СОДЕРЖАНИЕ
1. КЛАССИФИКАЦИЯСХЕМ ПРА
2. СТАРТЕРНЫЕПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП
2.1 ОДНОЛАМПОВЫЕСТАРТЕРНЫЕ ПРА
2.2 ДВУХЛАМПОВЫЕСТАРТЕРНЫЕ ПРА С РАСЩЕПЛЕННОЙ ФАЗОЙ
2.3 ТРЕБОВАНИЯК СТАРТЕРНЫМ ПРА
3. БЕССТАРТЕРНЫЕПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП
3.1 КЛАССИФИКАЦИЯБЕССТАРТЕРНЫХ ПРА
3.2 ОСНОВНЫЕСХЕМЫ БЕССТАРТЕРНЫХ ПРА
4. ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЕАППАРАТЫ ДЛЯ ЛАМП ТИПОВ ДРЛ, ДРИ И ДНаТ
5. ЭЛЕКТРОННЫЙПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЙ АППАРАТ
6. ЗАЖИГАЮЩИЕУСТРОЙСТВА ДЛЯ ЛАМП ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ СХЕМ ПРА
Пускорегулирующийаппарат—светотехническоеизделие, с помощью которого осуществляется питание разрядной лампы отэлектрической сети, обеспечивающее необходимые режимы зажигания, разгорания иработы лампы и конструктивно оформленное в виде единого аппарата или несколькихотдельных блоков.
Пускорегулирующийаппарат обеспечивает:
1)зажигание разрядной лампы, т. е. пробой межэлектродного промежутка иформирование в нем требуемого вида разряда. Указанная функция обычновыполняется зажигающим устройством, которое часто является составным элементомПРА. Для надежного зажигания лампы ПРА должен иметь определенные выходныепараметры в режиме холостого хода, т. е. в режиме работы схемы включения при негорящей лампе. К ним относятся форма, значение напряжения, подаваемого наэлектроды лампы в период ее пуска, а при необходимости значение токапредварительного подогрева электродов и др.;
2)разгорание разрядной лампы, т. е. процесс установления рабочих параметров лампыпосле ее зажигания. Продолжительность разгорания лампы, а также характеризменения тока в ней в течение этого процесса зависят не только от газовогонаполнения лампы и соотношения температур ее колбы в холодном и рабочемсостоянии, но и от типа и параметров ПРА [1.1];
3) устойчивость режимаработы разрядной лампы в контуре, заключающуюся в способности контураавтоматически восстанавливать исходное значение тока при его флюктуационныхизменениях. Наличие данной функции у ПРА, которая выполняется с помощьютокоограничивающих элементов (стабилизаторов тока), связано со спецификойстатических вольт-амперных характеристик ламп (ВАХ). Обеспечить устойчивыйрежим работы от источника напряжения без токоограничивающих элементов-балластовпринципиально невозможно для разрядных ламп, имеющих падающие ВАХ.
Для ламп с возрастающимиВАХ устойчивая работа от сети возможна и без балласта. Однако при малом наклонехарактеристики это не всегда экономически целесообразно из-за низкойстабильности комплекта лампа — ПРА.
/>
Рисунок1. Обобщённая структурная схема однолампового ПРА: ВИП- вторичный источникпитания; СТ — стабилизатор; ЗУ — зажигающее устройство.
Помимоэлементов ПРА, выполняющих функции, в схему аппарата может, входит и вторичный источникпитания. Обобщенная структурная схема однолампового ПРА показана на рис. 1.
Кромеосновных функций ПРА может подавлять радио — помехи, создаваемые лампой,снижать пульсации её светового потока, обеспечивать высокий коэффициентмощности схемы др. С учетом общеинженерных и экономически соображений к ПРАпредъявляется также ряд дополнительных требований. Они заключаются в том, чтоаппарат должен обладать минимальными собственными потерями, массой игабаритными размерами, иметь невысокую стоимость, быть надежным, долговечным,обеспечивать минимальные эксплуатационные расходы, не создавать заметногоакустического шума и т.д. Совокупность этих требований является противоречивойи поэтому имеется много схем ПРА, в которых наилучшим образом выполняются лишьнекоторые из них.
Классификациясхем ПРА может быть проведена по различным признакам: по типутокоограничивающего элемента, по условиям зажигания и работы лампы [1.1], потипу источника питания, по количеству ламп и т. д. Для целей анализа цепей ПРАнаиболее удобна классификация по типу токоограничивающего элемента, посколькуэто во многом определяет метод анализа. В соответствии с такой классификацией(рис. 2) все ПРА можно разделить на три основные группы: электромагнитные,полупроводниковые, комбинированные. К отдельной, четвертой, группе целесообразноотнести ПРА без токоограничивающего элемента для специальных так называемых безбалластных ламп.
Впервуюгруппу (электромагнитные ПРА) входят аппараты с реактивными и активнымитокоограничивающими элементами (балластами) и их комбинациями, причем восновном силовом контуре этих ПРА находятся только токоограничивающие элементы.Источником питания является сеть промышленной или повышенной частоты. В этугруппу входят такие традиционные аппараты, как индуктивный ииндуктивно-емкостный ПРА, аппараты с трансформатором и автотрансформатором сбольшим внутренним сопротивлением.
/>
Рисунок2. Классификация ПРА для разрядных ламп по типу токоограничивающего элемента.
ТакиеПРА могут быть со стартёрным или бесстартёрным зажиганием, иметь цепи дляпредварительного подогрева электродов люминесцентных ламп или цепи мгновенного перезажиганияламп высокого давления типов ДРЛ, ДРИ и т. д. (см., например, рис. 3).
Аппаратыс резистивными балластами применяются при подключении разрядных ламп к сетипостоянного тока или промышленной частоты. В резистивных аппаратах может бытьиспользован балластный резистор или нелинейный резистор (вольфрамовая спиральлампы накаливания). Резистивные
/>
Рисунок3. Обобщенная структурная схема стартерного ПРА и бесстартерного ПРА снакальным трансформатором.
аппаратыне получили широкого распространения из-за низкого КПД. Однако в последнеевремя для компактных люминесцентных ламп бытового назначения в ряде страннаходят применение емкостно-резистивные балласты, в которых указанный вышеосновной недостаток ПРА резистивного типа в известной степени нивелирован.
Вполупроводниковых ПРА (вторая группа) стабилизация тока лампы осуществляется спомощью полупроводниковых приборов, обычно транзисторов. На рис. 4 приведенасхема полупроводникового ПРА, в котором транзистор используется в качественелинейного сопротивления. Схема удовлетворительно работает на постоянном токепри незначительных колебаниях напряжения источника питания. На переменном токесхемы нелинейных полупроводниковых ПРА обладают большими собственными потерями.
/>
Рисунок4. Схема нелинейного
/>
Рисунок5. Схема импульсного полупроводникового ПРА. />полупроводниковогоПРА.
Нарис. 5 дана схема импульсного полупроводникового ПРА. Приведенная схема носитназвание динамического балласта. В динамическом балласте транзистор работает врежиме ключа, и стабилизация тока лампы осуществляется с использованиеминерционных свойств плазмы газового разряда. На рис. 6, а показана форманапряжения на разрядной лампе. При открытом транзисторе (0≤t≤Tи)напряжение на лампе приблизительно равно напряжению источника питания (Uл≈Uп).Призакрытом транзисторе (Tи
/>/>
Рисунок6. Осциллограммы напряжения на лампе (а) и тока лампы (б) в схеме импульсногополупроводникового ПРА.
