RU2409013C1 - Intelligent electronic ballast for gas-discharge high pressure lamps - Google Patents
Intelligent electronic ballast for gas-discharge high pressure lamps Download PDFInfo
- Publication number
- RU2409013C1 RU2409013C1 RU2009145659/28A RU2009145659A RU2409013C1 RU 2409013 C1 RU2409013 C1 RU 2409013C1 RU 2009145659/28 A RU2009145659/28 A RU 2009145659/28A RU 2009145659 A RU2009145659 A RU 2009145659A RU 2409013 C1 RU2409013 C1 RU 2409013C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lamp
- control device
- input
- output
- power control
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
Landscapes
- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в качестве балласта газоразрядных ламп высокого давления при питании их током промышленной частоты с напряжением 160-250 В частотой 50÷60 Гц.The present invention relates to the field of electrical engineering and is intended for use as ballast of high-pressure discharge lamps when they are supplied with a current of industrial frequency with a voltage of 160-250 V at a frequency of 50 ÷ 60 Hz.
Известно, что при питании газоразрядных ламп высокого давления (например, ртутных типа ДРИ или натриевых типа ДНаТ) от промышленной электросети переменного тока напряжением 160÷250 В и частотой 50÷60 Гц используют пускорегулирующие аппараты (ПРА) [1].It is known that when feeding high-pressure gas-discharge lamps (for example, mercury DRI type or sodium type DNaT) from an industrial AC mains with a voltage of 160 ÷ 250 V and a frequency of 50 ÷ 60 Hz, ballasts (PRA) are used [1].
Традиционные электромагнитные ПРА содержат токоограничивающий реактор (электромагнитный дроссель), последовательно включенный с лампой, и устройство поджига, формирующее высоковольтные импульсы для зажигания разряда.Traditional electromagnetic ballasts contain a current-limiting reactor (electromagnetic inductor), connected in series with the lamp, and an ignition device that generates high-voltage pulses for igniting the discharge.
Использование таких ПРА приводит к следующим недостаткам:The use of such ballasts leads to the following disadvantages:
- мерцание;- flicker;
- нестабильность мощности и светового потока лампы при колебаниях напряжения в электросети;- instability of the power and luminous flux of the lamp during voltage fluctuations in the mains;
- низкий коэффициент мощности;- low power factor;
- большая масса токоограничивающего реактора ПРА, в том числе наличие отдельного блока импульсного запуска и необходимость применения дополнительного конденсатора большой емкости для улучшения коэффициента мощности;- a large mass of the current-limiting reactor of the ballast, including the presence of a separate pulse start-up unit and the need to use an additional large-capacity capacitor to improve the power factor;
- отсутствие возможности управления световым потоком.- lack of ability to control the light flux.
Эти недостатки устраняются при использовании для питания ламп электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА), другое распространенное название которых - электронные балласты (ЭБ) [2].These shortcomings are eliminated by using electronic ballasts (electronic ballasts) for powering lamps, another common name for which is electronic ballasts (EBs) [2].
Применение ЭПРА, в частности, обеспечивает:The use of electronic ballasts, in particular, provides:
- высокий коэффициент мощности (cosφ=0,98-0,99);- high power factor (cosφ = 0.98-0.99);
- отсутствие низкочастотной пульсации светового потока;- lack of low-frequency pulsation of the light flux;
- больший срок службы лампы, обусловленный возможностью контролировать мощность (так называемый «мягкий» старт), и стабилизация мощности на лампе при ее старении;- longer lamp life, due to the ability to control power (the so-called "soft" start), and stabilization of power on the lamp during its aging;
- возможность регулировки мощности;- the ability to adjust power;
- высокий КПД (до 95%);- high efficiency (up to 95%);
- на порядок меньшие массогабаритные параметры.- an order of magnitude smaller weight and size parameters.
Известен электронный балласт, который содержит:Known electronic ballast, which contains:
двухполупериодный выпрямитель, подключенный к источнику питания, преобразователь повышенной частоты тока, электронный пускорегулятор с устройством поджига, входной помехоподавляющий фильтр, устройство защиты от перенапряжения на основе варистора, выпрямитель, предназначенный для подключения устройства к источнику переменного тока, корректор коэффициента мощности, предназначенный для формирования тока потребления [3].a half-wave rectifier connected to a power source, an increased current frequency converter, an electronic ballast with an ignition device, an input noise suppression filter, a varistor-based surge protection device, a rectifier designed to connect the device to an alternating current source, a power factor corrector designed to generate current consumption [3].
Технические характеристики такого электронного балласта полностью соответствуют требованиям отечественных нормативов [4].Technical characteristics of such electronic ballast fully comply with the requirements of domestic standards [4].
