RU2068157C1

RU2068157C1 - Electric-spark lighter

Info

Publication number: RU2068157C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Темнов; В.П. Бушланов
Original assignee: Кооперативный центр перспективных исследований и применений "Инжиниринг"
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1991-10-22
Publication date: 1996-10-20

Abstract

FIELD: domestic appliances; lighting of gas stoves. SUBSTANCE: electric-spark lighter has charging rectifier whose output is connected to energy storage capacitor and power input of driven oscillator with closed input in no-load condition controlled by hand-operated switching element. Oscillator output is connected to primary winding of step-up transformer whose secondary winding is connected to electrodes of electric spark gap. Two examples illustrate lighters in which pulse oscillator is assembled in simple circuit incorporating only two component: three-pole switch and additional capacitor. EFFECT: simplified design. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для поджигания газа, преимущественно в быту, общепризнанным достоинством электроискровых бытовых зажигалок является их эргономичность, экологичность, эстетичность и безопасность в употреблении. The invention relates to devices for igniting gas, mainly in everyday life, the universally recognized advantage of electric spark household lighters is their ergonomics, environmental friendliness, aesthetics and safety in use.

Известны пьезоэлектрические зажигалки, в которых высоковольтным источником, инициирующим разряд, является пьезокристалл, возбуждаемый вручную с помощью ударного или рычажного механизма [1]
Недостатком такого устройства является его сравнительно низкая надежность в работе, т.к. чрезвычайно высокое внутреннее сопротивление пьезокристалла не позволяет получить достаточно большой ток и, соответственно, температуру электрической искры. Кроме того, пьезокристалл весьма быстро разрушается от огромных деформирующих его нагрузок.Piezoelectric lighters are known in which the high-voltage source initiating the discharge is a piezocrystal, manually excited by means of a shock or lever mechanism [1]
The disadvantage of this device is its relatively low reliability, because the extremely high internal resistance of the piezocrystal does not allow to obtain a sufficiently large current and, accordingly, the temperature of the electric spark. In addition, the piezocrystal is very quickly destroyed by the huge deforming loads.

Упомянутые недостатки отсутствуют в зажигалке, содержащей электромагнит и электроконтактный прерыватель, соединенные между собой по схеме звонка (т. е. последовательно). Здесь контакты прерывателя выполняют функцию электроисковых электродов [2]
Недостатком данной зажигалки является необходимость в постоянной электрической связи по соединительному шнуру с питающей сетью. Это и неудобно и небезопасно. Кроме того, подвижный электрод прерывателя быстро обгорает и часто заклинивает или залипает. Это обуславливает низкую надежность и долговечность известной зажигалки.The aforementioned drawbacks are absent in a lighter containing an electromagnet and an electrical contact breaker, interconnected by a ringer pattern (i.e., in series). Here, the contacts of the chopper perform the function of electroisk electrodes [2]
The disadvantage of this lighter is the need for constant electrical communication through the connecting cord to the mains. It is both inconvenient and unsafe. In addition, the moving electrode of the chopper quickly burns out and often wedges or sticks. This leads to low reliability and durability of the known lighter.

Наиболее близким устройством к предложенному (прототипом) является электронная электроискровая зажигалка, которая содержит низковольтный, гальванический источник питания (в частности, аккумулятор с зарядным выпрямителем), который через ручной коммутирующий элемент (двухполюсный выключатель) подключен к электронному генератору переменного напряжения, нагруженного на выпрямитель через повышающий трансформатор. В свою очередь, этот выпрямитель нагружен накопительным (интегрирующим) конденсатором и вторым генератором переменного напряжения, к выходу которого подключен второй повышающий трансформатор. Ко вторичной обмотке второго трансформатора подключены электроискровые электроды, необходимые для воспламенения газа [3]
К значительным недостаткам прототипа следует отнести сравнительную сложность его конструкции, большие габариты и стоимость устройства, а также низкую экономичность, точнее, необходимость в эксплуатационных расходах. Сложность и громоздкость конструкции обусловлены применением гальванических элементов в качестве источника энергии и необходимостью применения двойного преобразования постоянного напряжения в переменное.The closest device to the proposed (prototype) is an electronic spark lighter, which contains a low-voltage, galvanic power source (in particular, a battery with a charging rectifier), which is connected through a manual switching element (two-pole switch) to an electronic alternating voltage generator loaded on the rectifier through step-up transformer. In turn, this rectifier is loaded with a storage (integrating) capacitor and a second alternating voltage generator, to the output of which a second step-up transformer is connected. To the secondary winding of the second transformer are connected electrospark electrodes necessary for ignition of the gas [3]
Significant disadvantages of the prototype include the comparative complexity of its design, the large size and cost of the device, as well as low efficiency, more precisely, the need for operating costs. The complexity and cumbersome design are due to the use of galvanic cells as an energy source and the need to use double conversion of direct voltage to alternating voltage.

