WO1999049704A1 - Balasto multicarga para lamparas fluorescentes de ultravioleta - Google Patents

Balasto multicarga para lamparas fluorescentes de ultravioleta Download PDF

Info

Publication number
WO1999049704A1
WO1999049704A1 PCT/ES1999/000076 ES9900076W WO9949704A1 WO 1999049704 A1 WO1999049704 A1 WO 1999049704A1 ES 9900076 W ES9900076 W ES 9900076W WO 9949704 A1 WO9949704 A1 WO 9949704A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lamps
ultraviolet
ballast
load
frequency
Prior art date
Application number
PCT/ES1999/000076
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alonso Almarza Bermejo
Enrique Gallar Boyano
Original Assignee
Isofixtor Power Systems, S.L.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isofixtor Power Systems, S.L. filed Critical Isofixtor Power Systems, S.L.
Publication of WO1999049704A1 publication Critical patent/WO1999049704A1/es

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/282—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices

Definitions

  • Invention relating to a multi-load ballast for ultraviolet fluorescent lamps, whose obvious purpose is to achieve its application and performance in parallel with a certain number of different types of ultraviolet radiation lamps, that is, a single multi-load ballast may be working at a time. given, for example, with several lamps of 80, 100, 140 and 160 watts simultaneously, or with any other lamp of different power, performing its performance not only maintaining, but substantially improving the advantages of the use of methods, devices and high-frequency electronic devices incorporated in the ultraviolet (UVA) fluorescent lamps Additionally it contemplates the use of new wiring that provides extreme simplification to the connections between the electronic ballast equipment and the lamps through the coil-condenser stages FIELD OF THE INVENTION
  • This invention has its application within the industry dedicated to the manufacture of electronic ballasts, and can also be manufactured by the industry dedicated to the manufacture of devices, devices and auxiliary elements for ultraviolet fluorescent lamps, or by the electromedicine industry .
  • the applicant is aware of the existence at present of a plurality of electronic ballasts for one or two fluorescent lighting lamps, the applicant having no knowledge of the existence in the market of ballasts for a large number of lamps, and much less than ballasts that allow the handling of lamps of different powers at the same time.
  • connection to the bus of the tubes is done in pairs of tubes, using a resonant LC sene circuit for each couple.
  • the patent describes a very complex and doubtful practical precautionary system US 4888525 and US 4888526 - Sun tanning apparatus having electronic operating system & Operating system for sun tanning apparatus, in which Nilssen, also holder of the aforementioned Patent, uses the system of the aforementioned Patent, for a system of application to the ultraviolet lamp, connecting in parallel a quantity of tubes in pairs to a double power bus
  • the preheating system as well as the permanent operation system does not allow the use of lamps of different powers simultaneously
  • the system converts 60 hz and input voltage into 350 V (specifically in US Patent 4888526) and 120V (in US Patent 4888525) of high frequency (30khz) of sinusoidal alternation. Comment is imposed by a transformer for each pair of tubes, and is independent of the number of pairs of tubes It has the disadvantage of creating a distortion of line comment, since it does not have a power factor corrector
  • Invention Patent GB 2180418 whose statement is "Fluorescent lamp supply c ⁇ rcu ⁇ t", its applicant Macfarlane describes an apparatus capable of governing in vain tubes, based on the use of an inverter for each pair of tubes, in order to control the current of each tube for voltage and comment protection
  • the 3 system is constituted by the addition of a plurality of low power systems which increases complexity, decreases reliability and forces the use of lamps of equal power
  • the main converter (AC 50hz to DC), can feed a certain amount of these inverters depending on the power it has
  • the inverters operate in the range of 20-80 kHz, the device does not have a harmonic filter for high power concentrations. Therefore, the system introduces a high line comment distortion, with a high crest factor, which does not makes the system suitable for medium or high powers.
  • the applicant as stated above also knows the existence of an Invention Patent applied for in the United Kingdom under the number GB 2261332 A, whose statement is "D ⁇ ving circuits for discharge devices", in the which your Greenwood applicant describes how to connect UVA lamps via two conductors in such a way that if they have "n" lamps, n + 1 conductors are needed
  • the invention contemplates the possibility of switching capacitors of the LC resonant stages, in order to provide of two different frequencies as far as resonance is concerned
  • the invention also has two working frequencies, a first for preheating (1 -80 kHz), and a second of 17 kHz for normal supply.
  • the equipment can be remotely connected if the n + 1 conductors are connected for charging. , presenting the disadvantage of requiring many conductors for a large number of tubes
  • the switching of capacitors for the frequency variation is a method of low reliability that causes sudden jumps that result in surges that shorten the life of the lamp according to the aforementioned , it is found that none of the Patents
  • the multi-load ballast for ultraviolet fluorescent lamps that the invention proposes constitutes in itself an obvious novelty within its specific field of application, since according to its characteristics, it is possible to have an invention that is configured as a high electronic ballast power, is able to turn on and control a number of groups of ultraviolet fluorescent lamps of different powers simultaneously, for which it has a control mode that allows the soft lighting of each and every lamp, regardless of the power they present.
  • the multi-load ballast for ultraviolet fluorescent lamps object of the invention is constituted from a main equipment or multi-load ballast itself, which is responsible for generating and supplying the high frequency voltages; of an LC pair, per lamp, close to each lamp (allowing a substantial simplification of the connection) and a high frequency bus that connects you, so that both, that is to say the main equipment and the load can be placed at large distance.
  • the main team consists of the following elements. Namely:
  • a power factor corrector that forms a sinusoidal current and that raises the internal bus voltage from continuous to 400v.
  • a capacitive group of energy storage that in turn generates a continuous voltage of 200 volts.
  • a DC / AC inverter group of high power and variable frequency that is adequately controlled in stages, in order to achieve the correct ignition, as well as the correct operation of all lamps.
  • a pair of remote inductance-capacitor for each lamp that is connected to the system taking into account that the characteristics, as well as the value of the inductance will be sized for each type of lamp, while the capacitor characteristics of each lamp are the same and being independent of the type of lamp.
  • the power delivered to the lamp is controlled by varying the frequency; at more frequency less power delivered to each of the lamps.
  • Each type of lamp has two well defined working modes, being a first 5 preheating mode, in which the cathodes are heated so that an ignition without overvoltages is achieved, minimizing the loss of cathode emitting capacity that normally occurs at startup, corresponding to this mode ⁇ e work a high frequency, while in the second mode of work, a lower frequency is observed, not less than 30khz, and in which the lamp operates at its nominal power.
  • the remote inductances associated with each lamp are designed so that each and every one of the lamps, regardless of the power they have, work at their nominal value at the same working frequency
  • the frequency control mode is as follows.
  • the entire load is subjected to the preheating frequency of the lamps having the highest frequency (f-
