Лекция №8
Компактные люминесцентные лампы (энергосберегающие)
План лекции
1. Работа ламп на повышенной частоте
2. Блок-схема ЭПРА
3. Преимущества и недостатки ВЧ питания
4. Перегрев нейтрального провода
5. Поверхностный эффект в проводниках
Работа ламп на повышенной частоте
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
- за счет исключения миганий при включении и точного прогрева электродов повышается срок службы ламп (до полутора раз)
- исключаются звуковые помехи, создаваемые дросселями
- сокращаются размеры и масса индуктивных и емкостных балластов на 30…40%
- потери энергии уменьшаются на 20%.
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 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 ЭПРА. ЭПРА 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.
Любой периодический сигнал может быть разложен на синусоидальный сигнал основной частоты и большое количество синусоидальных сигналов с частотами, кратными основной частоте. Для сигналов симметричной формы, т.е. у которых положительный и отрицательный полупериоды имеют одинаковую форму и амплитуду, все гармоники с четными номерами равны нулю. В современных сетях четные гармоники встречаются редко, но они были распространенным явлением, когда широко применялись однополупериодные выпрямители.
Эквивалентную цепь нелинейной нагрузки можно смоделировать как линейную нагрузку, параллельно которой включено множество источников тока, по одному источнику на каждую гармоническую частоту. Гармонические токи генерируются нагрузкой, точнее – они возникают в результате преобразования нагрузкой части энергии основной частоты в гармонические токи, которые протекают по цепи через внутреннее сопротивление источника и по всем остальным параллельным цепям. В результате гармонические напряжения появляются на внутреннем сопротивлении источника и присутствуют во всей сети электропитания объекта.
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 гармониками 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.
