Sanitaryhygiene.ru

Санитары Гигиены
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство включения ламп накаливания с защитой от перегрузок

Устройство включения ламп накаливания с защитой от перегрузок

Это устройство, собранное на ППП, предназначено для защиты ламп накаливания бытовых светильников и продления срока их службы в несколько раз. Оно значительно превосходит по своим характеристикам применявшиеся другие схемные решения, так как обладает повышенными быстродействием и кпд, меньшими габаритами, большей универсальностью применения, но одновременно устройство и очень чувствительно к перегрузкам. При первоначальном включении устройства в сеть все выпрямительные схемы с емкостными фильтрами, когда конденсатор полностью разряжен, являются короткозамкну- той цепью и через диоды выпрямителя протекает ток, значение которого згметно превышает ток диодов в установившемся режиме работы. Это состояние устройства продолжается в течение очень короткого отрезка времени, долей секунды, и заканчивается тогда, когда напряжение на конденсаторе фильтра С/ достигнет определенного уровня, который условно можно считать равным половине установившегося значения выходного напряжения. Вследствие своей малой инерционности ППП очень чувствительны к броскам тока и могут выйти из строя при первоначальном включении устройства. Поэтому в УЭП с высоким и средним уровнями выходных напряжений предусматриваются специальные защитные меры.

Как отмечалось ранее, существуют различные методы предотвращения токовых перегрузок, возникающих при первоначальном включении ламп накаливания. Если в схеме выпрямительного устройства предусмотрен сетевой понижающий трансформатор питания, то последовательно с первичной обмоткой трансформатора включается управляющий дроссель. В первый момент после включения сетевого напряжения дроссель обладает большим сопротивлением, которое с течением времени постепенно уменьшается. Вследствие этого напряжение на первичной обмотке трансформатора медленно возрастает, что и обеспечивает уменьшение токовых перегрузок диодов схемы выпрямления.

Применение управляемого дросселя заметно усложняет и удорожает схему устройства и его конструкцию. Гораздо проще можно добиться положительных результатов при применении электромагнитного реле К1 и гасящего резистора RI.

На рис. 3.4 приведена принципиальная электрическая схема устройства включения ламп накаливания с мягкой

Рис. 3.4. Схема устройства с мягким включением ламп накаливания и защитой от коротких замыканий.

нагрузкой и защитой от коротких замыканий. Устройство состоит из выходных цепей, узла релейной защиты и узла защиты от перегрузок в выходной цепи. Резистор R1 с переменным сопротивлением большой мощности включен на входе устройства.

Принцип действия релейной защиты основан на ограничении тока в первичной цепи и, следовательно, на входе выпрямителя, собранного по однофазной двухполупериод- ной мостовой схеме на выпрямительных диодах VD1— VD4y путем включения последовательного сопротивления резистора /?/. При включении устройства в сеть переменного тока с действующим напряжением 220 В напряжение на входе будет меньше этого значения, так как протекающий в первичной цепи ток вызывает падение напряжения на резисторе /?/. Это обстоятельство приводит к уменьшению напряжения и на выходе выпрямителя. Вследствие этого резистор R1 с течением времени должен быть отключен. Этот резистор необходим только в первые доли секунды после включения устройства в сеть для того, чтобы предотвратить возможный выход выпрямительных диодов из строя. Как следует из схемы, отключение резистора R1 осуществляется автоматически с помощью электромагнитного реле К1. Обмотка реле включена параллельно нагрузке. Нормально разомкнутые контакты /(/./ реле подключены к выводам резистора R1. Когда ток в обмотке реле достигнет определенного значения, контакты К1.1 замыкаются и шунтируют резистор R1. Любое электромагнитное реле при подаче на его обмотку полного напряжения также срабатывает не мгновенно, а с некоторым запаздыванием относительно момента подачи напряжения. Присутствие резистора R1 приводит к замедлению скорости нарастания тока в обмотке реле, что обусловливает увеличение задержки срабатывания реле /С/. В конечном итоге нормально разомкнутые контакты К1.1 замыкаются, и после этого на входе выпрямителя и обмотке реле действует полное напряжение сети переменного тока. К этому времени конденсатор фильтра, установленный на выходе, частично заряжается. Поэтому появление полного напряжения на входе не вызывает таких больших выбросов тока в диодах выпрямителя, которые возникли бы при полностью разряженном конденсаторе С/. После замыкания контактов реле К/ устройство защиты начинает работать в нормальном режиме и обеспечивать требуемые уровни выходного напряжения и тока. Отключение устройства от сети вызывает размыкание контактов реле — и снова устройство подготовлено к эксплуатации.

