Рисунок 9.1 Обобщенная структурная схема одно­лампового ПРА (ВИП— вторичный источник питания; СТ— стабилиза­тор тока; ЗУ—зажигаю­щее устройство)

ВАХ устойчивая работа от сети возможна и без балласта. Однако при малом наклоне характеристики это не всегда экономически целесообразно из-за низкой стабильности работы комплекта лампа — ПРА.

Помимо элементов ПРА, выполняющих его основные функции, в схему аппарата может входить и вторичный источник питания. Обобщенная структурная схема однолампо­вого ПРА показана на рисунке 9.1.

Кроме основных функций ПРА может подавлять радиопомехи, создаваемые лампой, снижать пульсации ее светового потока, обеспечивать высокий коэффициент мощности схемы и др. С учетом общеинженерных и экономических соображений к ПРА предъявляется также ряд дополнительных требований. Они заключаются в том, что аппарат должен обладать минимальными собственными потерями, массой и габаритными размерами, иметь невысокую стоимость, быть надежным, долговечным, обеспечивать минимальные эксплуатационные расходы, не создавать заметного акустического шума и т. д. Совокупность этих требований является противоречивой и поэтому имеется много схем ПРА, в которых наилучшим образом выполняются лишь некоторые из них.

Классификация схем ПРА может быть проведена по различ­ным признакам: по типу токоограничивающего элемента, по условиям зажигания и работы лампы [1.1], по типу источника питания, по количеству ламп и т. д. Для целей анализа цепей ПРА наиболее удобна классификация по типу токоограничи­вающего элемента, поскольку это во многом определяет метод анализа. В соответствии с такой классификацией (рисунке 9.2) все ПРА можно разделить на три основные группы: электромагнит­ные, полупроводниковые, комбинированные. К отдельной, четвертой, группе целесообразно отнести ПРА без токоограни­чивающего элемента для специальных так называемых без- балластных ламп.

В первую группу (электромагнитные ПРА) входят аппараты с реактивными и активными токоограничивающими элемен­тами (балластами) и их комбинациями, причем в основном силовом контуре этих ПРА находятся только токоограничиваю­щие элементы. Источником питания является сеть промышлен­ной или повышенной частоты. В эту группу входят такие традиционные аппараты, как индуктивный и индуктивно-ем­костный ПРА, аппараты с трансформатором и автотрансформатором с большим внутренним сопротивлением.

---

Рисунок 9.2 - Классификация ПРА для разрядных ламп по типу токоограничиваю­щего элемента

Такие ПРА могут быть со стартерным или бесстартерным зажиганием, иметь цепи для предварительного подогрева электродов люми­несцентных ламп или цепи мгновенного перезажигания ламп высокого давления типов ДРЛ, ДРИ и т. д. (см., например, рисунок 9.3 и 9.4).

Аппараты с резистивными балластами применяются при подключении разрядных ламп к сети постоянного тока или промышленной частоты. В резистивных аппаратах может быть использован балластный резистор или нелинейный резистор (вольфрамовая спираль лампы накаливания). Резистивные аппараты не получили широкого распространения из-за низкого КПД.

Рисунок 9.3 Обобщенная структурная схе­ма стартерного ПРА	Рисунок 9.5 Схема нелинейного полупро­водникового ПРА
Рисунок 9.6 Схема импульсного полупроводникового ПРА	Рисунок 9.4 Обобщенная структурная схема бесстартерного ПРА с накальным трансформатором
а	б
Рисунок 9.7 Осциллограммы напряжения на лампе (а) и тока лампы (б) в схеме импульсного полупроводникового ПРА
Однако в последнее время для компактных люминесцент­ных ламп бытового назначения в ряде стран находят примене­ние емкостно-резистивные балласты, в которых указанный выше основной недостаток ПРА резистивного типа в известной степени нивелирован. В полупроводниковых ПРА (вторая группа) стабилизация тока лампы осуществляется с помощью полупроводниковых приборов, обычно транзисторов. На рисунке 9.5 приведена схема полупроводникового ПРА, в котором транзистор используется в качестве нелинейного сопротивления. Схема удовлетвори­тельно работает на постоянном токе при незначительных колебаниях напряжения источника питания. На переменном токе схемы нелинейных полупроводниковых ПРА обладают большими собственными потерями. На рисунке 9.6 дана схема импульсного полупроводникового ПРА. Приведенная схема носит название динамического бал­ласта. В динамическом балласте транзистор работает в режиме ключа, и стабилизация тока лампы осуществляется с исполь­зованием инерционных свойств плазмы газового разряда. На рисунке 9.7, а показана форма напряжения на разрядной лампе.

