Резонансний електричний пристрій

1. Резонансний електричний пристрій для живлення ламп денного світла (ЛДС), який має джерело постійного струму, до якого підключений формувач фронтів імпульсів, вихід якого через транзисторний ключ з'єднаний з первинною обмоткою трансформатора високої напруги, вторинна обмотка якого з'єднана з ЛДС, який відрізняється тим, що формувач фронтів імпульсів виконано у вигляді генератора прямокутних імпульсів з плавним регулюванням частоти їх слідування, як трансформатор високої напруги використано трансфо C2 2 (19) 1 3 89141 4 Якщо звичайна лампа накалювання, коли вона літудним керуванням необхідно використовувати включена, являє собою постійне резистивне навасхему понижуючого перетворювача, що одночасно нтаження, то всі газорозрядні лампи мають негареалізує функцію коректора коефіцієнта потужностивні імпедансні характеристики, які вимагають ті. Значення частоти і тривалості паузи при широтстабілізації струму. Крім того, необхідно врахувати но-імпульсному регулюванні задається за допомотакі моменти як: резонансний режим роботи, загою системи керування інвертора. хист при виході лампи з ладу; високовольтне заЗ літератури відомо, що найкращі результати з палювання, спеціальне керування силовою шиточки зору ширини діапазону регулювання потужною. Основний режим, якого необхідно ності і лінійності регулювання дають амплітудний і дотримуватися протягом усього терміну експлуаширотно-імпульсний способи регулювання. Однак тації люмінесцентної лампи - це струмовий режим при побудові керованих ЕПРА одними з найваж(в ідеалі, необхідна стабілізація потужності протяливіших питань є собівартість і втрати енергії в гом усього періоду експлуатації лампи). ЕПРА. Найменші витрати для введення керування В даний час у науково-технічній і патентній ліможна одержати при використанні частотного спотературі описана велика кількість різноманітних собу регулювання, тому що при цьому вносяться пристроїв для живлення люмінесцентних ламп. Як невеликі зміни в типову схему керування інвертоправило, лампи живляться від змінної напруги для ра. вирівнювання зносу електродів (у випадку живДо таких пристроїв відносяться електронні лення постійною напругою, термін служби коротблоки живлення з безстартерним пристроєм запуший на 50%). Для керування газорозрядними ламску ЛДС на постійному струмі. пами традиційно використовується так званий Відомий електронний баластний пристрій для магнітний баласт, однак через його неефективживлення ЛДС, до складу якого входять блок живність і ненадійність, останнім часом усе більше лення постійним струмом (акумуляторна батарея), поширення набувають схеми електронного керупристрій керування, формувач фронтів імпульсів вання - електронний баласт, що дозволяє підви(частотний генератор), транзисторний ключ та щити ККД і термін служби освітлювальних систем, високочастотний трансформатор, вторинна обмотзробити світло більш рівним і природним для очей. ка якого через діод, змінний резистор і перемикач Відомо що у світлотехніці велике значення має полярності підключена до ЛДС. [див. п.UA можливість керування світловим потоком випромі№15921, 17.07.2006]. нювачів світла. Керування світловим потоком люУ відомому пристрої перемикач полярності замінесцентних ламп можливо здійснювати або побігає виникненню явища катафорезу, тобто пешляхом повного відключення живлення люмінесреміщення іонів ртуті до катоду (що призводить до цетних ламп, або зміною напруги і струму люмінезатемнення лампи зі сторони аноду і зменшує її сцентних ламп. При використанні першого методу світловіддачу), а можливість регулювання струму необхідне створення потужного електронного бложивлення дозволяє оптимізувати живлення лампи ку для відключення напруги живлення від електта підвищити ефективність її роботи і при цьому ронних баластів. Другий шлях характерний тим, використовувати пристрій для живлення ЛДС різщо кожен ЕПРА (електронний пускорегулюючий ної потужності. З таким пристроєм лампа хоча і апарат) має вхід для подачі низьковольтного кеспоживає в 2-4 рази менше електроенергії за раруючого сигналу. Цей сигнал впливає на схему хунок зменшення струму живлення і може працюкерування ЕПРА, тим самим змінюючи струм і навати навіть після того, як перегоріла нитка розжапругу люмінесцентної лампи. До переваг першого рювання ЛДС, однак сам пристрій, обраний за методу можна віднести максимально можливе прототип, має ряд суттєвих недоліків: енергозбереження, однак при цьому неможливо - велику ємність, габарити та вартість елеменздійснювати плавне керування світловим потоком тів пристрою, викликані