Втретьей группе (комбинированные ПРА) стабилизация тока лампы осуществляется с помощью,как реактивных элементов, так и полупроводниковых приборов. В ПРА этой группы вкачестве балластов используются дроссели, конденсаторы, транзисторы, тиристорыи другие полупроводниковые приборы. В группе существует большое количестворазнообразных схем. Целесообразно рассмотреть следующие из них: свысокочастотным (ВЧ) генератором, емкостно-полупроводниковые,индуктивно-полупроводниковые и схемы с преобразованием частоты.
Всесхемы с ВЧ генератором построены практически по единой схеме (рис. 7). Питаниелампы осуществляется от двух источников питания: силового через Балласт 1 и повышеннойчастоты через Балласт 2. На рис. 8 приведен вариант схемы при использованиидросселя Др в качестве низкочастотного балласта и конденсатора С вкачестве высокочастотного. Такая схема нашла применение в светорегуляторах, приработе ламп в условиях пониженного напряжения питания, а также для сниженияпульсации светового потока ламп.
/>
Рисунок7. Обобщенная структурная схема комбинированного ПРА с ВЧ генератором.
Нарис. 9 показана схема комбинированного импульсного ПРА с двумя источникамипитания. Для поддержания разряда в лампе через Балласт 2 поступают ионизирующиеимпульсы тока.
/>
Рисунок8. Схема комбинированного ПРА с ВЧ генератором и индуктивным балластом.
Нарис. 10, а и б показаны формы напряжения и тока лампы. Во время импульса (0≤t≤Tи)ток лампы поддерживается постоянным (iл≈i2=conts),и за счет ионизации положительного столба разряда сопротивление лампы инапряжение на ней уменьшаются. В интервале Ти
/>
Рисунок9. Схема комбинированного ПРА с двумя источниками питания.
/>/>
Рисунок10. Осциллограммы напряжения на лампе (а) и тока лампы (б) в комбинированномимпульсном ПРА.
Всилу того что напряжение питания меньше напряжения горения разряда, происходитдеионизация плазмы столба разряда, и ток постепенно уменьшается до Imin.Затемподается импульс тока i2,ивсе процессы повторяются.
Нарис. 11 и 12 приведены схемы комбинированных емкостно-полупроводникового ииндуктивно-полупроводникового ПРА. В схеме рис. 11 основное падение напряженияпроисходит на балластном конденсаторе С, что снижает напряжение настабилизирующем транзисторе VTитем самым повышает КПД схемы. В схеме рис. 12 симметричный тиристор VSшунтируетвспомогательный дроссель Др2, что обеспечивает повышениестабильности работы лампы и КПД схемы.
/>
Рисунок11. Схема комбинированного емкостно-полупроводникового ПРА.
/>
Рисунок12. Схема комбинированного индуктивно-полупроводникового ПРА (СУ-схемауправления)
Нарис. 13 показана широко распространенная схема комбинированного резонансногоПРА с преобразователем частоты. Схемы с преобразователем обеспечивают питаниелампы током повышенной частоты (20 /> 50 кГц), приэтом повышается световая отдача ламп, снижаются размеры балластных дросселей иконденсаторов.
/>
Рисунок13.Схема комбинированного резонансного ПРА спреобразователем частоты. (ПЧ-преобразователь частоты)
2. СТАРТЕРНЫЕ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЕ АППАРАТЫ ДЛЯЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП
2.1ОДНОЛАМПОВЫЕ СТАРТЕРНЫЕ ПРА
СтартернымПРА называют аппарат, в котором зажигание ЛЛ с предварительно нагретымиэлектродами осуществляется с помощью стартера с размыкающимися контактами.Собственно стартерный ПРА состоит из балластного сопротивления (индуктивногоили индуктивно-емкостного) и иногда компенсирующего конденсатора и другихэлементов. Схема стартерного ПРА с индуктивным балластом приведена на рис. 14, а,а с индуктивно-емкостным — на рис. 14, б. Процесс зажигания ламп в обеих схемаходинаков. Пусковой ток лампы определяется полным сопротивлением балласта иэлектродов, а рабочий ток — полным сопротивлением балласта и сопротивлениемсамой лампы. Значение пускового тока определяется из условия обеспечениятребуемой надежности зажигания лампы и исключения, по возможности, режима еезажигания, с холодными или недостаточно нагретыми электродами. Поэтому ондолжен быть больше некоторого минимального значения. />
Рисунок14. Одноламповые стартерные ПРА: а- с индуктивным балластом; б- синдуктивно-емкостным балластом, в- ВАХ пускового режима индуктивного ииндуктивно-емкостного балластов; г-зависимость ёмкости компенсирующегоконденсатора от коэффициента мощности.
Вместес тем слишком большой пусковой ток также может приводить к снижению срокаслужбы лампы и вызывать недопустимое превышение температуры обмоток дросселя врежиме с залипшим стартером. Это требование определяется для стартерных ПРА какдопустимая кратность пускового тока. В настоящее время кратность пускового токаКп=0,9÷2 номинального тока лампы.
Виндуктивно-емкостных балластах дроссель включен последовательно с балластнымконденсатором. На рис. 14, в приведена ВАХ дросселя 1 и последовательносоединенных дросселя и балластного конденсатора 2. Из рис. 14, в видно, что прииндуктивно-емкостном балласте ВАХ отклоняется влево. Это означает, что впусковом режиме ток лампы, включенной с индуктивным балластом, больше, чем синдуктивно-емкостным, и надежность зажигания и срок службы лампы в схеме синдуктивно-емкостным балластом ниже, чем с индуктивным.
Дляувеличения пускового тока в индуктивно-емкостных схемах применяют дроссель сдополнительной обмоткой, которую включают в цепь стартера, как это показано нарис. 14, б. При этом ВАХ балласта перемещается вправо (кривая 2 на рис. 14, в).
Использованиев индуктивных и индуктивно-емкостных схемах единого унифицированного балласта(без пусковой обмотки) связано с выбором емкости балластного конденсатора иполем его допуска. При этом путем использования конденсаторов с малымиотклонениями емкости можно добиться увеличения пускового тока индуктивно-емкостнойветви до значения пускового тока индуктивной ветви. В частности, при примененииконденсаторов с допуском ±4 % возможно использование дросселя без пусковойобмотки. Однако при этом существенно повышаются требования к точности настройкидросселей.
Значениепускового тока может быть в некоторых пределах изменено путем настройкидросселя, о чем будет сказано ниже.
Применениев светильниках одноламповых стартерных ПРА с низким коэффициентом мощностивызывает увеличение реактивного тока, потребляемого из сети, перегрузку сети идополнительные потери мощности в ней. Так, снижение значения cosфс 1 до 0,5 увеличивает потребляемый из сети ток в 2 раза, а потери мощности в 4раза.