Кроме того, спектр генерируемых частот смещен в сторону низких частот. Даже у тиристорного преобразователя у генерируемых импульсов фронты неизбежно получаются затянутыми. Все это обусловливает необходимость применения низкочастотного, а значит, и более громоздкого повышающего трансформатора. Значительная элементная избыточность кроме сложности и громоздкости конструкции обуславливает и сравнительно высокую стоимость изделия. Но самым значительным недостатком конструкции прототипа является необходимость в применении громоздких, дефицитных, а теперь и дорогих гальванических элементов, которые необходимо часто заменять, даже если использованы аккумулиpующие элементы. Это связано с тем, что в течение всего периода нажатия пусковой кнопки (коммутирующего элемента) оба генератора и электроискровые электроды непрерывно потребляют энергию, т. к. они непрерывно генерируют переменное напряжение. Для воспламенения же газа достаточно всего одного импульса практически любой длительности, лишь бы этот импульс ионизировал газ и обеспечил электрический пробой газа, наблюдаемый как искра. In addition, the spectrum of the generated frequencies is biased towards low frequencies. Even for a thyristor converter, for generated pulses, the fronts inevitably turn out to be protracted. All this makes it necessary to use a low-frequency, and therefore more bulky step-up transformer. Significant elemental redundancy, in addition to the complexity and bulkiness of the design, determines the relatively high cost of the product. But the most significant drawback of the prototype design is the need for bulky, scarce, and now expensive galvanic cells, which often need to be replaced, even if storage cells are used. This is due to the fact that during the entire period of pressing the start button (switching element), both generators and spark electrodes continuously consume energy, because they continuously generate alternating voltage. To ignite the gas, only one pulse of practically any duration is sufficient, if only this pulse ionizes the gas and provides an electrical breakdown of the gas, observed as a spark.

Целью изобретения является устранение упомянутых недостатков, а именно: упрощение устройства, уменьшение его габаритов и себестоимости, а также исключение эксплуатационных затрат, связанных с заменой элементов питания. The aim of the invention is to eliminate the aforementioned disadvantages, namely: simplifying the device, reducing its size and cost, as well as eliminating operating costs associated with the replacement of batteries.

Поставленная цель достигается тем, что известная электроискровая зажигалка, содержащая корпус, ручной коммутирующий элемент, выпрямитель переменного напряжения в постоянное, к выходу которого подключены накопительный конденсатор, соединенный через генератор с первичной обмоткой повышающего трансформатора, и общую шину, соединенную с выходом выпрямителя, с одной из обкладок конденсатора, с питающим входом и выходом генератора и с первичной обмоткой трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключены электроискровые электроды, содержит вилку питания со штекерами, причем штекеры вилки закреплены в корпусе и непосредственно соединены со входом выпрямителя, а ручной коммутирующий элемент введен в питающий вход генератора. This goal is achieved by the fact that the well-known electric spark lighter containing a housing, a manual switching element, an alternating voltage rectifier into a constant voltage, to the output of which is connected a storage capacitor connected through a generator to the primary winding of a step-up transformer, and a common bus connected to the output of the rectifier, with one from capacitor plates, with a supply input and output of a generator and with a primary winding of a transformer, to the secondary winding of which electrospark electrodes are connected, with will contain a power plug with plugs, with the plugs of the plugs fixed in the housing and directly connected to the input of the rectifier, and a manual switching element inserted into the power input of the generator.

