Способ питания натриевых ламп высокого давления и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2459392:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ) (RU)
Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам питания газоразрядных ламп и устройствам для их реализации, и может быть использовано в схемах зажигания и питания газоразрядных ламп высокого давления без вспомогательного пускового электрода при эксплуатации натриевых ламп высокого давления в осветительных установках теплиц. Технический результат сводится к снижению времени работы натриевой лампы высокого давления в режиме расслоения плазмы. Сущность способа заключается в том, что натриевую лампу высокого давления включают в цепь постоянного тока с последующей поочередной сменой полярности питающего напряжения, причем смену полярности питающего напряжения производят после снижения светового потока натриевой лампы высокого давления не менее чем на 50% от номинального, при этом способ, реализуемый устройством для питания натриевых ламп высокого давления, содержащим включенный в сеть выпрямительный блок питания с падающей вольт-амперной характеристикой, подключенный своими выходами к силовым входам коммутатора изменения полярности, который своими силовыми выходами подключен к электродам натриевой лампы высокого давления, причем устройство дополнительно снабжено фотореле с фотодатчиком и световодом, причем входным торцом световод прислонен к боковой поверхности колбы натриевой лампы высокого давления, а выходным торцом направлен на светочувствительный элемент фотодатчика, при этом фотодатчик подключен к входам фотореле, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора изменения полярности. В устройстве для питания натриевых ламп высокого давления выпрямительный блок питания дополнительно снабжен формирователем зажигающих импульсов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам питания газоразрядных ламп и устройствам для их реализации, и может быть использовано в схемах зажигания и питания газоразрядных ламп высокого давления без вспомогательного пускового электрода при эксплуатации натриевых ламп высокого давления в осветительных установках теплиц.
Уровень техники
Известен способ питания газоразрядных ламп, реализуемый устройством, содержащим выпрямитель с удвоением выпрямленного напряжения и емкостной балласт, заключающийся в том, что газоразрядные лампы питают постоянным током [пат. РФ №12495, МПК Н05В 41/23. Устройство для питания газоразрядной лампы / Бровченко Д.С., заявитель и патентообладатель Бровченко Д.С. - №99118619/20, заявл. 27.08.1999, опубл. 10.01.2000].
Недостатком данного способа, реализуемого вышеуказанным устройством, является низкая его эффективность при питании постоянным током натриевых ламп высокого давления, так как в этом случае возникает так называемое явление расслоения плазмы газового разряда в горелке натриевой лампы высокого давления, сопровождающееся значительным снижением светового потока.
Известен способ питания газоразрядных ламп, реализуемый устройством, содержащим включенные в сеть и последовательно соединенные балластный конденсатор, умножитель напряжения и коммутатор полярности, выполненный в виде герсиконового контактора, управляемого таймером, присоединенные к лампе, заключающийся в том, что газоразрядную лампу, в частности натриевую лампу высокого давления, питают постоянным током с периодическим изменением полярности питающего напряжения на противоположную по фиксированным временным уставкам [пат. РФ №17389, МПК Н05В 41/23 Устройство для питания газоразрядной лампы / ООО «ДИВ»; Опубл. 27.03.2001 - 16 с.].
Данный способ частично устраняет недостаток вышеописанного известного способа, так как при смене полярности питающего напряжения расслоение плазмы на некоторое время устраняется. Но, так как изменение полярности питающего натриевую лампу высокого давления напряжения производится с помощью коммутатора, управляемого таймером с заданной частотой, то есть с постоянными временными уставками работы натриевой лампы высокого давления при одной и, соответственно, другой полярности, то невозможно избежать режима длительной работы натриевой лампы высокого давления в режиме расслоения плазмы, то есть при пониженном световом потоке. В этом и заключается недостаток этого известного способа, реализованного устройством.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятым авторами за прототип является способ питания газоразрядных ламп, реализуемый устройством, содержащим подключенный в промышленную сеть выпрямительный блок питания с падающей вольт-амперной характеристикой, подключенный к коммутатору изменения полярности, управляемому времязадающим таймером, заключающийся в том, что газоразрядную лампу, в частности натриевую лампу высокого давления, включают в цепь постоянного тока и периодически меняют полярность питающего напряжения на противоположную по фиксированным временным уставкам [пат. США №5072160, МПК Н05В 41/16, Н05В 41/36 Device for periodically alternating bulb polarities of a DC fluorescent lighting system / Tai-Her Yang; заявлено 29.08.1990; опубл. 10.12.1991. - 6 с.].
