Рис. 5.8. Конструкции витых магнитопроводов: а -П-образный; б-Ш-образный-

Фирма SCHWABE, например, с целью снизить расход электротехнической стали предлагает отдельно штамповать М-и Т-образные пластины. На пакет Т-образных пластин надевается обмотка, затем пакет М-образных пластин сгибают до сочленения с Т-образными пластинами. Регулировка воздушного зазора осуществляется деформируемой прокладкой. Магнитопровод с обмоткой скрепляется пластиной за выступы. Фирма Matsushita выпускает ПРА, магнитопровод которых отличается тем, что пластины ярма имеют Ш-образную форму с укороченной средней частью, а замыкатель сохраняет Т-образную форму. Такая конструкция дает возможность разместить воздушный зазор внутри катушки и тем самым снизить вибрацию. Фирма АСЕК выпускает аппараты на Ш-образйом магнитопроводе с торцевым замыкателем. Такие ПРА являются наиболее технологичными из аппаратов на замкнутом магнитопроводе. Технология вырубки пластин позволет за два удара пресса отштамповать две Ш-образные и две С-образные пластины.

Наряду с магнитопроводами, набранными из отдельных штампованных пластин электротехнической стали, в 70-е годы стали применяться витые магнитопроводы (рис. 5.8, а, б). Витые магнитопроводы позволяют при серийном выпуске осуществить комплексную автоматизацию производства ПРА. Однако себестоимость таких магнитопроводов пока остается большой из-за дополнительных технологических операций, связанных с резкой и шлифовкой. Витые магнитопроводы по существу являются модификацией П- и Ш-образных систем, и потому их расчет базируется на этих конструкциях.

В последние годы в области разработки новых конструкций электромагнитных ПРА для ламп люминесцентных коренных изменений не произошло, продолжалось совершенствование магнитопровода броневого типа с удлиненной катушкой,

изменялась конструкция внутреннего магнитопровода, способ заливки, состав компаунда и др. В ряде стран имеется тенденция к возврату к конструкции ПРА с разомкнутым магнитопроводом и удлиненным тонким пакетом.

За рубежом [5.3] получает развитие разработка и выпуск ПРА для энергоэкономичных люминесцентных ламп. Фирма AG, ФРГ, для ламп мощностью 15-65 Вт выпустила дроссели сечением 26 х 28 мм. Эта же фирма производит три серии компактных дросселей девяти типоразмеров для ламп мощностью 4, 5, 8 и 13 Вт с диаметром колбы 16 мм, для U-образных ламп мощностью 5, 7, 9 и 11 Вт, для W-образных ламп мощностью И, 13, 18 и 26 Вт с диаметром колбы 12,5 мм со встроенным стартером и для прямых трубчатых ламп с диаметром колбы 26 мм.

Фирма Universal Manufacturing Corp., США, выпустила новый дроссель с уменьшенными на 30% массой и размерами для люминесцентных ламп мощностью 32 или 40 Вт при включении в сеть 120 В, 60 Гц.

Фирмы Knobel и May and Christe, Швейцария, производят усовершенствованные модификации ПРА для компактных люминесцентных ламп (поперечное сечение ПРА 25 х 24 и 42 х 28 мм).

Несмотря на непрерывное совершенствование конструкций электромагнитных ПРА, они остаются достаточно материало-емкими.

Кроме дросселя в бесстартерных ПРА применяются накаль-ные трансформаторы (для предварительного подогрева электродов люминесцентных ламп), магнитная система которых выполняется в основном на Ш-образном магнитопроводе, д также трансформаторы и автотрансформаторы с магнитным рассеянием, используемые в тех случаях, когда напряжение зажигания превышает напряжение источника питания.

Использование в качестве ПРА трансформатора с рассеянием позволяет совместить в одном аппарате функции балласта и пускового устройства, повышающего напряжение холостого хода ПРА, что позволяет снизить его массу, габаритные размеры и получить достаточно экономичные и надежные аппараты. В трансформаторах и автотрансформаторах с рассеянием магнитную связь между обмотками ослабляют путем раздельного размещения первичной и вторичной обмоток на стержнях магнитопровода и магнитного шунта, расположенного между обмотками. Магнитный ноток, замыкающийся через магнитный шунт, можно регулировать изменением воздушного зазора между основным стержнем магнитопровода и магнитным шунтом или изменением сечения магнитного шунта. Магнитные системы трансформатора с магнитным шунтом броневой (Ш) и стержневой (П2) конструкций показаны на рис. 5.9 и 5.10. В трансформаторе с Ш-образным магнитопро-