Следующее отличие заключается в том, что коммутирующий элемент выполнен в виде трехполосного переключателя, в генератор введен дозирующий конденсатор, одна из обкладок которого подсоединена к общей шине, а другая к подвижному контакту трехполюсного переключателя, первый подвижный контакт которого подсоединен к выходу выпрямителя, а второй к первичной обмотке трансформатора. The next difference is that the switching element is made in the form of a three-way switch, a metering capacitor is introduced into the generator, one of the plates of which is connected to the common bus, and the other to the movable contact of the three-pole switch, the first movable contact of which is connected to the output of the rectifier, and the second to transformer primary winding.

Другое отличие заключается в том, что коммутирующий элемент выполнен в виде трехполюсного переключателя, в генератор введен дозирующий конденсатор, одна из обкладок которого подсоединена к первичной обмотке трансформатора, другая обкладка к подвижному контакту трехполюсного переключателя, первый подвижный контакт которого подсоединен к выходу выпрямителя, а второй к общей шине. Another difference is that the switching element is made in the form of a three-pole switch, a metering capacitor is introduced into the generator, one of the plates of which is connected to the primary winding of the transformer, the other plate to the movable contact of the three-pole switch, the first movable contact of which is connected to the output of the rectifier, and the second to the common bus.

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображена обобщенная функциональная электрическая схема зажигалки. In FIG. 1 shows a generalized functional electrical diagram of a lighter.

На фиг. 2 изображен первый пример выполнения зажигалки. In FIG. 2 shows a first embodiment of a lighter.

На фиг. 3 изображен второй пример выполнения зажигалки. In FIG. 3 shows a second embodiment of a lighter.

На фиг. 4 представлен пример конструктивной схемы зажигалки. In FIG. 4 presents an example of a structural circuit of a lighter.

Электроискровая зажигалка включает в себя следующие основные узлы (фиг. 1): выпрямитель 1, представляющий собой фактически преобразователь переменного напряжения в постоянное, накопительный конденсатор 2, генератор одиночного импульса 3, обеспечивающий преобразование постоянного напряжения в одиночный импульс электрического тока при изменении состояния коммутирующего элемента П вручную, повышающий трансформатор 4, электроискровой разрядник 5, который в простейшем случае представляет собой пару электроискровых электродов 6 и 7. An electric spark lighter includes the following main components (Fig. 1): a rectifier 1, which is actually an AC to DC converter, a storage capacitor 2, a single pulse generator 3, which converts DC voltage to a single pulse of electric current when the state of the switching element P changes manually raising the transformer 4, spark spark gap 5, which in the simplest case is a pair of spark electrodes 6 and 7.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Переменное напряжение питающей сети через вилку В подается к выпрямителю 1 и преобразуется им в постоянное пульсирующее напряжение. Это пульсирующее напряжение заряжает накопительный конденсатор 2 до амплитудного значения питающего напряжения. При изменении состояния ручного коммутатора П (с помощью его кнопки, рычажка и т.п.) генератор 3 возбуждается. При этом генерируются импульсы тока (напряжения) на его питающем входе и выходе. В общем случае несущественно, одновременно или поочередно происходит генерирование импульса тока на входе и выходе при изменении состояния переключателя П. Выходной импульс генератора 3 усиливается импульсным повышающим трансформатором 4 до значения напряжения, при котором происходит искровой пробой газа в промежутке между электродами 6, 7 электроискрового разрядника 5. В результате происходит требуемое воспламенение газа. An alternating voltage of the supply network through the plug B is supplied to the rectifier 1 and converted by it into a constant pulsating voltage. This ripple voltage charges the storage capacitor 2 to the amplitude value of the supply voltage. When the state of the manual switch P changes (using its button, lever, etc.), the generator 3 is excited. In this case, current (voltage) pulses are generated at its supply input and output. In the general case, it is immaterial whether a current pulse is input or output simultaneously or alternately when the state of switch P. 5. The result is the required ignition of the gas.

