RU2116898C1

RU2116898C1 - Passenger car lighting device

Info

Publication number: RU2116898C1
Application number: RU97104105A
Authority: RU
Inventors: А.Е. Дубинин
Original assignee: Поволжский институт информатики, радиотехники и связи
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: railway transport; passenger car fluorescent lamps supply. SUBSTANCE: lighting device with U-shaped fluorescent lamp and reinforcement metal plate with transistor inverter is provided with voltage stabilizer and compensator, and inverter control unit has voltage-controlled generator. Stabilizer and compensator stabilize microcircuit supply voltage at voltage fluctuations of supply source. Control of inverter by voltage controlled generator provides stabilization of lamp current at operation duty through autotransformer and choke. Connection of reinforcement metal plate through capacitor with output of interference suppression filter provides quick starting of lamp. EFFECT: reduced time taken for starting of fluorescent lamp, enhanced reliability, increased service life and improved stability of operation within wide range of supply voltage fluctuations in car service. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к областям железнодорожного транспорта и электроники и может быть использовано для питания люминесцентных ламп пассажирского вагона и объектов различного назначения. The invention relates to the fields of railway transport and electronics and can be used to power fluorescent lamps of a passenger car and objects for various purposes.

Известно осветительное устройство, содержащее люминесцентную лампу, транзисторный инвертор, питающий вход которого соединен с источником постоянного тока, а его первый выход через первичную обмотку первого трансформатора тока соединен с первым накальным электродом люминесцентной лампы, конденсатором, вторым накальным электродом лампы, который через дроссель соединен с вторым выходом инвертора, а вторичная обмотка первого трансформатора тока через выходную цепь реле времени соединена с первичной обмоткой второго трансформатора тока, вторичные обмотки которого связаны с база-эмиттерными цепями соответствующих транзисторов инвертора (см. авт. св. СССР N 1473092, кл. H 05 B 41/24, М.А.Боронина и др. Осветительное устройство). A lighting device is known comprising a fluorescent lamp, a transistor inverter, the power input of which is connected to a direct current source, and its first output through the primary winding of the first current transformer is connected to the first glow electrode of the fluorescent lamp, a capacitor, and the second glow lamp electrode, which is connected via a choke to the second output of the inverter, and the secondary winding of the first current transformer through the output circuit of the time relay is connected to the primary winding of the second current transformer , The secondary windings of which are connected with the base-emitter circuits corresponding inverter transistors (see. Auth. Binding. USSR N 1473092, cl. H 05 B 41/24, M.A.Boronina et al. The lighting device).

Данное решение не обеспечивает надежность работы осветительного устройства в условиях эксплуатации пассажирского вагона при колебаниях питающего напряжения в широком диапазоне (в 2 раза). Это связано с нестабильностью тока лампы вследствие использования насыщающихся элементов в цепях обратной связи инвертора, а также длительного разогрева столба газа для обеспечения зажигания лампы вследствие больших колебаний питающего напряжения. This solution does not ensure the reliability of the lighting device in the conditions of operation of a passenger car with fluctuations in the supply voltage in a wide range (2 times). This is due to the instability of the lamp current due to the use of saturable elements in the feedback circuits of the inverter, as well as prolonged heating of the gas column to ensure ignition of the lamp due to large fluctuations in the supply voltage.

Прототипом данного изобретения является осветительное устройство для пассажирского вагона, содержащее люминесцентную лампу U-образной формы с армирующей металлической пластикой, транзисторный инвертор, питающий вход которого через помехоподавляющий фильтр соединен с источником постоянного тока, узел управления инвертором, выходы которого подключены к база-эмиттерным цепям транзисторов инвертора, повышающий автотрансформатор, к первичной обмотке которого через токоограничивающий индуктивный элемент подключен выход инвертора, а с его вторичной обмоткой соединены последовательно включенные дроссель, первый накальный электрод люминесцентной лампы, конденсатор и второй накальный электрод люминесцентной лампы (см. аппараты пускорегулирующие 1П8А58-50, 1П8А58-110. Техническое описание и инструкция по эксплуатации АЕЦИ. 6 75851.017 ТО, 1995 и принципиальная электрическая схема для светильника пассажирского вагона на 50 и 110 B - GW 3.2050110М. 06 0295). The prototype of this invention is a lighting device for a passenger carriage containing a U-shaped fluorescent lamp with reinforcing metal plastic, a transistor inverter, the power supply of which is connected to a direct current source through an interference suppression filter, and an inverter control unit whose outputs are connected to the base-emitter transistor circuits an inverter, increasing the autotransformer, to the primary winding of which an inverter output is connected through a current-limiting inductive element, and with A secondary inductor, a first incandescent electrode of a fluorescent lamp, a capacitor and a second incandescent electrode of a fluorescent lamp (see ballasts 1P8A58-50, 1P8A58-110. AECI technical description and operating instructions. 6 75851.017 TO, 1995 and principal electrical connection are connected by its secondary winding scheme for the lamp of a passenger car at 50 and 110 V - GW 3.2050110M. 06 0295).