Какбыло отмечено, коэффициент мощности лампы с дросселем всегда меньше единицы.Компенсировать индуктивный ток можно с помощью конденсатора, включенногопараллельно напряжению сети. Такой конденсатор называют компенсирующим. На рис.14, г показана зависимость емкости компенсирующего конденсатора Скот соsфк, которыймы хотим получить при значениях cosфoдля некомпенсированной ПРА, равных 0,3 (кривая 1) и 0,5 (кривая 2). Например,для повышения cosф с 0,3 до 0,85необходимо включение компенсирующего конденсатора емкостью Cк1.В этом случае cosф носит индуктивныйхарактер, т. е. потребляемый из сети ток отстает по фазе от напряжения сети.Если емкость конденсатора будет увеличена до СК2, то при cosф= 0,85 он будет иметь емкостный характер. На практике схемы с емкостным токомне используют из-за необходимости увеличения емкости конденсаторов.
Компенсацияреактивного тока включением на вход схемы питания лампыкомпенсирующего-конденсатора целесообразна для одноламповых светильников илисветильников с последовательным включением ламп. В двухламповых светильникахприменяют параллельное включение ламп с индуктивным и индуктивно-емкостнымбалластом.
2.2ДВУХЛАМПОВЫЕ СТАРТЕРНЫЕ ПРА С РАСЩЕПЛЕННОЙ ФАЗОЙ
Нарис. 15, а и бприведена распространенная схема стартерногодвухлампового ПРА с расщепленной фазой и показана векторная диаграмма пусковогорежима. Емкость балластного конденсатора Сбв таких схемахобычно несколько ниже (на 5-15 %) емкости компенсирующего конденсатора водноламповой индуктивной схеме к лампе той же мощности. Применяя вместо двухсхем с индуктивными балластами и компенсирующими конденсаторами одну схему срасщепленной фазой, можно сократить ёмкость балластного конденсатора не менеечем в 2 раза. Однако в этом случае балластный конденсатор, как это видно изрис. 15, б, должен иметь напряжение, превышающее напряжение сети.
Преимуществомсхем с расщепленной фазой является также снижение пульсации светового потока всветильнике Оптимальным является случай, когда коэффициент мощности каждой изцепей включения ламп равен 0,7. В этом случае угол сдвига между кривымисветовых потоков ламп составляет 90°, а коэффициент пульсации снижается в 2-4раза по сравнению с пульсацией светового потока одной лампы. Большинствостартерных схем при работе с ЛЛ имеет cosф=0,5как для индуктивной, так и для емкостной цепи. В этом случае угол сдвига междукривыми световых потоков ламп в индуктивной схеме ф1 и
/>
Рисунок15. Двухламповая схема включения ЛЛ с расщепленной фазой: а- схема ПРА; б-векторная диаграмма рабочего режима; в- диаграмма пульсации светового потока.
емкостнойф2 возрастает до 120° (рис. 15, в) и коэффициент пульсации несколько больше.Для ламп, рассчитанных на работу от напряжения 127 В и имеющих cosф≈0,3,при их включении в сеть напряжением 220 В применение двухламповых схем срасщепленной фазой не дает ощутимого эффекта по снижению пульсации световогопотока. Поэтому такие лампы включают в сеть по схеме последовательноговключения, обеспечивая снижение пульсации светового потока только длячетырехламповых светильников.
Применениедвухламповых схем последовательного включения в основном преследует две цели: создатьнаилучшие условия для ЛЛ, которые при включении в сеть с повышенным напряжениеммогут зажигаться в режиме с холодными или недогретыми электродами; повыситьэкономичность ПРА, т. е. снизить его массу, габаритные размеры, стоимость ипотери мощности. Кроме того, применяя схемы последовательного включения, можноунифицировать некоторые ПРА, что будет показано ниже.
Нарис. 16 приведена наиболее простая схема включения двух ЛЛ с двумя стартерами.Каждый из стартеров выбирается на то напряжение, для которого предназначена лампа.
/>
Рисунок16. Схема последовательного включения двух ЛЛ с двумя стартерами.
Преимуществомтакой схемы помимо её простоты является возможность использовать один и тот жедроссель для включения одной лампы или двух ламп той же суммарной мощностью. Например,дроссель к лампе мощностью 40 Вт можно применять для включения двух лампмощностью по 20 Вт. Надежность зажигания ламп в последовательных схемахповышается при шунтировании одной из ламп конденсатором небольшой емкости (0,05мкФ), что обеспечивает пробой сначала незашунтированной лампы, а затемшунтированной. Схемы последовательного включения с индуктивно-емкостнымбалластом выполняют как сочетание дросселя и последовательно включенного с нимбалластного конденсатора, а также с дросселем с дополнительной обмоткой,которая включается в цепь незашунтированного стартера. Этим достигаетсяувеличение тока подогрева лампы и повышение, как надежности зажигания, так исрока службы ламп.
Рассмотреннаясхема, как и все схемы последовательного включения, обладает тем недостатком,что включение и работа ламп взаимосвязаны. При не зажигании одной лампы незажигается и вторая, при выходе из строя одной лампы погаснет вторая. Поэтомуразработаны многочисленные схемы последовательного включения ламп, лишенные втой или иной степени этого недостатка.
2.3ТРЕБОВАНИЯ К СТАРТЕРНЫМ ПРА
Перечислимосновные требования к параметрам стартерных ПРА для ЛЛ:
1.Пусковой ток должен находиться в определенных пределах при допустимыхзначениях-сети (обычно ±10 % номинального напряжения сети) и измененияхпараметров ПРА. Для большинства ЛЛ пусковой ток должен находиться в пределах от0,9 до номинальных токов лампы.
2.Рабочий ток лампы должен находиться в определенных пределах. В ГОСТ 16809-78нормируется значение рабочего тока не непосредственно, а как отношение токаноминальнойлампы, включенной с данным стартерным ПРА и собразцовым-измерительным дросселем (ДОИ). Значение рабочего тока номинальнойлампы, включенной с данными ПРА, при номинальном напряжении сети не должнопревышать 1,15 тока этой же лампы, включенной с ДОИ на номинальное для негонапряжение. Люминесцентные лампы при их включении со стартерными ПРА имеютразброс рабочих токов в пределах 20/>30 %номинального значения.
3.Мощность лампы нормируется не непосредственно, а как отношение мощностиноминальной лампы, включенной сданным ПРА, к мощности этой же лампы,включенной с ДОИ. Стартерный ПРА должен обеспечить мощность номинальной лампы вопределенных пределах при напряжении питания, равном 0,9 и 1,1 номинальногонапряжения сети. При напряжении 0,9 номинального стартерный ПРА долженобеспечивать относительную мощность лампы не ниже 0,85, а при напряжении 1,1номинального — не выше 1,15 мощности номинальной лампы, включенной с ДОИ натакое же напряжение.
4.Коэффициент амплитуды тока лампы, работающей со стартерным ПРА, не долженпревышать 1,7.
Нормированиеперечисленных выше параметров обусловлено требованием обеспечить нормальнуюработу и срок службы ЛЛ в стартёрных схемах. Параметры стартеров для таких схемтакже должны обеспечивать максимальный срок службы ламп и надежность ихзажигания. Кроме того, ПРА должны отвечать ряду дополнительных требований,связанных с работой, сроком службы самого ПРА и экономичностью применения ЛЛ.Прежде всего, это требование к ограничению потерь мощности в ПРА.
