Компенсатор зростання напруги

Реферат: Компенсатор зростання напруги живлення на розрядній лампі високого тиску містить мережний фільтр, до якого приєднаний один кінець первинної обмотки трансформатора, другий кінець якої приєднаний до електрода РЛ, до одного кінця вторинної обмотки через RC-ланцюжок приєднано умовний анод симістора, умовним катодом приєднаний до одного з виводів мережного фільтра, другий кінець вторинної обмотки приєднано через другий RC-ланцюжок до виходу мережного фільтра, а керуючий електрод симістора приєднаний до входу двох зустрічно-паралельно з'єднаних диністорів, вихід яких з'єднано з першим електродом накопичувального конденсатора, другий електрод якого приєднаний до другого RC-ланцюжка. Додатково в компенсатор введено другий симістор, два двополярних стабілітрони, дросель, загороджувальний фільтр, ланцюжок формування керуючих імпульсів та два електронних ключі. При цьому умовний анод другого симістора приєднано до другого електрода РЛ, а керуючий електрод приєднано до входу двох зустрічно-паралельно з'єднаних диністорів, умовні катоди симісторів з'єднані з виходом загороджувального фільтра, вхід якого з'єднано з першим електродом РЛ, а вихід з'єднано зі входом дроселя, а середня точка дроселя приєднана до входів накопичувальних конденсаторів, вихід дроселя з'єднаний з електродом двополярного стабілітрона, другий електрод якого приєднано до входу ланцюжка формування керуючих імпульсів, вихід з якого приєднано через дільник напруги до емітерів двох електронних ключів, колектори яких приєднані до електрода другого двополярного стабілітрона, а керуючі електроди (бази) електронних ключів приєднані до другого електрода двополярного стабілітрона. UA 118483 U (12) UA 118483 U UA 118483 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв живлення розрядних ламп (РЛ) високого тиску і може бути використана в освітлювальних установках для підвищення надійності та тривалості їх роботи протягом усього регламентного строку служби, підвищення ефективності використання електричної енергії в системах освітлення промислових, суспільних та побутових об'єктів. Відомі пристрої для живлення РЛ високого тиску у вигляді автотрансформатора, що містить мережний фільтр, діодний випрямляч, RC-ланцюжок, струмостабілізуючий елемент у вигляді первинної обмотки трансформатора та запалюючий пристрій, що складається з вторинної обмотки трансформатора, приєднаної до тиристорного генератора імпульсів, який з'єднано з діод ним мостом [1]. Недоліком такого пристрою є незмінна амплітуда однополярних запалюючих імпульсів незалежно від стану емісійного покриття катодів РЛ, що призводить уже в середині регламентного строку служби до її ненадійного запалення і необхідності дочасної заміни на нову, не використавши повністю регламентованого паспортом робочого ресурсу. Це пов'язано із поступовим зростанням напруги на лампі, обумовленим інтенсивним протіканням фізико-хімічних процесів в об'ємі розрядної колби і зменшенням парів натрію в процесі горіння розряду внаслідок дифузії їх через керамічну стінку колби та взаємодії з емісійним покриттям електродів. При цьому виникає також так званий "діодний ефект" однополярне запалення лампи, внаслідок чого пусковий струм може зрости до 5 разів понад номінального, що призведе до інтенсивного розпилення електродів і різкого скорочення строку служби лампи. Оскільки РЛ високого тиску є одними з найбільш ефективних та енергоекономічних джерел світла, тому проблема забезпечення їх надійної роботи протягом усього регламентного строку служби є дуже актуальною, оскільки дає змогу вирішувати сучасні вимоги до максимального заощадження енергоресурсів. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого є пристрій для живлення РЛ високого тиску, що містить мережний фільтр, до якого приєднаний один кінець первинної обмотки трансформатора, другий кінець якої приєднаний до електрода РЛ, паралельно до первинної обмотки через RC-ланцюжок приєднано діодний міст, до виходу якого приєднано котушку реле, додатковий RC-ланцюжок, симістор, умовним катодом приєднаний до одного з виводів мережного фільтра, а умовним анодом - до виходу вторинної обмотки трансформатора, вхід якої приєднано через першій RC-ланцюжок до другого виходу мережного фільтра, а керуючий електрод симістора приєднаний до виходу двох зустрічно-паралельно з'єднаних диністорів, вхід яких з'єднано з першим електродом накопичувального конденсатора, другий електрод якого приєднаний до умовного катода симістора, причому до першого електрода