Применение выпрямительного блока питания с падающей вольт-амперной характеристикой позволяет отказаться от использования балластного элемента в цепи питания натриевой лампы высокого давления. Однако данный известный способ питания газоразрядных ламп, реализованный вышеописанным устройством, обладает аналогичным недостатком, т.к. не устраняет возможность возникновения длительных, т.е. соизмеримых с периодом коммутации питающего напряжения, режимов работы натриевой лампы высокого давления при расслоении плазмы.
Недостатком данного способа, реализуемого вышеназванным устройством, является возможность длительной работы натриевой лампы высокого давления в вышеописанном режиме расслоения плазмы разряда плазмы. Данный недостаток обусловлен, как и у предыдущего способа тем, что переключение полярности питающего напряжения производится коммутатором изменения полярности по задаваемым таймером временным уставкам.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа питания натриевых ламп высокого давления и устройства для его осуществления, снижающих время работы натриевой лампы высокого давления в режиме расслоения плазмы разряда.
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого способа питания натриевых ламп высокого давления и устройства для его осуществления, сводится к снижению времени работы натриевой лампы высокого давления в режиме расслоения плазмы.
Технический результат достигается с помощью способа питания натриевых ламп высокого давления, заключающийся в том, что натриевую лампу высокого давления включают в цепь постоянного тока с последующей поочередной сменой полярности питающего напряжения, причем смену полярности питающего напряжения производят после снижения светового потока натриевой лампы высокого давления не менее чем на 50% от номинального.
Технический результат достигается тем, что устройство для питания натриевых ламп высокого давления, содержащее включенный в сеть выпрямительный блок питания с падающей вольт-амперной характеристикой, подключенный своими выходами к силовым входам коммутатора изменения полярности, который своими силовыми выходами подключен к электродам натриевой лампы высокого давления, причем устройство дополнительно снабжено фотореле с фотодатчиком и световодом, причем входным торцом световод прислонен к боковой поверхности колбы натриевой лампы высокого давления, а выходным торцом направлен на светочувствительный элемент фотодатчика, при этом фотодатчик подключен к входам фотореле, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора изменения полярности.
В устройстве для питания натриевых ламп высокого давления выпрямительный блок питания дополнительно снабжен формирователем зажигающих импульсов.
Сущность способа заключается в том, что натриевую лампу высокого давления включают в цепь постоянного тока с последующей поочередной сменой полярности питающего напряжения, причем смену полярности питающего напряжения производят после снижения светового потока натриевой лампы высокого давления не менее чем на 50% от номинального, при этом способ, реализуемый устройством для питания натриевых ламп высокого давления, содержащим включенный в сеть выпрямительный блок питания с падающей вольт-амперной характеристикой, подключенный своими выходами к силовым входам коммутатора изменения полярности, который своими силовыми выходами подключен к электродам натриевой лампы высокого давления, причем устройство дополнительно снабжено фотореле с фотодатчиком и световодом, причем входным торцом световод прислонен к боковой поверхности колбы натриевой лампы высокого давления, а выходным торцом направлен на светочувствительный элемент фотодатчика, при этом фотодатчик подключен к входам фотореле, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора изменения полярности. В устройстве для питания натриевых ламп высокого давления выпрямительный блок питания дополнительно снабжен формирователем зажигающих импульсов.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 дано устройство для питания натриевых ламп высокого давления, реализующее способ, общий вид.
