Лампочки светодиодные переменные или постоянные. Осветительные приборы на основе светодиодов переменного тока находят свою нишу и, возможно, выйдут за ее пределы. Плюсы и минусы регуляторов яркости ламп накаливания

Снижение розничных цен на светодиодные лампы привело к резкому росту их продаж. Однако ситуация с выбором качественного товара для многих по-прежнему остаётся тупиковой. Если купить лампочку накаливания было просто, с появлением КЛЛ задача не значительно усложнилась за счет более широкого ассортимента и оттенков излучаемого света. Параметры светодиодных ламп имеют значительно больше пунктов, чем у лампочек предыдущих поколений.

Но не стоит пугаться. Чтобы купить хорошую светодиодную лампу, углублённых познаний товара не понадобится. Достаточно один раз разобраться с основными параметрами, чтобы потом легко ориентироваться среди чисел, указанных на упаковке. Так что же нужно знать покупателю о светодиодных лампах, и на какие технические характеристики обратить внимание перед покупкой?

Основные характеристики

Следуя пословице: «Встречают по одёжке…» достаточно взять в руки коробку с лампочкой, чтобы ознакомиться с её основными техническими характеристиками. Обратить внимание следует не на крупные яркие цифры, а на напечатанное мелким шрифтом описание из 10 и более позиций.

Световой поток

Во времена, когда лампа накаливания была источником света №1, понятие светового потока мало кого интересовало. Яркость свечения определялась номинальной мощностью лампочки. С появлением светодиодов мощность потребления источников света снизилась в разы, а КПД вырос. За счет этого появилась экономия, о которой так часто напоминают рекламные ролики.

Световой поток (Ф, лм или lm) – величина, которая указывает на количество световой энергии, отдаваемой осветительным прибором. Опираясь на значение светового потока можно легко подобрать замену существующей лампочке со спиралью. Для этого можно воспользоваться нижеприведенной таблицей соответствия. Наравне со световым потоком часто можно встретить понятие «световая отдача». Её определяют как отношение светового потока к потребляемой мощности и измеряют в лм/Вт. Данная характеристика более полно отражает эффективность источника излучения. Например, светодиодная лампа нейтрального света мощностью 10 Вт излучает световой поток примерно в 900-950 лм. Значит, её светоотдача будет равна 90-95 лм/Вт. Это примерно в 7,5 раз больше, чем у аналога со спиралью в 75 Вт с таким же световым потоком.

Бывает, что после замены лампы накаливания на светодиодную её яркость оказывается ниже заявленной. Первая причина такого явления – установка дешёвых китайских светодиодов. Вторая – заниженная мощность потребления. Эти обе причины говорят о товаре низкого качества.

Также величина светового потока зависит от цветовой температуры. В случае со светодиодами принято указывать световой поток для нейтрального света (4500°K). Чем выше цветовая температура, тем больше световой поток и наоборот. Разница в светоотдаче между однотипными светодиодными лампами теплого (2700°K) и холодного (5300°K) свечения может достигать 20%.

Мощность

Мощность потребления светодиодной лампы (P, Вт) – вторая по важности техническая характеристика, которая показывает на то, сколько электроэнергии потребляет светодиодная лампа за 1 час. Суммарное энергопотребление складывается из мощности светодиодов и мощности драйвера. Наиболее востребованы в наше время led осветительные приборы мощностью 5-13 Вт, что соответствует 40-100 ваттным лампам с нитью накала.

Качественные драйвера импульсного типа потребляют не более 10% энергии от общей мощности.

В качестве рекламы производители часто пользуются понятием «Эквивалентная мощность», которая выражается в надписи на упаковке наподобие 10 Вт=75 Вт. Это означает, что светодиодную лампу в 10 Вт можно вкрутить вместо обычной «груши» в 75 Вт, не потеряв при этом в яркости. Разнице в 7-8 раз можно верить. Но если на коробке красуется надпись вроде 6 Вт=60 Вт, то зачастую это не более чем рекламный трюк, рассчитанный на рядового покупателя. Это не значит, что изделие плохого качества, но реальная светоотдача будет, скорее всего, совпадать с лампой накаливания не в 60, а гораздо меньше.

Напряжение и частота питания

Напряжение питания (U, В) принято указывать на коробке в виде диапазона, в пределах которого производитель гарантирует нормальную работу изделия. Например, параметр 176–264В свидетельствует о том, что лампочка уверенно справится с любыми перепадами сетевого напряжения без существенной потери яркости.

Как правило, светодиодная лампа со встроенным токовым драйвером имеет широкий диапазон входных напряжений.

Если источник питания не содержит качественного стабилизатора, то перепады напряжения в сети питания будут сильно сказываться на светоотдаче и влиять на качество освещения. В России наибольшее распространение имеют led-лампы с питанием от сети переменного тока 230В частотой 50/60 Гц и от сети постоянного тока 12В.

Тип цоколя

Размер цоколя необходимо знать для того, чтобы подобрать лампочку в соответствии с существующим патроном в светильнике. Основная масса светодиодных ламп выпускается под резьбовой цоколь Е14 и Е27, которые являются стандартом для настенных, настольных и потолочных светильников советского образца. Не редкость светодиодные лампы с цоколем GU4, GU5.3, которые пришли на смену галогенным лампочкам, установленным в точечных светильниках и китайских люстрах с пультом дистанционного управления.

Цветовая температура

(TC, °K) указывает на оттенок излучаемого света. Применительно к светодиодным лампам белого свечения всю шкалу условно делят на три части: с тёплым, нейтральным и холодным светом. При выборе следует учесть, что тёплые тона (2700-3500°K) успокаивают и располагают к уюту, а холодные (от 5300°K) бодрят и возбуждают нервную систему.
В связи с этим для дома рекомендуется использовать тёплого свечения, а на кухне, в ванной и для работы – нейтрального. Светильники на светодиодах с TC≥5300°K пригодны только для выполнения специфической работы и в качестве аварийного освещения.

Угол рассеивания

По углу рассеивания можно судить о распространении светового потока в пространстве. Данный показатель зависит от конструкции рассеивателя и расположения светодиодов. Нормой для современных ламп широкого применения является значение ≥210°. Для эффективной работы с мелкими деталями лучше купить лампу с углом рассеивания 120° и установить её в настольный светильник.

Возможность диммирования

Возможность диммирования (управление яркостью освещения) светодиодной лампы подразумевает её корректную работу от светорегулятора (диммера). Диммируемые лампы стоят дороже, так как их электронный блок имеет более сложное устройство. Обычная led-лампочка при подключении к регулятору света не станет работать или будет моргать.

Коэффициент пульсации

(Кп) не всегда приводится в перечне характеристик, несмотря на то, что имеет первостепенное значение и оказывает влияние на здоровье. Необходимость в измерении данного параметра возникла ввиду наличия в лампе электронного блока и высокого отклика светодиодов. Низкокачественные источники питания не способны идеально сгладить пульсации выходного сигнала, в результате чего светодиоды начинают мерцать с некоторой частотой.

Коэффициент пульсации светодиодных ламп с питанием от сети стабильного постоянного тока равен нулю.

Наиболее качественными принято считать светодиодные лампы с Кп ниже 20%. В моделях с драйвером тока коэффициент пульсаций не превышает 1%. Определить данный параметр на практике несложно с помощью осциллографа. Для этого нужно измерить амплитуду переменной составляющей сигнала на светодиодах и разделить её на напряжение, измеренное на выходе блока питания.

По частоте переменного сигнала в нагрузке можно определить тип применённого драйвера.