К недостаткам такого ЭБ можно отнести следующее:The disadvantages of such an EB include the following:
- ЭБ применим только при питании газоразрядных ламп низкого давления и не может быть использован при питании газоразрядных ламп высокого давления из-за различия в пусковых и рабочих вольт-амперных характеристиках, так как при работе с лампами низкого давления в момент пуска начальное напряжение практически равно или превышает рабочее напряжение, в то время как на газоразрядной лампе высокого давления в момент зажигания напряжение не превышает 10 ÷ 15 В из-за низкого первоначального давления внутри колбы.- EB is applicable only when supplying low-pressure discharge lamps and cannot be used when supplying high-pressure discharge lamps because of differences in starting and working current-voltage characteristics, since when working with low pressure lamps at the time of start-up, the initial voltage is practically equal to or exceeds the operating voltage, while on a high-pressure discharge lamp at the time of ignition, the voltage does not exceed 10 ÷ 15 V due to the low initial pressure inside the bulb.
Наиболее близким к изобретению является электронный балласт (ЭБ) для газоразрядных ламп высокого давления, который содержит следующие основные узлы: устройство защиты от перенапряжения, помехоподавляющий фильтр, выпрямитель, корректор коэффициента мощности, преобразователь, устройство поджига и устройство управления мощностью [5].Closest to the invention is an electronic ballast (EB) for high-pressure discharge lamps, which contains the following main components: surge protection device, noise filter, rectifier, power factor corrector, converter, ignition device and power control device [5].
ЭБ выполнен на базе полумостового преобразователя напряжения на силовых МОП-транзисторах (VT2 и VT3), работающих на повышенной частоте модуляции. Для управления силовыми МОП-транзисторами преобразователя используется интегральная микросхема высоковольтного драйвера IR 2155, что обеспечивает надежный запуск, стабильную работу ЭБ в широком диапазоне температур и низкий уровень динамических потерь в транзисторах.The electronic circuit is based on a half-bridge voltage converter using power MOS transistors (VT2 and VT3) operating at an increased modulation frequency. To control the power MOS transistors of the converter, an integrated microcircuit of the high-voltage driver IR 2155 is used, which ensures reliable start-up, stable operation of the electronic components in a wide temperature range and a low level of dynamic losses in transistors.
Дискретное управление частотой модуляции преобразователя и, соответственно, током лампы и потребляемой мощностью осуществляется путем изменения емкости времязадающей RC-цепи управляющей микросхемы при помощи ключа S, в цепь которого включен дополнительный конденсатор. Преобразователь обеспечивает питание лампы током повышенной частоты в двух режимах - режиме полной мощности и в режиме энергопотребления на уровне 50% от номинального, что дает адекватное управление яркостью свечения лампы.Discrete control of the modulation frequency of the converter and, accordingly, the lamp current and power consumption is carried out by changing the capacitance of the timing RC circuit of the control chip using the key S, in the circuit of which an additional capacitor is included. The converter provides lamp power with an increased frequency current in two modes - full power mode and power consumption mode at the level of 50% of the nominal one, which gives adequate control of the lamp brightness.
Переключение режимов осуществляется при помощи устройства управления мощностью, включающего компаратор, на вход которого поступает выпрямленное сетевое напряжение, селектор импульсов по длительности и запоминающее устройство, управляющее ключом S. При подключении к сети в ЭБ всегда устанавливается режим полной мощности. Команда на переключение режима поступает от станции управления, силовая часть которой представляет собой тиристорный коммутатор, и заключается в прерывании питающего сетевого напряжения на время, равное половине его периода повторения. Управляющее воздействие идентифицируется устройством управления мощностью ЭБ и изменяет состояние запоминающего устройства. Ключ S размыкается, повышая рабочую частоту инвертирования, и ЭБ переходит в режим пониженной мощности. При повторном управляющем воздействии ЭБ возвращается в исходное состояние. Наличие в устройстве управления мощностью селектора импульсов по длительности позволяет исключить ложные срабатывания при сбоях, возникающих в сети.The modes are switched using a power control device, including a comparator, to the input of which a rectified mains voltage is supplied, a pulse selector in duration, and a memory device that controls the S key. When connected to a network, the full power mode is always set in the electronic module. The command to switch the mode comes from the control station, the power part of which is a thyristor switch, and consists in interrupting the supply mains voltage for a time equal to half its repetition period. The control action is identified by the electronic power control device and changes the state of the storage device. The key S opens, increasing the operating frequency of the inversion, and the electronic switch goes into low power mode. With a repeated control action, the EB returns to its original state. The presence in the control device of the power of the pulse selector for the duration eliminates false alarms in case of failures that occur in the network.