Осуществление изобретения
Устройство для питания натриевых ламп высокого давления размещено в корпусе 1 и содержит выпрямительный блок питания 2 с падающей вольт-амперной характеристикой и формирователем зажигающих импульсов (на фиг.1 не показан), коммутатор 3 изменения полярности, фотореле 4 с фотодатчиком 5.
В патроне (на фиг.1 не показан) корпуса 1 установлена натриевая лампа 6 высокого давления, в горелке которой (на фиг.1 не обозначена) имеются электроды 7 и 8.
Светочувствительный элемент (на фиг.1 не обозначен) фотодатчика 5 оптически соединен с помощью световода 9 с натриевой лампой 6 высокого давления, для чего входным торцом (на фиг.1 не обозначен) световод 9 прислонен к боковой поверхности колбы (на фиг.1 не обозначена) натриевой лампы 6 высокого давления, а выходным торцом (на фиг.1 не обозначен) световода 9 направлен на светочувствительный элемент (на фиг.1 не показан) фотодатчика 5.
Выпрямительный блок питания 2, включенный своими входами (на фиг.1 не обозначены) в промышленную сеть, подключен своими выходами (на фиг.1 не обозначены) к силовым входам (на фиг.1 не обозначены) коммутатора 3 изменения полярности. Коммутатор 3 изменения полярности своими силовыми выходами (на фиг.1 не обозначены) подключен к электродам 7 и 8 натриевой лампы 6 высокого давления.
Фотодатчик 5, в частности фотодиод, подключен своими выводами (на фиг.1 не обозначены) к входам (на фиг.1 не обозначены) фотореле 4. Выход (на фиг.1 не обозначен) фотореле подключен к управляющему входу (на фиг.1 не обозначен) коммутатора 3 изменения полярности. Фотореле 4 снабжено регулируемым задатчиком уставки срабатывания (на фиг.1 не показан).
Устройство для питания натриевых ламп высокого давления работает следующим образом.
До подачи питающего сетевого напряжения натриевая лампа 6 высокого давления находится в выключенном состоянии, ток через нее не протекает. При подаче напряжения питания, постоянное напряжение с выпрямительного блока питания 2 через коммутатор 3 изменения полярности поступает на электроды 7, 8 натриевой лампы 6 высокого давления. Формирователь зажигающих импульсов выпрямительного блока питания 2 генерирует высоковольтные импульсы, поступающие на электроды 7, 8 натриевой лампы 6 высокого давления. После запуска натриевой лампы 6 высокого давления формирователь зажигающих импульсов выпрямительного блока питания 2 перестает генерировать высоковольтные импульсы.
По мере разгорания натриевой лампы 6 высокого давления возрастает ее световой поток. Фотодатчик 5, размещенный в корпусе 1, фиксирует значение освещенности через световод 9.
В фотореле 4 устанавливается пороговое значение освещенности (в частности, экспериментально установлено, что для ламп ДНаТ-400 это значение составляет не менее 50% от номинального).
До тех пор, пока освещенность светочувствительного элемента фотодатчика 5 менее 50% от номинального, коммутатор 3 изменения полярности, управляемый фотореле 4, непрерывно меняет полярность питающего напряжения. Этот процесс длится не более 2-3 минут с момента пуска натриевой лампы 6 высокого давления, что не отражается на технологических процессах теплиц.
После выхода натриевой лампы 6 высокого давления на рабочий режим при возникновении режима расслоения плазмы происходит снижение светового потока натриевой лампы 6 высокого давления. Освещенность снижается ниже установленного в фотореле 4 порогового значения. Фотореле 4 подает управляющий сигнал на коммутатор 3 изменения полярности. Коммутатор 3 изменения полярности производит переключение полярности питающего натриевую лампу 6 высокого давления напряжения и ее световой поток возвращается в номинальный режим. Коммутатор 3 изменения полярности может быть также выполнен, в частности, на основе мостовой схемы на полупроводниковых ключах.
