CS58482A2 - Elektricka osvetlovaci jednotka - Google Patents

Description

Vynález se týká elektrické osvětlovací jednotky, majícív prvém elektrickém obvodu vysokotlakou sodíkovou výbojku, s nído série zapojené a její proud omezující předřadné zařízení,ve druhém elektrickém obvodu, zapojeném paralelně s prvním e-lektrickým obvodem, dále žhavené těleso a s ním do série zapo-jený spínací prvek s připojeným řídicím obvodem pro ovlivněnístavu žhaveného tělesa, přičemž žhavené těleso je vytvořenojako samostatná žárovka nebo jako ve společné průsvitné bances vysokotlakou sodíkovou výbojkou uspořádaná žhavicí spirálanebo žhavicí vlákno. V důsledku požadovaných úspor energie dnes vystupuje dopopředí snaha nahradit žárovky, které mají poměrně špatnou ú-činnost, takovými zdroji světla, u nichž je světelný zisk lep-ší. To se v prvé řadě dotýká nízkotlakých a vysokotlakých vý-bojek. Náhrada žárovek je ale z několika důvodů problematická.Geometrické rozměry nízkotlakých výbojek jsou příliš veliké,vysokotlaké výbojky pak nemohou ihned po zapnutí vyzařovat svět-lo a v zahřátém stavu je také není po vypnutí ihned možno zno-vu zapnout.

Je tedy známou snahou spojit výhodné vlastnosti různýchsvětelných zdrojů, zvláště výhody žárovek a vysokotlakých vý-bojek. Byl kupříkladu navržen kombinovaný osvětlovací systém,sestávající ze sériového zapojení vysokotlaké rtuíové výbojkya žhaveného vlákna. U těchto tak zvaných svítidel se smíšeným světlem slouží žhavené vlákno současně jako předřadník omezu-jící proud výbojky, přičemž toto vlákno také samo svítí. Nevý-hoda takových smíšených svítidel však spočívá v tom, že jejichúčinnost není natolik příznivá, aby úspora energie mohla na-hradit vyšší cenu těchto svítidel. Další nevýhoda spočívá v tom,že tato svítidla, ačkoliv po zapnutí ve studeném stavu okamži-tě svítí, jsou při výpadku proudu nebo po vypnutí svítidla ur-čitý čas provozu neschopná.

Jiné řešení, které je v podstatě známé a nemá výše uvede-né nevýhody, je popsáno v US-OS 4 170 773· U tohoto řešeníjsou žhavené vlákno a vysokotlaká sodíková výbojka uspořádányve společné bance. Obě svítidla jsou však spolu obvodově svá-zána. V obvodu žárovky je uvnitř banky uspořádán tepelný spí-nač, který ve studeném stavu zapíná obvod vlákna. Žhavené vlák-no je běžným způsobem připojeno k síti. Po zapnutí svítidlaproto žhavené vlákno okamžitě svití a plynová výbojka se zapa-luje. Tepelný spínač je umístěn v blízkosti výbojky, takže je-jí tepelné záření ho za několik minut zahřeje a tím se přeru- ~to ší obvod vlákna. Poté je v činnosti pouze výbojka, a e4e« s ú-činností charakteristickou pro tento typ svítidla. Toto řeše-ní má ve srovnání se smíšenými svítidly zvýšenou účinnost a ži-votnost svítidla je rovněž lepší, protože při provozním stavusvítidla není žhavené vlákno v provozu. Po výpadku nebo po vy-pnutí však není možné rychlé obnovení dodávky světla, takžeoblast použití takových světelných zdrojů je podstatně omezena.Po vypnutí nebo v případě výpadku proudu se totiž musí čekattak dlouho, až tepelný spínač opět sepne žhavené vlákno a při-pojí ho na napětí. Další nevýhoda tohoto řešení spočívá v tom, - 3 - že v okamžiku vypnutí tepelného spínače se sníží prudce inten-zita záření žhaveného vlákna, a sice právě v okamžiku, kdy seteprve rozsvěcuje výbojka, čímž vzniká nevhodné přerušení sví-tivosti. >