  • the control shifts the oscillation frequency of the inverter in the same way to the immediately lower preheating frequency ( ⁇ 3) Successively it will change frequency in order from highest to lowest, that is to say all types of ultraviolet lamps will start up in a smooth way, starting with the most powerful lamps, in order to end with the lower power lamps
  • the ultraviolet lamp that is on increases its power consumption, until it reaches the 6 working point (f ⁇ aba j o) at 9 ° higher than 30 kilohertz, where the frequency is stabilized All lamps will be at that time operating at their nominal power activated by the multi-load ballast
  • the electronic ballast object of the invention due to its power distribution system remotely with a three-conductor high frequency bus and with the L-C stage system, considerably simplifies its connection with the lamps
  • a further improvement of the invention consists in short-circuiting the cathodes that are not connected to the coil, so that the N + 1 wires required for wiring are reduced to 1 Due to the enormous simplification that is proposed, it is more advantageous the more connected lamps DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • Figure 1 shows a block diagram corresponding to the constituent assembly of the invention, configured as a multi-load ballast for ultraviolet fluorescent lamps.
  • Figure 2 shows diagrammatically, the fluorescent charge of the 7 ultraviolet fluorescent lamps, composed of several LC resonant stages, and their connection to ultraviolet lamps
  • Figure 3 shows the evolution of the frequency over time, representing n frequency hops to indicate the different n types of tubes connected to the load
  • Figure 4 shows a wiring diagram of the tubes as would be done in the basic version
  • Figure 5 shows a wiring scheme equal to that of Figure 1, in which the cathodes not attached to the coils have been short-circuited
  • Figure 6 shows the wiring scheme for improvement
  • Figure 7 shows a diagram of connections between the L-C card and the pipes, corresponding to the one described in the basic version
  • Figure 8 shows a diagram of connections between the L-C card and the tubes, according to the improvement
  • Figure 9 shows other alternative wiring vanes
  • Figure 10 shows a practical embodiment of the invention
  • the multi-charge ballast for ultraviolet fluorescent lamps (1) is connected to a single-phase alternating voltage network of standard frequency of 50-60Hz (8), through a harmonic filter (7 ) and connecting to the load (2), specifically to the fluorescent load of ultraviolet lamps, remotely with a high frequency bus (9), consisting of two or three wires
  • the multi-load electronic ballast (1) is composed of an alternating / continuous converter (3), a continuous / continuous converter (4), which functions as a corrector of the power factor with high frequency modulation, as well as of a capacitive group (5) and a high frequency alternating continuous converter (6), which is controlled with a frequency modulator (16)
  • the fluorescent load of ultraviolet lamps (2) is represented in figure number 2, and is composed of several resonant stages LC (10), (11) and (12), through which the ultraviolet lamps (13) are connected ), (14) and (15) respectively
  • the multi-load ballast for ultraviolet fluorescent lamps is made for 1600 watts, allowing it to be applied, for example, to 16 tubes of 100 W, or 10 tubes of 160 W, with a reduced size and optimal semiconductor costs, due to that these are very widespread commercially for the aforementioned powers
  • the equipment is connectable in a universal network of single-phase voltage (8) (88-264V AC), and frequency (50-60 Hz)
  • an EMI / RFI filter (7) is observed, which is composed of two LC stages in common mode of configuration in Pl (CLC) and one stage in differential mode composed of a low pass filter (LC), and the combination of both filters eliminates the harmonics produced by the static converters of the equipment, that is to say by the DC / DC power factor corrector (4), and by the DC / AC converters (6)
  • An AC / DC converter (3) that can be any medium power rectifier bridge
  • a DC / DC converter (4) which is a power factor corrector with high frequency control, which operates by medium current control, and the Topology used is the "boost chopper" or continuous / continuous elevator converter
  • This continuous / continuous elevator converter performs the function of correcting the waveform of the line intensity, leaving it sinusoidal, and raises the voltage of the internal continuous voltage bus from 311 V to 400V
  • the power factor of the line current obtained by this procedure is 0.99, improving the crest factor to the optimum limit
  • the invention features a capacitive energy storage assembly (5), which is composed of 2 groups of condensers, connected in sene as a capacitive divider to obtain a voltage of 200V
  • the multi-load ballast presents a group of oscillators of aita power (6), which will be formed by two inverters that will be governed simultaneously with the same control loop, and each inverter will supply a load 800 W, so the semiconductors will be reduced and economical
  • the oscillator control system will be carried out with a P controller
  • the multi-load ballast or main equipment (1) is connected remotely to the load by means of! high frequency bus (9), which is composed of three conductors, one common of 200V and two other high frequency, one for each inverter
  • the load (2) can be composed of a certain number of lamps of one type of power, for example 80W (13), plus a certain number of others of different power, for example 100 W (14), and more for different groups of different types of lamps (15)
  • the multi-load electronic baiasto (1) can work with a variable number of tubes (13), (14) and (15), as well as with tubes of different power simultaneously, taking into account that if the sum of the power of all the connected pipes (13), (14) and (15), must always be less than the maximum power dimensioned in the main equipment (1), in this case of 1600 watts, obtaining from this characteristic the fact that the Multi-load electronic ballast, be configured as a very versatile application invention, which can be applied in multiple practices not currently contemplated for this type of elements
  • Figure 4 shows the wiring that is currently necessary, observing how N + 1 wires are necessary to connect N lamps
  • the alternative wiring derives from short-circuiting the cathodes that are not connected to the coil, as shown in figure 5.
  • the electrical repercussions are minimal.
  • the overvoltage in the tube occurs just as in the wiring of figure n 4, since the voltage between the two terminals of the same cathode is very small Therefore, the wires shown in Figure 5 in bulk will be at the same potential Therefore, from this system we arrive at the one that shows the figure n ° 6
  • this scheme only one cable common to all lamps is used in a reduced way, leaving a cathode terminal unconnected to simplify it further
  • the output card which contains the coils and capacitors of each tube, would evolve as it was originally (figure 7) to a simpler appearance and with fewer connections (figure 8)
  • Figure 9 shows some variations in the way of connecting the lamps to the electronic ballast
  • Figure 10 shows the appearance of a UVA device that uses the multi-load electronic ballast next to the connection wiring described above.
  • the enormous simplification introduced allows this system to acquire a robust character, with great ease in its manufacture and a significant economic saving, which makes it highly attractive to the tanning industry
  • Other aspects such as its small size or its low weight are obviously well received by the sector
  • This new version of the wiring is not only applicable to the multi-load electronic ballast described in the basic version of the invention, but to any electronic equipment applicable to fluorescent tubes that is capable of supporting two or more lamps, such as those described in Nilssen patents (US 4888526, US 4888525, US 4896078), Macfarlane (GB 2180418), or Greenwood (GB 2261332)
  • Said reduced wiring development can be applied to both ultraviolet radiation fluorescent lamps and fluorescent lamps intended for lighting. today in the market machines with more than 30 tubes in its upper part, which due to weight must place their reactances at the base of the bed This implies the passage of a! minus 60 (sixty) cables from the base to the top, in the current state of the art and with this development this could be reduced to 4 (four) cables in total