Эта схема защиты универсальна, ее можно применять в любых других устройствах, но наиболее целесообразно использовать ее в устройствах с высоким и средним уровнями выходных напряжений. Электрические параметры электромагнитного реле определяются значением тока в первичной цепи. Контакты реле К1 должны быть способны коммутировать такой же ток, что и контакты однополюсного переключателя S1. Рекомендуется выбирать номинальное значение тока, которое может протекать через контакты реле, в 1,5 раза больше тока первичной цепи. Если ток первичной цепи равен 5 А, то реле Л7 должно быть рассчитано на коммутацию тока 7,5 А. Большинство электромагнитных реле рассчитаны на ток до 10 А, и они хорошо подходят для наших целей. В устройстве использован проволочный переменный резистор R1 типа ППЗ мощностью 25 Вт и сопротивлением 100 Ом. Это позволяет подключить к устройству люстру из пяти электрических ламп. Практически в устройстве можно использовать резистор мощностью 10 Вт, поскольку в нормальном режиме работы этот резистор находится в обесточенном состоянии. Если по каким-либо причинам реле не сработало и его контакты останутся открытыми после включения питания, резистор R1 будет работать в цепи предохранителя и нагреваться. Перегорание резистора R1 может свидетельствовать о медленном срабатывании реле KI и необходимости его замены, а также замены предохранителя F1. При сборке и монтаже устройства необходимо следить за тем, чтобы переключатель был установлен точно по схеме. При размыкании его контактов сетевое напряжение должно отключаться от обмотки реле Л7. Если переключатель S1 установить в цепи резистора /?/, то сетевое напряжение будет присутствовать на обмотке реле независимо от положения переключателя. В этом случае переключение S1 приведет к включению и выключению устройства, но схема защиты при этом не будет работать, так как контакты реле будут постоянно замкнуты.

Выпрямленное напряжение постоянного тока подается на электронную схему защиты от коротких замыканий, собранную на транзисторах VT1 и VT2. В случае превышения тока в цепи нагрузки падение напряжения на резисторе R7 открывает транзистор VT1 и его коллекторный переход блокирует транзистор VT2.

Читайте так же:
Переменный или постоянный ток для светодиодных ламп

После замыкания контактов переключателя S1 и подачи напряжения с выпрямителя на конденсатор С/ (через резистор R3) постепенно открывается транзистор VT2 и ток коллектора плавно нарастает до значения, определяемого соотношением сопротивлений резисторов R3 и R4. Этот процесс продолжается по мере зарядки конденсатора С/. Вторая ступень защиты ламп накаливания позволяет увеличить время задержки включения ламп накаливания до 0,2 с. Ток, при котором срабатывает вторая защита, зависит от сопротивления резистора /?7, включенного в эмиттерную цепь транзистора VT2.

При изготовлении устройства защиты использованы следующие комплектующие ЭРЭ: транзисторы VT1 типа КТ826А, VT2 — КТ826А; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа КДЮ5Б; конденсатор С/ типа K50-3-450B-200 мкФ; резисторы R1 типа СП5-30-25Вт-100 Ом, R2 — МЛТ-2-51 Ом; R3 — МЛТ-0,25-100 Ом, R4 — МЛТ-0,5-300 Ом, R5 — МЛТ-0,25-5,6 кОм, R6 — МЛТ-0,25-2,2 кОм, R7 — МЛТ-0,5-100 Ом; электромагнитное реле К1 типа МКУ-48-С (паспорт PA4.506.248); предохранители Fl, F2 тина ПМ-1-2 А; переключатель S/ типа П1Т-1-1; электрический соединитель XI типа «вилка».

Лампы накаливания подключаются проводниками из электрического кабеля в точках А и Б.

После сборки и монтажа необходимо убедиться, что устройство работает нормально и обеспечивает требуемые уровни выходного напряжения и тока. Если при включении перегорает резистор /?/, то это верный признак некачественного состояния реле. При нормальной работе контакты реле должны быть замкнуты после включения, а напряжение на резисторе R1 должно быть равно нулю. При настройке можно применить другие аналогичные ЭРЭ с заменой номиналов и типов.

Бесстартерные схемы включения люминесцентных ламп

Импульсное (или стартерное) зажигание люминесцентной лампы, несмотря на его относительную простоту, имеет ряд недостатков. Основной из них — невозможность быстрого зажигания лампы, так как для изгибания биметаллического контакта стартера требуется время. Оно различно для разных стартеров даже одного типа. Нередко получается, что лампа зажигается с предварительным миганием после нескольких срабатываний стартера, так как продолжительность замыкания контакта стартера оказывается недостаточной для должного нагрева электродов лампы.
Другой существенный недостаток — сокращение срока службы ламп из-за неустойчивой работы стартера. Но этой причине лампы чаще выходят из строя, чем из-за недостатков самих ламп.
Недостатки импульсного зажигания явились причиной разработки бесстартерных схем, в основу которых положено то обстоятельство, что прогрев электродов лампы перед ее зажиганием, помимо автоматизированного (стартерного) включения и выключения пусковых нитей, возможен без применения стартера. В этом случае нити накала начинают нагреваться сразу с момента включения лампы в питающую сеть и при наличии достаточного напряжения зажигание происходит сразу посыле прогрева электродов. По этим признакам подобные Схемы называют бесстартерными или схемами быстрого зажигания. В бесстартерных схемах (быстрого зажигания) лампа зажигается повышенным переменным напряжением; зажигание должно производиться при подогретых электродах.
Напряжение зажигания Дампы существенно зависит от температуры накала электродов лампы или тока их подогрева, что иллюстрируется рис. 1. При горении лампы большой ток подогрева нежелателен, так как он ухудшает условия работы электродов и уменьшает срок их службы. Поэтому пока электрод холодный, напряжение зажигания очень велико (напряжение мгновенного или Голодного зажигания U3,x). При увеличении тока подогрева электродов напряжение зажигания снижается до некоторого значения и далее остается постоянным (напряжение горячего зажигания U3, г). Чтобы при горячих электродах люминесцентная лампа зажигалась при сравнительно невысоком напряжении, на лампе для бесстартерного зажигания может быть использована металлическая полоска, которая электрически соединяется с одним из электродов лампы.