Smyslem DE-AS 2 951 740 je takové řešeni, u kterého jeproblém obnovení dodávky světla po zapnutí nebo vypnutí vyře-šen tak, že paralelně k vysokotlaké výbojce je líšto žhavené-ho vlákna připojeno sériové spojení omezovacího odporu a níz-kotlaké výbojky. V okamžiku zapnutí a po krátkodobých výpad-cích proudu se pák spíná okamžitě nízkotlaká výbojka a vzhle-dem k omezovačímu odporu vyzařuje tato výbojka ve srovnánís výbojkou vysokotlakou jen tlumené světlo, takže slouží pou-ze k tomu, aby nedošlo k úplnému přerušení dodávky světla. Z hlediska zapínání ze studeného stavu je proto i toto řešenívzhledem ke smíšeným tělesům se žhavenými vlákny a vysokotla-kým výbojkám s tepelným spínačem nutno považovat za krok zpět. tfčelem vynálezu je vytvoření takové elektrické osvětlova-cí jednotky, která by i při použití zdroje primárního světlave formě vysokotlaké výbojky nebo pouzdra takové výbojky zajis-tila i v přechodových stavech výbojek, ve- kterých vzhledemk vlastnostem těchto osvětlovacích těles se světlo nevyzařujevůbec, anebo jenom v nepatrné míře, nepřetržité vyzařovánísvětla v počátečních nebo přechodových fázích po zapnutí. Kesplnění tohoto úkolu obsahuje elektrická osvětlovací jednotkapodle vynálezu žárovku nebo žárovky nebo žhavené těleso nebotělesa. Cílem je dále dosáhnout toho, aby tato jednotka, res-pektive žárovky navrhované osvětlovací jednotky po zapnutí jak - 4 - ve studeném, tak v teplém stavu okamžitě vyzařovaly světlo, aaby světelné parametry po zapnutí, případně vypnutí byly urče-ny výlučně parametry žárovky, respektive žhaveného tělesa. Dalším cílem vynálezu je vytvoření takové osvětlovací jednotky,která umožní, aby světlo žárovky po zapnutí plynule klesalo,a sice tak, že toto světlo spolu se zvyěujíeí se svítivostízahřívající se výbojky vytvářelo přibližně konstantní úroveňosvětleni, a aby žárovka v provozním stavu výbojky byla bez napěti, a aby výěe uvedené požadavky, respektive eíle,< bylo mož-no částečně nebo i zcela dosáhnout takovými osvětlovacími tě-lesy, která budou dostatečně kompaktní, aby mohla sloužit k nahrazení běžných Žárovek v jejich paticích, a aby se tak dosáh-lo výrazné úspory energie. Výše uvedené cíle vynálezu jsou dosaženy vytvořením a u-žitím takové kompaktní elektrické osvětlovací jednotky, u nížřídicí obvod přerušovacího prvku obsahuje obvod srovnávajícídvě proměnné, přičemž jeden výstup srovnávacího obvodu je při-pojen na řídicí vstup přerušovacího prvku zapojeného do séries žárovkou a jeho vstupy jsou připojeny na odbočky napěťovéhoděliče, jejichž počet souhlasí s počtem vstupů srovnávacíhoobvodu. Šizený přerušovací prvek může být tvořen elektromag-netickým spínačem, antiparalelně zapojenými tyristory nebo tri·aky podle toho, do jaké míry je žádoucí splnit uvedené cíle,a podle druhu použitého přerušovacího prvku se použije druhřídicího obvodu, K tomu je třeba zdůraznit, že mluví-li sev dalších částech popisu o žárovce a výbojce, je podstatou vy-nálezu to, že žárovka a výbojka mohou být zvláštní oddělené - 5 - samostatné prostředky umístěné ve zvláštních bankách bez zvláštní konstrukční jednotky ve formě běžných žárovek nebo běžnýchvysokotlakých výbojek, a že mohou dále existovat i takové kom-binované zdroje světla, které ve smyslu pojetí vynálezu obsa-hují žhavené tělísko a výbojku jako součást jediné společnébanky, ve které je vytvořeno plynové prostředí, případně vakuum Úlohou řídicího obvodu v osvětlovací jednotce podle vyná-lezu je vytvořit na vstupech srovnávacího obvodu potřebné lo-gické úrovně. Alešpon jedna z větví děličů obsahuje napělovězávislý prvek, například napěťově závislý odpor, žárovku a takdále, což má výhodu v tom, že výbojka při trvalém provozu tu-to větev, obsahující napělově závislý prvek, prakticky odpojí,takže tento obvod nespotřebovává žádnou energii. Z jednohopřívodu u vhodného příkladu provedeni osvětlovacího systému po-dle vynálezu je napájen srovnávací obvod, je-li tento potřebnýk dosažení komplexní funkce zařízení. Takovým způsobem je to-tiž možno dosáhnout toho, že pod určitou vstupní úrovní, v pří-padě, že tento vstup je opatřen určitým předpětím, ještě ne-vznikne analogická funkce mezi vstupem a výstupem, a dále toho,že jako přerušovacího prvku je možno použít také napříkladtriaku, a tak bylo možno dosáhnout toho, že lineární větev dě-liče reguluje světelnou intenzitu osvětlovacích těles přes pů-sobící větev srovnávacího obvodu jen nad určitou, předem sta-novenou hraniční velikostí napětí výbojky. To je potřebné z to-ho důvodu, že světelné záření běžných výbojek, případně osvět-lovacích těles, s výbojkami od okamžiku zapnutí lineárně roste.Změna světelného toku žárovky v osvětlovací jednotce podle vy- nálezu může mít přirozeně libovolnou křivku, ale nejpřijřoze-nější je při použití běžných žárovek, jak již bylo uvedeno,aby společné světelné záření obou zdrojů světla v okamžiku za-pnutí zůstala přibližně konstantní. U jednoho výhodného způso-bu provedení osvětlovací jednotky podle vynálezu jsou výbojkaa žárovka spolu paralelně zapojeny, aniž by měly společný spoj,to znamená, že se ukázalo jako účelné například takové zapo-jení, u něhož sí£ je jedním polem spojena se společným bodemžárovky a předřadníku, přičemž druhý po'l sítě je spojen se spo-lečným bodem výbojky a přerušovacího prvku. Je-li jako přeru-šovací prvek použit například triak nebo jemu podobný aktivníprvek, pak má výše uvedené uspořádání, respektive zapojenýpodstatné výhody z hlediska řízení.

