Энергосбережение на современном этапе (стр. 11 из 18)
Если для включения лампы применен повышающий трансформатор с рассеянием, то при заданном Uл повышение Uxx ПРА аналогично увеличению напряжения питания. Поэтому, чем выше напряжение холостого хода ПРА, тем меньше допустимое относительное уменьшение напряжение Uпог/Uхх. Например, для ламп ДРЛ с индуктивным балластом в сетях с номинальным напряжением 220 В допускается снижение напряжения до 0,9U. При применении повышающего трансформатора с Uxx= 300 В допускается снижение напряжение до 0,7Uxx. На допустимое снижение напряжения U оказывает влияние вид ВАХ дросселя. При нелинейном балласте с уменьшением U происходит более резкое уменьшение тока, чем при линейном, и лампа гаснет быстрее. Индуктивно-емкостный балласт по сравнению с индуктивным обеспечивает большую стабильность тока и мощности ламп при колебаниях напряжения в сети. Например, при изменении напряжения в пределах + 10%, изменения Iл и Рл не превосходят 12÷15%. Следует ожидать, что в этом случае может быть допущено более глубокое снижение напряжения в сети. Экспериментально на лампах ДРЛ показали [18], что для индуктивно-емкостного балласта допустимо относительное уменьшение Uпог/U менее 0,7. Отсюда следует, что в сетях, где возможны значительные колебания напряжения, целесообразно применять индуктивно-емкостный балласт. Аналогичный эффект оказывают умножители напряжения, повышающие Uxx и снижающие Uпог/U.
При резком снижении напряжения сети до значения, близкого или меньшего Uпог, погасание лампы произойдет не сразу, а спустя некоторый промежуток времени tпог, называемый временем погасания. Одновременно со снижением напряжения сети резко измениться ток лампы Iл, до соответствующего сниженному значению U, а затем за время tпог уменьшится до нуля, т.е. лампа погаснет. Сниженное напряжение называется напряжением посадки Uпос. Пока Uпос > Uпог - лампа будет гореть, а при Uпос < Uпог - лампа гаснет в течении времени tпог. При длительных посадках напряжения, т.е. когда неравенство Uпос < Uпог сохраняется в течение некоторого времени посадки tпос, с последующим повышением напряжения до номинального значения, условие непогасания лампы можно выразить неравенством tпос<tпог. При кратковременных снижениях напряжения погасание лампы происходит тем быстрее, чем выше напряжение Uл, т.е. при одном и том же времени tпос гаснут быстрее лампы большей мощности. Наибольшей устойчивостью обладают лампы в схемах с регулируемым выходным напряжением и включенные через трансформатор с рассеиванием. В последнем случае при кратковременных колебаниях напряжения сети в пределах ± 5% не наблюдаются нарушения стабильности горения ламп.
Известно [25], что при работе лампы на переменном токе, когда мощность изменяется аналогично среднеквадратичному значению тока, но максимальное значение тока выше, чем среднеквадратичное, лампа должна работать, по крайней мере, некоторое время, при большем значении тока, чем при постоянном напряжении и той же мощности, и поэтому, по крайней мере, некоторое время, с более высокой концентрацией электронов, чем при постоянном напряжении. В результате действия этих двух факторов КПД резонансного излучения в лампе на 5÷10% меньше, в случае работы на переменном токе с частотой 50 Гц, чем при работе на постоянном токе при той же мощности. Однако, при работе лампы на постоянном токе с активным балластом наблюдаются потери на резисторе, сравнимые с мощностью потребляемой лампы и, соответственно, общий КПД системы ПРА-лампа уменьшается. На переменном токе можно использовать реактивные сопротивления для управления током разряда и потери мощности, здесь будут меньше. Следовательно, КПД системы выше при работе на переменном токе при частоте 50 Гц, хотя КПД лампы при этом несколько меньше.