Особенностью устройства является то, что в нем впервые конденсатор выполняют функцию аккумулятора электрической энергии в зажигалке. Это стало возможным благодаря выполнению генератора 3 в виде генератора одиночного импульса тока на входе. И что особенно важно, значение питающего генератора 3 тока в холостом режиме должно быть равным нулю /или быть несущественным/, т. е. генератор 3 должен быть закрытым по питающему входу в холостом режиме и открытым лишь (по команде от переключателя П) на заданный период времени. При таком выполнении генератора 3 заряда конденсатора 2 сравнительно небольшой емкости (50 200 мкФ) до напряжения 220 В хватает на десятки и сотни срабатываний зажигалки в течение десятков часов, что вполне достаточно для практики. Этому способствует также и то, что выпрямитель 1 выполнен однополупериодным (фиг. 3, 4), который не нагружает конденсатор 2 своим выходом. A feature of the device is that for the first time in it, a capacitor performs the function of an electric energy accumulator in a lighter. This was made possible thanks to the implementation of the generator 3 in the form of a generator of a single current pulse at the input. And what is especially important, the value of the supply current generator 3 in the idle mode should be equal to zero / or insignificant /, i.e., the generator 3 should be closed at the power input in the idle mode and open only (by a command from switch П) for a given period of time. With this embodiment, the generator 3 charges a capacitor 2 of a relatively small capacity (50 200 μF) up to a voltage of 220 V, enough for tens and hundreds of lighter detonations for tens of hours, which is quite enough for practice. This also contributes to the fact that the rectifier 1 is made half-wave (Fig. 3, 4), which does not load the capacitor 2 with its output.

С точки зрения предъявленных требований к устройству в холостом режиме находится и аналитическое соотношение между выходным сопротивлением выпрямителя 1, входным сопротивлением генератора 3 и внутренним сопротивлением конденсатора 2. Оно находится решением системы уравнений
To Cи Rc период саморазряда конденсатора Си без подключения к нему внешней нагрузки,
Tн Cи Rc

Rн период саморазряда конденсатора в схеме зажигалки, где Rн эквивалентное сопротивление нагрузки конденсатора Cи,
Rн Rв

Rг,
Тн > kTo, где k минимальная доля периода То, которая необходима, чтобы без дискомфорта можно было бы успеть поджечь газ зажигалкой после отключения ее от питающей сети.From the point of view of the presented requirements for the device, the analytical relationship between the output resistance of the rectifier 1, the input resistance of the generator 3 and the internal resistance of the capacitor 2 is also found in idle mode. It is found by solving the system of equations
To C and Rc, the self-discharge period of the capacitor C is without connecting an external load to it,
T C C Rc

Rн is the period of the self-discharge of the capacitor in the lighter circuit, where Rн is the equivalent load resistance of the capacitor Ci,
Rн Rв

Rg
Tn> kTo, where k is the minimum fraction of the period That is necessary so that without discomfort one could have time to set fire to the gas with a lighter after disconnecting it from the mains.

Решением будет неравенство:

Данное неравенство является альтернативным существенным признаком изобретения.The solution is inequality:

This inequality is an alternative significant feature of the invention.

Например, если задать упомянутую минимальную долю периода равной k≥1 мин/10 час 0,002, то эквивалентное сопротивление Rн должно быть равным Rн≥0,002 Rc. For example, if you specify the mentioned minimum fraction of the period equal to k≥1 min / 10 hours 0,002, then the equivalent resistance Rn should be equal to Rn≥0,002 Rc.

Идеально удовлетворяют вышеизложенным требованиям примеры выполнения выпрямителя 1 и генератора 3, представленные на фиг. 2, 3. При этом конструкция зажигалки получается предельно простой и надежной. Examples of the execution of the rectifier 1 and generator 3 shown in FIG. 2, 3. At the same time, the design of the lighter is extremely simple and reliable.

