунктов России. При этом недостаточно дополнить эти светильники известными импульсными зажигающими устройствами, необходимо заменить и токоограничительный дроссель, или же заменить светильники в целом, что является дорогостоящим мероприятием.
Одним из решений задачи является использование натриевых ламп с “пеннинговской” смесью, позволяющей приблизить их по характеристикам к лампам ДРЛ. Однако это снижает световую отдачу натриевых ламп и уменьшает их срок службы. Причем эти лампы ДНаТ (в международной классификации SON - Н) существенно дороже наиболее эффективных натриевых ламп типа SON. К тому же замена лампы ДРЛ лампой SON - H соответствующей мощности дает экономию электроэнергии всего 12-13%.
Известно устройство (а.с. SU №1252978, МПК 7 Н 05 В 41/231, 15.09.83) для зажигания газоразрядных ламп, содержащее балластный дроссель с отводом. Устройство ограничивает ток через лампу и зажигает ее.
Однако существенным минусом такого устройства является то, что импульс высокого напряжения, зажигающий лампу, прикладывается и к самому дросселю, создавая опасность его пробоя.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для зажигания газоразрядных ламп (Патент RU №2134496, МПК 7 Н 05 В 41/23, 23.05.96), содержащее импульсный автотрансформатор, один конец повышающей обмотки которого соединен с первым выводом лампы, а сеть подключена через дроссель между вторым выводом лампы и концом первичной обмотки импульсного автотрансформатора, не общим с повышающей обмоткой. Первичная обмотка импульсного автотрансформатора включена в контур, образованный конденсатором и стартером тлеющего разряда, общая точка которых подключена ко второму выводу лампы. Устройство генерирует высоковольтные импульсы после каждого контактирования стартера.
Однако применение импульсного автотрансформатора с небольшой индуктивностью и малым током насыщения не позволяет использовать это зажигающее устройство для замены ламп ДРЛ большей мощности на лампы ДНаТ меньшей мощности в светильниках, спроектированных для ламп типа ДРЛ.
Технический результат предлагаемого решения заключается в том, что устройство позволяет использовать существующие осветительные установки с лампой меньшей мощности, что приводит к экономии электроэнергии.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для зажигания натриевых ламп высокого давления, включаемых в осветительные установки, предназначенные для зажигания дуговых ртутных ламп высокого давления, содержащем автотрансформатор, один конец обмотки которого соединен с первым выводом лампы, последовательно соединенные конденсатор и переключающий элемент включены в контур, содержащий часть обмотки автотрансформатора, причем общая точка переключающего элемента и конденсатора соединена с вторым выводом лампы непосредственно или через токоограничительный элемент, а сеть подключена через дроссель между вторым выводом лампы и другим концом обмотки автотрансформатора, индуктивность автотрансформатора выбрана такой, что при рабочем токе лампы выполняется соотношение:
где U1 - номинальное напряжение дросселя для лампы ДРЛ;
I1 - номинальный ток дросселя для лампы ДРЛ в рабочем режиме;
U2 - номинальное напряжение дросселя для лампы ДНаТ, включаемой взамен лампы ДРЛ;
I2 - номинальный ток дросселя для лампы ДнаТ, включаемой взамен лампы ДРЛ в рабочем режиме;
U - действующее значение напряжения на автотрансформаторе;
I - действующее значение тока, протекающего в рабочем режиме лампы ДНаТ через автотрансформатор.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, содержащее автотрансформатор 1, один конец обмотки которого соединен с первым выводом лампы 2. Часть обмотки 3 автотрансформатора включена в контур, содержащий последовательно включенные переключающий элемент 4 и конденсатор 5, общая точка которых соединена со вторым выводом лампы непосредственно или через токоограничительный элемент 6. Сеть подключена через дроссель 7 между вторым выводом лампы и другим концом обмотки автотрансформатора, не соединенным с лампой. Индуктивность автотрансформатора 1 выбрана такой, что при рабочем токе лампы 2 выполняется соотношение:
где U1 - номинальное напряжение дросселя для ламп ДРЛ;
I1 - номинальный ток дросселя для ламп ДРЛ в рабочем режиме;
U2 - номинальное напряжение дросселя для лампы ДНаТ, включаемой взамен лампы ДРЛ;
I2 - номинальный ток дросселя для лампы ДНаТ включаемой взамен лампы ДРЛ в рабочем режиме;
U - действующее значение напряжения на автотрансформаторе;
I - действующее значение тока, протекающего в рабочем режиме лампы ДНаТ через автотрансформатор.
Устройство может быть реализовано и в соответствии с фиг.2. Отличие от предыдущего состоит в том, что подключение переключающего элемента 4 и конденсатора 5 к части обмотки 3 автотрансформатора 1 поменялись местами.
Работает устройство следующим образом. При включении устройства в сеть через дроссель 7 (фиг.1) переключающий элемент 4 не проводит ток, конденсатор 5 заряжается через токоограничительный элемент 6, при кратковременном переходе переключающего элемента 4 в нужный момент времени в проводящее состояние конденсатор 5 разряжается через часть обмотки 3 автотрансформатора 1, так что между концами обмотки автотрансформатора 1 возникает высоковольтный импульс, зажигающий лампу 2. Ток протекает через дроссель 7, автотрансформатор 1 и нагревает лампу, вводя ее в рабочий режим.
Работа устройства по фиг.2 не отличается от работы устройства по фиг.1.
В реальных условиях характеристики ламп и дросселей имеют значительный разброс, поэтому разумно установить 20-30% допуск и для соотношения U/I (например, для лампы ДНаТ 250 допускается согласно техническим условиям напряжение на лампе от 80 до 115 В).