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta, que consiste en un convertidor alterna/continua (3), un convertidor de continua/continua (4), un grupo capacitivo (5) y un convertidor continua/alterna de alta frecuencia (6), controlado con un modulador de frecuencia (16), conectándose el balasto multicarga (1) a una red monofásica de tensión alterna de frecuencia estándard de 50-60 Hz (8) a través de un filtro de armónicos (7), conectándose a la carga (2) que puede estar configurada por lámparas ultravioleta (13, 14 y 15) de diferentes potencias. Una mejora adicional consiste en un método alternativo de cableado en el que se cortocircuitan los cátodos de las lámparas, ya que la tensión entre los dos terminales de un mismo cátodo es muy pequeña. Los terminales de los condensadores que no están unidos a las lámparas se conectan entre sí y al lado de las lámparas opuesto a las bobinas.

Description

1
BALASTO ULTICARGA PARA .LAMPARAS FLUORESCENTES PE
ULTRAVIOLETA D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente memoria descriptiva se refiere a una solicitud de Patente de
Invención, relativa a un balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta, cuya evidente finalidad estriba en lograr su aplicación y actuación paralelamente con un cierto número de lámparas de radiación ultravioleta de distinto tipo, es decir, un solo balasto multicarga puede estar trabajando en un momento dado, por ejemplo con varias lámparas de 80, 100, 140 y 160 vatios simultáneamente, o con cualquier otra lámpara de diferente potencia, realizando su actuación no solamente manteniendo, sino mejorando de forma sustancial las ventajas de la utilización de los métodos, dispositivos y aparatos electrónicos de alta frecuencia incorporados en las lámparas fluorescentes de radiación ultravioleta (UVA) Adicionalmente contempla la utilización de un nuevo cableado que aporta una simplificación extrema a las conexiones entre el equipo balasto electrónico y las lámparas a través de las etapas bobina-condensador CAMPO DE LA INVENCIÓN
Esta invención tiene su aplicación dentro de la industria dedicada a la fabricación de balastos electrónicos, pudiendo igualmente ser fabricada por la industria dedicada a la fabricación de aparatos, dispositivos y elementos auxiliares para las lámparas fluorescentes de ultravioleta, o bien por la industria de la electromedicina. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Por parte del solicitante se tiene conocimiento de la existencia en la actualidad de una pluralidad de balastos electrónicos para una o dos lámparas fluorescentes de iluminación, no teniendo conocimiento el solicitante de la existencia en el mercado de balastos para un número elevado de lámparas, y mucho menos de balastos que permitan manejar al mismo tiempo lámparas de diferentes potencias.
También por parte del solicitante se tiene conocimiento de la existencia en la actualidad de varias patentes solicitadas en Estados Unidos de América, Reino Unido y como Patente Europea que a continuación se mencionan, de las cuales no se tiene conocimiento de una aplicación comercial de las mismas a gran escala, debido en algunos casos a presentar una complejidad sustancial, falta de utilidad práctica, bajo nivel de fiabilidad del conjunto o precio poco viable
Las patentes recuperadas son las siguientes A saber. US 5021717 - Operating system for múltiple fluorescent iamps Este sistema no 2 tiene aplicación en lámparas fluorescentes de ultravioleta proponiendo dos inversores uno para precaideo y de baja potencia, y otro para suministro de alta potencia con un retraso de 1 segundo entre la conexión de ambos, siendo el sistema de alta frecuencia 30 khz y 120V La conexión se realiza con dos grupos de conductores de dos hiios, uno para el precaldeo y el otro para el suministro
La conexión al bus de los tubos se realiza por parejas de tubos, empleando un circuito resonante LC sene para cada pareja La Patente describe un sistema de precaideo muy complejo y de dudosa realización práctica US 4888525 y US 4888526 - Sun tanning apparatus having electronic operating system & Operating system for sun tanning apparatus, en las cuales Nilssen, titular igualmente de la Patente citada anteriormente, utiliza ei sistema de la Patente mencionada, para un sistema de aplicación a la lámpara de ultravioleta, conectando en paralelo una cantidad de tubos por parejas a un doble bus de alimentación El sistema de precaldeo así como el de funcionamiento en régimen permanente no permite utilizar simultáneamente lamparas de distintas potencias
El sistema convierte los 60 hz y la tensión de entrada en 350 V ( en concreto en la Patente de Invención US 4888526) y de 120V (en la Patente de Invención US 4888525) de alta frecuencia (30khz) de alterna senoidal La limitación de la comente está impuesta por un transformador para cada pareja de tubos, y es independiente de la cantidad de parejas de tubos Presenta el inconveniente de crear una distorsión de comente de línea, al no disponer de un corrector de factor de potencia
US 4896078 - Distnbuted ballasting system for sun tanning apparatus, en la cual nuevamente Nilssen presenta una invención similar a las anteriormente citadas, con aplicación industrial al bronceado
Por la Patente EP 0618753 A2.- Electronic bailast for transilluminators and croεsiinkers, su titular Kovalsk describe un balasto de baja potencia para pequeños tubos, dotado de un solo inversor autoscilante con acoplamiento a la carga por transformador siendo de alta frecuencia pero no disponiendo de control de la misma y sus lámparas son de 16w La potencia total del sistema no supera los 90w
La Patente de Invención GB 2180418 cuyo enunciado es "Fluorescent lamp supply cιrcuιt", su solicitante Macfarlane describe un aparato capaz de gobernar a vanos tubos, partiendo de la base de emplear un inversor para cada pareja de tubos, con el fin de controlar la corriente de cada tubo para protecciones de tensión y de comente El 3 sistema está constituido por la adición de una pluralidad de sistemas de baja potencia lo que aumenta la complejidad, disminuye la fiabilidad y obliga a utilizar lamparas de igual potencia
El convertidor principal (AC 50hz a DC), puede alimentar a una cantidad determinada de estos inversores dependiendo de la potencia que tenga
