RU2226753C2

RU2226753C2 - Starting regulator

Info

Publication number: RU2226753C2
Application number: RU2002118411/09A
Authority: RU
Inventors: М.И. Майоров; Б.И. Неретин; А.М. Майоров; В.А. Горюнов; И.С. Майорова
Original assignee: Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-04-10
Also published as: RU2002118411A

Abstract

FIELD: electrical engineering; feeding mercury-free high-pressure sodium vapor lamps. SUBSTANCE: starting regulator for mercury-free sodium vapor lamps, type DNaT BR, has full- wave rectifier connected to supply mains through current-limiting component, capacitor connected in parallel with rectifier output, and gas-discharge lamp connected in parallel with the latter through choke coil. Switching member is connected in parallel with lamp through current limiter or directly. Choke coil inductance and capacitor value are chosen from equation given in description of invention. EFFECT: enhanced operating reliability of lamp. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания безртутных натриевых ламп высокого давления (ДНаТ БР).The invention relates to electrical engineering and can be used to power mercury-free high-pressure sodium lamps (DNaT BR).

Лампы ДНаТ БР традиционно используются в схемах с электронными пускорегулирующими аппаратами с преобразователями повышенной частоты (Светотехника, № 3, 2000, с.18). Эти аппараты имеют сложную электронную схему, снижающую их надежность, создают высокочастотные помехи.Lamps DNaT BR are traditionally used in circuits with electronic ballasts with high frequency converters (Lighting, No. 3, 2000, p. 18). These devices have a complex electronic circuit that reduces their reliability and creates high-frequency interference.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для поджига и питания ртутных ламп сверхвысокого давления выпрямленным током (SU № 1325726, Н 05 В 41/231, опубл. 11.05.85 г.), содержащее двухполупериодный выпрямитель, включенный в сеть через токоограничительный элемент, два последовательно включенных конденсатора, подключенных параллельно к выходу выпрямителя, параллельно которым через дроссель подключена газоразрядная лампа. Реактивным балластом, ограничивающим ток через лампу, является конденсатор.The closest in technical essence is a device for ignition and power of ultrahigh-pressure mercury lamps with a rectified current (SU No. 1325726, Н 05 В 41/231, publ. 11.05.85), containing a half-wave rectifier connected to the network through a current-limiting element, two series-connected capacitors connected in parallel to the output of the rectifier, in parallel with which a discharge lamp is connected through the inductor. The reactive ballast limiting the current through the lamp is a capacitor.

Недостатком известного устройства является то, что использование его для питания ламп ДНаТ БР невозможно вследствие больших пульсаций тока, что приводит к погасанию разряда в лампе. Это связано с особенностями ламп ДНаТ БР, имеющих горелку малого диаметра и поэтому малое время деионизации плазмы. Питать эти лампы следует током с небольшим коэффициентом пульсаций. Кроме того, лампы ДНаТ БР характеризуются относительно большим значением модуля отрицательного дифференциального сопротивления |R_диф|, что требует использования индуктивных или активных компенсаторов отрицательного сопротивления с величиной, большей |R_диф|.A disadvantage of the known device is that its use for powering the DNaT BR lamps is impossible due to large ripple current, which leads to the extinction of the discharge in the lamp. This is due to the features of DNaT BR lamps having a small-diameter burner and, therefore, a short plasma deionization time. These lamps should be fed with current with a small ripple coefficient. In addition, DNaT BR lamps are characterized by a relatively large value of the modulus of negative differential resistance | R _diff |, which requires the use of inductive or active compensators of negative resistance with a value greater than | R _diff |.

Технический результат заключается в обеспечении надежной работы лампы ДНаТ БР.The technical result is to ensure reliable operation of the lamp DNaT BR.

Сущность изобретения заключается в том, что в пускорегулирующем устройстве для безртутных натриевых ламп высокого давления, содержащем двухполупериодный выпрямитель, включенный в сеть через токоограничительный элемент, конденсатор, подключенный параллельно выходу выпрямителя, параллельно которому через дроссель подключена газоразрядная лампа, параллельно лампе через ограничитель тока или непосредственно подключен переключающий элемент, а индуктивность дросселя и емкость конденсатора определены из соотношенияThe essence of the invention lies in the fact that in the ballasts for high-pressure mercury-free sodium lamps, containing a half-wave rectifier connected to the network through a current-limiting element, a capacitor connected in parallel to the output of the rectifier, in parallel with which a discharge lamp is connected through a throttle, parallel to the lamp through a current limiter or directly a switching element is connected, and the inductance of the inductor and the capacitance of the capacitor are determined from the relation

L>|R_диф|/600,L> | R _diff | / 600,

C>2,5/(L p),C> 2.5 / (L p),

где L - индуктивность дросселя, Гн;where L is the inductance of the inductor, H;

С - емкость конденсатора, мкФ;C is the capacitance of the capacitor, μF;

р - коэффициент пульсации тока;p - current ripple coefficient;

|R_диф| - максимальное значение модуля дифференциального сопротивления лампы, работающей с пускорегулирующим устройством, Ом.| R _diff | - the maximum value of the differential resistance module of the lamp working with the ballast, Ohm.