Применение активного корректора коэффициента мощности решает проблемы совместимости ЭБ с питающей сетью. Корректор выполнен по схеме повышающего импульсного преобразователя на мощном МОП-транзисторе (VT1), управление которого производится от специализированной интегральной микросхемы VC 33262 [6], что обеспечивает энергопотребление с коэффициентом мощности в номинальном режиме на уровне 0,98. Корректор коэффициента мощности формирует квазисинусоидальный ток в реакторе, включенном на выходе выпрямителя, а помехоподавляющий фильтр снижает уровень высокочастотных гармоник в потребляемом токе. Коэффициент мощности имеет высокое значение при всех возможных режимах в диапазоне изменения напряжения 220 В ± 15%. Применение корректора обеспечивает высокую стабильность освещенности при изменении напряжения питающей сети за счет стабилизации напряжения в силовой цепи постоянного тока.The use of an active power factor corrector solves the problems of compatibility of the power supply with the mains. The corrector is made according to the scheme of a boost pulse converter using a powerful MOS transistor (VT1), which is controlled by a specialized integrated circuit VC 33262 [6], which ensures power consumption with a power factor in the nominal mode of 0.98. The power factor corrector generates a quasi-sinusoidal current in the reactor, which is turned on at the output of the rectifier, and the noise filter reduces the level of high-frequency harmonics in the current consumed. The power factor has a high value under all possible modes in the voltage range of 220 V ± 15%. The use of the corrector provides high stability of illumination when the voltage of the supply network changes due to voltage stabilization in the DC power circuit.
Помехоподавляющий фильтр помимо сглаживания высокочастотных пульсаций потребляемого тока, возникающих при работе активного корректора коэффициента мощности, обеспечивает подавление радиопомех, генерируемых ЭБ. Наличие активного корректора и помехоподавляющего фильтра обеспечивает выполнение стандарта МЭК 555.2, жестко регламентирующего уровень высших гармоник потребляемого из сети тока [7].The interference suppression filter, in addition to smoothing high-frequency ripples of the consumed current, arising during the operation of the active power factor corrector, provides suppression of radio interference generated by electronic components. The presence of an active corrector and an interference suppression filter ensures compliance with the IEC 555.2 standard, which strictly regulates the level of higher harmonics of the current consumed from the mains [7].
На входе помехоподавляющего фильтра включен традиционный узел защиты от сетевых перенапряжений, включающий варистор и предохранитель. Соединенный последовательно с предохранителем терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления ограничивает бросок входного тока при подключении ЭПРА к сети, обусловленный зарядом емкостного фильтра на входе преобразователя.At the input of the interference suppression filter, a traditional surge protection unit is included, including a varistor and a fuse. A thermistor with a negative temperature coefficient of resistance connected in series with the fuse limits the inrush of the input current when the electronic ballasts are connected to the network, due to the charge of the capacitive filter at the input of the converter.
Зажигание лампы производится путем подачи на ее электроды высокого напряжения. Напряжение, необходимое для зажигания, может быть получено в резонансном контуре или сформировано специальной схемой в виде повторяющихся импульсов. Для надежного зажигания лампы в высокочастотной резонансной схеме требуется напряжение, действующее значение которого превышает 1÷1,2 кВ, что приводит к 3÷4 кратной перегрузке по току по отношению к номинальному току лампы и, как следствие, к увеличению установленной мощности силовых полупроводниковых ключей преобразователя, снижению надежности и дополнительным потерям мощности в режиме холостого хода. Продолжительный режим холостого хода, возникающий при выходе лампы из строя или ее отсутствии, становится практически недопустимым, поэтому для пуска лампы используется импульсная система зажигания.The lamp is ignited by applying high voltage to its electrodes. The voltage required for ignition can be obtained in the resonant circuit or generated by a special circuit in the form of repeating pulses. Reliable ignition of a lamp in a high-frequency resonant circuit requires a voltage whose effective value exceeds 1 ÷ 1.2 kV, which leads to a 3 ÷ 4 times current overload relative to the rated current of the lamp and, as a result, an increase in the installed power of power semiconductor switches converter, reduce reliability and additional power loss in idle mode. The prolonged idle mode that occurs when the lamp fails or is absent becomes practically unacceptable, therefore, a pulsed ignition system is used to start the lamp.
Устройство поджига выполнено по известной динисторной схеме запуска, формирующей высоковольтные импульсы напряжения с амплитудой 3÷4 кВ. Схема содержит накопительный конденсатор, заряд которого производится через резисторы от шин питания преобразователя. Разряд конденсатора происходит через динистор на дополнительную обмотку реактора, что вызывает формирование на его силовой обмотке высоковольтного импульса напряжения в виде затухающего гармонического сигнала, который через силовые ключи и разделительный конденсатор прикладывается к электродам лампы. После зажигания лампы осцилляция прекращается, поскольку цепь нагрузки изменяет условия заряда конденсатора и не позволяет достигнуть напряжению на нем значения порога срабатывания динистора.The ignition device is made according to the well-known dynist trigger circuit, forming high-voltage voltage pulses with an amplitude of 3 ÷ 4 kV. The circuit contains a storage capacitor, the charge of which is produced through resistors from the converter power buses. The capacitor is discharged through the dynistor to the additional winding of the reactor, which causes the formation of a high voltage voltage pulse on its power winding in the form of a damped harmonic signal, which is applied to the lamp electrodes through power switches and a separation capacitor. After the lamp is ignited, the oscillation ceases, since the load circuit changes the charge condition of the capacitor and does not allow the voltage on it to reach the threshold value of the dynistor.