Диапазон рабочих температур

Следует внимательно отнестись к данной характеристике, если предполагается эксплуатировать светодиодную лампочку в нестандартных условиях: на улице, в производственных цехах. Некоторые модели способны корректно работать только в узком диапазоне температур.

Индекс цветопередачи

С помощью индекса цветопередачи (CRI или Ra) можно оценить, насколько естественным виден цвет предметов, освещённых светодиодной лампой. Хорошим считается Ra≥70.

Степень защиты от влаги и пыли

Этот параметр выражается в виде обозначения IPXX, где ХХ – две цифры, указывающие на степень защиты от твёрдых предметов и воды. Его можно не обнаружить в перечне характеристик, если лампа предназначена исключительно для использования внутри помещений.

Дополнительные параметры

Срок службы изделия

Срок службы – весьма абстрактная характеристика светодиодной лампы. Дело в том, что под сроком службы производитель понимает общее время работы светодиодов, а не лампы. При этом наработка на отказ остальных деталей схемы остаётся под большим сомнением. Кроме того, на время работы влияет качество сборки корпуса и пайки радиоэлементов. К тому же не один производитель, в связи с долгим сроком службы, не проводит полноценных тестов по деградации светодиодов в лампе. Так что заявленные 30 тыс. часов и более – это теоретический показатель, а не реальный параметр.

Тип колбы

Несмотря на то что тип колбы для многих не является критичным техническим параметром, во многих моделях его указывают в первой строчке. Обычно тип и маркировка колбы выражается в цифробуквенном коде.

Масса

Весом изделия редко кто интересуется в момент покупки, но для некоторых облегчённых светильников он имеет значение.

Габариты

Сколько производителей – столько и корпусов, отличающихся внешним видом и габаритами. Например, светодиодные лампы мощностью 10 Вт от разных изготовителей могут отличаться в длину и ширину более чем на 1 см. Выбирая новую led лампу для освещения, не стоит забывать о том, что она должна поместиться в уже имеющийся светильник.

Рынок светодиодной продукции продолжает динамично развиваться, вследствие чего характеристики ламп изменяются и совершенствуются. Надеемся, что в ближайшее время применительно к светодиодным лампам будут выработаны стандарты качества, которые упростят покупателю задачу с выбором. Пока же собственные знания – это главная опора при выборе и покупке.

Читайте так же

В принципе, люминесцентные лампы являются приборами переменного тока. Тем не менее они могут работать и на постоянном токе. При этом надо учитывать следующие факторы:

• Работая на постоянном токе, лампа дает 75-80% света, в режиме аналогичном работе на переменном токе.
• В качестве ограничителя тока используется резистор, что приводит к более высоким потерям мощности.
• Зажигание лампы обычно сложнее. В большинстве случаев обычный стартер не будет работать.
• Один конец лампы может потемнеть после нескольких часов работы. Это связано с перемещением электронов к одному электроду и положительных ионов ртути к другому. Это приводит к тому, что на одном из концов не происходит генерации ультрафиолета, необходимого для свечения фосфора. Также это может привести к более быстрому выгоранию электродов. Для устранения этого эффекта надо регулярно менять полярность подаваемого напряжения

Иногда последовательно включается индуктивность для ограничения стартового тока.

Использование лампы накаливания в качестве балласта

Данный вариант иногда используется в схемах со стартером. Спираль лампы используется в качестве ограничителя тока. В принципе, можно использовать любое споротивление, если оно позволяет рассеяивать необходимую мощность. Основными недсотатками использования лампы как балласта являются:

• Эффективность схемы очень низкая, поскольку на лампе накаливания рассеивается много тепла - она является активной нагрузкой, в отличие от индуктивности
• Люминисцентная лампа работает в неоптимальном режиме - снижается светоотдача, срок служьы и т.д. Балласт специально проектируется под конкретную лампу, лампа накаливания - вряд ли.
• Выделяемое тепло (может доходить до 40-50 Вт) служит причиной уменьшения светоотдачи люминесцентной лампы из-за повышения температуры.
• Обычно утверждается, что лампа накаливания дает допольнительный свет. Однако, работая "вполнакала", лампа накаливания дает очень мало света в видимом диапазоне

Можно сказать, что не следует использовать такую схему - лучше приобрести специальный балласт.

Тем не менне, некоторые данные, которые позволять выбрать лампу накаливания. Особенностью ламп накаливания является изменение сопротивления спирали с ростом температуры. Данная таблица рассчитана для наиболее распространенных би-спиральных ламп накаливания с заполненной инертным газом колбой. Расчет был произведен следующим образом: вначале была рассчитана лампа, которая на номинальном напряжении 220В имеет соотвествующие мощности и световой поток, затем сопротивление спирали было пересчитано на другие значения тока.

Балласт для газоразрядной лампы

Газорязрядная лампа - ртутная или металло-галоидная, аналогично люминесцентной, обладает падающей вольт-амперной характеристикой. Поэтому необходимо использовать балласт для ограничения тока в сети и поджига лампы. Балласты для этих ламп во многом аналогичны балластам люминесцентных ламп и будут здесь описаны очень кратко.

Самый простейший балласт (reactor ballast) представляет собой индуктивный дроссель, включенный последовательно лампе для ограничения тока. Параллельно включается конденсатор для улучшения коэффициента мощности. Такой балласт можно рассчитать легко аналогично сделанномы выше для люминесцентной лампы. Необходимо учесть, что ток газоразрядной лампы в несколько раз превышает ток люминесцентной. Поэтому нельзя использовать дроссель от люминесцентной лампы. Иногда используется импульсное зажигающее устройство (ИЗУ, inginitor) для поджига лампы.

Если напряжение сети недостаточно для поджига лампы, то дроссель может быть совмещен с автотрансформатором для увеличения напряжения.

Этот тип балласта обладает тем недостатком, что при изменении напряжения сети изменяется световой поток лампы, который зависит от мощности, пропорциональной квадрату напряжения.

рис. 2

Такой тип (рис. 3) балласта с постоянной мощностью (constant wattage) получил наибольшее распространение сейчас среди индутивных балластов. Изменение напряжения питающей сети на 13% приводит к изменению мощности лампы на 2%.

В этом схеме конденсатор играет роль ограничивающего ток элемента. Поэтому конденсатор обычно ставиться достаточно большой.

Лучшими являются электронные балласты, которые аналогичны электронным балластам люминесцентных ламп. Все что сказано про те балласты справедливо для и для газоразрядных ламп. К тому же в таких балластах можно регулировать ток лампы, уменьшая количества света. Поэтому если вы собираетесь использовать газорязрядную лампу для освещения аквариума, то вам имеет смысл приобрести электронный балласт.