Рис. 5.9. Магнитная система трансформатора с рассеянием стержневой конструкции

Рис. 5.10. Магнитная система трансформатора с рассеянием броневого типа

ВОДОМ обе катушки 2 и 4 располагаются на центральном стержне 1, а между ними находится магнитный шунт 3; а в стержневом трансформаторе катушки 2 и 4 находятся на боковых стержнях 1, между которыми расположен магнитный шунт 3. В пусковом режиме (при негорящей лампе) ток холостого хода первичной обмотки 1 создает основной магнитный поток Ф, который замыкается по магнитопрово-ду, практически не попадая в магнитный шунт, имеющий большое магнитное сопротивление из-за наличия воздушного зазора. После зажигания лампы во вторичной обмотке появляется ток /j, который создает магнитный поток Ф2, противодействующий основному магнитному потоку Ф. Вследствие этого часть основного магнитного потока Ф1 замыкается через шунт и поэтому напряжение на вторичной обмотке трансформатора уменьшается, а ток лампы стабилизируется. Таким образом, в одном ПРА сочетаются функции повышающего трансформатора и балластного устройства.

В настоящее время для изготовления магнитопроводов балластных дросселей и трансформаторов, используемых в цепях с разрядными лампами, применяют электротехническую сталь. Электротехнические стали легируют кремнием (содержание кремния от 0,5 до 5%). Чем больше кремния в стали, тем больше ее удельное сопротивление, тем меньше в ней потери на вихревые токи. Кремний благоприятно сказывается на магнитных свойствах стали, он вытесняет вредно действующий на свойства стали углерод, но ухудшает механические свойства стали. При значительном содержании кремния (более 4,5%) сталь делается хрупкой, твердойи труднообрабатываемой. Кроме того, увеличенное содержание кремния снижает магнитную индукцию насыщения стали, по

Электротехническая тонколистовая сталь изготавливается в виде рулонов, листов и резаной ленты толщиной 0,28; 0,30; 0,35; 0,50 и 0,65 мм. Обозначение марки стали согласно ГОСТ 21427.0-75 складывается из четырех цифр, которые означают следующее: первая -класс по структурному состоянию и виду прокатки (1-горячекатаная изотропная; 2 - холоднокатаная изотропная; 3 - холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой); вторая-содержание кремния, % (О-до 0,4; 1-свыше 0,4 до 0,8; 2 - свыше 0,8 до 1,8; 3-свыше 1,8 до 2,8; 4-свыше 2,8 до 3,8; 5 - свыше 3,8 до 4,8); третья-группу по основной нормируемой характеристике (О-удельные потери при В =\,1 Тл и /=50 Гц; 1-то же при 5 =1,5Тл и /=50 Гц; 2 - то же при 5 =1,0Тл и /=50 Гц; 6-5 при Я = 0,4 А/м; 7 -i? при Я = 10 А/м); четвертая - порядковый номер типа стали.

Первые три цифры в обозначении марки означают тип стали. Например, сталь марки 3413-холоднокатаная анизотропная сталь с ребровой текстурой, содержанием кремния 2,8-3,8%, с нормированием удельных потерь при 5 =1,5Тл и частоте /=50 Гц, тип стали 3.

Для изготовления ПРА с пластинчатой конструкцией магнитопровода может быть использована горячекатаная или холоднокатаная электротехнические стали. Магнитные свойства этих сталей существенно различны, что приводит к определенным технологическим особенностям производства ПРА. Холоднокатаная сталь по сравнению с горячекатаной имеет меньшие удельные потери мощности, большую магнитную проницаемость и меньшую хрупкость, поэтому ее использование предпочтительнее. Необходимо также учитывать, что у холоднокатаной стали удельные потери меньше и магнитные свойства лучше вдоль проката, чем поперек [5.4]. Поэтому при раскрое пластин из холоднокатаной стали нужно следить за тем, чтобы направление магнитного потока в магнитопроводе ПРА совпадало с направлением проката листа. Горячекатаные стали применяют сравнительно редко и только на повышенной частоте, так как в них по условиям нагрева магнитопровода приходится снижать магнитную индукцию до значений 0,5-0,8 Тл.

Использование порошков из магнитомягких материалов (например, марок ПЖРК и ПЖ1К) для прессования магнитопроводов позволяет снизить трудоемкость их изготовления и получить такие конструктивные формы дросселей, которые невозможно выполнить из листовой электротехнической стали. Однако большие удельные потери в таких магнитопроводах (10 Вт/кг при 5 =0,8 Тл и частоте 50 Гц) наряду с большими размерами поперечного сечения дросселей не позволили внедрить их в промышленное производство.

