Пускорегулирующая аппаратура

Для увеличения пускового тока в индуктивно-емкостных схемах применяют дроссель с дополнительной обмоткой, которую включают в цепь стартера, как это показано на рис. 14, б. При этом ВАХ балласта перемещается вправо (кривая 2 на рис. 14, в).

Использование в индуктивных и индуктивно-емкостных схемах единого унифицированного балласта (без пусковой обмотки) связано с выбором емкости балластного конденсатора и полем его допуска. При этом путем использования конденсаторов с малыми отклонениями емкости можно добиться увеличения пускового тока индуктивно-емкостной ветви до значения пускового тока индуктивной ветви. В частности, при применении конденсаторов с допуском ±4 % возможно использование дросселя без пусковой обмотки. Однако при этом существенно повышаются требования к точности настройки дросселей.

Значение пускового тока может быть в некоторых пределах изменено путем настройки дросселя, о чем будет сказано ниже.

Применение в светильниках одноламповых стартерных ПРА с низким коэффициентом мощности вызывает увеличение реактивного тока, потребляемого из сети, перегрузку сети и дополнительные потери мощности в ней. Так, снижение значения cosф с 1 до 0,5 увеличивает потребляемый из сети ток в 2 раза, а потери мощности в 4 раза.

Как было отмечено, коэффициент мощности лампы с дросселем всегда меньше единицы. Компенсировать индуктивный ток можно с помощью конденсатора, включенного параллельно напряжению сети. Такой конденсатор называют компенсирующим. На рис. 14, г показана зависимость емкости компенсирующего конденсатора Ск от соsфк , который мы хотим получить при значениях cosфo для некомпенсированной ПРА, равных 0,3 (кривая 1) и 0,5 (кривая 2). Например, для повышения cosф с 0,3 до 0,85 необходимо включение компенсирующего конденсатора емкостью Cк1 . В этом случае cosф носит индуктивный характер, 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 током не используют из-за необходимости увеличения емкости конденсаторов.

Компенсация реактивного тока включением на вход схемы питания лампы компенсирующего-конденсатора целесообразна для одноламповых светильников или светильников с последовательным включением ламп. В двухламповых светильниках применяют параллельное включение ламп с индуктивным и индуктивно-емкостным балластом.

2.2 ДВУХЛАМПОВЫЕ СТАРТЕРНЫЕ ПРА  С РАСЩЕПЛЕННОЙ ФАЗОЙ

На рис. 15, а и бприведена распространенная схема стартерного двухлампового ПРА с расщепленной фазой и показана векторная диаграмма пускового режима. Емкость балластного конденсатора Сб в таких схемах обычно несколько ниже (на 5-15 %) емкости компенсирующего конденсатора в одноламповой индуктивной схеме к лампе той же мощности. Применяя вместо двух схем с индуктивными балластами и компенсирующими конденсаторами одну схему с расщепленной фазой, можно сократить ёмкость балластного конденсатора не менее чем в 2 раза. Однако в этом случае балластный конденсатор, как это видно из рис. 15,б, должен иметь напряжение, превышающее напряжение сети.

Преимуществом схем с расщепленной фазой является также снижение пульсации светового потока в светильнике Оптимальным является случай, когда коэффициент мощности каждой из цепей включения ламп равен 0,7. В этом случае угол сдвига между кривыми световых потоков ламп составляет 90°, а коэффициент пульсации снижается в 2-4 раза по сравнению с пульсацией светового потока одной лампы. Большинство стартерных схем при работе с ЛЛ имеет cosф=0,5 как для индуктивной, так и для емкостной цепи. В этом случае угол сдвига между кривыми световых потоков ламп в индуктивной схеме ф1 и

Рисунок 15. Двухламповая схема включения ЛЛ с расщепленной фазой: а- схема ПРА; б- векторная диаграмма рабочего режима; в- диаграмма пульсации светового потока.

емкостной ф2 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 с расщепленной фазой не дает ощутимого эффекта по снижению пульсации светового потока. Поэтому такие лампы включают в сеть по схеме последовательного включения, обеспечивая снижение пульсации светового потока только для четырехламповых светильников.

Применение двухламповых схем последовательного включения в основном преследует две цели: создать наилучшие условия для ЛЛ, которые при включении в сеть с повышенным напряжением могут зажигаться в режиме с холодными или недогретыми электродами; повысить экономичность ПРА, т. е. снизить его массу, габаритные размеры, стоимость и потери мощности. Кроме того, применяя схемы последовательного включения, можно унифицировать некоторые ПРА, что будет показано ниже.