В обоих примерах генератор 3 представляет собой трехполюсный переключатель В, к подвижному контакту которого подключен первый вывод дозирующего конденсатора 9. При этом переключатель 8 выполнен контактным и, в общем случае, обеспечивает возможность подключения дозирующего конденсатора 9 поочередно к выходу и ко входу генератора 3 и наоборот. Для практики удобнее, если конденсатор 9 переключается при нажатии на кнопку коммутатора 8 со входа генерирующего четырехполюсника 3 на его выход, т.к. при этом искра образуется уже при первом нажатии на кнопку. In both examples, the generator 3 is a three-pole switch B, to the movable contact of which the first output of the metering capacitor is connected 9. The switch 8 is made contact and, in general, provides the ability to connect the metering capacitor 9 in turn to the output and input of the generator 3 and vice versa . For practice, it is more convenient if the capacitor 9 switches when the button of the switch 8 is pressed from the input of the generating four-terminal 3 to its output, because in this case, a spark is formed already at the first press of a button.

В частном первом примере выполнения устройства вход генератора 3 образуют один из неподвижных контактов переключателя и второй свободный вывод конденсатора 9. Выход генератора 3 образуют другой неподвижный контакт переключателя 8 и тот же второй вывод конденсатора 9 (см. фиг. 2). In a particular first embodiment of the device, the input of the generator 3 forms one of the fixed contacts of the switch and the second free terminal of the capacitor 9. The output of the generator 3 forms another fixed contact of the switch 8 and the same second terminal of the capacitor 9 (see Fig. 2).

Во втором примере выполнения зажигалки (фиг. 3) вход генератора образуют два неподвижных контакта переключателя 8, а выход генератора 3 расположен между одним из неподвижных контактов переключателя 8 и вторым выводом дозирующего конденсатора 9. In the second example of a lighter (Fig. 3), the generator input is formed by two fixed contacts of the switch 8, and the output of the generator 3 is located between one of the fixed contacts of the switch 8 and the second output of the metering capacitor 9.

Указания на вход и выход рассмотренных конструкций генератора 3 условны, т.к. они взаимозаменяемы. Indications of entry and exit of the considered constructions of generator 3 are conditional, since they are interchangeable.

Однополупериодный выпрямитель 1 представляет собой на практике диод Д, соединенный последовательно с токоограничительным резистором R1. Через эту сборку одна из фаз питающей сети подключена к конденсатору 2. Другая фаза сети напрямую или через второй токоограничительный резистор R2 подключена к другому выводу конденсатора 2. Данный выпрямитель 1 совершенно не нагружает и не разряжает через себя конденсатор 2. A half-wave rectifier 1 is in practice a diode D connected in series with a current-limiting resistor R1. Through this assembly, one of the phases of the supply network is connected to the capacitor 2. The other phase of the network is connected directly or through a second current-limiting resistor R2 to the other terminal of the capacitor 2. This rectifier 1 does not load or discharge the capacitor 2 through itself.

Особенностью предложенной конструкции является то, что автономный источник питания, каковым является конденсатор 2, заряжается до напряжения, равного сравнительно высокому напряжению сети, а контактный генератор 3 практически без потерь передает потенциал в виде импульса со входа на свой выход без усилителей. A feature of the proposed design is that an autonomous power source, which is a capacitor 2, is charged to a voltage equal to a relatively high network voltage, and the contact generator 3 transmits a potential in the form of a pulse from the input to its output without amplifiers without any losses.

Переносчиком дозы энергии от накопительного (аккумулирующего) конденсатора 2 к трансформатору 4 является, собственно, дозирующий конденсатор 9. Дозирование энергии осуществляется заданием соотношения емкостей конденсаторов 2 и 9. Практически количество искр, образуемых зажигалкой, равно отношению емкостей Cи и Cд. Так экспериментальный образец зажигалки обеспечивает, например, 130 140 искр при Си 150 мкФ, Сд 1 мкФ. The carrier of the dose of energy from the storage (storage) capacitor 2 to the transformer 4 is, in fact, the metering capacitor 9. The dosing of energy is carried out by setting the ratio of the capacities of the capacitors 2 and 9. In practice, the number of sparks generated by the lighter is equal to the ratio of the capacities C and Cd. So an experimental sample of a lighter provides, for example, 130,140 sparks at Cu 150 μF, Cd 1 μF.

