Применение ЭПРА, ДНаТ, электронный пускорегулирующий аппарат
ЭПРА расшифровывается, как электронные пускорегулирующие аппараты. Такие аппараты применяются для светильников, имеющих лампы ДНаТ (З) тепличного применения и объективного, уличного освещения.
Пускорегулирующие аппараты относятся к разряду энергосберегающих
, поэтому с их использованием можно значительно сэкономить на электроэнергии (примерно тридцать процентов).
Сочетание неординарного конструкторского решения вместе с уникальными техническими характеристиками аппаратов дают возможность выполнять замену обычных электромагнитных ПРА, которые вышли из строя.
По сравнению с дроссельным вариантом значительная экономия электроэнергии достигается благодаря качеству формы потребляемого тока. У электронного аппарата он больше, чем 0,98.
При использовании ЭПРА имеется и дополнительная возможность сэкономить. Это достигается благодаря меньшим потерям в самом электронном аппарате. Другими словами лампа работает на более высокой частоте.
Данное устройство имеет трехслойное защитное покрытие, а также может надежно работать при разнообразных климатических условиях (температура от -45 и до +50 градусов). Кроме того, ЭПРА имеет стабилизацию мощности при перепадах напряжения в сети в достаточно широких пределах (176-242 В).
В наличии электронного пускорегулирующего аппарата есть и защита от аномальных режимов (пониженное напряжение в сети, обрыв в цепи лампы), КПД аппарата находится на уровне 0,95, а также достаточно высокий коэффициент мощности (0,98). Все это дает возможность данному аппарату производителя Tridonic обеспечивать долгосрочную и надежную работу лампы, следовательно, и самого светильника.
Электронный пускорегулирующий аппарат имеет целый ряд значимых преимуществ
по сравнению с электромагнитными балластами. К достоинствам ЭПРА можно отнести наличие встроенного корректора мощности, увеличение срока службы ламп, увеличение и световой отдачи ламп, экономия электроэнергии, гарантированный поджиг лампы. К видимым достоинствам данного устройства можно также отнести:
- достаточно стабильная работа даже при перепадах питательного напряжения;
- отсутствие акустического шума, отсутствие стробоскопического эффекта;
- снижение нагрузки на питающую сеть;
Кроме того, при колебаниях питающего напряжения не меняется светового потока, простота подключения и монтажа, а также защита при отсутствии лампы или потери эмиссии электродов. При включении аппаратов наблюдаются в силовой питающей сети минимальные броски коммутационных токов. Использование данного аппарата даст возможность значительно сэкономить на электроэнергии, что немаловажно на сегодняшний день.
Аппарат пускорегулирующий электронный ЭПРА ELXc 120.838 188238.02
Электронный пускорегулирующий аппарат ELXc 120.838 188238.02 немецкой фирмы Vossloh-Schwabe используется для люминесцентных ламп компактных размеров.
Особенности:
- теплый старт;
- со встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом.
Технические характеристики | ||||||||||||||||||||||||||
|
Пускорегулирующая аппаратура. Виды и устройство. Работа
Аппараты для регулировки пуска начали появляться давно. За последнее время пускорегулирующая аппаратура была сильно изменена и усовершенствована. Не все понимают, насколько выгодна установка таких аппаратов.
Пускорегулирующая аппаратура на основе электронных элементов (ЭПРА) монтируется в приборы освещения. Светильники с таким аппаратом значительно экономят электричество, а также нет необходимости приобретать новые лампы, так как срок службы ламп значительно повышается.
Лампы с ЭПРА светят приятным качественным светом, который благотворно влияет на человека, по крайней мере, не вредит ему. Частота мерцания света таких ламп составляет около 400 Гц. При этом глаза человека меньше устают, нет головной боли.
Свойства и виды
Чаще всего, пускорегулирующая аппаратура делится на два вида:
- Единый блок аппаратуры.
- Отдельные части аппаратуры.
ЭПРА также можно разделить по видам, учитывая тип лампы:
При рассмотрении свойств функционирования таких аппаратов, их можно разделить на:
- Электронные.
- Электромагнитные.
Пускорегулирующая аппаратура по соответствию классов, то ЭПРА делятся на классы:
- Регулируемые — А 1.
- Нерегулируемые — А 2.
- С большими потерями (нерегулируемые) — А 3.
При приобретении светильника с регулирующим пусковым аппаратом необходимо следовать новейшим разработкам и рекомендациям специалистов, так как устройства постоянно обновляются, в них внедряются последние современные новшества, о которых вы можете не знать.
ДостоинстваИнновационные модели таких аппаратов дают возможность включиться лампе сразу после разогревания ее электродов. Также, при работе лампы пускорегулирующий аппарат поддерживает оптимальное значение напряжения. Следовательно, расход электроэнергии меньше при применении такого устройства.
Электронные аппараты пуска и регулировки вполне заменяют подобными аналогами. Однако, это тяжелые и шумные дроссели. Они уже практически не используются в таких устройствах. О них будет рассказано ниже.
Пускорегулирующая аппаратура имеет свои
особенности и преимущества- Снижение мерцания лампы.
- Нет сильной вспышки лампы по время неисправности стартера, поэтому срок службы лампы повышается.
- Обеспечивается освещение со стабильным потоком света.
- Пусковые электронные аппараты оснащаются регулировкой по мощности, помогающие настроить яркость света в различных помещениях.
- Экономия энергии в сравнении с обычными источниками света.
- Безопасность с экологической точки зрения, нет необходимости в специальной особой утилизации, так как не имеют в составе ртути, других вредных и ядовитых веществ.
- Повышенная надежность, устойчивость к вибрации, прочность из-за того, что конструкция не имеет горелки, нити накала, стеклянной колбы.
- Не реагирует на скачки напряжения.
- Во момент запуска не создает перегрузку электрической сети.
- Сниженный ток потребления, для обычных наружных светильников ток составляет 0,5 ампера, в сравнении с источником света на газоразрядной лампе – 2,2 ампера, а ток запуска – 4,5 ампера.
- Экономия денежных ресурсов.
- Возможность функционирования светильников при низких температурах.
Работу можно разделить на следующие этапы:
- Разогрев электродов. Они запускаются очень быстро, в течение нескольких долей секунды, создается плавная подача освещения. Этот фактор дает возможность увеличить срок работы лампы до замены. Также, светильники, оснащенные такой аппаратурой, можно включать при пониженных температурах. Это не снижает их срок службы.
- Вторым этапом является розжиг. При этом создается импульс высокой разности потенциалов. Это дает возможность наполнения колбы газом.
- Горение – это заключительный этап, поддерживающий постоянное повышенное напряжение, которое нужно для функционирования лампы.
Чаще всего схема состоит из 2-тактного преобразователя напряжения. Конструкция бывает мостовой и полумостовой. Мостовые варианты очень редко применяются.
Сначала диодный мост выпрямляет напряжение, далее оно сглаживается емкостью до постоянного напряжения. Полумостовой инвертор делает напряжение высокочастотным. В схеме применяется трансформатор с сердечником в виде тора с тремя катушками. Основная обмотка подает изменяющееся напряжение резонанса на лампу. Остальные работают в качестве дополнительных обмоток, которые в противофазе открывают ключи на транзисторах.
В результате, перед запуском лампы, наибольший ток разогревает обе нити лампы, а напряжение на емкости включает лампу. Она светит и не изменяет частоту с самого начала. Время запуска лампы составляет не более одной секунды.
ЭПРА со светодиодамиМногие приборы освещения применяются с пускорегулятором. Рассмотрим, какие достоинства применения ЭПРА в модулях светодиодов.
Основным положительным моментом здесь является тот факт, что осуществляется защита устройства от сильных перепадов напряжения и электромагнитных помех. Другими словами, пускорегулирующая аппаратура защищает светодиодный модуль от капризов поведения питающей сети.
Кроме этого, происходит экономия расхода энергии в пределах 30%, поэтому это играет большую роль в применении ЭПРА. Электричество экономится за счет того, что теперь не нужно часто менять стартеры, которые очень часто выходят из строя, в отличие от ПРА.
ПроизводителиПускорегулирующая аппаратура выбирается большинством потребителей. Наиболее популярными изготовителями приборов освещения с ЭПРА стали следующие фирмы:
- Helvar – начало выпуска изделий в 1921 г. С самого начала фирма показала себя наиболее надежной в выпуске радиотехники, наладила выпуск пускорегулирующих устройств, выпуск продолжается до настоящего времени. Страна фирмы изготовителя – Финляндия.
- Tridonic – является одной из лидирующих фирм в производстве аппаратуры для освещения. Фирма в конце 70-х годов начала производство своей продукции, которая до сих пор прославляет качество австрийских товаров.
- Osram – гигантская фирма в сфере выпуска приборов освещения и комплектующих элементов к ним.
Эти именитые производители выпускают недешевую продукцию, но это оправдывается качеством. Хотя, подобные товары других фирм можно приобрести намного дешевле.
Порядок выбораПеред покупкой пускорегулятора нужно сначала правильно выбрать производителя. Наиболее популярными являются сегодня фирмы, которые мы рассмотрели выше. Но, выбрав устройство одной из этих фирм, нет гарантии того, что выбранный аппарат не станет причиной неисправности вашего источника света, так как кроме изготовителя, нужно обращать внимание и на другие моменты.
Особое внимание необходимо обращать на такие параметры и свойства:
- Тип применяемых ламп.
- Мощность ламп.
- Условия окружающей среды (указаны в инструкции к устройству).
Простые электромагнитные пускорегуляторы (ЭМПРА) включают в себя обычное индуктивное сопротивление, состоящее из металлического сердечника, на который намотан медный провод. Применение такого вида сопротивления обуславливает к значительной потере мощности и выделению теплоты. Мощность функционирующей с пускорегулятором лампы на 26 ватт для сети обходится в 32 ватта. Это значит, что потери мощности равны 6 ваттам, это 23%.
Есть несколько методов применения:
- Со стартером.
- Без стартера.
- С ограничением температуры.
Схема электромагнитного пускорегулирующего аппарата со стартером считается наиболее дешевой и простой.
При включении питания напряжение по обмотке дросселя и нити накала идет к электродам стартера. Он выполнен в виде небольшой лампы с газовым разрядом. Напряжение образует тлеющий разряд, инертный газ начинает светиться и нагревать его среду. Биметаллический датчик включает контакты и в цепи образуется замкнутый контур, с помощью которого нагревается нить люминесцентной лампы. Создается термоэлектронная эмиссия. Вместе с этим нагреваются пары ртути, расположенные в колбе.
Напряжение на электродах стартера и разряд уменьшаются, температура понижается. Биметаллическая пластина размыкает цепь между электродами и ток прекращается. В дросселе образуется ЭДС самоиндукции, создающая кратковременный разряд между нитями накала.
Величина разряда может достигать нескольких тысяч вольт, которые пробивают инертный газ с парами ртути, возникает дуга, которая и является источником света.
Стартер в дальнейшей работе не принимает участие. После запуска светильника ток нуждается в ограничении, иначе перегорят элементы схемы. Эту задачу выполняет дроссель, индуктивное сопротивление которого ограничивает увеличение тока, не дает лампе выйти из строя.
Достоинства использования ЭМПРА с источником света:
- Равномерный и быстрый запуск.
- Нет мерцания.
- Повышение срока работы лампы.
- Повышенный КПД.
- Улучшенная защита от удара током.
- Коэффициент мощности составляет выше 0,9.
- Главное достоинство – низкая цена.
Недостатки ЭМПРА:
- Большие габариты и масса.
- Значительные потери мощности, особенно для люминесцентных ламп.
- Частота потока света составляет 100 герц, это влияет через подсознание на человека. Импульсы света образуют эффект стробоскопа, когда детали и предметы, движущиеся с частотой, совпадающей с пульсацией света, представляются для человека неподвижными. Это может негативно отразиться на повышении травматизма на производстве.
- Свет не управляется, это создает ограничение в комфортных условиях.
- Дроссели издают гул, неприятный для человека звук.
Чтобы устранить эти недостатки, для люминесцентных ламп самым действенным способом оказалось подключение ламп к току высокой частоты. Для создания такого подключения последовательно с лампой включают балласт в виде электронного устройства, которое переделывает напряжение одной частоты в другую, и обеспечивает запуск ламп. Эти устройства называются электронная пускорегулирующая аппаратура (ЭПРА).
