Таблица 3.6. Параметры емкостного ПРА с полупроводниковым стабилизатором тока

По остальным параметрам погрешности были меньше. Из табл. 3.6 видно, что схема емкостного ПРА с полупроводниковым стабилизатором тока обладает низким КПД. Вторым недостатком схемы являются большие пульсации светового потока ламп (для люминесцентной лампы типа ЛБ20 значение коэффициента пульсации достигало 29%).

Как показали расчеты, резистивно-емкостные схемы с линейными резисторами, схемы с полупроводниковыми стабилизаторами тока и емкостные схемы с полупроводниковыми стабилизаторами тока для люминесцентных ламп мощностью 40 и 65 Вт обладают еще более низкими технико-экономическими показателями и поэтому здесь не приводятся.

В полупроводниковых емкостных ПРА стабилизация средних за период параметров 4, 4,cp, и т. д. осуществляется в основном балластным конденсатором С. Балластный конденсатор осуществляет статическую стабилизацию режима лампы. В то же время полупроводниковый стабилизатор тока служит для улучшения формы тока лампы и таким образом осуществляет динамическую стабилизацию режима. Разделение функций статической и динамической стабилизации является весьма полезным, так как позволяет уменьшить мощность устройств для динамической стабилизации и даже создать принцитшально новые схемы включения.

На рис. 3.31 приведена схема емкостного ПРА с полупроводниковым стабилизатором тока лампы. В этой схеме при малых токах весь ток конденсатора проходит через лампу. При

У. а

Рис. 3.31. Схема емкостного ПРА с параллельным полупроводниковым стабилизатором тока

\1Ъг

Рис. 3.32. Характеристика параллельного полупроводникового стабилизатора тока

увеличении тока сверх допустимого часть тока конденсатора ответвляется в параллельную ветвь. Характеристика стабилизатора дана на рис. 3.32.

Для схемы рис. 3.31 напряжение на конденсаторе имеет вид

мс = У2п8ш(0 + ф)-мл(6) при mj,i = mj,2 = 0, (3.89)

где фазовый угол ф учитывает сдвиг питающего напряжения относительно момента перезажигания. В момент времени 9 = 0 u=U(.Q и напряжение на лампе

мл=С/; = У2С/ 8шф-С/со. (3.90)

Ток конденсатора (ток, потребляемый от источника питания)

4 = юС =V2 [/ юС cos (9 + ф) - юС

(3.91)

Уравнение (3.91) свидетельствует о том, что принятая нами трапецеидальная аппроксимация с выбросом в момент перезажигания (рис. 2.5) непригодна для расчета схем с емкостным балластом. Действительно, в соответствии с этой аппроксима-. цией сразу после зажигания лампы напряжение на ней скачком снижается до UyKlJ. В соответствии с (3.91) это должно вызвать импульс тока бесконечно большой амплитуды. На практике в емкостных балластах наблюдается импульс тока, однако его амплитуда лишь в 2 - 3 раза превосходит средний ток. Поэтому в схемах с емкостным балластом необходимо учитывать, что снижение напряжения на лампе происходит за конечное время О -Oj (рис. 3.33). При алгебраической аппрокси-

Рис. 3.33. Формы напряжения и тока лампы при работе с емкостным ПРА с параллельным стабилизатором тока

мации аппроксимирующее выражение приходится довольно часто уточнять, так как подобрать единое алгебраическое выражение для широкого класса схем не удается. Погасание лампы происходит в момент

гл (82) = л/2 U (dCcos (82 + ф) - юС% = 0. (3.92)

За время горения лампы в интервале 8 - 82 происходит изменение напряжения на конденсаторе А С/с- установившемся режиме

AUc = 2\Uco\=

LdQ.

(3.93)

Условия (3.98) и (3.93) полностью определяют установившийся режим работы лампы, и ток лампы может быть найден из равенства

Теоретическое и экспериментальное исследования полулро-водникового ПРА с параллельным стабилизатором [3.14] показало, что погрешности расчетов не превосходят 8% и прежде всего связаны с низкой точностью алгебраической аппроксимации напряжения на лампе. Схема с параллельным стабилизатором тока обладает несколько лучшими технико-экономическими параметрами, однако и в ней пульсации светового потока находятся на уровне 38%. Для снижения пульсаций и повышения технико-экономических показателей емкостных полупроводниковых ПРА целесообразно применять 74

9А о8 <?С Т. Тп Тп h

А t ll

Рис. 3.34. Схема трехфазного емкостного ПРА с полупроводниковым стабилизатором тока

двух- и трехфазное питание [3.15]. Наилучшие результаты достигаются при трехфазном питании.