Потеримощности в ПРА формируют как отношение активной мощности, рассеиваемой в ПРА, кмощности лампы при номинальном напряжении сети. Значение потерь мощности ПРАопределяется конструкцией, уровнем шума, массой магнитопровода, параметрамиобмотки. Потери в дросселях обратно пропорциональны габаритным размерам, чемменьше размеры дросселя, тем выше потери в них. Так, ПРА к лампам мощностью 30Вт имеет потери в пределах 23/>31, мощностью 40Вт/>18/>28, мощностью 65Вт – 20/>26 %, причемминимальные значения потерь относятся к индуктивным ПРА, а максимальные — киндуктивно-емкостным. Наличие, потерь в ПРА снижает общую световую отдачу лампплюс комплекта ПРА, т. е. чем больше потери мощности в ПРА тем больше тратитсяэлектроэнергии на создание того же светового потока.
ЭлементыПРА должны удовлетворять требованиям по электрической прочности и сопротивлениюизоляции. Эти требования часто называют параметрами элсктробезопасности, таккак они обеспечивают безопасность людей от поражения электрическим током игарантируют отсутствие коротких замыканий в ПРА, т. е. обеспечивают также пожаробезопасностиПРА.
Важнымтребованием является требование к тепловому режиму. Тепловой режим ПРАопределяется потерями мощности в обмотке и магнитопроводе, габаритнымиразмерами и условиями охлаждения. Нормирование тепловых параметров связано снеобходимостью обеспечить длительный срок службы ПРА (около 10 лет) безизменения ее электрических параметров. Тепловой режим ПРА нормируется двумязначениями — температурой нагрева обмотки и превышением температуры нагревакорпусов ПРА и конденсаторов.
Допустимуютемпературу нагрева обмотки twустанавливаютв зависимости от термостойкости изоляции обмоточного провода, но не менее чемна два класса ниже по температурной шкале. Значения twвыбираютиз того же ряда температур, что и температуру классов термостойкости, т. е.105, 120, 130°С и т. д. Таким образом, для проводов с допустимой температуройизоляции 130°С значение twнедолжно превышать 105 °С. Конструкция ПРА должна обеспечивать превышениетемпературы обмотки в номинальном рабочем режиме не выше чем 55°С длявстраиваемых аппаратов и 45°С для аппаратов независимого исполнения. Значенияпревышения температуры в аномальном, т. е. длительном, пусковом режиме недолжны превышать значений, приведенных ниже.
/>
Превышениетемпературы обмоток ПРА в рабочем режиме проверяется при номинальном напряжениисети, в аномальном — при 1,1 номинального напряжения сети.
Требованиепо ограничению содержания высших гармоник в токе лампы связано с возможностьюперегрузки нулевого провода трехфазной питающей сети токами высших гармоник,кратных трем, которые появляются в токе лампы.
Пускорегулирующийаппарат при своей работе является источником акустических шумов. Основнойпричиной шума является вибрация пластин магнитопровода под действиемэлектромагнитных сил, возникающих в магнитном поле, и магнитострикция, илиизменение размеров ферромагнитного материала при наличии магнитного поля.Уровень шума ПРА нормируют по значению звуковой мощности, создаваемой при ихвключении на напряжение сети, равное 1,1 номинального, в определенных частотныхполосах от 125 до 8000 Гц, что соответствует полосе частот, воспринимаемых ухомчеловека. Уровень шума измеряют в специальной реверберациониой камере, менееточные измерения в процессе производства ПРА производят в звукомерной камерепри условии обеспечения определенного уровня внешних акустических помех.
3. БЕССТАРТЕРНЫЕ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХЛАМП
3.1КЛАССИФИКАЦИЯ БЕССТАРТЕРНЫХ ПРА
пускорегулирующийразрядная электрическая лампа
Нарядусо стартерным ПРА для зажигания ЛЛ применение находят схемы, в которыхзажигание ламп обеспечивается за счет синусоидального напряжения безиспользования стартеров. Такие схемы принято выделять в самостоятельную группубесстартерных ПРА.
БесстартерныеПРА по конструкции значительно сложнее стартерных, имеют большие потеримощности и большие габаритные размеры, но в основном обеспечивают повышеннуюнадежность зажигания и высокий срок службы ламп. Поэтому расходы наэксплуатацию осветительных установок с бссстартерной ПРА в определенныхусловиях могут оказаться существенно ниже, чем со стартерными.
Различиесостоит в том, что в бесетартерных схемах зажигание осуществляетсясинусоидальным, питающим напряжением. В процессе зажигания ламп в бесетартерныхсхемах определяющую роль играет распространение плазменного фронта по длинетрубки от зажигающего электрода к заземленному и возникновение тлеющегоразряда. Скорость распространения фронта ионизации составляет около 103м/с и определяется скоростью нарастания напряжения, подаваемого на лампу,распределенной емкостью стенок лампы и проводимостью плазменного столба,образующегося за фронтом ионизации.
Всвязи с тем, что зажигание ЛЛ в бесстартёрных схемах осуществляетсясинусоидальным напряжением определенной амплитуды, для надежного зажигания лампбольшое значение имеют факторы, облегчающие зажигание и стабилизирующиенапряжение зажигания на определенном уровне при изменении условий окружающейсреды. Кроме предварительного нагрева электродов, существенную роль играетналичие на колбе лампы токопроводящей полосы. Особенно эффективно сказываетсяна снижении напряжения зажигания соединение полосы с одним из электродов лампы,с землей, а также подача на полосу определенного электрического потенциала.Использование в бесстартерных схемах обычных ЛЛ, предназначенных для работы встартерных схемах, снижает надежность зажигания ламп и в значительной степенилишает смысла применение бесетартерных ПРА.
БесстартерныеПРА принято делить на две группы: ПРА быстрого зажигания, в которыхосуществляются предварительный нагрев электродов ЛЛ и затем зажигание ее поддействием синусоидального напряжения источника питания (значение напряжениязажигания определяется конструкцией и условиями работы ламп), и ПРА мгновенногозажигания, в которых ЛЛ с холодными электродами зажигается при подаче на нееповышенного напряжения.
Зажиганиеламп в схемах мгновенного зажигания происходит под действием электростатическойэмиссии, что отрицательно сказывается на сроке службы электродов. Поэтому длятаких схем включения выпускаются специальные лампы с усиленными электродами.Применение обычных стартерных ЛЛ в схемах мгновенного зажигания снижает срок ихслужбы на 50/>70 %, и поэтомув нашей стране схемы мгновенного зажигания, как правило, не используют. Вдальнейшем мы рассмотрим схемы первой группы и будем относить к ним название«бесстартерные схемы».
Независимоот электрической схемы бесстартерные ПРАдолжны обеспечивать:
1)предварительный нагрев электродов лампы в пусковом режиме до температуры,интенсивной термоэлектронной эмиссии с катода и снижения напряжения зажигания;
2)подачу на лампу зажигающего напряжения, которое применительно к ПРАназываютнапряжением холостого хода. За напряжение холостого хода UххбесстартерныхПРАпринимают напряжение, которое создаёт аппарат на зажимах не горящей лампы.