Рассматриваемое осветительное устройство, как и предыдущее, содержит насыщающиеся индуктивные элементы в цепях обратной связи инвертора и не позволяет регулировать частоту переключения инвертора в больших пределах при больших колебаниях входного напряжения и стабилизировать ток лампы. Кроме того, имеет место длительный разогрев столба газа лампы при номинальном напряжении источника постоянного тока. Снижение же времени разогрева газа лампы в такой схеме требует повышенного напряжения накальных электродов, что снижает срок службы лампы и приводит к преждевременному пережогу электродов. Все это снижает надежность работы осветительного устройства. The considered lighting device, like the previous one, contains saturable inductive elements in the feedback circuits of the inverter and does not allow you to adjust the switching frequency of the inverter to large limits with large fluctuations in the input voltage and stabilize the lamp current. In addition, there is a prolonged heating of the gas column of the lamp at a nominal voltage of a direct current source. Reducing the time for heating the lamp gas in such a circuit requires an increased voltage of the filament electrodes, which reduces the lamp life and leads to premature burning of the electrodes. All this reduces the reliability of the lighting device.

В основу изобретения положены задачи увеличения надежности и срока службы, снижения времени зажигания люминесцентной лампы, повышения стабильности работы осветительного устройства в широком диапазоне колебаний питающего напряжения (в 2 раза) пассажирского вагона электроподвижного состава. The basis of the invention is the task of increasing reliability and service life, reducing the ignition time of a fluorescent lamp, improving the stability of the lighting device in a wide range of fluctuations in the supply voltage (2 times) of a passenger carriage of an electric rolling stock.

Решение поставленных задач достигается тем, что в известном осветительном устройстве для пассажирского вагона, содержащем люминесцентную лампу U-образной формы м армирующей металлической пластиной, транзисторный инвертор, питающий вход которого через помехоподавляющий фильтр соединен с источником постоянного тока, узел управления инвертором, выходы которого подключены к база-эмиттерным цепям транзисторов инвертора, повышающий автотрансформатор, к первичной обмотке которого через токоограничивающий индуктивный элемент подключен выход инвертора, а с его вторичной обмоткой соединены последовательно включенные дроссель, первый накальный электрод люминесцентной лампы, конденсатор и второй накальный электрод люминесцентной лампы введены последовательно подключенные к выходу упомянутого помехоподавляющего фильтра компенсатор напряжения и стабилизатор напряжения питания узла управления инвертором, последний выполнен с управляемым напряжением генератором частоты, соединенным входом с выходом помехоподавляющего фильтра, а автотрансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, подключенной через выпрямитель к входу стабилизатора напряжения, при этом армирующая металлическая пластина люминесцентной лампы через дополнительный конденсатор соединена с минусовым выходом помехоподавляющего фильтра, а узел управления инвертором включает в себя формирователь прямоугольных импульсов постоянной длительности и делитель частоты, подключенные входами к выходу управляемого напряжением генератора частоты, два элемента И, первые входы которых соединены с прямым и инверсным выходами делителя частоты, а вторые входы - с выходом формирователя прямоугольных импульсов, два усилителя мощности, входы которых подключены к выходам соответствующих элементов И, а выходы через разделительные конденсаторы - к первичным обмоткам соответствующих развязывающих трансформаторов, вторичные обмотки которых являются выходами данного узла. The solution of these problems is achieved by the fact that in the known lighting device for a passenger carriage containing a U-shaped fluorescent lamp with a reinforcing metal plate, a transistor inverter, the power supply of which is connected to a direct current source through a noise filter, the inverter control unit, the outputs of which are connected to the base-emitter circuit of the inverter transistors, increasing the autotransformer, to the primary winding of which is connected through the current-limiting inductive element to the inverter’s output, and a series-connected inductor is connected to its secondary winding, the first glow lamp of the fluorescent lamp, the capacitor and the second glow electrode of the fluorescent lamp, voltage compensator and voltage regulator of the control unit of the inverter are connected in series to the output of the said noise suppression filter, the latter is made with a voltage-controlled generator frequency connected by the input to the output of the noise suppression filter, and the autotransformer is equipped with an additional secondary winding connected through a rectifier to the input of the voltage stabilizer, while the reinforcing metal plate of the fluorescent lamp is connected through an additional capacitor to the negative output of the noise suppression filter, and the inverter control unit includes a constant-frequency pulse shaper and a frequency divider connected by inputs to the output of the controlled voltage of the frequency generator, two AND elements, the first inputs of which are connected to the direct and inverse outputs of the divider frequencies, and the second inputs - with the output of the rectangular pulse shaper, two power amplifiers, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding elements And, and the outputs through the isolation capacitors - to the primary windings of the corresponding decoupling transformers, the secondary windings of which are the outputs of this node.