необхідністю їхнього виколюмінесцентних ламп. При використанні кероваристання не тільки для запуску, але і для живленних ЕПРА головним недоліком є наявність енергоня лампи (повинні витримувати і пропускати споживання навіть при відсутності розряду в ламвеликий робочий струм); пі. У цьому режимі має місце споживання енергії в - великі втрати енергії та високу температуру схемі керування електронним баластом і також нагрівання, викликану втратами енергії та нагрімають місце втрати в катодах лампи, необхідні ванням самих елементів, що призводять до знидля їх прокалювання. ження ККД; Головним питанням, що постає при створенні - наявність транзисторного ключа і перемикача блоків живлення люмінесцентних ламп із можливіполярності, що обмежує кількість використовувастю керування світловим потоком, є максимальне них ЛДС до 2-х (40 ВТ) або однієї лампи з потужнізниження їх ціни при максимальному енергозбестю більше 80 ВТ. реженні. При цьому основна перевага віддається В основу винаходу поставлено задачу ствосистемам із плавним регулюванням світлового рення простого і надійного пристрою для забезпепотоку в максимально широких межах. чення паралельної роботи великої кількості ЛДС Відомі три основні шляхи керування світловим незалежно від стану їх ниток розжарювання при потоком люмінесцентних ламп: амплітудне регузабезпеченні їх високої вихідної потужності, еколювання, частотне регулювання і широтнономічності і ефективності роботи при мінімальній імпульсне регулювання напруги на виході силовоспоживаній потужності. го інвертора. Амплітудне регулювання можна здійПоставлена задача в резонансному електричснити шляхом зміни значення напруги на виході ному пристрої для живлення ЛДС, який має джекоректора коефіцієнта потужності. У ЕПРА з ампрело постійного струму, до якого підключений фо 5 89141 6 рмувач фронтів імпульсів, вихід якого через траннапруги задіяний, наприклад доопрацьований стазисторний ключ з'єднаний з первинною обмоткою ндартний трансформатор високовольтний строчтрансформатора високої напруги, вторинна обмоний, в якому стандартну первинну обмотку замінетка якого з'єднана з ЛДС, вирішена шляхом того, но обмоткою з кількістю витків від 2 до 20, що формувач фронтів імпульсів виконано у виглявиконаною проводом діаметром від 0,3мм, при ді генератора прямокутних імпульсів з плавним цьому вторинна обмотка залишена незмінною. регулюванням частоти їх слідування, як трансфоРезонансний електричний пристрій працює рматор високої напруги використано трансформанаступним чином. При ввімкненні пристрою (тумбтор високовольтний строчний, при цьому один лер включення не показаний) на виході генератора кінець вторинної обмотки трансформатора високої прямокутних імпульсів з'являються прямокутні напруги заземлено, а другий - з'єднано з одним із імпульси частотою, яку можливо встановити і реелектродів або однією металевою частиною коргулювати в діапазоні від 30кГц до 80кГц (в залежпуса ЛДС. ності від вимагаємої яркості освітлення), які відкВиконання формувача фронтів імпульсів у виривають транзисторний ключ 3, забезпечуючи тим гляді генератора прямокутних імпульсів з плавним самим протікання току високої частоти через перрегулюванням частоти їх слідування забезпечує винну обмотку трансформатора 4, на вихідній обсиловий ключ постійною напругою керування, яка мотці якого створюється високовольтна напруга не гарантує роботу первинної обмотки трансформаменше 10кВ високої частоти. Оскільки один кінець тора високої напруги (ТВН). Таким чином через вторинної обмотки заземлено (має потенціал „-"), а первинну обмотку ТВН на його вторинній обмотці другий, що має потенціал „+", з'єднано з одним із створюється висока напруга високої частоти. Заелектродів щонайменше однієї ЛДС або із її (їх) землення одного кінця вторинної обмотки трансметалевою частиною (цоколем), то у такої лампи форматора високої напруги створює умови для (або ламп) (при умові герметичності її корпуса, роботи високочастотного (ВЧ) високовольтного тобто наявності у лампі інертного газу) на резонарезонансного LR - контура (частотного передавансній частоті запалювання за рахунок великої різча) (накшталт радіопередавача), при цьому на ниці потенціалів на кінцях лампи відбувається другому кінці вторинної обмотки трансформатора пробій газового проміжку в середині лампи, лампа високої напруги постійно присутній „плюсовий" ВЧ запалюється і світить накал неонової без під'єд- потенціал. Таким чином створений ВЧнання другої її сторони (контактів або металевої електромагнітний ланцюг, в якому протікає ток частини цоколя до „-" потенціалу