На рис. 3.34 приведена электрическая схема трехфазного емкостного ПРА с полупроводниковым стабилизатором тока [3.16]. В таком ПРА трехфазный мостовой выпрямитель создает постоянное выпрямленное напряжение U. Для статической стабилизации режима разрядной лампы в фазные провода включены балластные конденсаторы С, Сд и С- Выпрямленное напряжение через мостовой коммутатор К подается на разрядную лампу, включенную последовательно с полупроводниковым стабилизатором тока С, который осуществляет динамическую стабилизацию тока лампы. Идеализированная форма напряжения и тока лампы Мд и 4 и напряжений щ показана на рис. 3.35. Через лампу протекает ток почти прямоугольной формы, некоторое снижение тока происходит лишь в момент коммутации, и при применении быстродействующего коммутатора эффект снижения тока в момент коммутации можно не учитывать.

Питание лампы током прямоугольной формы обеспечивает следующее:

1) малые пульсации светового потока лампы, так как в лампе поддерживается стационарный режим разряда;

2) напряжение на лампе в течение всего периода горения остается постоянным;

3) напряжение перезажигания f/j f/r,cp, так как в течение короткого времени коммутации в лампе не успевает произойти заметная деионизация столба разряда. Это особенно важно для ламп типа ДРИ, у которых в период разгорания в индуктивных

-so JO fl ш.граЭ

Рис. 3.35. Форма напряжений (cor), Рис. 3.36. Основные зависимости трех-

3 (со/) и тока лампы г (со/) трех- фазного емкостно-полупроводниково-

фазного емкостно-полупроводниково- го ПРА:

го ПРА 1-U. JU; 2~-U, IU. , ; 3-IJ(UmC)

ПРА напряжение перезажигания может в несколько раз превосходить напряжение горения;

4) подача на цепь лампа-стабилизатор напряжения почти прямоугольной формы позволяет существенно снизить напряжение С/з (1,1-г-1,2){/д и тем самым уменьшить потери мощности в полупроводниковом стабилизаторе тока.

Сравнительная характеристика трехфазного емкостного ПРА с полупроводниковым стабилизатором тока приведена в табл. 3.7. Трехфазный аппарат обладает более высоким КПД и обеспечивает существенное снижение пульсаций светового потока по сравнению с распространенным индуктивным ПРА. В трехфазной схеме стабилизатор тока поддерживает практически постоянным ток через лампу, поэтому ток выпрямителя также может быть принят постоянным: 4 = const.

Расчет трехфазной схемы проводился при допущении, что коммутатор и диоды являются идеальными и время коммутации значительно меньше периода сетевого напряжения. Ток выпрямителя принимался равным току лампы /3 = 4 = const. Для

Таблица 3.7. Сравнительная характеристика трехфазного ПРА с полупроводниковым стабилизатором тока

Параметр, ед. изм.

Тип лампы

Мощность лампы Р Вт Ток лампы / , А Амплитуда тока лампы Потребляемая мощйость Р , КПД ПРА, % Коэффициент пульсации АГ ,

А Вт

Трехфазный ПРА

ДРЛ 125 125 1,13 1,22 135 93 9

Индуктивный ПРА

ДРЛ 125 125 1,25 2,00 143 87 63

этих допущений и при симметричном трехфазном напряжении U =Ub=Uc=U(U - фазное напряжение) получены основные соотношения для такой схемы (рис. 3.34):

4/(С/фЮСф)= -1,01 sin ф + 0,585 cos ф;

тш/= 1,06 sin ф-f 1,84 cos ф; U u.JU=\,225 sin ф-f 2,12 cos ф; С/сф. =1,05ашСф),

(3.94)

где ф - угол, соответствующий переходу диода в открытое состояние относительно нуля напряжения в соответствующей фазе; Ucmax-амплитуда напряжения на фазном конденсаторе Сф.

На рис. 3.36 приведены зависимости основных параметров трехфазной схемы, рассчитанные по (3.94).

Учет конечного времени коммутации показывает, что во время коммутации несколько снижается ток лампы, что приводит к увеличению пульсации светового потока и выпрямленного напряжения Подавление этих добавочных пульсаций может быть достигнуто некоторым уменьшением емкости соответствующего фазного конденсатора Сф,-. Емкость в этом случае можно рассчитать по (3.94) с соответствующим изменением значения тока лампы.

На рис. 3.37 представлен направленный граф относительных приращений параметров трехфазного ПРА с полупроводниковым стабилизатором тока, выполненного по схеме, приведенной на рис. 3.34. Частные коэффициенты чувствительности X найдены гю (3.94):

X = - 0-85-1,01 tgcp 1 .

l,OH-0,585tg(p ф

. 0,585-1,01 tgф 1 . Ц)НД5851 ф

t.-i-i 1,74+tgф

-1,74ф.

(3.95)

При конструировании схемы трехфазного ПРА с учетом минимальных пульсаций светового потока при всех допустимых колебаниях параметров должно сохраняться неравенство

(3.96) 77

f/b.. >(l,031,05)[/