На чертеже представлена схема осветительного устройства для пассажирского вагона. The drawing shows a diagram of a lighting device for a passenger car.

Осветительного устройство для пассажирского вагона содержит люминесцентную лампу 1 U-образной формы с армирующей металлической пластиной 2, транзисторный инвертор 3, собранный по мостовой схеме, узел управления 4 инвертором 3 и повышающий автотрансформатор 5. Питающий вход транзисторного инвертора 3 через помехоподавляющий фильтр 6 и защитный элемент от переполюсовки питания, например диод, соединен с источником постоянного тока. К база-эмиттерным цепям транзисторов инвертора 3 подключены выходы узла управления 4 инвертором 3. Выход инвертора 2 через токоограничивающий индуктивный элемент 7 подключен к первичной обмотке повышающего автотрансформатора 5. С вторичной обмоткой автотрансформатора 5 соединены последовательно включенные дроссель 8, первый накальный электрод люминесцентной лампы 1, конденсатор 9 и второй накальный электрод люминесцентной лампы 1. К выходу помехоподавляющего фильтра 6 последовательно подключены компенсатор 10 напряжения и стабилизатор 11 напряжения питания узла управления 4 инвертором 3. Узел управления 4 инвертором 3 выполнен с управляемым напряжением генератором частоты 12, соединенным входом с выходом помехоподавляющего фильтра 6. The lighting device for a passenger carriage contains a U-shaped fluorescent lamp 1 with a reinforcing metal plate 2, a transistor inverter 3 assembled according to a bridge circuit, a control unit 4 inverter 3 and a step-up autotransformer 5. The power input of the transistor inverter 3 through an interference suppression filter 6 and a protective element from reverse polarity of the power supply, for example a diode, is connected to a direct current source. The base-emitter circuits of the inverter 3 transistors are connected to the outputs of the control unit 4 of the inverter 3. The output of the inverter 2 through a current-limiting inductive element 7 is connected to the primary winding of the step-up autotransformer 5. Serially connected inductor 8, the first incandescent electrode of the fluorescent lamp 1, are connected to the secondary winding of the autotransformer 5 a capacitor 9 and a second glow electrode of a fluorescent lamp 1. An voltage compensator 10 and a stabilizer 11 are connected in series to the output of the noise suppression filter 6 the supply voltage of the control unit 4 of the inverter 3. The control unit 4 of the inverter 3 is made with a voltage-controlled frequency generator 12 connected to the input to the output of the noise suppression filter 6.