Realizací řízení uvedeného principu zapojení jsou elektřinké osvětlovací jednotky podle vynálezu, u kterých je v baňces vakuem nebo s plynovou náplní na přívodních držácích mecha-nicky upevněna výbojka a žárovka a vně banky je do série se žá-rovkou zapojen přerušovací prvek a zapojení, které ho řídí, a oc t ak, že výbojka a žárovka jsou z banky vyvedeny navzájemizolovaně, bez společného bodu uvnitř baňky.

Způsob vzájemného oddělení, respektive izolovaného elekt-rického vyvedení, umožnil vytvoření elektrické osvětlovacíjednotky podle vynálezu, u níž jsou vně prostoru obsahujícíplynnou náplň nebo vakuum, ve které jsou umístěny výbojka ažárovka, umístit přídavnou jednotku, která je vhodným způsobemspojena s proudovými vývody výbojky do série a obsahuje omezo-vači předřadné zařízení a s vývody držáku žárovky je do série - 7 - zapojen, řiditelný přerušovací prvek, který obsahuje systém na-pěťových děličů zapojený mezi přívodní držáky výbojkové bankya tvoří srovnávací obvod s alespoň dvěma vstupy. Účelný a vý-hodný příklad provedení kompaktní elektrické osvětlovací jed-notky podle vynálezu, ve které je použita výbojka sodíkovéhonebo halogenového, případně rtuťového typu, představuje takovéřešení', u něhož jsou na síť připojené body přídavné jednotkyvyvedeny na takovou patici, která umožní normální výměnu sví-tidla prostřednictvím normovaných držáků a/nebo takové prove-dení přídavného zařízení, které je se skleněnou baňkou spoje-no nerozebiratelným spojením.

