RU103893U1

RU103893U1 - HYBRID ELECTRON LUMINESCENT LAMP

Info

Publication number: RU103893U1
Application number: RU2010150223/07U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин
Original assignee: Евгений Михайлович Силкин
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2011-04-27

Abstract

Гибридная электронная люминесцентная лампа, содержащая корпус с цоколем для подключения к питающей сети, разрядную колбу, заполненную рабочим веществом и покрытую люминофором, с электродами на концах, электронный пускорегулирующий аппарат с дросселем, входные выводы аппарата соединены с контактами цоколя, а выходные выводы подключены к выводам электродов разрядной колбы, дроссель выполнен состоящим из двух частей в форме индукторов с обмотками и сердечниками, расположенных в непосредственной близости от концов разрядной колбы либо охватывающих ее концы. A hybrid electronic fluorescent lamp containing a housing with a base for connecting to the mains, a discharge flask filled with a working substance and coated with a phosphor, with electrodes at the ends, an electronic ballast with a choke, the input leads of the apparatus are connected to the contacts of the base, and the output leads are connected to the terminals electrodes of the discharge bulb, the inductor is made up of two parts in the form of inductors with windings and cores located in the immediate vicinity of the ends of the discharge bulb or vatyvayuschih its ends.

Description

Полезная модель относится к светотехнике и приборостроению и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных высоконадежных люминесцентных газоразрядных источников света. Полезная модель направлена на увеличение срока службы электронной люминесцентной лампы.The utility model relates to lighting engineering and instrumentation and can be used in the design of new energy-efficient highly reliable luminescent gas-discharge light sources. The utility model is aimed at increasing the life of the electronic fluorescent lamp.

Известна электронная люминесцентная лампа, содержащая корпус с цоколем для подключения к питающей сети, разрядную колбу, заполненную рабочим веществом и покрытую люминофором, с электродами на концах, электронный пускорегулирующий аппарат с дросселем, входные выводы аппарата соединены с контактами цоколя, а выходные выводы подключены к выводам электродов разрядной колбы (Источники света. Каталог. - OSRAM, 2009. - С.3.11).Known electronic fluorescent lamp containing a housing with a cap for connection to the mains, a discharge flask filled with a working substance and coated with a phosphor, with electrodes at the ends, an electronic ballast with a choke, the input leads of the apparatus are connected to the contacts of the base, and the output leads are connected to the conclusions electrodes of a discharge bulb (Light sources. Catalog. - OSRAM, 2009. - P.3.11).

Недостатком электронной люминесцентной лампы является малый срок службы, что обусловлено сравнительно быстрым износом электродов и быстрой деградацией материала разрядной колбы и люминофора из-за их загрязнения продуктами, образующимися в электрическом разряде в процессе эксплуатации, недостаточной эффективностью, примененного в лампе, принципа преобразования электрической энергии тока проводимости в световую энергию, характеризующегося повышенным износом и старением элементов и частей устройства.The disadvantage of an electronic fluorescent lamp is its short service life, which is due to the relatively rapid wear of the electrodes and the rapid degradation of the material of the discharge flask and phosphor due to their contamination with products formed in the electric discharge during operation, insufficient efficiency used in the lamp, and the principle of conversion of electric current energy conductivity in light energy, characterized by increased wear and aging of elements and parts of the device.

Известна электронная люминесцентная лампа, содержащая корпус с цоколем для подключения к питающей сети, разрядную колбу, заполненную рабочим веществом и покрытую люминофором, с электродами на концах, электронный пускорегулирующий аппарат с дросселем, входные выводы аппарата соединены с контактами цоколя, а выходные выводы подключены к выводам электродов разрядной колбы (Каталог ламп 2009/2010 гг. - GE LIGHTING, 2009. - С.74).Known electronic fluorescent lamp containing a housing with a cap for connection to the mains, a discharge flask filled with a working substance and coated with a phosphor, with electrodes at the ends, an electronic ballast with a choke, the input leads of the apparatus are connected to the contacts of the base, and the output leads are connected to the conclusions electrodes of a discharge bulb (Catalog of lamps 2009/2010 - GE LIGHTING, 2009. - P.74).