Автотрансформатор 5 снабжен дополнительной вторичной обмоткой 13, подключенной через выпрямитель (диодный мост) к входу стабилизатора 11 напряжения. Армирующая металлическая пластина 2 люминесцентной лампы 1 через дополнительный конденсатор 14 соединена с минусовым выходом помехоподавляющего фильтра 6. Узел управления 4 инвертором 3 включает в себя формирователь 15 прямоугольных импульсов постоянной длительности, делитель частоты 16, (например в 2 раза), два логических элемента умножения И - 17 и два усилителя мощности 18. При этом формирователь 15 прямоугольных импульсов и делитель частоты 16 подключены своими входами к выходу управляемого напряжением генератора частоты 12. Первые входы элементов И 17 соединены с прямым и инверсным выходами делителя частоты 16, а вторые входы соединены с выходом формирователя 15 прямоугольных импульсов. Усилители мощности 18 своими входами подключены к выходам соответствующих элементов И 17, а выходами через разделительные конденсаторы 19 подключены к первичным обмоткам соответствующих развязывающих трансформаторов 20, вторичные обмотки которых являются выходами узла управления 4 инвертором 3. The autotransformer 5 is equipped with an additional secondary winding 13 connected through a rectifier (diode bridge) to the input of the voltage stabilizer 11. The reinforcing metal plate 2 of the luminescent lamp 1 is connected through an additional capacitor 14 to the negative output of the noise suppression filter 6. The control unit 4 of the inverter 3 includes a constant-pulse generator 15 of rectangular pulses, a frequency divider 16, (for example, 2 times), two logical elements of multiplication And - 17 and two power amplifiers 18. In this case, the rectangular pulse shaper 15 and the frequency divider 16 are connected by their inputs to the output of the voltage-controlled frequency generator 12. The first inputs of The entrances And 17 are connected to the direct and inverse outputs of the frequency divider 16, and the second inputs are connected to the output of the shaper 15 of rectangular pulses. Power amplifiers 18 are connected by their inputs to the outputs of the corresponding elements And 17, and the outputs through isolation capacitors 19 are connected to the primary windings of the corresponding isolation transformers 20, the secondary windings of which are the outputs of the control unit 4 of the inverter 3.

Осветительное устройство для пассажирского вагона работает следующим образом. Lighting device for a passenger car works as follows.