Дроссель имеет отвод, а переключающий элемент подключен непосредственно или через ограничитель тока между отводом дросселя и электродом лампы, не соединенным с дросселем. Если в качестве ограничительного элемента взята емкость, то ее величина входит в виде слагаемого в значение емкости, определяемой из соотношения.The inductor has a tap, and the switching element is connected directly or through a current limiter between the tap of the inductor and the lamp electrode not connected to the inductor. If a capacitance is taken as a limiting element, then its value is included in the form of a term in the value of the capacitance determined from the ratio.

На фиг.1 и 2 изображено пускорегулирующее устройство, на фиг.3 - часть вольтамперной характеристики лампы. Пускорегулирующее устройство (фиг.1) содержит двухполупериодный выпрямитель 1, включенный в сеть через токоограничительный элемент 2, конденсатор 3, подключенный параллельно выходу выпрямителя 1, параллельно которому через дроссель 4 подключена газоразрядная лампа 5. Параллельно лампе 5 через ограничитель тока 6 или непосредственно подключен переключающий элемент 7. Индуктивность дросселя 4 и емкость конденсатора 3 выбраны из соотношенияIn Fig.1 and 2 depicts a ballast, in Fig.3 - part of the current-voltage characteristics of the lamp. The start-control device (Fig. 1) contains a half-wave rectifier 1 connected to the network through a current-limiting element 2, a capacitor 3 connected in parallel with the output of the rectifier 1, in parallel with which a discharge lamp 5 is connected through the inductor 4, or parallel to the lamp 5 through the current limiter 6, or directly switching element 7. The inductance of the inductor 4 and the capacitance of the capacitor 3 are selected from the relation

L>|R_диф|/600,L> | R _diff | / 600,

С>2,5/(L р),C> 2.5 / (L p),

|R_диф| - максимальное значение модуля дифференциального сопротивления лампы 5, работающей с пускорегулирующим устройством, Ом.| R _diff | - the maximum value of the module of the differential resistance of the lamp 5, working with a ballast, Ohm.

Устройство может быть реализовано и в соответствии с фиг.2. Отличие от предыдущего состоит в том, что дроссель 4 имеет отвод, а переключающий элемент 7 подключен непосредственно или через ограничитель тока 6 между отводом дросселя 4 и электродом лампы 5, не соединенным с дросселем 4.The device can be implemented in accordance with figure 2. The difference from the previous one is that the inductor 4 has a tap, and the switching element 7 is connected directly or through a current limiter 6 between the tap of the inductor 4 and the lamp electrode 5, not connected to the inductor 4.

Пускорегулирующее устройство работает следующим образом. После подключения питающей сети к двухполупериодному выпрямителю 1 через токоограничительный элемент 2 конденсатор 3 заряжается. Переключающий элемент 7 переходит в проводящее состояние, через дроссель 4 течет ток, ограниченный индуктивностью дросселя 4 и ограничителем тока 6. Через некоторое время переключающий элемент 7 перейдет в непроводящее состояние. Энергия, накопленная в дросселе 4, обеспечит генерирование высоковольтного импульса, зажигающего лампу 5, через которую будет протекать ток, параметры которого определяются характеристиками токоограничительного элемента 2, выпрямителя 1, конденсатора 3, дросселя 4 и лампы 5.The control device operates as follows. After connecting the supply network to a half-wave rectifier 1 through a current-limiting element 2, the capacitor 3 is charged. The switching element 7 goes into a conducting state, current flows through the inductor 4, limited by the inductance of the inductor 4 and the current limiter 6. After a while, the switching element 7 will go into a non-conducting state. The energy stored in the inductor 4 will generate a high-voltage pulse that ignites the lamp 5, through which a current will flow, the parameters of which are determined by the characteristics of the current-limiting element 2, rectifier 1, capacitor 3, inductor 4 and lamp 5.