Рис. 1. Зависимость напряжения Uз от тока подогрева /п (в долях рабочего тока лампы
Up).
Для того чтобы максимально снизить вероятность холодных зажиганий ламп, технические условия на люминесцентные лампы ограничивают верхний предел напряжения зажигания подогретой лампы и нижнюю границу
зажигания холодной лампы. Регламентируется напряжение накала электродов, при котором гарантируется зажигание ламп. Основные технические требования, предъявляемые к бесстартерным ПРА, приведены в табл. 2.
Таблица 2. Основные технические требования, предъявляемые к бесстартерным ПРА

Напряжение накала в пусковом режиме, В

Ток в ветвях электродов, не более, А

Напряжение холостого хода, В

номинальное на зажимах ламп (действующее)

максимальное на зажимах ламп (амплитудное)

10,5 10,5 10,5 4,4 10,5

0,65 0,75 0,75 1,1 1,6

170
205 205 220 220

400 420 420 420 475

Кроме бесстартерных схем быстрого зажигания (с подогревом электродов лампы) разработаны схемы холодного зажигания (мгновенного). Так как люминесцентные лампы холодного зажигания редко применяются, эти схемы здесь не рассматриваются.

Примеры бесстартерных схем.

В бесстартерных схемах напряжение на лампу подается одновременно с током подогрева электродов и остается постоянным до момента зажигания лампы. По мере нагрева электродов напряжение зажигания снижается и, когда оно достигает напряжения, поданного на негорящую лампу, лампа зажигается. Таким образом, зажигание происходит только после некоторого разогрева электродов лампы. Напряжение зажигания различных ламп имеет довольно значительный разброс, что вынуждает увеличивать напряжение холостого хода, т. е. напряжение на негорящей лампе. Однако чрезмерное увеличение напряжения холостого хода может вызвать холодное зажигание части ламп или зажигание при недостаточно прогретых электродах. Это нежелательно, так как холодное зажигание люминесцентных ламп сокращает срок их службы.

Схема простейшего бесстартерного люминесцентного светильника приведена на рис. 2, а. Электроды лампы подогреваются от вторичных обмоток накального трансформатора Тр. После зажигания лампы за счет падения напряжения в балластном реакторе Р снижается напряжение на первичной обмотке накального трансформатора и уменьшается ток подогрева электродов лампы. К недостаткам такой схемы относится сравнительно низкое напряжение холостого хода — лампа может не загореться. Это объясняется следующим образом. Дело в том, что при включении светильника в электрическую сеть последний оказывается под суммарным напряжением (напряжение сети складывается с напряжением вторичных обмоток накального трансформатора).

Рис. 2. Бесстартерные схемы.
в — с накальным трансформатором; б — с автотрансформатором; в — с накальным трансформатором и пусковым конденсатором; г — с дополнительной обмоткой; д — двухламповая схема; е — трехламповая схема.
Однако падение напряжения на реакторе, вызванное током первичной обмотки накального трансформатора, может оказаться больше, чем напряжение вторичных обмоток накального трансформатора. Поэтому общее напряжение на лампе будет недостаточным для ее зажигания. Несколько лучшие результаты дает схема с автотрансформатором (рис. 2,6). В этой схеме возможно получить более высокое напряжение холостого хода, чем в схеме с трансформатором.
Увеличение напряжения холостого хода обеспечивает схема, приведенная на рис. 2, в, благодаря включению в первичную обмотку накального трансформатора конденсатора, который создает емкостный сдвиг тока в этой цепи. В результате напряжение на индуктивном сопротивлении накального трансформатора, складываясь с напряжением на конденсаторе, создает на лампе увеличенное напряжение, под действием которого лампа зажигается при достаточно прогретых электродах.
Это можно показать на конкретном примере с отвлеченными данными. Допустим, что индуктивное сопротивление балластного реактора ХР=60 Ом; индуктивное сопротивление первичной обмотки накального трансформатора ХгР=40 Ом; емкостное сопротивление конденсатора Хс=320 Ом (активным сопротивлением пренебрегаем), тогда ток в цепи «реактор—конденсатор — первичная обмотка накального трансформатора» при негорящей лампе равен
где I — ток в цепи; Uc — напряжение питающей сети.
Ток, проходящий в цепи, создает падение напряжения: на реакторе AUa=IXp—l Х60=60 В; на первичной обмотке накального трансформатора Д<7тр==/Хтр=1Х Х40=40 В; на конденсаторе MJC=IXC= 1X320=320 В. Так как напряжения на конденсаторе и первичной обмотке накального трансформатора имеют разные знаки, то напряжение на негорящей лампе составит 320— —40=280 В.