В первый момент времени после включения питания от источника постоянного тока напряжение через защитный элемент и помехоподавляющий фильтр 6 подается на питающие входы транзисторного инвертора 3, компенсатора 10, управляемого напряжением генератора частоты 12, начальная частота которого регулируется переменным резистором, и через стабилизатор 11 напряжение - на входы питания узла управления 4 инвертором 3. Одновременно с минусового выхода помехоподавляющего фильтра 6 через конденсатор 14 подается потенциал на армирующую пластинку 2 люминесцентной лампы 1, накальные электроды которой2 подается потенциал от плюсового выхода фильтра 6 через резистивное плечо инвертора 3, автотрансформатор и дроссель 8. С выхода управляемого напряжением генератора частоты 12 напряжение определенной частоты, пропорциональное входному напряжению, подается одновременно на входы формирователя 15 прямоугольных импульсов постоянной длительности и делителя 16 частоты на два. На выходах делителя 16 частоты на два возникают противофазные напряжения прямоугольной формы с одинаковой длительностью положительных и отрицательных импульсов и синфазные с прямоугольными импульсами с формирователя 15 прямоугольных импульсов постоянной длительности. Противофазные напряжения с выхода делителя 16 частоты на два поступают на первые входы логических элементов умножения И 17, на вторые входы которых поступают синфазные прямоугольные импульсы постоянной длительности с формирователя 15. На выходах логических элементов И 17 возникают противофазные несимметричные импульсы прямоугольной формы, которые через усилители мощности 18, разделительные конденсаторы 19 и развязывающие трансформаторы 20 подаются на база-эмиттерные цепи соответствующих транзисторов инвертора 3. Противофазные несимметричные напряжения в базовых цепях транзисторов инвертора 3 приводят к попеременному их включению и выключению, нарушая баланс мостовой схемы инвертора 3. На выходах инвертора 3 появляется переменное напряжение прямоугольной формы, одинаковой амплитуды и длительности положительных и отрицательных полуволн. Это напряжение вызывает появление переменного тока, который протекает от первого выхода инвертора 3 через токоограничивающий индуктивный элемент 7 и первичную обмотку автотрансформатора 5 к 2-му инвертора 3. Со вторичной обмотки автотрансформатора 5 ток через дроссель 8, первый накальный электрод люминесцентной лампы 1, конденсатор 9, второй накальный электрод лампы 1 проходит к второму выходу инвертора 3. Протекание тока через накальные электроды лампы 1 приводит к разогреву столба газа в баллоне лампы 1. После предварительного прогрева столба газа под действием электрического поля за счет разности потенциалов на армирующей пластине 2 и накальных электродах лампа 1 зажигается. С появлением переменного напряжения на обмотках автотрансформатора 5 появляется соответственно переменное напряжение на дополнительной вторичной обмотке 13 автотрансформатора 5, которое выпрямляется, например диодным мостом, и подается на выход компенсатора напряжения 10, отключая его, и одновременно на вход стабилизатора 11, который стабилизирует напряжение питания генератора 12 и элементов 15, 16, 17 18 узла управления 4 инвертором 3. At the first moment of time after turning on the power from the DC source, the voltage through the protective element and the noise suppression filter 6 is supplied to the supply inputs of the transistor inverter 3, the compensator 10, controlled by the voltage of the frequency generator 12, the initial frequency of which is regulated by a variable resistor, and through the voltage regulator 11 the power inputs of the control unit 4 of the inverter 3. Simultaneously with the negative output of the noise suppression filter 6 through the capacitor 14, the potential is supplied to the reinforcing plate 2 lumina a central lamp 1, the filament electrodes of which2 is supplied with potential from the positive output of the filter 6 through the resistive arm of the inverter 3, an autotransformer and an inductor 8. From the output of the voltage-controlled frequency generator 12, a voltage of a certain frequency proportional to the input voltage is supplied simultaneously to the inputs of a constant-duration rectangular pulse train 15 and a frequency divider 16 into two. At the outputs of the frequency divider 16 into two, there are rectangular-shaped antiphase voltages with the same duration of positive and negative pulses and in-phase with rectangular pulses from the shaper 15 of rectangular pulses of constant duration. The out-of-phase voltages from the output of the frequency divider 16 are fed into two at the first inputs of the logic elements of multiplication And 17, the second inputs of which receive in-phase rectangular pulses of constant duration from the shaper 15. At the outputs of the logic elements And 17 there are opposite-phase unbalanced pulses of a rectangular shape, which through power amplifiers 18, isolation capacitors 19 and isolation transformers 20 are fed to the base-emitter circuits of the respective transistors of the inverter 3. Antiphase asymmetries nye voltage at the base connections of transistors of the inverter 3 to toggle them on and off, breaking the balance of the bridge circuit of the inverter 3. The outputs of the inverter 3 appears an alternating voltage of rectangular shape, of equal amplitude and duration of the positive and negative half-waves. This voltage causes the appearance of alternating current, which flows from the first output of the inverter 3 through the current-limiting inductive element 7 and the primary winding of the autotransformer 5 to the 2nd inverter 3. From the secondary winding of the autotransformer 5, the current through the inductor 8, the first glow lamp of the fluorescent lamp 1, capacitor 9 , the second glow electrode of the lamp 1 passes to the second output of the inverter 3. The flow of current through the glow electrodes of the lamp 1 leads to the heating of the gas column in the cylinder of the lamp 1. After preliminary heating, one ba gas by the electric field due to the potential difference on the reinforcing plate 2 and the incandescent lamp 1 ignites the electrodes. With the advent of alternating voltage on the windings of the autotransformer 5, respectively, an alternating voltage appears on the additional secondary winding 13 of the autotransformer 5, which is rectified, for example, by a diode bridge, and is fed to the output of the voltage compensator 10, turning it off, and simultaneously to the input of the stabilizer 11, which stabilizes the generator supply voltage 12 and elements 15, 16, 17 18 of the control unit 4 of the inverter 3.