Los inversores funcionan en el rango de 20-80 khz, no disponiendo el aparato de un filtro de armónicos para altas concentraciones de potencia Por lo que el sistema introduce una alta distorsión de comente de línea, con un alto factor de cresta, lo que no hace al sistema apto para potencias medias o altas El solicitante como se ha dicho anteriormente también conoce la existencia de una Patente de Invención solicitada en el Reino Unido con el número GB 2261332 A, cuyo enunciado es "Dπving circuits for discharge devices", en la cual su solicitante Greenwood describe la forma de conectar lamparas UVA vía dos conductores de forma tal que si tienen "n" lámparas se necesitan n+1 conductores La invención contempla la posibilidad de conmutación de condensadores de las etapas resonantes LC, con el fin de disponer de dos frecuencias diferentes en cuanto a la resonancia se refiere
También la invención dispone de dos frecuencias de trabajo, una primera para el precaldeo (1 -80 khz), y una segunda de 17 khz para el suministro normal El equipo puede estar de forma remota si se conectan los n+1 conductores para la carga, presentando el inconveniente de requerir muchos conductores para un número elevado de tubos La conmutación de condensadores para la variación de frecuencia es un método de escasa fiabilidad que oπgina saltos bruscos que derivan en sobretensiones que acortan la vida de la lámpara A tenor de lo anteriormente citado, se constata que ninguna de las Patentes de
Invención recuperadas, anteriormente citadas, presenta la cualidad de disponer de la corrección αei factor de potencia, así como de control de frecuencia por vanos pasos, tampoco ninguna de las Patentes citadas contempla diferentes tipos de lámparas y cantidad elevada de los mismos para un mismo equipo que los controle simultá- neamente de forma centralizada
La solución evidente a la problemática existente en la actualidad en esta materia, y en concreto para la utilización de un balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta, sería la de poder disponer de una invención en la que se contempla la posibilidad de contar con las carencias existentes en las invenciones referenciadas 4
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta que ia invención propone, constituye en sí mismo una evidente novedad dentro de su campo específico de aplicación, ya que a tenor de sus características, se logra disponer de una invención que configurada como un baiasto electrónico de alta potencia, está capacitado para encender y controlar un número de grupos de lámparas fluorescentes de ultravioleta de distintas potencias de forma simultánea, para lo cual dispone un modo de control que posibilita el encendido suave de todas y cada una de las lámparas, con independencia de la potencia que éstas presenten. De forma más concreta, el balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta objeto de ia invención, está constituido a partir de un equipo principal o balasto multicarga propiamente dicho, que se encarga de generar y suministrar las tensiones de alta frecuencia; de una pareja L-C, por lámpara, cercano a cada lámpara (permitiendo una simplificación sustancial del conexionado) y un bus de alta frecuencia que ¡os conecta, de forma tai que ambos, es decir el equipo principal y la carga pueden estar colocados a gran distancia.
El equipo principal se compone de los siguientes elementos. A saber:
- Un varistory un filtro EMI de armónicos de corriente de entrada, que posibilita la compatibilidad electromagnética. - Un convertidor AC/DC de media potencia.
- Un corrector del factor de potencia que conforma una intensidad senoidal y que eleva la tensión del bus interno de continua a 400v.
- Un grupo capacitivo de almacenamiento de energía que a su vez genera una tensión continua de 200 voltios. - Un grupo inversor DC/AC de alta potencia y frecuencia variable que es controlado adecuadamente por etapas, con el fin de lograr el correcto encendido, así como el correcto funcionamiento de todas las lámparas.
- Una pareja de inductancia-condensador remotos por cada lámpara que se conectan al sistema, debiendo tenerse en cuenta que las características, así como el valor de la inductancia estará dimensionada para cada tipo de lámpara, mientras que las características del condensador de cada lámpara son las mismas y siendo independiente del tipo de lámpara.
La potencia entregada a la lámpara, se controla mediante la variación de ia frecuencia; a más frecuencia menos potencia entregada a cada una de las lámparas. Cada tipo de lámpara tiene dos modos de trabajo bien definidos, siendo un primer 5 modo de precaldeo, en el cual se calientan los cátodos para que se consiga un encendido sin sobretensiones, minimizándose la pérdida de capacidad emisora del cátodo que normalmente se produce en el arranque, correspondiendo a este modo αe trabajo una frecuencia alta, mientras que en el segundo modo de trabajo, se constata una frecuencia más baja, no inferior a 30khz, y en el cual la lámpara funciona a su potencia nominal.
Las inductancias remotas asociadas a cada lámpara se diseñan para que todas y cada una de las lámparas, con independencia de la potencia que tengan, trabajen a su valor nominal a la misma frecuencia de trabajo Las frecuencias que permiten un correcto precaldeo de cada tipo de tubo son mayores a más potencia de la lámpara, es decir, la frecuencia de precaldeo de una lámpara de 160 vatios es mayor que la frecuencia de precaldeo de una lámpara de 100 vatios
De acuerdo con lo anteriormente reflejado, el modo de control de la frecuencia es el siguiente A saber
En primer lugar se somete a toda la carga a la frecuencia de precaldeo de las lámparas que tengan la frecuencia más alta (f-| ) del orden de los 100 kilohercios, por lo tanto, serán las lámparas de mayor potencia las que encenderán con un arranque suave, mientras que las lámparas restantes permanecerán apagadas En el momento t-| , se cambia a la siguiente frecuencia de precaldeo, siendo ésta la de los tipos de lámparas de mayor potencia que permanecen apagadas (Í2) En este momento las lámparas de mayor potencia ya se encontraban encendidas, tal y como se ha citado en el párrafo anterior, encendiéndose a continuación del cambio a ia siguiente frecuencia de precaldeo, las lámparas de la potencia inferior más próxima a la potencia de las lámparas encendidas en primer lugar, permaneciendo apagadas el resto de las lámparas, es decir todas las lámparas de menor potencia