Известна электронная люминесцентная лампа, содержащая корпус с цоколем для подключения к питающей сети, разрядную колбу, заполненную рабочим веществом и покрытую люминофором, с электродами на концах, электронный пускорегулирующий аппарат с дросселем, входные выводы аппарата соединены с контактами цоколя, а выходные выводы подключены к выводам электродов разрядной колбы (Энергосберегающие лампы. Каталог. - GENERAL, 2010. - С.4).Known electronic fluorescent lamp containing a housing with a cap for connection to the mains, a discharge flask filled with a working substance and coated with a phosphor, with electrodes at the ends, an electronic ballast with a choke, the input leads of the apparatus are connected to the contacts of the base, and the output leads are connected to the conclusions electrodes of a discharge bulb (Energy-saving lamps. Catalog. - GENERAL, 2010. - P.4).

Указанная электронная люминесцентная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.The indicated electronic fluorescent lamp is the closest in technical essence to a utility model and is selected as a prototype.

Полезная модель направлена на решение задачи увеличения срока службы электронной люминесцентной лампы, что является целью полезной модели.The utility model is aimed at solving the problem of increasing the service life of an electronic fluorescent lamp, which is the purpose of the utility model.

Указанная цель достигается тем, что в гибридной электронной люминесцентной лампе, содержащей корпус с цоколем для подключения к питающей сети, разрядную колбу, заполненную рабочим веществом и покрытую люминофором, с электродами на концах, электронный пускорегулирующий аппарат с дросселем, входные выводы аппарата соединены с контактами цоколя, а выходные выводы подключены к выводам электродов разрядной колбы, дроссель выполнен состоящим из двух частей в форме индукторов с обмотками и сердечниками, расположенных в непосредственной близости от концов разрядной колбы, либо охватывающих ее концы.This goal is achieved by the fact that in a hybrid electronic fluorescent lamp containing a housing with a socle for connecting to the mains, a discharge flask filled with a working substance and coated with a phosphor, with electrodes at the ends, an electronic ballast with an inductor, the input terminals of the apparatus are connected to the contacts of the socle and the output terminals are connected to the terminals of the electrodes of the discharge bulb, the inductor is made up of two parts in the form of inductors with windings and cores located in close proximity awn from the ends of the discharge flask, or covering its ends.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является увеличение срока службы электронной люминесцентной лампы, что достигается за счет принятого нового гибридного принципа преобразования электрической энергии в световую энергию. Световая энергия вырабатывается за счет эффективного использования энергии тока проводимости лампы и энергии вихревых токов в разрядной колбе. Оба вида преобразования энергии оптимально дополняют друг друга и позволяют создать люминесцентную газоразрядную лампу с максимально длительным сроком службы, что обусловлено существенным снижением скорости износа электродов и замедлением деградации материала разрядной колбы и люминофора при загрязнении продуктами, образующимися в электрическом разряде в процессе ее эксплуатации.A significant difference characterizing the utility model is an increase in the service life of the electronic fluorescent lamp, which is achieved due to the adopted new hybrid principle of converting electrical energy into light energy. Light energy is generated through the efficient use of the energy of the conduction current of the lamp and the energy of eddy currents in the discharge bulb. Both types of energy conversion complement each other optimally and make it possible to create a fluorescent gas discharge lamp with the longest service life, which is due to a significant decrease in the wear rate of the electrodes and a slowdown in the degradation of the material of the discharge bulb and phosphor when contaminated by products formed in an electric discharge during its operation.

Увеличение срока службы гибридной электронной люминесцентной лампы, является полученным техническим результатом, обусловленным новым принципом преобразования энергии, особенностями новой конструкции электронной люминесцентной лампы, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой гибридной электронной люминесцентной лампы являются существенными.The increase in the service life of the hybrid electronic fluorescent lamp is the technical result due to the new principle of energy conversion, the features of the new design of the electronic fluorescent lamp, that is, the hallmarks of the utility model. Thus, the distinguishing features of the claimed hybrid electronic fluorescent lamp are significant.

На рисунке приведен пример типовой конструкции гибридной электронной люминесцентной лампы.The figure shows an example of a typical design of a hybrid electronic fluorescent lamp.

Гибридная электронная люминесцентная лампа содержит корпус 1 с цоколем 2 для подключения к питающей сети, разрядную колбу 3, заполненную рабочим веществом и покрытую люминофором, с электродами на концах, электронный пускорегулирующий аппарат с дросселем 4, входные выводы аппарата соединены с контактами цоколя, а выходные выводы подключены к выводам электродов разрядной колбы, дроссель выполнен состоящим из двух частей в форме индукторов с обмотками 5 и сердечниками 6, расположенных в непосредственной близости от концов разрядной колбы, либо охватывающих ее концы.The hybrid electronic fluorescent lamp contains a housing 1 with a cap 2 for connecting to the mains, a discharge flask 3 filled with a working substance and coated with a phosphor, with electrodes at the ends, an electronic ballast with a choke 4, the input leads of the apparatus are connected to the contacts of the base, and the output leads connected to the terminals of the electrodes of the discharge bulb, the throttle is made up of two parts in the form of inductors with windings 5 and cores 6 located in close proximity to the ends of the discharge bulb, bo covering her ends.

