Энергосбережение на современном этапе (стр. 18 из 18)

Имеются сообщения о повышении энергоэкономичности ламп при использовании тока определенной формы, например в ЭПРА (заявка 4439812 ФРГ, НО5В 41/36, опубл. 9.05.1996; заявка 4439885 ФРГ, НО5В 41/29, опубл. 8.11.1996) для питания ГРЛ предлагается использовать ток прямоугольной формы с регулируемой амплитудой, при этом лампа подключается к источнику постоянного тока и ПРА сдержит повышающий преобразователь постоянного напряжения - в постоянное, а также мостовой коммутатор и блок управления. Прямоугольная форма тока и напряжения обеспечивает работу лампы без токовых пауз и, одновременно реализует преимущества работы на постоянном токе и устраняет недостатки, связанные с катафорезом.

5. Система управления вырабатывает управляющие сигналы для ВЧ инвертора. Рабочая частота схемы выбирается в пределах «окон», свободных от акустических резонансов. Кроме того, на выбор рабочего диапазона частот накладывает ограничения элементная база ВЧ инвертора (транзисторы, диоды) и материал магнитного сердечника балластного дросселя. Эти ограничения не позволяют, при использовании для магнитопроводов ферритов широкого применения, поднять рабочую частоту выше 50 ÷ 60 кГц. Реализовать обратные связи, ограничивающие мощность лампы на допустимом уровне, можно следующими путями: частотной модуляцией; широтно-импульсной модуляцией; регулированием напряжения питания инвертора. В случае использования частотной модуляции увеличение мощности лампы приводит к увеличению рабочей частоты ЭПРА, росту сопротивления индуктивного балласта и снижению мощности до заданного уровня. Достоинством широтно-импульсной модуляции является постоянство рабочей частоты ЭПРА, что облегчает ее выбор в пределах свободных от акустических резонансов частотных «окон», но, одновременно, усложняет систему управления инвертором. Регулирование напряжения питания инвертора можно осуществить улучшить введением в схему активной коррекции формы потребляемого тока путем дополнительной цепи обратной связи, но для обеспечения широкого диапазона регулирования элементы схемы ЭПРА должны работать при повышенных напряжениях (400 ÷ 450 В). Схема системы управления может предусматривать возможность регулирования светового потока лампы. Перспективным представляется и использование для всех перечисленных целей микроконтроллеров, что позволит управлять лампой по более сложным алгоритмам, учитывающих все многообразие реальных эксплуатационных условий. В отдельную группу можно выделить ЭПРА, построенные по принципу совмещения в одном узле функций инвертора, создающего ВЧ напряжение питания лампы, и функции активной коррекции формы потребляемого из сети тока, такие аппараты применяют для ламп небольшой мощности.

Имеется устойчивая тенденция электронизации освещения на основе микропроцессорных ЭПРА, так как они имеют явные преимущества по сравнению с электромагнитными ПРА (ЭМПРА), в частности: экономичность, миниатюрность, универсальность, возможность плавного регулирования светового потока от 1 ÷ 100% с помощью цифровых технологий. Подобные ЭПРА имеют возможность автоматически «распознавать» подключенную к нему лампу и обеспечивать оптимальные электрические характеристики в пусковом и рабочем режимах. ЭПРА допускает более 1 млн включений ламп без ущерба для их срока службы, причем последний увеличивается в несколько раз по сравнению со стартерно-дроссельными схемами. По данным фирмы Osram, применение высокоэффективных ЭПРА, вместо обычных электромагнитных аппаратов, позволяет получить экономию электроэнергии на уровне 25÷30%, а срок службы увеличить примерно на 50%.

Конструкции ЭПРА могут быть, по крайней мере, трех типов: низкочастотные, высокочастотные и гибридные (т.е. комбинации ЭПРА и ЭМПРА). Для высокой эффективности ПРА обязательными элементами являются различные виды инверторов для повышения частоты питающего тока и электронные блоки управления на базе микроконтроллеров, а также другая электроника, обеспечивающая регулирование, контроль, адаптацию и коррекцию коэффициента мощности. Управление транзисторами инвертора может осуществляться драйверами на интегральных микросхемах. При этом драйверы обеспечивают ждущее зажигание ламп (путем изменения частоты), регулирование и стабилизацию их мощности, а также ограничение тока ламп. Причем предусматриваются дополнительные микросхемы, которые исключают возможность сбоя работы драйвера (а, следовательно, и мигания ламп) при кратковременных снижениях мощности, связанных с провалами сетевого напряжения. Подобные ЭПРА позволяют реализовать сенсорные модуль-коммутаторы, в которых совмещены ИК-датчики движения (присутствия) и светочувствительные элементы, реагирующие на уровень естественного освещения. Такие интерактивные светорегулирующие системы могут сопрягаться с микропроцессорным управлением через компьютерные программы.

Рис.29. Схемы преобразователей для активной коррекции формы потребляемого лампой тока

Рис.30. Полумостовая (а) и мостовая (б) схемы инвертора напряжения

Электронные ПРА для разрядных ламп имеют следующие преимущества по сравнению с электромагнитными ПРА: исключение пульсаций светового потока ламп и предотвращение возникновения стробоскопического эффекта; создание благоприятного режима зажигания ламп; повышение на 10÷20% светового потока ламп; повышение на 20÷30% срока службы ламп; отсутствие мигания ламп в пусковом режиме; уменьшение расхода электроэнергии за счет значительного сокращения суммарной потребляемой мощности; возможность регулирования светового потока ламп.

Рис.31. Схема электронного ПРА для лампы ДРЛ-250

Большинство ЭПРА работают в диапазоне частот 25÷70 кГц. Целый ряд появившихся в последнее время новых источников света уже не могут работать в схемах с обычным ЭМПРА и рассчитаны на работу только с ЭПРА. Дополнительными преимуществами ЭПРА является возможность питания постоянным током (для аварийного освещения) и возможность регулирования светового потока. Учитывая изложенное, можно констатировать, что в перспективе энергосберегающая техника освещения должна базироваться на использовании ЭПРА.

Однако на современном этапе целесообразность использования ЭПРА в отечественных светильниках связана с вопросами стоимости и окупаемости. Например, стоимость одной лампы типа КЛЛ с комплектом встроенного ЭПРА мощностью 20 Вт (почти эквивалентной по световому потоку ЛН мощностью 100 Вт) составляет от 5 до 30 долларов. Цены ЭПРА фирм «Motorola» и «Helvar» для ЛЛ мощностью 29÷36 Вт составляет около 30 долларов, а цена ЭМПРА для тех же ламп – не более 5 долларов.

В России, в настоящее время ЭПРА изготавливаются рядом предприятий: «СИТЭЛ» (Москва), «Элкомс» (Москва), «ЭЛиПС» (Москва), «ЭЛИЗ» (Фрязино), Ульяновским радиоламповым заводом и другими. Номинальные параметры и конструкции ЭПРА, выпускаемые отечественными и зарубежными фирмами, примерно одинаковы. Как правило, комплекты ЭПРА изготавливаются в «монолитном» исполнении (т.е. не подлежат вскрытию, разборке и сервисному обслуживанию), а их принципиальные схемы фирмами не раскрываются, часто защищены патентами на изобретения и полезные модели, и имеют определенные «ноу-хау».

Таким образом, анализ особенностей ВЧ электропитания ГРЛ ВД, позволяет выделить следующие основные достоинства ЭПРА: 1) экономия материалов наиболее существенна для ВЧ аппаратов с активной коррекцией формы потребляемого тока; 2) ЭПРА позволяет повысить стабильность работы ламп и снизить пульсации светового потока; 3) увеличивается срок службы ламп; 4) имеет место экономия электроэнергии, хотя и меньшая, чем при работе с ЛЛ, световая отдача которых существенно увеличивается при ВЧ питании; 5) снижение потребляемой мощности обусловлено в основном уменьшением потерь в ПРА и увеличением коэффициента мощности лампы (ЭПРА, работающие на частоте 20 ÷ 30 кГц, обладают, в среднем, на 50 ÷ 55% меньшими потерями по сравнению с ЭМПРА); 6) возможность регулирования светового потока. Недостаток ЭПРА – более высокая, по сравнению с традиционными балластами, стоимость, которая постепенно будет уменьшаться по мере уменьшения цен на комплектующие и их повышение на медь, электротехническую сталь и энергоносители.