На рис. 16 приведена наиболее простая схема включения двух ЛЛ с двумя стартерами. Каждый из стартеров выбирается на то напряжение, для которого предназначена лампа.

Рисунок 16. Схема последовательного включения двух ЛЛ с двумя стартерами.

Преимуществом такой схемы помимо её простоты является возможность использовать один и тот же дроссель для включения одной лампы или двух ламп той же суммарной мощностью. Например, дроссель к лампе мощностью 40 Вт можно применять для включения двух ламп мощностью по 20 Вт. Надежность зажигания ламп в последовательных схемах повышается при шунтировании одной из ламп конденсатором небольшой емкости (0,05 мкФ), что обеспечивает пробой сначала незашунтированной лампы, а затем шунтированной. Схемы последовательного включения с индуктивно-емкостным балластом выполняют как сочетание дросселя и последовательно включенного с ним балластного конденсатора, а также с дросселем с дополнительной обмоткой, которая включается в цепь незашунтированного стартера. Этим достигается увеличение тока подогрева лампы и повышение, как надежности зажигания, так и срока службы ламп.

Рассмотренная схема, как и все схемы последовательного включения, обладает тем недостатком, что включение и работа ламп взаимосвязаны. При не зажигании одной лампы не зажигается и вторая, при выходе из строя одной лампы погаснет вторая. Поэтому разработаны многочисленные схемы последовательного включения ламп, лишенные в той или иной степени этого недостатка.

2.3 ТРЕБОВАНИЯ К СТАРТЕРНЫМ ПРА

Перечислим основные требования к параметрам стартерных ПРА для ЛЛ:

1. Пусковой ток должен находиться в определенных пределах при допустимых значениях-сети (обычно ±10 % номинального напряжения сети) и изменениях параметров ПРА. Для большинства ЛЛ пусковой ток должен находиться в пределах от 0,9 до номинальных токов лампы.

2. Рабочий ток лампы должен находиться в определенных пределах. В ГОСТ 16809-78 нормируется значение рабочего тока не непосредственно, а как отношение тока номинальнойлампы, включенной с данным стартерным ПРА и с образцовым-измерительным дросселем (ДОИ). Значение рабочего тока номинальной лампы, включенной с данными ПРА, при номинальном напряжении сети не должно превышать 1,15 тока этой же лампы, включенной с ДОИ на номинальное для него напряжение. Люминесцентные лампы при их включении со стартерными ПРА имеют разброс рабочих токов в пределах 20 30 % номинального значения.

3. Мощность лампы нормируется  не непосредственно, а как отношение  мощности номинальной лампы, включенной  сданным ПРА, к мощности этой же лампы, включенной с ДОИ. Стартерный ПРА должен обеспечить мощность номинальной лампы в определенных пределах при напряжении питания, равном 0,9 и 1,1 номинального напряжения сети. При напряжении 0,9 номинального стартерный ПРА должен обеспечивать относительную мощность лампы не ниже 0,85, а при напряжении 1,1 номинального — не выше 1,15 мощности номинальной лампы, включенной с ДОИ на такое же напряжение.

4. Коэффициент амплитуды  тока лампы, работающей со стартерным  ПРА, не должен превышать 1,7.

Нормирование перечисленных выше параметров обусловлено требованием обеспечить нормальную работу и срок службы ЛЛ в стартёрных схемах. Параметры стартеров для таких схем также должны обеспечивать максимальный срок службы ламп и надежность их зажигания. 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.

Потери мощности в ПРА формируют как отношение активной мощности, рассеиваемой в ПРА, к мощности лампы при номинальном напряжении сети. Значение потерь мощности ПРА определяется конструкцией, уровнем шума, массой магнитопровода, параметрами обмотки. Потери в дросселях обратно пропорциональны габаритным размерам, чем меньше размеры дросселя, тем выше потери в них. Так, ПРА к лампам мощностью 30 Вт имеет потери в пределах 23 31, мощностью 40 Вт 18 28, мощностью 65 Вт – 20 26 %, причем минимальные значения потерь относятся к индуктивным ПРА, а максимальные — к индуктивно-емкостным. Наличие, потерь в ПРА снижает общую световую отдачу ламп плюс комплекта ПРА, т. е. чем больше потери мощности в ПРА тем больше тратится электроэнергии на создание того же светового потока.

Элементы ПРА должны удовлетворять требованиям по электрической прочности и сопротивлению изоляции. Эти требования часто называют параметрами элсктробезопасности, так как они обеспечивают безопасность людей от поражения электрическим током и гарантируют отсутствие коротких замыканий в ПРА, т. е. обеспечивают также пожаробезопасности ПРА.

