CN101129099B - 辉光开关启动器、照明设备及其照明系统和用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及辉光开关启动器(1)、与辉光开关启动器(1)一起使用的照明设备和辉光开关启动器(1)的使用。辉光开关启动器(1)适于与三相电源电压一起使用，三相电源电压基本上高于普通的230V电源电压(26)。这就允许如在荧光灯(20)中的更有效的气体放电和/或镇流器(22)和灯电极中更大的灯功率和/或更少的能量损失。根据本发明，为了使辉光开关启动器适合于这种用途，改变启动器(1)的气体填充物(5)。重要的标准是由启动器启动的荧光灯的稳定状态运行中的辉光电流足够地小，以避免(双金属)开关的关闭。

Description

辉光开关启动器、照明设备及其照明系统和用途

技术领域

本发明一方面涉及辉光开关启动器，这种辉光开关启动器构造成与荧光灯一起使用，并包括基本上气密的外壳、可电离气体填充物、至少两个电极和至少一个双金属开关设备。

背景技术

这种启动器是现有技术中所公知的，且普遍用于将如管式荧光灯引燃。这种启动器的功能被认为是本领域中熟练的技术人员所熟知的，并且仅在与理解本发明有关时进行说明。例如，US 6,657,389公开了一种辉光放电灯，这种辉光放电灯作为用于放电灯的辉光启动器。气体填充物包括作为基本成分(至少40％)的氖以及氪、氙和氩中的至少一种，而可将氦、氢或有机气体加入。

本领域中与辉光开关启动器有关的问题如下。气体放电灯要求限流器来避免它们在引燃之后损坏。这种限流器通常包括镇流器，这种镇流器具有大的线圈，这种线圈与放电灯和放电灯的电极串联，并通过镇流器。即使使用仔细选择的器件，也会导致能量的损失，因为有电阻加热，这种电阻加热可占能量消耗总量的10％至15％或更多。

提高效率的一种方式是增加灯的电压，即放电电压，而同时降低灯的电流，以将灯的总功率保持在恒定的水平。增加灯的电压由于多种因素而受限，如电源电压。

可通过如利用正常的230至240V电源电压的三相布线来增加电源电压。这样会提供约400V的增加的标称电源电压。不过，在运行灯时，用三相(400V)连接简单地替换230至240V的电源连接会产生问题。灯会闪光、启动器寿命可降低等，这些都是不希望看到的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种前面所提及的类型的辉光开关启动器，利用这种辉光开关启动器，以高于250Vrms的增加的标称电源电压的灯的运行更加可靠。

根据本发明的第一方面，这种目的用根据权利要求1的辉光开关启动器来实现。

本发明人发现，与用普通的启动器并且在升高的灯电压时的更不可靠的灯运行有关的至少一部分问题是因为气体放电灯在稳定状态下运行期间启动器的并行辉光。这种并行辉光由灯电压所引起，这种灯电压也基本上提供给启动器。这种跨接过启动器的电压在灯的重新引燃期间并在电源电压已跨越零值之后达到引燃峰值，并且持续某段时间。尤其是在重新峰值期间，跨接过启动器的电压非常高，以至于所产生的启动器辉光将双金属开关加热到足以导致启动器的关闭，而启动器的关闭接着就会导致灯的熄灭。这当然是并不希望得到的。注意在某些情形中，重新引燃之后的正常的灯的运行期间，加热可足以导致(另外的)启动器的双金属开关的加热。本发明注意到，并行辉光与在最初启动时的辉光不同。在最初的时候，灯是关闭的而且是冷的，且全部电源电压跨接过启动器提供，在辉光放电的影响下，启动器会热起来。这种辉光放电持续几个完整周期。相反，当灯是热的并且将其引燃时，启动器的并行辉光仅在每个周期的一部分期间发生，且其加热应减少。

在根据本发明的启动器中，通过适当填充物的可电离气体的使用减少这种辉光，这种可电离气体在灯的运行的稳定状态期间允许将开关的加热减少。本发明注意到，由于并联辉光电流而导致的启动器开关的加热并不是电源或灯电压的线性函数，如在对实施例进行描述时所指出的那样。