Читайте так же:
Провод для ламп подсветки

После зажигания лампа, превратившаяся из диэлектрика в проводник, шунтирует цепь конденсатора и первичную обмотку накального трансформатора. Ток в этой цепи уменьшается. В такой же степени уменьшается ток, проходящий через электроды лампы. Кроме того, при горящей лампе напряжение на ее электродах уменьшится за счет падения напряжения в реакторе.
Конденсатор кроме основного назначения, рассмотренного выше, защищает обмотку накального трансформатора от перегрева. Дело в том, что при отсутствии конденсатора при выходе из строя одного из электродов лампы появляется выпрямляющий эффект, из-за которого через первичную обмотку накального трансформатора проходит постоянный ток. Он перегревает трансформатор и может привести к выходу его из строя. Конденсатор не пропускает постоянного тока и, следовательно, предохраняет трансформатор от перегорания обмотки.
На рис. 2, г показан другой вариант схемы. Здесь конденсатор включен между лампой и балластным реактором и последовательно с первичной обмоткой накального трансформатора включена дополнительная обмотка дод, расположенная на балластном реакторе. Повышенное напряжение на негорящей лампе создается за счет трансформации напряжения из дополнительной в балластную обмотку реактора. В рабочем режиме лампы дополнительная обмотка снижает ток первичной обмотки накального трансформатора. Соответственно снижается ток во вторичных обмотках накального трансформатора, и электроды лампы слабее подогреваются. Конденсатор защищает первичную обмотку накального трансформатора так же, как описано выше.
Рассмотренные одноламповые схемы обладают общим недостатком — имеют низкий коэффициент мощности. Для его повышения (в схемах, где отсутствует конденсатор, создающий опережающий ток) необходимо включать параллельно лампе соответствующую емкость или применять двухламповую схему (рис. 2, д). В этой схеме объединены в одном светильнике отстающая и опережающая ветви. Схема обладает такими же положительными свойствами, как антистробоскопическая схема однофазного питания (см. рис. 1), рассмотренная в разделе.

Определенные преимущества для бесстартерного зажигания люминесцентных ламп имеет трехфазная сеть. На рис. 2, е приведена схема включения трех ламп в сеть 380/220 В. Все три лампы с балластными реакторами включены звездой в трехфазную сеть. Одна из ламп шунтируется конденсатором небольшой емкости, который обеспечивает подачу напряжения на нулевую точку схемы от одной из фаз. Такая схема дает возможность получить на лампах повышенное зажигающее напряжение (равное линейному напряжению). После зажигания двух ламп третья лампа оказывается почти под линейным напряжением и зажигается.
Из изложенного выше вытекает, что для каждой схемы зажигания необходим соответствующий ПРА.
На рис. 3 приведены развернутые схемы включения ПРА некоторых типов. На рис. 3,6 приведена схема совместного включения ПРА типов 1УБЕ и 1УБИ, образующих двухламповый антистробоскопический компенсированный аппарат типа 2УБК в поэлементном исполнении. На рис. 2 и 3 приняты следующие условные обозначения: Л — люминесцентная лампа; Тр — трансформатор; Р — реактор; С — конденсатор; R — резистор; Ст — стартер.
Обозначения ПРА для люминесцентных ламп. Пус- корегулирующие аппараты разделяются в обозначении по следующим признакам:
По количеству ламп, назначению и фазе потребляемого из сети тока при горящей лампе:
1УБИ — одноламповый, стартерный, ток отстает по фазе от напряжения сети;
1УБЕ — одноламповый, стартерный, ток опережает по фазе напряжение сети;
1УБК — одноламповый, стартерный с компенсацией реактивной мощности;
2УБК — двухламповый, стартерный, компенсированный, практически ток совпадает по фазе с напряжением сети;
1АБИ — одноламповый, бесстартерный, ток отстает по фазе от напряжения сети;
1АБЕ — одноламповый, бесстартерный, ток опережает по фазе напряжение сети;
2АБК — двухламповый, бесстартерный, компенсированный, ток практически совпадает по фазе с напряжением сети.
По типу, мощности и напряжению включенных ламп. В условном обозначении аппарата указываются мощность лампы, напряжение питающей сети и символ лампы в том случае, если она отличается от прямолинейной (кольцевая—К, U-образная — U),
3. По сдвигу фаз между токами двух и более ламп, включенных с одним многоламповым аппаратом;