Похожие темы:
Балласты для люминесцентных ламп | ASAP Appliance Standard Awareness Project
ПРОДУКТ:
Балласты люминесцентных ламп используются для запуска и работы люминесцентных ламп, обеспечивая высокое напряжение, необходимое для запуска ламп, а затем ограничивая ток до безопасного значения. Есть два основных типа люминесцентных балластов: магнитные (низкочастотные) и электронные (высокочастотные). Большинство люминесцентных балластов в настоящее время являются электронными, которые более эффективны, чем магнитные балласты. Флуоресцентные балласты также различаются по способу запуска: мгновенный запуск (IS), быстрый запуск (RS) и запрограммированный запуск (PS).IS балласты по своей природе более эффективны, чем балласты RS и PS, потому что они полагаются на очень высокое начальное напряжение для инициирования дуги, а не на нагрев электрода. Однако искробезопасные балласты могут привести к значительному сокращению срока службы лампы, если они используются с датчиками присутствия и часто включаются и выключаются. Балласты PS, которые представляют собой усовершенствованные версии балластов RS, могут значительно увеличить срок службы лампы в датчиках присутствия.
СТАНДАРТ:
Стандарты эффективности для люминесцентных балластов T12 были установлены Конгрессом в 1990 году и изменены Министерством энергетики в 2000 году.Люминесцентные лампы T12 имеют диаметр 1 1/2 дюйма; Лампы T8 имеют диаметр 1 дюйм; и лампы T5 имеют диаметр 5/8 дюйма. Правило 2000 г. фактически требует наличия электронных балластов для новых люминесцентных светильников T12, изготовленных после 1 июля 2005 г., и фактически требует наличия электронных балластов как для новых светильников T12, так и для заменяемых балластов T12 после 1 июля 2010 г. 11 апреля Министерство энергетики опубликовало обновленные стандарты для балластов люминесцентных ламп , 2011, который вступил в силу в ноябре 2014 года.
Правило значительно расширяет сферу действия, включая балласты, которые работают с лампами T8 и T5, балласты для наружных вывесок и балласты для жилых помещений, среди других категорий.DOE разработал новый показатель эффективности, балластную световую отдачу (BLE), которая представляет собой общую мощность дуги люминесцентной лампы, деленную на входную мощность балласта. BLE позволяет сравнивать эффективность балластов независимо от типа балласта или количества ламп, с которыми работает балласт.
Программа NEMA Premium способствует использованию высокоэффективных балластов.
КЛЮЧЕВЫЕ ФАКТЫ:
В коммерческих и промышленных зданиях самая распространенная арматура на рынке имеет длину четыре фута.Технологические возможности повышения эффективности балластов люминесцентных ламп включают улучшенные компоненты (трансформаторы, диоды, конденсаторы и транзисторы) и улучшенную схему.
Электронный балласт
Люди выросли с видом и звуками люминесцентных ламп, оживающих после нескольких попыток. По мере того, как новая волна энергосберегающих приборов охватила мир, технологии заставили люминесцентные лампы уменьшиться по толщине, а также уменьшили количество попыток, предпринимаемых лампами, чтобы светить максимально ярко.Сегодня во многих домах используются лампы Energy Saver CFL и люминесцентные лампы, которые начинают светиться сразу после включения.
Рис. 1: Примерное изображение лампы с электронным балластом
]]>Это мгновенное производство света достигается за счет использования электронных балластов .
Электронный балласт - это устройство, регулирующее пусковое напряжение и рабочие токи осветительных приборов, построенных по принципу электрического газового разряда.Это относится к той части схемы, которая ограничивает прохождение тока через осветительное устройство, и может варьироваться от одиночного резистора до более крупного и сложного устройства. В некоторых системах люминесцентного освещения, таких как диммеры, он также отвечает за контролируемый поток электрической энергии для нагрева электродов лампы.
Основы балласта:
Для работы осветительного устройства на основе электрического газового разряда необходима ионизация газа в трубке.Это явление происходит при относительно высокой разности потенциалов и / или температуре, чем при нормальных условиях эксплуатации лампы. После того, как дуга настроена, условия могут быть приведены к нормальным. Для этого обычно используются три типа методов: предварительный нагрев , мгновенный запуск и быстрый запуск . При предварительном нагреве электроды лампы нагреваются до высокой температуры, прежде чем на них будет подано напряжение через стартер. ПРА с мгновенным запуском были разработаны для запуска ламп без задержки или мигания и использования начального высокого напряжения вместо повышенных температур.Балласты с быстрым запуском делают компромисс между предварительным нагревом и мгновенным запуском и используют отдельный набор обмоток для первоначального нагрева электродов в течение меньшей продолжительности, а затем с использованием относительно более низкого напряжения для запуска лампы. Другой тип балластов с программируемым пуском - это вариант быстрого пуска. В балластах можно использовать любой из этих принципов запуска. Первоначально, когда газ неионизирован, он предлагает путь с высоким сопротивлением для тока. Но после того, как происходит ионизация и возникает дуга, сопротивление падает до очень низкого значения, почти действуя как короткое замыкание.Если позволить всему этому току пройти через лампу, она либо перегорит, либо вызовет отказ источника питания. Таким образом, балласт должен выполнять ограничение тока.
Типы балласта:
Существует три основных типа балластов : магнитный, электронный и гибридный. В магнитных и гибридных балластах в качестве основных компонентов используется медная катушка, намотанная на магнитный сердечник, в то время как в электронных балластах используются твердотельные электронные схемы для обеспечения надлежащих рабочих электрических условий для подключенных ламп.Краткое сравнение представлено в таблице ниже:
Рис. 2: Таблица, представляющая различные типы электронных балластов
История
История электронных балластов:
Хотя концепция электронных балластов возникла в 1950-х годах в General Electric, именно Сэм Берман и Руди Вердербер из Berkeley Labs проложили путь к созданию первых коммерчески жизнеспособных электронных балластов. Программа электронных балластов, финансируемая Министерством энергетики США, началась в лаборатории Беркли в 1977 году, где двум небольшим фирмам Iota Engineering и Luminoptics (ныне Lumenergi) была предоставлена технологическая поддержка для разработки первых электронных балластов.Вскоре к нам присоединились и другие компании, и сегодня существует более 300 компаний, таких как Philips, которые производят и продают электронные балласты. Программы и стандарты скидок способствовали росту количества электронных балластов. Некоторые из них - это программа ENERGY STAR ® , добровольный строительный кодекс IES 90.1-1999 Американского общества инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха и т. Д.
Рис. 3: Изображение, представляющее архитектуру и технологический процесс контроллера балласта
рабочая
Работа электронных балластов:
В примитивном электронном балласте использовался общий принцип выпрямления входной мощности и сглаживания формы волны путем пропускания ее через простой фильтр, такой как электролитический конденсатор.Выпрямитель преобразует переменный ток в сигнал постоянного тока. Улучшенные электронные балласты теперь обычно основаны на топологии SMPS, как показано на рисунке выше. Первый шаг - выпрямить входную мощность, а затем сигнал прерывается для увеличения частоты. Этот тип балластов работает в диапазоне от 20 до 60 кГц. Другие балласты, такие как магнитные балласты, обычно работают на частоте сети около 50-60 Гц. Они страдают от таких проблем, как мерцание и жужжание, которые иногда мешают окружению. Пример схемотехники электронного балласта для демонстрационной платы CFL показан ниже:
Фиг.4: Рисунок, демонстрирующий конструкцию схемы электронного балласта
]]>Подобные идеи схемотехники могут быть реализованы с использованием указаний по применению, предоставленных производителями микросхем в таблицах данных. Обоснование увеличения частоты в электронных балластах заключается в том, что эффективность лампы быстро увеличивается при изменении частоты от 1 кГц до 20 кГц, а затем постепенно увеличивается до 60 кГц. По мере увеличения рабочей частоты лампы величина тока, необходимого для получения того же количества света, уменьшается по сравнению с частотой сети, что увеличивает эффективность лампы.Увеличение эффективности с увеличением частоты можно представить как:
.Рис. 5: График повышения эффективности работы лампы
]]>Повышенная производительность на более высоких частотах заключается в том, что на более высоких частотах период времени цикла переменного тока короче, чем время релаксации между последовательной ионизацией и деионизацией газа переменным током. Таким образом, плотность ионизации в лампе поддерживается почти постоянной, близкой к оптимальным условиям эксплуатации, в течение всего периода переменного тока.Следовательно, он действует как омический резистор, увеличивая коэффициент мощности. В то время как на низких частотах плотность ионизации колеблется больше около оптимального уровня, вызывая плохие средние условия разряда.
Широтно-импульсная модуляция или любой другой метод прерывания используется для наложения входящего переменного напряжения на выпрямленный и отфильтрованный выходной сигнал. Это делает взаимосвязь пиков тока приблизительно синусоидальной. Прерывание и / или широтно-импульсная модуляция также может использоваться для уменьшения яркости ламп через такие сети, как DALI, DSI или даже простой сигнал управления яркостью 0-10 В постоянного тока.
Параметры производительности
Параметры производительности:
Эффективность электронных балластов измеряется по различным параметрам. Самым важным является балластный фактор. Это отношение светоотдачи лампы, работающей от рассматриваемого балласта, к светоотдаче той же лампы, работающей с эталонным балластом. Это значение находится между 0,73 и 1,50 для электронных балластов. Значение такого широкого диапазона - это широкий диапазон уровней светоотдачи, которые могут быть получены с использованием одного балласта.Это находит отличное применение в схемах диммирования. Однако было обнаружено, что как слишком высокий, так и слишком низкий балластный коэффициент ухудшают срок службы лампы из-за уменьшения светового потока в результате высокого и низкого тока лампы соответственно. Когда электронные балласты должны сравниваться в пределах одной модели и одного производителя, часто используется коэффициент балластной эффективности, который представляет собой отношение балластного коэффициента (выраженного в процентах) к мощности и дает относительное измерение эффективности системы всей лампы. балластная комбинация.Показателем эффективности работы балласта является параметр Power Factor (PF). Коэффициент мощности - это мера эффективности, с которой электронный балласт преобразует напряжение питания и ток в полезную мощность, которая подается на лампу с идеальным значением, равным 1. Это, однако, не свидетельствует о способности балласта обеспечивать свет, низкий коэффициент мощности. балласты потребуют примерно вдвое больше тока, чем балласты с более высоким коэффициентом мощности, и, следовательно, поддерживают меньшее количество ламп в цепи.
Любое электронное устройство имеет предел своей линейности, и когда входной сигнал выходит за пределы диапазона, происходит искажение сигнала, приводящее к нелинейным и гармоническим искажениям. Когда форма сигнала сигнала отличается от нормальной синусоидальной, считается, что имели место гармонические искажения, которые измеряются как общие гармонические искажения. THD для электронных балластов - это процент гармонического тока, добавляемого балластом к току системы распределения энергии.Большинство производителей стараются поддерживать THD ниже 20%, хотя стандарты ANSI допускают максимальное искажение до 32%. Электронные балласты упрощают поддержание искажений на таком уровне, что не так просто в случае магнитных или гибридных балластов.
Проблемы с электронными балластами
Проблемы с электронными балластами:
Переменные токи могут вызывать всплески тока вблизи максимумов напряжения, создавая высокий гармонический ток в случае электронных балластов.Это проблема не только для системы освещения, но также может вызвать дополнительные проблемы, такие как паразитные магнитные поля, коррозия труб, помехи для радио и телевизионного оборудования и даже неисправность ИТ-оборудования. Высокое содержание гармоник может также вызвать перегрузку трансформаторов и нейтральных проводов в трехфазных системах. Более высокая частота мерцания может остаться незамеченной человеческим глазом, но может вызвать проблемы с инфракрасными пультами дистанционного управления, используемыми в домашних мультимедийных устройствах, таких как телевизоры. Интеллектуальная документация и конструкция балластов позволяют уменьшить помехи и минимизировать их в полосах частот, которые используются в приложениях.Однако в частотном спектре есть некоторые неизведанные уголки, которые не используются ни в каком приложении, и большинство помех от балластов в этой области, как правило, не документируются и игнорируются, что дает более четкую картину на бумаге, чем она есть на самом деле. Электронные балласты не имеют схемы, выдерживающей скачки напряжения и перегрузки. Мало того, у электронных балластов изначально высокая стоимость, которая может быть занозой в глазах импульсивных клиентов, хотя в долгосрочной перспективе они более чем компенсируют эту высокую стоимость.