При последующем появлении режима расслоения плазмы разряда, в момент снижения освещенности ниже порогового значения, фотореле 4 снова подает управляющий сигнал на коммутатор 3 изменения полярности. Вновь производится переключение полярности питающего напряжения натриевой лампы 6 высокого давления на противоположное, и ее световой поток возвращается в номинальный режим. Такая коммутация натриевой лампы 6 высокого давления, т.е. изменение полярности питающего ее напряжения, будет происходить и далее в моменты снижения освещенности фотодатчика не менее 50% от номинального.
Время, затрачиваемое предлагаемым устройством на изменение полярности питающего напряжения, как показали эксперименты, не превышает 500 мс, что вполне допустимо для освещения теплиц.
Примеры конкретного выполнения способа питания натриевых ламп высокого давления.
Пример 1.
Экспериментальная установка (1-й вариант) состоит из регулируемого выпрямительного блока питания с падающей вольт-амперной характеристикой, снабженного дополнительно схемой формирования зажигающих импульсов, коммутатора изменения полярности, управляемого таймером, и натриевой лампы высокого давления. Люксметром фиксируют значения освещенности в контрольной точке на расстоянии 1 метра от натриевой лампы высокого давления до появления режима расслоения разряда и в момент его возникновения. Кроме того, регистрируют значение времени наступления режима расслоения плазмы разряда с момента переключения полярности питающего натриевую лампу высокого давления напряжения.
Выбирают способ питания по прототипу, заключающийся в том, что газоразрядную лампу, в частности натриевую лампу высокого давления, включают в цепь постоянного тока и периодически меняют полярность питающего напряжения на противоположную по фиксированным временным уставкам [пат. США №5072160, МПК Н05В 41/16, Н05В 41/36, Device for periodically alternating bulb polarities of a DC fluorescent lighting system / Tai-HerYang; заявлено 29.08.1990; опубл. 10.12.1991. - 6 с.].
Для эксперимента выбирают три натриевые лампы высокого давления ДНаТ мощностью 400 Вт и одну натриевую лампу высокого давления ДНаТ мощностью 100 Вт. Электрические параметры (напряжение горения и ток) выпрямительного блока питания устанавливают в соответствии с установленными стандартами (ГОСТ Р53073-2008 - Лампы натриевые высокого давления. Эксплуатационные требования).
В таймере устанавливают 25-минутное значение (1500 секунд) уставки переключения полярности питающего натриевую лампу высокого давления напряжения для ламп ДНаТ100 и 15-минутное значение (900 секунд) - для ламп ДНаТ400.
Для каждой натриевой лампы высокого давления проводят регистрацию вышеназванных значений (освещенностей и временных интервалов) с пятикратной повторностью.
| Таблица №1 | |||||||||
| Лампы | Полярность электрода 7 | Полярность электрода 8 | Tmax, с | Tmin, с | ΔT, с | Тр, с | ЕН, кЛк | Ер, кЛк | N, % |
| Лампа ДНаТ400 №1 | - | + | 580 | 605 | 25 | 308 | 8,4 | 3,2 | 62 |
| + | - | 612 | 644 | 32 | 272 | 9 | 3,8 | 58 | |
| Лампа ДНаТ400 №2 | - | + | 550 | 570 | 20 | 340 | 8,9 | 3,4 | 62 |
| + | - | 632 | 640 | 8 | 264 | 8,7 | 3,7 | 57 | |
| Лампа ДНаТ400 №3 | - | + | 710 | 760 | 50 | 165 | 8,8 | 3,4 | 61 |
| + | - | 617 | 700 | 83 | 242 | 8,9 | 3,6 | 60 | |
| Лампа ДНаТ100 №4 | - | + | 1210 | 1268 | 58 | 261 | 4,6 | 1,5 | 67 |
| Tmax, с - максимальный усредненный временной интервал с момента переключения до наступления режима расслоения разряда; | |||||||||
| Tmin, с - минимальный усредненный временной интервал с момента переключения до наступления режима расслоения разряда; | |||||||||
| ΔT, с - разница максимального и минимального усредненных временных интервалов; | |||||||||
| Тр, с - усредненный временной интервал работы натриевой лампы высокого давления в режиме расслоения плазмы разряда; | |||||||||
| ЕН, кЛк - усредненная освещенность в контролируемой точке в нормальном режиме работы натриевой лампы высокого давления; | |||||||||
| ЕР, кЛк - усредненная освещенность в контролируемой точке в режиме расслоения плазмы натриевой лампы высокого давления; | |||||||||
| N=(ЕН-ЕР)*100/ЕН, % - относительное изменение освещенности в момент наступления режима расслоения плазмы. |
Экспериментальные данные таблицы №1 показывают, что временные интервалы наступления режима расслоения плазмы разряда различны как для одной натриевой лампы высокого давления (от 580 до 605 секунд), так и для ламп различной мощности (до 760 секунд для ДНаТ400; до 1280 секунд для ДНаТ100). Разница максимального и минимального временных интервалов находится в пределах от 8 до 83 секунд. Кроме того, происходит заметное изменение освещенности (а следовательно и светового потока натриевой лампы высокого давления) от 57 до 67%. Временные интервалы работы натриевой лампы высокого давления в режиме расслоения плазмы разряда составляют от 165 до 340 секунд.