В сущности, разряд на высокой частоте ведет себя подобно разряду на постоянном токе. При частоте переменного тока, приблизительно равной нескольким килогерцам, концентрация электронов, будучи примерно постоянной, пропорциональна не мгновенному значению тока, а ближе к среднеквадратичному. Поэтому для ртутных ламп при постоянном токе и ВЧ токе наблюдаются подобные зависимости, например выход ультрафиолетового излучения (УФ) увеличивается с ростом тока до некоторого предельного значения, а КПД генерации УФ снижается с ростом тока. Не вызывает никаких сомнений тот факт, что пиковые значения тока больше, чем среднеквадратичные, поэтому та часть потерь КПД, которая имеет место на переменном токе частотой 50 Гц, не будет иметь место для ВЧ тока и КПД разряда становится близким к КПД на постоянном токе. В связи с влиянием электродов потери на них также уменьшаются при высоких частотах и, таким образом, КПД ЛЛ при частотах в несколько килогерц может даже превосходить КПД ламп, работающих на постоянном токе.
5. Схемы комбинированных ПРА
Возможно создание источников питания ГРЛ с комбинацией полупроводниковых элементов и традиционных ПРА. Например, в емкостно-полупроводниковых ПРА (рис. 14, а) стабилизация средних за период параметров Jл,
осуществляется балластным конденсатором Cс реализацией статического режима работы лампы. Полупроводниковый стабилизатор тока служит для улучшения формы тока лампы и, таким образом, осуществляет динамическую стабилизацию ее рабочих параметров. В таких схемах при малых токах весь ток конденсатора проходит через лампу, а при увеличении тока сверх допустимого часть тока конденсатора ответвляется в параллельную ветвь. Также, возможна комбинация емкостного или индуктивного балласта с полупроводниковым балластом непрерывного действия (рис. 14, б) в котором транзистор работает в активной области и ограничивает ток лампы на заданном уровне, т.е. в схеме имитируется принцип работы ГРЛ с активным балластом. Поэтому могут наблюдаться присущие ему недостатки: наличие пауз в токе лампы (рис. 14, в), низкий к.п.д. (60-70%), снижение световой отдачи и срока службы лампы. Если комбинирование происходит с полупроводниковым балластом импульсного действия, то реализуется ключевой режим работы транзистора (рис. 14, г) и ток лампы стабилизируется посредством широтно-импульсной или частотно-импульсной модуляции. При этом, в течение каждого полупериода (рис. 14, д) переменного напряжения лампа несколько раз подключается (при внутреннем сопротивлении балласта примерно равным нулю) и отключается от источника питания. К.п.д. такого аппарата может достигать более 90%. Однако, специфическая форма тока лампы требует изучения световых и эксплутационных характеристик ГРЛ в комбинации с существующими ПРА в таких режимах.Классификация схем ПРА может быть проведена [21] по различным признакам: по типу токоограничивающего элемента, по условиям зажигания и работы лампы, по типу источника питания, по количеству ламп и другим. Для целей энергосбережения наиболее предпочтительна классификация по типу балласта, так как именно он определяет потери и стабильность параметров лампы. В соответствии с такой классификацией (рис. 15) все ПРА можно разделить на три основные группы: электромагнитные, полупроводниковые и комбинированные. К отдельной группе можно отнести ПРА без токоограничивающего элемента для специальных, так называемых безбалластных, ламп. К электромагнитным ПРА (ЭМПРА) относятся аппараты с реактивными и активными балластами и их комбинациями, причем в основном силовом контуре этих ПРА находятся только токоограничивающие элементы, а 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. Такие ПРА могут быть со стартерным или бесстартерным зажиганием, иметь цепи для предварительного подогрева ЛЛ или цепи мгновенного перезажигания ламп ВД (типа ДРЛ, ДРИ).
Рис.14. Схема емкостно-полупроводникового ПРА (а), схема полупро-водникового балласта непрерывного действия (б) и осциллограммы напряжения и тока на нем (в), схема полупроводникового балласта импульсного действия (г) и осциллограммы напряжения и тока на нем (д)
Рис.15. Классификация ПРА для разрядных ламп по типу токоограничивающего элемента
Аппараты с резистивными балластами используют при подключении разрядных ламп к сети постоянного тока или промышленной частоты. В них может быть использован балластный резистор или нелинейный резистор (например вольфрамовая спираль ЛН). Резистивные аппараты не получили широкого распространения из-за низкого к.п.д. Однако в настоящие время для КЛЛ находят применение емкостно-резистивные балласты, в которых указанный выше основной недостаток таких ПРА в известной степени нивелирован.