На рис.11, ж показана принципиальная схема включения четырехэлектродной лампы ДРЛ с индуктивным балластом. Горелка лампы имеет два основных электрода и два зажигающих, расположенных на малом расстоянии от основных. Зажигающие электроды через резисторы, размещенные вне горелки в объеме внешней колбы, присоединяются к противолежащим основным электродам. Выводы основных электродов присоединяются к цоколю лампы. Сетевое напряжение подводится к этим выводам обязательно через стабилизирующий балласт. Величины Uс обычно недостаточно для того, чтобы вызвать пробой разрядного промежутка непосредственно между основными электродами, т.к. расстояние между ними составляет несколько сантиметров (в зависимости от размеров горелки, определяемых ее мощностью). При этом вспомогательные промежутки между основным и зажигающим электродами оказываются под воздействием полного сетевого напряжения. Расстояния между этими электродами выбирают такими, чтобы при заданном давлении инертного газа величина напряжения зажигания разряда Uз во вспомогательном промежутке была ниже величины Uс. Поэтому первоначально возникает разряд между вспомогательными и основными электродами. Характер и ток этого разряда определяется величиной ограничивающих или предохранительных сопротивлений. Обычно это тлеющий разряд с небольшой силой тока. Возникновение вспомогательного разряда в дальнейшем приводит к пробою промежутка между силовыми электродами и возникновению основного разряда, стабилизированного балластом.

Перспективным является применение импульсного трансформатора, выполняющего роль индуктивного балласта и, одновременно, используемого для создания импульса зажигания (рис.11, з). Например, в устройстве для зажигания ГРЛ ВД (пат. 2192714 Россия, НО5В41/231, опубл. 10.11.2002) содержащем импульсный трансформатор, тиристор, конденсаторы, времязадающие RC-цепи и счетчик. Такие ПРА выпускаются ООО "Мир" (Промышленные АСУ и контроллеры, 2002, №9, С.30), для ГРЛ ВД мощность 150-400 Вт.

Основными причинами выхода из строя ламп типа ДРЛ являются: естественное ухудшение свойств кварцевого стекла горелок, за счет кристаллизации при высоких температурах; разуплотнение горелок и уход ртути и аргона в колбу; разгерметизация вводов к электродам внутри колбы; запыление колбы горелки при испарении электродов.

Слишком сильное случайное понижение сетевого напряжения Uc, даже на время несколько миллисекунд, может привести к погасанию лампы ДРЛ. Величина напряжения сети, при которой происходит погасание – Uпог, зависит от типа балласта, стабилизирующего работу лампы, и от схемы ее включения. Причем Uпог лампы в схеме с индуктивным балластом примерно на 10% ниже, чем Uпог той же лампы в схеме с активным балластом. Наименьшее значение Uпог наблюдается при работе лампы в схеме с емкостным балластом, т.к. такая схема при прочих равных условиях обеспечивает наименьшее изменение тока лампы при уменьшении напряжения сети.

Особенностью электрического режима горения лампы ДРЛ является то, что изменение напряжения сети вызывает, главным образом, изменение тока лампы, а напряжение на лампе при изменении тока в ограниченных пределах изменяется несущественно. В схеме с индуктивным балластом примерно пропорциональное изменение тока на лампе Iл с изменением Uс наблюдается только в тех случаях, когда Uл/Uc < 0,4, однако, на практике такие случаи встречаются редко. Типичный пример изменения электрических и световых характеристик лампы для наиболее часто используемого соотношения Uл/Uc » 0,6 (для лампы ДРЛ мощностью ) показан на рис.12. Из кривых видно, что изменение Uc на ±10% вызывает соответствующее изменение тока лампы на ±20% и изменение светового потока на ±25%, при этом световая отдача лампы (т.е. визуально наблюдаемая "яркость свечения" лампы) изменяется незначительно. Наименьшее изменение электрического режима лампы и, соответственно, светового потока, наблюдается при включении лампы последовательно с правильно рассчитанным индуктивно-емкостным балластом (на рис.11, б при , т.е. в резонансе напряжений). При изменении Uc в пределах, наиболее часто встречающихся в практике эксплуатации ламп (±10%), изменение Iл и Fл не превышает 12-15% [18].

Рис.12. Изменение электрических и световых характеристик лампы ДРЛ 400 в схеме с индуктивным балластом при изменении напряжения сети: I –ток лампы, U – напряжение на лампе; Р – мощность лампы; Н – световая отдача лампы; Uс – напряжение сети

При снижении Uc скачком до величины, близкой к Uпог, погасание лампы происходит не сразу, а спустя некоторый промежуток времени, причем Iл вначале изменяется скачком до значения, соответствующего сниженной величине Uc, а затем медленно уменьшается до нуля. Погасание происходит тем быстрее, чем выше Uл, поэтому при кратковременных снижениях Uc лампы с высоким напряжением горения (более мощные) гаснут быстрее, при одной и той же продолжительности действия сниженного Uc. Наибольшей устойчивостью обладают лампы в схемах с регулируемым выходом и с трансформатором рассеяния. В последнем случае при изменении Uc на 5% стабильность горения лампы вообще не претерпевает никаких изменений. Аналогичное явление наблюдается и при медленном снижении Uc. В конечном счете, главными факторами, оказываются глубина снижения Uc и длительность работы лампы в этом режиме.

