|
СХЕМЫ---->
Полезная схемотехника. статьи № 1-50
Питание ламп дневного света
А. ХАЛАТЯН
Лампы дневного света при сравнении с лампами накаливания обнаруживают как положительные качества, так и недостатки. К последним относятся пульсации светового потока и ухудшение коэффициента использования мощности.
Чтобы уменьшить пульсации светового потока ламп дневного света, следует использовать для их питания специальные источники постоянного тока. В этом случае зажигание ламп осуществляется без предварительного подогрева катодов, что значительно увеличивает срок их службы. Применение конденсаторов и дросселей в качестве балластного сопротивления значительно улучшает коэффициент использования мощности сети.
Динамическое сопротивление участка электрической цепи (промежуток между электродами лампы), состоящего из ионизированного газа, мало. В такой цепи изменение силы тока будет довольно значительно, а напряжение на этом участке останется в заданных для данного прибора пределах. Если допустить повышение напряжения больше верхнего предела, то произойдет пробой ионизированного участка. При падении напряжения ниже минимально допустимого ток в цепи прекратится (лампа гаснет). Напряжение питания газоразрядного прибора выбирают в два раза больше его рабочего напряжения, а излишек напряжения гасят балластным сопротивлением (включенным в цепь питания последовательно), определяющим силу тока в цепи.
В случае питания переменным током, при изменении силы тока от амплитудного значения до нуля в течение каждого полупериода, максимальное напряжение на лампе превышает минимальное примерно в полтора раза. При этом световой поток колеблется в такт мгновенным значениям мощности с удвоенной частотой источника питания. Благодаря инерционности свечения люминофора, нанесенного на внутренней поверхности баллона ламп, пульсации светового потока значительно сглаживаются. Однако при старении (износе) люминофора двойная амплитуда пульсаций светового потока увеличивается до величины среднего значения светового потока и более (рис. 1, а).
Рис. 1. Зависимость светового потока ламп дневного света от напряжения питания
При старении активных слоев катодов лампы может наблюдаться однополупериодный режим работы (рис. 1, б), а отношение полной величины переменной составляющей светового потока к его среднему значению приблизится к двум. Кроме того, частота пульсаций в этом случае будет в два раза меньше (равняется частоте сети). Этот режим является наименее благоприятным для глаз человека.
Существенное улучшение качества светового потока, излучаемого лампой дневного света, реализуется вводом в цепь питания сглаживающего фильтра и питанием лампы от источника постоянного тока (рис. 1, в). Использование резистора в качестве балласта в цепи постоянного тока в данном случае нерационально, так как он будет потреблять более половины активной мощности всего устройства. Целесообразнее в качестве источника постоянного тока использовать выпрямитель, а реактивное балластное сопротивление включить в цепь переменного тока.
На рис. 2, а и б приведены два варианта схем питания лампы дневного света типа ЛБ40-4 (220 В, 40 Вт) постоянным током.
Рис.2. Принципиальные схемы питания постоянным током:
а — с двумя токозадающими конденсаторами
б — с одним токозадающим конденсатором
На выходе выпрямителя получается учетверенное выпрямленное напряжение сети, которое поджигает лампу без подогрева катодов. После того как через лампу потечет ток, конденсаторы небольшой емкости С5 и С6 практически уже не участвуют в формировании выходного напряжения, диоды Д3 и Д4 работают только в прямом смещении, а конденсаторы С3 и С4 за каждый период питающего тока успевают перезаряжаться и служат реактивным балластом в цепи переменного тока. На выходе выпрямителя устанавливается рабочее напряжение лампы (95—110 В). Сглаживание пульсаций тока питания с помощью дросселей L1 и L2 существенно уменьшает величину пульсаций светового потока (см. рис. 1, в) и исключает необходимость в тщательной подгонке емкостей конденсаторов С3 и С4.
В качестве сглаживающего фильтра выпрямленного тока успешно применяются стандартные балластные устройства, предназначенные для работы в цепи переменного тока, так как их магнитопроводы, как правило, выполнены с зазором. Все обмотки такого дросселя необходимо включить согласованно — последовательно. У двухобмоточного дросселя (например, типа 1УБИ-40/220-НП, в данном случае L1) это просто сделать: выводы на одном торце соединяют между собой, а выводы на другом включают в цепь. У многообмоточного дросселя (например, типа 1УБЕ-40/220-ВП, L2) — сложнее, необходимо руководствоваться схемой, нарисованной па корпусе балластного устройства. Для контроля правильности соединения обмоток оставшиеся свободными два вывода через лампу накаливания 220 В, 100 Вт включают в сеть 220 В, 50 ГЦ И с помощью вольтметра измеряют напряжение на каждой обмотке, а также общее напряжение на свободных выводах. Сумма напряжений на обмотках должна равняться общему напряжению. Индуктивность многообмоточного дросселя больше, чем у двухобмоточного, и он лучше осуществляет фильтрацию тока. В схеме можно применять один (L2 отсутствует) или два дросселя фильтра. На графиках рис. 3 показаны коэффициенты пульсации светового потока ламп типа ЛБ40-4 разной степени старения (с увеличением номера лампы старение больше) при питании переменным током (кривая 1), постоянным током с одним дросселем фильтра (кривая 2) и с двумя дросселями фильтра (кривая 3).
Рис. 3. Коэффициент пульсаций светового потока разных ламп дневного света
За коэффициент пульсации на графиках принято отношение половины полной величины переменной составляющей светового потока к его среднему значению. Самая устаревшая лампа (№ 8) при питании переменным током работала в однополупериодном режиме, а коэффициент пульсаций светового потока составил 82%. Лампа № 5 в процессе работы иногда переходила в однополупериодный режим работы (на графике показано пунктиром). На рис. 3 наглядно показано, что питание постоянным током дает существенное уменьшение пульсаций светового потока и позволяет довести их до уровня (или ниже) пульсаций светового потока ламп накаливания, значения которых приведены в следующей таблице:
Емкость конденсаторов С3 и С4 определяется многими факторами, в частности типом лампы, напряжением сети, индуктивностью дросселей и т. д. Кроме того, сила тока через лампу не должна превышать силу допустимых токов через диоды Д1—Д4 и дроссели L1 и L2, а произведние силы этого тока и напряжения на лампе — паспортную мощность лампы. Рабочее напряжение конденсаторов С1—С4 следует выбирать не менее амплитудного значения напряжения сети, конденсаторов С5 и С6 — в два раза больше этого напряжения, а конденсатор С7 должен быть рассчитан на учетверенное напряжение сети.
Выпрямитель, выполненный по схеме, изображенной на рис. 2, б, дает примерно такие же результаты, что и предыдущий (см. рис. 2, а). Когда в цепи лампы ток отсутствует, на конденсаторе С2 напряжения нет и напряжение сети поступает на удвоитель напряжения (С4, С5, Д3, Д4). Конденсаторы С4 и С5 заряжаются в одной полярности и держат диоды Д1 и Д2 в постоянно закрытом состоянии. К удвоенному напряжению сети добавляется такое же напряжение, получаемое в цепи С6, С7, Д5, Д6, и на лампе оказывается учетверенное напряжение сети. После того как лампа зажигается, добавочное напряжение, снимаемое с С6, С7, Д5, Д6, пропадает.
Из-за того что емкость конденсаторов С4 и С5 мала, они не оказывают существенного влияния в цепи рабочего тока, и диоды Д1—Д4 функционируют как в обычной мостовой схеме двухполупериодного выпрямителя. Конденсатор С2 выполняет роль балластного сопротивления при обоих полупериодах тока и исключает появление в пульсациях составляющей с частотой сети.
|