За зажиганием лампы следует относительно длительный (несколько минут) процесс ее разгорания. В течение этого времени напряжение на лампе растет от 20÷30 В до номинального значения, составляющего для ламп ДНаТ мощностью 250 Вт примерно 100 В. Ток ограничивается сопротивлением реактора и его действующее значение не превышает 3,1 А, что составляет 120÷130% его номинального значения. Значение рабочей частоты выбрано вблизи 20 кГц для исключения так называемого акустического резонанса и сопровождающих его явлений: нестабильности светового потока, локального перегрева стенок разрядной трубки, приводящего к возможному ее растрескиванию.The ignition of the lamp is followed by a relatively long (several minutes) process of its ignition. During this time, the voltage on the lamp rises from 20 ÷ 30 V to a nominal value of approximately 100 V for DNaT lamps with a power of 250 W. The current is limited by the resistance of the reactor and its effective value does not exceed 3.1 A, which makes 120 ÷ 130% of it nominal value. The value of the operating frequency was chosen near 20 kHz to exclude the so-called acoustic resonance and its accompanying phenomena: instability of the light flux, local overheating of the walls of the discharge tube, leading to its possible cracking.
Упомянутый ЭБ полностью соответствует требованиям к электронным пускорегулирующим аппаратам [4] и особенностям ламп высокого давления, являющихся нагрузкой электронного балласта.The mentioned electronic device fully complies with the requirements for electronic ballasts [4] and the features of high-pressure lamps, which are the load of electronic ballast.
К недостатками данного технического решения можно отнести следующее:The disadvantages of this technical solution include the following:
- частота работы преобразователя питания лампы фиксирована, что приводит к высокому уровню помех и повышенному пусковому току за счет изменения проводимости лампы в процессе разогрева;- the frequency of operation of the lamp power converter is fixed, which leads to a high level of interference and an increased inrush current due to a change in the conductivity of the lamp during heating;
- отсутствуют устройства контроля и диагностики лампы, что приводит к возникновению аварийных режимов при выработке ресурса лампы и при переходных режимах в первичной сети.- there are no devices for monitoring and diagnosing the lamp, which leads to emergency conditions during the development of the lamp life and during transient conditions in the primary network.
При этом могут возникать следующие отказы:The following failures may occur:
а) высоковольтный пробой изоляции при попытке поджечь горячую лампу и, как следствие, ускоренная выработка ресурса лампы;a) high-voltage breakdown of insulation when trying to set a hot lamp on fire and, as a result, accelerated lamp life;
б) повышение потребляемой мощности при зазеркаливании лампы (т.е. осаждении на внутренней поверхности колбы лампы тонкого слоя металла из-за эрозии электродов лампы);b) an increase in power consumption during mirroring of the lamp (i.e., deposition of a thin layer of metal on the inner surface of the lamp bulb due to erosion of the lamp electrodes);
в) выход из стоя полумостового преобразователя при обрывах в цепи питания лампы из-за появления режима холостого хода и, как следствие, нарушение режимов работы транзисторов преобразователя;c) the half-bridge converter coming out of a stand during breaks in the lamp power supply circuit due to the appearance of an idle mode and, as a result, a violation of the operating modes of the transistors of the converter;
г) неоднозначность режима управления мощностью при работе нескольких ламп на одной линии питания из-за возможности сбоя триггера устройства управления мощностью.d) the ambiguity of the power control mode when several lamps are on the same power line due to the possibility of a failure of the trigger of the power control device.
Задача изобретения:Object of the invention:
- снижение энергопотребления лампы до 40%;- reduction of lamp energy consumption up to 40%;
- оптимизация режимов работы лампы и тем самым многократное продление срока службы лампы;- optimization of lamp operating modes and thereby multiple extension of lamp life;
- снижение коэффициента пульсаций лампы, что позволяет качественно улучшить условия освещения;- reducing the ripple coefficient of the lamp, which allows to improve the lighting conditions;
- управление режимами работы лампы как в режиме группового управления, так и в режиме персональной адресации;- control of lamp operation modes both in group control mode and in personal addressing mode;
- обеспечение режимов удаленной диагностики, автоматизированной калибровки и настройки.- providing remote diagnostic modes, automated calibration and tuning.