Основной причиной спада светового потока и снижение срока службы ламп ДРЛ является распыление и испарение материала электродов. Максимальное разрушение катода происходит в период зажигания лампы до тех пор, пока на конце электрода не возникнет строго фиксированное катодное пятно. Нефиксированное пятно и большая величина тока из пятна является в этот период ответственным за распыление электрода. Чем больше ток лампы в период разгорания, тем сильнее выражен этот эффект, поэтому скорость спада светового потока со временем горения, зависит от типа балласта, с которым работает лампа. В схемах с емкостным балластом, в которых величина пускового тока мало отличается от величины тока лампы в стационарном режиме, спад светового потока меньше, чем у ламп, работающих последовательно с индуктивным балластом. В последних, пусковой ток может в 1,5-1,7 раза превосходить величину номинального тока. Спад светового потока вызывается процессами, протекающими за время разгорания лампы и тем больше, чем большее число включений происходит на одну и ту же продолжительность горения в стационарном режиме. Таким образом, эксплуатация ламп ДРЛ в схемах с малым пусковым током уменьшает спад светового потока и увеличивает срок службы ламп.

Номинальная величина светового потока устанавливается не сразу после зажигания разряда в горелке. Всегда требуется некоторое время для того, чтобы ртуть в горелке полностью испарилась и только после этого наступает стационарный режим горения. Изменение характеристик ламп в процессе разгорания и особенности этого процесса зависят от типа балласта, стабилизирующего работу горелки. В лампах ДРЛ, работающих с реактивным балластом, в начальный период разгорание разряда напряжение горения на лампе невелико и, пренебрегая этой величиной, можно считать, что ток через лампу Iл близок по величине к току короткого замыкания Iзк через балласт при закороченной лампе (рис.13).

Определим отношение , [по уравнениям (33) и (36)], которое характеризует время разогрева лампы, для случая работы лампы последовательно с индуктивным балластом. Используя известную [18] для этого случая зависимость:

,                 (39)

и очевидное соотношение: ;                     (40)

получим:.                       (41)

Рис.13. Изменение электрических и световых характеристик лампы ДРЛ-400 в процессе разгорания: Uл – напряжение на лампе; iл – ток лампы; Fл – световой поток

В схемах с индуктивным балластом величина Uл /Uc обычно выбирается порядка 0,7 (предельное значение 0,76) и в этом случае отношение  лежит в пределах 1,5-1,7. В схеме с индуктивно-емкостным балластом при оптимальном соотношении между индуктивностью и емкостью выполняется соотношение . Из этого следует, что при прочих равных условиях время разгорания лампы в схеме с индуктивным балластом меньше, чем время разгорания в схеме с емкостным балластом. Однако, необходимо помнить, что слишком большой ток сокращает срок службы катодов.

При работе разрядных ламп можно выделить следующие основные режимы: 1) режим зажигания (пусковой режим); 2) переходной режим (разгорание); 3) установившийся режим при нормально и аномально работающей лампе. В пусковом режиме электропроводимость лампы мала и поэтому цепь включения может рассматриваться как работающая без лампы. Для ряда ламп (типов ДРИ, ДНАТ и др.) при зажигании используется маломощный высоковольтный импульсный генератор, который работает только в режиме пуска.

Режим разгорания связан с постепенным изменением электрических параметров лампы. Например, для всех ламп высокого давления, наполненных парами металлов, в период их разгорания при увеличении температуры колбы постепенно возрастает установившееся на ней напряжение, что приводит к существенному изменению режима работы схемы включения. При пониженных напряжениях сети режим разгорания может быть длительным.

Установившийся режим является режимом длительной работы лампы, когда ее электрические параметры (ток и мощность) должны соответствовать паспортным значениям. Форма тока лампы не должна существенно отличаться от синусоидальной (для большинства ламп это учитывается ограничением коэффициента амплитуды тока лампы и использованием режима работы без пауз тока).

К концу срока службы при дезактивации одного из электродов лампы, а иногда и в новой лампе при некоторых дефектах, наблюдаются аномальные режимы. Например, возрастает напряжение перезажигания в тот полупериод, когда дезактивированный электрод является катодом. В ртутных лампах высокого давления может уменьшаться установившееся напряжение.

Изменение силы тока разряда возможно при изменении напряжения питания, сопротивления балласта и фазы зажигания разряда, и приводит к изменению светового потока (яркости) лампы. При наличии постоянной составляющей в токе лампы происходит изменение сопротивления дросселя, за счет подмагничивания его сердечника постоянным током.

