Курсовая работа: Электронные пускорегулирующие аппараты для разрядных ламп высокого давления

Рисунок 13.Схема комбинированного резонансного ПРА с преобразователем частоты. (ПЧ-преобразователь частоты)

2. СТАРТЕРНЫЕ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП

2.1 ОДНОЛАМПОВЫЕ СТАРТЕРНЫЕ ПРА

Стартерным ПРА называют аппарат, в котором зажигание ЛЛ с предварительно нагретыми электродами осуществляется с помощью стартера с размыкающимися контактами. Собственно стартерный ПРА состоит из балластного сопротивления (индуктивного или индуктивно-емкостного) и иногда компенсирующего конденсатора и других элементов. Схема стартерного ПРА с индуктивным балластом приведена на рис. 14, а, а с индуктивно-емкостным — на рис. 14,б. Процесс зажигания ламп в обеих схемах одинаков. Пусковой ток лампы определяется полным сопротивлением балласта и электродов, а рабочий ток — полным сопротивлением балласта и сопротивлением самой лампы. Значение пускового тока определяется из условия обеспечения требуемой надежности зажигания лампы и исключения, по возможности, режима ее зажигания, с холодными или недостаточно нагретыми электродами. Поэтому он должен быть больше некоторого минимального значения.

Рисунок 14. Одноламповые стартерные ПРА: а- с индуктивным балластом; б- с индуктивно-емкостным балластом, в- ВАХ пускового режима индуктивного и индуктивно-емкостного балластов; г-зависимость ёмкости компенсирующего конденсатора от коэффициента мощности.

Вместе с тем слишком большой пусковой ток также может приводить к снижению срока службы лампы и вызывать недопустимое превышение температуры обмоток дросселя в режиме с залипшим стартером. Это требование определяется для стартерных ПРА как допустимая кратность пускового тока. В настоящее время кратность пускового тока К_п =0,9÷2 номинального тока лампы.

В индуктивно-емкостных балластах дроссель включен последовательно с балластным конденсатором. На рис. 14,в приведена ВАХ дросселя 1 и последовательно соединенных дросселя и балластного конденсатора 2. Из рис. 14,в видно, что при индуктивно-емкостном балласте ВАХ отклоняется влево. Это означает, что в пусковом режиме ток лампы, включенной с индуктивным балластом, больше, чем с индуктивно-емкостным, и надежность зажигания и срок службы лампы в схеме с индуктивно-емкостным балластом ниже, чем с индуктивным.

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 С_к от соsф_к , 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 C_к1 . 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 С_К2 , 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 С_б 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 2030 % номинального значения.