Гибридная электронная люминесцентная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через цоколь 2 стандартного вида подключается к обычной питающей сети переменного тока. Корпус 1 является несущей конструкцией, на которой устанавливаются все остальные элементы гибридной электронной люминесцентной лампы. При работе устройства часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов. Отвод тепла осуществляется, в том числе, корпусом 1. Электронный пускорегулирующий аппарат преобразует переменное напряжение питающей сети низкой частоты в переменное напряжение повышенной частоты, необходимое для питания разрядной колбы 3 и поддержания в ней электрического разряда за счет передачи энергии от тока проводимости, протекающего через электроды колбы 3, и от вихревых токов, возникающих за счет электромагнитной индукции в плазме электрического разряда разрядной колбы 3. При работе устройства электронный пускорегулирующий аппарат обеспечивает требуемые параметры преобразования напряжения питающей сети (низкие пульсации выходного напряжения и тока лампы, стабилизированный выходной ток, высокий коэффициент мощности и коэффициент полезного действия). Электрический разряд в колбе 3 излучает свет определенных длин волн, который преобразуется люминофором, нанесенным на ее внутреннюю поверхность, восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения «белого света». Энергия, как отмечено выше, поступает в объем разрядной колбы 3 по двум каналам преобразования: от тока проводимости и от вихревых токов, наводимых переменным электромагнитным полем дросселя (индуктора) 4 (элементы 5, 6) за счет электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция (поле высокой напряженности) вызывает ионизацию атомов рабочего вещества разрядной колбы 3 и образование плазмы. Плазма представляет собой проводящую среду и разрядная колба 3 выполняет роль вторичной обмотки эквивалентного трансформатора, первичной обмоткой которого является обмотка 5 индуктора (дросселя) 4, а сердечником трансформатора - сердечник индуктора 6. Электрическая цепь вторичной обмотки замыкается через электроды разрядной колбы 3, в результате чего через нее дополнительно протекает ток проводимости, поддерживающий разряд. Сердечник 6 локализует магнитный поток индуктора 4 (обмотки 5) в объеме. Потоки рассеяния индуктора 4 (элементы 5, 6) замыкаются через части разрядной колбы 3, вызывая формирование вихревых токов в объеме. Ускоренные электроны плазмы возбуждают атомы рабочего вещества разрядной колбы 3. Переход атомов рабочего вещества в нормальное состояние вызывает излучение световых волн, в том числе, в ультрафиолетовом диапазоне. Индуктор 4 (элементы 5, 6) является компонентом схемы электронного пускорегулирующего аппарата лампы, обеспечивая его работоспособность и ограничение тока проводимости через электроды разрядной колбы 3. Разрядная колба 3 включается в электрическую цепь устройства по резонансной схеме через электроды на ее концах.Hybrid electronic fluorescent lamp in steady state operates as follows. The lamp through the base 2 standard type is connected to a conventional AC mains. The housing 1 is a supporting structure on which all other elements of a hybrid electronic fluorescent lamp are mounted. During operation of the device, part of the energy is dissipated, which leads to heating of the elements. Heat is removed, including, by housing 1. An electronic ballast converts the alternating voltage of the low-frequency supply network to the alternating voltage of increased frequency, necessary to power the discharge bulb 3 and maintain an electric discharge therein by transferring energy from the conduction current flowing through the electrodes flasks 3, and from eddy currents arising due to electromagnetic induction in the plasma of the electric discharge of the discharge flask 3. When the device is operating, the electronic ballast The unit provides the required parameters for converting the supply voltage (low ripple of the output voltage and lamp current, stabilized output current, high power factor and efficiency). An electric discharge in the flask 3 emits light of certain wavelengths, which is converted by a phosphor deposited on its inner surface, restoring the missing parts of the spectrum in order to obtain "white light". Energy, as noted above, enters the volume of the discharge flask 3 through two conversion channels: from the conduction current and from the eddy currents induced by the alternating electromagnetic field of the inductor (inductor) 4 (elements 5, 6) due to electromagnetic induction. Electromagnetic induction (field of high tension) causes the ionization of the atoms of the working substance of the discharge flask 3 and the formation of plasma. The plasma is a conducting medium and the discharge bulb 3 acts as a secondary winding of an equivalent transformer, the primary winding of which is the coil 5 of the inductor (inductor) 4, and the core of the transformer is the core of the inductor 6. The electrical circuit of the secondary winding is closed through the electrodes of the discharge bulb 3, resulting in A conduction current supporting the discharge flows through it additionally. The core 6 localizes the magnetic flux of the inductor 4 (winding 5) in the volume. The scattering flows of the inductor 4 (elements 5, 6) are closed through the parts of the discharge flask 3, causing the formation of eddy currents in the volume. Accelerated plasma electrons excite the atoms of the working substance of the discharge bulb 3. The transition of the atoms of the working substance to a normal state causes the emission of light waves, including in the ultraviolet range. Inductor 4 (elements 5, 6) is a component of the circuit of the electronic ballast of the lamp, ensuring its operability and limiting the conductivity current through the electrodes of the discharge bulb 3. The discharge bulb 3 is connected to the electrical circuit of the device according to the resonant circuit through the electrodes at its ends.