---

Рисунок 9.8 Обобщенная структурная схема ком­бинированного ПРА с ВЧ генератором

При открытом транзисторе (0≤t≤Т_и) напряжение на лампе прибли­зительно равно напряжению источника питания (U_л≈U_п). При закрытом транзисторе (T_ИП) напряжение на лампе равно нулю. На рисунке 9.7, б показана форма тока лампы. За время импульса напряжения ток лампы возрастает от I₀ до I_тах. За время паузы происходит частичная деионизация плазмы, возрастает ее сопротивление и следующий импульс тока опять начинается с I₀.

В третьей группе (комбинированные ПРА) стабилизация тока лампы осуществляется с помощью как реактивных элементов, так и полупроводниковых приборов. В ПРА этой группы в качестве балластов используются дроссели, конденса­торы, транзисторы, тиристоры и другие полупроводниковые приборы. В группе существует большое количество разнообразных схем. Целесообразно рассмотреть следующие из них: с высокочастотным (ВЧ) генератором, емкостно-полупроводни­ковые, индуктивно-полупроводниковые и схемы с преобразова­нием частоты.

Все схемы с ВЧ генератором построены практически по единой схеме (рисунке 9.8). Питание лампы осуществляется от двух источников питания: силового через Балласт 1 и по­вышенной частоты через Балласт 2. На рисунке 9.9 приведен вариант схемы при использовании дросселя Др в качестве низкочастотного балласта и конденсатора С в качест­ве высокочастотного. Такая схема нашла применение в свето­регуляторах, при работе ламп в условиях пониженного на­пряжения питания, а также для снижения пульсации светового потока ламп.

На рисунке 9.10 показана схема комбинированного импульсного ПРА с двумя источниками питания. Для поддержания разряда в лампе через Балласт 2 поступают ионизирующие импульсы тока. На рисунке 9.11, а и б показаны формы напряжения и тока лампы. Во время импульса (0≤t≤T_и) ток лампы поддержи­вается постоянным (i_л≈i₂ =conts), и за счет ионизации положи­тельного столба разряда сопротивление лампы и напряжение на ней уменьшаются. В интервале T_ИП ток ионизирующего генератора i₂ = 0, и ток лампы определяется только током i₁.В силу того что напряжение питания меньше напряжения горения разряда, происходит деионизация плазмы столба разряда, и ток постепенно уменьшается до I_min.Затем подается импульс тока z₂, и все процессы повторяются.

Рисунок 9.9 Схема комбинированного ПРА с ВЧ генератором и индуктивным балластом
Рисунок 9.10 Схема комбинированного импульсного ПРА с двумя источниками питания	Рисунок 9.11 Осциллограммы напряжения на лампе (а) и тока лампы (б) в комбини­рованном импульсном ПРА
Рисунок 9.12 Схема комбинированного емкостно-полупроводникового ПРА	Рисунок 9.13 Схема комбинированного индуктивно-полупроводникового ПРА (СУ—схема управления)

На рисунке 9.12 и 9.13 приведены схемы комбинированных емкостно-полупроводникового и индуктивно-полупроводнико­вого ПРА. В схеме рисунка 9.12 основное падение напряжения происходит на балластном конденсаторе С, что снижает напряжение на стабилизирующем транзисторе VT и тем самым повышает КПД схемы. В схеме рисунка 9.13 симметричный тиристор VSшунтирует вспомогательный дроссель Др2, что обеспечивает повышение стабильности работы лампы и КПД схемы.