Elektrická osvětlovací jednotka podle vynálezu umožňujedokonalé splnění, případně realizaci stanovených cálů. Při za-pnutí odevzdává žárovka, respektive žhavené těleso okamžitěplný světelný výkon a vysokotlaká výbojka se rovněž zapálí.Protože však výbojka v tomto okamžiku nevyzařuje žádné světlo,zůstane žárovka tak dlouho v činnosti, dokud není výbojka do-statečně zahřáta. Během tohoto zahřívacího období je možno do-jit /q β-ítřt toho, že světlo žárovky se kontinuálně snižuje, a s-ioc-podle toho, jak přibývá světla vyzařovaného výbojkou. Je takémožno dosáhnout toho, že celkové množství vyzařovaného světlauvedených prostředků zůstane přibližně konstantní. Krátkodobývýpadek proudu nebo okamžitá vypnutí má ten důsledek, že žárov-ka začne okamžitě svítit s maximální intenzitou a je tak dlou-ho v činnosti, dokud její roli nepřevezme, obvykle po 30 až50 sekundách, podstatně ekonomičtější výbojka. Během této vý-měny má být celková úroveň osvětlení obou zdrojů světel při-bližně konstantní. i i - 8 -

Podstata vynálezu je popsána prostřednictvím příkladůVtfcreffch/ provedení znázorněných na přiložených dhránoiefe. Na obríefea· 1je schematicky znázorněna osvětlovací jednotka podle vynálezu,u níž je zapojení realizující srovnávací funkci dvou proměn-ných, na obráefeu 2 je průběh světelného výkonu žárovky v závis-losti na napětí výbojky, na obr&amp;ete* 3 je osvětlovací jednotkapodle obráška 1 ve smyslu vynálezu realizována v jědiné konst-rukční jednotce, to znamená ve formě jedné elektrické osvětlo-vací jednotky kompaktní konstrukce v zjednodušeném provedení,přičemž znázornění je v řezu.

Jak je zřejmé z obráafcu-1, je upříkladu provedení podlevynálezu připojena vysokotlaká výbojka 12 přes omezovači ob-vod J a síťový vypínač 2_ na síť 1. Žhavené těles© 4 žárovkyje na síť 1 připojeno přes řiditelný přerušovací prvek £ a sí-lový vypínač 2. Přerušovací prvek £ je v případě tohoto pří-kladu provedení řízen srovnávacím obvodem 6 se dvěma vstupy,jejichž vstupy jsou připojeny na jednotlivé větve napěťovýchděličů 11. Jednu větev děliče tvoří odpory 7 a <3 a druhou vě-tev odpory 8 a 10, přičemž větev s odpory 8 a 10 je tvořenaodpory s lineární charakteristikou a ve druhé větvi je použitodpor 7 s napěťově závislou charakteristikou.