Преимущества
Преимущества:
Но некоторые хорошо разрекламированные отказы ранних балластов и недостатки не должны омрачить мнение покупателей. Технология прошла долгий путь от 20-30% отказов несколько лет назад до менее 1% сейчас. Надежность балласта стареет, как вино, чем больше времени он проводит в эксплуатации, тем меньше у него шансов выйти из строя. Первые шесть месяцев подобны инкубационному периоду для электронного балласта, если он их переживет, продолжительность жизни увеличивается до 10 или 12 лет.Мощность ламп ухудшается медленнее при использовании с электронными балластами по сравнению с магнитными балластами. График сравнения характеристик электронного и магнитного балласта показан ниже:
Рис. 6: График сравнения рабочих характеристик электронного и магнитного балласта
]]>Чтобы укрепить веру потребителей в электронные балласты, были введены стандарты обеспечения качества для электронных балластов.Сертифицированные производители балластов (CBM) тестируют электронные балласты для различных ламп, таких как T8, T12 / ES, T12 Slimline, КЛЛ и т. Д. Эти устройства не только более эффективны, но и намного тише и легче. Электронные балласты имеют почти половину потерь мощности по сравнению с магнитными или гибридными балластами. Кроме того, они могут легко работать с лампами, которые не могут работать напрямую через дроссель на линии из-за требований к большому напряжению лампы. Существует три основных способа повышения энергоэффективности в системах с балластом ламп: уменьшение потерь балласта, работа на более высоких частотах и уменьшение потерь на электродах лампы.Все эти три элемента одновременно включены в электронные балласты, что делает их более энергоэффективными.
Рис. 7: Сатистическое представление увеличения продаж электронных балластов и сокращения продаж магнитных балластов
]]>Успех был настолько велик, что энергетические агентства США даже потребовали заменить магнитные балласты на электронные к 2010 году и в конечном итоге отказаться от магнитных балластов. Рынок буквально взорвался, продажи многократно увеличились за десятилетия.Там, где в середине 70-х годов это было практически неизвестно, электронные балласты заняли значительную долю рынка в различных странах - от более 80% в США до 30% в Европейском Союзе. Миллионы тратятся на НИОКР, и ожидается, что к 2015 году средняя доля рынка вырастет до 77%. Использование таких устройств влечет за собой не только рентабельность в долгосрочной перспективе с оценкой пожизненной экономии для технологий, составляющей 18 400 миллионов долларов, но и экологической. выгоды от снижения выбросов диоксида углерода, диоксида серы и диоксида азота.Это означает не только лучшее настоящее, но и приятное будущее.
]]>]]>]]> ]]>Энергосберегающие лампы и электронные балласты
- Введение
- Газоразрядные лампы и газоразрядные лампы высокой интенсивности
- Введение в балласты
- Некоторые определения и оценка эффективности
- Обычные балласты
- Высокочастотные резонансные балласты
- Новое поколение балластов
- Балласты для коррекции коэффициента мощности и диммирования
- Сравнение компактных люминесцентных ламп с использованием магнитных и электронных Балласты
- Будущие разработки электронных балластов
- Список литературы
1 Введение
С момента первого энергетического кризиса, с которым мир столкнулся в 1970-х гг. к внезапному и неожиданному удорожанию нефтяного топлива), электричество промышленность пытается удовлетворить растущие мировые потребности в энергии за счет строительство большего количества электростанций, не зависящих от нефти, или поиск других нетрадиционные источники энергии, такие как солнечная энергия.В 90-е годы однако новая концепция под названием «негаватт» - идея о том, что инвестиции в энергосбережение часто приносят более высокую прибыль, чем инвестиции в новые электростанции - набирают популярность.
Согласно этой точке зрения, спрос на электроэнергию может быть ограничен путем сопоставления подходящая и эффективная технология для каждой задачи по использованию энергии.
Примером могут служить электрические лампы. Спустя столетие после его изобретения электрическая лампа накаливания до сих пор остается одним из самых популярных в мире способов обеспечение искусственного освещения как в промышленности, так и в домашнем хозяйстве, несмотря на то, что лампа накаливания дает сравнительно наименьший светоотдача при заданном количестве потребляемой электроэнергии.Эта фигура известная как световая отдача или светоотдача, вряд ли была улучшена любой новой технологией, что касается лампы накаливания.
Другой наиболее популярный источник электрического освещения - люминесцентные лампы. лампа, в которой используется принцип дугового разряда через газ при низком давлении для получения видимого света. Освещение по принципу газового разряда существует более пятидесяти лет и почти все новые исследования и разработки в области повышения эффективности освещения была сосредоточена в основном на технологии люминесцентных ламп.Например, в Соединенных Штатах было подсчитано, что люминесцентные лампы производят заводом, строительство которого стоит восемь миллионов долларов, сэкономит электроэнергию стоимостью один миллиард долларов, что эквивалентно стоимости электростанции мощностью 700 МВт.
Таким образом, словосочетание «энергосберегающие лампы» в основном является синонимом. с новой технологией, разрабатываемой для улучшения люминесцентных ламповая техника.
В частности, совместная разработка маломощных люминесцентных ламп. с высокоэффективными электронными балластами (требуется вспомогательная цепь для управления работой газоразрядной лампы) является основным направлением деятельности светотехническая промышленность сегодня.
В этом разделе представлен обзор этих новых методов энергосбережения. применительно к люминесцентным лампам. Использование модема для конкретного приложения Интегральные схемы (ASIC) в практических электронных балластах, а также обсуждаются некоторые технологии магнитного балласта. В этом разделе также представлены набор определений, единиц и мер для оценки и сравнение производительности разных типов ламп.
2. Газоразрядные лампы и газоразрядные лампы высокой интенсивности
2.1 Люминесцентная лампа
Люминесцентная лампа, впервые разработанная в 1930-х годах, состоит из трубка, покрытая изнутри флуоресцентным порошком или люминофором. Трубка содержит пары ртути под низким давлением с небольшим количеством инертный газ, способствующий воспламенению разряда. Ставятся два электрода на обоих концах трубы и сконструированы таким образом, чтобы работать как лампы с горячим или холодным катодом.
Лампы с горячим катодом содержат электроды из вольфрамовых нитей с покрытием и обычно нагреваются до температуры испускания электронов до возникновения дуги. удары.Нагретые катоды способствуют снижению падения напряжения около 10 до 12 вольт на электродах, что позволяет сэкономить примерно 3 Вт на лампу.
В лампах с холодным катодом используются электроды с покрытием из железа или никеля. Напряжение падение на электродах этих ламп относительно высокое (50 В и выше) но они демонстрируют более длительный срок службы из-за низких рабочих температур.
Работа люминесцентной лампы состоит, прежде всего, в установлении постоянного электрическая дуга между двумя катодами.Воздействие этих электронов на атомы паров ртути излучают в основном невидимый ультрафиолетовый свет который затем преобразуется в видимый свет за счет явления флуоресценции. люминофорного покрытия на трубке. Химический состав люминофора поэтому покрытие в основном отвечает за цвет излучаемого света. а также частично из-за эффективности лампы.
Стандартная люминесцентная лампа с обычным галофофорным покрытием. производит более белый цвет, чем лампа накаливания.Добавляем тонкое пальто более дорогого трифосфора можно улучшить цветопередачу и увеличить эффективность.
В целом люминесцентная лампа является широко используемым источником света с хорошая эффективность около 90 люкс / ватт без учета потерь мощности в балласте. Когда эти потери включены, эффективность снижается примерно до 75 люкс / ватт, что по-прежнему намного лучше, чем у лампы накаливания. лампа (см. рис. 1).
РИС. 1 Сравнение ламп, люмен на ватт
2,2 Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)
Компактная люминесцентная лампа не отличается принципом действия. от стандартной люминесцентной лампы, однако КЛЛ были разработаны с учетом некоторые из фундаментальных возражений против широкого применения линейные люминесцентные лампы во многих жилых, коммерческих и промышленных Приложения. Громоздкий магнитный балласт, мерцание света и иногда слышимый шум, создаваемый магнитным балластом, был одной из причин из-за непопулярности люминесцентной лампы как светильника общего назначения источник.
КЛЛ преодолевает мерцание, работая лампой на частоте кГц. диапазон и избавляется от необходимости во внешнем балласте за счет включения полностью электронный балласт в основании люминесцентной лампы. Таким образом, КЛЛ предназначены и могут напрямую заменять лампы накаливания. без каких-либо внешних вспомогательных устройств.
РИС. 2 показывает базовую блок-схему компактного люминесцентного напольная лампа.
Обратите внимание, что фильтр электромагнитных помех (EMI) и коэффициент мощности блоки управления обусловлены наличием электроники для AC / DC Преобразование постоянного / переменного тока высокочастотных цепей преобразования внутри корпуса.
2,3 Газоразрядные лампы высокой интенсивности (HID)
Это общий термин для группы ламп, включая ртутные лампы, металлогалогенные лампы и натриевые лампы высокого давления.
Ртутно-паровая лампа - это электроразрядная лампа высокого давления, в которой большая часть излучения возникает при возбуждении атомов ртути. Для начала разряда недостаточно включить нормальное сетевое напряжение. между основными электродами.Однако он может начаться с очень короткого расстояние между основным и вспомогательным электродами, вспомогательным электродом подключается к выводу лампы через высокий резистор для ограничения электрический ток.
РИС. 2 Блок-схема CFL
Начальный разряд происходит при небольшом количестве аргона. Разряд теперь быстро распространяется, пока не окажется между основными электродами. В Разряд аргона нагревает трубку и испаряет ртуть.Разряд затем происходит в парах ртути, а влияние аргона незначительно. Эффективность лампы составляет около 60 люкс / ватт.
Металлогалогенная лампа - это электрическая газоразрядная лампа, в которой свет создается излучением возбужденной смеси металлических паров (ртуть и продукты диссоциации галогенидов). Их конструкция аналогичен ртутным лампам высокого давления, добавлен ряд йодидов для заполнения пробелов в световом спектре, улучшая цветовые характеристики света.Их эффективность также выше (до 80 люкс / ватт). Натрий Лампа содержит неон в дополнение к металлическому натрию при низком давлении. Тепло производится начальным неоновым разрядом. Это заставляет натрий выделения, дающие натриево-желтый цвет. Цвет вызван возбуждением паров натрия. Для достижения полного освещения требуется около десяти минут. Развитием этого является натриевая лампа высокого давления, которая при высоком давлении имеет расширенный спектр, чтобы обеспечить адекватное покрытие всех цветов, натрия паровые лампы имеют очень высокую эффективность до 150 люкс / ватт.
Люминесцентные лампыпопулярны, потому что они обеспечивают более длительный срок службы, чем накаливания и потребляют меньше энергии. Более того, их низкая интенсивность даже освещение предпочтительнее почти во всех комнатных условиях. Высокая интенсивность Газоразрядные лампы используются в основном на открытом воздухе для освещения больших такие области, как улицы, автостоянки и т. д.
3 Введение в балласты
Балласты люминесцентных ламп - устройства, устанавливаемые в светильники люминесцентных ламп. чтобы регулировать напряжение и ток, подаваемые на лампы.В ПРА в цепи люминесцентной лампы выполняет двоякие функции. Первый, он должен обеспечивать подходящее напряжение зажигания на колбе. при запуске так, чтобы между электродами могла сохраняться электрическая дуга. после. Во-вторых, балласт отвечает за ограничение тока. течь через лампу во время ее нормальной работы. Эти два требования балласта можно объяснить с помощью типичных временных характеристик импеданса. кривая газоразрядной лампы, показанная на рис.3.
Поскольку начальное сопротивление велико, напряжение зажигания, необходимое для зажигания дуга также будет выше, чем нормальное рабочее напряжение люминесцентного напольная лампа.
Сразу после зажигания лампы полное сопротивление падает до минимума. значение, представляющее отрицательную характеристику сопротивления, которая требует некоторых форма ограничения тока для предотвращения разрушения лампы из-за чрезмерного тока.
В то время как первые магнитные балласты (индукторного типа) выполняли два необходимых требования к балласту, современные электронные балласты могут выполнять многие другие функции, такие как резонансный режим, защита от отключения лампы, отказ или снятие, а также диммирование и т. д.Эти и другие подобные техники будут подробно обсуждены в следующих разделах.