На рисунке9.14 показана широко распространенная схема комбинированного резонансного ПРА с преобразователем час­тоты. Схемы с преобразователем обеспечивают питание лампы током повышенной частоты (20—50 кГц), при этом повышается световая отдача ламп, снижаются размеры балластных дрос­селей и конденсаторов.

Классификация режимов и расчетных задач

При работе разрядных ламп в цепях постоянного и переменного тока можно выделить следующие основные режи­мы: режим зажигания (пусковой режим), переходной режим (режим разгорания), установившийся режим при нормально и аномально работающей лампе.

В пусковом режиме электропроводность лампы мала, и поэтому цепь включения может рассматриваться как работаю­щая без лампы. В этом режиме токи в ветвях и напряжения на элементах схемы могут существенно отличаться от таковых в рабочих режимах. Для ряда ламп (типов ДРИ, ДНаТ и др.) при зажигании используется маломощный высоковольтный импульсный генератор, который работает только в режиме пуска. Для ртутных ламп низкого давления применяются устройства для предварительного подогрева электродов, причем обычно значение тока подогрева выше рабочего. Длительность пускового режима, как правило, не превышает нескольких десятков секунд. Однако при неисправных лампе или стартере, отсутствии лампы, контакта в цепи и т. д. этот режим может затянуться. Поэтому элементы схемы включения должны быть рассчитаны на достаточно длительную работу в таком режиме.

Режим разгорания связан с постепенным изменением элект­рических параметров лампы. Так, для всех ламп высокого давления, наполненных парами металлов, в период их разгора­ния при увеличении температуры колбы постепенно возрастает установившееся на ней напряжение U_л, что, как правило, приводит к существенному изменению режима работы схемы включения. Схема включения должна обеспечивать ток лампы, достаточный для ее разогрева. В лампах типа ДРИ при разгорании может существенно повыситься напряжение перезажигания.



Рисунок 9.14 Схема комби­нированного резонансно­го ПРА с преобразовате­лем частоты (ПЧ—пре­образователь частоты)

Для предотвращения погасания лампы в таком режиме схема должна обеспечивать необходимое напряжение перезажигания на электродах лампы. Длительность режима разгорания обычно не превышает нескольких минут. Однако при неисправной лампе либо тяжелых эксплуатационных усло­виях режим разгорания может быть более длительным.

Установившийся режим является режимом длительной ра­боты лампы, когда ее электрические параметры (ток и мощность) должны соответствовать паспортным значениям. Форма тока лампы, как правило, не должна существенно отличаться от синусоидальной (для большинства ламп это учитывается ограничением коэффициента амплитуды тока лам­пы и использованием режима работы без пауз тока). При допустимых изменениях напряжения источника питания, пара­метров схемы, а также электрических параметров ламп режимы работы лампы (прежде всего ее ток и мощность) не должны выходить за допустимые пределы, т. е. ПРА должен обеспе­чивать требуемую стабильность режимов работы лампы.

К концу срока службы при дезактивации одного из электродов лампы, а иногда и в новой лампе при некоторых дефектах, может наблюдаться режим работы, который назы­вают аномальным. В аномальном режиме параметры лампы существенно отличаются от паспортных, причем, как правило, существенно возрастает напряжение перезажигания в тот полу- период, когда дезактивированный электрод является катодом. В ртутных лампах высокого давления может уменьшаться установившееся напряжение U_л. Часто к аномальным режимам относят режимы, возникающие при затянувшемся (длительном) разгорания лампы, которые могут возникать при неисправной лампе, при неисправной схеме включения или при определенных внешних воздействиях (например при пониженной окружающей температуре). Длительная работа в аномальном режиме может привести к электрическим перегрузкам элементов схемы вклю­чения.