рис. 3

Электронные балласты

Эти балласты бывают как низкочастотными, так и высокочастотными. Низкочастотные питают лампу с частой сети, например гибридные балласты (hybrid), которые представлют собой бесстартерный балласт (rapid start), в котором добавлена электронная схема, отключающая вторичную цепь подогрева электродов после зажигания лампы, что дает некоторое повышении эффективности балласта. Аквариумы

Высокочастотные электронные балласты подают напряжение на лампу с частотой около 20000Гц и выше (не надо их путать с высокочастотными индукционными лампами, которые работают на мегагерцовом диапазоне). Такие балласты представляют собой выпрямитель и транзиторный (или тиристорный) прерыватель. Балласт имеет много преимуществ по сравнению с магнитным:

• Повышается эффективность лампы. Коэффициент балласта увеличвается на 20-30%, т.е. лампа производит больше света
• Уменьшены потери в балласте в несколько раз - отсутвует огромный кусок железа. Соответсвенно, ументшается расход энергии и уменьшается температура, что важно для работы лампы.
• Балласт становится компактным, что важно при размещении его в тесном месте.
• Балласт не производит шум в звуковом диапазоне.
• Уменьшаются пульсации лампы
• Многие балласты допускают возможность изменения светового потока лампы (dimming)

Электронный балласт имеет и свои недостатки:

• Относительно высокую стоимость по сравнению с магнитными.
• Некоторые балласты старых конструкций имели небольшую утечку тока на земляной провод, что приводило к срабатыванию системы защиты (GFCI).
• Эти балласты (особенно дешевые) могут иметь повышенный коэффициент искажения гармоник. Они могут оказывать влияние на работающий рядом радиоприемник (хотя и маловероятно - в радиусе не более полуметра)

Однако, при покупке новой системы ламп, особенно HO, VHO ламп, имеет смысл подумать об использовании электронного балласта

Рисунок показывает увеличение эффективности лампы при увеличении частоты тока, относительно к частоте сети 60Hz

Схема включения люминисцентной лампы без стартера

Недостатки схемы со стартером (долгое время прогревания электродов, необходимость замены стартера и т.д.) привели к тому, что появилась другая схема, где подогрев электродов осуществляется со вторичной обмотки трансформатора, который одновременно является и индуктивным сопротивлением.

Отличительной внешней особенностью такого балласта является, то что оба сетевых провода подключаются к балласту, четыре провода из балласта подключаются к электродам лампы.

Существует много разновидностей такой схемы, например, когда электронная схема отключает цепь подогрева электрода после включения лампы (trigger start) и т.д. Балласты такого типа используются и в схеме с несколькими лампами.

Нельзя в такой схеме использовать лампу, предназначенную для стартерной схемы включения, поскольку она рассчитана на более длительный подогрев электродов, и выйдет раньше времени из строя в такой схеме. Следует использовать только лампы с обозначениями RS (Rapid start). В схеме должен быть предусмотрен заземленный рефлектор вдоль лампы (иногда на лампе имеется металлическая полоска). Это облегчает зажигание лампы.

Рисунок показывает внутренний вид такого балласта. Он состоит и дросселя (core and coil), конденсатора для коррекции коэффициента мощности (power capacitor) и термопредохранителя (thermal protector). Внутри корпуса все заливается терморассеиващим материалом

Схема включения люминисцентной лампы со стартером

Традиционная схема, используемая очень давно, в случае когда напряжение сети достаточно для зажигания лампы. В ней используется балласт, представляющий собой большое индуктивное сопротивление - дроссель, и стартер - маленькая неоновая лампа, служащая для предварительного подогрева электродов лампы. Параллельно неоновой лампе в стартере стоит конденсатор для уменьшения радиопомех. Также в схему может включатся и конденсатор для улучшения коэффициента мощности.

При включении лампы в сеть, вначале, возникает разряд в стартере и через электроды лампы проходит небольшой ток, который подогревает их, тем самым уменьшая напряжение зажигания лампы. При возникновении разряда в лампе, напряжение между электродами падает. отключая цепь стартера. В старых схемах вместо стартера использовалась кнопка, которую надо было держать в течении нескольких секунд.

Балласт используется только для ограничения тока. Параметры балласта рассчитать несложно самим (в случае, если вы нашли на помойке дроссель и хотите его использовать).

Определить параметры индуктивного балласта можно очень несложно пользуясь правилами расчета цепей перменного тока. Для примера рассмотрим лампу мощностью 40Вт (F40T12) длиной 48" (122 см), включенную в сеть напряжением 230В

Рабочий ток лампы составляет около 0.43A. Коэффициент мощности лампы равен примерно 0.9 (в принципе, можно считать лампу активной нагрузкой). Напряжение на лампе равно: 40Вт/(0.43А*0.9)=102В. Активная составляющая напряжения равна: 102В*0.9=92В, реактивная равна 102В*sqrt(1-0.9^2)=44В.

Потери мощности в балласте составляют 9-10Вт. Отсюда, суммарный коэффициент мощности равен: (40Вт+10Вт)/(230В*0.43A)=0.51 (сюда явно просится корректирующий конденсатор). Активная составляющая падения напряжения на балласте равна: 230В*0.51-102В=15В, реактивная составляющая 230В*sqrt(1-0.51^2)-44В=154В. Активное сопротивление балласта равно 15В/0.43А=35 Ом, реактивное 154В/0.43=358 Ом. Индуктивность балласта на частоте 50Гц равна 358/(2*31.4*50)=1.1Гн

Аналогичный расчет для лампы мощностью 30Вт (F30T12) длиной 36" (91 см), у которой рабочий ток 0.37А, дает параметры балласта - активное сопротивление равно 59 Ом, реактивное 450 Ом. Суммарный коэффициент мощности равен 0.45. Индуктивность балласта 1.4Гн

Отсюда, вообщем-то понятно, что произойдет если использовать балласт для 40Вт лампы в схеме с 30Вт лампой - ток будет превышать номинальное значение, что приведет к более быстрому выходу лампы из строя. И наоборот, использование балласта от менее мощной лампы в схеме с более мощной лампой приведет к ограничению тока и пониженной светоотдачей.

Для улучшения коэффициента мощности можно использовать конденсатор. Например, в первом примере, для лампы 40Вт, конденсатор, включенный параллельно, рассчитывается следующим образом. Ток через конденсатор 0.43А*sqrt(1-0.51^2)=0.37A, реактивное сопротивление конденсатора равно 230В/0.37А=622Ом, емкость для сети 50Гц равняется: 1/(2*3.14*50*622)=5.1мкФ. Конденсатор должен быть на 250В. Его можно включить и последовательно (рассчитывается аналогично), но при этом надо использовать конденсатор на 450В. Аквариум

С.И. Паламаренко, г Киев

Часть 3. Методы бесстартерного зажигания ламп и классификация схем, схемы включения люминесцентных ламп с применением полупроводниковых приборов, работа люминесцентных ламп на постоянном токе, работа люминесцентных ламп на повышенной частоте, регулирование яркости люминесцентных ламп

Методы бесстартерного зажигания ламп и классификация схем

Наличие стартеров усложняет обслуживание, затягивает процесс зажигания, иногда приводит к неприятным миганиям отдельных ламп, в некоторых случаях неисправности стартера ("залипа-ние") могут приводить к выходу из строя исправных ламп. Поэтому предложено большое количество различных ПРА бесаартерного зажигания.

В зависимости от использованного режима существующие схемы бесстартерного зажигания ЛЛ дугового разряда делятся на две группы: схемы быстрого зажигания - с предварительным нагревом катодов, которые должны обеспечить "горячее зажигание" (их можно применить для ламп, у которых катоды имеют по два вывода), и схемы мгновенного зажигания - без предварительного накала катодов, рассчитанные на "холодное зажигание" (в этих схемах следует использовать лампы со специальными катодами). Для создания экономичных бесстартерных аппаратов необходимо снизить напряжение зажигания ламп до величины, меньшей напряжения в сети, с учетом его падения. Наиболее эффективными путями снижения напряжения зажигания являются предварительный накал катодов и применение проводящих полосок на колбе (или вблизи лампы).

При наличии полоски, соединенной с электродом, и накале катодов напряжение зажигания для ламп 30 и 40 Вт удается снизить до 130-150 В. Кроме того, на напряжение зажигания оказывают большое влияние такие факторы, как влажность и температура окружающего воздуха, состав и давление наполняющего газа, конструкция и состояние электродов и др.