注意，有机气体的出现是并不希望的，因为这些气体是闪动现象的公知的原因。

氩气的出现是并不希望的，因为这可能会引起并不希望的溅射现象，而这种现象可能导致(电极)金属在启动器外壳的内壁上的淀积，从而导致短路。

在特别实施例中，总的压力至少为5mbar。试验证明，这种最小压力更加可靠地引起峰值电压保持在低于约2至2.5千伏，在避免灯冷引燃或并联电容器的击穿时，这种电压是理想的。更优选总的压力为至少10mbar。注意1mbar约为101Pa。

在另一个特别实施例中，氖气出现在可电离气体填充物中，且相对量少于10％，优选少于2％。虽然就其本身而言氖气是可与气体填充物一起使用的有用气体，而且也并不将其排除在填充物之外，但在某些情形中应减少氖气的出现。氖气的出现可能会影响适当的引燃峰值电压的形成，因此，应在灯的运行必须依赖于这种重新引燃峰值的情形中避免氖气的出现。

在特定实施例中，可电离气体填充物基本上包括氦气。在本文中，词语“基本上”意指至少90％，并且允许其它气体的混合物。氦气是适合于用作根据本发明的可电离介质或气体的适当的气体。而且，氦气具有易于通过启动器的壁漏出的特性，这样就可导致峰值引燃电压的增加。这可有助于支持老化灯的引燃。

在另一个特定实施例中，可电离气体填充物基本上包括氪气，氪气的压力在3至10mbar之间。在另一个实施例中，可电离气体填充物基本上包括氙气，氙气的压力在3至15mbar之间。词语“基本上”同样意指至少90％。而且，总压力在3至10mbar之间的两种气体的混合也是可能的。

在根据本发明的辉光开关启动器的特别实施例中，可电离气体填充物包括氦气以及氙气、氪气、氢气、氮气或它们的混合物中的至少一种，且氦气与氙气、氪气、氢气、氮气或它们的混合物之比在1.5∶1至200∶1之间。氦气与氙气、氪气、氢气或它们的混合物的混合支持气体填充物的电离，因为混合气体的电离势(ionization potential)低得多。这同样在某种程度上避免了电离氦气的漏出，因为在混合物中几乎不会将氦气电离。

特别地，气体压力在10至35mbar之间。试验证明这种压力范围对于获得根据本发明的理想效果是有利的。这个范围普遍适用，但尤其适用于混合中的氦气。

在特别实施例中，可电离气体填充物基本上包括氢气或氮气或它们的混合物，或者，可电离气体填充物基本上包括氖气，这些气体的压力在3至15mbar之间。结果是即便是使用这些气体也可得到适当的引燃特性。特别注意，正如前面所提及的那样，氖气可能影响重新引燃峰值的质量。但仍能够实现根据本发明的理想效果，尤其是在所指出的压力范围内。

这是需要考虑的事项的特殊情况，本领域中熟练的技术人员一旦已经认识到可通过使气体填充物在组成和或压力方面适合于新的任务来解决目前的问题，他们就会得知采取何种措施。换言之，本发明在一个方面涉及辉光开关启动器，这种辉光开关启动器包括基本上气密的外壳、可电离气体填充物、双金属开关设备和电气连接到双金属开关设备的引线，其中，对可电离气体填充物进行选择，以在辉光开关启动器跨接过气体放电灯连接时，辉光开关启动器保持在稳定的非闭合位置，该气体放电灯与适当的镇流器串联且以至少250V的标称三相电源电压以稳定状态运行。特别地，这与标称值约为400V的标准三相电源电压有关，这种电压可普遍地得到，即便是在普通电源具有约230至240V的电源电压的地点也是如此。注意前面所提及的特别或特定实施例的所有特征均可与本段落所描述的辉光开关启动器一起使用。

注意在本发明的全部上下文中，电源电压意指实际上用于运行启动器和/或放电灯的电压，而并不是在将某种三相电源连接首先变成或接到标准的230至240V的电源的情形中的电源电压。在更加特定的情形中，电源电压足以引起跨接过稳定状态的灯的电压，灯的这种电压至少为230V。

在根据本发明的启动器的特别实施例中，对可电离气体填充物进行选择，以在气体放电灯以稳定状态运行时使辉光开关启动器承载小于4毫安优选最大约2.5mA的平均辉光电流。已证明这是有用的电流范围。

