Электроискровая зажигалка

Электроискровая зажигалка

Реферат

 

Использование: бытовые устройства для поджигания газа газовых плит. Сущность изобретения: электроискровая зажигалка содержит зарядный выпрямитель, к выходу которого подключены накопительный аккумулирующий энергию конденсатор и питающий вход ждущего генератора с закрытым входом в режиме "холостого" хода и управляемого ручным коммутирующим элементом. Выход генератора подключен к первичной обмотке повышающего трансформатора, а вторичная обмотка трансформатора подключена к электродам электроискрового разрядника. Приведены также два примера выполнения электроискровой зажигалки, в которых генератор импульса выполнен в виде простейшей электрической схемы, включающей всего два элемента - трехполосный переключатель и дополнительный конденсатор. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для поджигания газа, преимущественно в быту, общепризнанным достоинством электроискровых бытовых зажигалок является их эргономичность, экологичность, эстетичность и безопасность в употреблении.

Известны пьезоэлектрические зажигалки, в которых высоковольтным источником, инициирующим разряд, является пьезокристалл, возбуждаемый вручную с помощью ударного или рычажного механизма [1] Недостатком такого устройства является его сравнительно низкая надежность в работе, т.к. чрезвычайно высокое внутреннее сопротивление пьезокристалла не позволяет получить достаточно большой ток и, соответственно, температуру электрической искры. Кроме того, пьезокристалл весьма быстро разрушается от огромных деформирующих его нагрузок.

Упомянутые недостатки отсутствуют в зажигалке, содержащей электромагнит и электроконтактный прерыватель, соединенные между собой по схеме звонка (т. е. последовательно). Здесь контакты прерывателя выполняют функцию электроисковых электродов [2] Недостатком данной зажигалки является необходимость в постоянной электрической связи по соединительному шнуру с питающей сетью. Это и неудобно и небезопасно. Кроме того, подвижный электрод прерывателя быстро обгорает и часто заклинивает или залипает. Это обуславливает низкую надежность и долговечность известной зажигалки.

Наиболее близким устройством к предложенному (прототипом) является электронная электроискровая зажигалка, которая содержит низковольтный, гальванический источник питания (в частности, аккумулятор с зарядным выпрямителем), который через ручной коммутирующий элемент (двухполюсный выключатель) подключен к электронному генератору переменного напряжения, нагруженного на выпрямитель через повышающий трансформатор. В свою очередь, этот выпрямитель нагружен накопительным (интегрирующим) конденсатором и вторым генератором переменного напряжения, к выходу которого подключен второй повышающий трансформатор. Ко вторичной обмотке второго трансформатора подключены электроискровые электроды, необходимые для воспламенения газа [3] К значительным недостаткам прототипа следует отнести сравнительную сложность его конструкции, большие габариты и стоимость устройства, а также низкую экономичность, точнее, необходимость в эксплуатационных расходах. Сложность и громоздкость конструкции обусловлены применением гальванических элементов в качестве источника энергии и необходимостью применения двойного преобразования постоянного напряжения в переменное.

Кроме того, спектр генерируемых частот смещен в сторону низких частот. Даже у тиристорного преобразователя у генерируемых импульсов фронты неизбежно получаются затянутыми. Все это обусловливает необходимость применения низкочастотного, а значит, и более громоздкого повышающего трансформатора. Значительная элементная избыточность кроме сложности и громоздкости конструкции обуславливает и сравнительно высокую стоимость изделия. Но самым значительным недостатком конструкции прототипа является необходимость в применении громоздких, дефицитных, а теперь и дорогих гальванических элементов, которые необходимо часто заменять, даже если использованы аккумулиpующие элементы. Это связано с тем, что в течение всего периода нажатия пусковой кнопки (коммутирующего элемента) оба генератора и электроискровые электроды непрерывно потребляют энергию, т. к. они непрерывно генерируют переменное напряжение. Для воспламенения же газа достаточно всего одного импульса практически любой длительности, лишь бы этот импульс ионизировал газ и обеспечил электрический пробой газа, наблюдаемый как искра.

Целью изобретения является устранение упомянутых недостатков, а именно: упрощение устройства, уменьшение его габаритов и себестоимости, а также исключение эксплуатационных затрат, связанных с заменой элементов питания.

Поставленная цель достигается тем, что известная электроискровая зажигалка, содержащая корпус, ручной коммутирующий элемент, выпрямитель переменного напряжения в постоянное, к выходу которого подключены накопительный конденсатор, соединенный через генератор с первичной обмоткой повышающего трансформатора, и общую шину, соединенную с выходом выпрямителя, с одной из обкладок конденсатора, с питающим входом и выходом генератора и с первичной обмоткой трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключены электроискровые электроды, содержит вилку питания со штекерами, причем штекеры вилки закреплены в корпусе и непосредственно соединены со входом выпрямителя, а ручной коммутирующий элемент введен в питающий вход генератора.

Следующее отличие заключается в том, что коммутирующий элемент выполнен в виде трехполосного переключателя, в генератор введен дозирующий конденсатор, одна из обкладок которого подсоединена к общей шине, а другая к подвижному контакту трехполюсного переключателя, первый подвижный контакт которого подсоединен к выходу выпрямителя, а второй к первичной обмотке трансформатора.

Другое отличие заключается в том, что коммутирующий элемент выполнен в виде трехполюсного переключателя, в генератор введен дозирующий конденсатор, одна из обкладок которого подсоединена к первичной обмотке трансформатора, другая обкладка к подвижному контакту трехполюсного переключателя, первый подвижный контакт которого подсоединен к выходу выпрямителя, а второй к общей шине.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена обобщенная функциональная электрическая схема зажигалки.

На фиг. 2 изображен первый пример выполнения зажигалки.

На фиг. 3 изображен второй пример выполнения зажигалки.

На фиг. 4 представлен пример конструктивной схемы зажигалки.

Электроискровая зажигалка включает в себя следующие основные узлы (фиг. 1): выпрямитель 1, представляющий собой фактически преобразователь переменного напряжения в постоянное, накопительный конденсатор 2, генератор одиночного импульса 3, обеспечивающий преобразование постоянного напряжения в одиночный импульс электрического тока при изменении состояния коммутирующего элемента П вручную, повышающий трансформатор 4, электроискровой разрядник 5, который в простейшем случае представляет собой пару электроискровых электродов 6 и 7.

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение питающей сети через вилку В подается к выпрямителю 1 и преобразуется им в постоянное пульсирующее напряжение. Это пульсирующее напряжение заряжает накопительный конденсатор 2 до амплитудного значения питающего напряжения. При изменении состояния ручного коммутатора П (с помощью его кнопки, рычажка и т.п.) генератор 3 возбуждается. При этом генерируются импульсы тока (напряжения) на его питающем входе и выходе. В общем случае несущественно, одновременно или поочередно происходит генерирование импульса тока на входе и выходе при изменении состояния переключателя П. Выходной импульс генератора 3 усиливается импульсным повышающим трансформатором 4 до значения напряжения, при котором происходит искровой пробой газа в промежутке между электродами 6, 7 электроискрового разрядника 5. В результате происходит требуемое воспламенение газа.

Особенностью устройства является то, что в нем впервые конденсатор выполняют функцию аккумулятора электрической энергии в зажигалке. Это стало возможным благодаря выполнению генератора 3 в виде генератора одиночного импульса тока на входе. И что особенно важно, значение питающего генератора 3 тока в холостом режиме должно быть равным нулю /или быть несущественным/, т. е. генератор 3 должен быть закрытым по питающему входу в холостом режиме и открытым лишь (по команде от переключателя П) на заданный период времени. При таком выполнении генератора 3 заряда конденсатора 2 сравнительно небольшой емкости (50 200 мкФ) до напряжения 220 В хватает на десятки и сотни срабатываний зажигалки в течение десятков часов, что вполне достаточно для практики. Этому способствует также и то, что выпрямитель 1 выполнен однополупериодным (фиг. 3, 4), который не нагружает конденсатор 2 своим выходом.

С точки зрения предъявленных требований к устройству в холостом режиме находится и аналитическое соотношение между выходным сопротивлением выпрямителя 1, входным сопротивлением генератора 3 и внутренним сопротивлением конденсатора 2. Оно находится решением системы уравнений To Cи Rc период саморазряда конденсатора Си без подключения к нему внешней нагрузки, Tн Cи Rc Rн период саморазряда конденсатора в схеме зажигалки, где Rн эквивалентное сопротивление нагрузки конденсатора Cи, Rн Rв Rг, Тн > kTo, где k минимальная доля периода То, которая необходима, чтобы без дискомфорта можно было бы успеть поджечь газ зажигалкой после отключения ее от питающей сети.

Решением будет неравенство: Данное неравенство является альтернативным существенным признаком изобретения.

Например, если задать упомянутую минимальную долю периода равной k1 мин/10 час 0,002, то эквивалентное сопротивление Rн должно быть равным Rн0,002 Rc.

Идеально удовлетворяют вышеизложенным требованиям примеры выполнения выпрямителя 1 и генератора 3, представленные на фиг. 2, 3. При этом конструкция зажигалки получается предельно простой и надежной.

В обоих примерах генератор 3 представляет собой трехполюсный переключатель В, к подвижному контакту которого подключен первый вывод дозирующего конденсатора 9. При этом переключатель 8 выполнен контактным и, в общем случае, обеспечивает возможность подключения дозирующего конденсатора 9 поочередно к выходу и ко входу генератора 3 и наоборот. Для практики удобнее, если конденсатор 9 переключается при нажатии на кнопку коммутатора 8 со входа генерирующего четырехполюсника 3 на его выход, т.к. при этом искра образуется уже при первом нажатии на кнопку.

В частном первом примере выполнения устройства вход генератора 3 образуют один из неподвижных контактов переключателя и второй свободный вывод конденсатора 9. Выход генератора 3 образуют другой неподвижный контакт переключателя 8 и тот же второй вывод конденсатора 9 (см. фиг. 2).

Во втором примере выполнения зажигалки (фиг. 3) вход генератора образуют два неподвижных контакта переключателя 8, а выход генератора 3 расположен между одним из неподвижных контактов переключателя 8 и вторым выводом дозирующего конденсатора 9.

Указания на вход и выход рассмотренных конструкций генератора 3 условны, т.к. они взаимозаменяемы.

Однополупериодный выпрямитель 1 представляет собой на практике диод Д, соединенный последовательно с токоограничительным резистором R1. Через эту сборку одна из фаз питающей сети подключена к конденсатору 2. Другая фаза сети напрямую или через второй токоограничительный резистор R2 подключена к другому выводу конденсатора 2. Данный выпрямитель 1 совершенно не нагружает и не разряжает через себя конденсатор 2.

Особенностью предложенной конструкции является то, что автономный источник питания, каковым является конденсатор 2, заряжается до напряжения, равного сравнительно высокому напряжению сети, а контактный генератор 3 практически без потерь передает потенциал в виде импульса со входа на свой выход без усилителей.

Переносчиком дозы энергии от накопительного (аккумулирующего) конденсатора 2 к трансформатору 4 является, собственно, дозирующий конденсатор 9. Дозирование энергии осуществляется заданием соотношения емкостей конденсаторов 2 и 9. Практически количество искр, образуемых зажигалкой, равно отношению емкостей Cи и Cд. Так экспериментальный образец зажигалки обеспечивает, например, 130 140 искр при Си 150 мкФ, Сд 1 мкФ.

На фиг. 4 изображен пример конструктивной схемы электроискровой зажигалки.

Элементы и узлы 1 4 и 8, 9 расположены в цилиндрическом корпусе 10 с крышкой 11. Под крышкой 11 в теле корпуса 10 жестко закреплены штекеры 12, 13 вилки В. С другой стороны корпуса 10 закреплена аналогично трубка 14. На ее конце внутри установлен изолятор 15. На этом изоляторе установлен один из электродов, например, 6. Другим электродом 7 электроискрового разрядника 5 является сама металлическая трубка 14. Для исключения случайных ударов высоким напряжением изолятор 15 с электродом 5 находится на некотором расстоянии от конца трубки 14 (например, на расстоянии одного трех диаметров трубки 14). При этом для облегчения доступа поджигаемого газа к электроду 6 в трубке 14 выполнены специальные окна (прорези и т.п.) 16.

Технико-экономический эффект от использования предложения заключается в том, что впервые в электрозажигалке удалось использовать конденсатор (например, электролитический) в качестве автономного источника энергии, который выгодно отличается от других аккумуляторов повышенным напряжением заряда (в десятки и сотни раз), большей дешевизной, простотой и надежностью, а также сроком службы. Другим следствием предложения является то, что упростилась вся конструкция электрической зажигалки по сравнению со всеми существующими несамогенерирующими, автономными электронными зажигалками.

Формула изобретения

1. Электроискровая зажигалка, содержащая корпус, ручной коммутирующий элемент, выпрямитель переменного напряжения, к выходу которого подключен накопительный конденсатор, соединенный через генератор с первичной обмоткой повышающего трансформатора, и общую шину, соединенную с выходом выпрямителя, с одной из обкладок конденсатора, с питающим входом и выходом генератора и с первичной обмоткой трансформатора, к вторичной обмотке которого подключены электроискровые электроды, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, электро- и пожаробезопасности, упрощения и снижения эксплуатационных затрат, она содержит вилку питания с штекерами, причем штекеры вилки закреплены в корпусе и непосредственно соединены с входом выпрямителя, а ручной коммутирующий элемент введен в питающий вход генератора.

2. Зажигалка по п. 1, отличающаяся тем, что коммутирующий элемент выполнен в виде трехполюсного переключателя, в генератор введен дозирующий конденсатор, одна из обкладок которого подсоединена к общей шине, а другая к подвижному контакту трехполюсного переключателя, первый неподвижный контакт которого подсоединен к выходу выпрямителя, а второй к первичной обмотке трансформатора.

3. Зажигалка по п. 1, отличающаяся тем, что коммутирующий элемент выполнен в виде трехполюсного переключателя, в генератор введен дозирующий конденсатор, одна из обкладок которого подсоединена к первичной обмотке трансформатора, другая обкладка к подвижному контакту трехполюсного переключателя, первый неподвижный контакт которого подсоединен к выходу выпрямителя, а второй к общей шине.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4