Зажигающее устройство для газоразрядных ламп высокого давления
Владельцы патента RU 2454045:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО "Ставропольский ГАУ") (RU)
Изобретение относится к пускорегулирующей аппаратуре и может быть использовано для запуска газоразрядных ламп высокого давления. Зажигающее устройство для газоразрядных ламп высокого давления содержит устройство управления, блок обратной связи, управляемый ключ, пьезоэлемент и электромагнит, содержащий подпружиненный якорь и статор с катушкой. При этом пьезоэлемент расположен соосно с якорем электромагнита на расстоянии его полного хода и своими электродами соединен с контактами газоразрядной лампы, а катушка электромагнита подключена к сети питания через управляемый ключ. Технический результат - снижение критичности устройства к перепадам напряжения сети питания и внешним условиям эксплуатации, упрощение конструкции. 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к пускорегулирующей аппаратуре и может быть использовано для запуска газоразрядных ламп высокого давления.
Уровень техники
Известны устройства, содержащие последовательно соединенные между собой стартер, диодный мост и конденсатор, при этом в выходную диагональ моста включен тиристор, управляющая цепь которого состоит из делителя напряжения с подстроечным резистором и защиты от срабатывания при неисправности или отсутствии лампы в светильнике в виде позистора с его нагревательным элементом. (Пат. 92008123 РФ, МПК6 Н05В 41/231. Импульсное зажигающее устройство / Галай Н.В. [UA], Кожушко Г.В. [UA]; заявитель и патенообладатель Украинский научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт источников света [UA]. - №92008123/07; заявл. 25.11.1992; опубл. 10.03.1995.)
Недостатком таких устройств является большая материалоемкость и сложность конструкции.
Известны импульсные зажигающие устройства для газоразрядных ламп высокого давления, содержащие схему питания, микропроцессор, схему управления и трансформатор. (Гареев В.М. Импульсные зажигающие устройства для газоразрядных ламп высокого давления / В.М. Гареев, О.Г. Фомин, П.В. Мемиков // Вестник Новгородского государственного университета. - 2001. - №19.)
Недостатком таких устройств является большая материалоемкость и сложность конструкции.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятым авторами за прототип является зажигающее устройство на пьезотрансформаторе для разрядных ламп высокого давления, содержащее преобразователь напряжения, пьезотрансформатор напряжения, разрядник, блок управления, блок обратной связи, блок питания, резистивный делитель напряжения, последний из которых подключен к зажимам газоразрядной лампы высокого давления. (Горошкевич А.А. Зажигающее устройство на пьезотрансформаторе для разрядных ламп высокого давления / А.А.Горошкевич, В.Р.Медвидь, Н.Г.Тарасенко // Светотехника. - 1993. - №11. - С.22-23.)
Недостатком указанного зажигающего устройства является сложность конструкции, обусловленная большим количеством дискретных элементов в различных блоках, высокая критичность к перепадам напряжения питания и изменения температуры, т.к. ее изменение влияет на резонансные характеристики пьезотрансформатора. (Шарапов В.М. Пьезокерамические трансформаторы и датчики / В.М.Шарапов, И.Г.Минаев, Ж.В.Сотула и др.; под общ. редакцией В.М.Шарапова. - Черкассы: Вертикаль. - 2010. - 278 с.)
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого зажигающего устройства для газоразрядных ламп высокого давления, сводится к снижению критичности устройства к перепадам напряжения сети питания и внешним условиям эксплуатации, упрощению конструкции.
Технический результат достигается с помощью зажигающего устройства для газоразрядных ламп высокого давления, содержащего устройство управления, блок обратной связи, управляемый ключ, причем устройство дополнительно снабжено пьезоэлементом и электромагнитом, содержащим подпружиненный якорь и статор с катушкой, при этом пьезоэлемент расположен соосно с якорем электромагнита на расстоянии его полного хода и своими электродами соединен с контактами газоразрядной лампы, а катушка электромагнита подключена к сети питания через управляемый ключ.
Краткое описание чертежей
На фиг. дана структурная схема зажигающего устройства для газоразрядных ламп высокого давления.
Осуществление изобретения
Зажигающее устройство содержит электромагнит 1, пьезоэлемент 2, защитную прокладку 3, блок обратной связи 4, устройство управления 5 и управляемый ключ 6.