Индуктор 4 (элементы 5, 6) лампы может состоять, в общем случае, из одной или более двух частей в зависимости от конструкции разрядной колбы 3. Части индуктора 4 могут располагаться и на других участках разрядной колбы 3, например, на ее центральном участке. Обмотки 5 дросселя целесообразно выполнять из высокочастотного (многожильного) провода с изолированными жилами, что снижает электрические потери. Сердечники 6 индуктора 4 могут быть изготовлены с дополнительными элементами охлаждения, например, со специальными радиаторами из меди (для ламп большой мощности). Электроды разрядной колбы 3, в общем случае, могут не иметь дополнительного специального (оксидного) покрытия, повышающего их эмиссионные свойства. Разрядная колба 3 может быть выполнена без люминофорного покрытия, например, в лампах ультрафиолетового излучения. Принцип работы гибридной электронной люминесцентной лампы при этом не изменяется. Основным остается гибридный способ преобразования электрической энергии в световую энергию по двум каналам: от тока проводимости через электроды разрядной колбы 3 и от вихревых токов, возбуждаемых переменным электрическим полем индуктора 4 в объеме разрядной колбы 3. Разрядная колба 3 может иметь любую геометрическую форму, в том числе, форму плоской спирали или форму простой прямой трубки с электродами на концах.The inductor 4 (elements 5, 6) of the lamp may consist, in the General case, of one or more two parts, depending on the design of the discharge bulb 3. Parts of the inductor 4 can be located in other parts of the discharge bulb 3, for example, in its Central section. The windings of the 5 throttle are expediently made from high-frequency (multicore) wires with insulated conductors, which reduces electrical losses. The cores 6 of the inductor 4 can be made with additional cooling elements, for example, with special radiators made of copper (for high power lamps). The electrodes of the discharge flask 3, in the General case, may not have an additional special (oxide) coating that increases their emission properties. The discharge flask 3 can be made without a phosphor coating, for example, in ultraviolet lamps. The principle of operation of a hybrid electronic fluorescent lamp is not changed. The main remains the hybrid method of converting electrical energy into light energy through two channels: from the conduction current through the electrodes of the discharge bulb 3 and from the eddy currents excited by the alternating electric field of the inductor 4 in the volume of the discharge bulb 3. The discharge bulb 3 can have any geometric shape, including including the shape of a flat spiral or the shape of a simple straight tube with electrodes at the ends.

В результате существенного уменьшения электрической нагрузки на электроды снижается их износ, в частности, распыление оксидного покрытия, если оно наносится, что увеличивает срок службы и надежность работы заявляемой гибридной электронной люминесцентной лампы. Отсутствие интенсивного распыления электродов обеспечивает повышение сроков службы и снижение скорости деградации люминофора и материала разрядной колбы, вызываемых их загрязнением продуктами, образующимися в объеме электрического разряда. Срок службы новой гибридной электронной люминесцентной лампы, по сравнению с прототипом, может быть увеличен, не менее чем в 4÷5 раз (до 60÷70 тыс.ч). Время наработки на отказ лампы (оценка надежности работы) увеличивается, не менее чем на 90÷120% по сравнению с прототипом.As a result of a significant reduction in the electrical load on the electrodes, their wear is reduced, in particular, the spraying of the oxide coating, if applied, which increases the service life and reliability of the inventive hybrid electronic fluorescent lamp. The absence of intensive atomization of the electrodes ensures an increase in the service life and a decrease in the rate of degradation of the phosphor and the material of the discharge bulb caused by their contamination with products formed in the volume of the electric discharge. The service life of the new hybrid electronic fluorescent lamp, in comparison with the prototype, can be increased by at least 4 ÷ 5 times (up to 60 ÷ 70 thousand hours). The mean time between lamp failures (reliability assessment) is increased by at least 90 ÷ 120% compared with the prototype.