在第二方面，本发明涉及具有根据本发明的辉光开关启动器的照明设备，特别地，这种照明设备以标称值至少为250V优选标称值至少为400V的电源电压运行。根据本发明的照明设备的最大优点在于可使用可普遍得到的三相电源电压，从而导致更高的效率，如前面所描述的那样，但并没有灯闪动的问题出现。

特别地，气体放电灯是低压力汞蒸汽灯，更具体地来讲是UV荧光灯。本发明允许更有能量效率的照明设备的设计。作为选择或作为附加，可通过采用如类似的灯电流但更高的灯电压来增加灯功率，例如，通过采用更长的放电管。较高的灯功率可用于减少灯的数量，以获得某种照明水平。还可以增加照明强度，这在UV照明中尤为理想，如在照晒客厅时。

在第三方面，本发明涉及根据权利要求14的具有这种辉光开关启动器的照明系统。虽然本发明的第二方面涉及可连接到三相电源的照明设备，但第三方面涉及实际上包括、连接到这种三相电源的照明系统。可构思出许多用途，如工业照明和照晒设备。尤其是照晒设备往往具有三相电源连接，不过，将这种连接用线连接并接通，以使用于(UV)照明部分的实际电源电压再次是230至240V的电源。根据本发明，用于照明部分的实际电源电压是全三相电源或标称值约为400V。由于照晒设备的设计人员要求更多的功率，所以本发明能够提供这种额外的功率，但仍使用简单的辉光开关启动器。

在第四方面，本发明涉及辉光开关启动器在根据本发明的照明设备中的使用。虽然经过改变，但通过对辉光开关启动器可用在三相电源环境中的认识，可使用更高的灯电压并且可提高能效。

附图说明

将通过参考附图对本发明进行进一步的说明，在这些图中：

图1示意性地示出了根据本发明的辉光开关启动器；

图2a示意性地示出了现有技术中的照明系统，而图2b示意性地示出了根据本发明的照明系统；

图3示出了灯的示意性时间电压曲线；以及

图4示意性地示出了根据本发明的照明系统的一部分，这种照明系统包括照晒设备。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的辉光开关启动器1。在图1中，3表示基本上气密的外壳，外壳具有可电离介质填充物5、第一电极7和第二电极9，第二电极9具有双金属部分11。13表示箍缩(pinch)，外壳3在箍缩13处密封。

外壳3通常用玻璃质材料制成，这种玻璃质材料具有良好的密封性能。而且，在多种情形中，这些玻璃质材料是透明的，这就允许周围的光促进介质的电离。

可用本领域中熟练的技术人员公知的任何适当的材料制成电极7和9，如镍铁合金。这些电极中的至少一个可设有吸气装置(未示出)，以减少气体填充物5中的杂质。这些电极中的至少一个如电极9设有或可包括双金属元件11。在非运行状态中，将双金属元件设与电极7相对的位置，在启动灯时，将电源电压加到启动器1，这种电源电压引起气体填充物5从电极7至电极9和双金属11的辉光放电。这种放电将双金属加热，双金属改变形状，直到它与相对的电极7接触，辉光放电在电极7熄灭。这样，双金属就冷却下来，且这种接触断开。从灯的镇流器产生的电压浪涌(surge)可将灯引燃。

应注意到，作为一个整体，双金属开关包括双金属元件11以及电极7和9。双金属元件11电气连接到电极9，并且在加热之后与相对的电极7接触。电极7和9既可以通过外壳3的箍缩13，也可以各自连接到通过外壳3的引线。这些细节对于本领域中熟练的技术人员来讲是熟悉的。

气体填充物5的性能是重要的，以确定辉光时间和引燃电压。

已对气体填充物进行了一些试验，这些气体填充物包括a)60％的氦气和40％的氙气，b)100％的氙气，和c)90％的氖气和10％的氩气。下表列出了一些试验结果：

表1

气体填充物	压力(mbar)	引燃电压(V)	处于图3中的波形时的辉光电流(mA)	380V时的辉光时间(s)
					a)	20	190	0.62	3.1
a)	25	184	1.03	1.86
					a)	30	179	1.45	1.41
a)	35	173	1.94	1.10
					b)	10	197	0.48	4.64
b)	15	172	1.19	1.75
					b)	20	165	1.94	1.11
b)	25	174	2.69	0.90
					c)	12	137	2.38	1.61
c)	18	128	5.24	0.88