Важным требованием является требование к тепловому режиму. Тепловой режим ПРА определяется потерями мощности в обмотке и магнитопроводе, габаритными размерами и условиями охлаждения. Нормирование тепловых параметров связано с необходимостью обеспечить длительный срок службы ПРА (около 10 лет) без изменения ее электрических параметров. Тепловой режим ПРА нормируется двумя значениями - температурой нагрева обмотки и превышением температуры нагрева корпусов ПРА и конденсаторов.

Допустимую температуру нагрева обмотки tw устанавливают в зависимости от термостойкости изоляции обмоточного провода, но не менее чем на два класса ниже по температурной шкале. Значения tw выбирают из того же ряда температур, что и температуру классов термостойкости, т. е. 105, 120, 130°С и т. д. Таким образом, для проводов с допустимой температурой изоляции 130°С значение twне должно превышать 105 °С. Конструкция ПРА должна обеспечивать превышение температуры обмотки в номинальном рабочем режиме не выше чем 55°С для встраиваемых аппаратов и 45°С для аппаратов независимого исполнения. Значения превышения температуры в аномальном, т. е. длительном, пусковом режиме не должны превышать значений, приведенных ниже.

Превышение температуры обмоток ПРА в рабочем режиме проверяется при номинальном напряжении сети, в аномальном - при 1,1 номинального напряжения сети.

Требование по ограничению содержания высших гармоник в токе лампы связано с возможностью перегрузки нулевого провода трехфазной питающей сети токами высших гармоник, кратных трем, которые появляются в токе лампы.

Пускорегулирующий аппарат при своей работе является источником акустических шумов. Основной причиной шума является вибрация пластин магнитопровода под действием электромагнитных сил, возникающих в магнитном поле, и магнитострикция, или изменение размеров ферромагнитного материала при наличии магнитного поля. Уровень шума ПРА нормируют по значению звуковой мощности, создаваемой при их включении на напряжение сети, равное 1,1 номинального, в определенных частотных полосах от 125 до 8000 Гц, что соответствует полосе частот, воспринимаемых ухом человека. Уровень шума измеряют в специальной реверберациониой камере, менее точные измерения в процессе производства ПРА производят в звукомерной камере при условии обеспечения определенного уровня внешних акустических помех.

3. БЕССТАРТЕРНЫЕ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП

3.1 КЛАССИФИКАЦИЯ БЕССТАРТЕРНЫХ  ПРА

пускорегулирующий разрядная электрическая лампа

Наряду со стартерным ПРА для зажигания ЛЛ применение находят схемы, в которых зажигание ламп обеспечивается за счет синусоидального напряжения без использования стартеров. Такие схемы принято выделять в самостоятельную группу бесстартерных ПРА.

Бесстартерные ПРА по конструкции значительно сложнее стартерных, имеют большие потери мощности и большие габаритные размеры, но в основном обеспечивают повышенную надежность зажигания и высокий срок службы ламп. Поэтому расходы на эксплуатацию осветительных установок с бссстартерной ПРА в определенных условиях могут оказаться существенно ниже, чем со стартерными.

Различие состоит в том, что в бесетартерных схемах зажигание осуществляется синусоидальным, питающим напряжением. В процессе зажигания ламп в бесетартерных схемах определяющую роль играет распространение плазменного фронта по длине трубки от зажигающего электрода к заземленному и возникновение тлеющего разряда. Скорость распространения фронта ионизации составляет около 103 м/с и определяется скоростью нарастания напряжения, подаваемого на лампу, распределенной емкостью стенок лампы и проводимостью плазменного столба, образующегося за фронтом ионизации.

В связи с тем, что зажигание ЛЛ в бесстартёрных схемах осуществляется синусоидальным напряжением определенной амплитуды, для надежного зажигания ламп большое значение имеют факторы, облегчающие зажигание и стабилизирующие напряжение зажигания на определенном уровне при изменении условий окружающей среды. Кроме предварительного нагрева электродов, существенную роль играет наличие на колбе лампы токопроводящей полосы. Особенно эффективно сказывается на 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 в стартерных схемах, снижает надежность зажигания ламп и в значительной степени лишает смысла применение бесетартерных ПРА.

Бесстартерные ПРА принято делить на две группы: ПРА быстрого зажигания, в которых осуществляются предварительный нагрев электродов ЛЛ и затем зажигание ее под действием синусоидального напряжения источника питания (значение напряжения зажигания определяется конструкцией и условиями работы ламп), и ПРА мгновенного зажигания, в которых ЛЛ с холодными электродами зажигается при подаче на нее повышенного напряжения.