Таким образом, на основе анализа режимов работы разряд­ных ламп и ПРА можно сформулировать следующие расчетные задачи:

1. 
   Расчет схем включения в пусковом режиме;
   
2. 
   Расчет установившихся режимов схем включения с нор­мально работающей лампой
   
3. 
   Расчет схем включения с аномально работающей лампой как в режиме разгорания, так и в установившемся режиме.
   

Первая задача решается традиционными электротехнически­ми методами без учета специфики разрядной лампы и поэтому в дальнейшем будет рассматриваться лишь в некоторых частных случаях. Вторая и третья задачи по существу решаются одинаковыми методами, однако имеется различие в подходе к оценке режимов работы, что будет подробно рассмотрено ниже.

1   2   3   4   5   6   7   8   9

---

Содержание отчета

1. Ознакомиться с содержанием работы.

2. Сделать краткий конспект.

3. Отобразить схемы.

Контрольные вопросы:

1) Каковы функции дросселя, стартера, конденсатора?

2) Назовите основные преимущества электронных ПРА

3) Во сколько раз индуктивность дросселя в электронной ПРА меньше, чем в ПРА стартерной схемы?

4) Может ли работать люминесцентная лампа без балластного устройства? Без стартера?

5) Для чего в схемах ПРА параллельно сетевым клеммам ставят конденсатор?

Литература

1. Баев В.И. Практикум по электрическому освещению и облучению. – М.: Агропромиздат, 1991. – 175 с., ил.

2. Баранов Л.А., Захаров В.А. Светотехника и электротехнология. – М.: КолосС, 2006. – 344 с., ил.

3. Козинский В.А. Электрическое освещение и облучение. – М.: Агропромиздат, 1991. – 239 с.: ил.

4. Клюев С. А. Освещение производственных помещений. – М.: Энергия, 1979. – 152 с., ил. – (Б-ка светотехника; Вып. 3).

5. Лямцов А.К., Тищенко Г.А. Электроосветительные и облучательные установки. – М.: Колос, 1983. – 224 с., ил.

6.Электротехнология/ А.М. Басов, В.Г.Быков, А.В.Лаптев, В.Б.Файн. - М.: Агропромиздаг, 1985. - 256 с., ил. - (Учебники и учеб. пособия для высш. с. - х. учеб. заведений).

и графики, предусмотренные работой.


Приложение 1

Технические характеристики

- Электропитание от сети…………………………………..220 В

- Частота питающего напряжения……………………. .… 50 Гц

- Потребляемая мощность, не более………………………220 ВА

- Габаритные размеры модуля управления и контроля...500x390x180 мм

- Габаритные размеры блока исследуемых ламп ……….550x400x370 мм

Состав стенда

Модуль управления и контроля Блок исследуемых ламп



Рисунок 1

Общий вид лабораторного стенда представлен на рисунке 1. В состав стенда входят модуль управления и контроля и блок исследуемых ламп.

В модуле управления и контроля на передней панели (I) с мнемосхемой смонтированы:

- выключатель питания модуля

220 В «СЕТЬ» (2);

- регулятор напряжения «АВТОТРАНСФОРМАТОР, TV1» (3);

- измеритель мощности «ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, PW1» (4);

- выключатель питания блока исследуемых ламп «ПУСК» (5);

- клеммы «U_вых» для осциллографирования напряжения на лампе (6);

- клеммы «I_вых» для осциллографирования тока лампы (7);

- цифровой прибор для измерения энергетической освещенности «РАДИОМЕТР» (8) с датчиком освещенности (11);

- цифровой прибор для измерения освещенности и пульсаций светового потока «ЛЮКСМЕТР/ПУЛЬСМЕТР» (10) с датчиком освещенности (11).