En el momento t2 se produce un segundo cambio, el control desplaza la frecuencia de oscilación del inversor de la misma forma a la frecuencia de precaldeo inmediatamente inferior (Í3) Sucesivamente se ira cambiando de frecuencia por orden de mayor a menor, es decir que se irán encendiendo de una manera suave todos los tipos de lámparas de ultravioleta, empezando por las lámparas de mayor potencia, con objeto de terminar con las lámparas de menor potencia
A medida que la frecuencia va descendiendo paulatinamente, la lámpara de ultravioleta que se encuentra encendida aumenta su potencia consumida, hasta llegar al 6 punto de trabajo (f^abajo) al9° superior a los 30 kilohercios, donde la frecuencia se estabiliza Todas las lámparas estarán en ese momento funcionando a su potencia nominal activadas por el balasto multicarga
En consecuencia, mediante la utilización del balasto multicarga, se logra que un solo equipo haga trabajar simultáneamente a lámparas fluorescentes de ultravioleta de distintas potencias, resultando evidente que un modo muy particular de funcionamiento se logra cuando todas las lámparas son del mismo tipo En este caso se producen solamente dos saltos de frecuencia
El balasto electrónico objeto de la invención, debido a su sistema de distribución de energía de manera remota con un bus de alta frecuencia de tres conductores y con el sistema de etapas L-C, simplifica considerablemente su conexionado con las lámparas
Con el balasto electrónico objeto de la invención se ha conseguido administrar una potencia de 1600 vatios con una eficacia superior al 95% y esto reduciendo por un factor de veinte el volumen de los equipos anteriores Por otra parte y hasta la fecha, en todos los desarrollos de conexión para enlazar un balasto a una carga N de lámparas eran necesarios utilizar un número N+1 hilos como mínimo, ya que el condensador asociado a cada lámpara debía llegar a ambos cátodos
Este sistema de cableado deviene enormemente complejo a medida que el número de lámparas fluorescente crece, y obliga a la utilización de engorrosos y complicados sistemas de marcado y numeración en todos los hilos para conseguir una correcta conexión
Una mejora adicional de la invención consiste en cortocircuitar los cátodos que no están conectados a la bobina con lo que los N + 1 hilos necesarios para el cableado se reducen a 1 Debido a la enorme simplificación que se propone, es más ventajoso cuantas más sean las lámparas conectadas DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de planos en el cual con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente
La figura 1 muestra un diagrama de bloques correspondiente al conjunto constitutivo de la invención, configurada como un balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta La figura 2 muestra de forma diagramática, ia carga fluorescente de las 7 lámparas fluorescentes de ultravioleta, compuesta de vanas etapas resonantes LC, y su conexión a las lámparas ultravioleta
La figura 3 muestra ¡a evolución de la frecuencia con el tiempo, representándose n saltos de frecuencia para indicar los distintos n tipos de tubos conectados en la carga La figura 4 muestra un esquema de cableado de los tubos tal como se realizaría en la versión básica
La figura 5 muestra un esquema de cableado igual al de la figura 1 , en el que se han cortocircuitado los cátodos no unidos a las bobinas
La figura 6 muestra el esquema de cableado objeto de la mejora La figura 7 muestra un esquema de conexiones entre la tarjeta L-C y los tubos, correspondiente a io descrito en la versión básica
La figura 8 muestra un esquema de conexiones entre la tarjeta L-C y los tubos, de acuerdo con la mejora
La figura 9 muestra otras vanantes de cableado alternativas La figura 10 muestra una realización práctica de la invención
REALI.ZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Siguiendo la figura número 1 , puede observarse como el balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta (1 ), se conecta a una red monofásica de tensión alterna de frecuencia estándard de 50-60Hz (8), a través de un filtro de armónicos (7) y conectándose a la carga (2), concretamente a la carga fluorescente de lámparas ultravioleta, de forma remota con un bus de alta frecuencia (9), formado por dos o tres hilos
En concreto, el balasto electrónico multicarga (1), se compone de un convertidor alterna/continua (3), un convertidor de continua/continua (4), que hace la función de corrector del factor de potencia con modulado en alta frecuencia, así como de un grupo capacitivo (5) y un convertidor continua alterna de alta frecuencia (6), el cual es controlado con un modulador de frecuencia (16)
La carga fluorescente de lámparas ultravioleta (2) se encuentra representada en la figura número 2, y está compuesta de vanas etapas resonantes LC (10), (11) y (12), a través de las cuales se conectan las lámparas ultravioleta (13), (14) y (15) respectivamente
En la figura número 3, se ha representado la evolución de la frecuencia con el tiempo, representándose "n" saltos de frecuencia para indicar los distintos "n" tipos de tubos, conectados en la carga fluorescente de lámparas ultravioletas (2), siendo 8 consecuentemente necesarios "n+1 " saltos de frecuencia
El balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta, se realiza para 1600 vatios, permitiendo ser aplicado, por ejemplo, a 16 tubos de 100 W, o a 10 tubos de 160 W, con un tamaño reducido y unos costes óptimos de los semiconductores, debido a que éstos están muy extendidos comercial mente para las citadas potencias
El equipo es conectable en una red universal de tensión monofásica (8) (88-264V AC), y de frecuencia (50-60 Hz)
Siguiendo la figura número 1 , se observa un filtro EMI/RFI (7), que se compone de dos etapas LC en modo común de configuración en Pl (C-L-C) y una etapa en modo diferencial compuesta de un filtro paso bajo (L-C), y la combinación de ambos filtros elimina los armónicos producidos por los convertidores estáticos del equipo, es decir por el corrector de factor de potencia DC/DC (4), y por los convertidores DC/AC (6)
Un convertidor AC/DC (3) que puede ser cualquier puente rectificador de media potencia Un convertidor DC/DC (4), que es un corrector de factor de potencia con control en alta frecuencia, que funciona por control de corriente media, y la topología empleada es el "boost chopper" o convertidor de continua/continua elevador