Работа устройства по фиг.2 не отличается от работы устройства по фиг.1. Выбор величин L и С обусловлен следующими соображениями: из фиг.3, где изображена часть вольтамперной характеристики лампы ДНаТ БР (для определенности изображена характеристика лампы ДнаТ БР-70), видно, что при изменении тока через лампу от 0,4 до 0,8 А ее дифференциальное сопротивление R_диф отрицательно и изменяется от 100 до 30 Ом. Если изменение тока в каждый полупериод будет столь значительны, то для стабилизации режима газового разряда в лампе необходимо использовать активное сопротивление величиной более 100 Ом, что приведет к большим потерям мощности на пускорегулирующем устройстве. Можно использовать для стабилизации режима лампы и индуктивность с соответствующей величиной эффективного сопротивления, равной ωL. Однако такая индуктивность будет иметь значительные размеры и массу. Величина индуктивности должна быть тем больше, чем больше коэффициент пульсаций р тока через лампу, р=1-I_min/I_max, где I_min - минимальное значение тока, протекающего через лампу, включенную в данное пускорегулирующее устройство; I_max - максимальное значение тока, протекающего через лампу, включенную в пускорегулирующее устройство.The operation of the device of figure 2 does not differ from the operation of the device of figure 1. The choice of L and C values is due to the following considerations: from Fig. 3, which shows a part of the current-voltage characteristic of the DNaT BR lamp (for definiteness, the characteristic of the DNT BR-70 lamp is shown), it is seen that when the current through the lamp changes from 0.4 to 0.8 And its differential resistance R _{diff is} negative and varies from 100 to 30 ohms. If the current change in each half-cycle is so significant, then to stabilize the gas discharge mode in the lamp, it is necessary to use an active resistance of more than 100 Ohms, which will lead to large power losses on the ballast. It is possible to use inductance to stabilize the lamp mode with the corresponding value of the effective resistance equal to ωL. However, such an inductance will have significant dimensions and mass. The magnitude of the inductance should be the greater, the greater the ripple coefficient p of the current through the lamp, p = 1-I _min / I _max , where I _min is the minimum value of the current flowing through the lamp included in this ballast; I _max - the maximum value of the current flowing through the lamp included in the ballast.

При уменьшении коэффициента пульсаций, например, при включении параллельно выпрямителю 1 сглаживающего конденсатора 3 возможно уменьшить величину индуктивности дросселя 4, при сохранении устойчивой работы лампы 5, т.к. рабочая точка лампы 5 будет “перемещаться” по вольтамперной характеристике (фиг.3) в меньших пределах и колебания отрицательного дифференциального сопротивления будут проходить около меньших абсолютных значений. Из вольтамперной характеристики видно, что большие абсолютные значения R_диф реализуются при меньших токах. При работе лампы 5 в устройстве с двухполупериодным выпрямителем 1 в каждый полупериод реализуется минимальное значение тока через лампу 5 и его максимальное значение. Когда значение тока будет минимальным, значение |R_диф| будет наибольшим, поэтому величина сопротивления стабилизирующего разряда должна рассчитываться при этом условии. Во время разгорания лампы ее вольтамперная характеристика существенно зависит от температуры лампы 5. При определенных значениях этой температуры разряд характеризуется наибольшей величиной |R_диф| при I_min.With a decrease in the ripple coefficient, for example, when a smoothing capacitor 3 is connected in parallel with the rectifier 1, it is possible to reduce the inductance of the inductor 4, while maintaining the stable operation of the lamp 5, because the operating point of the lamp 5 will “move” along the current-voltage characteristic (figure 3) to a lesser extent and the fluctuations of the negative differential resistance will pass around lower absolute values. From the current-voltage characteristic it is seen that large absolute values of R _diff are realized at lower currents. When the lamp 5 is operated in a device with a half-wave rectifier 1, a minimum current value through the lamp 5 and its maximum value are realized in each half-cycle. When the current value is minimum, the value of | R _diff | will be the largest, therefore, the value of the resistance of the stabilizing discharge should be calculated under this condition. During lamp ignition, its current-voltage characteristic substantially depends on the temperature of lamp 5. At certain values of this temperature, the discharge is characterized by the largest value | R _diff | at I _min .

Известно, что для фильтра, состоящего из индуктивности и емкости при двухполупериодном выпрямлении тока, между коэффициентом пульсаций р и параметрами L и С фильтра существует соотношениеIt is known that for a filter consisting of inductance and capacitance at half-wave rectification of the current, there is a relation between the ripple coefficient p and the filter parameters L and C

L С=2,5/р.L C = 2.5 / p.