Следует также отметить, что люминесцентная лампа сама по себе резистивная нагрузка, включение балласта (магнитного или электронного type) может вызвать потенциально нежелательные условия, такие как как низкий коэффициент мощности, гармоники высокого порядка и электромагнитные помехи. Как мы увидим позже в этом разделе, многие производители ИС придумали с передовыми продуктами, которые вполне удовлетворительно решают эти проблемы.
РИС. 3 Импедансно-временные характеристики разряда лампа
4 Некоторые определения и оценка эффективности
Первичным показателем эффективности электрической лампы является ее общая выходной световой поток на ватт входной мощности. Для сравнения производительности между различными источниками света, твердые определения задействованные условия необходимы.
4,1 Световой поток
Общее количество визуально оцениваемого излучения (т.е., свет) испускается в секунду от источника света называется световым потоком и измеряется в люмен. Термин «визуально оцениваемое излучение» относится к тот факт, что люди способны видеть только часть спектра электромагнитных радиация.
Кроме того, чувствительность человеческого глаза сильно различается в зависимости от длины волн в этой полосе частот. Световой поток, измеренный в люменах учитывает оба этих фактора и, таким образом, нет прямое соответствие между энергией излучения, испускаемой за секунду источник света и его световой поток.
4,2 Световая отдача
Выходной световой поток электрической лампы на ватт входной мощности определяется как световая отдача лампы. Обычно это выражается в люмен / ватт:
Световая отдача = Световой поток / Потребляемая мощность
Световая отдача иногда также обозначается как люмен на ватт или lpw рейтинг лампы. Согласно действующим стандартам, световая отдача люминесцентной лампы необходимо измерять с учетом потребляемой мощности балласта.
4,3 Текущий пик-фактор
Current Crest Factor - это отношение пикового тока лампы к действующий ток.
Пик-фактор тока = пиковый ток / среднеквадратичный ток
Учитывается форма волны тока лампы. Максимальный гребень коэффициент, рекомендованный производителями ламп, чтобы не снижать срок их службы составляет около 1,7.
4,4 Балластный фактор
Балластный коэффициент - это отношение светоотдачи лампы к световому потоку. от балласта до светоотдачи лампы в соответствии с ANSI (Американский национальный Standards Institution) эталонный балласт.
балластный коэффициент = световой поток лампы с тестовым балластом / световой поток лампы с эталонным балластом
4,5 Коэффициент балластной эффективности (BEF)
BEF - это отношение балластного фактора к входной мощности балласта лампы. система. BEF зависит от приложения и не может использоваться для сравнения различных Приложения.
Коэффициент эффективности балласта = коэффициент балласта / Входная мощность
4,6 Общее гармоническое искажение (THD )
THD измеряет качество формы волны тока, создаваемой балластом.
Ток, потребляемый балластом, в большинстве случаев имеет несинусоидальную форму волны. и, таким образом, может рассматриваться как серия гармоник высокого порядка (т.е. с частотами, кратными частоте входной линии) наложены на основной форме волны тока. Степень наличия таких гармоники измеряются THD, как определено ниже.
i_ THD- (ч / + ч, '+ ч,' + ......) 2 ч,
, где каждый член h i относится к среднеквадратичному значению i-й гармоники в тока, а hi относится к среднеквадратичному значению основной составляющей.
5 Обычные балласты
В схеме обычного балласта, показанной на рис. 4, высокое напряжение удар, необходимый для зажигания лампы, получается от индуктора и биметаллического переключатель, который также подает ток накала, когда контакты замкнуты. Нагретые нити испускают объемные заряды, которые снижают напряжение ионизации. паров ртути внутри лампы для облегчения запуска (Mortimer 1994). По мере увеличения длины дуговой трубки напряжения ионизации также увеличиваются, Требование балласта для обеспечения повышенных рабочих напряжений, а также более высокие напряжения зажигания.Как следствие, обычные двух- и четырехфутовые В балластах люминесцентных ламп используются громоздкие повышающие трансформаторы с высоким реактивным сопротивлением. с выходными обмотками для управления двумя и более лампами.
Этот магнитный балласт основан на катушке с проволокой, окружающей железное ядро. Известны также такие магнитные балласты традиционной конструкции. как «балласты сердечника и катушки». В то время как стандартный магнитный балласт рассеивает около 20 процентов общей мощности, более эффективный магнитный балласт ограничит эту потерю до 12 процентов или меньше.Магнитный балласт отвечает за генерацию некоторых гармоник из-за нелинейной намагниченности характеристика железа.
РИС. 4 Базовая схема обычного балласта
Индуктивность магнитного балласта представляет собой низкий коэффициент мощности, обычно около 0,5, что необходимо компенсировать. Компенсация коэффициента мощности можно сделать с помощью конденсатора. Даже после компенсации низкое качество магнитные балласты будут иметь коэффициент мощности около 0.9 из-за относительно высокий THD 20-30 процентов. Обычные линейные магнитные балласты связаны со следующими недостатками.
(i) Мерцание от сети 50/60 Гц, (ii) Значительный размер и вес, (iii) низкий коэффициент мощности, несинусоидальные формы волны тока и (iv) сложность для затемнения.
6 Высокочастотные резонансные балласты
Все чаще используются электронные высокочастотные резонансные балласты. управлять люминесцентными лампами из-за их повышенной энергоэффективности, дольше срок службы лампы, возможности диммирования, меньший вес и возможность устранения мерцание.
Один из самых ранних примеров электронного управления люминесцентными лампами. лампы были найдены в конструкции 1954 года, изготовленной Delco для использования в автобусах. Этот ранний электронный балласт был разработан для работы в общей сложности с шестью лампами. выходная мощность около 140 Вт. Он работал на частоте около 3000 Гц и был довольно большим (порядка 1500 кубических дюймов). Улучшения в полупроводнике устройства позволили создать первый практический высокочастотный балласт Триада-Утрад в 1967 году.Эти балласты были простыми автоколебательными. инверторы, а также были разработаны для приложений ввода постоянного тока.
Цепи электронного балласта недавно претерпели революцию в совершенстве. от ранних биполярных конструкций десять лет назад. Частично это было вызвано появлением силовых переключателей MOSFET с присущими им преимущества в эффективности. В большинстве электронных балластов используются два переключателя питания. в топологии тотемного полюса (полумоста), а трубчатые цепи состоят из Резонансные цепи серии L-C с лампой (ами) на одном из реакторов.На рис. 5 показана основная топология.
Переключатели в схеме на рис. 5 представляют собой силовые полевые МОП-транзисторы, приводимые в действие для проведения альтернативно двумя вторичными обмотками на трансформаторе тока. Главная этого трансформатора управляется током в цепи лампы, работающей на резонансной частоте L и C. Схема не самозапускается и должен запускаться импульсным диаком, подключенным к воротам нижнего МОП-транзистор.
После включения нижнего переключателя колебания сохраняются, а высокий прямоугольная волна частоты (30-80 кГц) возбуждает резонансный ток L-C.В синусоидальное напряжение на C увеличивается на добротность (Q) при резонансе и развивает достаточную амплитуду, чтобы поразить лампу, которая затем обеспечивает немерцающая подсветка.
Эта схема уже много лет является стандартным электронным балластом, несмотря на то, что следующие недостатки:
(i) Не запускается автоматически, (ii) Низкое время переключения, приводящее к увеличению мощности убытки.
РИС. 5 Электронный балласт с трансформаторным приводом
(iii) Трудоемкость производства (из-за тороидального трансформатора тока, и Т. Д.) (iv) не поддаются затемнению, и (v) дорого в производстве.
7 Новое поколение балластов
Ограничения базовой конструкции схемы электронного балласта и потребность в более эффективных системах освещения вкупе с доступностью переключателей мощных MOSFET, создали толчок для небольших, эффективных, низких ИС драйвера веса. Например, автоколебательный IR2155 International Rectifier. силовой МОП-транзистор / драйвер затвора биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), является одним первых в семействе силовых ИС, предназначенных для электронных балластов для люминесцентного освещения, отчасти из-за небольшого размера и невысокой стоимости (около 2 долларов за 80 единиц и 1 доллар за 50 000 единиц).Эти силовые ИС могут управлять полевые МОП-транзисторы низкого и высокого уровня или IGBT от входов, связанных с землей логического уровня. Они обеспечивают возможность смещения напряжения до 600 В постоянного тока и, в отличие от драйверные трансформаторы, могут обеспечить сверхчистые формы волны любого рабочего цикла (0-99%). Функциональная блок-схема IR 2155 представлена на рис. 6. Эти драйверы имеют два альтернативных выхода, так что полумост или Тотемно-полюсная конфигурация полевых МОП-транзисторов может давать прямоугольный выходной сигнал. А очень полезной особенностью автоколебательных приводов является их способность синхронизировать генератор до естественного резонанса цепи люминесцентной лампы L-C.На рис. 7 показана концепция электронного балласта с использованием драйвера IR2155.
IR2155 предоставляет разработчику автоколебательные или синхронизированные осциллирующая функция, просто с добавлением компонентов R T и C T. Драйвер затвора МОП IR2155 также имеет внутреннюю схему, которая обеспечивает номинальная пауза в 1 микросекунду между выходами и попеременной стороной высокого напряжения и низковольтные выходы для управления силовыми переключателями полумоста. При использовании в автоколебательном режиме частота колебаний определяется выражением:
1 Fosc - ~ 1.4RTC Т
РИС. 6 Функциональная блок-схема IR 2155 (международный Выпрямитель, США)
Обратите внимание на синхронизирующие возможности драйвера IR2155. Два назад Чтобы задние диоды, включенные последовательно со схемой лампы, эффективно проходили через нулевой уровень. детектор тока лампы. Прежде чем загорится лампа, резонансный контур состоит из последовательно соединенных L, C 1 и C2. C2 имеет меньшее значение, чем C 1 поэтому он работает при более высоком напряжении переменного тока, чем C2, и фактически это напряжение что бьет в лампу.
После зажигания лампы C2 эффективно закорачивается из-за напряжения лампы. падение, а частота резонансного контура регулируется L и C 1. Это вызывает переход на более низкую резонансную частоту во время нормальной работы, снова синхронизируется путем определения перехода переменного тока через ноль и использования резонансное напряжение для управления генератором IR2155. Практичный балласт схема с использованием интегральной схемы IR2155, которая способна управлять две 4-футовые трубки, обозначенные на рис.8.
РИС. 7 Электронный балласт с использованием драйвера IR2155 (Международный Выпрямитель, США)
РИС. 8 "Двойной 40" балласт с использованием IR 2155 генератор / драйвер (International Rectifier, США)
Одним из недостатков данной схемы является низкий коэффициент мощности и высокий гармонический ток. Схема на рис. 7 принимает напряжение 115 или 230 вольт. Вход переменного тока 50/60 Гц для создания номинального напряжения шины постоянного тока 320 вольт постоянного тока.Поскольку на входе выпрямители проводят только около пиков переменного тока. входное напряжение, входной коэффициент мощности составляет примерно 0,6 с запаздыванием Несинусоидальная форма волны тока.
8 Балласты для коррекции коэффициента мощности и диммирования
Для ЭПРА можно обеспечить коэффициенты мощности, превышающие 0.95, используя топологию Boost, работающую с фиксированным 50-процентным рабочим циклом. Используя драйвер IR2155, также можно обеспечить диммирование просто изменение рабочего цикла и, следовательно, скорости наддува (Wood (апрель) 1994), как показано на рисунках 9 и 8-10 соответственно.Коррекция коэффициента мощности более подробно обсуждается в следующем разделе.
РИС. 9 Балласт с активной коррекцией коэффициента мощности
РИС. 10 Диммер балласта
9 Сравнение компактных люминесцентных ламп с использованием магнитных и электронных Балласты
Электронный балласт имеет много преимуществ перед магнитным балластом. Эти включают устранение мерцания, низкий уровень шума, более длительный срок службы балласта и, конечно же, экономия энергии.Энергосберегающий потенциал электронных балластов подробнее чем компенсирует первоначальные дополнительные затраты. Эта энергия экономию можно увидеть за счет более низкого энергопотребления и косвенно температура самого балласта.