Este convertidor de continua/continua elevador realiza la función de corregir la forma de onda de la intensidad de línea, dejándola senoidal, y eleva la tensión del bus interno de tensión continua de 311 V a 400V
El factor de potencia de la corriente de línea obtenido por este procedimiento es de 0,99, mejorando el factor de cresta hasta el límite óptimo
Tal y como se ha dicho anteriormente, la invención presenta un conjunto capacitivo acumulador de energía (5), que está compuesto de 2 grupos de condensa- dores, conectados en sene como divisor capacitivo para obtener una tensión de 200V
Por último, siguiendo la figura número 1 , el balasto multicarga presenta un grupo de osciladores de aita potencia (6), que estará formado por dos inversores que se gobernarán de forma simultánea con el mismo lazo de control, y cada inversor suministrara a una carga de 800 W, con lo que los semiconductores serán reducidos y económicos
El sistema de control de los osciladores será efectuado con un controlador P
(pulse width modulation) comercial, trabajando con las etapas de frecuencias descritas en la figura número 3, en la cual debe tener en cuenta que las cifras situadas en la zona inferior y hoπzontalmente corresponden a un tiempo de actuación de la invención En el exterior del balasto multicarga (1) o equipo principal, se encuentran las 9 etapas resonantes sene-paralelo L-C referenciadas con (10), (11 ) y (12), asociadas a los tubos o lámparas (13), (14) y (15), permitiendo esta característica un conexionado sustancialmente simplificado, ya que a tenor de la potencia de cada lámpara, así será el valor de la inductancia sene asociada, .pero siempre calculada para que a la misma frecuencia final de trabajo, todos los tubos funcionen a su potencia nominal
El balasto multicarga o equipo principal (1), se conecta remotamente a la carga por medio de! bus de alta frecuencia (9), que está compuesto de tres conductores, uno común de 200V y otros dos de alta frecuencia, uno por cada inversor
La carga (2), tal y como se muestra en la figura número 2, puede estar compuesta por un cierto número de lámparas de un tipo de potencia, por ejemplo de 80W (13), más un cierto número de otras de diferente potencia, por ejemplo de 100 W (14), y más por diferentes grupos de distintos tipos de lámparas (15)
Es decir, el baiasto electrónico multicarga (1) puede funcionar con un número variable de tubos (13), (14) y (15), así como con tubos de distinta potencia simultáneamente, debiéndose tener en cuenta que si ia suma de ia potencia de toaos los tubos conectados (13), (14) y (15), siempre debe ser inferior a la potencia máxima dimensionada en el equipo principal (1 ), en este caso de 1600 vatios, obteniéndose de esta característica el hecho de que el balasto electrónico multicarga, se configure como un invento de aplicación muy versátil, que puede ser aplicado en múltiples prácticas no contempladas en la actualidad para este tipo de elementos
En lo que respecta a la mejora adicional de la conexión de la ejecución básica, la figura n° 4 muestra el cableado que es necesario realizar actualmente pudiéndose observar como son necesarios N + 1 hilos para conectar N lamparas
El cableado alternativo deriva de cortocircuitar los cátodos que no están conectados a la bobina, tal y como presenta la figura n° 5 Al efectuar esta modificación las repercusiones eléctricas son mínimas La sobretensión en el tubo se produce igual que en el cableado de la figura n° 4, ya que la tensión entre los dos terminales de un mismo cátodo es muy pequeña Por consiguiente, los hilos que muestra la figura n° 5 en grueso estarán al mismo potencial Por lo tanto, a partir de este sistema llegamos al que muestra la figura n° 6 En este esquema solamente es un cable común a todas las lámparas el que se utiliza de manera reducida Quedando un terminal del cátodo sin conectar para simplificarlo aún más
Por lo tanto, adaptando este desarrollo al balasto electrónico multicarga descrito en la versión básica, se obtendría la siguiente simplificación 10
La tarjeta de salida, que contiene las bobinas y condensadores de cada tubo, evolucionaría de tal como era originalmente (figura n° 7) a un aspecto más sencillo y con menos conexiones (figura n° 8)
El cableado, por consiguiente, que antes necesitaba N+1 hilos, ahora utiliza solamente uno.
Conviene recordar que el cableado aquí mencionado puede presentar múltiples vanantes, habiéndose utilizado la que presenta una mejor relación prestaciones-ahorro de cableado La Figura n° 9 presenta algunas variaciones en la forma de conexión de las lámparas al balasto electrónico Estas diferentes nuevas formas de plantear el cableado presentan diversos inconvenientes Algunas sólo aumentan el número de hilos y conexiones sin aportar apenas ventajas funcionales, por ejemplo el conexionado de la figura n° 9-A Otras, como las propuestas de las figuras n° 9-B y C, simplifican y reducen aún más el cableado pero presentarían fuertes picos de resonancia si ia lampara no arrancara bien por que estuviera estropeada o simplemente porque no estuviera conectada
La figura n° 10 presenta el aspecto que tendría un aparato de rayos UVA que emplease el balasto electrónico multicarga junto al cableado de conexión que anteriormente se ha descrito La enorme simplificación introducida permite que este sistema adquiera un carácter robusto, con gran facilidad en su fabricación y un importante ahorro económico, que lo hace altamente atractivo para la industria del bronceado Otros aspectos como su reducido tamaño o su escaso peso son, evidentemente, bien recibidos por el sector
Esta nueva versión del cableado no sólo es aplicable al balasto electrónico multicarga descrito en la versión básica de la invención, sino a cualquier equipo electrónico aplicable a tubos fluorescentes que sea capaz de soportar dos o más lámparas, como son los descritos en las patentes de Nilssen (US 4888526, US 4888525, US 4896078), Macfarlane (GB 2180418), o Greenwood (GB 2261332) Dicho desarrollo de cableado reducido se puede aplicar tanto en lámparas fluorescentes de radiación ultravioleta como en lámparas fluorescentes destinadas a iluminación A título de ejemplo existen hoy en día en el mercado máquinas con más de 30 tubos en su parte superior, que por motivo de peso deben situar sus reactancias en la base de la cama Esto implica el paso de a! menos 60 (sesenta) cables de la base a la parte superior, en el estado actual de la técnica y con este desarrollo esto podría quedar reducido a 4 (cuatro) cables en total