Это достигается за счет того, что в электронном балласте для газоразрядных ламп высокого давления, содержащем последовательно соединенные помехоподавляющий фильтр, устройство защиты от перенапряжения, выпрямитель, корректор коэффициента мощности, полумостовой преобразователь со встроенным генератором переменной частоты, ко входу которого присоединен выход устройства управления мощностью, а к выходу последовательно присоединены первичная обмотка дроссель-трансфоматора, разделительный конденсатор и лампа, причем к первичной обмотке дроссель-трансформатора присоединено импульсное устройство поджига, в устройство управления мощностью дополнительно введен логический блок, вновь введен датчик тока лампы, включенный последовательно с лампой, к общей точке дроссель-трансформатора и разделительного конденсатора присоединен введенный вновь фильтр нижних частот, выход которого соединен со входом генератора переменной частоты и с одним из входов устройства управления мощностью, к общей точке разделительного конденсатора и лампы присоединен введенный вновь детектор напряжения, выход которого соединен со входом генератора переменной частоты и с одним из входов устройства управления мощностью, а также введен детектор тока лампы, вход которого соединен с датчиком тока лампы, а выход - со входом генератора переменной частоты и с одним из входов устройства управления мощностью, выход выпрямителя и выход корректора коэффициента мощности соединены со входом устройства управления мощностью, один из выходов устройства управления мощностью соединен со входом импульсного устройства поджига, выход которого соединен со вторичной обмоткой дроссель-трансформатора, а второй выход устройства управления мощностью соединен со входом управления генератора переменной частоты.This is achieved due to the fact that in the electronic ballast for high-pressure discharge lamps containing a noise suppression filter connected in series, an overvoltage protection device, a rectifier, a power factor corrector, a half-bridge converter with an integrated variable frequency generator, to the input of which an output of the power control device is connected, and the primary winding of the inductor-transformer, an isolation capacitor and a lamp are sequentially connected to the output, and to the primary winding A pulse ignition device is connected to the throttle transformer, a logic unit is additionally introduced into the power control device, a lamp current sensor is connected again, connected in series with the lamp, a newly introduced low-pass filter is connected to the common point of the throttle transformer and isolation capacitor, the output of which is connected to the input a variable frequency generator and with one of the inputs of the power control device, a newly introduced detector is connected to a common point of the isolation capacitor and lamp voltage, the output of which is connected to the input of the variable frequency generator and one of the inputs of the power control device, and a lamp current detector is introduced, the input of which is connected to the lamp current sensor, and the output - with the input of the variable frequency generator and with one of the inputs of the power control device , the rectifier output and the output of the power factor corrector are connected to the input of the power control device, one of the outputs of the power control device is connected to the input of the pulse ignition device, the output of which connected to the secondary winding of the inductor-transformer, and the second output of the power control device is connected to the control input of the variable frequency generator.
Дополнительно в состав электронного балласта введен двунаправленный модем передачи данных по сетевым проводам, один вход-выход которого соединен с выходом помехоподавляющего фильтра, а другой вход-выход - со входом устройства управления мощностью.Additionally, a bi-directional data transmission modem via network wires was introduced into the electronic ballast, one input-output of which is connected to the output of the noise suppression filter, and the other input-output is connected to the input of the power control device.
В качестве модема может быть использован двунаправленный радиомодем или модем выделенной линии связи, которые позволяют решать аналогичные задачи управления и передачи информации между ИЭБ и удаленным управляющим устройством.As a modem, a bi-directional radio modem or a leased line modem can be used, which can solve similar problems of controlling and transmitting information between the IEB and the remote control device.
В известных науке и технике решениях аналогичной задачи не обнаружено использование в электронных пускорегулирующих аппаратах (ЭПРА) для газоразрядных ламп высокого давления встроенных в устройство управления мощностью логических блоков, контролирующих работу лампы и управляющих режимами ее работы, а также двунаправленных микромодемов, обеспечивающих передачу вырабатываемых ЭПРА сигналов по сетевым проводам на устройство управления мощностью и передачу на вход ЭПРА сигналов управления от удаленного управляющего устройства.In the solutions of a similar problem known to science and technology, the use in electronic ballast control devices (electronic ballasts) for high-pressure gas discharge lamps of the logic units built into the power control device that control the lamp and control its operation modes, as well as bidirectional micromodems, ensuring the transmission of electronic ballasts generated by electronic ballasts via network wires to the power control device and transmitting control signals from the remote control device to the electronic ballast input.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематически представлена заявляемая конструкция интеллектуального электронного балласта, где:The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows the claimed design of an intelligent electronic ballast, where:
1 - помехоподавляющий фильтр;1 - anti-interference filter;
2 - устройство защиты от перенапряжения;2 - surge protection device;
3 - выпрямитель;3 - rectifier;
4 - корректор коэффициента мощности;4 - power factor corrector;
5 - генератор переменной частоты;5 - variable frequency generator;
6 - полумостовой преобразователь;6 - half-bridge converter;
7 - фильтр нижних частот;7 - low pass filter;
8 - детектор напряжения лампы;8 - lamp voltage detector;
9 - детектор тока лампы;9 - lamp current detector;
10 - импульсное устройство поджига;10 - pulse ignition device;
11 - лампа;11 - a lamp;
12 - устройство управления мощностью со встроенным логическим блоком;12 - power control device with an integrated logic unit;
13 - двунаправленный модем;13 - bidirectional modem;
L1 - дроссель-трансформатор;L1 - throttle transformer;
С1 - разделительный конденсатор;C1 is an isolation capacitor;
R1 - датчик тока лампы.R1 - lamp current sensor.
При работе с лампами типа ДРИ и ДНаТ работа интеллектуального электронного балласта осуществляется следующим образом.When working with lamps of the DRI and DNAT type, the operation of an intelligent electronic ballast is as follows.
