Грибанов А.А. Электрическое освещение

Подождите немного. Документ загружается.

ного баллона, подключается к противоположному основному электро-

ду. Резисторы R ограничивают ток вспомогательного разряда и умень-

шают ток утечки через зажигающие электроды лампы при горении по-

следней.

Резонансные

схемы, как следует из названия, содержат индук-

тивные L и емкостные С элементы, образующие в режиме холостого

хода ПРА последовательный контур. При включении разрядной лампы

параллельно одному из этих элементов обеспечивается надёжное зажи-

гание с U

> U [обычно U

< 2–2,5 U]. Последовательный элемент слу-

жит балластом (т < 0,7). Соотношение между собственной частотой

резонансного контура и частотой возбужденных колебаний определяет

характер переходного процесса в контуре и относительные падения

напряжения на его элементах в принужденном режиме. Соотношение

= ω в ПРА не используется.

В двухламповой резонансной схеме мгновенного зажигания (с

«расщепленной» фазой), приведённой на рис. 14, для отстающей ветви

(с лампой EL1) в режиме холостого хода с экономической точки зрения

целесообразно использовать соотношение ω

> ω (x

), а для

опережающей – ω

<ω (x

). В указанном ПРА при соответст-

вующем подборе элементов (x

> x

и x

/ x

= 2–3) напряжение холо-

стого хода (на параллельных лампам цепочках Cl–LL2 и LL4) в устано-

вившемся режиме может примерно в 2,5 раза превышать U, что и обес-

печивает надёжное зажигание разрядных ламп с указанными выше со-

отношениями параметров. После зажигания разрядной лампы условия

неполного резонанса в схеме нарушаются за счет шунтировки

парал-

лельных цепей малым внутренним сопротивлением разрядной лампы.

Наличие дросселя LL2 снижает отрицательное влияние емкости на

форму кривой тока разрядной лампы, т.е. на её световые характеристи-

ки и срок службы. Описываемая схема пригодна для люминесцентных

ламп с холодными электродами, а также для ртутных ламп высокого

давления, питаемых от сетей

повышенной частоты. В последнем слу-

Рис. 13. Простейшая схема включения ламп типа ДРЛ

чае схема упрощается, так как необходимость в элементах LL2 и LL3

отпадает.

В резонансных схемах с ω

>> ω напряжение холостого хода не-

значительно (на 1–3%) превышает U, поэтому для зажигания разряд-

ных ламп в схемах с подобным соотношением элементов используется

переходный процесс (мгновенное значение напряжения на конденсато-

ре может превышать в 2 раза амплитудное значение напряжения сети).

Это используется в схемах включения ламп типа ДРТ мощностью 230–

1000 Вт (рис. 15).

Для снижения напряжения зажигания разрядной лампы проводя-

щая полоса, расположенная на поверхности её колбы, через конденса-

тор С1 = 300–500 пФ подключается к одному из электродов. Конденса-

тор С3 = 0,05–0,007 мкФ служит для подавления радиопомех. Резо-

нансный контур в режиме холостого хода ПРА образуется балластом

LL и конденсатором С2=2–4 мкФ, который подключается только

при

зажигании лампы с помощью замыкающей кнопки SB. Поскольку ам-

плитуда напряжения на С2 в переходном процессе зависит от момента

Рис. 15. Схема включения ламп ДРТ мощностью 230–1000 Вт.

С1

С2

С3

Рис. 14. Двухламповая резонансная схема мгновенного зажигания.

С1

С2

коммутации параллельной цепи относительно фазы сетевого напряже-

ния, целесообразно вместо SB использовать разрядник либо другой

ключевой элемент, коммутирующий цепь при напряжениях, близких к

амплитудному значению U. При этом порог срабатывания ключевого

элемента должен быть больше максимального мгновенного значения

рабочего напряжения на разрядной лампе.