Рис. 3. Схемы включения ПРА для люминесцентных ламп.
а — одноламповая типа 1УБИ-40/220-ВП-03-У4; б —схема совместного включения ПРА типов 1УБЕ-80/220-ВП-03 и 1УБИ-80/220-ВП-03-У4; в — двухламповая антистробоскопическая типа 2УБК-20/220-АВП-ОВ-У4; г — одноламповая кольцевая типа 1УБИ-20К/220-НП-03-У4.
имеющие сдвиг фаз — А; не имеющие сдвиги фаз не обозначаются.
4. В зависимости от класса защиты от поражения электрическим током: аппараты класса защиты 0, в которых доступные для прикосновения части изолированы от токоведущих частей при помощи рабочей изоляции, не обозначаются; аппараты класса защиты 01, в которых доступные для прикосновения части изолированы от токоведущих частей при помощи рабочей изоляции и, кроме того, электрически соединены с заземляющим контактом, не обозначаются; аппараты класса защиты II, в которых доступные для прикосновения части изолированы от токоведущих частей при помощи двойной усиленной изоляции, 2.
По уровню шума создаваемого аппаратами: аппараты с нормальным уровнем шума не обозначаются, с пониженным уровнем шума —П; с особо низким уровнем шума —ПП.
По конструктивному исполнению: встроенные, предназначенные для установки в корпусе светильника,— В; независимые, предназначенные для установки отдельно от светильника, —Н.
По климатическому исполнению: для районов с умеренным климатом — У; для районов с тропическим климатом — Т.
По категории размещения: аппараты для закрытых отапливаемых помещений — 4; аппараты для закрытых неотапливаемых помещений —3; аппараты, устанавливаемые под навесом и в установках наружного освещения —2.
По степени защиты оболочки: открытые, защищенные, пылезащищенные, закрытые.
В условном обозначении типа аппарата по порядку указываются: цифра, обозначающая число ламп, включенных с аппаратом; трехбуквенное обозначение типа аппарата по назначению и фазе потребляемого из сети тока; далее дробь, в числителе которой указана номинальная мощность и символ лампы, а в знаменателе — номинальное напряжение сети; буква А указывается при наличии сдвига фаз; далее следует обозначение конструктивного исполнения; обозначение аппарата по уровню шума; условный номер разработки (трехзначное число); климатическое исполнение и категория размещения.
Условное обозначение встроенного двухлампового компенсированного стартерного аппарата с особо низким уровнем шума для прямой люминесцентной лампы 40 Вт для включения в сеть 220 В со сдвигом фаз между токами ламп, номер разработки 060, для установки в отапливаемом помещении в районах с умеренным климатом: аппарат пускорегулирующий 2УБК.-40/220-АВПП- 060-У.

Читайте так же:
Светодиодные лампы мерцание при выключенном выключателе

Схемы применения электронных ламп

При использовании электронной лампы возникает проблема выбора наиболее рациональной схемы присоединения ее электродов к источнику управляющего сигнала, источникам питания и к нагрузке. Основным требованием при этом является необходимость соблюдения заданного режима работы.

Рассмотрим в первую очередь включение источника входного сигнала в цепь сетки в схемах с общим катодом. Будем считать, что на остальных электродах созданы необходимые потенциалы постоянной величины.

Рис. 2.21. Примеры входных цепей каскадов с общим катодом

Наиболее просто подавать входной сигнал непосредственно между сеткой и катодом (рис. 2.21, а). Однако этот сигнал евх, служащий для управления лампой, в общем случае может содержать и постоянные, и переменные составляющие: евх = е + е. При таком включении может изменяться режим работы лампы, так как постоянная составляющая входного сигнала е добавляется к потенциалу специального источника смещения ес0. Если значение е недостаточно постоянно, то суммарное смещение uс0 = ес0 + е также будет изменяться и нарушать заданный режим работы. В тех случаях, когда требуется поддержание uс0 = const, а постоянство е или его сравнительную малость гарантировать нельзя, применяют сложные входные схемы.

В сложных схемах производится разделение постоянных и переменных составляющих тока. Чаще всего такое разделение осуществляется с помощью реактивных элементов электрической цепи, сопротивление которых зависит от частоты. Пример сложной цепи, применяемой для включения входного сигнала, изображен на рис. 2.21, б. Принцип разделения постоянных и переменных составляющих, в этой схеме очевиден. Следует напомнить, что применение реактивного элемента обязательно влечёт за собой появление зависимости коэффициента передачи входной цепи от частоты. Характер получающихся зависимостей виден из амплитудно-частотных характеристик, также приведенных на рисунке.

В случае необходимости, кроме разделения составляющих, также увеличить амплитуду сигнала применяется трансформатор (рис. 2.21, в). Если же требуется выделение не всех переменных составляющих, а одной из них или некоторой полосы частот, то применяются схемы с резонансными цепями (рис. 2.21, г и д).

Из всех схем, приведенных на рисунке, для медленных изменений входного напряжения (ω→0) пригодна, очевидно, только первая, простейшая. Если при этой е имеет большую величину, то приходится вводить добавочное компенсирующее смещение

Следует отметить, что не всегда можно считать элементы цепи идеальными. Это особенно относится к схеме рис. 2.21, б, так как реальный конденсатор обязательно имеет некоторую утечку между пластинами вследствие несовершенства изоляции.

Обычно желательно брать Rс<10 7 ом. Отсюда следует, что составлять такую схему вообще без Rс (Rс→∞) в обычных условиях работы, когда постоянная составляющая входного сигнала может изменяться, недопустимо. При отсутствии постоянной составляющей также рекомендуется ставить Rс, чтобы избавиться от возможных падений потенциала на сопротивлении конденсатора за счёт неточного тока лампы.

В схеме включения лампы с общим анодом сохраняются те же принципы подключения источника сигнала. Различие состоит лишь в том, что источник включается не между сеткой и катодом, а между сеткой и анодом (по переменной составляющей). Подключение источника сигнала может быть по-прежнему непосредственным, через разделительную RC-цепь, трансформаторным, автотрансформаторным и т. д.