Устройство управления мощностью 12, в состав которого дополнительно введен логический блок, контролирует выходное напряжение на выходе выпрямителя 3 и при условии, что входное напряжение сети находится в разрешенном рабочем диапазоне напряжений (например, 170 ÷ 240 В, которое устанавливается при настройке логического блока устройства управления мощностью 12), а также выходное напряжение корректора коэффициента мощности 4 находится в рабочем диапазоне (390 В ± 5%, рекомендуемое значение для номинального напряжения 220 В), включает режим зажигания лампы 11, при котором выходная частота полумостового преобразователя 6 максимальная. Далее устройство управления мощностью 12 вырабатывает команду на работу импульсного устройства поджига 10, которое с частотой 10 ÷ 15 Гц через дроссель-трансформатор L1 подает импульсы зажигания на лампу 11. Если лампа загорается, то датчик тока R1 показывает пусковой ток лампы и устройство управления мощностью 12 переходит в режим разогрева лампы. Если после подачи серии из 10 импульсов лампа не загорелась, то устройство управления мощностью 12 дважды через 1 с повторяет попытку зажечь лампу, и если в этом случае лампа не загорается, то дальнейшая работа блокируется до снятия питающего напряжения, а устройство управления мощностью 12 вырабатывает сигнал «неисправность лампы - обрыв или лампа отсутствует», тем самым предохраняя все устройство от постоянно повторяющихся высоковольтных импульсов (для справки: амплитуда импульсов зажигания должна быть не менее 2,5 кВ - для ламп типа ДНаТ, и не менее 1 кВ - для ламп типа ДРИ).A
Рассмотрим более детально основные режимы работы интеллектуального электронного балласта.Let us consider in more detail the main modes of operation of intelligent electronic ballast.
1. Режим разогрева лампы.1. The mode of heating the lamp.
В первоначальный момент после зажигания ламп высокого давления напряжение на лампе не превышает 10 ÷ 15 В и теплопроводность дуги при этом минимальна. В этот момент в зависимости от ориентации горелки происходит неравномерный разогрев электродов лампы и, как следствие, их эрозия. В результате этого явления при одном и том же напряжении на лампе ток лампы I1 в одной полярности приложенного напряжения не равен току I2 в другой полярности. В конечном счете заряд Q1, внесенный в разделительный конденсатор за время t1, равный произведению (t1·I1), не равен заряду Q2, отобранному из разделительного конденсатора за время t2, где t1 и t2 - длительность положительного и отрицательного периода протекания тока через лампу, при этом происходит перезаряд разделительного конденсатора до тех пор, пока токи не станут равными за счет изменения разности напряжений, приложенных во время положительного и отрицательного периода протекания тока через лампу, т.е. форма напряжения на лампе становится несимметричной, что приводит к еще большему разогреву более нагретого электрода, а также к намагничиванию дросселя и выходу из строя элементов полумостового преобразователя. Для устранения этого явления и введена обратная связь по среднему напряжению на разделительном конденсаторе, которая устанавливает соотношение между длительностью положительного и отрицательного периодов протекания тока через лампу t1 и t2, при котором выполняется условие:At the initial moment after ignition of high-pressure lamps, the voltage on the lamp does not exceed 10 ÷ 15 V and the thermal conductivity of the arc is minimal. At this moment, depending on the orientation of the burner, uneven heating of the lamp electrodes occurs and, as a result, their erosion. As a result of this phenomenon, at the same voltage on the lamp, the lamp current I 1 in one polarity of the applied voltage is not equal to the current I 2 in another polarity. Ultimately, the charge Q 1 introduced into the separation capacitor in time t 1 equal to the product (t 1 · I 1 ) is not equal to the charge Q 2 selected from the separation capacitor in time t 2 , where t 1 and t 2 are the duration of the positive and the negative period of the current flow through the lamp, while the separation capacitor is recharged until the currents become equal due to a change in the voltage difference applied during the positive and negative period of the current flow through the lamp, i.e. the voltage form on the lamp becomes asymmetrical, which leads to even more heating of a warmer electrode, as well as to magnetization of the inductor and failure of the elements of the half-bridge converter. To eliminate this phenomenon, the average voltage feedback on the isolation capacitor was introduced, which establishes the ratio between the duration of the positive and negative periods of the current flowing through the lamp t 1 and t 2 , under which the condition:
t1·I1=t2·I2 t 1 · I 1 = t 2 · I 2
При этом амплитуда приложенного напряжения к лампе в обеих фазах работы полумостового преобразователя будет одинаковой. По мере разогрева лампы температура выравнивается, и описанное явление становится малозаметным даже при вертикальной ориентации лампы. Тем не менее, механизм регулировки скважности выходного сигнала генератора продолжает работать и после выхода лампы на рабочий режим.In this case, the amplitude of the applied voltage to the lamp in both phases of the half-bridge converter will be the same. As the lamp heats up, the temperature becomes equal, and the described phenomenon becomes hardly noticeable even with the vertical orientation of the lamp. Nevertheless, the mechanism for adjusting the duty cycle of the output signal of the generator continues to work even after the lamp reaches the operating mode.
