CN107820358A - 用于uv灯的电子调光镇流器的控制方法 - Google Patents

用于uv灯的电子调光镇流器的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于通过UV辐射来操作液体消毒系统的控制方法，其中，所述UV辐射是由至少一个UV灯生成的，所述UV灯包括一对具有放电电压UD的加热阴极的，所述UV灯由电子镇流器单元运行，所述电子镇流器单元配备有控制方法，所述控制方法允许通过脉冲宽度调制来调整UV灯的UV功率，以降低UV功率，所述控制方法包括以下步骤：将电流降至一个水平Ikmin；增大电压振幅U使之超过所述放电电压UD，直到达到所期望的UV功率水平；随着电压振幅U的增加，减小脉冲宽度PW，直到达到PWmin；其中，电流的下降和电压的增大以如下方式实现：生成一无效的电流‑电压比，而过高的电流用于阴极加热。

Description

用于UV灯的电子调光镇流器的控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作液体消毒系统的控制方法。
背景技术
紫外(Ultraviolet，UV)辐射的抑菌作用是众所周知的。现有系统的缺点在于功耗和UV灯的寿命有限。为了解决这个问题，希望能提供一种用于控制UV灯的强度的装置，以使灯的强度可以适应于系统的状态来被减弱。
在消毒设备中使用的低压UV灯在任一端都包括一对加热灯丝或阴极。供给电压被用于将阴极加热至一个能够发生电子发射的温度。然后，通过在两个阴极之间提供高电压，这些电子可以被用于发起穿过管子的辉光放电，从而引起气体发生辐射。通常，连接于UV灯的电子调光器电路用于控制该UV灯的强度。
如上所述，已知UV灯的阴极应当被预加热以启动灯。预加热能增加电极的所谓热离子发射，这是由阴极的合适的表面涂层来增强的。在过低的温度下，电极的发射必须要更高的电压，这样就导致了涂层的损坏，进一步导致了UV灯本身的损坏。
预加热保护了阴极并延长了UV灯的寿命。此外，已经证明在运行过程中，阴极的温度应保持升高。否则，如果阴极的温度过低，阴极材料会被损坏。如今，当调光范围达到90％时，导致灯输出只有额定功率输出的10％。用于在昏暗条件下驱动灯的电能的参数通常以如下方式最优化，即依据辐射输出对比(versus)功率输入，对UV光产生的效率进行最优化。参数是电压、电流、以及在脉冲宽度调制情况下的脉冲长度或占空比。昏暗条件下的电流过低，导致当通过阴极时无法产生足够的热量。因此，为了使对阴极的损害最小化，需要使用额外的热源来防止阴极的冷却降温。这样做的缺点是，额外的热源是复杂并且昂贵的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于用UV灯来操作液体消毒系统的控制方法，其复杂度低，且在以降低的功率输出运行时，保持UV灯的阴极在足够的温度中。
这个问题由用于操作液体消毒系统的控制方法来解决。
因此，提供一种用于通过UV辐射来操作液体消毒系统的控制方法，其中，UV辐射是由至少一个UV气体放电灯生成的，所述UV气体放电灯包括一对具有最小放电电压的加热阴极，所述UV灯由电子镇流器单元运行，所述电子镇流器单元配备有控制方法，所述控制方法允许调整UV灯的工作参数，特别是通过使用脉冲宽度调制，以降低UV功率，所述控制方法适于至少控制电流、电压和脉冲宽度或长度的参数，以降低UV输出功率，所述控制方法包括以下步骤：
将电流降至一个水平；
增大电压振幅使之超过最小放电电压，直到达到所期望的UV功率水平；
随着电压振幅的增加，减小脉冲宽度，直到达到PWmin；
其中，电流的下降和电压的增大以如下方式实现：生成一无效的电流-电压比，而过高的电流用于阴极加热。
以下是在下文中使用的变量：
PWmin是用于在无效模式下运行UV灯的脉冲宽度；
Ikmin是用于在无效模式下运行UV灯的电流。需要注意的是，Ikmin比以最高可能的效率来运行UV灯时使用的惯常工作电流更高；
Ukmin是用于在无效模式下运行UV灯的电压；
UD是用于维持气体放电所需的最小电压。
在上下文中，“无效”意味着UV灯在最佳工作状态之外运行。在上述情况下，电流过高，不能完全用于UV产生。一部分电流用于加热阴极。
在技术上，在这种控制过程中，参数以这样一种方式变化，即，UV输出在惯常的变化范围内基本上保持恒定，并且电功率输入增加。这个过程使得灯的运行无效，也就是说UV光产生效率对比电功率消耗降低。因此，为了将工作温度保持在期望的水平，需将更多的电能转换成热量。有意地改变运行UV灯的参数以使效率降低是一种不常见的措施。
以这种方式，部分能量用于加热阴极，这延长了UV灯的寿命，而不需要额外的热源。
优选地，UV灯的工作电压具有在40kHz与80kHz之间的频率，更优选的是大约65kHz的频率。
在脉冲宽度的主要部分期间，电压振幅可以是放电电压的110％至180％，更优选的为135％至150％。
有利地，所述UV灯是低压UV灯，和/或，所述液体是饮用水或经处理后的废水。
附图说明
本发明的优选实施例将参照附图来描述。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件或功能相似的部件。
图1示出了现有技术中，由用于具有多个UV灯的UV模块的镇流器单元产生的电压和电流曲线的示意图；以及
图2示出了根据本发明的电压和电流曲线的示意图。
具体实施方式
UV辐射器(例如，低压气体放电灯)的电子镇流器单元在开始气体放电之前对灯的线圈预热，并产生点火电压来开始放电。被连接的UV辐射器的功率通过脉冲宽度调制自动控制。它由从整流AC(如图1所示)获得的脉冲成形(pulse-shaped)电压驱动。图1的示例示出了在UV功率输出与相应的电能输入为灯的额定功率的30％的情况下进行的调光操作。然而，阴极是针对100％的额定功率来构造的，其中，在该100％的额定功率时能产生预定阴极温度。在额定功率的30％时阴极太冷，这对UV灯的使用寿命有不利影响。
图2示出了根据本发明的电压和电流随时间的变化。输出电流I和电压U基本为矩形，具有约为65kHz的频率。因为不存在常用的扼流圈，电流信号I和电压信号U具有几乎相同的形状。功率、更确切地说是有效电流I由脉冲宽度调制(PWM)控制。
在额定工作期间，电压振幅应等于灯的放电电压UD。如果燃烧电压U高于放电电压UD，则几乎不产生UV功率；而是通过发热而损耗能量。
如图2所示，在脉冲开始时，电压在短时间内增加，直到其在剩余的脉冲长度内下降到预定水平Ukmin为止，产生了一个尖峰，随后达到平稳。给定的电流Ikmin导致工作电压U下降到Ukmin。该模式产生无效的电流-电压比，其中过高的电流用于阴极加热。
电子镇流器单元优选地配备有两个控制方法。控制变量是UV功率。为了降低UV功率，电流降至Ikmin并保持在此水平。之后，电压振幅增加直到达到期望的UV功率。随着电压振幅的增加，减小脉冲宽度，直到达到PWmin。
优选地，中间电压电路按照如下方式被设计：在没有硬件修改的情况下能给出期望的电压范围。
为了以可接受的电极加热达到30％的UV功率，在一个实施例中，脉冲宽度为额定工作时的脉冲宽度的35％，以及电压振幅比额定工作时的电压振幅高40％。

Claims (7)

1.一种用于通过UV辐射来操作液体消毒系统的控制方法，其中，所述UV辐射是由至少一个UV灯生成的，所述UV灯包括一对具有放电电压(UD)的加热阴极，所述UV灯由电子镇流器单元运行，所述电子镇流器单元配备有所述控制方法，所述控制方法允许通过脉冲宽度调制来调整所述UV灯的UV功率，以降低UV功率，所述控制方法包括以下步骤：
将电流降至一个水平(Ikmin)；
增大电压振幅(U)使之超过所述放电电压(UD)，直到达到所期望的UV功率水平；
随着电压振幅(U)的增加，减小脉冲宽度(PW)，直到达到PWmin；
其中，电流的下降和电压的增大以如下方式实现：生成一无效的电流-电压比，而过高的电流用于阴极加热。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述UV灯的工作电压具有在40kHz和80kHz之间的频率。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其中，所述UV灯的工作电压具有65kHz的频率。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其中，在脉冲宽度的主要部分期间，所述电压振幅(U)是所述放电电压(UD)的110％至180％。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其中，在所述脉冲宽度的主要部分期间，所述电压振幅(U)是所述放电电压(UD)的135％至150％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的控制方法，其中，所述至少一个UV灯是低压UV灯。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的控制方法，其中，所述液体是饮用水或经处理后的废水。
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