Выбор величины U/I обусловлен следующими соображениями: для того чтобы автотрансформатор зажигающего устройства оптимальным образом участвовал в ограничении тока лампы 2 типа ДНаТ, включенной взамен лампы ДРЛ, необходимо, чтобы индуктивность его была определенной. Считая, что величина индуктивности L связана с величиной индуктивного сопротивления R как R=wL, где w=2πγ, а γ - частота питающей сети, следует говорить об определенной величине R, которым должен обладать автотрансформатор 1. С другой стороны, R=U/I, где U - действующее значение напряжения сетевой частоты на автотрансформаторе 1 при протекании через него рабочего тока I лампы 2 типа ДНаТ, заменяющей лампу ДРЛ. Выбор величин R осуществляется исходя из данных таблицы. В таблице приведены данные полных сопротивлений R1 дросселей для ламп ДРЛ различной мощности и дросселей для ламп типа ДНаТ - R2
R1=U1/I1, R2=U2/I2
где U1 - номинальное напряжение дросселя для лампы ДРЛ;
I1 - номинальный ток дросселя для лампы ДРЛ в рабочем режиме;
U2 - номинальное напряжение дросселя для лампы ДНаТ, включаемой взамен лампы ДРЛ;
I2 - номинальный ток дросселя для лампы ДНаТ, включаемой взамен лампы ДРЛ в рабочем режиме.
Таблица составлена на основании Каталога ОАО “Лисма-КЭТ3” (Саранск, 2001 г., с.24).
| Таблица | ||
| Мощность дросселя Вт | R1=U1/I1 | R2=U2/I2 |
| 400 | 45(43,5-47,8) | 38,2(40-36,6) |
| 250 | 71,1(74,1-67,5) | 59,6(63-57,8) |
| 150 | 97,2(94,6-100) | |
| 125 | 133(141,1-127,2) | |
| 100 | 145(152-140) | |
| 70 | 187(183-192,6) |
В скобках указан допустимый разброс величин R1 и R2 дросселей.
Например, если лампу ДРЛ 400 необходимо заменить на лампу ДНаТ 250 (именно такая замена оправдана, так как световые потоки ламп ДРЛ 400 и ДНаТ 250 приблизительно равны), то:
R=R2(250)-R1(400)=15 Ом
Т.е. полное сопротивление автотрансформатора равняется 15 Ом.
Анализируя данные таблицы, обнаружили более общую зависимость
Изобретение было реализовано для замены лампы ДРЛ 400 на лампу ДНаТ 250, лампы ДРЛ 250 - на лампу ДНаТ 150, лампы ДРЛ 125 - на лампу ДНаТ 70.
Например, автотрансформатор 1 зажигающего устройства для замены лампы ДРЛ 400 на лампу ДНаТ 250 был намотан проводом диаметром 0,9 мм на сердечнике от дросселя люминесцентной лампы мощностью 40 Вт, содержал 150 витков с отводом от десятого витка. В качестве переключающего элемента 4 использовали транзистор, открываемый на время менее 200 мкс каждый период сетевого напряжения в момент времени, когда напряжение на конденсаторе 5 емкостью 0,1 мкс составляло 80-100% от амплитудного значения. В качестве токоограничительного элемента 6 используют резистор сопротивлением от 2 до 10 кОм и последовательно включенные с ним полупроводниковый диод и позистор. Зажигающее устройство каждый период генерирует импульсы амплитудой 4 кВ длительностью около 3 мкс по уровню 0,5, надежно зажигает лампу ДНаТ 250 и поддерживает ее рабочий режим. Экономия электроэнергии на каждую лампу составляет 150 Вт·час.
В зависимости от мощности заменяемых ламп изменяются параметры зажигающего устройства, тип переключающего элемента и структура токоограничительного элемента.
Для уменьшения времени разгорания лампы целесообразно использовать автотрансформатор с током насыщения, меньшим пускового тока.
1. Устройство для зажигания натриевых ламп высокого давления, включаемых в осветительные установки, предназначенные для дуговых ртутных ламп высокого давления, содержащее автотрансформатор, один конец обмотки которого соединен с первым выводом лампы, последовательно соединенные конденсатор и переключающий элемент, включенные в контур, содержащий часть обмотки автотрансформатора, причем общая точка переключающего элемента и конденсатора соединена с вторым выводом лампы непосредственно или через токоограничительный элемент, а сеть подключена через дроссель между вторым выводом лампы и другим концом обмотки автотрансформатора, отличающееся тем, что ток насыщения автотрансформатора меньше пускового тока, а индуктивность автотрансформатора выбрана такой, что при рабочем токе лампы выполняется соотношение
где U1 - номинальное напряжения дросселя для дуговой ртутной лампы высокого давления;
I1 - номинальный ток дросселя для дуговой ртутной лампы высокого давления в рабочем режиме;
U2 - номинальное напряжение дросселя для натриевой лампы высокого давления, включаемой взамен дуговой ртутной лампы высокого давления;
I2 - номинальный ток дросселя для натриевой лампы высокого давления, включаемой взамен дуговой ртутной лампы высокого давления в рабочем режиме;
U - действующее значение напряжения на автотрансформаторе;
I - действующее значение тока, протекающего в рабочем режиме натриевой лампы высокого давления через автотрансформатор;
а токоограничительный элемент имеет в своем составе полупроводниковый диод.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве переключающего элемента используют транзистор, открываемый на время менее 200 мкс каждый период сетевого напряжения в момент времени, когда напряжение на конденсаторе составляет 80-100% от амплитуды.