5.2. ДИНАМИКА КОНСТРУКТИВНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРА

Конструктивные и экономические показатели балласта зависят от целого ряда параметров. Прежде всего это электрические. величины: напряжение на дросселе С/др, ток лампы (дросселя) /, частота питающего напряжения /, коэффициент формы напряжения на дросселе Аф. При.работе дросселя в нем теряется электрическая мощность Рдр и повышается температура обмот-

ки, что вызывает превышение ее температуры в рабочем режиме АГраб- Уровень допустимых потерь в дросселе Рдр.доп, обеспечивающий приемлемые экономические показатели дросселя, и уровень превышения температуры в рабочем режиме АГраб, определяющий его фок службы, также существенно влияют на параметры балласта.

При работе лампы в аномальном режиме (см. § 3.5) может возрастать ее ток и, следовательно, ток и напряжение на дросселе. Во всех аномальных режимах работы лампы дроссель должен сохранять ограниченную работоспособность, которая определяется стандартом и рекомендациями МЭК. Для того чтобы не проверять все аномальные режимы, обычно из них выбирается тот режим, который приводит к наибольшему превышению температуры обмотки ПРА. Такой режим принято называть аварийным, и уровень превышения температуры в этом режиме АГав существенно выше уровня превышения температуры в рабочем режиме ДГрб.

Аварийный режим принято характеризовать кратностью аварийного тока KiIjI, кратностью аварийного напряжения АГ[/ав-С/др,ав/fap И ДОПУСТИМЫМ уровнсм превышения температуры в аварийном режиме АГв. Все эти параметры также -влияют на характеристики дросселя.

Для того чтобы дроссель соответствовал заданным электрическим характеристикам (С/др, /, /), имел потери и превышение температуры обмотки в допустимых пределах, необходимо, чтобы амплитуда магнитной индукции дросселя 5 и плотность тока обмотки дросселя J были ограничены и не превосходили некоторых предельных значений. Вместе с тем при оптимизации параметров дросселя (уменьшении его массы, расхода активных материалов и др.) желательно увеличение амплитуды магнитной индукции В и плотности тока J. Поэтому в практике расчетов необходимо выбирать наибольшие допустимые значения амплитуды магнитной индукции и плотности Гока J. Для учета раздельного влияния экономических характеристик магнитопровода и обмотки целесообразно ввести параметр минимизации X, который в общем случае зависит от соотношения коэффициентов заполнений, плотности и стоимости стали магнитопровода и провода обмотки и может изменяться в широких пределах от 0,2 до 3,0 в зависимости от назначения дросселя (минимальной массы, объема, стоимости активных материалов и др.). Влияние каждого отдельного параметра на характеристики дросселя, а тем более изменение нескольких параметров приводит к сложным и непредсказуемым изменениям характеристик дросселя.

Исследования, проведенные на примере балласта к люминесцентной лампе мощностью 80 Вт, показали, что при увеличении параметра минимизации X изменяются геометрические размеры

3- 0,9- 0,3

- 0,1- 0,2

- 0, 0,1

0,3 0,3 1,5 x

Рис. 5.11. Зависимости J, 0 б, G от параметра минимизации X

3,5 2,5

1.5*- 0,3 - 0,075

80 fBDuT о °Г.

о-в

о о

12 Р

ЛР,Д п

Рис. 5.12. Зависимости /, Gs, G от

уровня допустимых потерь /*др,д п

Рис. 5.13. Зависимости J, G 6, G, от уровня допустимого температурного режима АГа,

дросселя, уменьшаются объем и масса стали магнитопровода и увеличиваются объем и масса провода обмотки. Одновременно увеличивается сечение обмоточного провода и уменьшается плотность тока J в обмотке, снижается масса стали Сет. Потери в обмотке Роб с ростом X возрастают, а потери в стали Рст уменьшаются (рис. 5.11).

Уровень допустимых потерь при фиксированном значении параметра минимизации X существенно влияет на все основные характеристики дросселя. При Рдр,доп = 5 Вт (рис. 5.12) ограничение по максимальной магнитной индукции В и плотности тока J в обмотке определяется допустимыми потерями. Причем значения fi и J в этом случае получаются весьма малыми, что приводит к значительному увеличению массы балласта. С ростом уровня допустимых потерь значения В и J растут, что ведет к снижению массы дросселя, однако ограничение 5 и / в этом случае определяется одновременно допустимыми потерями и кратностью пускового тока. При дальнейшем росте Рдр,доп значения J а В практически не изменяются, а следовательно, и