Způsob činnosti osvětlovací jednotky podle tohoto příkla-du provedení podle vynálezu je následující. Stav výstupu obvo-du 6 ekvivalence, při kterém je přerušovací prvek otevřený, takže žárovka 4 je pod napětím a svítí, je označen *P. Symbolem”0” je označen takový stav nebo úroveň, při níž přerušovacíprvek 5 je uzavřen, to znamená, že žárovka 4 je bez proudu. Lo- - 9 - gické poměry na vstupech obvodu 6 ekvivalence jsou označeny ta-ké ”1” a ”0”. Lineární část děliče s odpory 8, 10 je dimenzo-vána tak, že na odpovídajícím vstupu obvodu 6 ekvivalence jehodnota ”0*', je-li napětí pod mezní hodnotou, která odpovídánapětí na výbojce 12 nižšímu, nežli je napětí provozní. Přivyšších hodnotách se na tomto vstupu objeví "I”. Nastavení vět-ve děliče obsahující napělově závislý odpor 7, který přivádína odpovídající vstup obvodu 6 ekvivalence příslušnou hodnotunapětí, je takové, že až po určitou mezní hodnotu, která je nižší nežli sílové napětí, je na tomto vstupu úroveň ”0" a nadtouto mezní hodnotou úroveň MP’. Na tomto místě je třeba při-pomenout, že jestliže výbojka 2 nehoří, objeví se na jejích vý-vodech sílové napětí.

Na základě uvedeného popisu je zřejmé, že stejná logickáúroveň na obou vstupech obvodu 6 ekvivalence je pouze ve dvoupřípadech. Jestliže ohniskové napětí výbojky 12 ještě nedosáh-lo konstantní hodnoty, pak na obou vstupech leží logická ”0”. V případě, že výbojka 12 nehoří, pak je na obou vstupech logic-ké ”1”. Výsledkem známé funkce logického obvodu 6 ekvivalenceje v obou případech to, že přerušovací prvek 5, přes který te-če proud žárovky 4, je otevřen a žárovka 4 svítí. V případě,že výbojka 12 má ustálené ohniskové napětí a je tedy v provo-zu, jsou na obou vstupech rozdílné logické úrovně. V našem pří-padě je úroveň logické "Γ na vstupu lineární větve děliče aúroveň logická ”0" na napělové závislé větvi děliče, přičemžžárovka 4 není připojena na napětí, protože přerušovací prvek £je v uzavřeném stavu. 1G -

Na obráetasr 2 je znázorněn typický regulační průběh pomo-cí diagramu, který ukazuje závislost mezi světelnou intenzi-tou žárovky 4 a ohniskovým napětím výbojky 12, Gharakteristic-ké hodnoty jsou níže objasněny. U 4 se pokládá za sííové napětí, které v uvažovaném pří-kladu má hodnotu 220 V. Je-li takovým sílovým napětím napří-klad napájena elektrická osvětlovací jednotka s vysokotlakousodíkovou výbojkou 12, pak ohniskové napětí výbojky 12 v oka-mžiku zapnutí je okamžitě asi 30 voltů. V průběhu zahříváníohniskové napětí plynule stoupá, avěak dostatečné množstvísvětla je vyzařováno teprve tehdy, až dosáhne ohniskové napě-tí například hodnotu 50 voltů. Je tedy účelné, aby intenzitasvětla žárovky 4 od tohoto okamžiku klesala. Tato charakteris-tická hodnota ohniskového napětí byla označena Ul. Od tohotobodu intenzita světelného záření výbojky 12 velmi příkře stou-pá, až dosáhne konstantní provozní hodnoty napětí, tj. cca100 voltů. Tato hodnota byla označena U2. Při této prahové hod-notě je třeba vypnout proud protékající žárovkou 4. Ohniskovénapětí u moderních vysokotlakých sodíkových výbojek nepřekra-čuje hodnotu 160 voltů při sílovém napětí 220 voltů. Je-li pra-hová hodnota lna vstupu srovnávacího obvodu, který je spojens napěťově závislou větví děliče, nastavena na vyšěí hodnotunapětí než 160 voltů, lze dosáhnout, aby žárovkou 4 tekl proudpouze v tom případě, kdy výbojka 12 už nebo ještě nehoří.