На задней панели модуля смонтированы:

- предохранитель (12);

- разъем (13) для подключения сетевого кабеля (14);

- разъем (15) для подключения кабеля управления блоком исследуемых ламп (16).

Конструкция блока исследуемых ламп включает:

- горизонтальную расположенную панель с ножками (17);

- набор из четырех исследуемых ламп с цоколями (18);

- стойку для крепления датчика освещенности (19);

- кожух для снижения влияния внешних источников света (20);

- блок из четырех разъемов для подключения кабеля управления к одной из исследуемых ламп(21).

Мнемосхеме, представленной на передней панели модуля управления и контроля, соответствует принципиальная электрическая схема лабораторной установки (рисунок 2).



Рисунок 2

где, FU1 – предохранитель, SA1- выключатель питания стенда, TV1 – автотрансформатор, SA2 – выключатель нагрузки, TA1 – измерительный трансформатор тока,«I_вых», «U_вых» - клеммы для осциллографирования соответственно выходного тока и напряжения, EL1 – исследуемая лампа, PW1 – измеритель мощности , Р1 – люксметр/пульсметр, BL – фотоэлемент, Р2 – радиометр.

В комплектации имеются два силовых кабеля, техническое описание и методические указания к выполнению лабораторных работ.

В стенде возможны отдельные изменения, не влияющие на его основные технические характеристики.

Техническое описание узлов стенда

1. Модуль управления и контроля

- Регулятор напряжения

Регулятор напряжения предназначен для измерения подводимого к исследуемой лампе напряжения от 0 до 250 В. Его технические характеристики:

- диапазон регулирования …..0…250 В;

- номинальная мощность………500 Вт;

- номинальный ток – 2 А.

- Измеритель мощности

Прибор предназначен для измерения параметров электрической цепи:

- действующего значения напряжения параметров электрической цепи:

- действующего значения тока (I) в диапазонах 0…0,2 А и 0…2 А;

- активной мощности (Р) в диапазоне 0 500 Вт;

- реактивной мощности (Q) в диапазоне 0…500 ВАp;

- полной мощности (S) в диапазоне 0…500 ВА;

- частоты (f) в диапазоне 5…400 Гц;

- коэффициента мощности (cosφ) в диапазоне -1…+1;

- угла сдвига фаз между током и напряжением φ.



Рисунок 3

На рисунке 3 представлена лицевая панель измерителя мощности. Для вывода информации в приборе используется жидкокристаллический четырех строчный индикатор (1). Переключатель «I» (2)предназначен для выбора диапазона измерения тока. Кнопка «P/Q/S» (3) служит для выбора выводимой в третьей строчке индикатора информации об активной (Р), реактивной (Q) или полной (S) измеряемой мощности. Кнопка «f/cosφ/φ» (4) служит для выбора выводимой в четвертой строке индикатора информации о частоте (f), коэффициенте мощности (cosφ) и угле сдвига фаз между током и напряжением (φ). Для переключения кнопки 3 или 4 должны удерживаться в течение 1…2 секунд.

- Клеммы «Uвых» и «Iвых»

Клеммы предназначены для подключения двухлучевого осциллографа и осциллографирования соответственно напряжения и тока исследуемой лампы. На клеммах «Uвых» диапазон напряжения составляет -0…250 В; клеммы «Iвых» являются выходом датчика тока с коэффициентом трансформации – Кт = 2,0 А/В.
- Радиометр

Прибор предназначен для измерения энергетической освещенности. Радиометр имеет следующие технические характеристики:

- диапазон измерений энергетической освещенности 1,0 – 1000 Вт/м²;

- диапазон длин волн 0,5 – 10 мкм;

- основная относительная погрешность 10.

Радиометр включает цифровой прибор, смонтированный на передней панели модуля управления и контроля, и датчик освещенности (общий для радиометра и люксметра/пульсметра) (рисунок 4).