Claims

11
R E I V I N D I C A C I O N E S
1 - Balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta, caracterizado por estar constituido a partir de un convertidor alterna continua (3), un convertidor de continua/continua (4), que actúa como corrector del factor de potencia con modulado en alta frecuencia, un grupo capacitivo (5) y un convertidor de continua/alterna de alta frecuencia (6), controlado con un modulador de frecuencia (16), presentando la carga fluorescente de lámparas ultravioleta (2) una composición de vanas etapas resonantes LC (10), (11) y (12), a través de las cuales se conectan las lámparas ultravioletas de diferentes potencias (13), (14) y (15), conectándose el balasto electrónico multicarga (1) a una red monofásica de tensión alterna de frecuencia estándard de 50-60 Hz (8) a través de un filtro de armónicos (7), y conectándose a la carga (2) de forma remota con un bus de alta frecuencia (9) formado por dos o tres hilos conductores, siendo uno de elíos común de 200V y los otros de alta frecuencia, uno por cada inversor, generando el balasto electrónico muiticarga (1), el arranque y suministro de energía simultáneamente a un número elevado de lámparas (13), (14) y (15), preferentemente de radiación ultravioleta (2), compuesto por lámparas de diferentes potencias nominales (13), (14) y (15), funcionando éstas en condiciones nominales, y permitiendo un encendido suave de todas las lámparas de ultravioleta sin sobretensiones, mediante el modulador de frecuencia (16) 2 - Balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta según la primera reivindicación, caracterizado porque desarrolla un modo de control por etapas (16), que permite un encendido suave de todas las lámparas de ultravioleta sin sobretensiones, produciéndose la ignición de las lámparas de mayor a menor potencia cualquiera que sea su número en cada etapa, como consecuencia de un precaientamiento por frecuencia variable
3 - Balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta, según la primera reivindicación, caracterizado por estar capacitado para ser conectado en una red universal de tensión monofásica alterna o continua
4 - Balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta según la primera reivindicación, caracterizado porque el filtro de armónicos (7), se configura como un filtro EMI/RFI, compuesto de dos etapas LC en modo común de configuración en Pl (C-L-C) y una etapa en modo diferencial compuesta de un filtro paso bajo (L-C), eliminándose los armónicos producidos por el corrector de factor de potencia DC/DC (4), y por los convertidores DC/AC (6) 5 - Balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta, según la 12 primera reivindicación, caracterizado porque ei convertidor DC/DC (4), es un corrector de factor de potencia con control en alta frecuencia, que funciona por control de comente media, realizando la función αe corregir la forma de onαa de la intensidad de línea, dejándola senoidal, y elevando la tensión del bus de tensión continua de 311 V a 400V, obteniéndose un factor de potencia de 0,99
6.- Balasto muiticarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta, según la primera reivindicación, caracterizado porque el convertidor continua-alterna de alta frecuencia (6), configurado como un grupo de osciladores de alta potencia, esta formado por dos inversores gobernados de forma simultánea con el mismo lazo de control manejando cada uno de los inversores una carga de 800 W, efectuándose el control de los osciladores mediante un coπtrolador PW (pulse width modulation)
7 - Balasto multicarga para lámparas fluorescentes de ultravioleta, según las anteriores reivindicaciones caracterizado porque ei modulador de frecuencia (16) permite el encendido de las lámparas de ultravioleta (13), (14) y (15) sin sobretensiones de forma escalonada, de mayor a menor potencia
8 - Balasto multicarga para lamparas fluorescentes αe ultravioleta según la primera reivindicación caracterizado por utilizarse un nuevo método de cableado consistente en cortocircuitar los cátodos de las lamparas, conectándose entre sí y al lado de las lamparas opuesto a las inductancias, dentro de la tarjeta L-C, los terminales de los condensadores que no están unidos a las lamparas
PCT/ES1999/000076 1998-03-24 1999-03-24 Balasto multicarga para lamparas fluorescentes de ultravioleta WO1999049704A1 (es)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES9800633 1998-03-24
ESP9800633 1998-03-24
ESP9801901 1998-09-08
ES9801901 1998-09-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999049704A1 true WO1999049704A1 (es) 1999-09-30