О напряжении зажигания даже для одной лампы можно говорить только как о статистической величине, имеющей некоторое распределение. Поэтому зависимости напряжения зажигания от различных факторов должны изображаться в виде зоны, ширину которой следует строить по законам статистики. На

рис.10 показаны области, соответствующие различным условиям зажигания.

В области I лампа не зажигается, область II соответствует зажиганию при холодных катодах - область "холодных" зажиганий. Она наименее благоприятна для срока службы ламп с подогревными катодами. Область III соответствует зажиганию при достаточно прогретых катодах - область "горячих" зажиганий. В области IV возможны холодные зажигания, несмотря на ток подогрева катодов, достаточный для "горячего" зажигания.

Схемы быстрого зажигания должны обеспечивать предварительный накал катодов, достаточный для того, чтобы лампы работали в области "горячего" зажигания; подачу на лампу напряжения, гарантирующего "горячее" зажигание дугового разряда с учетом возможного разброса параметров ламп, пониженного напряжения в сети и других неблагоприятных факторов и по возможности исключающего "холодные" зажигания. Для гарантированного зажигания ламп без "полоски" (верхняя граница области III) требуется эффективное напряжение холостого хода не ниже 250-300 В (т.е. выше напряжения сети).

Наличие полосок и предварительный накал катодов позволяют при напряжении сети не ниже 210-220 В обойтись без дополнительного повышения напряжения, что значительно упрощает схемы ПРА. Поэтому во всех схемах без повышения напряжения необходимо применять "полоски". С этой целью выпускают специальные лампы с нанесенной на поверхность проводящей прозрачной полосой или общим покрытием. Следует подчеркнуть, что в сетях со значительным снижением напряжения подобные схемы не обеспечивают надежного зажигания ламп.

рис.11 показаны схемы, рассчитанные на работу с полоской. Предварительный накал катодов осуществляется от специальных накальных обмоток через автотрансформатор, первичная обмотка которого включена параллельно лампе. Сопротивление обмотки Z 3 выбирается значительно больше Z , чтобы при негорящей лампе все напряжение сети падало на Z 3 и в накальных обмотках возникала ЭДС, достаточная для нагрева катодов

(рис.11,а). После зажигания лампы напряжение на Z 3 падает, вследствие чего автоматически уменьшается ЭДС накальных обмоток и подкал катодов. Схема

рис.11,6 аналогична схеме рис. 12,а, но для небольшого повышения напряжения холостого хода последовательно с первичной обмоткой автотрансформатора включен конденсатор. В таких схемах обычно используется явление феррорезонанса. В схемах быстрого пуска следует применять ЛЛ с низкоомными катодами.

Поскольку бесстартерные ПРА для ЛЛ имеют значительно большие массу, габариты и потери мощности, чем стартерные, их следует применять только в специальных случаях, когда стартерные схемы неприменимы.

Световой поток (яркость) ЛЛ можно регулировать путем изменения силы тока разряда. При этом во избежание быстрого разрушения катодов и погасания разряда при значительном снижении тока необходимо поддерживать постоянно накал катодов и обеспечивать условия перезажигания разряда. Изменение тока лампы возможно осуществлять путем изменения напряжения питания, сопротивления балласта и фазы зажигания разряда.

В простейшем случае

рис.12,а) последовательно с лампой кроме дросселя включают резистор с переменным сопротивлением. Подогрев катодов осуществляется накальным трансформатором, а для облегчения зажигания и перезажигания применена проводящая полоса. Схема приемлема для небольшого числа ламп.

Изменение сопротивления дросселя обычно осуществляется путем под-магничивания его сердечника постоянным током. Для этого на дросселе без воздушного зазора делают две обмотки: одну подключают последовательно лампе, а вторая служит для подмагничивания. Дроссель рассчитывают так, чтобы при разомкнутой дополнительной обмотке ток лампы составлял несколько процентов от номинального. При включении нагрузки в дополнительную обмотку дросселя и изменении ее вплоть до короткого замыкания можно увеличивать ток в цепи лампы до номинального. В схеме под-

держивается независимый подкал катодов. Существуют и другие схемы магнитного регулирования, например, путем перемещения сердечника. Недоаатками этого метода является громоздкость аппаратов и большие потери.

рис. 12,6 регулирование светового потока осуществляется путем изменения напряжения питания через регулятор напряжения, а для расширения пределов регулирования параллельно источнику питающего напряжения через развязывающий и запирающий фильтры подключен вспомогательный маломощный источник высокой частоты (5-15 кГц), обеспечивающий зажигание и перезажигание ламп при малом питающем напряжении. Мощность вспомогательного источника ВЧ составляет около 1% мощности ламп. Схема позволяет осуществлять плавное регулирование яркости ЛЛ в пределах 1-200, и ее можно использовать в любой действующей осветительной установке без существенной переделки.

рис.12,в показана принципиальная схема фазового регулирования яркости ЛЛ. Обычно регулирование осущеавляется тиристорами Т1 и Т2. С увеличением пауз тока растет напряжение зажигания. Поэтому, как и в других подобных схемах, необходимы непрерывный подогрев катодов и применение ламп с проводящей заземленной полосой. При работе на частоте 50 Гц с ростом пауз тока увеличиваются пульсации яркости.

Схемы включения люминесцентных ламп

с применением полупроводниковых приборов

Шунтирование электродов лампы диодами или терморезисторами с отрицательным температурным коэффициентом в сочетании с обычной стартерной схемой включения позволяет повысить срок службы ламп, уменьшить мощность, потребляемую ПРА и увеличить световые параметры ламп.

рис. 13,а показана схема с шунтированием электродов ламп, в которой в качестве шунтирующего элемента применены терморезисторы (ТР) с отрицательным температурным коэффициентом. Схема работает следующим образом. В пусковой период при замыкании контактов стартера в цепи начинает протекать пусковой ток. Так как в холодном состоянии сопротивление ТР в 10 раз больше, чем его сопротивление в горячем состоянии, то примерно 90% пускового тока будет протекать через электроды лампы. Это обеспечивает предварительный прогрев электродов, и после нескольких последовательных контактирований электродов стартера лампа зажигается. В рабочем режиме ток лампы, протекая по ТР, разогревает его, и по прошествии 15-30 с наступает термодинамическое равновесие, когда сопротивление ТР достигает своего минимального значения. При этом рабочий ток лампы перераспределяется и проходит частично через ТР и частично через электрод. Выбирая минимальное сопротивление ТР примерно равным сопротивлению электрода лампы в горячем состоянии, можно добиться того, что рабочий ток лампы будет разветвляться на два тока. Тогда оба конца электрода будут эквипотенциальны, и лампа начнет работать в режиме, близком к режиму с двумя катодными пятнами.

При таком режиме работы лампы срок ее службы увеличивается. Наличие шунтирующего ТР также обеспечивает защиту лампы от перегрузки при замыкании электродов стартера. В таком аварийном режиме пусковой ток разогревает ТР, и с уменьшением его сопротивления примерно половина пускового тока будет протекать через ТР, минуя электроды лампы, и тем самым будет осуществлена защита лампы от перегрузки.

Схема обладает также и рядом недостатков. В пусковом режиме схема работает как обычная стартерная с присущими ей недостатками. Другой недостаток состоит в том, что после выключения лампы нужно дать время на остывание терморезистора. Если этого не делать, то шунтирующее действие ТР приведет к недогреву электродов лампы и ее холодному зажиганию. Это снижает надежность зажигания ламп.

Терморезистор, применяемый для шунтирования электродов лампы, должен удовлетворять определенным требованиям. Он должен быть рассчитан на номинальный ток не менее 0,65 А, его холодное сопротивление (при 20°С) должно быть не менее 350-400 Ом, сопротивление по истечении 0,5-1 мин после включения схемы должно составлять не менее 100 Ом, горячее сопротивление должно быть не более 20 Ом.

рис. 13,6 приведена схема, в которой в качестве шунтирующего элемента применены полупроводниковые диоды, включенные встречно друг другу. Схема работает следующим образом. В пусковом режиме каждый полупериод ток проходит только через один шунтирующий диод и уже через 0,01 с достигает почти установившегося значения (для ламп 40 Вт ток равен 0,35 А при напряжении сети 200 В). В этом случае шунтирование электрода лампы диодом приводит к уменьшению тока предварительного подогрева, что может вызвать либо затягивание процесса зажигания лампы, либо ее холодное зажигание. В рабочем режиме каждый полупериод один диод открыт, другой закрыт. Открытым будет тот диод, который шунтирует электрод, работающий в катодном режиме. При открытом диоде рабочий ток лампы проходит по обоим выводам электрода. По мере перемещения катодного пятна по виткам электрода ток в одном проводе уменьшается, в другом увеличивается, оставаясь в среднем за период меньше номинального тока в каждой части электрода. Экспериментально доказано, что в этой схеме температура катодного пятна уменьшается, а его площадь увеличивается. При этом срок службы ламп несколько увеличивается, уменьшаются потери мощности в лампе и на 4-5% повышается их световая отдача.

Для улучшения пусковых характеристик схемы можно применить дополнительную катушку w д

(рис. 13,в), намотанную на общий с основным дросселем магнитопровод (встречно по отношению к основной). При этом в пусковом режиме уменьшается полное сопротивление цепи и увеличивается ток предварительного подогрева (приближается к току подогрева для обычной стартерной схемы). В качестве шунтирующих диодов можно применить диоды с допустимым обратным напряжением не менее 10 В и с прямым током не менее 0,3 А.

Вместо стартеров тлеющего разряда можно с успехом использовать динисторы. Вольт-амперная характеристика динистора имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. В пусковом режиме

(рис. 14,а) при подаче на лампу напряжения питания в каждый положительный полупериод динистор остается закрытым до тех пор, пока мгновенное напряжение, приложенное к динистору, ниже включающего напряжения. Сопротивление динистора в закрытом состоянии составляет несколько десятком мегаом, поэтому ток в цепи будет весьма малым. После переключения динистора в проводящее состояние в цепи устанавливается ток предварительного подогрева и начинается процесс подогрева электродов. Напряжение на лампе при этом снижается примерно до 2 В (остаточное напряжение на динисторе ДТ1 и падение напряжения на диоде Д2). Диод в схему включают в случае, когда обратное напряжение динистора меньше амплитуды напряжения в сети.

В отрицательные полупериоды динистор закрыт, ток через электроды лампы не проходит, и напряжение на лампе равно напряжению сети. Описанный процесс автоматически повторяется до тех пор, пока электроды лампы не прогреются, и в лампе не возникнет дуговой разряд. После зажигания лампы напряжение на ней снизится до рабочего напряжения, и динистор останется закрытым, если рабочее напряжение на лампе ниже напряжения включения динистора.

Процесс зажигания лампы в схеме с динистором по сравнению с обычной стартерной схемой имеет то отличие, что разрыв контактов стартера может произойти в любой момент (при различных значениях тока предварительного подогрева, в том числе и при максимальном), а в схеме с динистором - в момент его выключения. Время зажигания лампы для ПРА с динистором обычно составляет 0,5-2 с.

Недостаток схемы заключается в следующем. В процессе горения лампы наблюдаются пики перезажигания, которые могут достигать до 30% амплитуды рабочего напряжения на лампе и иметь длительность до 400 мкс. Из-за этого приходится повышать напряжение включения динистора, так как возможны ложные срабатывания динистора из-за пиков перезажигания. Повышение напряжения включения приводит к уменьшению угла отсечки, что ухудшает эксплуатационные характеристики схемы.

Для устранения этого недостатка предложена схема

рис. 14,б, где для подавления пика перезажигания последовательно с динистором и диодом включена дополнительная индуктивность в виде небольшого дросселя L fl , а параллельно - резистор г д. Опытным путем установлено, что сопротивление г д не должно быть ниже 10 кОм. Постоянную времени добавочной цепи т д = L д /r д выбирают из условия ее равенства половине длительности пика перезажигания, т.е. примерно 200 мкс. Исходя из этого, индуктивность дросселя должна быть не менее 2 Гн. Но введение такого элемента уменьшает пусковой ток лампы. Поэтому дополнительная индуктивность должна иметь нелинейную вольт-амперную характеристику, обеспечивающую получение большой индуктивности при малых токах (рабочий режим) и малую индуктивность при больших токах (пусковой режим). Такую индуктивность можно получить при использовании дросселя с ферритовым кольцевым магнитопроводом. Экспериментальная проверка показала, что получается снижение напряжения на динисторе на 50-75%.

рис.14,в показана схема, в которой применены два динистора и rC-цепочка. В момент включения схемы конденсатор С через диод и резистор r1 заряжается, и напряжение на нем близко к амплитудному

напряжению сети. Как только напряжение на С станет равным напряжению включения динистора ДТ2, он включается, и все напряжение сети будет приложено к динистору ДТ1, который тоже включается. После этого начинается режим прогрева электродов лампы. Дальше схема работает так же, как и схема рис. 14,а. Резистор r огр ограничивает ток через ДТ2 при разряде конденсатора С, а резистор r 2 является разрядным сопротивлением конденсатора. Сопротивления резисторов r1 = 50 кОм; г 2 = 500 кОм, а емкость С = 2000 пФ.

Вместо динисторов можно применить тиристор

(рис. 14,г). В цепь управляющего электрода тиристора включен стабилитрон, напряжение стабилизации которого выбрано близким к напряжению переключения тиристора. В этом случае схема будет работать аналогично схеме с одним динистором.

Применение в схемах включения люминесцентных ламп термосопротивлений с положительным температурным коэффициентом-позисторов представляет возможность обеспечить бесстартер-ное зажигание ламп без применения накальных трансформаторов.

рис.15 показаны два варианта схем с использованием по-зисторов. На рис. 15,а позистор включен параллельно лампе вместо стартера. Зажигание лампы осуществляется следующим образом. В холодном состоянии позистор имеет такое сопротивление, что начальный ток предварительного подогрева электродов примерно равен номинальному току лампы. По мере нагрева позистора его сопротивление уменьшается до тех пор, пока не достигнет точки Кюри. В этот период растет ток предварительного подогрева. Начиная с точки Кюри, сопротивление позистора резко возрастает, а вместе с этим растет напряжение на лампе, и при достижении напряжения зажигания лампа зажигается. После зажигания ток через позистор становится малым, и потери в нем составляют 4-5% мощности лампы. Время зажигания лампы мощностью 40 Вт при опытной проверке этой схемы составило 8,7 с. Лампа должна быть снабжена заземленной проводящей полосой либо должен применяться заземленный металлический светильник. Сопротивление позистора зависит от его температуры, поэтому для повторного зажигания лампы позистор должен остыть до температуры, близкой к температуре окружающей среды, на что требуется 4-5 мин. Это недостаток всех схем, связанных с использованием термосопротивлений.