Некоторые особенности подачи сигнала возникают в схеме с общей сеткой. При непосредственном включении источника сигнала в схему (рис. 2.22, а) через источник протекает постоянная составляющая тока лампы. Так как входное сопротивление схемы мало, необходимо требовать малости Внутреннего сопротивления источника сигнала. Подключение источника к схеме с общей сеткой через разделительную RC-цепь (рис. 2.22, б) используется редко, так как при малом входном сопротивлении схемы требуется весьма большая емкость разделительного конденсатора, а кроме того, за счет сопротивления в цепи катода (Rк) входное сопротивление схемы становится еще меньше.

Наиболее удобно применение входных цепей с трансформаторным и автотрансформаторным включением (рис. 2.22, в, г), в которых удается эффективно согласовать сопротивление источника сигнала с входным сопротивлением схемы. Такое согласование основано на известном для трансформаторов соотношении

Рис 2.22. Примеры входных цепей в схемах с общей сеткой

Если внутреннее сопротивление источника сигнала Rсигн, а входное «сопротивление схемы Rвх, то выбором коэффициента трансформации можно удовлетворить условию

что соответствует наилучшей передаче мощности от источника схеме.

Рассмотрим теперь принципы составления выходных схем, служащих для присоединения к. лампе нагрузки в схемах с общим катодом и общей сеткой (рис. 2.23). Если сопротивление нагрузки очень велико (Rн>>Ri), то прохождение через нее постоянной составляющей анодного тока лампы приведет к нарушению режима ее работы (уменьшается uа0). Кроме того, не через всякую нагрузку желательно прохождение постоянной составляющей тока. И тот и другой недостатки присущи простейшей схеме включения, изображенной на рис. 2.23, а (справа — ее амплитудно-частотная характеристика).

Для разделения постоянной и переменной составляющих также могут применяться сложные схемы с реактивными элементами. Несколько таких схем и их амплитудно-частотные характеристики приведены на рис. 2.23, б, в, г, д.

Читайте так же:
Последовательное соединение ламп постоянный ток 1

Особенно следует отметить применение в выходных схемах трансформатора. При помощи трансформатора можно выделить внагрузке максимальную мощность для любых значений Ri и Rн. Сэтой целью подбирают коэффициент трансформации таким образом, чтобы n 2 Rн=Ri. Присоединение нагрузки к лампе через трансформатор применяется очень часто. Недостатком такого включения является существование частотной зависимости п(ω).

В схемах с общим анодом и общей сеткой используются те же принципы включения нагрузки а цепь лампы, отличие состоит лишь в подключении электродов лампы к нагрузке в соответствии с основной идеей построения различных схем. В схеме с общим анодом необходимо учитывать малость выходного сопротивления. В такой схеме непосредственное включение колебательного контура всхему (см. рис. 2.23, г) нерационально.

Рис. 2.23. Примеры выходных цепей в схемах с общим катодом

Теперь познакомимся со способами подачи постоянных потенциалов на сетки ламп. Простейшим из них является включение специальных батарей, как это сделано, на схемах рис.2.21—2.23. Однако в сложных схемах с несколькими лампами такой способ неудобен из-за необходимости большого числа отдельных батарей. Поэтому чаще вместо последних используется падение потенциала на сопротивлении при прохождении через него тока, потребляемого одним из электродов лампы. Этот способ подачи потенциала на сетку называется автоматическим смещением (подразумевается смещение рабочей точки).

В трехэлектродной лампе автоматическое смещение на сетке может быть получено включением сопротивления в цепь, по которой проходит анодный ток. Для создания разности потенциалов между сеткой и катодом сопротивление Rк должно также входить в цепь сетки — катода лампы и его приходится включать так, как изображено на рис. 2.24 для схемы с общим катодом.

При этом сетка находится под отрицательным потенциалом по отношению к катоду, что обычно и требуется.

Падение потенциала uс0 на сопротивлении Rк (рис. 2.24, а) определяется по характеристикам или параметрам лампы. При заданном потенциале анода лампы (или источника питания при известном сопротивлении в анодной цепи) известен и ток в цепи анода iа0 протекающий при uс=uс0. Тогда, очевидно,

(73)

Рис. 2.24. Схемы создания постоянных потенциалов на электродах лампы для обеспечения нормального режима

Точно так же задается потенциал экранирующей сетки. Обычно он должен быть несколько меньше потенциала анода, и сопротивление автоматического смещения Rс2 (рис. 2.24, б) включается в цепь между экранирующей сеткой и анодом лампы.

Так как сетка находится по отношению к катоду под положительным потенциалом, то через нее протекает заметный ток (iс2). Присоединять сопротивление непосредственно к аноду лампы нельзя, так как его потенциал при действии сигнала на управляющей сетке меняется, поэтому сопротивление присоединяется не непосредственно к аноду, а к источнику питания.