Электронные балласты не лишены проблем. Полная гармоника искажения тока - реальная проблема для инженеров. Электронные балласты могут иметь THD, намного превышающие THD балластов магнитного типа. Высоко уровни гармоник были связаны с проблемами, включая отказы конденсаторных батарей, перегрев обмоток трансформатора, чрезмерные токи нейтрали, снижение номинальных характеристик трансформаторов, и неправильное срабатывание защитных реле сети.Они также известно, что они нарушают работу чувствительного электронного оборудования, которое требует чистая синусоидальная форма волны (Datta 1994). Результаты сравнительного проведен анализ ряда образцов компактных люминесцентных ламп (CFL) как с магнитными и электронными балластами, так и со встроенными и отдельные балласты показаны на рис. 11.
Исследование (Lucas and Wijekoon 1995) показало, что наиболее доступная низкая стоимость КЛЛ могут иметь очень низкий коэффициент мощности.В частности, было показано что КЛЛ с магнитными балластами могут иметь коэффициент мощности всего 0,4 из-за высокоиндуктивного балласта, но они не способствуют высокая степень гармоник. С другой стороны, КЛЛ с электронным управлением шестерни имеют почти такой же низкий эффективный коэффициент мощности, в основном из-за гармоник, вызванных их силовой электроникой.
РИС. 11 Сравнительный анализ КЛЛ (а) Напряжение и осциллограммы тока со встроенным электронным балластом (б) Частотный спектр для КЛЛ на рис.11 (а) (в)
Осциллограммы напряжения и тока со встроенным магнитным балластом (d) Частота спектр на рис. 11 (в).
10. Дальнейшие разработки электронных балластов
Электромагнитные балласты продемонстрировали хорошую надежность благодаря своей относительная простота. Электронные балласты, с гораздо большей сложностью и относительно хрупкие активные полупроводники, демонстрируют частоту отказов значительно больше, чем электромагнитные балласты.Как электронное освещение системы становятся все более распространенными, надежность электронных балластов становится все больше и больше проблем (Nemer 1994).
Эволюция электронного балласта от простого инвертора до «умного». балласт »завтрашнего дня означал значительное увеличение цепи сложность и производительность. В то же время конечный пользователь ожидает, что система который обеспечивает свет по требованию каждый раз, когда он или она нажимает выключатель. В сравнении ко многим электронным устройствам балласт работает во враждебной среде в зависимости от температуры окружающей среды.Избыточный нагрев сокращает срок службы компонентов.
Качество важно, но не обязательно означает надежность. Там важны зависимые отношения между качеством и надежностью, которые включают механические, электрические и экономические соображения. Надежность можно улучшить на трех уровнях. Во-первых, использование качественных комплектующих; во-вторых, использование высокопроизводительных конструкций и, в-третьих, использование высокоэффективных надежная технология изготовления.
При текущей мировой энергетической ситуации все больше и больше электромагнитных ПРА заменят на электронное освещение.Таким образом, потребность в надежных электронные балласты будут продолжать расти.
Точно так же, как электронные балласты резко увеличили эффективность светопроизводства, диммирующие балласты нового поколения обеспечит значительную экономию энергии за счет более эффективного управления освещением. Электронные балласты с затемнением позволяют использовать такие стратегии, как дневной свет и компенсация для амортизации лампы.
Диммирующие балласты доступны сегодня, но большинство из них используют низковольтное управление. проводка, в которой стоимость установки управляющей проводки непомерно высока.Интегрированные возможности беспроводного управления и диммирования станут основой следующего поколения «интеллектуальных балластов». Также современный Технологии изготовления ИС позволили включить полную схему для коррекции коэффициента мощности и управления диммированием на одной ИС. Например, ML4830 Micro Linear - это ИС с низким уровнем искажений, высокой эффективностью непрерывного действия. повышенная коррекция коэффициента мощности вместе с выбираемой переменной частотой затемнение и запуск.
Для получения дополнительной информации об электронных балластах см. Wood (1994) на Hagar. (1993) рекомендуются.
Энергосберегающее преобразованиеEl cx в трансформатор zl. Блок питания EPRA своими руками
(КЛЛ или «энергосберегающий») появился в обиходе давно, но по-прежнему занимает если не первенство среди осветительных приборов, то одно из лидирующих мест. Они компактны, экономичны и могут работать вместо обычной лампы накаливания. Но у этих устройств есть и недостатки.Несмотря на заявленный производителем срок службы, КЛЛ часто выходят из строя, даже не исчерпав своего ресурса.
Чаще всего это связано с нестабильным напряжением питания и частым «щелчком» переключателя. Можно ли как-то использовать сгоревшее устройство, которое стоит довольно больших денег? Конечно можно! В этой статье мы попробуем собрать своими руками блок питания из энергосберегающей лампы.
Устройство и принцип работы ЭПРА
Перед тем, как приступить к переделке ЭПРА для компактных люминесцентных ламп, давайте познакомимся с этим блоком и как он работает.Основная задача балласта:
- пуск газоразрядной трубки лампы;
- поддерживает ток и напряжение, необходимые для работы трубки.
Рассмотрим классическую схему электронного балласта или, если правильно это назвать, электронного балласта (Electronic Start-Control Device).
Схема электронного балласта (ЭПРА) для энергосберегающих ламп
По сути, это обычный импульсный блок питания с небольшими отличиями, но о них позже.Напряжение сети поступает на мостовой выпрямитель VD1-VD4, сглаживается конденсатором С1 и подается на высокочастотный (частота автоколебаний 10-60 кГц) генератор, собранный на транзисторах VT2, VT3. Генерация в нем происходит за счет положительной обратной связи, обеспечиваемой трансформатором Т1, пуск при включении питания происходит за счет симметричного динистора DB1.
Импульсное напряжение через токоограничивающий дроссель Т2 поступает на энергосберегающую лампу, выполненную в виде изогнутой трубки. Конденсатор С8 нужен для создания высоковольтного импульса, зажигающего трубку.Как только в лампе происходит пробой газовой секции, в работу входит дроссель, ограничивающий ток на уровне, необходимом для работы лампы. Поскольку частота напряжения относительно высока, дроссель очень компактный.
Важно! Производители энергосберегающих ламп используют в своих изделиях различные схемы балластов, но принцип работы одинаковый.
Отличия в конструкции лампы от импульсного блока
Чем отличается электронный балласт КЛЛ от импульсного блока питания (ИБП)? В первую очередь на выходе балласта устанавливается токоограничивающий дроссель.Кроме того, схема не имеет гальванической развязки сетевого напряжения от выходного напряжения, поэтому все элементы схемы, которые питает электронный балласт, находятся под опасным для жизни напряжением. Теперь попробуем сделать импульсный блок питания из энергосберегающей лампы.
В дополнение к этим отличиям на выходе электронного балласта имеется импульсное напряжение, в то время как блок питания обычно выдает постоянное.
Схема переделки ЭПРА в ИБП
Для преобразования ЭПРА в источник питания необходимо решить три задачи:
- Обеспечить электробезопасность путем создания гальванической развязки.
- Уменьшите выходное напряжение преобразователя, так как на его выходе оно достаточно высокое - около 100-150 В.
- Выровняйте выходное напряжение.
Если вам нужен блок питания малой мощности - до 15 Вт, то специальной переделки ЭПРА не требуется. Достаточно десятка сантиметров обмоточного провода, четырех диодов и пар конденсаторов. И, конечно же, понадобится ЭПРА от лампы на 40 Вт. Посмотрим на модифицированную схему:
Простой импульсный блок питания 12 В от ЭПРА люминесцентная лампа
Здесь дроссель играет роль развязки и одновременно понижающего трансформатора блока питания, а выпрямитель (диоды VD8-VD11) выполнен из постоянного напряжения из импульсного напряжения.Конденсаторы С8 и С9 сглаживающие. В остальном работа блока питания ничем не отличается от схемы электронного балласта.
Преобразование электронного балласта в источник питания произведем в следующей последовательности:
- Снимаем люминесцентную лампу и конденсатор С8.
- Соединяем между собой выводы конденсаторов С6, С7 и дросселя Т2, которые ранее шли на лампу. Самый простой способ сделать это - просто замкнуть все провода лампы накоротко.
Наш дроссель теперь является нагрузкой преобразователя. Осталось только намотать на него вторичную обмотку. Поскольку частота преобразования достаточно высока, необходимо всего несколько витков обмоточного провода диаметром 0,5-0,8 мм. Зазор между сердечником и обмоткой дросселя небольшой, но его вполне хватает на несколько витков, количество которых подбирается экспериментально.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Спросите у специалистаВажно! Для большей надежности блока питания лучше использовать не обыкновенный обмоточный провод в эмалевой изоляции, а монтажный провод из фторопласта.Это исключит пробой между обмотками при неправильной намотке и появлении опасного напряжения во вторичной цепи.
Техника намотки следующая. Намотываем около 10 витков в качестве вторички, подключаем к нему диодный мост со сглаживающими конденсаторами и нагружаем будущий блок питания резистором мощностью около 30 Вт и сопротивлением 5-6 Ом. Измеряем напряжение на резисторе вольтметром постоянного тока. Затем полученное напряжение делим на количество витков, и выходит напряжение, полученное с одного витка.Теперь делим необходимое нам напряжение (12-13 В) на последнее значение и получаем необходимое количество витков вторичной обмотки.
Допустим, намотав 10 витков, мы получили напряжение 8 В. 8/10 = 0,8. Это означает, что один виток дает 0,8 вольт. Нам нужно 12. Делим 12 на 0,8, получаем 15. Итак, нам нужно намотать 15 витков.
Стандартный и доработанный дроссель питания от ЭПРА
В диодном мосту можно использовать любые выпрямительные диоды на обратное напряжение не менее 25 В и ток 1А.Для этих целей лучше использовать диоды Шоттки - они имеют меньшее прямое падение напряжения и лучше работают в импульсном режиме, повышая эффективность блока питания. Вместо С8 может работать керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ, С9 - электролитический конденсатор емкостью 10-50 мкФ и рабочим напряжением не менее 25 В.
С схемой такого блок питания, но напряжение на его выходе не стабилизируется. То есть она будет колебаться вместе с изменением сети.Выйти из этой ситуации довольно просто, установив в цепь питания 12-вольтовый стабилизатор. Для этого идеально подойдет интегральный стабилизатор КР142ЕН8Б или зарубежный аналог L1812. В этом случае выходной фрагмент схемы будет иметь вид:
Схема питания со стабилизированным выходным напряжением
Конденсаторы С10 и С11 нужно брать того же номинала, что и С8, С9.
Экспертное заключение
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Спросите у специалистаВажно! Если в цепи питания используется стабилизатор, то количество витков необходимо увеличивать до тех пор, пока не будет получено напряжение на нагрузочном резисторе (см. Метод расчета выше) 15-16 В. Это нормальное входное напряжение для линейного 12 -вольт стабилизатор.
Как увеличить мощность
Обычно мощность КЛЛ относительно невелика и колеблется в пределах 10-40 Вт. В теории неплохо, но на практике токоограничивающий дроссель все портит.Он не дает самодельному блоку питания развивать максимальную мощность, во-первых, из-за токоограничивающих свойств, а во-вторых, из-за собственной малой мощности. При увеличении тока магнитопровод начинает работать в режиме насыщения, снижая КПД блока питания и перегружая ключевые транзисторы, а перегружая его зря.
Как сделать относительно мощный блок питания? Задача не такая сложная, как кажется на первый взгляд. Для этого достаточно заменить дроссель на относительно мощный импульсный трансформатор.Конечно, это требует более глубоких знаний в области радиотехники, но оно того стоит.
Трансформатор можно взять, например, от ненужного блока питания от компьютера или другой оргтехники (принтер, сканер, малогабаритный телевизор и т. Д.). Также понадобится резистор мощностью 3 Вт с сопротивлением 5 Ом, а также новый высоковольтный конденсатор номиналом 100 мкФ и рабочим напряжением не менее 350 В. Взглянем на доработанную схему:
Схема питания с повышенной выходной мощностью
Здесь вместо дросселя установлен импульсный трансформатор, причем первичная обмотка - та, которая была подключена к преобразователю (высоковольтная), а вторичная - понижающая. один.Кроме того, резистор R1 подбирается большей мощности, а емкость сглаживающего конденсатора С1 (по модифицированной схеме С0) увеличена до 100 мкФ. В остальном схема практически не изменилась, но теперь она вполне способна подавать на нагрузку ток 5-8 А при напряжении 12 В. Такие блоки питания уже можно использовать для шуруповерта и аналогичных 12-вольтовых. инструменты.