Схема с трансформаторами и автотрансформаторами

с боль-

шим внутренним сопротивлением используются для разрядных ламп, у

которых m > 0,7. Поскольку U

соизмеримо с U, обычно для этих раз-

рядных ламп имеет место и U

> U. Для обеспечения зажигания и ста-

бильной работы разрядной лампы трансформатор (автотрансформатор)

повышает напряжение сети до необходимого значения U

≤0,7), а

его внутреннее сопротивление индуктивного характера, появляющееся

из-за неполной магнитной связи между обмотками (за счёт потока рас-

сеяния или магнитного шунта, расположенного между обмотками) при

горении разрядной лампы, создает устойчивый режим работы послед-

ней.

Возможны два варианта схем данного вида: трансформаторная

(рис. 16, а) и автотрансформаторная (рис. 16, б). Последняя

позволяет

уменьшить расход стали и обмоточного материала на изготовление

ПРА, так как в ней энергия из первичной во вторичную цепь передаёт-

ся не только магнитным, но и электрическим путём. Приведённая

трансформаторная схема позволяет заземлять средний вывод вторич-

ной обмотки для удовлетворения требований техники безопасности по

напряжению на выводах ПРА относительно

земли. Эта схема исполь-

Рис. 16. Схема включения разрядных ламп с трансформатором (а) и авто-

трансформатором (б) с большим внутренним сопротивлением

зуется для включения рекламных газосветных трубок, а автотрансфор-

маторная схема – для включения натриевых ламп низкого давления.

Следует особое внимание уделить вопросу совместного пита-

ния группы газосветных трубок. В настоящее время на практике ис-

пользуется три вида таких схем. Наиболее простой и распространённой

является схема последовательного

включения трубок (рис. 17, а). Ос-

новным достоинством этой схемы является дешевизна и простота, а её

недостатками – повышенная опасность вследствие необходимости ис-

пользования большего напряжения во вторичной цепи и низкая надёж-

ность, поскольку при выходе из строя хотя бы одной трубки прерыва-

ется вся цепь.

Схема последовательно-параллельного

включения трубок с

дросселями (рис. 17, б) применяется в основном для внутренних элек-

троустановок. Она отличается от предыдущей повышенными затрата-

ми на установку дросселей, большей надёжностью и меньшим напря-

жением во вторичной цепи.

Схема с индивидуальными трансформаторами

(рис. 17, в) от-

личается высокой надёжностью, не требует высокого напряжения во

вторичной цепи, но затраты на её реализацию высоки.

Коэффициент мощности приведённых схем не превышает 0,3.

Компенсация реактивной мощности конденсатором, подключаемым

параллельно сетевым выводам ПРА, экономически малоэффективна

из-за большой ёмкости компенсирующего конденсатора. Значительно

целесообразнее включение компенсирующего конденсатора последо-

вательно с

разрядной лампой во вторичную цепь трансформатора (рис.

18).

Ёмкость конденсатора – десятки микрофарад при напряжении на

нем до 1,5 U

. Схема нашла широкое применение за рубежом (фирмы

«Филипс», «Осрам» и др.) для включения мощных ртутных ламп высо-

кого давления и металлогалогенных ламп, используемых в различных

технологических процессах (полиграфия, светокопия и т. д.). Специ-

фическое свойство ёмкостно-индуктивного балласта, образующего при

/х

Lвт

=2,6 вместе с сетью источник тока для разрядной лампы, позво-

ляет унифицировать ПРА, создавая один модульный аппарат для серии

разрядных ламп с одинаковым рабочим током, но различным расстоя-

нием между электродами (разные U

). Если U

модульного аппарата не

позволяет надёжно зажигать и стабилизировать работу разрядных

ламп, имеющих большую длину, то используются два трансформатора,

первичные обмотки которых включаются параллельно, а вторичные –

последовательно-согласно. Подбором ёмкости конденсатора С обеспе-

чивается требуемый режим работы ламп. Автотрансформаторные схе-

мы с компенсацией во вторичной цепи используются для ламп типа

ДРТ мощностью 3000 и 5000 Вт.

Рис. 17. Схемы последовательного (а), последовательно-параллельного

(б) включения газосветных трубок и схема с индивидуальным транс-

форматором (в).

Комбинированные

схемы совмещают в себе конструктивные

признаки разных схем (трансформаторной, резонансной, простейшей).

При совмещении трансформаторного и резонансного принципов при

постоянном U

уменьшается расход материалов на изготовление

трансформатора на 20–30%. В схеме, приведённой на рис.19, U

полу-

чается как геометрическая сумма напряжения на конденсаторе, которое

за счёт резонансных явлений существенно превышает U, и напряжения

на обмотке w″

автотрансформатора. Отрицательное влияние на харак-

теристики разрядной лампы конденсатора С существенно сглаживается

его включением параллельно разрядной лампе через часть витков вто-

ричной обмотки. Конденсатор компенсирует реактивную мощность

комплекта, а его емкость несколько меньше (на 10–15%) емкости ком-

пенсирующего конденсатора, подключаемого к сетевым выводам ПРА.

Подобные аппараты нашли широкое применение в Японии.

3.5. Аппараты быстрого зажигания

К этой группе относятся аппараты, зажигающие разрядные лампы

с подогревными электродами переменным напряжением, не имеющим

импульсной формы. Для обеспечения требуемой температурной подго-

товки электродов люминесцентных ламп перед их зажиганием в ПРА в

основном используются накальные трансформаторы.

Исходя из тех же критериев, которые были использованы для

схем мгновенного зажигания, а также по

способу подключения на-

кального трансформатора схемные решения аппаратов данного типа

Рис. 19. Комбинированная схема мгновенного зажигания

w’

w”

Рис. 18. Компенсированная схема включения разрядных ламп с

трансформатором с большим внутренним сопротивлением

ωt

можно подразделить на подгруппы, характерные для аппаратов мгно-

венного зажигания: простейшие, резонансные, трансформаторные и

комбинированные.

Простейшие

схемы выполняются в двух вариантах: с компенса-

цией напряжения подогрева после зажигания лампы (рис. 20, а) и без

компенсации (б). Напряжение зажигания люминесцентной лампы

должно быть меньше напряжения сети, a m = U

/U ≤ 0,7. Поэтому такие

схемы пригодны в основном для люминесцентных ламп быстрого пус-

ка с проводящей полосой или проводящим покрытием на колбе. Для

обоих вариантов ПРА U

мало отличается от напряжения сети. Схема с

компенсацией подогрева электродов люминесцентной лампы в рабо-

чем режиме (так называемая английская) не может быть выполнена с

ёмкостным балластом, поэтому компенсация реактивной мощности

возможна только включением компенсирующего конденсатора парал-

лельно сетевым выводам. В схеме без компенсации подогрева электро-

дов в рабочем режиме может

использоваться как индуктивный, так и

ёмкостно-индуктивный балласт, так что возможны сглаживание пуль-

саций светового потока по схеме с «расщеплённой» фазой и повыше-

ние коэффициента мощности. Поскольку подогрев электродов не ком-

пенсируется, то люминесцентные лампы должны иметь электроды, не

теряющие эмиссионных свойств при длительном подогреве большим

током в рабочем режиме

и обладающие малым внутренним сопротив-

лением для уменьшения потерь в ПРА. Данные схемы позволяют ис-

пользовать балласты стартерных аппаратов для люминесцентных ламп,

т.е. унифицировать важнейший элемент ПРА.

Резонансные

схемы содержат индуктивно-ёмкостные элементы,

что позволяет надёжно зажигать люминесцентные лампы с U

> U. В

приведённой на рис. 21 схеме в режиме холостого хода резонансная

цепочка – дроссель LL, первичная обмотка накального трансформатора

с приведённым к ней сопротивлением вторичной цепи и конденсатор С

– обеспечивает U

на параллельных люминесцентной лампе элементах,

в 1,3–1,5 раза превосходящее напряжение сети.

После зажигания люминесцентной лампы напряжение на парал-

лельной ей ветви снижается до U

, что приводит к компенсации подог-

рева электродов (U

n,n

n,p

=2–2,5). Предложенный вариант схемы с ём-

костно-индуктивным балластом практически не применяется, так как

используемые в них способы защиты накального трансформатора от

несимметричного режима работы лампы делают ПРА с данным схем-

ным решением экономически малоэффективным.

Схемы с автотрансформаторами с большим внутренним со-

противлением (рис. 22) имеют накальные обмотки ω

, обеспечиваю-

щие подогрев электродов люминесцентной лампы при зажигании. На-

Рис. 20. Простейшие бесстартерные схемы включения люминесцентных

ламп

с компенсацией напряжения подогрева после зажигания лампы

(а) и без компенсации (б).

НТ

Рис. 21. Резонансная бесстартерная схема включения люминесцентных

ламп

НТ

кал электродов лампы в рабочем режиме может быть компенсирован,

если обмотки ω

будут располагаться на том же участке магнитопрово-

да автотрансформатора, где размещается его вторичная обмотка ω

Поскольку схема данного типа целесообразна лишь при m > 0,7, что

достаточно редко встречается у люминесцентных ламп, ПРА с таким

схемным решением имеет ограниченное применение.

Комбинированные

схемы сочетают те или иные конструктивные

принципы, указанные выше. В нашем случае (рис. 23) дана наиболее

целесообразная бесстартерная схема с ёмкостно-индуктивным балла-

стом, в которой комбинируются автотрансформаторный и простейший

по способу включения трансформатора принципы. В режиме холостого

хода схемы сетевое напряжение подаётся на цепочку, состоящую из

дополнительной обмотки дросселя w

и первичной обмотки w

накаль-

ного трансформатора, что обеспечивает предварительный подогрев

электродов лампы и отношение U

/U до 1,2–1,3. После зажигания лю-

минесцентной лампы накал её электродов компенсируется

n,n

n,p

=1,5–2), так как ток лампы создаёт на обмотке w

дросселя

напряжение, которое уменьшает напряжение на обмотке w

накального

трансформатора. Вторичные обмотки должны включаться встречно с

первичной, так как в противном случае создаётся такое распределение

потенциалов по электродам горячей люминесцентной лампы, что ка-

тодное пятно перемещается на несетевой конец электрода, разрядный

ток лампы ответвляется в обмотки w

, и перегревает ПРА.

Бесстартерные аппараты для люминесцентных ламп заметно ус-

тупают стартерным по расходу материалов на изготовление ПРА в по-

терям мощности в них. Однако они имеют и принципиальное преиму-

щество – возможность регулирования условий зажигания люминес-

центных ламп. Поэтому аппараты данной группы следует использо-

вать лишь в тех эксплуатационных условиях, где стартерные схемы

Рис. 22. Бесстартерная схема включения люминесцентной лампы с авто-

трансформатором, имеющим большое внутреннее сопротивление

либо не обеспечивают надёжного зажигания люминесцентных ламп,

либо не могут применяться по условиям техники безопасности.

3.6. Аппараты для зажигания ламп импульсом напряжения

К данной группе относятся аппараты, обеспечивающие зажигание

разрядных ламп с холодными и подогревными электродами напряже-

нием импульсной формы, т.е. содержащие в наборе элементов им-

пульсные генераторы, которые

функционируют лишь в режимах зажи-

гания разрядных ламп и отключаются (чаще всего автоматически) при

их горении. Схемы указанного типа целесообразно использовать с раз-

рядными лампами, у которых U

> U, но т ≤ 0,7 (исключение состав-

ляют лампы, которые могут работать без балласта, т. е. при т = 1). По

типу накопителя энергии схемы подразделяются на индуктивные и

ёмкостные, по типу коммутирующего элемента – на схемы с электрон-

ным и полупроводниковым ключами, по способу подключения им-

пульсного генератора по отношению к лампе – на

схемы параллельно-

го и последовательного поджига.

Схемы со стартером тлеющего разряда

(рис. 24), широко приме-

няемые для люминесцентных ламп, содержат индуктивный накопитель

энергии.

При подаче напряжения сети зажигается разряд в инертном газе,

наполняющем баллон стартера Ст. Разряд нагревает биметаллические

Рис. 23. Бесстартерная схема включения люминесцентных ламп с ёмко-

стно-индуктивным балластом (комбинированная схема)

НТ