накопичувального конденсатора приєднано два резисторних ланцюжки, один з яких складається з послідовно з'єднаних резисторів, другим кінцем приєднаний до виходу мережного фільтра, а другий резисторний ланцюжок, що складається з послідовно з'єднаних резисторів та ємності, другим кінцем приєднаний через один контакт реле до електродів лампи, другий контакт якого приєднаний паралельно до одного з резисторів першого резисторного ланцюжка [2]. Працює пристрій наступним чином. При ввімкненні напруги живлення на накопичувальному конденсаторі збільшується напруга до моменту пробою одного з диністорів (залежно від полярності мережної напруги). При цьому напругою на накопичувальному конденсаторі відкривається симістор і, завдяки ємності і індуктивності вторинної обмотки трансформатора, що утворюють контур генератора запалюючих імпульсів, на вторинній обмотці трансформатора з'являється короткий імпульс, амплітуда якого визначається напругою на ланцюжку R3,R4,C4. При цьому на первинній обмотці трансформатора, крім мережної напруги, з'являється високовольтний запалюючий імпульс тієї ж полярності, що мережна напруга, який подається на електроди РЛ. При іншій полярності мережної напруги пробивається іншій диністор і на первинній обмотці трансформатора з'являється високовольтний запалюючий імпульс іншої полярності. В результаті на електроди лампи двічі за період мережної напруги подається двополярний запалюючий імпульс. Момент подачі запалюючого високовольтного імпульсу, відносно напруги живлення, що визначається кутом ввімкнення лампи φ, встановлюють з умов надійного запалення лампи наприкінці її регламентного строку служби, коли електроди втрачають первинну емісійну спроможність. Після запалення розряду в лампі на первинній обмотці трансформатора з'являється напруга, яка після випрямлення її діодним мостом через резистор та згладжувальний конденсатор подається на котушку реле, в результаті ввімкнення якого контактом реле шунтує резистор, що призводить до зменшення кута φ і одночасно інший контакт цього реле приєднує до накопичувального конденсатора джерело струму протилежної 1 UA 118483 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 полярності з ланцюжка R3,R4,C4, пов'язане з напругою на розрядній лампі. В результаті дії двох джерел струму різної полярності встановлюється необхідний для надійного запалення та перезапалення розрядної лампи кут φ, який автоматично збільшується із зміною напруги на лампі (при її старінні) і при цьому збільшується амплітуда двополярного високовольтного імпульсу, що забезпечує надійне запалення та перезапалення лампи протягом її регламентного строку служби. Таким чином, завдяки автоматичному регулюванню амплітуди запалювального імпульсу, в залежності від стану емісійного покриття електродів лампи, підвищується надійність запалення лампи і збільшується її строк служби. Недоліком такого пристрою є те, що завдяки інтенсивному протіканню фізико-хімічних процесів в колбі розрядної лампи в процесі горіння розряду, зменшується кількість натрію через дифузію його через керамічні стінки колби, що призводить до зростання опору РЛ і поступового зростання напруги на лампі (2÷5 В на 1000 годин горіння), і як наслідок, збільшення теплового навантаження на електроди лампи, в результаті чого прискорюється процес втрати емісійного покритті електродів, зростає градієнт напруги і термін служби її різко скорочується. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення пристрою для живлення РЛ високого тиску, в якому за рахунок введення додаткових функціональних елементів забезпечується автоматична компенсація зростання напруги на електродах лампи в процесі її горіння, що створює оптимальні умови для роботи електродів лампи протягом усього регламентного строку експлуатації і, завдяки цьому, суттєво збільшується надійність її роботи і строк служби. Поставлена задача автоматичної компенсації зростання напруги на розрядній лампі в процесі її горіння вирішується тим, що в пристрій для живлення РЛ високого тиску, що містить мережний фільтр, до якого приєднаний один кінець первинної обмотки трансформатора, другий кінець якої приєднаний до електроду РЛ, до одного кінця вторинної обмотки приєднано умовний анод симістора, умовним катодом приєднаний до одного з виводів мережного фільтра, другий кінець обмотки приєднано до дільника мережної напруги, а керуючий електрод симістора приєднаний до входу двох зустрічно-паралельно з'єднаних диністорів, вихід яких з'єднано з першим електродом накопичувального конденсатора, другий електрод якого приєднаний до другого RC-ланцюжка, згідно з корисною моделлю, додатково введено другий симістор, два двополярних стабілітрони, дросель, загороджувальний фільтр, ланцюжок формування керуючих імпульсів та два електронних ключі, причому умовний анод другого симістора приєднано до другого електрода РЛ, а його керуючий електрод приєднано до входу двох зустрічно-паралельно з'єднаних диністорів, причому умовний катод симістора з'єднано з виходом загороджувального фільтра, вхід якого з'єднано з першим електродом РЛ, а вихід з'єднано зі входом дроселя, середня точка дроселя з'єднана з накопичувальними конденсаторами ланцюжка формування керуючих імпульсів, а вихід дроселя з'єднаний з електродом двополярного стабілітрона, другий електрод якого приєднано до входу ланцюжка формування керуючих імпульсів, вихід якого приєднано через дільник напруги до емітерів двох електронних ключів, колектори яких приєднані до електрода другого двополяного стабілітрону, а керуючі електроди (бази) електронних ключів приєднані до другого електрода двополярного стабілітрона. Суть корисної моделі полягає в автоматичній компенсації зростання напруги на РЛ в процесі її горіння, що досягається введенням в пристрій другого симістора, двох двополярних стабілітронів, дроселя, загороджувального фільтра, ланцюжка формування керуючих імпульсів та двох електронних ключів, що призводить до автоматичної компенсації зростання напруги на РЛ в процесі її горіння, за рахунок чого створюється оптимальний тепловий режим функціонування електродів лампи протягом усього регламентного терміну експлуатації, завдяки чому значно збільшується надійність її роботи та строк служби. Наведена схема пояснює особливості функціонування запропонованого пристрою. Принципова електрична схема компенсатора зростання напруги на РЛ високого тиску містить мережний фільтр (L1,L2,C1), вихід якого з'єднаний з входом первинної обмотки трансформатора Т, вихід первинної обмотки з'єднано з електродом RL і входом загороджувального фільтра (L3,L4,C8,C9), вхід вторинної обмотки трансформатора з'єднано з дільником напруги (С2,С3), а вихід - з умовним анодом симістора VT1, другий електрод лампи з'єднано з умовним анодом другого симістора VT2, умовний катод якого приєднано до виходу загороджувального фільтра, а їх керуючі електроди приєднані до входу ланцюжка запуску генератора високовольтних імпульсів (R8,C5,VD1,VD2), вихід з якого з'єднано з середньою точкою ланцюжка (R8,C5), причому вихід загороджувального фільтра (L3,L4,C8,C9) приєднано до входу дроселя D, вихід якого з'єднано з електродом двополярного стабілітрона КС2, другий електрод якого з'єднано з ланцюжком формування керуючих імпульсів (D1,D2,R11,R12,) і 2 UA 118483 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 дільником керуючих імпульсів (R1,R4,R5,R9,R10), а середня точка дроселя D приєднана до входів накопичувальних конденсаторів (С6,С7), а до дільника керуючих імпульсів приєднано колектори електронних ключів (К1, К2), а їх емітори приєднані до входу джерела керуючих імпульсів (KC1,R1), а до виходу КС1 приєднано управляючі електроди (бази) електронних ключів (К1 К2). Робота пристрою відбувається наступним чином. При ввімкненні живильної мережі напруга з виходу мережевого фільтра (L1,L2,C1) подається на вхід первинної обмотки трансформатора Τ і на один з електродів RL і вхід загороджувального фільтра (L3,L4,C8,C9). Одночасно на накопичувальному конденсаторі С4 збільшується напруга до моменту пробою одного з диністорів (VD1,VD2) (залежно від полярності мережної напруги), відкриваються симістори VT1,VT2 і, завдяки ємності та індуктивності вторинної обмотки трансформатора, що утворюють контур генератора запалюючих імпульсів, на вторинній обмотці трансформатора з'являється імпульс, амплітуда якого визначається індуктивністю розсіювання та розподіленою ємністю трансформатора Т. При цьому на первинній обмотці трансформатора, крім мережної напруги, з'являється високовольтний запалюючий імпульс тієї ж полярності, що мережна напруга, С2 W 2 знаходиться в межах 1,5÷4,5 кВ (в залежності від поточного амплітуда якого U  м С 2  С 3 W 1 стану лампи; тут W1 , W 2 - число витків первинної та вторинної обмоток трансформатора), який подається на електроди RL. При іншій полярності мережної напруги пробивається іншій диністор і на первинній обмотці трансформатора з'являється високовольтний запалюючий імпульс іншої полярності. В результаті на електроди лампи разом з мережною напругою двічі за період подаєтьсядвополярний високовольтний запалюючий імпульс. Після запалення розряду в лампі відбувається шунтування її розрядним проміжком контуру генератора імпульсів і він вимикається, а первинна обмотка трансформатора починає виконувати роль струмостабілізуючого елемента R L Ємнісний дільник (С2,С3) обмежує амплітуду імпульсів запуску до нормованої величини і одночасно зі вторинною обмоткою трансформатора Т, виконує роль мережевого фільтра імпульсних сигналів. Напруга з електрода запаленої лампи через загороджувальний фільтр (L3,L4,C8,C9), який захищає схему формування керуючих імпульсів від високовольтних запалюючих імпульсів, подається на вхід дроселя D, з виходу якого подається на двополярний стабілітрон КС2. При збільшенні на R L робочої напруги понад номінальну, в ланцюжку формування керуючих імпульсів (D1,D2,R11,R12,C6,C7) виділяється постійна напруга, причому на конденсаторі С6 виділяється середнє значення керуючого сигналу позитивної полярності, а на конденсаторі С7 - негативної. Обидва керуючі сигнали почергово за допомогою електронних ключів К1, К2 подаються через дільник (R1,R4,R5,R9,R10) на накопичувальні конденсатори (С4,С5). Черговість ввімкнення електронних ключів (К1, К2), і подачі керуючих сигналів визначається полярністю півхвилі мережної напруги і, в свою чергу, визначається сигналом запуску з двополярного стабілітрона КС1. При позитивній полярності мережної напруги потенціал конденсаторів С4, С5 матиме негативну полярність, а при негативній - позитивну. Внаслідок цього при збільшенні середньої робочої напруги на R L, сигнал перевищення через двополярний стабілітрон КС2 подається на ланцюжок формування керуючих сигналів (D1,D2,R11,R12,C6,C7), які керують електронними ключами (Κ1, Κ2). При цьому змінюється момент появи високовольтного запалюючого імпульсу відносно фази мережної напруги і, перезапалення лампи відбувається при більшому куті зсуву φ фази живлячої напруги. В результаті при перевищенні робочої напруги на R L, запалення лампи відбувається із більшим запізненням, внаслідок чого середня робоча напруга на ній зменшиться. Таким чином, запропонований компенсатор зростання напруги на RL в процесі її роботи забезпечує автоматичне підтримання оптимальної робочої напруги на лампі в процесі її горіння, за рахунок чого створюється оптимальний тепловий режим функціонування електродів протягом усього регламентного строку експлуатації, що дає змогу повністю використати її ресурсні можливості і збільшити строк служби майже удвічі і, тим самим, здійснити суттєву економію коштів на експлуатацію освітлювальних установок. Джерела інформації: 1. Рой В.Ф. Бурма Μ.Г. Світлотехніка та ектроенергетика. 2014, № 2, - С. 33. 2. Патент України UA 47600 10.0202010, Бюл. № 3, 2010 р. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Компенсатор зростання напруги живлення на розрядній лампі високого тиску, що містить мережний фільтр, до якого приєднаний один кінець первинної обмотки трансформатора, другий 3 UA 118483 U 5 10 15 кінець якої приєднаний до електрода РЛ, до одного кінця вторинної обмотки через RCланцюжок приєднано умовний анод симістора, умовним катодом приєднаний до одного з виводів мережного фільтра, другий кінець вторинної обмотки приєднано через другий RCланцюжок до виходу мережного фільтра, а керуючий електрод симістора приєднаний до входу двох зустрічно-паралельно з'єднаних диністорів, вихід яких з'єднано з першим електродом накопичувального конденсатора, другий електрод якого приєднаний до другого RC-ланцюжка, який відрізняється тим, що в нього додатково введено другий симістор, два двополярних стабілітрони, дросель, загороджувальний фільтр, ланцюжок формування керуючих імпульсів та два електронних ключі, причому умовний анод другого симістора приєднано до другого електрода РЛ, а керуючий електрод приєднано до входу двох зустрічно-паралельно з'єднаних диністорів, умовні катоди симісторів з'єднані з виходом загороджувального фільтра, вхід якого з'єднано з першим електродом РЛ, а вихід з'єднано зі входом дроселя, а середня точка дроселя приєднана до входів накопичувальних конденсаторів, вихід дроселя з'єднаний з електродом двополярного стабілітрона, другий електрод якого приєднано до входу ланцюжка формування керуючих імпульсів, вихід з якого приєднано через дільник напруги до емітерів двох електронних ключів, колектори яких приєднані до електрода другого двополярного стабілітрона, а керуючі електроди (бази) електронних ключів приєднані до другого електрода двополярного стабілітрона. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4