Энергосбережение на современном этапе (стр. 12 из 18)

В полупроводниковых ПРА стабилизация тока лампы осуществляется с помощью полупроводниковых элементов, обычно транзисторов. Если в качестве нелинейного сопротивления используется транзистор (рис 16, а), то такая схема удовлетворительно работает на постоянном токе при незначительных колебаниях напряжения источника питания, но на переменном токе наблюдаются большие собственные потери. В импульсных полупроводниковых ПРА, носящих название динамического балласта (рис 16, б), транзистор работает в режиме ключа, и стабилизация тока лампы осуществляется с использованием инерционных свойств плазмы газового разряда. При этом форма напряжений на разрядной лампе изменяется (рис 17, а) так, что при открытом транзисторе (0

) напряжение источника питания ( ), а при закрытом транзисторе ( ) напряжение на лампе равно нулю. Анализ формы тока лампы показывает (рис. 17, б), что за время импульса напряжения ток лампы возрастает от J_o до J_max, но за время паузы происходит частичная деионизация плазмы, возрастает ее сопротивление и следующий импульс тока опять начинается с J_o.

Рис.16. Схемы нелинейного (а) и импульсного (б) полупроводникового ПРА

В комбинированных ПРА стабилизация тока лампы осуществляется с помощью как реактивных элементов, так и полупроводниковых приборов. Причем, в качестве балластов используются дроссели, конденсаторы, транзисторы, тиристоры и другие полупроводниковые приборы, с большим количеством разнообразных схем. Например, наиболее значительные из них: с высокочастотным (ВЧ) генератором, емкостно-полупроводниковые, индуктивно-полупроводниковые и схемы с преобразованием частоты и формы тока.

Рис.17. Осциллограммы напряжения на лампе (а) и тока лампы (б) в схеме импульсного полупроводникового ПРА

Все схемы с ВЧ генератором построены практически по единой схеме (рис. 18), в которой питание лампы осуществляется от двух источников питания: силовое – через балласт 1 и повышенной частоты – через балласт 2. Схема с использованием дросселя

в качестве низкочастотного балласта и конденсатора – в качестве высокочастотного (рис. 19, а) нашла применение в светорегуляторах, при работе ламп в условиях пониженного напряжения питания, а также для снижения пульсации светового потока ламп. В схеме комбинированного импульсного ПРА с двумя источниками питания (рис. 19, б) для поддержания разряда в лампе через балласт 2 поступают ионизирующие импульсы тока. Анализ формы напряжения и тока лампы показывает (рис. 20, а, б), что во время импульса ( ) ток лампы поддерживается постоянным ( ), и за счет ионизации положительного столба разряда сопротивление лампы и напряжение на ней уменьшаются. В интервале ток ионизирующего генератора i₂= 0, и ток лампы определяется только током . В силу того, что напряжение питания меньше напряжения горения разряда, происходит деионизация плазмы столба разряда, и ток постепенно уменьшается до J_min. Затем подается импульс тока и все процессы повторяются. В схеме емкостно-полупроводникового ПРА (рис. 21, а) основное падение напряжения происходит на балластном конденсаторе C, что снижает напряжение на стабилизирующем транзисторе VT и тем самым повышает к.п.д. схемы. В индуктивно-полупроводниковом ПРА (рис. 21, б) симметричный тиристор VS шунтирует вспомогательный дроссель , что также обеспечивает повышение стабильности работы лампы и к.п.д. схемы. В настоящее время широко распространяется схема комбинированного ПРА с преобразователем частоты (рис. 22), обеспечивающая питание ЛЛ током повышенной частоты (20÷50 кГц), при этом повышается световая отдача ламп, снижаются размеры балластных дросселей и конденсаторов.

Рис.18. Обобщенная структурная схема комбинированного ПРА с ВЧ генератором

Рис. 19. Схемы комбинированных ПРА с ВЧ генератором и индуктивным балластом (а) и импульсного с двумя источниками питания (б)

Рис. 20. Осциллограммы напряжения на лампе (а) и тока лампы (б) в комбинированном импульсном ПРА

Схема емкостного ПРА с последовательным полупроводниковым стабилизатором тока на транзисторе (рис. 23, а) для ламп ЛЛ мощностью 20 Вт (при емкости балластного конденсатора 6,8 мкФ) обеспечивает следующие параметры: ток - 0,428 А; потребляемая мощность - 38 Вт; амплитуда тока лампы - 0,5; к.п.д. ПРА - 54,6%; коэффициент амплитуды тока - 1,17. Такая схема обладает достаточно низким к.п.д. и обеспечивает большие пульсации светового потока лампы. В полупроводниковых ПРА стабилизация средних за период параметров осуществляется, в основном, балластным конденсатором С, который обеспечивает статическую стабилизацию режима лампы. В то же время полупроводниковый стабилизатор тока служит для улучшения формы тока лампы и, таким образом, осуществляет динамическую стабилизацию режима.

В схеме емкостного ПРА с параллельным полупроводниковым стабилизатором (рис. 23, б) при малых токах весь ток конденсатора проходит через лампу. При увеличении тока сверх допустимого, прохождение части тока от конденсатора осуществляется в параллельную ветвь. Такая схема обладает несколько лучшими технико-экономическими показателями, однако и в ней пульсации светового потока находятся на уровне 30%.

Рис.21. Схемы полупроводниковых комбинированных ПРА: а - емкостного; б – индуктивного (СУ – система управления)

Рис.22. Схема комбинированного резонансного ПРА с преобразователем частоты (ПЧ)

Рис.23. Схемы емкостного ПРА с полупроводниковым стабилизатором тока: а – последовательная на транзисторе; б - параллельная полумостовая; в – трехфазная

Для снижения пульсаций и повышения технико-экономических показателей емкостных полупроводниковых ПРА целесообразно применять двух- и трехфазное питание. Например, в схеме трехфазного ПРА с полупроводниковым стабилизатором тока (а.с. 738199 СССР, HO5B 41/39, опубл. 1980) трехфазный мостовой выпрямитель

(рис. 23, в) создает постоянное выпрямленное напряжение . Для статической стабилизации режима разрядной лампы в фазные провода включены балластные конденсаторы и . Выпрямленное напряжение мостовой коммутатор К подается на лампу, включенную последовательно с полупроводниковым стабилизатором тока , который осуществляет динамическую стабилизацию тока лампы. При этом через лампу протекает ток почти прямоугольной формы и некоторое снижение тока происходит лишь в момент коммутации. Питание лампы током прямоугольной формы обеспечивает следующее: 1) малые пульсации светового потока лампы, так как в ней поддерживается стационарный режим разряда; 2) напряжение на лампе в течение всего периода горения остается постоянным; 3) напряжение перезажигание примерно равно среднему напряжению горения, так как в течение короткого времени коммутации в лампе не успевает произойти заметная деионизация столба разряда, что особенно важно для ламп типа ДРЛ, у которых в период разгорания в индуктивных ПРА, напряжение перезажигания может в несколько раз превосходить напряжение горения; 4) подача на цепь лампа-стабилизатор напряжения почти прямоугольной формы позволяет существенно снизить действующее эквивалентное напряжение на уровне (1,1÷1,2) от и, тем самым, уменьшить потери мощности в стабилизаторе тока . Для примера приведем параметры для лампы типа ДРЛ 125 при питании, соответственно, от трехфазного емкостного ПРА с полупроводниковым стабилизатором тока и от индуктивного ПРА: ток лампы (А)-1,13; 1,25; амплитуда тока лампы (А)-1,22; 2,00; потребляемая мощность (Вт)- 135; 143; к.п.д. ПРА (%)- 93; 87; коэффициент пульсации (%)- 9; 63. Трехфазный аппарат обладает более высоким к.п.д. и обеспечивает существенное снижение пульсаций светового потока по сравнению с индуктивным ПРА. В трехфазной схеме стабилизатор тока поддерживает практически постоянным ток через лампу, поэтому ток выпрямителя также может быть принят постоянным.