0,7 -0,35 >

-0.8

-0,5

1,5 - 0,5

0,5<- 0.1ьЩВ5

-0,5 -0,2.

1,6 1.8 2,0 2,2 К.

Рис. 5.14. Зависимости /, Go6, G от уровня допустимой кратности пускового тока Ки,

-0,35

1,5 - 0,5 -0,15

00,t4M

7.2 1,3

1,t К

Рис. 5.15. Зависимости /, G, G от уровня допустимой кратности аварийного напряжения

масса дросселя остается постоянной, так как более жестким является ограничение по температурному режиму.

При изменении температуры в аварийном режиме в пределах AJaB = 55-f-230° и фиксированном значении всех остальных параметров с ростом АГав плотность тока в обмотке / и максимальная магнитная индукция растут, что приводит к уменьшению массы магнитопровода, катушки и ПРА в целом (рис. 5.13) Следует отметить, что ограничение 5 и У до Д7ав = 230° определяется допустимыми превышениями температуры в аварийном режиме и кратностью пускового тока, а при Д7ав>230° С более жестким становится ограничение по допустимым превышению температуры в рабочем режиме и кратности пускового тока, так как АГав/А:?ав>АГраб/А:?раб.

При этом с ростом температуры потери возрастают. Исследования показали, что при ограничении по превышению температуры в ааарийном режиме его исключение позволило бы увеличить плотность тока приблизительно на 10%, что снизило бы массу дросселя на 5-7%.

Было исследовано также влияние кратности пускового тока при изменении К от 1,6 до 2,5 на экономические показатели дросселя. При этом плотность тока в обмотке J уменьшалась примерно в 1,5 раза, а индукция В несколько возрастала. Ограничение Вм J определялось превышением температуры в аварийном режиме и допустимой кратностью пускового тока. Уменьшение плотности тока в обмотке в 1,5 раза связано с тем, что рост АГ;зз = 4з приводит к превышению температуры дррсселя в аварийном режиме, для предотвращения которого необходимо снижать плотность тока в обмотке, что увеличивает массу дросселя (рис. 5.14).

С ростом А:[,зз от 1,2 до 1,5 происходит увеличение С/др,ав, что приводит к превышению температуры аппарата в аварийном режиме. Поэтому по условию допустимого превышения температуры в аварийном режиме снижают J и что ведет в свою очередь к существенному росту массы ПРА (рис. 5.15). При больших значениях К ограничение В м J определяется допустимыми превышением температуры в аварийном режиме и кратностью пускового тока. Экономические показатели дросселя при изменении Kj и Kj качественно близки.

При увеличении и фиксированном напряжении питания [/ (увеличении отношения U/U ) падает напряжение Up, возрастает коэффициент кратности аварийного напряжения Ki,. Поэтому зависимости в этом случае аналогичны рассмотренным выше при изменении Ки. Однако в этом случае не происходит значительного увеличения массы аппарата, так как одновременно с уменьшением В и J уменьшается вольт-амперная (ватт-секундная) мощность дросселя UJ/f, которая является основной энергетической характеристикой, от которой зависят параметры ПРА. В результате этого масса аппарата существенно не изменяется.

Были проведены исследования влияния частоты / в пределах 500-10000 Гц на экономические параметры дросселя. При этом удельные потери при разной частоте определялись в соответствии с [5.3]. На высокой частоте стартерные схемы не применяются, а в бесстартерных ПРА дроссель.не попадает в аварийный режим. Исследования показали, что с ростом частоты значения В и J уменьшаются. При этом с ростом частоты масса ПРА значительно уменьшается, поскольку на повышенной частоте для получения того же индуктивного сопротивления, что и на промышленной частоте, требуется существенно меньшая индуктивность дросселя (рис. 5.16) и уменьшается его ватт-секундная мощность. На повышенной частоте определяющими являются ограничения по превышению температуры обмотки и магнитопровода в рабочем режиме.

Проводились также расчеты в целях исследования влияния качества стали на экономические характеристики ПРА. Было установлено, что уменьшение толщины листов магнитопровода практически не снижает массы дросселя, а лишь удорожает его за счет увеличения стоимости стали. В то же время переход с горячекатаной стали на холоднокатаную позволяет увеличить В от 1 -1,1 до 1,2-1,3 Тл, что позволяет снизить массу и стоимость активных материалов ПРА на 15-20%.

Существенное влияние на конструктивные параметры ПРА оказывают безразмерные конструктивные коэффициенты т, п, е,. При т, = 0,40,5; , = 4-г-10; 8,= 1,2 ч-1,4 форма дросселя приближается к кубической и потери минимальны. Такие дроссели удобны для установки вне светильника. Конструкции

Ограничение

Рис. 5.16. Зависимости J, 0 б, G, от изменения частоты /

гтшооо szoof, Ги.

светильников с лампами типов ДРЛ, ДРИ, ДНаТ позволяют устанавливать в них дроссели кубической формы.

В светильниках с прямыми люминесцентными лампами удобны ПРА в форме вытянутого параллелепипеда. Такая форма может быть получена при w = 0,40,6; = 410; Е= 1,05 4-1,1 для случая широкой катушки с коротким витком или при w, = 0,10,2; = 410; 8, = 1,21,4, если ПРА имеет большой набор пластин и вытянутую катушку, существенно увеличивающие длину витка и резко сокращающие длину магнитной силовой линии. Такая конструкция нашла широкое применение в стартерных ПРА для люминесцентных ламп.

Наибольшее распространение получила броневая конструкция из П- и Т-образных пластин, формирующих Ш-образный магнитопровод (рис. 5.7, а). Она технологична, обеспечивает хороший отвод тепла и имеет малый уровень шума.

Получила применение также и составная конструкция ПРА на Ш-образном магнитопроводе для люминесцентных ламп мощностью 20-65 Вт. Магнитопровод составлен из витой Ш-образной части и замыкателя, набранного из прямоугольных пластин. Поскольку в витых магнитопроводах направление магнитных силовых линий совпадает с направлением проката, то это обеспечивает лучшее использование магнитных свойств стали, позволяет снизить массогабаритные показатели ПРА. Воздушные зазоры - этой конструкции расположены внутри катушек, что уменьшает потоки рассеяния и уровень шума.

5.3. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ ПРА

Под надежностью принято понимать свойство изделия выполнять необходимые функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Рассмотрим критерии надежности, кото-116

рые позволяют оценить надежность изделий лишь до первого отказа, т. е. показатели надежности для невосстанавливаемых устройств (изделий разового использования), к которым относятся ПРА.

Одним из основных показателей надежности является феднее время безотказной работы ПРА Lpg (средняя достаточность), т. е. математическое ожидание времени работы изделия до первого отказа. Как всякое математическое ожидание, Lpg определяется следующей зависимостью:

ра6=! tf{t)dt=lP{t)dt,

(5Л)

где t-время, в течение которого определяется надежность; f{t) - частота отказов, или плотность вероятности случайной величины t; P{t) - вероятность безотказной эксплуатации изделия за промежуток времени от О до t.

Статистическая оценка феднего времени безотказной работы определяется по формуле

LU= Е til No,

(5.2)

1= 1

где Г; -время работы i-ro ПРА до отказа; Лд -число испытываемых ПРА.

Важным показателем надежности является интенсивность отказов ПРА X[t), которая определяется по формуле

l(t)=f{t)/P{t). (5.3)

При любом распределении f{t) имеет место уравнение

P{t) = e\p

-\X{t)dt

(5.4)

Тогда, зная X{t), можно из (5.4) найти вероятность безотказной работы P{t), а затем из (5.3) определить плотность вероятности

f[t) и функцию распределения F(t) = f{t)dt.

Таким образом, интенсивность отказов может служить определяющей характеристикой надежности.

Начальный период эксплуатации является периодом приработки изделия, за которым следует период практически постоянной интенсивности отказов. Затем из-за старения или износа наступает возрастание интенсивности. Обычно стремятся эксплуатировать ПРА в период постоянной интенсивности отказов. Для этого ограничивают фок службы аппаратов так, чтобы снимать их с эксплуатации до наступления периода усиленного износа.

При постоянной интенсивности отказов X(t) выражения для показателей надежности ПРА принимают вид

-\X(t)dt P{t) = e о

f(t) = X(t)P(t) = Xe-;

(5.5) (5.6) (5.7)

Из (5.5) - (5.7) следует, что все показатели надежности для периода нормальной работы ПРА определяются по интенсивности отказов X.

Среднее время безотказной работы ПРА L связано в основном с нагревостойкостью изоляции обмоточного провода. Время старения изоляции обмотки зависит от теплового режима ПРА. Длительный срок службы ПРА обеспечивается нормированием тепловых параметров; превышением температуры нагрева корпуса ПРА и конденсаторов и температурой нагрева обмотки. Нормирование температуры корпуса ПРА связано в основном с требованием безопасности эксплуатации и не играет решающей роли для работоспособности и срока службы ПРА. Допустимая температура нагрева обмотки зависит от нагревостойкости изоляции обмоточного провода, т. е. от класса изоляции. В соответствии с ГОСТ 16809-78 конструкция ПРА должна обеспечивать температуру обмоток в рабочем

режиме Граб в следующих пределах:

и = Чаб + 50°С-для

встраиваемых и tp = Atpg-\-45° С-для независимых аппаратов, где ДГраб - превышение температуры обмотки в рабочем режиме над температурой окружающей среды, принимаемой равной 25° С. В аномальном режиме она не должна превышать значений, указанных в табл. 5.1.

Максимально допустимое значение /рб не должно быть больше максимальной нормируемой рабочей температуры обмотки t, °С, которая выбирается из следующего ряда: 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130.

Практически прямолинейная зависимость логарифма времени старения изоляции от теплового режима обмотки позволяет использовать для определения реального срока службы

Таблица 5.1

Рис. 5.17. Зависимость продолжительности испытаний ПРА на срок службы от температуры обмотки при максимально допустимой температуре, ° С:

/~90; 2-105; 5-120

г.75 20 SO Ю 50

ПродолтКтемнпсть аспытанай, сут

ПРА метод ускоренных испытаний. В соответствии с ГОСТ 16809-78 и СТ СЭВ 1654-79, а также Публикациями МЭК № 82 для определения t устанавливается продолжительность испытаний 30 или 60 сут. На рис. 5.17 приведена зависимость продолжительности испытаний для оценки срока службы от температуры, устанавливаемой для обмотки в соответствии с классом ее изоляции. В табл. 5.2 приведены значения теоретической испытательной температуры для продолжительности испытаний 30 и 60 сут при различных значениях постоянной S.

Таблица 5.2. Значения теоретической исиытательиой температуры для ПРА с различной t

Значение (,., °С*, при S

*в числителе -при продолжительности испытаний 30 сут, в знаменателе-при продолжительности 60 сут.