Данные экспериментальные результаты свидетельствуют о нецелесообразности регулирования переключениями полярности питающего натриевую лампу высокого давления напряжения по фиксированным временным уставкам.
Пример 2
В экспериментальной установке (по примеру 1) устанавливают значение уставки таймера - 15 минут (900 секунд).
Фиксируют значения освещенности в выбранной контрольной точке до появления режима расслоения разряда и в момент его возникновения и значения времени наступления режима расслоения плазмы разряда с момента последнего переключения. Для эксперимента выбрана натриевая лампа высокого давления ДНаТ мощностью 400 Вт. Проводят регистрацию вышеназванных значений (освещенностей и временных интервалов) с пятикратной повторностью при различных режимах питания:
- при номинальном режиме питания (в соответствие с вышеуказанным ГОСТ Р 53073-2008). Экспериментальные данные представлены в таблице №2;
- при повышенном и пониженном напряжении сети на 10%. Данные режимы могут возникать по причине колебания напряжения сети (предельно допустимое значение установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии равно ±10% от номинального напряжения электрической сети по ГОСТ 721 и ГОСТ 21128). Экспериментальные данные представлены в таблицах №3 и 4 соответственно.
| Таблица №2 | ||||||
| Номинальный режим питания натриевой лампы высокого давления ДНаТ400 | ||||||
| Полярность электрода 7 | Полярность электрода 8 | ЕН, кЛк | EP, кЛк | N, % | T, c | Тр, c |
| - | + | 8,6 | 3,5 | 59 | 498 | 402 |
| + | - | 8,9 | 3,8 | 57 | 515 | 385 |
| - | + | 8,5 | 3,5 | 59 | 490 | 410 |
| + | - | 8,9 | 3,8 | 57 | 513 | 387 |
| - | + | 8,8 | 3,5 | 60 | 487 | 413 |
| + | - | 8,8 | 3,7 | 58 | 503 | 397 |
| Таблица №3 | ||||||
| Режим превышения сетевого напряжения на 10% | ||||||
| Полярность электрода 7 | Полярность электрода 8 | ЕН, кЛк | EP, кЛк | N, % | ЕН, кЛк | Ер, кЛк |
| - | + | 11,3 | 5 | 56 | 417 | 483 |
| + | - | 11,4 | 5,2 | 55 | 433 | 467 |
| - | + | 11,3 | 5 | 56 | 419 | 481 |
| + | - | 11,3 | 5 | 56 | 430 | 470 |
| - | + | 11,2 | 5,0 | 55 | 416 | 484 |
| + | - | 11,4 | 5,1 | 55 | 427 | 473 |
| Таблица №4 | ||||||
| Режим понижения сетевого напряжения на 10% | ||||||
| Полярность электрода 7 | Полярность электрода 8 | ЕН, кЛк | EP, кЛк | N, % | T, c | Тр, c |
| - | + | 5,8 | 1,9 | 67 | 710 | 190 |
| + | - | 5,4 | 1,3 | 76 | 617 | 283 |
| - | + | 5,5 | 1,8 | 67 | 730 | 170 |
| + | - | 4,8 | 2,2 | 54 | 660 | 240 |
| - | + | 5,2 | 1,6 | 69 | 760 | 140 |
| + | - | 4,9 | 1,1 | 78 | 700 | 200 |
| ЕН, кЛк - усредненная освещенность в контрольной точке в нормальном режиме; | ||||||
| ЕР, кЛк - усредненная освещенность в контрольной точке в режиме расслоения разряда; | ||||||
| N=(ЕН-ЕР)*100/ЕН, % - относительное изменение освещенности в контрольной точке при переходе в режим расслоения плазмы; | ||||||
| Т, с - усредненный временной интервал с момента переключения до наступления режима расслоения разряда; | ||||||
| Тр, с - усредненный временной интервал работы натриевой лампы высокого давления в режиме расслоения плазмы разряда. |