在这些试验结果的基础上，可看出非常有可能选择在灯以良好的引燃电压和辉光时间运行期间提供足够低的并联辉光电流的气体填充物成分和压力。特别地，辉光电流应小于3.5mA，优选介于0.5与2mA之间。辉光时间不应太长，因为这样会避免将放电灯的电极足够地加热。以氦气60/氙气40混合物作为示例，可达约35mbar的压力是完全可以接受的，但并不包括其它压力。类似地，纯氙气填充物b)在可达约15mbar的压力良好地运行，同样并不包括其它压力。填充物c)不太有用，因为引燃电压低且辉光电流高。

上面的示例表明，只要气体填充物适合于新的电压，辉光开关启动器适于400V的运行。

图2a示意性地示出了现有技术中的照明系统，而图2b示意性地示出了根据本发明的照明系统。

在这些图中，18表示现有技术中的辉光开关启动器，20是气体放电灯，22是扼流圈或镇流器，24表示230V电源电压。三相电源电压用26表示，在盒或电路28将三相电源电压26重新接线，以变成230V电源电压。

气体放电灯20可以是荧光灯，如照晒设备的UV管，或者可以是TL灯。镇流器22是由于荧光灯20的限流器，并根据灯20的额定功率对其进行选择。

在所示出的设备中，实际的电源电压为230V，在实践中，这种电源电压将对电压限制到该电源电压的约3/4。这反过来限制灯的效率并导致灯20的镇流器22和/或电极中相对较高的能量损失。

应注意到，在许多用途中，如专业照晒设备中，总的功率消耗(有时大于10kW)要求三相电源作为电源。无论如何，在设备本身中，将电源电压降到230V。

图2b示意性地示出了根据本发明的照明系统。类似的部分用相同的附图标记表示。根据本发明的辉光开关启动器用附图标记1表示。

正如可从图中清楚地看出的那样，根据图2b的设备中的实际电源电压是标称值约为400V的完整三相电源电压。这就通过镇流器22中的更少的损失并通过灯20中的更有效放电允许更高的灯功率，并因此而允许更高的能效。由于跨接过启动器1的电压也与现有技术中的情况不同，所以应根据本发明改变启动器1。

图3示意性地示出了由于400V电源的低压力放电灯的时间电压曲线。从图中可清楚地看出，在每条曲线开始时有非常窄的引燃峰值。在此窄峰值期间，辉光开关启动器会最大(并行)发光，因为(并行)辉光比线性辉光更依赖于电压。这样就可忽略每条曲线的余下部分期间的并行辉光。因此，启动器的任务是保持打开，即便是在窄引燃峰值期间的并行辉光的影响下也是如此。当然，即使并行辉光在曲线的余下部分期间小得多，启动器的加热应仍不足以将开关关闭。

图4示意性地示出了根据本发明的照明系统的一部分，这种照明系统包括照晒设备。这种照晒设备包括用于产生UV-A和UV-B光的十个荧光灯30，在图4中仅示出了一个灯。两个相邻的荧光灯之间的距离d通常为40至45mm。在另一个实施例中，可有不同数量的荧光灯和/或可使用两个相邻的荧光灯之间不同的距离d。这些荧光灯偶合到辉光开关启动器、镇流器和三相电源电压电源，如图2b所示，但未在图4中示出。在另一个实施例中，三相电源电压电源可以是用于所有的十个荧光灯的单电源。照晒设备还包括反射器32，反射器32用于在使用照晒设备期间将这些荧光灯30所产生的UV光反射到使用照晒设备的人的方向中。反射器32具有专门的形状，以产生均匀的光分布。在另一个实施例中，可使用不同的反射器形状，以产生均匀的光分布。这些荧光灯通常包括氦气与氖气的混合物，且氦气与氖气的比例为1∶3，但在另一个实施例中，可使用不同的比例。在照晒设备的使用期间，这些荧光灯通常以280至320V的灯电压和1.4A至1.8A的灯电流运行。与公知的照晒设备相比，可以在更高的灯电压下运行这些荧光灯，从而允许增加灯的功率。与公知的照晒设备相比，由于灯的功率较高，所以就可以减少这种照晒设备中的荧光灯的数量。例如，在公知的照晒设备中，通常有二十个荧光灯，且这些荧光灯通常以230至240V的灯电压运行。根据本发明的照晒设备的更高效率导致更低的能力消耗。由于荧光灯的数量较少，所以也减少了根据本发明的照晒设备中的镇流器和启动器以及布线的数量，从而降低了器件成本。

此处再次重复说明，对可用较高的电压来使用形式经过改变的辉光开关启动器的认识是本发明的中心。本发明不应解释为受到所描述的实施例的限制，而本发明的范围应由所附的权利要求书来确定。

Claims (20)

1.一种辉光开关启动器(1)，所述辉光开关启动器(1)构造成与荧光灯(20)一起使用并包括：

基本上气密的外壳(3)；

可电离气体填充物(5)；

至少两个电极(7、9)；以及

至少一个双金属开关设备(11)，

其中，所述可电离气体填充物(5)具有室温下介于3mbar至60mbar之间的总压力，并且包括氖气、或者氖气和由氦气、氪气、氙气、氮气和氢气所组成的组中的至少一种，

其中，氩气以小于10％的相对量出现在所述可电离气体填充物(5)中，

碳氢化合物以小于10％的相对总量出现在所述可电离气体填充物(5)中；以及

其中氖气以小于10％的相对量出现在所述可电离气体填充物(5)中。

2.如权利要求1所述的辉光开关启动器，其中所述氩气以小于2％的相对量出现在所述可电离气体填充物(5)中。

3.如权利要求1所述的辉光开关启动器，其中所述碳氢化合物以小于2％的相对总量出现在所述可电离气体填充物(5)中。

4.如权利要求1所述的辉光开关启动器，其中所述氖气以小于2％的相对量出现在所述可电离气体填充物(5)中。

5.如权利要求1所述的辉光开关启动器(1)，其中所述总压力至少为5mbar。

6.如权利要求5所述的辉光开关启动器，其中所述总压力至少为10mbar。

7.如权利要求1-6中的任何一项所述的辉光开关启动器(1)，其中所述可电离气体填充物(5)基本上包括氦气。

8.如权利要求1至6中的任何一项所述的辉光开关启动器(1)，其中所述可电离气体填充物(5)基本上包括氪气，所述氪气的压力介于3mbar至10mbar之间。

9.如权利要求1至6中的任何一项所述的辉光开关启动器(1)，其中所述可电离气体填充物(5)基本上包括氙气，所述氙气的压力介于3mbar至15mbar之间。

10.如权利要求1至6中的任何一项所述的辉光开关启动器(1)，其中所述可电离气体填充物(5)包括氦气，所述可电离气体填充物(5)还包括氙气、氪气、氢气、氮气中的至少一种或它们的混合物，且氦气与氙气、氪气、氢气、氮气或它们的混合物之比在1.5∶1至200∶1之间。

11.如权利要求10所述的辉光开关启动器(1)，其中所述气体压力介于10mbar至35mbar之间。

12.如权利要求1至6中的任何一项所述的辉光开关启动器(1)，其中所述可电离气体填充物(5)基本上包括氢气或氮气或它们的混合物。

13.一种适于在三相电源电压电源(26)上运行的照明设备，所述照明设备包括气体放电灯(20)、适于所述气体放电灯(20)的镇流器(22)和根据前面的权利要求中的任何一项所述的辉光开关启动器(1)。

14.如权利要求13所述的照明设备，其特征在于：所述气体放电灯(20)是低压力汞蒸汽灯。

15.如权利要求14所述的照明设备，其中所述气体放电灯(20)是UV荧光灯。

16.如权利要求13-15中的任一项所述的照明设备，其特征在于：对所述辉光开关启动器(1)的所述可电离气体填充物(5)进行选择，以在所述气体放电灯(20)以稳定状态运行时，所述辉光开关启动器(1)承载小于3.5毫安的平均并联辉光电流。

17.一种包括如权利要求13-16中的任一项所述的照明设备的照明系统，所述照明系统进一步包括连接到所述照明设备的三相电源电压电源(26)，其中，所述电源(26)能够向所述照明设备供应标称值至少为250Vrms的标称电源电压。

18.如权利要求17所述的照明系统，其中所述标称电源电压的标称值至少为400V。

19.如权利要求17或者18所述的照明系统，其特征在于：包括照晒设备。

20.将根据权利要求1至12中的任何一项的辉光开关启动器(1)用在照明设备中的用途，其中所述照明设备具有三相电压，所述三相电压作为运行电压。

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