При этом электромагнит 1 содержит катушку 7, якорь 8, пружину 9. Пьезоэлемент 2 расположен соосно с якорем 8 электромагнита 1 на расстоянии его полного хода и своими электродами (не обозначены) подключен к контактам (не обозначены) газоразрядной лампы 10. Катушка 7 электромагнита 1 соединена с сетью питания через выходную цепь (не обозначена) управляемого ключа 6. Электромагнит 1 и пьезоэлемент 2 расположены в диэлектрическом кожухе (не обозначен). Газоразрядная лампа 10 подключена к сети питания U через дроссель (не обозначен). На пьезоэлементе 2 со стороны ударяющего конца (не обозначен) якоря 8 расположена защитная прокладка 3.
Вход (не обозначен) блока обратной связи 4, который, в частности, может быть выполнен в виде измерительного трансформатора тока, подключен последовательно с газоразрядной лампой 10. Выход (не обозначен) блока обратной связи 4 подключен к входу (не обозначен) устройства управления 5, выход которого подключен к входной цепи (не обозначена) управляемого ключа 6. Управляемый ключ 6, в частности, может быть выполнен на симисторе.
Зажигающее устройство для газоразрядных ламп высокого давления работает следующим образом.
До подачи питающего напряжения U газоразрядная лампа 10 находится в выключенном состоянии, ток через нее не протекает. При подаче напряжения питания U устройство управления 5 начинает генерировать импульсы, которые поступают на вход управляемого ключа 6. При поступлении первого импульса выходная цепь управляемого ключа 6 открывается, срабатывает электромагнит 1, якорь 8 совершает полный ход, сжимая пружину 9. Якорь 8 наносит удар по пьезоэлементу 2 через защитную прокладку 3. При этом защитная прокладка 3 распределяет силу удара равномерно по поверхности пьезоэлемента 2, защищая его от механических повреждений. На электродах пьезоэлемента 2 за счет прямого пьезоэффекта возникает высоковольтный импульс, поступающий на контакты газоразрядной лампы 10. Она зажигается. По завершении управляющего импульса на входе управляемого ключа 6 последний разрывает цепь питания катушки 7 электромагнита 1. Якорь 8 под воздействием взведенной пружины 9 возвращается в исходное состояние. При зажигании газоразрядной лампы 10 возрастает ток в ее питающей цепи (к примеру, для лампы ДНаТ-400 пусковой ток равен 5,2 А), который детектируется блоком обратной связи 4. Сигнал с блока обратной связи 4 поступает на вход устройства управления 5, которое перестает генерировать импульсы. Выходная цепь управляемого ключа 6 остается закрытой, и катушка 7 электромагнита 1 обесточивается.
Если газоразрядная лампа 10 после первого высоковольтного импульса не запускается, устройство управления 5 продолжает генерировать импульсы, поступающие на вход управляемого ключа 6. Якорь 8 электромагнита 1 продолжает производить удары по пьезоэлементу 2 через защитную прокладку 3, высоковольтные импульсы с которого поступают на газоразрядную лампу 10 до ее зажигания.
Был изготовлен действующий макет зажигающего устройства для газоразрядных ламп высокого давления. Использовался пьезоэлемент 2 из материала ЦТС-19, диаметр: 7 мм, длина: 15 мм, емкость: C=20·10-12 Ф, пьезомодуль: d=210·10-12 Кл/Н. Для нормального зажигания лампы типа ДНаТ к ее контактам следует приложить в среднем 3000 В. Для получения такого напряжения на электродах пьезоэлемента 2 за счет прямого пьезоэффекта должен появиться в нем заряд:
Q=U×C=3000×20·10-12=6·10-8 Кл.
Для получения такого заряда необходимо нанести импульсный удар по пьезоэлементу с силой:
Изготовленный действующий макет устройства показал свою работоспособность и выдавал требуемый высоковольтный импульс, достаточный для разжигания газоразрядной лампы 10 с первого срабатывания электромагнита 1.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества.
1. Высокая надежность устройства, обусловленная его простотой.
2. Низкая критичность к перепадам напряжения сети и изменениям окружающей температуры.
Зажигающее устройство для газоразрядных ламп высокого давления, содержащее устройство управления, блок обратной связи, управляемый ключ, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено пьезоэлементом и электромагнитом, содержащим подпружиненный якорь и статор с катушкой, при этом пьезоэлемент расположен соосно с якорем электромагнита на расстоянии его полного хода и своими электродами соединен с контактами газоразрядной лампы, а катушка электромагнита подключена к сети питания через управляемый ключ.