Увеличение напряжения питания источника постоянного тока приводит к увеличению частоты напряжения управляемого напряжением генератора частоты 12 и соответственно через элементы 15, 16, 17, 18, 19, 20 на выходе инвертора 3 образует напряжение повышенной частоты. Это напряжение вызывает переменный ток повышенной частоты через элементы 5, 7, 8, 9, 1. Протекание тока повышенной частоты через дроссель 8 вызывает пропорциональное частоте увеличение его индуктивного сопротивления и понижение тока лампы 1, что стабилизирует ток лампы 1 при увеличении напряжения питания. При уменьшении напряжения питания аналогично уменьшается частота напряжения генератора 12 и соответственно через элементы 15, 16, 17, 18, 19, 20 уменьшается частота напряжения инвертора 3, и ток через лампу 1, который, протекает через дроссель 8, уменьшает его индуктивное сопротивление, что также стабилизирует ток лампы 1 при уменьшении напряжения питания. Напряжение питания генератора 12 и элементов 15, 16, 17, 18 узла управления 4 инвертором 3 при больших колебаниях напряжения питания источника постоянного тока стабилизируется компенсатором 10, дающем на выходе малые изменения напряжения, и стабилизатором 11. Отключение компенсатора 10 после подачи на него напряжения с выпрямителя дополнительной вторичной обмотки 13 автотрансформатора 5 повышает КПД осветительного устройства. Использование армирующей металлической пластины 2 лампы 1 для подачи на нее потенциала позволяет повысить быстродействие и надежность зажигания лампы 1. The increase in the supply voltage of the DC source leads to an increase in the frequency of the voltage controlled by the voltage of the frequency generator 12 and, accordingly, through the elements 15, 16, 17, 18, 19, 20 at the output of the inverter 3 forms a voltage of increased frequency. This voltage causes alternating current of increased frequency through elements 5, 7, 8, 9, 1. The flow of increased frequency current through inductor 8 causes an increase in its inductive resistance and a decrease in lamp current 1, which stabilizes the current of lamp 1 when the supply voltage increases. With a decrease in the supply voltage, the voltage frequency of the generator 12 decreases in a similar way, and accordingly, the voltage frequency of the inverter 3 decreases through the elements 15, 16, 17, 18, 19, 20, and the current through the lamp 1, which flows through the inductor 8, reduces its inductive resistance, which also stabilizes the current of lamp 1 while decreasing the supply voltage. The supply voltage of the generator 12 and the elements 15, 16, 17, 18 of the control unit 4 of the inverter 3 with large fluctuations in the supply voltage of the DC source is stabilized by a compensator 10, which gives small voltage changes at the output, and a stabilizer 11. Disconnect the compensator 10 after applying voltage to it with rectifier additional secondary winding 13 autotransformer 5 increases the efficiency of the lighting device. The use of a reinforcing metal plate 2 of the lamp 1 to supply potential to it allows to increase the speed and reliability of ignition of the lamp 1.

Изменение частоты тока инвертора 3 за счет управляемого напряжением генератора частоты 12 позволяет стабилизировать ток лампы 1 в широком диапазоне изменения напряжений (в 2 раза) и тем самым повысить надежность устройства. Changing the frequency of the current inverter 3 due to the voltage controlled frequency generator 12 allows you to stabilize the current of the lamp 1 in a wide range of voltage changes (2 times) and thereby improve the reliability of the device.

Claims

1. A lighting device for a passenger carriage containing a U-shaped fluorescent lamp with a reinforcing metal plate, a transistor inverter, the power supply of which is connected to a direct current source through an interference suppression filter, an inverter control unit whose outputs are connected to the base-emitter circuits of the inverter transistors, step-up autotransformer, to the primary winding of which an inverter output is connected through a current-limiting inductive element, and connected to its secondary winding after The choke, the first glow electrode of the fluorescent lamp, the capacitor and the second glow electrode of the fluorescent lamp, characterized in that a voltage compensator and a voltage regulator of the power supply of the inverter control unit are connected in series to the output of the noise suppression filter, the latter is made with a voltage-controlled frequency generator connected to the input with the output of the noise suppression filter, and the autotransformer is equipped with an additional secondary winding connected to the input voltage stabilizer, with the reinforcing metal plate of the fluorescent lamp through an additional capacitor connected to the output noise filter.

2. The device according to claim 1, characterized in that the inverter control unit includes a constant-frequency square-wave driver and a frequency divider connected by inputs to the output of a voltage-controlled frequency generator, two AND elements, the first inputs of which are connected to the direct and inverse outputs of the divider frequency, and the second inputs - with the output of the square-wave pulse generator, two power amplifiers, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding elements And, and the outputs through the dividing capacitors - to ne decoupling between primary windings of respective transformers, secondary windings of which are the outputs of a given node.