для утворення високої частоти через вторинну обмотку трансфокласичного ланцюга живлення. рматора високої напруги від її заземленого кінця За рахунок такого підключення споживання через під'єднані одним із електродів або однією електричної енергії з мережі є мінімальним і змеметалевою частиною корпусу лампи денного світншено приблизно у 10 разів, при цьому освітлела, запалюючи в них інертний газ, протилежні кінці ність з використанням запропонованого пристрою яких (електроди або металеві частини другої стоз використанням N-ої кількості ЛДС фактично зарони ламп) замикають по електромагнітним лініям лишається незмінною у порівнянні з відомими Землі створений електромагнітний ланцюг на земаналогічними промисловими освітлювальними лю. При цьому ток, що протікає у вказаному ланпристроями, використовуючими таку ж кількість (N) цюзі - мінімальний, а напруга - максимально необЛДС. хідна для виникнення і підтримки тліючого розряду Для підтвердження працездатності і економічв ЛДС. ної ефективності авторами -заявниками було вигоНа фігурі 1 зображено функціональну схему товлено заявлений пристрій і проведено порівнянрезонансного електричного пристрою для живлення показників його роботи з роботою стандартного ня ЛДС, а на фігурі 2 - принципову схему. освітлювача, що випускається вітчизняною промиДо складу пристрою входять: джерело 1 поссловістю. Для цього було використано освітлювач тійного струму, до якого підключений генератор 2 марки прямокутних імпульсів, вихід якого через транзисЛПО 03х40/Н - 03 УХЛ 4 40Вт 220В (ОСТ торний ключ 3 з'єднаний з первинною обмоткою 160.535.043 - 79) на одну ЛДС потужністю 40Вт. У трансформатора 4 високої напруги, один кінець зв’язку з коливаннями роздрібних цін вартість тавторинної обмотки якого заземлено, а до його інкого освітлювача складає на 01.01.2009 від 50 до шого через роз'єм 5 підключена шина 6, що з'єд100 гривень. нана з одним із електродів або однією з металевих Доопрацьований освітлювач у складі однієї частин N ламп 7 денного світла (N=1,2,3...). денної лампи складає 6 гривень, або вартість з Резонансний електричний пристрій для живвикористанням перегорівшої (яка фактично не лення ламп денного світла отримує живлення від коштує нічого) - лише має ціну використовуваної джерела 1 постійного струму, в якості якого може для неї арматури (тобто менше 6 гривень). бути використана, наприклад акумуляторна батаВартість одного резонансного електричного рея (АКБ) від автомобіля, або випрямляч мережної пристрою складає приблизно ту ж саму вартість в напруги на 12 вольт. Як генератор використано межах 100 гривень. генератор прямокутник імпульсів з плавним регуОдин розроблений пристрій може одномолюванням частоти від 30кГц до 80кГц і живленням ментно живити необмежену кількість доопрацьовід постійної напруги у 12 вольт, виконаний, наваних освітлювачів. Фактично у розпорядженні приклад на базі інтегральної схеми 155ЛАЗ. Як заявників було 50 штук перегорівших денних ламп, транзисторний ключ використано, наприклад транякі працювали з відповідним освітленням (див. зистор 2N3055. У якості трансформатора високої таблицю 1, що додається). 7 89141 8 Тобто при використанні 50 ламп стандартних чів не обмежена, завдяки чому може бути значно освітлювачів витрати лише на освітлювачі з ламскомпенсована освітленість. Крім того, слід зверпами складають 5000 гривень, а при використанні нути увагу на те, що один стандартний освітлювач доопрацьованих -менше 300 гривень (без урахуспоживає 40 ватт електричної енергії, а резонансвання ціни акумулятора [300грн.] та резонансного ний електричний пристрій, не зважаючи на кільелектричного пристрою [100грн.]). кість доопрацьованих освітлювачів, - всього 20 З таблиці 1 видно, що стандартний освітлювач ватт. Зроблений також економічний розрахунок, на одну ЛДС при „засвічуванні" фотоплівки чутлищодо зазначених освітлювачів, який показав необвістю 65 одиниць складає 1/250 секунди, а на дохідність і економічну доцільність використання опрацьованому освітлювачі на одну лампу - 1/30 заявленого пристрою . секунди. Але кількість доопрацьованих освітлюваПорівняльна таблиця по освітленню Таблиця 1 (Використано денний освітлювач типу ЛПО 03 х 40\Н - 03 УХЛ 4 40Вт 220В, ОСТ 160.535.043-79) (В зв’язку з відсутністю люксометру для виміру освітлення використано електронний фотоекспонометр Свердловск - 4 ГОСТ 9851 - 68 класс А) Стандартний освітлювач ЛПО одна лампа Доопрацьований освітлювач ЛПО одна лампа без заземлення 65 од 65 од Діафрагма 2,8 Діафрагма 2,8 Витримка 250 Витримка 30 Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601