Преимущества, создаваемые применением позисторов, - высокая надежность, долговечность (обеспечивает более 106 включений), увеличение срока службы ламп за счет снижения вероятности холодных зажиганий и малые потери мощности в пуско-регулирующей аппаратуре (ПРА) по сравнению с бесстартерны-ми аппаратами.

На рис. 15,6 показана схема включения лампы с позистором, когда для зажигания лампы требуется повышенное напряжение холостого хода. Параллельно лампе включена ветвь, содержащая конденсатор С и позистор rl, и вторая ветвь с позистором г2. При подаче на лампу напряжения питания в контуре, образованном дросселем Др и конденсатором С, возникают резонансные явления, и напряжение на лампе повышается. Позистор г2 имеет малое "холодное" сопротивление, поэтому ток предварительного подогрева большой. После предварительного подогрева электродов лампа зажигается, одновременно возрастают сопротивления rl и г2 и конденсатор С практически отключается от цепи с помощью позистора г2.

рис. 16 показаны варианты устройств с двумя параллельными цепочками: одна из которых коммутирующая, вторая формирующая импульсы. На рис. 16,а коммутирующая цепь состоит из динистора VD1, а цепь формирования импульсов состоит из последовательно соединенных диода VD2 и конденсатора С, параллельно которому подключен резистор R. В пусковом режиме устройство работает оба полупериода. В течение одного полупериода динистор пробивается и осуществляется подогрев электродов лампы, в течение второго полупериода на лампу подается зажигающий импульс. Амплитуда импульса должна быть недостаточной для зажигания холодной лампы. После зажигания лампы коммутирующая цепь отключается. На рис. 16,6 коммутирующая цепь состоит из двух динисторов VD1 и VD2, первый из которых зашунтирован резистором R. С помощью этого резистора можно выбрать соответствующее напряжение включения динисторов и обеспечить оптимальный пусковой ток в зависимости от мощности лампы.

Интересным направлением в области применения полупроводниковых приборов в схемах зажигания ламп является создание полупроводникового балласта, который применяется вместо обычного индуктивного балласта. В качестве примера можно привести устройство на

рис.17. Люминесцентная лампа включена в сеть с помощью накального повышающего трансформатора НТ. Первичная обмотка НТ подключена к сети через симистор VS1 и конденсатор СЗ. Параллельно симистору VS1 включена цепь R1C1 через симметричный динистор VD1. Вторая аналогичная ячейка, состоящая из симистора VS2, динистора VD2 и цепочки R2C2, включена параллельно накальному трансформатору НТ и конденсатору СЗ. Дроссель Др небольшой индуктивности препятствует отпиранию VS2 раньше, чем открылся VS1. При подаче напряжения питания на схему VS1 заперт, ток через резистор R1 заряжает С1. После заряда конденсатора С1 динистор VD1 пробивается, и на управляющий электрод VS1 подается управляющий импульс. VS1 открывается, и через первичную обмотку НТ и конденсатор СЗ начинает протекать ток, значение которого ограничивает СЗ. Во вторичной обмотке НТ появляются напряжение и ток, достаточные для зажигания и горения лампы, Одновременно начинается заряд конденсатора С2, пробой динистора VD2 и открывание симистора VS2. Сдвиг по фазе открытия VS2 по отношению к VS1 регулируется индуктивностью дросселя Др. При открытии VS2 закрывается VS1, и ток разряда конденсатора СЗ индуктирует в лампе ток в направлении, противоположном первоначальному. После разряда СЗ процесс повторяется. Таким образом, через лампу протекает ток повышенной частоты.

Эта схема эффективна при пониженном напряжении сети и применении для питания лампы повышенной частоты 800... 1000 Гц. По сравнению с обычной балластной эта схема имеет преимущества: меньшие потери мощности в ПРА, повышенная световая отдача лампы и больший срок ее службы.

Работа люминесцентных ламп на постоянном токе

При включении люминесцентных ламп в сеть постоянного тока имеет место ряд явлений, которые вносят определенные особенности в их работу; схемы включения ламп в сеть отличаются от вышерассмотренных схем переменного тока.

При питании ламп постоянным током полярность электродов остается неизменной, поэтому электроды лампы работают в неодинаковом режиме: электрод, являющийся анодом, перегревается, и для сохранения необходимого срока службы лампы требуются различные конструкции анода и катода. Но на практике такие лампы почти не выпускаются и нужно использовать стандартные. А для стандартных ламп приходится время от времени проводить переполюсовку ламп, чтобы износ электродов происходил равномерно.

Кроме того, при работе ламп на постоянном токе наблюдается явление катафореза, связанное с тем, что положительные ионы ртути под действием электрического поля в процессе работы лампы перемещаются к катоду, в результате анодный конец лампы обедняется ртутью. У катода положительные ионы ртути нейтрализуются, превращаясь в атомы ртути, и излишняя ртуть конденсируется на стенках трубки. В рабочем режиме плотность паров ртути по длине трубки получается неодинаковой, яркость свечения лампы уменьшается, и через несколько десятков часов работы лампы ее яркость может уменьшиться вдвое. Появление катафореза тоже вынуждает проводить переполюсовку через определенные промежутки времени.

В качестве балласта при питании ламп постоянным током применяют активное сопротивление либо в виде резистора, либо в виде лампы накаливания. Напряжение на активном балласте равно разности между напряжением сети и рабочим напряжением на лампе. Поэтому потери мощности в балласте могут в 1,5-2 раза превышать мощность лампы, по этой причине этот способ стабилизации лампы оказывается экономически невыгодным. Применение балластной лампы накаливания улучшает общую экономичность комплекта за счет дополнительного светового потока, созданного лампой накаливания.

При использовании в цепи постоянного тока стандартной люминесцентной лампы для сохранения ее светового потока на уровне, который она имела при питании на переменном токе, рабочий ток лампы должен быть уменьшен на 10-20% по сравнению с током при работе на переменном напряжении.

Требования к предварительному подогреву электродов лампы и обеспечению определенного уровня напряжения холостого хода ПРА для зажигания лампы остаются примерно аналогичными, как и для переменного тока. Для исключения холодных зажиганий ламп подача поджигающего импульса должна производиться при достаточно прогретых электродах. В отличие от работы лампы на переменном токе при использовании для образования зажигающего импульса дросселя на размер импульса не влияет момент переключения схемы с режима предварительного подогрева на рабочий режим, так как в дросселе протекает постоянный по времени ток. Сопротивление дросселя определяется только его активным сопротивлением.

Рассмотрим простейшие схемы включения люминесцентных ламп на постоянном токе. На

рис.18,а показана схема включения люминесцентной лампы с предварительным нагревом электродов, работающей от сети с напряжением, достаточным для ее зажигания. Напряжение зажигания на постоянном токе выше напряжения зажигания на переменном токе. Это объясняется тем, что электрическое поле на участках "электрод-стенка" и между электродами однородное. Стандартные лампы при включении в рассматриваемую схему должны быть снабжены проводящей полосой, а напряжение сети должно превышать в 3-4 раза рабочее напряжение лампы. Предварительный нагрев электродов обеспечивается при замыкании выключателя В2. Переход из пускового режима в рабочий произойдет, когда напряжение зажигания лампы снизится и станет меньшим напряжения сети. В рабочем режиме выключатель В2 разомкнут.