На лицевой панели модуля управления и контроля расположены:

- светодиодный четырех сегментный цифровой индикатор (1);

- разъем для подключения датчика освещенности «Вход» (2);

- клеммы «Выход» для осциллографирования сигнала энергетической освещенности.



Рисунок 4

- Люксметр/пульсметр

Прибор предназначен для измерения освещенности и пульсаций светового потока. Люксметр/пульсметр имеет следующие технические характеристики:

- диапазон измерения освещенности 10… 200000 лк;

- диапазон измерения пульсаций светового потока 0…100%;

- погрешность измерения освещенности не более 20 %;

- погрешность измерения пульсаций светового потока не более 20%.

На рисунке 5 представлена лицевая панель люксметра/пульсметра с подключенным датчиком освещенности. Для вывода информации в приборе применяется жидкокристаллический двухстрочный индикатор (1). Разъем «Вход» (2) предназначен для подключения датчика освещенности. Клеммы «Выход» (3) используются для осциллографирования сигнала светового потока. Переключатель (4) предназначен для переключения режимов при измерении разных типов ламп: «режим 1» - люминесцентные лампы, галогенные лампы, газоразрядные лампы высокого давления; «режим 2» - солнечный свет, лампы накаливания.



Рисунке 5

2. Блок исследуемых ламп

Блок исследуемых ламп предназначен для испытания четырех типов ламп,

- лампа накаливания общего назначения;

- галогенная лампа;

- люминесцентная компактная с электромагнитной пускорегулирующей аппаратурой,

- люминесцентная компактная с электронной пускорегулирующей аппаратурой,

- светодиодная.

Технические характеристики ламп представлены в таблице 1.


Таблица 1 Технические характеристики

Тип ламп	Расчетное напряжение, В	Мощность, Вт	Световой поток, Лм	Средняя температура нити Тсп, К	Средний рабочий ресурс, срок службы	Условная площадь, см2
FHILIPS A55	230	40	415	2630	1 год	0,565
PHILIPS EcoClassic30	230	42(60)	630	2630	2 года	-
PHILIPSMASTERPL-S 2P 9W/827 (встроенный стартер электромагнитным балластом L7/911.311)	220-240	9	600	-	6000 часов	-
OSRAMDULUXS/E 9W/21-827 (испльзуется с балластом EBFL 118)	220-240	9	600	-	6000 часов	-
Светодиодная Navigator	220	5(40)	-	-	40000 часов	-
Camelion LH13-FS-T2-M	220-240	13	754	-	10000 часов	-

В конструкции блока предусмотрены кожуха для снижения влияния внешних источников света, стойка для крепления датчика освещенности, разъемы для подключения силового кабеля питания к каждой из ламп.

3. комплект кабелей.

Количество и типы кабелей представлены в таблице 2.

Таблица2

Тип	Длина, м	Кол-во, шт	Примечание
СНП СНП-СНП	1,5 1,5	1 1	Для питания от сети 220 В Для подачи напряжения 0…250 В на блок исследуемых ламп

4. общие указания при работе со стендом

- Во время работы запрещается трогать лампы руками;

- Замена ламп производится только на обесточенном стенде;

- Замена ламп производится только в чистых перчатках, запрещается касаться колбы ламп голыми руками;

- Не рекомендуется длительное время подавать на лампу повышенное напряжение более 230 В, что сокращает срок ее службы.



Рисунок 6 Зависимость интегральной степени черноты вольфрама

---

Смотрите также файлы

• Rus подробная инструкция по эксплуатации холодильника.pdf

• Отчет по практике я, Панкратова Ксения Олеговна, проходила производственную практику практику по получению профессиональных умений и опыта профессиональной деятельности в мбоу сош 18 хутора Первомайского, п..docx

• За участие в i этапе xvii международной Олимпиады по основам наук по предмету Фамилия, Имя участника.pdf

• Нооссн(ОН)сн.docx

• Самостоятельная работа по теме 1 Фонетика. Обучающийся Василенко Юлия Сергеевна Преподаватель.doc