- При первом запуске доработанный блок питания лучше подключить к сети через лампу накаливания 220 В 60-100 Вт.Если все в порядке, то лампа будет еле светиться. Если в схеме есть ошибка, то лампа будет гореть довольно ярко. Это убережет транзисторы от выхода из строя в случае ошибок монтажа.
- Перед тем, как запустить блок питания в длительную работу, необходимо «загнать» его на нагрузочный резистор. В этом случае трансформатор и транзисторы не должны нагреваться выше 60 градусов Цельсия.
- Если трансформатор сильно нагреется, придется намотать понижающую обмотку более толстым проводом.
- Если транзисторы очень горячие, их нужно оборудовать небольшими радиаторами.
- Не стоит использовать такой блок питания для зарядки и питания дорогих гаджетов. Намного безопаснее покупать заводской блок питания. Это будет стоить намного дешевле, чем, например, ремонт ноутбука или смартфона.
На этом, пожалуй, разговор о переделке ЭПРА для компактных люминесцентных ламп в импульсный источник питания можно закончить. Если вы внимательно прочитали статью и хоть немного разбираетесь в радиотехнике, то с этой несложной модификацией справитесь самостоятельно.
Питание от энергосберегающих ламп.
При выходе из строя ЭПРА его можно отремонтировать. Но, когда выходит из строя сама лампочка, ее обычно выбрасывают. Однако ЭПРА такой лампочки представляет собой практически готовый импульсный блок питания (БП). Единственная разница между схемой электронного балласта и настоящим импульсным источником питания - это отсутствие изолирующего трансформатора и выпрямителя.
Посмотрим, что на ней интересного.
- Диоды - 6 шт. Высокое напряжение (220 вольт) обычно маломощное.
Дроссель. Устраняет сетевые помехи.
Транзисторы средней мощности обычно MJE13003.
Электролит высокого напряжения. Емкость небольшая (4,7 мкФ), 400 вольт.
Конденсаторы разной емкости, все 250 вольт.
Два высокочастотных трансформатора.
Несколько резисторов.
Назначение схемных элементов импульсного источника питания.
R0 - ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя в момент включения, также часто действует как предохранитель.
VD1… VD4 - мостовой выпрямитель.
L0, C0 - фильтр питания.
R1, C1, VD2, VD8 - цепь запуска преобразователя.
Пусковой узел работает следующим образом. Конденсатор С1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжение на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор разблокируется и открывает транзистор VT2, вызывая автоколебания.После начала генерации на катод диода VD8 подаются импульсы прямоугольной формы и отрицательный потенциал надежно блокирует динистор VD2.
R2, C11, C8 - упрощают запуск преобразователя.
R7, R8 - улучшают блокировку транзисторов.
R5, R6 - ограничивают базовый ток транзисторов.
R3, R4 - предотвращают насыщение транзисторов и действуют как предохранители при пробое транзисторов.
VD7, VD6 - защищают транзисторы от обратного напряжения.
TV1 - трансформатор обратной связи.
Л5 - дроссель балластный.
С4, С6 - разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.
ТВ2 - импульсный трансформатор.
VD14, VD15 - импульсные диоды.
С9, С10 - конденсаторы фильтра.
Отличие ламповой схемы от импульсного источника питания.
Это одна из самых распространенных электрических схем энергосберегающих ламп.
Для преобразования схемы экономичной лампы в импульсный блок питания достаточно установить всего одну перемычку между точками И . - И ' и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем.Элементы для удаления отмечены красным.
А это уже готовая схема импульсного блока питания, собранная на базе экономной лампы с использованием дополнительного импульсного трансформатора.
Для простоты люминесцентная лампа и некоторые детали были удалены и заменены перемычкой.
Как видите, схема не требует серьезных изменений. Дополнительные элементы, внесенные в схему, отмечены красным.
Мощность источника питания ограничена общей мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и размером охлаждающего радиатора, если он используется.
Небольшой источник питания может быть построен путем намотки вторичной обмотки непосредственно на раму существующего дросселя.
Если дроссельное окно не позволяет намотать вторичную обмотку или вам нужно построить блок питания с мощностью, значительно превышающей мощность КЛЛ, то вам понадобится дополнительный импульсный трансформатор.
Если вам необходимо получить блок питания мощностью более 100 Вт, и используется балласт от лампы на 20-30 Вт, то в схему электронного балласта придется внести небольшие изменения.
В частности, может потребоваться установка более мощных диодов VD1-VD4 во входной мостовой выпрямитель и перемотка входного дросселя L0 более толстым проводом. Если коэффициент усиления транзисторов по току недостаточен, то ток базы транзисторов придется увеличить за счет уменьшения номиналов резисторов R5, R6. Кроме того, придется увеличить мощность резисторов в цепях базы и эмиттера.
Если частота генерации не очень высока, то может потребоваться увеличить емкость блокирующих конденсаторов C4, C6.
Импульсный трансформатор для питания.
Особенностью самовозбуждающихся импульсных полумостовых источников питания является возможность адаптации к параметрам применяемого трансформатора. А тот факт, что петля обратной связи не пройдет через наш самодельный трансформатор, еще больше упрощает задачу расчета трансформатора и настройки блока.
Блоки питания, собранные по этим схемам, практически всегда прощают ошибки в расчетах.
Намотать импульсный трансформатор не так уж и сложно.
Емкость входного фильтра и пульсации напряжения.
Во входных фильтрах ЭПРА в целях экономии используются конденсаторы малой емкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Гц. Чтобы снизить уровень пульсаций напряжения на выходе БП, нужно увеличить емкость входного фильтра. Желательно, чтобы на каждый ватт блока питания приходилось около одной микрофарады.Увеличение емкости C0 повлечет за собой увеличение пикового тока, протекающего через диоды выпрямителя в момент включения источника питания. Чтобы ограничить этот ток, нужен резистор R0. Но мощность оригинального резистора КЛЛ для таких токов мала и его следует заменить на более мощный. |
Если требуется компактный блок питания, то можно использовать электролитические конденсаторы, которые используются в импульсных лампах из пленочных «мыльниц».Например, одноразовые камеры имеют миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, их емкость составляет примерно 100 мкФ x 350 В.
Блок питания мощностью 20 Вт.
Блок питания с мощностью, близкой к исходной КЛЛ, можно собрать даже без намотки отдельного трансформатора. Если у оригинального дросселя достаточно свободного места в окошке магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшой усилитель мощности. На рисунке видно, что на имеющуюся обмотку был намотан один слой изолированного провода. Использовали провод МГТФ (многопроволочный во фторопластовой изоляции). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самого меди будет небольшим. Если вам нужна большая мощность, то можно использовать обыкновенный обмоточный медный провод, покрытый лаком. |
|
Внимание!
Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке обязательно позаботьтесь о надежной межобмоточной изоляции, особенно если вторичная обмотка намотана обычным лакированным обмоточным проводом.Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной пленкой, потребуется дополнительная бумажная прокладка!
Обмотка дроссельной заслонки покрыта синтетической пленкой, хотя часто бывает, что обмотка этих дросселей вообще ничем не защищена. |
|
Намотываем два слоя электрокартона толщиной 0,05 мм или один слой толщиной 0.На 1 мм поверх пленки. Если электрокартона нет, используем любую бумагу подходящей толщины. |
|
Намотаем вторичную обмотку будущего трансформатора поверх изоляционной прокладки. Сечение провода следует выбирать максимально большим. Количество витков подбирается экспериментально (их будет немного). |
Таким образом, нам удалось получить мощность на нагрузке 20 Вт при температуре трансформатора 60ºC, а транзисторов - 42ºC.Получить еще большую мощность при разумной температуре трансформатора не позволяла слишком малая площадь окна магнитопровода и полученное сечение провода.
Блок питания мощностью 100 Вт.
Для увеличения мощности блока питания пришлось намотать импульсный трансформатор TV2 и увеличить емкость конденсатора фильтра сетевого напряжения C0 до 100 мкФ.
Так как КПД блока питания далеко не 100%, пришлось прикрутить к транзисторам некоторые радиаторы. Ведь если КПД агрегата будет хоть 90%, все равно придется рассеивать 10 ватт мощности. В данном ЭПРА транзисторы 13003 поз. Установлена 1 такая конструкция, которая предназначена для крепления к радиатору с помощью фигурных пружин. Эти транзисторы не нуждаются в прокладках, так как не оснащены металлической площадкой, но тепло отдают гораздо хуже. Лучше их заменить на транзисторы 13007 поз. 2 с отверстиями, чтобы их можно было прикрутить к радиаторам обычными шурупами. Кроме того, 13007 имеют в несколько раз более высокие максимально допустимые токи. На один радиатор можно смело навинчивать оба транзистора. Только: корпуса обоих транзисторов должны быть изолированы от корпуса радиатора, даже если радиатор находится внутри корпуса электронного устройства. Удобно крепить винтами М2,5, на которые предварительно нужно надеть изолирующие шайбы и отрезки изоляционной трубки (батиста). Допускается использование теплопроводной пасты КПТ-8, так как она не проводит ток. |
|
Изображение подключения транзистора к радиатору: 1. Винт M2, 5. 2. Шайба М2, 5. 3. Шайба изоляционная М2,5. 4. Корпус транзистора. 5. Прокладка - отрезок трубки (батист). 6. Прокладка - слюда, керамика, фторопласт и др. 7. Радиатор охлаждения. |
Внимание!
Транзисторы находятся под напряжением сети, поэтому изоляционные прокладки должны обеспечивать условия электробезопасности!
Выпрямитель.
Все вторичные выпрямители импульсного источника питания полумоста должны быть двухполупериодными ... Если это условие не выполняется, магнитопровод может войти в насыщение.
Есть две распространенные схемы двухполупериодных выпрямителей.
1. Мостовая схема.
2. Цепь с нулевой точкой.
Мостовая схема экономит метр провода, но рассеивает вдвое больше энергии на диодах.
Схема с нулевой точкой более экономична, но требует двух идеально симметричных вторичных обмоток. Несимметричность количества витков или расположения может привести к насыщению магнитопровода.
Однако именно цепи нулевой точки используются, когда требуется получить большие токи при низком выходном напряжении. Затем для дополнительной минимизации потерь вместо обычных кремниевых диодов используются диоды Шоттки, на которых падение напряжения в два-три раза меньше.
Пример.
Выпрямители компьютерных блоков питания выполнены по схеме нулевой точки. При выходной мощности 100 Вт и напряжении 5 В 8 Вт могут рассеиваться даже на диодах Шоттки.
100 / 5 * 0,4 = 8 (Ватт)
Если использовать мостовой выпрямитель и даже обычные диоды, то мощность, рассеиваемая на диодах, может достигать 32 Вт и даже больше.
100 / 5 * 0,8 * 2 = 32 (Ватт).
Обратите на это внимание, чтобы потом не смотреть куда пропала половина мощности.
В выпрямителях низкого напряжения лучше использовать схему нулевой точки. Более того, при ручном намотке можно просто намотать обмотку двумя проводами. |
|
Как правильно подключить импульсный блок питания к сети? |
|
Для настройки импульсных источников питания обычно используется такая схема переключения.Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя в нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирается близкой к мощности тестируемого импульсного источника питания. При работе импульсного блока питания на холостом ходу или при малой нагрузке сопротивление лампы накаливания какао невелико и не влияет на работу блока. Когда по каким-то причинам ток ключевых транзисторов увеличивается, спираль лампы нагревается и ее сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасного значения. |
|
На этом чертеже представлена схема стенда для испытания и настройки импульсных источников питания, отвечающего нормам электробезопасности ... Отличие этой схемы от предыдущей в том, что она оборудована изолирующим трансформатором, обеспечивающим гальваническую развязку ИБП исследуемый от осветительной сети. Переключатель SA2 позволяет заблокировать лампу, когда блок питания обеспечивает большую мощность. |
|
Как настроить импульсный блок питания?
Блок питания, собранный на базе исправного ЭПРА, специальной настройки не требует.
Его необходимо подключить к фиктивной нагрузке и убедиться, что блок питания способен выдавать расчетную мощность.
Во время работы под максимальной нагрузкой необходимо следить за динамикой повышения температуры транзисторов и трансформатора. Если трансформатор слишком сильно нагревается, то нужно либо увеличить сечение провода, либо увеличить общую мощность магнитопровода, либо и то, и другое.