Obráa-efe 3 znázorňuje principiální nákres kompaktního pří-kladu provedení elektrické osvětlovací jednotky podle vynále-zu v řezu. Tato osvětlovací jednotka podle vynálezu má s obvyk- ~ 11 - lými žárovkami stejné rozměry a je bez jakýchkoliv prostředkůa opatření s nimi vyměnitelná. V baňce 13 je umístěna žárov-ka a těleso vysokotlaké sodíkové výbojky 12, které jsou upev-něny pomocí kovových držáků 16, 17, 18 a 19. které jsou veskleněné baňce 13 hermeticky utěsněíyjprostřednictvím spojekov-sklo. Skleněná baňka 13 je běžná skleněná baňka žárovky,přičemž její rozměry a tvar, stejně jako uspořádání této baňky,odpovídá běžným parametrům žárovkových baněk. Těleso výbojky12 může být ve formě příkladu provedení podle přihlášky maďar-ského patentu číslo 75/81 ve formě odpovídající křížové montá-ži. V prostoru kolem zúžené části skleněné baňky 13 je umístě-na k tomuto dílu přizpůsobená a případně ve formě řešení podlemaňarské patentové přihlášky číslo 287/81 vyřešená toroidníindukční cívka, realizující induktivní impedanci, ve formě vál-cové předsádky J, která je z důvodu ochrany před nebezpečnýmdotykem obklopena pouzdrem 21 zhotoveným z izolačního materiá-lu. Ochranné pouzdro 21 dále v prostoru pod cívkou obsáhajeprvky výše popsané, jako jsou přerušovací prvek í>, srovnávacíobvod 6., jakož i ve smyslu obrÁ^fca 1 popsaný řídicí obvod, kte-rý obsahuje napěťový dělič 1, a který je vhodné zhotovit z jed-noho integrovaného obvodu. Ochranné pouzdro 21 je ve spodníčásti připevněno k běžné žárovkové patici se známým způsobemprovedenými přívody 23. 24 sílového napětí. Na obrázku 3 zná-zorněné takzvané prostorové vnitřní zapojení odpovídá zapoje-ní podle obr&amp;atoa 1.

Vynálezu je s výhodou možno využít všude tam, kde se dopo-sud běžně užívaly žárovky.

Claims (4)

-12- pSedmžt vin Zlezu

1. Elektrická osvětlovací jednotka, mající v prvém elektric-kém obvodu vysokotlakou sodíkovou výbojku, s ní do sériezapojené a její proud omezující předřadné zařízení, ve dru-hém elektrickém obvodu, zapojeném paralelně s prvním elek-trickým obvodem, dále žhavené těleso a s ním do série za-pojený spínací prvek s připojeným řídicím obvodem pro ovlivnění stavu žhaveného tělesa, přičemž žhavené těleso je vy-tvořeno jako samostatná žárovka nebo jako ve společné prů-svitné baňce s vysokotlakou sodíkovou výbojkou uspořádanážhavicí spirála nebo žhavicí vlákno, vyznačující se tím, že řídicí obvod spínacího prvku (5) je tvořen zapojenímrozlišující^^inkci ekvivalence obou proměnných, kdy jedenvýstup obvodu (6) ekvivalence je zapojen spolu se žhavenýmtělesem (4), které je připojeno na řídicí vstup spínacíhoprvku (5), přičemž vstupy obvodu (6) ekvivalence jsou při-pojeny k odbočkám systému napěťových děličů (11), kteréjsou zapojeny mezi vývody výbojkového tělesa (12), přičemžpočet větví napěťových děličů (1) je shodný s počtem vstu-pů obvodu (6) ekvivalence.

2. Elektrická osvětlovací jednotka podle bodu 1, vyznačujícíse tím, že alespoň jedna větev napěťových děličů (11) obsa-huje napěťově závislý prvek, například napěťově závislýodpor (7).

3. Elektrická osvětlovací jednotka podle bodu 2, vyznačující - 13 - se tím, že vnac ί^τν^τη/. spínací prvek (5) je z^^i^analogovýspí

4. Elektrická osvětlovací jednotka podle bodu 2, vyznačujícíse tím, že spínací prvek (5) je tvořen triakem.