Более рациональная схема приведена на

рис. 18,6. Для уменьшения требуемого напряжения питания и возможности использования стандартных ламп без проводящей полосы в цепь лампы включают дроссель и применяют стартер постоянного тока, работающий на принципе теплового стартера. В нормальном состоянии его контакты замкнуты. При подаче на лампу напряжения питания начинается предварительный подогрев ее электродов. Одновременно с этим тепловой эле-

мент стартера обеспечивает с не- _ которой задержкой времени размыкание контактов стартера. При разрыве контактов стартера за счет индуктивности дросселя воз-никает импульс напряжения, необ-ходимый для зажигания лампы. В этой схеме напряжение сети должно быть примерно в 2 раза выше рабочего напряжения лампы.

Во всех случаях предусматривается возможность переполюсовки ламп через определенный промежуток времени. При питании ламп через выпрямитель от сети переменного тока представляется целесообразным балласт устанавливать на стороне переменного тока и применять для этого дроссель или трансформатор с рассеянием.

Работа люминесцентных ламп на повышенной частоте. С ростом частоты питающего напряжения значения токов, напряжений и коэффициентов мощности ламп с различными типами балластов (R, L, С) сближаются между собой, а начиная с частот 800-1000 Гц, практически перестают зависеть от типа балласта. Уменьшение влияния типа балласта на электрические характеристики ламп при повышении частоты объясняется тем, что с ростом частоты динамические характеристики разряда приближаются к равновесию. Форма кривых тока и напряжения для всех типов балластов показана на

рис.19, где первая колонка относится к индуктивному балласту, вторая -к резистивному, а третья - к емкостному. С ростом частоты коэффици-

ент пульсаций светового потока монотонно падает (50 Гц - 60%, 1000 Гц - 25%, 5000 Гц - 10%). Падение происходит за счет инерционности свечения люминофора и появления постоянной составляющей в излучении разряда, начиная с 400 Гц.

С ростом частоты наблюдается неравномерный рост световой отдачи, продолжающийся примерно до 20000 Гц. При дальнейшем повышении частоты отдача растет незначительно. Параметры энергоэкономичной лампы мощностью 58 Вт при работе на частотах 50 Гц и 35 кГц приведены в

таблице.

Из таблицы видно, что при переходе на повышенную частоту светоотдача комплекта лампа-ПРА повышается на 20%.

Срок службы ламп на частоте 1 кГц примерно на 15% выше, чем на промышленной частоте в том же режиме. Но при дальнейшем повышении частоты продолжительность горения быстро падает: на частоте 10 кГц она уже на 15% меньше, чем на промышленной частоте.

Условия стабилизации разряда на повышенной частоте остаются в общем теми же, что и на промышленной. Поэтому в качестве стабилизирующего сопротивления можно применять индуктивный, емкостной или смешанный балласты. С ростом частоты будут заметно уменьшаться масса и габариты ПРА. Например, при переходе с частоты 50 Гц на частоту 3000 Гц масса дросселя уменьшается более чем в 30 раз (в ка-

честве сердечника нужно применять не электротехническую сталь, а феррит или альсифер). Более того, на высоких частотах целесообразнее применять не индуктивность, а емкость.

рис.20 показана структурная схема осветительной установки с питанием ламп на повышенной частоте. Переменный ток промышленной частоты следует сначала преобразовать в постоянный ток с помощью выпрямителя. Далее постоянный ток инвертируется в переменный ток повышенной частоты и по распределительной сети подводится к ПРА и лампам.

рис.21 приведены простые схемы включения ламп на повышенной частоте. На этих частотах стартеры не обеспечивают надежного зажигания люминесцентных ламп из-за уменьшения времени контактирования и невозможности получения достаточного зажигающего импульса напряжения на лампе из-за уменьшения индуктивности цепи, поэтому можно применять только бесстартер-ные схемы зажигания ламп.

рис.21 а,б приведены резонансные схемы быстрого зажигания. Предварительный подогрев электродов осуществляется током резонансного контура, образованного индуктивностью и емкостью. За счет падения напряжения на цепи, параллельной лампе, в пусковом режиме создается необходимое зажигающее напряжение, превышающее в 1,5-2 раза номинальное напряжение сети.

Необходимое напряжение холостого хода ПРА создается за счет резонансных явлений в цепи индуктивности и емкости.

Схема на

рис.21,в отличается от предыдущих резонансных схем тем, что для предварительного подогрева электродов введен специальный накальный трансформатор, а в качестве балласта используется емкость. Возможно применение балластного дросселя, но при этом напряжение сети должно быть достаточным для зажигания лампы с подогревными катодами.

Регулирование яркости люминесцентных ламп

В отличие от ламп накаливания, для которых плавное регулирование яркости решается достаточно просто, для люминесцентных ламп требуется выполнение определенных условий. Отличие методов регулирования объясняется различным характером зависимости светового потока от тока через лампу для ламп накаливания и люминесцентных. Кроме того, падающая вольт-амперная характеристика люминесцентных ламп и повышение напряжения повторного зажигания при уменьшении тока через лампу делают невозможным регулирование их яркости путем проаого снижения напряжения на лампе. Яркость люминесцентной лампы можно уменьшить путем регулирования тока через лампу, но при сохранении неизменным или даже несколько повышенном напряжении на ней. При этом следует применять лампы с предварительным подогревом электродов, снабженные проводящей полосой.

Возможны три метода регулирования яркости люминесцентных ламп: изменением напряжения, подаваемого на регулирую-

щий элемент; изменением полного сопротивления балласта; регулированием фазы зажигания лампы. Во всех трех методах регулирование яркости лампы осуществляется за счет изменения тока, проходящего через лампу. Первые два метода имеют ограниченное применение из-за недостатков. Наиболее экономичным является метод фазовой регулировки времени зажигания лампы.

рис.22 показана простейшая схема регулирования яркости одной лампы по третьему методу. Последовательно с лампой, кроме балластного дросселя, включен резистор Rn с регулируемым сопротивлением, значение которого определяется мощностью лампы (для лампы 40 Вт оно составляет 1...1,5 МОм). Предварительный подогрев электродов осуществляется на-кальным трансформатором. Изменяя сопротивление резистора, регулируют яркость лампы. Такая схема применима и для нескольких последовательно включенных ламп. При параллельном включении ламп каждая должна иметь свой балласт и на-кальный трансформатор. Регулируемое сопротивление включают в каждую парал-

лельную ветвь и объединяют общим проводом. Данный метод позволяет регулировать яркость в примерно 300 раз и может быть использован в небольших установках с 8-10 лампами. При большом числе ламп этот метод становится неэкономичным.

рис.23 показана принципиальная схема регулирования яркости люминесцентной лампы с дросселем, подмагничивае-мым постоянным током - магнитным усилителем (МУ). Одна обмотка дросселя включена последовательно с лампой и выполняет роль балластного сопротивления, вторая (управляющая) питается постоянным током от двухполупериодного выпрямителя. Для изменения тока в управляющей обмотке последовательно с ней включен регулируемый резистор. С увеличением тока в управляющей обмотке сопротивление дросселя переменному току уменьшается, и ток лампы растет. Для предварительного подогрева электродов ламп служит накальный трансформатор.

Недостатки этого метода - громоздкость регулирующих устройств и повышенные потери мощности, поэтому применение магнитных усилителей для регулирования можно рекомендовать при небольшом количестве ламп.

Перспективная схема регулирования яркости люминесцентных ламп, в которой используются два источника питания: один основной, имеющий промышленную частоту, и второй вспомогательный, включенный параллельно с первым и подающий к лампам напряжение повышенной частоты показана на

рис.24. Группа параллельно включенных ламп, имеющих индивидуальные балластные дроссели и накальные трансформаторы для предварительного подогрева электродов, питается через автотрансформатор AT от сети с частотой 50 Гц. Между автотрансформатором и лампами включен вспомогательный источник высокой частоты ИВЧ, например 5-15 кГц. Для исключения замыкания этих источников питания друг на друга последовательно с каждым из них включен развязывающий и запирающий фильтр, рассчитанный соответственно на частоты 50 Гц и 5-15 кГц.