При таком включении

Для большинства ламп

(75)

Приведенные способы дают постоянное смещение только при условии iк=const в первой схеме и iк2=const во второй. При наличии входного сигнала эти условия, очевидно, не будут соблюдаться. Подаваемый на вход усилителя сигнал изменяет потенциал сетки, а следовательно, и величину анодного тока. Но, так как iа

iк (предполагается отсутствие сеточного тока), изменится и ток iк, от которого зависит величина сеточного смещения ис0=iкRк. Таким образом, автоматическое смещение на первой, управляющей, сетке в том виде, в каком оно осуществлено на схеме рис. 2.24, а, ослабляет действие входного сигнала:

где Δuск — изменение сигнала между сеткой и катодом лампы, Δuвх и Δuс0 — соответственно изменения входного сигнала и потенциала смещения.

Для уменьшения встречного, ослабляющего действия изменений автоматического смещения необходимо сделать uс0=const. То же условие, очевидно, справедливо для экранирующей сетки, нормальная работа которой требует поддержания на ней постоянного потенциала.

Режим постоянного потенциала при помощи автоматического смещения достигается весьма просто включением дополнительных цепей с малым сопротивлением для переменных составляющих тока (цепей фильтрации). Осуществление фильтрации обычно производится применением конденсаторов (Ск и Сс2 , рис. 2.24, в и г). Величина емкости этих конденсаторов определяется из очевидных условий:

(77)

где ω — частота усиливаемого сигнала.

Конечно, такие схемы фильтрации удовлетворительно работают только при не очень малых значениях частоты. На низких частотах их действие ухудшается и при ω→0 прекращается совершенно.

На рис. 2.25, а дан пример схемы одного каскада (ступени) усиления с применением пентода и цепей автоматического смещения. На рис. 2.25, б показан двухкаскадный усилитель того же типа.

В первой схеме конденсатор СС2 замыкает переменную составляющую тока iс2, на катод лампы (точка б на схеме), а во второй на точку в.

Если выполняется условие uс0=const., то разницы между обеими схемами нет, так как требуемое условие неизменности потенциалов иС2 по-прежнему соблюдается. В схеме рис. 2.25 применено также включение конденсатора параллельно источнику питания, уменьшающее его внутреннее сопротивление для переменного тока. Благодаря наличию конденсаторов Ск и СС2, обеспечивающих постоянство ис0 и ис2, эквивалентная схема пентода с цепями автоматического смещения совпадает с ранее рассмотренной схемой для триода с общим катодом.

Рис. 2.25. Примеры одно- и двухкаскадного усилителя на пентодах

(точки аа — выводы подогревателя катода).

Способы подачи постоянных потенциалов на электроды лампы в схемах с общим анодом и общей сеткой основываются на тех же принципах. Сопротивление нагрузки Rк в схеме с общим анодом, включенное в цепь катода, обеспечивает отрицательное смещение на сетке лампы. Однако при произвольном выборе величины Rк (точнее при выборе величины Rк из требований к системе в целом) смещение рабочей точки может быть как недостаточным (при Rк<Rко), так и излишним (при Rк>Rко; Rко — сопротивление, обеспечивающее нормальное смещение на сетке). В первом случае используется схема рис. 2.26, а, содержащая дополнительную цепь автоматического смещения так, чтобы суммарное сопротивление в цепи катода- (Rк + Rк1) создавало необходимое смещение. Во втором случае (излишнего смещения при Rк>Rко) используется схема частичного включения падения потенциала на сопротивлении в цепи катода (рис. 2.26, б) где Rк1=Rк0, а Rк1+Rк2=Rк или схема дополнительного положительного смещения (рис. 2.26, в), в которой положительный, потенциал сетки рассчитывается по очевидной формуле uсдоп=iаоRк–uс0, а соотношение сопротивлений R1 и R2 определяется выражением

Читайте так же:
Ток в люминисцентных лампах

(78)

Пример создания автоматического смещения в схеме с общей сеткой приведен на рис. 2.26, г, где Rк=ucic.

Емкость конденсаторов Ск в схемах рис. 2.26 выбирается из тех же соображений, что и в схеме с общим катодом.

Схемы управления источниками света

Существует множество схем включения электрических источников света. Для присоединения к сети одной или нескольких ламп накаливания используют один выключатель, для помещений с разной степенью освещенности применяют два однополюсных выключателя, для попеременного включения различного количества ламп используют специальные переключатели. В производственных помещениях лампы включают с помощью автоматов, для освещения улиц, площадей, территорий ТЭЦ и подстанций применяют магнитные пускатели, контакторы и автоматические выключатели.

Люминесцентные лампы включают в сеть по двум схемам зажигания: стартерной и бесстартерной. В качестве элементов, стабилизирующих параметры разряда, в пускорегулирующих аппаратах применяют дроссели (индуктивный балласт) и последовательно соединенные дроссель и конденсатор (индуктивно-емкостной балласт). Люминесцентные лампы включают в электрическую сеть последовательно с балластным сопротивлением (рис. 48).

Схема включения люминесцентной лампы

Рис. 48. Схема включения люминесцентной лампы с индуктивным (а) и с индуктивно-емкостным (б) балластами:
1 — балластный конденсатор; 2 — дроссель, 3 — лампа, 4 — стартер.

Для уменьшения напряжения зажигания люминесцентной лампы ее электроды предварительно нагревают с помощью стартера до температуры 800—900 °С.