По сравнению с прототипом, дополнительно, существенно повышается коэффициент полезного действия гибридной электронной люминесцентной лампы. Электрическая энергия преобразуется в световую энергию по двум каналам: от тока проводимости и от вихревых токов за счет электромагнитной индукции. В результате, каждый элемент лампы является оптимальным и может быть выполнен с минимальными потерями энергии. За счет этого может быть расширен диапазон мощностей ламп в сторону повышенных мощностей. Электронный пускорегулирующий аппарат лампы (за счет использования нового принципа) работает на оптимальной частоте с низкими потерями. Коэффициент полезного действия лампы увеличивается на 5÷7%.Compared with the prototype, additionally, significantly increases the efficiency of a hybrid electronic fluorescent lamp. Electric energy is converted into light energy through two channels: from the conduction current and from eddy currents due to electromagnetic induction. As a result, each element of the lamp is optimal and can be performed with minimal energy loss. Due to this, the range of lamp powers in the direction of increased power can be expanded. The electronic ballast (by using the new principle) operates at the optimal frequency with low losses. The efficiency of the lamp increases by 5-7%.

Дополнительно, в новой гибридной электронной люминесцентной лампе обеспечивается более высокая светоотдача. По сравнению с прототипом светоотдача может возрасти до 110÷120 лм/Вт, что на 50÷60% выше, чем в известных лампах, использующих электрический разряд низкого давления. Может быть, в частности, снижено общее количество ртути при выполнении лампы на заданную мощность.Additionally, the new hybrid electronic fluorescent lamp provides higher light output. Compared with the prototype, light output can increase to 110 ÷ 120 lm / W, which is 50 ÷ 60% higher than in known lamps using low-pressure electric discharge. In particular, the total amount of mercury can be reduced when the lamp is operated at a given power.

По сравнению с прототипом может быть существенно упрощена конструкция и снижена цена (на 10÷15%) заявляемой гибридной электронной люминесцентной лампы. Это достигается за счет отсутствия необходимости применения электродов разрядной колбы в новой лампе с дополнительными (оксидными) покрытиями, уменьшения потерь мощности в элементах и снижения их загрузки по току, следовательно, за счет возможности использования элементов устройства на меньшую установленную мощность и с более низкой ценой.Compared with the prototype can be greatly simplified design and reduced price (10 ÷ 15%) of the inventive hybrid electronic fluorescent lamp. This is achieved due to the lack of the need to use the discharge bulb electrodes in a new lamp with additional (oxide) coatings, to reduce power losses in the elements and to reduce their current loading, therefore, due to the possibility of using the device elements at a lower installed power and with a lower price.

По сравнению с прототипом могут быть снижены весогабаритные показатели заявляемой гибридной электронной люминесцентной лампы (до 7%) за счет оптимизации конструкции. Новая лампа может работать в более широком диапазоне рабочих температур (до - 40°С), за счет улучшения условий пуска и оптимизации пусковых режимов.Compared with the prototype, the overall dimensions of the inventive hybrid electronic fluorescent lamp (up to 7%) can be reduced by optimizing the design. The new lamp can operate in a wider range of operating temperatures (up to - 40 ° C), due to improved starting conditions and optimization of starting conditions.

Уменьшение весогабаритных показателей и расширение температурного диапазона надежной работы гибридной электронной люминесцентной лампы существенно расширяет ее область применения. Расширение области применения заявляемой лампы, по сравнению с прототипом, представляет собой новое важное потребительское качество гибридного устройства.Reducing weight and dimensions and expanding the temperature range of reliable operation of a hybrid electronic fluorescent lamp significantly expands its scope. The expansion of the scope of the claimed lamp, compared with the prototype, represents a new important consumer quality hybrid device.

Claims

A hybrid electronic fluorescent lamp, comprising a housing with a base for connecting to the mains, a discharge flask filled with a working substance and coated with a phosphor, with electrodes at the ends, an electronic ballast with a choke, the input leads of the apparatus are connected to the contacts of the base, and the output leads are connected to the terminals electrodes of the discharge bulb, the inductor is made up of two parts in the form of inductors with windings and cores located in the immediate vicinity of the ends of the discharge bulb or vatyvayuschih its ends.