Если транзисторы сильно нагреваются, то нужно установить их на радиаторы.
Если в качестве импульсного трансформатора используется бытовой дроссель от КЛЛ, и его температура превышает 60 ... 65 ° С, то необходимо снизить мощность нагрузки.
Очень часто неисправность аккумулятора становится причиной поломки электроприбора. В результате необходим ремонт или покупка нового оборудования. Но можно избежать больших затрат, сделав своими руками блок питания от энергосберегающей лампы. Все необходимые детали можно взять от обычной люминесцентной лампы, стоимость которой невысока.
Каждая энергосберегающая лампочка имеет небольшую цепь, которая предотвращает мигание при включении, а также способствует постепенному нагреву спиралей прибора. Его название - электронный балласт. Именно с его помощью газ может излучать свечение (частота 30-100 кГц, а иногда и 105 кГц).
Благодаря тому, что прибор может иметь такие высокие частоты, коэффициент энергопотребления увеличивается до единицы, а это, в свою очередь, делает энергосберегающие лампы экономичными.
Существенным преимуществом таких устройств является отсутствие каких-либо шумов при работе, а также отсутствие электромагнитного поля, негативно влияющего на организм человека.
Важная роль в цепи балласта энергосберегающей лампы Электронный дроссель ... Именно он определяет, загорится ли прибор сразу с полной силой или прогреется постепенно в течение нескольких минут. Следует отметить, что производитель никогда не указывает время нагрева на упаковке.Это можно проверить только во время работы устройства.
Те схемы балласта, которые выполняют функцию преобразования напряжения (а их большинство) собраны на полупроводниковых транзисторах. В дорогих приборах схема сложнее, чем в дешевых лампочках.
Из перегоревшей энергосберегающей лампы можно сделать заготовки для будущего импульсного блока питания. Также можно взять для этого рабочий прибор.
В составе компактной люминесцентной лампы (КЛЛ) присутствуют следующие элементы:
- Транзисторы биполярные с защитными диодами.Как правило, они выдерживают напряжение 700 В, а также силу тока до 4 А.
- Импульсный трансформатор тока.
- Электронный дроссель.
- Конденсатор (10/50 В, а также 18 В).
- Двунаправленный неуправляемый триггерный диод (динистор).
- Очень редко устройство содержит униполярный транзистор.
При изготовлении блока питания из энергосберегающей лампы своими руками у дорогих домработниц достаточно дополнить источник некоторыми деталями.Также за основу будущего агрегата можно взять драйвер для светодиодов, которые часто устанавливают в фонарики.
Важно отметить, что не рекомендуется брать схему с электролитическим конденсатором для выполнения ИБП. Это связано с тем, что в устройстве в качестве блока питания он прослужит недолго. Также для этой цели не подходят электронные балласты, к которым относятся специальные малогабаритные платы.
ИБП - это инверторная система, в которой входное напряжение выпрямляется, а затем преобразуется в импульсы.Главная особенность ИБП - значительное увеличение частоты тока, передаваемого на трансформатор. Также стоит отметить небольшие габариты такого устройства. Еще одно преимущество - блок питания не имеет потерь энергии при работе, в отличие от линейных, которые теряют значительную часть при преобразовании в трансформатор.
Принцип работы импульсного блока питания от энергосберегающей лампы следующий:
Как правило, в современных схемах используются полевые МОП-транзисторы.Их главная особенность - очень высокая скорость переключения. Соответственно, в таких балластах следует использовать быстродействующие диоды. Они размещены в выходном выпрямителе.
При изготовлении ИБП лучше использовать диоды Шоттки, так как при работе на высокой частоте они теряют меньше энергии (в отличие от кремниевых, у которых показатель намного выше).
Если выходное напряжение очень низкое, транзистор может работать как выпрямитель. В качестве альтернативы вы можете использовать дроссель.Такие простые преобразователи тока встречаются в схемах энергосберегающих ламп мощностью 20 Вт.
Чаще всего при изготовлении импульсного БП требуется немного изменить конструкцию дросселя, если для этого используется двухтранзисторная схема. Конечно, некоторые элементы устройства необходимо будет удалить.
Если изготовлен блок питания мощностью 3,7-20 Вт, то трансформатор не является основным компонентом. Вместо этого лучше сделать несколько витков провода, которые прикреплены к магнитной цепи.Для этого совсем не обязательно избавляться от старых обмоток, их можно сделать сверху.
Для этого рекомендуется использовать провод МГТФ с фторопластовой изоляцией. Потребуется небольшое количество. Несмотря на это, обмотка будет полностью закрыта, так как большая ее часть отведена для изоляции. Из-за этого такие устройства имеют низкие номинальные мощности. Для его увеличения требуется трансформатор переменного тока.
Основным преимуществом при изготовлении блока питания своими руками является то, что можно подстроить под характеристики трансформатора ... Кроме того, не требуется петля обратной связи, которая чаще всего является неотъемлемой частью работы устройства. Даже если при сборке были допущены какие-либо ошибки, чаще всего такой блок будет работать.
Для того, чтобы сделать трансформатор своими руками, понадобится дроссель, межобмоточная изоляция, а также обмотка. Последний лучше всего делать из покрытой лаком медной проволоки. Помните, что дроссель будет работать под напряжением.
Обмотка должна быть тщательно изолирована, даже если она имеет заводскую специальную защитную пленку из синтетического материала.В качестве утеплителя можно использовать либо электрокартон, либо обычную бумажную ленту, толщина которой должна быть не менее 0,1 мм. Только после того, как будет сделана изоляция, на нее можно наматывать медный провод.
Что касается обмотки, то лучше всего выбирать провод как можно более толстый, но количество необходимых витков можно подобрать исходя из требуемой производительности будущего устройства.
Таким образом, можно сделать ИБП мощностью более 20 Вт.
Назначение выпрямителя
Чтобы предотвратить насыщение магнитной цепи в импульсном блоке, необходимо использовать только двухполупериодный выходной выпрямитель.В случае, если трансформатор должен понижать напряжение, рекомендуется использовать схему нулевой точки. Для выполнения такой схемы нужно иметь две абсолютно одинаковые вторичные обмотки ... Сделать их можно самостоятельно.
Следует учитывать, что выпрямитель на диодном мосту для этой цели не подходит. Это связано с тем, что во время передачи будет потеряно значительное количество энергии, а значение напряжения будет минимальным (менее 12 В). Но если сделать выпрямитель из специальных импульсных диодов, то стоимость такого устройства будет намного дороже.
После сборки БП нужно проверить его работу на максимальной мощности. Это необходимо для того, чтобы измерить температуру нагрева трансформатора и транзистора, значения которых не должны превышать 65 и 40 градусов соответственно. Чтобы избежать перегрева этих элементов, достаточно увеличить сечение обмоточного провода. Также часто помогает изменить мощность магнитопровода в большую сторону (учитывается ЭПР).В том случае, если дроссель был взят от балластного светодиодного фонаря, увеличить сечение не получится. Единственный вариант - контролировать нагрузку на устройство.
Шу соединение
rupovert
Для установки импульсного блока питания в отвертку потребуется разобрать электроинструмент ... Как правило, его внешняя часть состоит из двух элементов. Следующим шагом будет поиск тех проводов, которыми двигатель соединен с аккумулятором. Именно их нужно подключить к источнику питания (самоделке) с помощью термоусаживаемой трубки.Также можно припаять провода. Крутить их категорически не рекомендуется.
Для вывода кабеля необходимо проделать отверстие в корпусе отвертки. Также рекомендуется установить предохранитель для защиты провода от повреждений в основании. Для этого можно сделать специальный зажим из тонкой алюминиевой проволоки.
Таким образом, переделка схемы балласта в импульсный блок поможет заменить поврежденный аккумулятор в отвертке. К тому же, если при изготовлении учесть все нюансы из области экономики, то можно утверждать, что делать ИБП своими руками выгодно.
Как за час сделать импульсный блок питания от перегоревшей лампочки?
В данной статье вы найдете подробное описание процесса изготовления импульсных источников питания различной мощности на основе электронного балласта компактной люминесцентной лампы.
Импульсный блок питания мощностью 5… 20 Вт можно изготовить менее чем за час. На изготовление 100-ваттного блока питания потребуется несколько часов. https: // site /
Изготовить блок питания не будет намного сложнее, чем прочитать эту статью.И наверняка это будет проще, чем найти низкочастотный трансформатор подходящей мощности и перемотать его вторичные обмотки под свои нужды.
Самые интересные ролики на Youtube
Введение.
В настоящее время широко используются компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Чтобы уменьшить размер балластного дросселя, они используют схему высокочастотного преобразователя напряжения, что позволяет значительно уменьшить размер дросселя.
В случае выхода из строя ЭПРА его легко отремонтировать.Но, когда выходит из строя сама лампочка, ее обычно выбрасывают.
Однако ЭПРА такой лампочки - это практически готовый импульсный блок питания (БП). Единственное отличие схемы электронного балласта от реального импульсного источника питания - это отсутствие развязывающего трансформатора и выпрямителя при необходимости.
В то же время современные радиолюбители испытывают большие трудности с поиском силовых трансформаторов для питания своих самодельных изделий.Даже если трансформатор найден, его перемотка требует использования большого количества медного провода, а массогабаритные параметры изделий, собранных на базе силовых трансформаторов, не радуют. Но в подавляющем большинстве случаев силовой трансформатор можно заменить на импульсный источник питания. Если для этих целей использовать балласт от неисправных КЛЛ, то экономия будет значительной, особенно если речь идет о трансформаторах мощностью 100 Вт и более.
Отличие схемы КЛЛ от импульсного блока питания.
Это одна из самых распространенных электрических схем для энергосберегающих ламп. Чтобы преобразовать схему КЛЛ в импульсный источник питания, достаточно установить всего одну перемычку между точками A - A ' и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем. Элементы, которые можно удалить, отмечены красным.
А это уже законченная схема импульсного блока питания, собранная на базе КЛЛ с использованием дополнительного импульсного трансформатора.
Для простоты люминесцентная лампа и некоторые детали были удалены и заменены перемычкой.
Как видите, схема КЛЛ не требует серьезных изменений. Дополнительные элементы, внесенные в схему, отмечены красным.
Какой блок питания можно сделать из КЛЛ?
Мощность источника питания ограничена общей мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и размером охлаждающего радиатора, если он используется.
Небольшой источник питания может быть построен путем намотки вторичной обмотки непосредственно на раму существующего дросселя.
Если дроссельное окно не позволяет намотать вторичную обмотку или вам нужно построить блок питания с мощностью, значительно превышающей мощность КЛЛ, то вам понадобится дополнительный импульсный трансформатор.
Если вам нужно получить блок питания мощностью более 100 Вт, а балласт используется от лампы на 20-30 Вт, то, скорее всего, придется внести небольшие изменения в схему электронного балласта.
В частности, может потребоваться установка более мощных диодов VD1-VD4 во входной мостовой выпрямитель и перемотка входного дросселя L0 более толстым проводом.Если текущий коэффициент усиления транзисторов недостаточен, то придется увеличить ток базы транзисторов за счет уменьшения номиналов резисторов R5, R6. Кроме того, придется увеличить мощность резисторов в цепях базы и эмиттера.
Если частота генерации не очень высока, то может потребоваться увеличить емкость блокирующих конденсаторов C4, C6.
Импульсный трансформатор для питания.
Особенностью самовозбуждающихся импульсных полумостовых источников питания является возможность адаптации к параметрам применяемого трансформатора.А тот факт, что петля обратной связи не пройдет через наш самодельный трансформатор, еще больше упрощает задачу расчета трансформатора и настройки блока. Блоки питания, собранные по этим схемам, прощают ошибки в расчетах до 150% и выше. Проверено на практике.
Емкость входного фильтра и пульсации напряжения.
Во входных фильтрах ЭПРА из-за экономии места используются конденсаторы небольшой емкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Гц.
Чтобы снизить уровень пульсаций напряжения на выходе БП, нужно увеличить емкость входного фильтра. Желательно, чтобы на каждый ватт блока питания приходилось около одной микрофарады. Увеличение емкости C0 повлечет за собой увеличение пикового тока, протекающего через диоды выпрямителя в момент включения источника питания. Чтобы ограничить этот ток, нужен резистор R0. Но мощность оригинального резистора КЛЛ мала для таких токов и его следует заменить на более мощный.
Если необходимо построить компактный блок питания, то можно использовать электролитические конденсаторы, применяемые в лампах-вспышках из пленочных «мыльниц». Например, одноразовые камеры Kodak имеют немаркированные миниатюрные конденсаторы, но их емкость достигает 100 мкФ при 350 вольт.
Блок питания мощностью 20 Вт.
Блок питания с мощностью, близкой к исходной КЛЛ, можно собрать даже без намотки отдельного трансформатора.Если у оригинального дросселя достаточно свободного места в окошке магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшой усилитель мощности.
На снимке видно, что на имеющуюся обмотку был намотан один слой изолированного провода. Я использовал провод МГТФ (многожильный провод с фторопластовой изоляцией). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самого меди будет небольшим.
Если требуется больше мощности, можно использовать обычный обмоточный провод, покрытый медным лаком.
Внимание! Исходная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке обязательно позаботьтесь о надежной межобмоточной изоляции, особенно если вторичная обмотка намотана обычным лакированным обмоточным проводом. Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной пленкой, потребуется дополнительная бумажная прокладка!
Как видите, обмотка дросселя покрыта синтетической пленкой, хотя часто обмотка этих дросселей ничем не защищена.
Намотаем на пленку два слоя электрокартона толщиной 0,05 мм или один слой толщиной 0,1 мм. Если электрокартона нет, используем любую бумагу подходящей толщины.
Намотаем вторичную обмотку будущего трансформатора поверх изоляционной прокладки. Сечение провода следует выбирать максимально большим. Количество витков подбирается экспериментально, так как их будет немного.
Таким образом, мне удалось получить мощность на нагрузке 20 Вт при температуре трансформатора 60ºC, а транзисторов - 42ºC.Получить еще большую мощность при разумной температуре трансформатора не позволяла слишком малая площадь окна магнитопровода и полученное сечение провода.
На рисунке показана текущая модель блока питания.
Мощность, подаваемая на нагрузку, составляет 20 Вт. Частота автоколебаний без нагрузки - 26 кГц. Частота автоколебаний при максимальной нагрузке - 32 кГц Температура трансформатора - 60 ° C Температура транзистора - 42 ° C
Для увеличения мощности блока питания пришлось намотать импульсный трансформатор ТВ2.Кроме того, я увеличил емкость фильтра сетевого напряжения C0 до 100 мкФ.
Так как КПД блока питания далеко не 100%, пришлось прикрутить к транзисторам некоторые радиаторы.
Ведь если КПД агрегата будет хоть 90%, все равно придется рассеивать 10 ватт мощности.
Мне не повезло, в моем балласте на транзисторах 13003 поз. Установлена 1 такая конструкция, которая, по всей видимости, рассчитана на крепление к радиатору с помощью фигурных пружин.Эти транзисторы в прокладках не нуждаются, так как не оснащены металлической площадкой, но тепло отдают гораздо хуже. Заменил их на транзисторы 13007 поз. 2 с отверстиями, чтобы их можно было прикрутить к радиаторам обычными шурупами. К тому же у 13007 максимально допустимые токи в несколько раз выше.
При желании можно смело навинтить оба транзистора на один радиатор. Проверил работает.
Только
, корпуса обоих транзисторов должны быть изолированы от корпуса радиатора, даже если радиатор находится внутри корпуса электронного устройства.
Удобно крепить винтами М2,5, на которые предварительно необходимо надеть изолирующие шайбы и отрезки изоляционной трубки (батиста). Допускается использование теплопроводной пасты КПТ-8, так как она не проводит ток.
Внимание! Транзисторы находятся под сетевым напряжением, поэтому изоляционные прокладки должны обеспечивать условия электробезопасности!
На чертеже показано соединение транзистора с радиатором охлаждения в разрезе.
- Винт M2,5.
- Шайба М2.5.
- Шайба изоляционная М2,5 - стеклопластик, текстолит, гетинакс.
- Корпус транзистора.
- Прокладка представляет собой отрезок трубки (батист).
- Прокладка - слюда, керамика, фторопласт и др.
- Радиатор охлаждения.
А это рабочий импульсный блок питания на 100 ватт.
Резисторы фиктивной нагрузки погружены в воду из-за недостаточной мощности.
Мощность, выделяемая на нагрузку, составляет 100 Вт.
Частота автоколебаний при максимальной нагрузке - 90 кГц.
Частота автоколебаний без нагрузки - 28,5 кГц.
Температура транзисторов 75ºC.
Площадь радиаторов каждого транзистора составляет 27 см².
Температура дросселя TV1 - 45ºС.
TV2 - 2000НМ (Ø28 x Ø16 x 9 мм)
Выход из строя аккумулятора аккумуляторного шуруповерта или другого электроинструмента - неприятное событие, особенно если учесть, что стоимость замены этого элемента соизмерима с ценой нового устройства.Но, может быть, удастся избежать незапланированных расходов? Это вполне возможно, если заменить аккумулятор на простой самодельный блок питания энергосберегающего импульсного типа, с помощью которого инструмент можно заряжать от сети. А компоненты для него можно найти в доступном и повсеместном продукте - this.
Источник балласта для энергосберегающих ламп
ИБП из люминесцентной лампы своими руками
В большинстве случаев при сборке ИБП электронный дроссель EPRA следует лишь немного изменить (при двухтранзисторной схеме) с помощью перемычки, а затем подключить к импульсному трансформатору и выпрямителю.Некоторые компоненты просто убираются за ненадобностью.
Самодельный блок питания
Для слабых блоков питания (от 3,7 В до 20 Вт) можно обойтись без трансформатора. Достаточно будет добавить в магнитопровод дросселя имеющегося в балласте лампы несколько витков провода, если, конечно, для этого есть место. Новую намотку можно делать прямо поверх существующей.
Для этого отлично подойдет провод МГТФ с фторопластовой изоляцией. Обычно требуется небольшой провод, при этом почти весь просвет магнитопровода занят изоляцией, что определяет малую мощность таких устройств.Для его увеличения понадобится импульсный трансформатор.
Импульсный трансформатор
Особенностью описываемого варианта ИБП является возможность адаптации в той или иной степени под параметры трансформатора, а также отсутствие цепи обратной связи, проходящей через этот элемент. Такая схема подключения позволяет обойтись без особо точного расчета трансформатора.
Как показала практика, даже при грубых ошибках (допускались отклонения более 140%) ИБП можно было дать вторую жизнь и он оказался работоспособным.
Трансформатор изготовлен на основе того же дросселя, на который намотана вторичная обмотка из обмоточного лакированного медного провода. В этом случае важно обратить особое внимание на межобмоточную изоляцию из бумажной прокладки, так как «родная» обмотка дросселя будет работать под напряжением сети.
Даже если он покрыт синтетической защитной пленкой, все равно необходимо намотать несколько слоев электрокартона или хотя бы обычной бумаги общей толщиной 100 мкм (0.1 мм), а поверх бумаги можно уложить лакированный провод новой обмотки.
Диаметр проволоки должен быть как можно большим. Во вторичной обмотке будет не много витков, поэтому их оптимальное количество можно подобрать опытным путем.
Используя указанные материалы и технологию, вы можете получить блок питания мощностью 20 и чуть больше ватт. В данном случае его значение ограничено площадью окна магнитопровода и, соответственно, максимальным диаметром провода, который можно там разместить.
Выпрямитель
Чтобы избежать насыщения магнитной цепи, в ИБП используются только двухполупериодные выходные выпрямители. В том случае, если импульсный трансформатор срабатывает на понижение напряжения, наиболее экономична схема с нулевой точкой, но для ее реализации необходимо будет сделать две полностью симметричные вторичные обмотки. При ручной намотке его можно намотать двумя проводами.
Стандартный диодный мостовой выпрямитель из обычных кремниевых диодов не подходит для импульсного ИБП, так как из 100 Вт передаваемой мощности (при 5 В) он потеряет около 32 Вт и более.Собрать выпрямитель на мощных импульсных диодах будет слишком дорого.
Настройка ИБП
После сборки ИБП его необходимо подключить к максимальной нагрузке и проверить, насколько горячие транзисторы и трансформатор. Предел для трансформатора 60 - 65 градусов, для транзисторов - 40 градусов. При перегреве трансформатора увеличивается сечение провода или общая мощность магнитопровода, либо оба действия выполняются вместе. Если трансформатор сделать из дросселя балластного лампы, то, скорее всего, увеличить сечение провода не получится и придется ограничивать подключаемую нагрузку.
Как сделать светодиодный БП повышенной мощности
Иногда штатной мощности электронного балласта лампы не хватает. Представьте себе ситуацию: у вас есть 23 Вт, и вам нужно получить блок питания для зарядного устройства с параметрами 12В / 8А.
Для реализации задуманного вам потребуется компьютерный блок питания, который по какой-либо причине оказался невостребованным. Силовой трансформатор следует убрать из этого блока вместе со схемой R4C8, выполняющей функцию защиты силовых транзисторов от перенапряжения.Силовой трансформатор следует подключать к электронному балласту вместо дросселя.
Экспериментально установлено, что данного типа ИБП может выдерживать мощность до 45Вт при небольшом перегреве транзисторов (до 50 градусов).
Во избежание перегрева необходимо в базы транзисторов установить трансформатор с увеличенным сечением сердечника, а сами транзисторы установить на радиатор.
Возможные ошибки
Как уже было сказано, включение в схему обычного низкочастотного диодного моста в качестве выходного выпрямителя нецелесообразно, а при повышенной мощности ИБП в этом тем более нет необходимости.
Также бессмысленно пытаться намотать базовые обмотки непосредственно на силовой трансформатор ради упрощения схемы. При отсутствии нагрузки возникнут значительные потери из-за того, что максимальный ток будет течь в базы транзисторов.
Применяемый трансформатор с увеличением тока нагрузки также увеличивает ток в базах транзисторов. Практика показывает, что при достижении мощности нагрузки 75 Вт в магнитопроводе трансформатора наступает насыщение.Это приводит к ухудшению характеристик транзисторов и их перегреву.
Чтобы этого избежать, можно намотать трансформатор тока самостоятельно, удвоив сечение сердечника или сложив два кольца вместе. Вы также можете удвоить диаметр проволоки.
Есть способ избавиться от базового трансформатора, выполняющего промежуточную функцию. Для этого трансформатор тока через силовой резистор подключен к отдельной обмотке силового нагревателя, реализуя цепь обратной связи по напряжению.Недостатком этого варианта является то, что трансформатор тока постоянно работает в режиме насыщения.
Не подключайте трансформатор параллельно дросселю балластного преобразователя. Из-за уменьшения общей индуктивности частота блока питания будет увеличиваться. Такое явление приведет к увеличению потерь в трансформаторе и перегреву транзисторов выходного выпрямителя.
Следует учитывать повышенную чувствительность диодов Шоттки к превышению обратного напряжения и тока.Попытка установить, скажем, 5-вольтовый диод в 12-вольтовую цепь может привести к повреждению элемента.
Не пытайтесь заменить транзисторы и диоды на отечественные, например КТ812А и КД213. Это однозначно снизит производительность устройства.
Как подключить ИБП к отвертке
Электроинструмент необходимо разобрать, открутив все винты. Обычно корпус отвертки состоит из двух половинок. Далее следует найти провода, соединяющие двигатель с аккумулятором.Подключить эти провода к выходу ИБП можно при помощи пайки или термоусадочной трубки, скрученный вариант нежелателен.
Для ввода провода от источника питания необходимо проделать отверстие в корпусе инструмента. Важно предусмотреть меры, чтобы провод не вырывался из-за неосторожных движений или случайных рывков. Самый простой вариант - обжать провод внутри корпуса у самого отверстия зажимом из сложенного пополам короткого отрезка мягкой проволоки (подойдет алюминий). Имея размеры, превышающие диаметр отверстия, зажим предотвратит отрыв и выпадение проволоки из корпуса в случае рывка.
Как видите, энергосберегающая лампочка даже по истечении срока годности может принести своему владельцу немалую пользу. Собранный на его основе ИБП может успешно использоваться в качестве источника энергии для аккумуляторного электроинструмента или зарядного устройства.
Видео
Это видео расскажет, как собрать блок питания (БП) из энергосберегающих ламп.