Схемы включения двух люминесцентных ламп

Рис. 49. Стартерная (а) и бесстартерная (б) схемы включения двух люминесцентных ламп:
1 — лампа; 2 — стартер; 3 — дроссель; 4 — конденсатор; 5 — разрядный резистор; 6 — накальный трансформатор.

Стартер представляет собой миниатюрную газоразрядную неоновую лампу с двумя электродами, один из которых подвижный (рис. 49). При включении лампы между электродами возникает разряд, теплота которого нагревает биметаллический (подвижный) электрод. Электрод, изгибаясь под действием нагрева, замыкается с другим электродом стартера и образует цепь электрического тока. В это время разряд в стартере отсутствует и биметаллический электрод, остывая, разрывает цепь. В момент размыкания цепи возникает импульс повышенного напряжения в обмотке дросселя и лампа зажигается (если почему-либо лампа не зажглась после разрыва электродов стартера, то он снова получает полное напряжение и процесс зажигания повторяется).

После того, как лампа зажглась и в ее цепи установился рабочий ток, напряжение на электродах лампы остается около половины напряжения сети (остальное напряжение падает на значительном индуктивном сопротивлении дросселя). Таким образом, на электродах стартера во время уже зажженной лампы остается напряжение, равное половине сетевого и недостаточное для возникновения повторного тлеющего разряда.

Особенностью схем включения люминесцентных ламп является низкое значение их коэффициента мощности и значительный потребляемый реактивный ток. Для повышения коэффициента мощности сети и поглощения радиопомех, излучаемых разрядами в лампах и искрой в стартере, в схему включают компенсирующие конденсаторы. Для одноламповых светильников максимальный коэффициент мощности находится в пределах 0,92 — 0,94, а для двухламповых — достигает 0,98. Включение люминесцентных ламп производится с помощью комплектного пускорегулирующего аппарата (ПРА) как для стартерных, так и для бесстартерных схем. В состав ПРА входят индуктивные и емкостные балластные сопротивления, накальные трансформаторы.

В двухламповых светильниках аппараты включаются попарно: индуктивный и емкостной. Благодаря этому суммарный световой поток ламп имеет незначительную пульсацию, а коэффициент мощности значительно повышается. Бесстартерные ПРА обеспечивают надежное зажигание ламп с предварительным подогревом их электродов встроенным накальным трансформатором и используются в металлических заземленных светильниках, которые питаются от сети напряжения 380/220 В.

Для ускоренного (мгновенного) зажигания люминесцентных ламп применяют схемы с использованием автотрансформаторов с большим рассеянием, которые подают на лампу напряжение, превышающее напряжение сети в 6 —7 раз. В результате этого лампа мгновенно зажигается. Цепи с повышенным напряжением более опасны в эксплуатации, имеют потери мощности в 2 — 3 раза большие, чем стартерные цепи, электроды обычных люминесцентных ламп изнашиваются значительно быстрее. В этих схемах применяют лампы с усиленными электродами.

Схемы включения четырехэлектродных ламп типа ДРЛ в сеть переменного тока напряжением 220 В показаны на рис. 50.

Схемы включения ламп ДЛР

Рис. 50. Схемы включения ламп ДЛР с дросселем (а) и с трансформатором с большим магнитным рассеянием (б):
1 — конденсатор: 2 — дроссель; 3 — лампа; 4 — трансформатор.

После включения лампы ДРЛ ее световой поток достигает установившегося значения только через 10—15 мин, так как сначала образуется тлеющий разряд между основными и поджигающими электродами, а потом возникает разряд между основными электродами.

Для включения иодидных ламп ДРИ и ДНаТ кроме дросселя используют дополнительное универсальное импульсное зажигающее устройство типа УИЗУ-220 или УИЗУ-380, обеспечивающее подачу на лампы напряжения 4,5 — 5,5 кВ в течение 3 — 4 мкс. Лампы в такой схеме должны зажигаться при напряжении сети 198 В (или 342 В для ламп ДРИ-2000) за время не более 1 мин с момента подачи напряжения при температуре окружающей среды до -60 °С (рис. 51).

Схема включения лампы ДРИ

Рис. 51. Схема включения лампы ДРИ

При подаче напряжения конденсатор С2 в начале полупериода заряжается через балластный дроссель, резистор R1 и вторичную обмотку W2 трансформатора TP1. Когда напряжение на конденсаторе С2 становится равным напряжению открывания последовательно включенных стабилитронов VD2 и VD3, открывается тиристор VD1, и происходит зарядка конденсатора С2 по цепи: первичная обмотка W1 трансформатора TP1, диод VD1. Индуктируемые во вторичной обмотке импульсы напряжения 4 — 5 кВ обеспечивают зажигание лампы. Число импульсов при зажигании ламп достигает восьми. Диод VD1 препятствует протеканию тока через стабилитроны при отрицательной полярности питающего напряжения.

После зажигания лампы устройство автоматически отключается, поскольку напряжение на конденсаторе С2, и, соответственно, на стабилитронах VD2 и VD3 при горящей лампе ниже напряжения их открывания. Напряжение отключения устройства составляет 170—190 В при температуре +25°С.

Световой поток и мощность лампы ДНаТ меньше зависят от изменения напряжения, чем у ламп ДРЛ и ДРИ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector