Управляемый преобразователь напряжения для питания газоразрядной лампы

Управляемый преобразователь напряжения для питания газоразрядной лампы

Реферат

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для питания газоразрядных ламп постоянным током от сети переменного напряжения.

Известны различные типы применяемых в настоящее время преобразователей переменного напряжения, которые предназначены для питания газоразрядных ламп постоянным током, состоящие из выпрямителя напряжения и индуктивного, емкостного или активного балласта (a.с. SU 1272522, Н05В 41/23, 03.07.1984 г.; а.с. SU 1809550 A1, Н05В 41/14, 25.12.1989 г.; п. RU 2082288, Н05В 41/232, 14.06.1995 г.).

Недостатками данных систем являются:

- Большая зависимость тока электрической дуги от величины приложенного напряжения.

- Изменение тока электрической дуги при изменении параметров газовой среды лампы.

- Наличие значительных токовых пауз и пульсаций светового потока газоразрядных ламп.

- Невозможность регулирования потребляемой мощности и светового потока у газоразрядных ламп.

- Отсутствие защиты от аварийных отклонений сетевого напряжения.

- Отсутствие защиты полупроводниковых элементов от пробоя обратным напряжением.

- Невозможность обеспечения необходимого напряжения зажигания для газоразрядных ламп, требующих значительной величины напряжения зажигания.

- Необходимость использования различных по характеристикам преобразователей напряжения для питания газоразрядных ламп разной мощности и разного типа.

Наиболее близким к заявленному устройству является "Устройство для зажигания и питания газоразрядной лампы постоянным током" (а.с. 29822 U1, H05B 41/232, 13.01.2003 г.). Известное устройство содержит мостовой выпрямитель с дополнительным каскадом умножения напряжения, сглаживающий дроссель, емкостное реактивное сопротивление. Известное устройство позволяет уменьшить токовые паузы и пульсации светового потока газоразрядной лампы, уменьшить изменение тока электрической дуги при изменении величины приложенного питающего напряжения, стабилизировать ток электрической дуги при изменении параметров газовой среды лампы. Недостатком известного устройства является невозможность регулирования потребляемой лампой мощности, невозможность оперативного управления световым потоком и дополнительного снижения энергопотребления в периоды отсутствия необходимости в применении полного освещения объектов, невозможность точной настройки параметров работы газоразрядной лампы в зависимости от разброса параметров газоразрядных ламп и дросселей.

Также недостатками известного устройства являются отсутствие надежной защиты газоразрядной лампы и элементов преобразователя напряжения от аварийных отклонений сетевого напряжения. В действующих сетях питания газоразрядных ламп возникают следующие виды аварийных отклонений сетевого напряжения:

- Кратковременное пропадание сетевого напряжения, ведущее к погасанию газоразрядной лампы, а при включении сетевого напряжения, с последующим коммутационным высоковольтным броском напряжения на лампе, которое приводит к выходу из строя газоразрядной лампы.

- Попадание в сеть межфазного напряжения, ведущего к выходу из строя газоразрядной лампы и пускорегулирующей аппаратуры.

- Высоковольтные кратковременные аварийные броски питающего напряжения сети, приводящие к выходу из строя преобразователя напряжения.

Задачами, на решение которых направлено изобретение, являются:

- Значительное увеличение срока службы лампы за счет обеспечения защиты лампы и преобразователя напряжения при различных аварийных режимах в питающей электросети.

- Обеспечение максимальной экономии электроэнергии за счет регулирования потребляемой лампой мощности и управление в широком диапазоне световым потоком газоразрядной лампы, при сохранении высокого КПД преобразователя напряжения.

- Обеспечение универсальности преобразователя напряжения за счет возможности питания от одного преобразователя напряжения различных по мощности и типу газоразрядных ламп, при сохранении высокого КПД преобразователя напряжения.

Данный технический эффект достигается тем, что управляемый преобразователь напряжения для питания газоразрядной лампы состоит из соединенных последовательно емкостного реактивного сопротивления, умножителя напряжения, состоящего из необходимого количества диодно-конденсанторных ячеек, обеспечивающего функцию формирования повышенного напряжения для зажигания лампы и индуктивного дросселя, выполняющего функцию накопительного реактора, отличающийся тем, что емкостное реактивное сопротивление изменяется по величине в зависимости от управляющего воздействия, что позволяет регулировать в широком диапазоне потребляемую лампой мощность и световой поток, с целью обеспечения совместимости между собой различных по параметрам ламп и дросселей и возможности питания от одного универсального преобразователя ламп различной мощности и типа, при сохранении высокого КПД преобразователя напряжения, и с целью обеспечения необходимого безопасного режима работы газоразрядной лампы, наличием блока защиты, обеспечивающего защиту элементов преобразователя напряжения от выхода из строя при превышении напряжения питания и коммутацию элементов реактивного сопротивления без токовых перегрузок, защиту блока накопительного реактора и лампы от перенапряжения на выходе формирователя зажигающего напряжения, а также защиту силовых элементов выпрямителя от перегрузок по напряжению, вызванных работой накопительного реактора.

Описание параметров работы блоков преобразователя напряжения

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Напряжение питания (1) подается на регулируемое реактивное сопротивление (2), имеющее емкостной характер. Регулируемое реактивное сопротивление (2) может состоять из набора конденсаторов, общая емкость которых изменяется дискретно с помощью электронных или механических ключей, а также емкость регулируемого реактивного сопротивления (2) может настраиваться с помощью емкостного элемента с плавным изменением характеристики. Величина реактивного сопротивления определяет величину тока, проходящего через цепь питания газоразрядной лампы. Изменяя с помощью управляющего воздействия (6) величину реактивного сопротивления, можно обеспечивать необходимый режим работы для любого типа газоразрядной лампы в соответствии с ее типом и паспортной мощностью. Изменять управляющее воздействие (6) можно как в ручную, так и дистанционно, в частности программно, аппаратно или с компьютера. Благодаря широкому диапазону регулирования можно от одного преобразователя напряжения запитывать газоразрядные лампы, различные по типу, а также имеющие разную паспортную мощность, что обеспечивает широкую универсальность применения преобразователя напряжения. Ранее для обеспечения рабочего режима на различных по типу (различных модификаций газоразрядных ламп каждого типа) и мощности газоразрядных лампах приходилось использовать разные по конструктивному исполнению и рабочим характеристикам преобразователи напряжения. С помощью управляющего воздействия (6) можно переключать газоразрядную лампу в режим дополнительного энергосбережения, в то время, когда нет необходимости в обеспечении полного светового потока от ламп на освещаемом объекте. Точная подстройка величины регулируемого реактивного сопротивления (2) позволяет обеспечивать режим максимальной совместимости между собой различных по параметрам ламп и дросселей. Регулирование потребляемой газоразрядной лампой мощности с помощью изменения характеристики регулируемого реактивного сопротивления (2) позволяет обеспечить высокий КПД преобразователя напряжения в очень широком диапазоне мощностей применяемых газоразрядных ламп по сравнению с другими известными способами питания газоразрядных ламп.

Сформированный регулируемым реактивным сопротивлением (2) необходимый по величине ток (12) подается на блок формирователя зажигающего напряжения (3), который может быть выполнен в виде умножителя напряжения, состоящего из нужного количества диодно-конденсаторных ячеек, набор которых обеспечивает необходимое напряжение зажигания для всего диапазона газоразрядных ламп, с которыми предусматривается использование указанного преобразователя напряжения. Одновременно в блоке формирователя зажигающего напряжения (3) происходит выпрямление поступающего с регулируемого реактивного сопротивления (2) тока (12).

Выпрямленный формирователем зажигающего напряжения (3) ток (13) поступает на блок накопительного реактора (4), который может быть выполнен в виде индуктивного дросселя, который служит для накопления энергии и сглаживания пульсаций тока. Параметры блока накопительного реактора (4) выбираются из условия обеспечения режима горения дуги газоразрядной лампы без токовых пауз.

Блок защиты (7) служит для предохранения элементов схемы преобразователя напряжения и подключаемой к нему газоразрядной лампы от различных аварийных режимов и помех в питающей электросети и обеспечения защиты элементов схемы преобразователя напряжения от коммутационных перегрузок, связанных с работой самого преобразователя напряжения. Поступающее на блок защиты (7) напряжение питания (8) ограничивается по величине до максимально безопасного для работы элементов преобразователя уровня напряжения, что может быть реализовано с помощью пассивных или активных элементов защиты от перенапряжений. При колебаниях напряжения питания (8) блок защиты (7) может также в зависимости от настройки обеспечивать управление (10) регулируемым реактивным сопротивлением (2) с целью обеспечения необходимого режима работы газоразрядной лампы, что может быть реализовано с помощью электронных коммутационных элементов, управляемых от датчика напряжения запитанного напряжением питания сети (8) и от датчика тока (9), контролирующего ток через газоразрядную лампу. При превышениях напряжения питания (8) блок защиты (7) ограничивает напряжение на блоке накопительного реактора (4) и газоразрядной лампе поступающего с выхода формирователя зажигающего напряжения (3), что может быть реализовано известными схемами ограничения выходного напряжения на выходе диодно-конденсаторного умножительного блока. Блок защиты (7) также обеспечивает сброс потенциала с заряженных емкостных элементов блока регулируемого реактивного сопротивления (2) и блока формирователя зажигающего напряжения (3), что может быть реализовано с помощью пороговых элементов или разрядных сопротивлений, подключаемых параллельно емкостным элементам преобразователя напряжения. Блок защиты (7) обеспечивает защиту силовых элементов выпрямителя от перегрузок по напряжению, вызванных работой накопительного реактора. При возникновении обратного напряжения в цепи (13), вызванного работой блока накопительного реактора (4), блок защиты (7) снижает потенциал обратного напряжения до безопасного для силовых элементов формирователя зажигающего напряжения (3) уровня. Что может быть реализовано с помощью пороговых элементов, а также другими способами, обеспечивающими прохождение обратного тока по цепям защиты.

Длительная и бесперебойная работа газоразрядных ламп различных типов и конструктивных исполнений от одного экономичного и универсального преобразователя напряжения реализуется описанным необходимым совокупным набором функциональных элементов, что подтверждено испытаниями, проводимыми в условиях эксплуатации преобразователя на промышленных предприятиях.

Управляемый преобразователь напряжения для питания газоразрядной лампы, состоящий из соединенных последовательно емкостного реактивного сопротивления, умножителя напряжения, состоящего из необходимого количества диодно конденсанторных ячеек, обеспечивающего функцию формирования повышенного напряжения для зажигания лампы, и индуктивного дросселя, выполняющего функцию накопительного реактора, отличающийся тем, что емкостное реактивное сопротивление изменяется по величине в зависимости от управляющего воздействия, что позволяет регулировать в широком диапазоне потребляемую лампой мощность и световой поток, с целью обеспечения совместимости между собой различных по параметрам ламп и дросселей и возможности питания от одного универсального преобразователя ламп различной мощности и типа, при сохранении высокого КПД преобразователя напряжения, и с целью обеспечения необходимого безопасного режима работы газоразрядной лампы, наличием блока защиты, обеспечивающего защиту элементов преобразователя напряжения от выхода из строя при превышении напряжения питания и коммутацию элементов реактивного сопротивления без токовых перегрузок, защиту блока накопительного реактора и лампы от перенапряжения на выходе формирователя зажигающего напряжения, а также защиту силовых элементов выпрямителя от перегрузок по напряжению, вызванных работой накопительного реактора.