В процессе разогрева лампы рабочая частота генератора регулируется таким образом, чтобы ток лампы оставался на постоянном уровне. Регулировка частоты осуществляется по цепи обратной связи по датчику тока лампы.During the heating of the lamp, the operating frequency of the generator is regulated so that the lamp current remains at a constant level. Frequency adjustment is carried out through the feedback circuit of the lamp current sensor.
2. Рабочий режим.2. The operating mode.
Из режима разогрева лампа плавно переходит в рабочий режим, при котором ток и напряжение на лампе соответствуют номинальным значениям. В случае старения лампы и ее зазеркаливания напряжение на лампе при постоянном токе возрастает, и логический блок устройства управления мощностью определяет, что лампа выработала ресурс, и для устранения аварийных режимов работы на лампе поддерживается напряжение на уровне 105% от номинального.From the warm-up mode, the lamp smoothly switches to the operating mode, in which the current and voltage on the lamp correspond to the nominal values. In the case of lamp aging and mirroring, the voltage on the lamp increases at constant current, and the logic unit of the power control device determines that the lamp has reached the end of its life, and the voltage is maintained at 105% of the nominal value to eliminate emergency operation of the lamp.
Также логический блок устройства управления мощностью имеет в своем составе таймер подсчета времени наработки лампы на отказ, что обеспечивает получение исчерпывающей информации о состоянии лампы, возможность оперативного ремонта или замены выработавших свой ресурс ламп и, как следствие, значительного снижения расхода электроэнергии за счет недопущения работы лампы в неоптимизированных режимах.Also, the logical unit of the power control device incorporates a timer for calculating the lamp operating time for failure, which provides comprehensive information about the state of the lamp, the ability to quickly repair or replace the exhausted lamps and, as a result, significantly reduce power consumption by preventing the lamp from working in non-optimized modes.
3. Регулировка мощности и диагностика режимов работы лампы.3. Power adjustment and diagnostics of lamp operation modes.
В случае применения модема линии связи по сетевым проводам или иного модема (например, модема RS-485 протокола) устройство управления мощностью со встроенным логическим блоком позволяет:If you use a modem of a communication line over network wires or another modem (for example, an RS-485 protocol modem), a power control device with an integrated logic unit allows you to:
- регулировать мощность лампы в пределах от 55 до 100% номинальной мощности;- adjust the lamp power in the range from 55 to 100% of the rated power;
- получить информацию о состоянии лампы в виде «исправна - неисправна»;- get information about the condition of the lamp in the form of “working - faulty”;
- получать данные о наработке лампы в часах.- receive data on lamp hours in hours.
Таким образом, вышеописанное выполнение интеллектуального электронного балласта обеспечивает:Thus, the above implementation of intelligent electronic ballast provides:
- стабилизацию пускового тока на уровне не более 110% от номинального рабочего;- stabilization of the starting current at a level of not more than 110% of the nominal operating;
- ограничение мощности подводимой к лампе на уровне номинальной рабочей;- limitation of the power supplied to the lamp at the nominal operating level;
- стабилизацию режимов работы лампы в период разогрева с целью исключения неравномерного прогрева электродов;- stabilization of lamp operating conditions during the warm-up period in order to eliminate uneven heating of the electrodes;
- контроль режима перезажигания лампы;- control of the mode of re-ignition of the lamp;
- улучшение спектральных характеристик излучаемых помех;- improving the spectral characteristics of radiated interference;
- однозначного управления режимами работы лампы и светильников на ее основе как в режиме группового управления, так и в режиме персональной адресации;- unambiguous control of the operating modes of the lamp and fixtures based on it both in group control mode and in personal addressing mode;
- вычисление фактической наработки лампы;- calculation of the actual operating time of the lamp;
- обеспечение режима удаленной диагностики;- providing a remote diagnostic mode;
- обеспечение режима автоматизированной калибровки и настройки.- providing an automated calibration and tuning mode.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого устройства, заключается:The technical result achieved by using the proposed device is:
- в увеличении срока службы лампы на 20-30%;- in increasing the lamp life by 20-30%;
- снижении эксплуатационных расходов, в том числе расходов электроэнергии, на 15-20%;- reduction of operating costs, including electricity costs, by 15-20%;
- обеспечение режимов удаленной диагностики, автоматизированной калибровки и настройки электронного балласта и лампы.- providing remote diagnostics, automated calibration and tuning of electronic ballast and lamp.
Источники информацииInformation sources
1. ПРА - самое сердце светильника.- «Электротехнический рынок», №6(24), ноябрь-декабрь 2008 г., с.58-5.1. Ballasts - the very heart of the lamp. - "Electrotechnical market", No. 6 (24), November-December 2008, p.58-5.
2. Энергосберегающие технологии в освещении. - «Электротехнический рынок», №1 (25), январь-апрель 2009 г., с.80-81.2. Energy-saving technologies in lighting. - "Electrotechnical market", No. 1 (25), January-April 2009, S.80-81.