3)компенсацию при необходимости напряжения предварительного нагрева электродов,т.е. снижение напряжения нагрева электродов в рабочем режиме по сравнению спусковым. Это требование обусловлено стремлением обеспечить максимальный срокслужбы ламп. В последнее время наметилась тенденция выпуска ЛЛ с триспиральнымиэлектродами с низким сопротивлением. Такие электроды требуют для своего нагреванапряжения около 3,6/>4,4В,которое при значительном запасе на катоде оксидного слоя обеспечиваетдлительный срок службы ламп даже в схемах без компенсации напряженияпредварительного нагрева электродов;
4)стабилизациюрабочего режима ламп в определенных пределах, так же как и стартерные ПРА.
БесстартерныеПРА, обеспечивающие зажигание ЛЛ с предварительным нагревом электродов,можно разделить на следующие три основные группы:
1)резонансные,в которых предварительный нагрев электродов осуществляется током резонансногоконтура, состоящего из балластных и пусковых индуктивных и емкостных элементов,а требуемое напряжение холостого хода обеспечивается на одном из реактивныхрезонансных элементов, параллельно которому включена ЛЛ;
2)с накальным трансформатором для предварительного нагрева электродов. Увеличениенапряжения холостого хода может быть достигнуто путем, как усложнения накальноготрансформатора, так и применения специальных пусковых конденсаторов;
3)с автотрансформаторами с рассеянием. В таких схемах повышенное напряжениехолостого хода, требуемое для зажигания лампы, обеспечивается выбором числавитков вторичной обмотки. Конструкция магнитной системы обеспечиваетстабилизацию тока лампы в рабочем режиме.
3.2ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ БЕССТАРТЕРНЫХ ПРА
Известномножество схем бесетартерных ПРА. Рассмотрим только простейшие, характеризующиесущность физических процессов. На рис. 16, априведена простейшая схемарезонансного ПРА с балластным дросселем и пусковым конденсатором. Принапряжении сети лампа с холодными электродами не зажигается, так как напряжениеее холодного зажигания выше, чем напряжение сети и напряжение, возникающее напусковом конденсаторе Спрезонансной цепи. По цепи дроссель —первый электрод — пусковой конденсатор — второй электрод начинает протекатьпусковой ток IП,которыйнагревает электроды лампы
/>
Рисунок16.Схема резонансных ПРА и автотрансформатора с рассеянием: а- простейшая, б- сдополнительной обмоткой; в- с двумя дросселями; г- с автотрансформатором.
Простейшаярезонансная схема ПРА на промышленной частоте не приценяется, так как значениеемкости пускового конденсатора получается большим, что искажает форму кривойтока лампы и вызывает появление пауз в токе и увеличение коэффициента амплитудыдо 2/>2,5 вместонормируемого 1,7.
Отключениемпусковой цепочки после зажигания лампы с помощью различных автоматических устройствтипа разрядников либо усложнением схемы путем использования дополнительныхэлементов можно избежать указанных недостатков. Для ПРА, применяемых всветильниках общего и местного освещения, преимущественно используют схему сдополнительной обмоткой на дросселе. Одна из схем приведена на рис. 16, б. Впусковую цепь включена дополнительная обмотка балластного дросселя />н.Принастройке цепи в режим, близкий к резонансному, можно получить увеличениезначения пускового тока. В пусковом режиме ток проходит по основной идобавочной обмоткам дросселя, включенным согласно, в результате чегоиндуктивность схемы снижается, и напряжение холостого хода определяетсяповышенным напряжением на пусковом конденсаторе. После зажигания лампы токи,протекающие по балластной и добавочной обмоткам, становятся различными позначениям и фазе, резонанс нарушается, и ток лампы стабилизируется балластнойобмоткой.
Болеераспространенной модификацией резонансной схемы является схема, приведенная нарис. 16, в.Схема содержит два дросселя Др1 и Др2,один из которых имеет обмотки />ндлянагрева электродов. В пусковом режим ток протекает через дроссель Др1и конденсатор, что при настройке этой цепи на резонанс обеспечивает увеличенноенапряжение на конденсаторе и лампе.
/>
Рисунок17. Бесстартерные ПРА с нахальным трансформатором: а- включенным параллельнолампе и векторная диаграмма пускового режима; б- с дополнительной обмоткой; в-с пусковым конденсатором и векторная диаграмма пускового режима;
Послезажигания лампы конденсатор Сп служит для увеличения коэффициентамощности схемы. Применением одного дросселя с отводом можно достигнуть дополнительногоувеличения напряжения во второй обмотке.
Нарис. 16, г показана схема с автотрансформатором с магнитным рассеянием собмотками />ндляпредварительного нагрева электродов. При применении дополнительных обмоток (нарисунке не показаны) можно получить глубокую компенсацию напряженияпредварительного нагрева и тем самым снизить потери в ПРА. Схемы савтотрансформатором находят применение в случаях, когда для осветительных,установок используется напряжение сети 100-110 В.
Нарис. 17 приведены простые схемы бесстартерного ПРА с накальным трансформатором,используемым для предварительного нагрева электродов. Первичная обмоткатрансформатора />включенапараллельно лампе, что обеспечивает после зажигания лампы компенсациюнапряжения предварительного нагрева за счет снижения напряжения на первичнойобмотке, начиная со значения напряжения холостого хода до напряжения на горящейлампе. На рис. 17, а дана векторная диаграмма пускового режима.Напряжение холостого хода Uххявляетсявекторной суммой напряжений на первичной и вторичных обмотках трансформатора.Напряжение на первичной обмотке Uдр, пниже напряжения сети Ucзасчет падения напряжения в обмотке дросселя. Полное сопротивление дросселя втаких схемах ниже на порядок, чем у трансформатора, в результате чегонапряжение на первичной обмотке трансформатора в пусковом режиме составляет0,9-0,95 сетевого. В результате напряжение холостого хода таких схем находитсяна уровне напряжения сети, а в схемах для ламп с низкоомными электродами принапряжении предварительного нагрева электродов 3,6-4,4 В — несколько нижесетевого. Поэтому они могут применяться только для ламп, напряжение которыхниже напряжения сети.
Увеличениенапряжения холостого хода достигается применением дополнительной обмотки />на накальномтрансформаторе (рис. 17, б) либо по схеме с дополнительным пусковымконденсатором Сп (рис. 17, в). Емкость пускового конденсатораСпсоставляет для ПРА к лампам мощностью 40—80 Вт около 1мкФ. Пусковой ток в данной схеме имеет емкостный характер.На рис. 17, в приведенавекторная диаграмма пускового режима. Выбором параметров элементов пусковаяцепь может быть настроена в режим резонанса или близкий к нему при определенномзначении напряжения сети. Однако резонансные схемы чувствительны к колебаниямэтого напряжения, поэтому на практике параметры указанных схем выбирают исходяиз режима со слабо выраженным резонансом.
Посхеме рис. 17, ввыпускают ПРА для ламп мощностью 80 Вт.
4. ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ЛАМП ТИПОВ ДРЛ, ДРИ ИДНаТ
Пускорегулирующиеаппараты для ламп типа ДРЛ делятся на три группы:
1)балластные дроссели для четырехэлектродных ламп, которые зажигаются от сетипромышленной частоты при включении*на фазное или линейное напряжение;
2)аппараты импульсного зажигания, состоящие из балластного дросселя испециального зажигающего устройства. Такие аппараты предназначены для работы сдвух-электродными лампами, а также лампами типов ДРИ и ДНаТ;
3)аппараты мгновенного зажигания, выполненные по схемам автотрансформатора срассеянием, в которых зажигание ламп происходит под действием повышенногосинусоидального напряжения промышленной частоты. Такие аппараты применяют длязажигания ламп в условиях отрицательных температур вместо ПРА первой группы.
Основнымэлементом схем первых двух групп является балластный дроссель, аналогичныйдросселям стартерных ПРА. Требования к его параметрам такие же, как к дросселямстартерных ПРА, за исключением требования к току предварительного нагреваэлектродов (пусковой ток), так как лампы высокого давления зажигаются схолодными электродами. Расшифровка условного обозначения типа ПРА для лампвысокого давления и стартерных ПРА аналогична, но после цифры, указывающеймощность лампы, приводится обозначение типа лампы ДРЛ, ДНаТ или ДРИ. Дроссели,предназначенные для включения ламп типа ДРЛ, нельзя применять для включенияламп типа ДНаТ, так как последние имеют напряжение горения на 30/>40 В, ниже чемнапряжение горения ламп ДРЛ.
Схемыс автотрансформатором применяют для ламп, у которых напряжение горения больше0,7 номинального напряжения сети. Автотрансформаторные схемы включениягазоразрядных ламп находят применение в сетях напряжением 100/>110 В.
Лампытипа ДРИ мощностью 400 Вт включаются с дросселем от ламп типа ДРЛ иуниверсальным зажигающим устройством типа УИЗУ.
Длявключения газоразрядных ламп могут быть использованы также резонансные схемы,аналогичные схемам для ЛЛ. Зажигание ламп высокого давления с холоднымиэлектродами, т. е. по схеме мгновенного зажигания, существенно облегчаетвозможность согласования пускового н рабочего режимов резонансного ПРА, врезультате чего можно получить достаточно высокие значения напряжения холостогохода, в 2,5/>3 разапревышающие напряжение питающей сети.
5. ЭЛЕКТРОННЫЙПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЙ АППАРАТ
Электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) обеспечивает работутрубчатых люминесцентных ламп со щадящими режимами пуска. ЭПРА с полумостовым инверторомразработан для управления стандартной лампой Philips TLD58W или лампамианалогичных типов. Схема оптимизирована для ламп мощностью 50 Вт приноминальном напряжении сети 230 В и частоте 50...60 Гц. Щадящий режим пускаувеличивает срок службы лампы. Постоянство мощности лампы обеспеченоавтоматическим управлением. Предусмотрены защита от емкостного режима работы изащита от удаления лампы.
ЭПРА работоспособен в диапазоне напряжений сети 185...265 В при частоте50...60 Гц. Автоматическое управление поддерживает мощность горения лампы впределах 47,6...50,3 Вт при изменении напряжения сети в пределах 200...260 В.Одним из основных компонентов является высоковольтная ИМС UBA2021,предназначенная для управления, как компактными люминесцентными лампами, так итрубчатыми лампами. Микросхема UBA2021, включающая высоковольтный драйвер сосхемой запуска, генератор и таймер, обеспечивает управление режимами пуска,подогрева, зажигания и горения лампы, а также защиту от емкостного режима иудаления лампы. UBA2021 управляет работой мощных полевых МОП-транзисторовPHX3N50E, являющихся ключами полумостового инвертора, который питается от сетис номинальным напряжением 230 В и частотой 50...60 Гц. При этом обеспечиваетсянеобходимый сдвиг уровней питания полевых транзисторов, осуществляющий защитуот емкостного режима работы. Основными достоинствами этого изделия являютсямалое число компонентов и низкая стоимость, что достигнуто благодаря применениюИМС UBA2021, которая способна обеспечить максимальную гибкость разработки приминимальном числе периферийных элементов.
Блок-схема устройства приведена на рис.18, полная электрическая схема — на рис.19. Напряжение сети переменного тока преобразуется в питающееполумостовой инвертор напряжение постоянного тока с помощью мостовоговыпрямителя на четырех диодах и сглаживающего конденсатора. Помехоподавляющий сетевой фильтр (рис.18) препятствует проникновениюпомех в сеть. Полумостовой инвертор относится к группе высокочастотныхрезонансных преобразователей напряжения, которые удобны для управлениягазоразрядными лампами. Используемый принцип переключения двух мощныхМОП-транзисторов при нулевом напряжении позволяет уменьшить потери на ихпереключение и обеспечивает высокий КПД аппарата.
/>
Рисунок18 Блок схема устройства
После подачи сетевого напряжения люминесцентная лампа сначалаподогревается. Это называется мягким пуском и обеспечивает надежную идолговечную работу лампы. Величина тока подогрева регулируется микросхемойUBA2021. Этот ток, проходящий через нити накала лампы, разогревает электродылампы до температуры, обеспечивающей достаточную эмиссию электронов.Достаточный подогрев позволяет уменьшить напряжение зажигания лампы, чтоснижает ударные электрические нагрузки на элементы схемы. Автоматическоеуправление в значительной степени стабилизирует излучаемый лампой световойпоток в широком диапазоне вариаций напряжения сети.
/>
Рисунок 19 Полная электрическая схема устройства
После включения выпрямленное напряжение сети поступает на буферныйконденсатор С4 через резистор R1 (рис.19), ограничивающий бросок тока.Конденсатор сглаживает пульсации напряжения с удвоенной частотой сети.Полученное высоковольтное напряжение UHV постоянного тока являетсяпитающим для полумостового инвертора, в состав силовых компонентов котороговходят транзисторы VT1, VT2, катушка L1, конденсаторы С5, С6, С7 и лампа, подключаемаяк разъемам Р2 и РЗ.
На этапе пуска ток от высоковольтного конденсатора С4 проходит черезрезистор R2, нить накала лампы, резистор R4, выводы 13 и 5 микросхемы UBA2021,соединенные между собой в период пуска внутренним ключом, и заряжает конденсаторынизковольтного питания С9, СЮ и С13. Как только напряжение питания Vs на С13достигнет величины 5,5 В, происходит переключение UBA2021, в результатекоторого транзистор VT2 открывается, а транзистор VT1 запирается. Это позволяетзарядиться пусковому конденсатору С12 через внутреннюю цепь микросхемы.Напряжение питания Vs продолжает увеличиваться, и при Vs > 12 В схеманачинает генерировать. Величина тока потребления ИМС внутренне фиксируется науровне порядка 14 мА. Далее происходит переход к этапу подогрева.
При отсутствии лампы пуск автоматически блокируется, т.к. в этом случаеоказывается разорванной цепь зарядки пускового конденсатора.
На этапе подогрева МОП-транзисторы VT1 и VT2 поочередно переводятся впроводящее состояние. Это генерирует переменное напряжение прямоугольной формыотносительно средней точки полумоста с амплитудой VHV. Стартовая частотаколебаний составляет 98 кГц. В этих условиях цепь, состоящая из С8, VD5, VD6,С9 и СЮ, оказывается способной выполнить функцию источника низковольтногопитания, которая во время пуска обеспечивалась током через вывод 13 ИМС.