В контуре с ГРЛ возможно нарушение симметрии питающего лампу напряжения за счет появления постоянной составляющей тока и напряжения. Постоянная составляющая может быть вызвана различными значениями напряжения повторного зажигания в разные полупериоды или появлением однополупериодного разряда, возникающего в период зажигания источника света, либо в его рабочем режиме [23, 24], а также задаваться искусственно, например с помощью умножителей напряжения. Существенное значение имеет асимметрия в схемах с емкостно-индуктивным балластом. Наличие емкости исключает или уменьшает появление в цепи постоянной составляющей тока. Следовательно, при синусоидальном питании схемы может возникнуть такая асимметрия кривых тока и напряжения, при которой постоянная составляющая будет только у напряжения на источнике света и конденсаторе. Если последовательно с источником света включен индуктивно-емкостный балласт, то конденсатор обеспечивает защиту цепи от протекания по дросселю постоянной составляющей тока, которая при отсутствии конденсатора может вызвать повышенный нагрев и выход дросселя из строя. Особое внимание при этом обращают на схемы, где параллельно источнику света включен индуктивный элемент, например трансформатор, а последовательно с лампой соединен индуктивно-емкостный балласт. В этом случае через параллельный элемент схемы может замыкаться постоянная составляющая тока, появляющаяся из-за асимметрии кривых напряжения или тока. При малых активных сопротивлениях параллельного элемента постоянная составляющая тока может превысить пусковой ток, на который этот элемент рассчитан, что приведет к его нагреву и возможному аварийному выходы из строя. Учитывая это, при построении практических схем включения лампы принимают соответствующие меры по обеспечению защиты от протекания постоянной составляющей тока в элементах контура.

Имеется самая тесная связь между характеристиками контура и получаемыми при данной схеме включения параметрами источника света. Поэтому нельзя рассматривать отдельно газоразрядный источник света и его схемы включения, составляющее одно целое. При разработке схемы включения следует иметь в виду, прежде всего, выполнение требования о поддержании на необходимом уровне в условиях эксплуатации электрических и световых характеристик лампы, в первую очередь при изменении напряжения сети и сопротивления балласта. Это позволяет прогнозировать срок службы ламп и определять экономичность их эксплуатации. Необходимо отметить, что световой поток источника света непосредственно связан с его активной мощностью, так как кривая мгновенных значений светового потока следует за кривой мгновенный значений мощности лампы. Очевидно, что особое внимание должно быть обращено на поддержания в эксплуатационных условиях стабильности мощности источника света.

Требование получения заданного светового потока в рабочем режиме практически равносильно требованию обеспечения заданной мощности лампы при номинальном напряжении сети. Следует особо остановиться на определении понятия "мощность лампы". Дело в том, что в рабочем режиме по электродам горелки, как правило, постоянно протекает ток чрез поджигающие электроды, вызывающий дополнительные потери мощности. Если эту дополнительную мощность отнести к потерям в ПРА, то световой поток лампы, как бы увеличивается. Поэтому один и тот же световой поток от лампы может быть получен при разных мощностях лампы.

С изменением напряжения сети изменяются электрические и световые характеристики ламп ДРЛ. Это связано с тем, что изменяются электрический режим горения ламп, а вместе с ним и температурные условия их работы. Вид этих характеристик зависит от степени изменения напряжения и типа балласта. Следуют различать медленные изменения напряжения в сети, когда устанавливается новый стабильный тепловой режим в лампе, и быстрые колебания напряжения, при которых вследствие тепловой инерции газовой среды и горелки изменения плотности и давления паров ртути не может следовать за изменением напряжения сети. При медленном изменении напряжения питания имеет место почти прямолинейная зависимость мощности, тока и светового потока ламп от напряжения. При этом наибольшее изменение претерпевает световой поток и мощность ламп. На каждый процент изменения напряжения световой поток и мощность изменяются примерно на 2%. Напряжение на лампе в пределах допустимых колебаний Uc, остается почти неизменным. Для условия эксплуатации характерны не медленные изменения напряжения, а резкие мгновенные понижения, связанные с пуском крупных электродвигателей, включением электросварочных аппаратов, а также с другими изменениями нагрузки в сети. При резком понижении напряжения на лампе (даже кратковременном) возможно ее погасание. Напряжение сети, при котором лампа ДРЛ гаснет Uпог, зависит от типа балласта и от схемы ее включения, а также от конструктивных размеров горелки, т.е. от мощности лампы и напряжения на ней. Известно [18], что более мощные лампы гаснут при более низком Uc. Если при заданных U и Uл увеличивать сопротивление балласта Z, то это будет равносильно уменьшению мощности лампы и увеличению Uпог. Аналогичный результат может быть получен путем увеличения нелинейности дросселя.

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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9