3. Патент РФ, МПК Н05В 41/28, №2,275,760 от 14 ноября 2003 г.3. RF patent, IPC Н05В 41/28, No. 2,275,760 dated November 14, 2003.
4. ГОСТ Р 51317.3.2-99 (МЭК 61000-3-2-95). ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ «Совместимость технических средств электромагнитная эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе)». Нормы и методы испытаний. - ИПК «Издательство стандартов», 2000 г., с.1-25.4. GOST R 51317.3.2-99 (IEC 61000-3-2-95). STATE STANDARD OF THE RUSSIAN FEDERATION "Compatibility of technical means electromagnetic emission of harmonic current components by technical means with a current consumption of no more than 16 A (in one phase)." Standards and test methods. - IPK "Publishing house of standards", 2000, p.1-25.
5. Панфилов Д.И., Поляков В.Д., Поляков Ю.Д., Барышников А.Н. «Энергосберегающий электронный пускорегулирующий аппарат для дуговых натриевых ламп» - «Светотехника», №6, 1999 г., с.7-10 - прототип.5. Panfilov D.I., Polyakov V.D., Polyakov Yu.D., Baryshnikov A.N. "Energy-saving electronic ballast for arc sodium lamps" - "Lighting", No. 6, 1999, S. 7-10 - prototype.
6. «High voltage greenline power factor controller». - «Motorolla», 1996, c.l6.6. "High voltage greenline power factor controller". - "Motorolla", 1996, c.l6.
7. IEC 555-2; 1982. Disturbances in supply systems caused by hausehold appliances and similar electrical equipment. - Part 2: Harmonics (Amendment #2; 1988).7. IEC 555-2; 1982. Disturbances in supply systems caused by hausehold appliances and similar electrical equipment. - Part 2: Harmonics (
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009145659/28A RU2409013C1 (en) | 2009-12-10 | 2009-12-10 | Intelligent electronic ballast for gas-discharge high pressure lamps |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009145659/28A RU2409013C1 (en) | 2009-12-10 | 2009-12-10 | Intelligent electronic ballast for gas-discharge high pressure lamps |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2409013C1 true RU2409013C1 (en) | 2011-01-10 |
Family
ID=44054760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009145659/28A RU2409013C1 (en) | 2009-12-10 | 2009-12-10 | Intelligent electronic ballast for gas-discharge high pressure lamps |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2409013C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459392C1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ) | Method to supply to high-pressure sodium lamps and device for its realisation |
-
2009
- 2009-12-10 RU RU2009145659/28A patent/RU2409013C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПАНФИЛОВ Д.И., ПОЛЯКОВ В.Д., ПОЛЯКОВ Ю.Д., БАРЫШНИКОВ А.Н. Энергосберегающий электронный пускорегулирующий аппарат для дуговых натриевых ламп. Светотехника, №6, 1999, с.7-10. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459392C1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ) | Method to supply to high-pressure sodium lamps and device for its realisation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR970011552B1 (en) | Dimmable high power factor high-efficiency electronic ballast controller integrated circuit with automatic over-temperature shutdown | |
US5604411A (en) | Electronic ballast having a triac dimming filter with preconditioner offset control | |
US9084333B2 (en) | System for monitoring and controlling high intensity discharge (HID) lamps | |
US5559395A (en) | Electronic ballast with interface circuitry for phase angle dimming control | |
EP2079285A1 (en) | High voltage discharge lamp lighting apparatus and illuminating equipment | |
JP2000511693A (en) | ballast | |
JP2000511690A (en) | Triac dimmable compact fluorescent lamp with low power factor | |
JP2000511691A (en) | ballast | |
KR100281373B1 (en) | Electronic ballast for high intensity discharge lamp | |
CA2484690C (en) | Electronic high intensity discharge lamp driver | |
TWI452940B (en) | Method for controlling high intensity discharge lamp and supply system for high intensity discharge lamp | |
Dalla Costa et al. | Microcontroller-based high-power-factor electronic ballast to supply metal halide lamps | |
US7619367B2 (en) | Electronic ballast protection | |
US8593077B2 (en) | High-voltage discharge lamp lighting device and lighting fixture | |
US7091671B2 (en) | Electronic ballast with rail voltage switching | |
RU2409013C1 (en) | Intelligent electronic ballast for gas-discharge high pressure lamps | |
WO2010054454A2 (en) | Electronic ballast for metal vapor lamps using integration techniques for power factor correction and acoustic resonance elimination | |
JP2012533841A (en) | Electronic ballast and starting method | |
JP2010519715A (en) | Circuit apparatus and method for power adaptation of high pressure discharge lamps | |
WO1999012399A1 (en) | Electronic ballast | |
Chen et al. | Optimized design of the electronic ballast for metal halide lamps | |
CN110972374B (en) | Electronic ballast and control method thereof | |
KR100431077B1 (en) | Driving circuit for high intensity discharge lamp | |
CN211321548U (en) | Electronic ballast | |
JP2009514158A (en) | Gas discharge lamp lighting module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121211 |