В течение интервала времени, примерно равного 1,8 с (время подогрева tPRE),продолжительность которого определяется номиналами С17 и R7, система находитсяв режиме подогрева, когда через нити накала лампы проходит ток контролируемойвеличины. Это позволяет оптимальным образом разогреть оба электрода лампы.Нагретые электроды эмиттируют в лампу большое число электронов, и в этомсостоянии для ее зажигания требуются значительно меньшие напряжения, чтоминимизирует ударные электрические нагрузки на элементы схемы и лампу в моментзажигания. Подогрев электродов весьма важен для обеспечения большого срокаслужбы лампы.
После возникновения генерации небольшой переменный ток начинает протекатьот средней точки полумоста через нити накала лампы, L1 и С7. Частота колебанийпостепенно снижается, что приводит к соответствующему росту величины тока.Скорость снижения частоты определяется емкостью конденсатора С14 и внутреннимисточником тока ИМС. Частота прекращает падать, как только будет достигнутоопределенное значение напряжения переменного тока на резисторах R5 и R6,являющихся датчиками тока подогрева. Это происходит примерно через 3 мс послевключения. UBA2021 стабилизирует ток через нити накала, отслеживая величинупадения напряжения на R5 и R6.
В течение всего этапа подогрева частота работы полумостового инвертораостается выше резонансной частоты цепочки L1, С7 (55,6 кГц), и в силу этогонапряжение на С7 еще мало для зажигания лампы. Весьма важно удержать этонапряжение достаточно малым: ведь преждевременное, так называемое холодное,зажигание приводит к потемнению концов лампы.
Величина индуктивности балластной катушки L1 определяется необходимымтоком через лампу, емкостью конденсатора поджига С7 и рабочей частотой в режимегорения. Минимальная величина емкости С7 определяется индуктивностью L1,величиной не приводящего к зажиганию напряжения на лампе при данном токеподогрева и минимальным напряжением сети. В результате оптимальным дляподогрева оказывается значение емкости С7, равное 8,2 нФ.
После окончания этапа подогрева UBA2021 возобновляет дальнейшее снижениечастоты переключений полумоста вплоть до низшей частоты fн (39 кГц).Однако теперь понижение частоты осуществляется гораздо медленнее, чем этопроисходило в стадии подогрева. Частота переключений смещается к резонанснойчастоте последовательной цепочки, состоящей из индуктивности L1 и суммарнойемкости конденсатора С7 и электродов лампы (55,6 кГц), причем сопротивленияблокирующих постоянный ток конденсаторов С5 и С6 достаточно малы.
Максимальная величина напряжения зажигания в наихудшем случае (когда исветильник, и схема ЭПРА подключены к защитному заземлению сети) для лампыTLD58W при низких температурах составляет примерно 600 В.
Сочетание балластной катушки индуктивности L1 и конденсатора поджига С7подобрано таким образом, чтобы напряжение на лампе могло превысить этинеобходимые для надежного зажигания 600 В. Величина напряжения зажиганияопределяет максимальное значение емкости С7 при заданной индуктивности L1,выбранной исходя из нижней частоты fн UBA2021. Нижняя частота fнзадается величинами R7, С15 и С16. Максимально возможнаяпродолжительность этапа зажигания TIGN равна 1,7 с (15/16-ых от TPRE),она устанавливается подбором С17 и R7.
В предположении, что лампа зажглась в ходе понижения частоты, частотауменьшается до минимального значения fн. UBA2021 может осуществитьпереход к этапу горения двумя путями: 1 — при снижении частоты до fн,и 2 — если частота fн не достигнута, но переход происходит поистечении максимально возможной продолжительности этапа зажигания TIGN.
На этапе горения частота колебаний в схеме обычно снижается до fн(39 кГц), которая может использоваться в качестве номинальной рабочей частоты.Однако, в силу применения в ЭПРА автоматического управления, частота колебанийзависит от величины тока, протекающего через вывод 13 (вывод RHV) ИМС UBA2021.Автоматическое управление начинает функционировать после достижения fн.
Во время этапа пуска конденсаторы низковольтного питания С9, С10 и С13заряжаются током, протекающим от высоковольтного конденсатора С4 через R2, нитьнакала лампы, R4 и внутренне соединенные выводы 13 и 5 UBA2021. На этапегорения происходит перекоммутация. Вместо вывода 5 к выводу 13 оказываетсяподключенным вывод 8. Теперь ток, протекающий через резисторы R2 и R4,используется в качестве информационного параметра в системе автоматическогоуправления частотой переключений силового инвертора, так как сила этого токапропорциональна уровню выпрямленного напряжения сети. Пульсации с удвоеннойчастотой сети (100… 120 Гц) фильтруются конденсатором С17. В результатеизлучаемый лампой световой поток остается почти постоянным при изменениинапряжения сети в пределах от 200 до 260 В.
Таблица 1Напряжение питания, В 200 210 220 230 240 250 260 Энергия, потребляемая от сети, Вт 52 53,5 54,4 55 55,4 55,6 55,8 Энергия, потребляемая лампой, Вт 47,6 48,9 49,6 50 50,2 50,3 50,3 Коэффициент полезного действия, % 92 91 91 91 91 91 90
На частотах выше 10 кГц лампа может рассматриваться как резистивнаянагрузка. Светоотдача возбуждаемых на частотах выше 10 кГц трубчатых лампсущественно лучше, чем при их питании с частотой 50...60 Гц. Это означает, чтолампа TLD58W при высокочастотном питании с мощностью 50 Вт излучает такой жесветовой поток, как и TLD58W при мощности питания 58 Вт на частоте 50...60 Гц.Рабочая точка установившегося состояния для подключенной к ЭПРА TLD58Wхарактеризуется напряжением на лампе 110 В и током через нее 455 мА, что соответствуетмощности питания 50 Вт.
Величина индуктивности балластной катушки L1 определяется рабочей точкойлампы, емкостью конденсатора поджига С7 и рабочей частотой, которая примерноравна 45 кГц при номинальном напряжении сети 230 В.
Желаемая мощность возбуждения лампы может быть достигнута при различныхсочетаниях величин индуктивности L1 и емкости С7. Выбор конкретного сочетаниязависит от таких факторов как режим подогрева, минимально необходимоенапряжение зажигания и допуски на параметры компонентов схемы. В большинствеслучаев оптимальным является сочетание дроссельной катушки L1 с индуктивностью1 мГн и конденсатора поджига С7 с емкостью 8,2 нФ.
Для предохранения элементов силовой цепи от значительных перегрузок, вмикросхему встроена функция защиты от емкостного режима работы, которая активнана этапах зажигания и горения. UBA2021 проверяет величину падения напряжения наR5 и R6 во время включения транзистора VT2 в каждом цикле работы инвертора.Если это напряжение оказывается меньше 20 мВ, это означает, что схема работаетв емкостном режиме, и UBA2021 начинает повышать частоту переключений с гораздобольшей скоростью, чем она ее снижала на этапах подогрева и зажигания. В итогечастота переключений превысит резонансную частоту. При исчезновении признаковемкостного режима частота переключений вновь уменьшается до необходимой.