(Радиолюбительский справочник./Под ред. Д.П.Линде. - М-Л.: Энергия, 1966, с. 335).(Amateur Radio Handbook. / Ed. By D.P. Linde. - M-L.: Energy, 1966, p. 335).

Если среднее значение тока I_cp через лампу принять равным I_cp=(I_min+I_max)/2 (что при значении р<0,5 справедливо), то значение I_min можно определить, зная I_cp - ток лампы, указанный в технических условиях на лампу, а также задав значение р. Используя вольтамперную характеристику лампы, можно определить значение R_диф и вычислить минимально допустимое значение L. Для двухполупериодного выпрямления частота пульсации 100 Гц имеем L≈|R_диф|/600. Зная величину L и р можно определить значение C=2,5/(L р).If the average value of the current I _cp through the lamp is taken equal to I _cp = (I _min + I _max ) / 2 (which is true for a value of p <0.5), then the value of I _min can be determined by knowing I _cp - the lamp current specified in specifications for the lamp, as well as setting the value of p. Using the current-voltage characteristic of the lamp, it is possible to determine the value of R _diff and calculate the minimum allowable value of L. For a half-wave rectification, the ripple frequency of 100 Hz has L≈ | R _diff | / 600. Knowing the value of L and p, we can determine the value C = 2.5 / (L p).

Если в качестве токоограничительного элемента 2 используется емкость, то ее величина входит в виде слагаемого в значение емкости, рассчитываемой согласно приведенного соотношения для емкости.If a capacitance is used as a current-limiting element 2, then its value is included in the form of a term in the capacitance value, calculated according to the given relation for the capacitance.

Увеличение значений L и С больше, чем рассчитанные по приведенным соотношениям, благоприятно скажется на стабильности работы лампы. Если L и С будут иметь значения меньше определенных из соотношений, то лампа не будет работать стабильно.An increase in the values of L and C more than calculated by the above ratios will favorably affect the stability of the lamp. If L and C will have values less than those determined from the ratios, then the lamp will not work stably.

В качестве переключающего элемента в пускорегулирующем устройстве могут быть использованы полупроводниковые, газоразрядные или любые другие приборы, обеспечивающие переход из непроводящего состояния в проводящее и обратно. Если в качестве переключающего элемента используется газоразрядный стартер, то необходимо, чтобы его биметаллический электрод имел отрицательный потенциал.As a switching element in a ballast, semiconductor, gas-discharge, or any other devices that provide a transition from a non-conducting state to a conducting one and vice versa can be used. If a gas-discharge starter is used as a switching element, it is necessary that its bimetallic electrode has a negative potential.

Пускорегулирующее устройство может быть использовано и для питания всех типов газоразрядных ламп высокого и низкого давления. Пускорегулирующее устройство было реализовано и испытано с лампой ДНаТ БР 70. В качестве токоограничительного элемента был выбран конденсатор емкостью 16 мкФ, индуктивность дросселя рассчитана из соотношения и равна 0,2 Гн, емкость сглаживающего конденсатора равна 100 мкФ. В качестве переключающего элемента использован газоразрядный стартер.The ballasts can also be used to power all types of high and low pressure discharge lamps. The control gear was implemented and tested with a DNaT BR 70 lamp. A capacitor with a capacity of 16 μF was selected as a current-limiting element, the inductor inductance was calculated from the ratio of 0.2 H, the capacity of the smoothing capacitor was 100 μF. As a switching element, a gas discharge starter is used.

Claims

1. The control gear for high-pressure mercury-free sodium lamps, containing a half-wave rectifier connected to the network through a current-limiting element, a capacitor connected in parallel with the rectifier output, in parallel with which a discharge lamp is connected via a throttle, characterized in that the lamp is parallel to the lamp through a current limiter or directly switching element, and the inductance of the inductor and the capacitance of the capacitor are determined from the relation

L> | R _diff | / 600;

C> 2.5 / (L p),

where L is the inductance of the inductor, H;

C is the capacitance of the capacitor, μF;

p - current ripple coefficient;

| R _diff | - the maximum value of the differential resistance module of the lamp working with the ballast, Ohm.

2. The device according to claim 1, characterized in that the inductor has a tap, and the switching element is connected directly or through a current limiter between the tap of the inductor and the lamp electrode not connected to the inductor.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that if a capacitance is taken as a current-limiting element, then its value is included in the form of a term in the value of the capacitance determined from the ratio.