При номинальном напряжении питания воздействие дополнительного высокочастотного напряжения мало, и оно практически не влияет на яркость ламп. При снижении напряжения на лампах с помощью автотрансформатора изменяется мощность, подводимая к лампам, и их яркость уменьшается. Вместо автотрансформатора для регулирования напряжения можно быть использовать тиристорный блок. Такой блок регулятора состоит из двух тиристоров, включенных встречно-параллельно (или си-мистора), и датчика зажигающих импульсов. Путем регулирования фазы зажигающих импульсов, подаваемых на управляющие электроды тиристоров, можно изменять ток, проходящий через нагрузку. Когда напряжение питания будет снижено до нуля, лампы окажутся включенными на источник высокой частоты, ток через лампы становится весьма малым, но в то же время достаточным для поддержания стабильного горения ламп. Таким образом, источник высокой частоты обеспечивает зажигание и перезажигание ламп при малом напряжении питания, т.е. при минимальной яркости. Мощность высокочастотного источника питания должна составлять примерно 1% мощности ламп.

Приведенная схема позволяет плавно регулировать яркость люминесцентных ламп в 200 раз и ее можно использовать в любой действующей осветительной установке, так как не требуется существенная переделка.

рис.25 показана схема преобразователя частоты на транзисторах с задающим генератором, позволяющим получить частоту и амплитуду выходного напряжения, почти не зависящими от изменения нагрузки. Задающий генератор собран на транзисторах VT1 и VT2 с насыщающимся дросселем Др в цепи обратной связи. Двухтактный усилитель мощности собран на двух транзисторах VT3 и VT4. Преобразователь рассчитан на выходную частоту 5 кГц. Такой преобразователь может обеспечить регулирование яркости 50-60 люминесцентных ламп мощностью 40 Вт. Применение вместо транзисторов тиристоров позволяет создать более мощные преобразователи.

Недостаток этого преобразователя - сильное влияние на его работу емкостного характера нагрузки, в результате чего ограничивается выходная мощность. Этот недостаток схемы можно устранить, если емкостную нагрузку включать как составной элемент резонансного задающего контура.

рис.26 приведена схема преобразователя, построенная на этом принципе. Благодаря тому что емкостная нагрузка введена в задающий резонансный контур, этот контур становится не только задающим, но и нагрузочным. Токи через базу и коллектор каждого транзистора совпадают по фазе и имеют форму полусинусоиды, поэтому коммутационные потери в транзисторах снижаются почти до нуля, что позволяет использовать преобразователь на максимальную мощность. В данной схеме использовались транзисторы типа КТ805Б. Запуск преобразователя осуществляется от релаксационного генератора, собранного из RC-цепочки и переключающих диодов VD1, VD2. Опытный образец преобразователя, собранного по этой схеме, имел мощность 200 Вт и обеспечивал регулирование яркости 150 ламп типа ЛБ-40.

Проверенные временем лампы накаливания были преданы в нашей стране анафеме, но, несмотря на преобладание в ассортименте магазинов электротоваров «экономных» источников света, они все еще есть на прилавках и пользуются устойчивым спросом.

Конечно же, их конструкция, за почти сотню лет своего существования практически не претерпевшая изменений, кому-то может показаться архаичной и вызвать желание заняться модернизацией, чтобы они меньше потребляли электричества, реже перегорали и, вообще, вели себя «по-современному». Есть ли для этого возможности? Да, есть.

Один из способов осовременить «старушку» лампу накаливания – включить в цепь ее питания особый управляющий прибор – диммер. Этот англицизм происходит от слова «затемнять», а прибор занимается тем, что плавно уменьшает яркость свечения лампы.

Чтобы по своим уменьшила яркость свечения, надо уменьшить величину подаваемого на нее напряжения. Сделать это можно двумя способами:

1. рассеять электрическую энергию на подходе к лампе;
2. использовать питающее напряжение для запуска регулируемого прибора.

Рассеять электрическую энергию и не дать ей в полной мере дойти до лампы можно обычным реостатом . Таких миниатюрных приборов было немало в ламповых, да и полупроводниковых телевизорах, где они занимались различными регулировками. Например, звука. Если номинал небольшого реостата рассчитан на 220 вольт, то он без проблем погасит любую энергию от бытовой сети. Вопрос только в том, что при этом он сильно нагреется, ведь закон сохранения энергии еще никто не отменял.

Степень нагрева можно уменьшить, если использовать реостат больших размеров, например, балластный бытовой трансформатор , который включают в цепь питания электроприбора для компенсации временных бросков напряжения. Наличие у каждого выключателя большого – это не слишком эстетичное решение. Кроме того, рассеивание энергии не решает главной задачи – ее экономии. При включенном реостате, даже если лампочка светит вполнакала, счетчик будет крутиться с той же скоростью.

Чтобы электрическую энергию можно было реально сэкономить, надо между и выключателем поставить прибор, питающийся от сети, выходная мощность которого может регулироваться. Им может быть генератор автоколебаний , поскольку нить накаливания в лампе не различает тонкостей происхождения тока, ей главное – чтобы он был переменным.

Автоколебания – что это?

В радио- и электротехнике существует ряд схемных решений, которые позволяют менять направление выходного тока. Эти изменения направлений могут продолжаться до тех пор, пока на входе прибора существует питающее напряжение. Поэтому они называются автоколебаниями .

Если к выходу генератора автоколебаний подключить осциллограф, то на его экране вы увидите нечто, похожее на синусоиду. При внешней схожести с тем, что выдает , эти колебания имеют совершенно другую природу. По факту – это череда импульсов, меняющих знак.

Электротехнические приборы достаточно грубы, не отличают череды импульсов от синусоиды и прекрасно на них работают. Ярким примером такого «обмана» являются широко распространенные в последнее время , использующие автоколебания высокой частоты, за счет чего трансформатор прибора удалось уменьшить в несколько раз.

Вот такой генератор автоколебаний (только гораздо меньших размеров), выдающий череду импульсов с частотой 50 Гц, включается в цепь питания лампой накаливания. При создании схемы диммера для лампы накаливания используют современные полупроводниковые приборы – тиристоры, динисторы и симисторы.
Они позволяют наиболее просто управлять моментами отпирания и запирания, изменяя тем самым направления тока в цепи и генерируя автоколебания. Однако существуют генераторы автоколебаний на транзисторе, в основе которых лежит пара мощных полевых элементов. Также используют схему через блок защиты.

Плюсы и минусы регуляторов яркости ламп накаливания

Каждый прибор или устройство обладают суммой достоинств и недостатков, имеют их и диммеры ламп накаливания.

Главным, но, пожалуй, единственным достоинством этого прибора является то, что он позволяет регулировать яркость свечения, не вызывая побочного нагрева. Позволяет ли существенно сэкономить электрическую энергию и увеличить срок службы лампы? Судите сами:

• для работы генератора автоколебаний переменный ток превращается в постоянный (на его входе стоит диодный мост), поэтому суммарный КПД устройства оказывается еще ниже, чем обычной лампы;
• лампа накаливания при работе вне номинала напряжения также имеет более низкий КПД;
• если начальное напряжение прибора более 30 процентов от номинальных 220 вольт, то начальный бросок тока при включении почти такой же, как и при работе от обычной сети.

Думается, что при таких условиях использование диммера является чисто эстетической прихотью.