Защита при удалении лампы обеспечена способом получения низковольтногонапряжения питания для UBA2021. При удалении лампы становится нулевымнапряжение переменного тока на конденсаторе С6, что приводит к исчезновениюнизковольтного питания ИМС. После замены лампы без отключения ЭПРА работа схемывозобновится с этапа пуска. И, наконец, пуск ЭПРА невозможен при отсутствиилампы — ведь в этом случае пусковой резистор R4 оказывается отключенным отвысоковольтного напряжения.
В ЭПРА установлен электролитический конденсатор С4 типа ASH-ELB 043. Эти,специально разработанные для применения в электронных схемах питаниялюминесцентных ламп, конденсаторы характеризуются большим сроком службы (15000часов) при температурах до 85°С и выдерживают значительные пульсации тока.
Силовыми ключами в инверторе являются полевые МОП-транзисторы типаPHX3N50E (индекс «Е» свидетельствует о повышенной надежностиприбора). Благодаря использованию принципа переключения при нулевом напряжении,потери на переключение МОП-транзисторов минимизированы. Нагрев каждого изтранзисторов вызывается только потерями в проводящем состоянии, и степеньповышения температуры зависит от сопротивления открыто го канала сток-исток (Rdson) и теплового сопротивления корпуса (Rth)-Продолжительности этапов подогреваи зажигания достаточно малы, в силу чего выбор типа МОП-транзистора былобусловлен величиной тока, протекающего через балластную катушку индуктивностив режиме горения лампы. PHX3N50E характеризуются максимальным постояннымнапряжением сток-исток 500 В и сопротивлением открытого канала менее 3 Ом, чтоделает эти приборы весьма привлекательными для применения данного ЭПРА.
Конструкция выдерживающей пиковые токи зажигания до 2,5 А балластнойкатушки L1 с индуктивностью 1 мГн позволяет применять ее в схемах без защитногозаземления.
Поджигающим в ЭПРА является конденсатор С7 с емкостью 8,2 нФ типаКР/ММКР376. Этот тип конденсаторов разработан для применения в цепях с высокимискоростями нарастания напряжения и большой частотой повторения. Установленныйконденсатор способен выдержать размах напряжения до 1700 В (600 В действующегозначения синусоидального напряжения).
«Сердцем» ЭПРА является UBA2021. Эта специализированная ИМС предназначенадля управления компактными и трубчатыми люминесцентными лампами. В составUBA2021 входит высоковольтный драйвер со схемой запуска, генератор и таймер,обеспечивающие управление на стадиях пуска, подогрева, зажигания и горениялампы, а также защиту от емкостного режима. ИМС выдерживает напряжения до 390 Ви кратковременные всплески напряжений (t
6. ЗАЖИГАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЛАМП ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Какуже указывалось, лампы высокого давления зажигаются без предварительногонагрева электродов. Лампы требуют для своего зажигания значительных импульсовнапряжения, исключение составляют четырехэлектродные лампы типа ДРЛ, которыезажигаются от синусоидального напряжения сети. Зажигающие устройства для лампвысокого давления обычно содержат импульсные генераторы, которые автоматическиотключаются после пробоя лампы. По способу подключения импульсного генераторапо отношению к лампе различают схемы параллельного и последовательного поджига.Кроме того, импульсные зажигающие устройства можно разделить на четыре группы,по способу генерации импульсного напряжения: 1) прерыватели, которыеобеспечивают генерацию на лампе импульсного напряжения за счет энергии,запасенной в индуктивности дросселя в момент прерывания пускового тока.Работа этих устройств принципиально не отличается от работы стартеров тлеющегоразряда;
2)резонансные, в которых импульсное напряжение возникает за счет разряда врезонансном контуре, образованном балластным дросселем и дополнительнымконденсатором;
3)конденсаторные, в которых энергия, необходимая для формирования импульса, накапливается в специальномнакопительном конденсаторе, а затем конденсатор разряжаетсяна первичную обмотку импульсного трансформатора, создавая на вторичной обмоткеимпульс, амплитуда которого определяется коэффициентом трансформации этоготрансформатора;
/>
Рисунок20. Принципиальная схема включения лампы высокого давления с дросселем изажигающим устройством: а — параллельного типа; б—последовательного типа
4)комбинированные, в которых одновременно используется несколько способовгенерации.
Основнымкоммутирующим элементом всех устройств являются полупроводниковые приборы,управляемые обычно напряжением, создаваемым на элементах схемы.
Длявключения ламп высокого давления типов ДРИ и ДНаТ выпускаются импульсныезажигающие устройства (ИЗУ), выполненные по схемам параллельного илипоследовательного, поджнга.
На рис. 20, а приведена принципиальная схема параллельного поджига,состоящая из импульсного трансформатора с первичной W1 ивторичной W2обмотками, основного накопительного конденсатора С1 тиристора VS и стабилитрона VD. При подаче на схему напряженияпитания начинается заряд конденсатора С1 через конденсатор С2,резистор R и вторичную обмотку трансформатора W2. Призаряде конденсатора С1 до напряжения стабилизации стабилитрона VD в цепи управляющего электрода тиристора VS появляется ток, тиристор открывается и конденсатор С1разряжается на обмотку с меньшим числом витков W1 импульсноготрансформатора. Во вторичной обмотке индуцируются импульсы высокого напряжения.Амплитуда импульсов может изменяться в зависимости от коэффициентатрансформации импульсного трансформатора. Длительность и число импульсов всерии можно регулировать параметрами конденсатора С2 и резистора R. По аналогичной схеме выпускаются универсальные импульсныезажигающие устройства (УИЗУ) и ИЗУ, применяемые для зажигания ламп типов ДРИ иДНаТ. Основные параметры ИЗУ и УИЗУ приведены в табл. 2. Недостатком схемпараллельного поджига является шунтирующее действие индуктивности дросселя, чтоснижает амплитуду импульса.
Таблица №2. Параметры ИЗУ и УИЗУ.
/>
В схемах последовательного поджига обмотка импульсного трансформаторавключается последовательно с лампой, поэтому она должна быть рассчитана наполный ток лампы. Кроме того, включение в токовую цепь лампы дополнительногосопротивления вызывает необходимость изменения параметров балластного дросселя,что препятствует использованию одних и тех же дросселей, например для ламптипов ДРЛ и ДРИ. Принципиальная схема включения лампы с ИЗУ последовательноготипа приведена на рис. 20, б. Импульсные зажигающие устройства используют снатриевыми лампами высокого давления, для которых унификация параметровдросселей менее важна, так как эти лампы из-за меньших значений рабочегонапряжения требуют применения специальных дросселей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. АфанасьеваЕ. И., Скобелев В. М. Источники света и пускорегулирующаяаппаратура: Учебник для техникумов. — 2-е изд., перераб. — М.: Энергоатомиздат,1986. — 272 с: ил.
2. КраснопольскийА. Е. и др. Пускорегулирующие аппараты для разрядных ламп/ А. Е.Краснопольский, В. Б. Соколов, А. М. Троицкий; Под общ. ред. А. Е.Краснопольского.— М.: Энергоатомиздат, 1988.— 208 с: ил.
3. Березин М.Ю.,Троицкий А.М. Электронные пускорегулирующие аппараты для разрядных лампвысокого давления. Новости светотехники. Выпуск 8. Обзор зарубежной литературыпод. ред. Ю.Б. Айзенберга. М.: Дом Света, 1998. С.3-16.