Экспериментальные данные таблиц 2, 3, 4 показывают, что при различных режимах питания натриевой лампы высокого давления ДНаТ400 временные интервалы наступления режима расслоения разряда различны: от 483 до 515 секунд при номинальном режиме питания, от 416 до 433 секунд при повышенном сетевом напряжении и от 617 до 730 секунд при пониженном сетевом напряжении. Кроме того, происходит заметное изменение освещенности (а следовательно и светового потока натриевой лампы высокого давления) от 57 до 78%. Временные интервалы работы натриевой лампы высокого давления в режиме расслоения плазмы разряда составляют от 140 до 483 секунд.
Экспериментальные результаты подтверждают низкую эффективность регулирования переключениями полярности питающего натриевую лампу высокого давления напряжения по фиксированным временным уставкам.
Пример 3.
В экспериментальной установке (по примеру 1) устанавливают значения уставок таймера - 515 секунд (максимальное значение временного интервала из таблицы №2) и 360 секунд (временной интервал, меньший, чем минимальное время возникновения расслоения разряда по таблице №2).
Фиксируют значения освещенности в выбранной контрольной точке до появления режима расслоения разряда и в момент его возникновения и значения времени наступления режима расслоения плазмы разряда с момента последнего переключения. Для эксперимента выбрана натриевая лампа высокого давления ДНаТ мощностью 400 Вт. Проводят регистрацию вышеназванных значений (освещенностей и временных интервалов) с пятикратной повторностью.
Электрические параметры (напряжение горения и ток) ламп устанавливают в соответствии с установленными стандартами (ГОСТ Р53073-2008 - Лампы натриевые высокого давления. Эксплуатационные требования).
| Таблица №5 | ||||||
| Временная уставка таймера 515 с. | ||||||
| Полярность электрода 7 | Полярность электрода 8 | ЕН, кЛк | EP, кЛк | N, % | T, c | Тр, c |
| - | + | 8,4 | 3,3 | 61 | 497 | 18 |
| + | - | 8,4 | 3,5 | 58 | 513 | 2 |
| - | + | 8,2 | 3,6 | 56 | 496 | 19 |
| + | - | 8,8 | 3,4 | 61 | 513 | 2 |
| - | + | 8,7 | 3,3 | 62 | 488 | 27 |
| + | - | 8,6 | 3,6 | 58 | 510 | 5 |
| Таблица №6 | ||||||
| Временная уставка таймера 360 с. | ||||||
| Полярность электрода 7 | Полярность электрода 8 | ЕН, кЛк | EP, кЛк | N, % | T, c | Тр, с |
| - | + | 8,3 | 3,4 | 59 | 359 | 1 |
| + | - | 8,5 | Расслоения плазмы не возникает | |||
| - | + | 8,7 | 3,7 | 57 | 330 | 30 |
| + | - | 8,6 | Расслоения плазмы не возникает | |||
| - | + | 8,7 | 3,4 | 61 | 318 | 42 |
| + | - | 8,8 | Расслоения плазмы не возникает | |||
| ЕН, кЛк - усредненная освещенность в контрольной точке в нормальном режиме; | ||||||
| ЕР, кЛк - усредненная освещенность в контрольной точке в режиме расслоения разряда; | ||||||
| N=(ЕН-ЕР)*100/ЕН, % - относительное изменение освещенности в контрольной точке при переходе в режим расслоения плазмы; | ||||||
| Т, с - временной интервал с момента переключения до наступления режима расслоения разряда; | ||||||
| Тр, с - усредненный временной интервал работы натриевой лампы высокого давления в режиме расслоения плазмы разряда. |
Экспериментальные данные таблиц №5, 6, как и в предыдущих примерах 1 и 2, показывают, что при фиксированных временных уставках натриевая лампа высокого давления находится в режиме расслоения разряда продолжительное время, что снижает энергоэффективность осветительной установки.
Таким образом, вышеописанный недостаток устраняют тем, что дополнительно в устройство для питания натриевых ламп высокого давления включают фотореле 4 с фотодатчиком 5 и световод 9, а натриевую лампу высокого давления включают в цепь постоянного тока с последующей поочередной сменой полярности питающего напряжения, причем смену полярности питающего напряжения производят после снижения светового потока натриевой лампы высокого давления не менее чем на 50% от номинального.
Пример №4
Экспериментальная установка по предлагаемому изобретению, с целью снижения времени работы натриевой лампы высокого давления в режиме расслоения плазмы, включает в себя выпрямительный блок питания 2 с падающей вольт-амперной характеристикой и формирователем зажигающих импульсов (на фиг.1 не показан), коммутатор 3 изменения полярности, фотореле 4 с фотодатчиком 5, размещенные в корпусе 1. В патроне корпуса 1 устанавливают натриевую лампу 6 высокого давления.
Фотодатчик 5, выполненный на фотодиоде, оптически соединяют с помощью световода 9 с боковой колбой натриевой лампы 6 высокого давления. Фотореле 4 выполняют на основе фотореле с регулируемой уставкой освещенности.
По экспериментальным данным, представленным выше (пример 1, пример 2 и пример 3), относительное снижение освещенности в контролируемой точке ранжируется от 54 до 78%. В связи с чем считают наиболее целесообразным выбор значения уставки фотореле равным 50% от номинального значения освещенности в контролируемой точке. В частности, для вышеописанной установки экспериментально установлено, что в контролируемой точке (фотодатчик 5) при использовании натриевой лампы 6 высокого давления мощностью 400 Вт (ДНаТ400) номинальное значение освещенности при номинальном режиме питания составляет 34…35 кЛк. В связи с чем в фотореле 4 устанавливают пороговое значение освещенности (17 кЛк). Выбранное значение уставки освещенности в фотореле 4 обусловлено тем, что в проведенных экспериментах при возникновении режима расслоения разряда значение освещенности в контролируемой точке (а следовательно, и значение светового потока) снижается более чем на 54% от значения данной величины при нормальном режиме работы натриевой лампы высокого давления. Выбор уставки ниже 50% не целесообразен по причине снижения светового потока натриевой лампы высокого давления при длительной ее эксплуатации на 10…15%. Кроме того, как показывают экспериментальные значения таблиц 2, 4, снижение на 10% сетевого напряжение вызывает снижение освещенности в контролируемой точке (на 30…34%).
Фиксируют значение временного интервала с момента наступления режима расслоения разряда до переключения полярности питающего натриевую лампу высокого давления напряжения.
| Таблица №7 | |||
| Экспериментальные данные устройства для питания натриевых ламп высокого давления | |||
| Полярность электрода 7 | Полярность электрода 8 | ЕН, кЛк | Тр, мс |
| - | + | 34,2 | 418 |
| + | - | 34,9 | 498 |
| - | + | 34,3 | 348 |
| + | - | 34,6 | 500 |
| - | + | 34,9 | 408 |
| + | - | 35 | 497 |
| ЕН, кЛк - усредненная освещенность в контрольной точке в нормальном режиме; | |||
| Тр, с - усредненный временной интервал работы натриевой лампы высокого давления в режиме расслоения плазмы разряда. |
Результаты исследований предлагаемого способа питания натриевых ламп высокого давления и устройства для его реализации показаны в таблице №7. Экспериментальные данные показывают, что время работы в режиме расслоения плазмы не превышает 500 миллисекунд.
Кроме того, как показала экспериментальная проверка, в известном способе питания натриевых ламп высокого давления (пат. США №5072160, МПК Н05В 1/16, Н05В 41/36 Device for periodically alternating bulb polarities of a DC fluorescent lighting system / Tai-Her Yang; заявлено 29.08.1990; опубл. 10.12.1991. - 6 с.) при ее подключении к источнику постоянного тока состояние плазмы в газоразрядном промежутке (в горелке) зависит от режима работы натриевой лампы высокого давления, существовавшего в момент ее последнего отключения, даже если между моментами отключения и последующего включения прошло значительное время, достаточное для охлаждения натриевой лампы высокого давления.
Так, например, если натриевая лампа высокого давления была отключена от источника постоянного тока после смены полярности через 8 минут, т.е. приблизительно за 1 минуту до наступления явления расслоения плазмы, и затем, спустя какое-то время, снова подключена к источнику постоянного тока с сохранением предыдущей полярности напряжения на ее электродах с девятиминутным циклом, то примерно 1 минуту натриевая лампа высокого давления будет работать в нормальном режиме. Затем наступит режим расслоения плазмы разряда и последующие 8 минут до окончания цикла лампа будет оставаться в этом режиме.
Если бы в этом же примере лампу отключить не через 8 минут, а через 3 минуты, то при повторном подключении к источнику постоянного тока на девятиминутный цикл натриевая лампа высокого давления будет гореть в нормальном режиме не 1 минуту, а примерно 6 минут, после чего произойдет расслоение плазмы, и оставшиеся до окончание цикла 3 минуты натриевая лампа высокого давления будет работать в этом режиме.
Следовательно, натриевая лампа высокого давления в режиме питания ее постоянным током обладает своеобразной «памятью», что, возможно, связано с конечной скоростью переноса ртутно-натриевой амальгамы от одного электрода натриевой лампы высокого давления к другому.
Это явление еще раз подтверждает наличие недостатков известного способа питания натриевой лампы высокого давления от источника постоянного тока с фиксированным значением периода смены полярности.
Таким образом, предлагаемый способ питания натриевых ламп высокого давления и реализующее его устройство являются наиболее оптимальными и могут быть эффективно использованы для снижения времени работы натриевых ламп высокого давления в режиме расслоения плазмы разряда.
Предлагаемый способ питания натриевых ламп высокого давления и устройство для его реализации по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- снижение времени работы натриевых ламп высокого давления в режиме расслоения плазмы разряда;
- повышение энергоэффективности осветительной установки.
1. Способ питания натриевых ламп высокого давления, заключающийся в том, что натриевую лампу высокого давления включают в цепь постоянного тока с последующей поочередной сменой полярности питающего напряжения, отличающийся тем, что смену полярности питающего напряжения производят после снижения светового потока натриевой лампы высокого давления не менее чем на 50% от номинального.
2. Устройство для питания натриевых ламп высокого давления, содержащее включенный в сеть выпрямительный блок питания с падающей вольт-амперной характеристикой, подключенный своими выходами к силовым входам коммутатора изменения полярности, который своими силовыми выходами подключен к электродам натриевой лампы высокого давления, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено фотореле с фотодатчиком и световодом, причем входным торцом световод прислонен к боковой поверхности колбы натриевой лампы высокого давления, а выходным торцом направлен на светочувствительный элемент фотодатчика, при этом фотодатчик подключен к входам фотореле, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора изменения полярности.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в выпрямительном блоке дополнительно установлен формирователь зажигающих импульсов.