На фиг. 4 изображен пример конструктивной схемы электроискровой зажигалки. In FIG. 4 shows an example of a structural diagram of an electric spark lighter.

Элементы и узлы 1 4 и 8, 9 расположены в цилиндрическом корпусе 10 с крышкой 11. Под крышкой 11 в теле корпуса 10 жестко закреплены штекеры 12, 13 вилки В. С другой стороны корпуса 10 закреплена аналогично трубка 14. На ее конце внутри установлен изолятор 15. На этом изоляторе установлен один из электродов, например, 6. Другим электродом 7 электроискрового разрядника 5 является сама металлическая трубка 14. Для исключения случайных ударов высоким напряжением изолятор 15 с электродом 5 находится на некотором расстоянии от конца трубки 14 (например, на расстоянии одного трех диаметров трубки 14). При этом для облегчения доступа поджигаемого газа к электроду 6 в трубке 14 выполнены специальные окна (прорези и т.п.) 16. Elements and units 1 4 and 8, 9 are located in a cylindrical body 10 with a cover 11. Under the cover 11 in the body of the body 10, plugs 12, 13 of the plug B are rigidly fixed. On the other side of the body 10, a tube 14 is fixed similarly. An insulator is installed at its end inside 15. One of the electrodes is installed on this insulator, for example, 6. The other electrode 7 of the spark gap 5 is the metal tube 14 itself. To prevent accidental high voltage strikes, the insulator 15 with the electrode 5 is at some distance from the end of the tube 14 (for example, at a distance one and three times the diameter of the tube 14). Moreover, to facilitate the access of the ignited gas to the electrode 6, special windows (slots, etc.) 16 are made in the tube 14.

Технико-экономический эффект от использования предложения заключается в том, что впервые в электрозажигалке удалось использовать конденсатор (например, электролитический) в качестве автономного источника энергии, который выгодно отличается от других аккумуляторов повышенным напряжением заряда (в десятки и сотни раз), большей дешевизной, простотой и надежностью, а также сроком службы. Другим следствием предложения является то, что упростилась вся конструкция электрической зажигалки по сравнению со всеми существующими несамогенерирующими, автономными электронными зажигалками. ЫЫЫ2 The technical and economic effect of using the proposal lies in the fact that for the first time in an electric lighter it was possible to use a capacitor (for example, electrolytic) as an autonomous energy source, which compares favorably with other batteries with an increased charge voltage (tens or hundreds of times), greater cheapness, simplicity and reliability as well as durability. Another consequence of the proposal is that the entire design of the electric lighter has been simplified compared to all existing non-self-generating, self-contained electronic lighters. YYY2

Claims

1. An electric spark lighter comprising a housing, a manual switching element, an alternating voltage rectifier, the output of which is connected to a storage capacitor connected through a generator to the primary winding of a step-up transformer, and a common bus connected to the output of the rectifier, from one of the capacitor plates, with a power input and the output of the generator and with the primary winding of the transformer, to the secondary winding of which electrospark electrodes are connected, characterized in that, in order to increase reliability, the electric and zharobezopasnosti, simplification and lower operating costs, it comprises a power plug with a plug, and the plug connectors are secured in the housing and connected directly to the input of the rectifier, and a manual switch element introduced into the feed inlet of the generator.

2. Lighter according to claim 1, characterized in that the switching element is made in the form of a three-pole switch, a metering capacitor is introduced into the generator, one of the plates of which is connected to a common bus, and the other to the movable contact of the three-pole switch, the first fixed contact of which is connected to the output rectifier, and the second to the primary winding of the transformer.

3. The lighter according to claim 1, characterized in that the switching element is made in the form of a three-pole switch, a metering capacitor is introduced into the generator, one of the plates of which is connected to the primary winding of the transformer, the other plate to the movable contact of the three-pole switch, the first fixed contact of which is connected to the output of the rectifier, and the second to the common bus.