Работа РЛ на переменном токе повышенной частоты (до 40 кГц) имеет ряд преимуществ. С ростом частоты тока уменьшается продолжительность перезажигания в каждый полупериод при балластном сопротивлении любого вида.
Начиная с частоты 800-1000 Гц, форма тока в РЛ приближается к синусоидальной и не зависит от вида балластного сопротивления, что свидетельствует о динамическом равновесии процессов ионизации и деионизации в разрядном промежутке. Это означает, что величина проводимости межэлектродного промежутка остается практически постоянной на протяжении всего полупериода, как при нарастании, так и при убывании мгновенных значений тока. Процесс ВЧ питания хорошо изучен применительно к РЛНД.
Преимущества ВЧ питания:
- повышает световую отдачу ЛЛ на 10…15%,
- спад потока в процессе эксплуатации уменьшается почти вдвое
- глубина пульсаций светового потока с частотой 100 Гц уменьшается примерно до 5%
- исключается мигание ламп при включении
- исключается необходимость компенсации cos φ
- за счет исключения миганий при включении и точного прогрева электродов повышается срок службы ламп (до полутора раз)
- исключаются звуковые помехи, создаваемые дросселями
- появилась возможность регулирования светового потока ламп
- сокращаются размеры и масса индуктивных и емкостных балластов на 30…40%
- потери энергии уменьшаются в 3…4 раза.
Для зажигания люминесцентных ламп необходим импульс напряжения порядка нескольких сотен вольт, а для стабилизации процесса горения требуется ограничение рабочего тока лампы до нескольких сотен миллиампер. Обе функции в обычных ПРА выполняет индуктивное сопротивление (дроссель) в комплекте со стартером. Такой комплект для запуска и стабилизации работы ламп называется пускорегулирующим аппаратом – ПРА. Такие электромагнитные ПРА с рабочим током частотой 50 Гц имеют большие габариты и значительную массу, кроме того, велики и собственные потери в дросселях. Мощность потерь в электромагнитном ПРА для КЛЛ может достигать до 40 % от мощности лампы, что резко снижает энергоэкономичность светильника.
В КЛЛ вместо обычного ПРА в конструкцию КЛЛ (в корпус прицокольной части) встроен малогабаритный и легкий электронный ПРА с ЕСО-контролем. Он зажигает лампу быстро и "без миганий"; потери в электронных ПРА более чем в 2 раза ниже, чем у обычных дросселей в электромагнитных ПРА. Электронный ПРА включает несколько функциональных блоков, показанных на рис. 2.
LL EL
C
 |  | |  | | |||||||
 |
Сетевое напряжение 220 В частотой 50 Гц преобразуется выпрямителем со сглаживающим конденсатором в постоянное напряжение - 325 В. Высокочастотный генератор на двух транзисторах преобразует это постоянное напряжение в переменное (с прямоугольной формой кривой) частотой выше 40 кГц. Ограничение тока и стабилизация мощности лампы в электронном ПРА также осуществляются дросселем. Однако, благодаря тому, что схема работает на высокой частоте, индуктивность дросселя и его габариты очень малы по сравнению с обычным ПРА.
Для достижения процесса зажигания лампы, как упоминалось выше, к ней должно быть приложено достаточно высокое напряжение, а для обеспечения приемлемого полезного срока службы электроды лампы перед зажиганием разряда должны быть прогреты до температуры электронной эмиссии. В высокочастотном режиме работы схемы ПРА указанные условия зажигания обеспечивает резонансная цепь, последовательно включенная с электродами. Помехозащитный низкочастотный фильтр на входе схемы препятствует обратному воздействию генератора высокой частоты на сеть (проникновению в сетевые провода высших гармоник тока). Благодаря встроенному электронному ПРА лампы могут включаться во все сети со стандартными значениями частот (50/60 Гц) и колебания частоты на работе лампы не сказываются; возможно также питание ламп постоянным напряжением.
По сравнению с обычными ПРА электронный аппарат дает примерно 20 %-ю экономию электроэнергии, которая является результатом двух эффектов:
1. почти 50 %-м снижением потерь мощности в электронном ПРА;
2. повышением световой отдачи ламп при питании их током высокой частоты.
а)
б) в)
Осциллограммы тока и напряжения: а) КЛЛ б) ЛН в) ЛЛ
На основании приведенных осциллограмм можно сделать следующие выводы:
1 КЛЛ генерирует в сеть реактивную мощность и использует ее для своей работы (потребляемый ток отстает от приложенного напряжения)
2 КЛЛ является нелинейным (в отличие от ламп накаливания) потребителем электроэнергии, генерирующим в сеть высшие гармоники тока.
Частоты гармоник определяются умножением основной частоты на целочисленные множители, т.е., если основная частота равна 50 Гц, то частота гармоники третьего порядка будет равна 150 Гц, частота гармоники пятого порядка – 250 Гц и т.д. На рис. 3 показан график синусоиды основной частоты с га рмониками 3-го и 5-го порядков.
На рисунке показана результирующая форма сигнала тока в случае сложения основной частоты с гармоникой 3-го порядка, амплитуда которой составляет 70% от амплитуды основной частоты, и гармоникой 5-го порядка, амплитуда которой составляет 50% от амплитуды основной частоты.
Спектр гармоник КЛЛ
В трехфазной системе сигналы напряжения в каждой фазе относительно нейтральной точки звезды смещены на 120°. Поэтому, в случае идентичности нагрузок каждой фазы, суммарный ток в нейтральном проводе равен 0. В случае несимметричности нагрузок в нейтральном проводе течет только результирующий ток, вызванный разностью нагрузок. В прошлом электромонтажные компании, учитывая слабую силу токов в нейтральном проводе, с одобрения соответствующих стандартов использовали для нейтрального провода жилу с сечением в ½ от сечения фазового провода. Однако, если токи основной частоты в нейтральном проводе взаимнокомпенсируются, то с гармоническими токами такого не происходит. Действительно, амплитуды гармоник, частота которых равна утроенной основной частоте, умноженной на нечетный множитель (гармоники порядка 3N), складываются в нейтральном проводе. На рис. проиллюстрирован этот эффект. Как видно на графиках, фазовые токи, показанные в верхней части рисунка, сдвинуты относительно друг друга на 120°. Третьи гармоники всех фазовых токов синфазны. Частота третьей гармоники в три раза больше основной частоты и сдвинута относительно нее на 1/3 периода.
Эффективный ток третьих гармоник в нейтральном проводнике показан на графике рис. 7. В рассматриваемом случае токи третьей гармоники каждой фазы с амплитудой 70% от амплитуды основной частоты в нейтральном проводе дают амплитуду суммарного тока, равную 210%.
Фазовые токи и сложение токов третьей гармоники в нейтральном проводе.
Для более высоких мощностей существуют типы устройств с коррекцией коэффициента мощности, в которых снижено образование паразитных гармоник, но стоят они намного дороже. Устройства малой мощности, как правило, не имеют схемы коррекции.