Family

ID=26155137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES1999/000076 WO1999049704A1 (es) 1998-03-24 1999-03-24 Balasto multicarga para lamparas fluorescentes de ultravioleta

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO1999049704A1 (es)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2169662A1 (es) * 2000-05-08 2002-07-01 Sunshower Espana S L Balasto multicarga para radiacion electromagnetica con cableado simplificado.
WO2003009652A1 (es) * 2001-07-13 2003-01-30 Sunshower España, S.L. Balasto multicarga para radiación electromagnetica con cableado simplificado

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4888526A (en) * 1985-05-06 1989-12-19 Nilssen Ole K Operating system for sun tanning apparatus
US5021717A (en) * 1989-10-02 1991-06-04 Nilssen Ole K Operating system for multiple fluorescent lamps
GB2261332A (en) * 1991-11-06 1993-05-12 Horizon Fabrications Ltd Driving circuits for discharge devices
EP0618753A2 (en) * 1993-03-29 1994-10-05 Ultra-Lum, Inc. Electronic ballast for transilluminators and crosslinkers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4888526A (en) * 1985-05-06 1989-12-19 Nilssen Ole K Operating system for sun tanning apparatus
US5021717A (en) * 1989-10-02 1991-06-04 Nilssen Ole K Operating system for multiple fluorescent lamps
GB2261332A (en) * 1991-11-06 1993-05-12 Horizon Fabrications Ltd Driving circuits for discharge devices
EP0618753A2 (en) * 1993-03-29 1994-10-05 Ultra-Lum, Inc. Electronic ballast for transilluminators and crosslinkers

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, & JP 10032983 A (TOSHIBA FA SYST ENG; TOSHIBA CORP CHIYODA KOHAN) 03-02-1998. *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN; & JP 07106088 A (ORIGIN ELECTRIC CO; IWASAKI ELECTRIC CO.) 21-04-1995. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2169662A1 (es) * 2000-05-08 2002-07-01 Sunshower Espana S L Balasto multicarga para radiacion electromagnetica con cableado simplificado.
WO2003009652A1 (es) * 2001-07-13 2003-01-30 Sunshower España, S.L. Balasto multicarga para radiación electromagnetica con cableado simplificado

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5654609A (en) Gas discharge lamp and power distribution system therefor
CN102884374B (zh) 用于驱动dc供电的照明设备的装置或电路
TWI586216B (zh) 照明系統之改良
US5512801A (en) Ballast for instant-start parallel-connected lamps
US7235932B2 (en) High efficiency ballast for gas discharge lamps
US5469028A (en) Electronic ballast drawing sinusoidal line current
EP1327382B1 (en) A system and method for employing pulse width modulation for reducing vertical segregation in a gas discharge lamp
US20050104539A1 (en) High frequency electronic ballast with sine wave oscillator
US7514878B2 (en) High frequency electronic ballast with sine wave oscillator
GB2375444A (en) Improved lamp colour control for dimmed high intensity discharge lamps
WO1999049704A1 (es) Balasto multicarga para lamparas fluorescentes de ultravioleta
ES2945645T3 (es) Controlador de LED para sistemas de iluminación LED para reemplazar una lámpara de descarga de alta intensidad
US5426349A (en) Electronic ballast with two-transistor switching device
WO2003009652A1 (es) Balasto multicarga para radiación electromagnetica con cableado simplificado
ES2260167T3 (es) Dispositivo y procedimiento para el funcionamiento polifase de una lampara de descarga gaseosa.
CN215499640U (zh) 一种lrc滤波电路以及电子镇流器
CN101558692A (zh) 用于驱动气体放电灯的方法和装置
CN207911109U (zh) 用于激光焊接机控制电源的氙灯预燃电路
ES2203554T3 (es) Disp0sitivo de alimentacion de una lampara de descarga.
MX2011004079A (es) Circuito de factor de alta energia de etapa individual de tamaño compacto de bajo costo para lamparas de descarga.
CN1973582A (zh) 气体放电灯驱动方法
WO2003019992A1 (en) High frequency electronic ballast
US4929873A (en) Luminaire system
CN101553068B (zh) 简单可控时序脉冲式点火电路的控制方法及控制装置
CN1802062B (zh) 高强度气体放电灯电子镇流器

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase