4.8.2. Электрические схемы питания ламп дневного света

Важной особенностью электрических схем питания ламп дневного света является необходимость электрического нагрева катодов. В соответствии с этой особенностью в газоразрядных приборах возможны два способа включения в электрическую цепь: схемы с постоянно включенным подогревом катода током накала и схемы с питанием током накала только в стартовый период горения разряда. Соответственно первый способ классифицируется как схема с бесстартерным питанием, второй – как схема стартерного питания.

Б есстартерные схемы отличаются высокой надежностью, но менее экономичны и более громоздки, чем стартерные. Реализоваться они могут по одному из следующих вариантов.

Трансформаторная схема с накладным электродом (рис. 4.18)

По этой схеме нагрев катодов обеспечивается непрерывно питанием со вторичных обмоток трансформатора. Для обеспечения начального зажигания разряда применяется накладной электрод в виде металлической пластины, установленной на внешней стороне поверхности оболочки. Один из концов накладного электрода электрически соединяется с одним из катодов, второй конец электрода располагается вблизи второго катода. Таким образом, при подаче напряжения на прибор на поверхности оболочки вблизи второго катода формируются электрические заряды, обусловленные эмиссионными процессами с катода. При смене полярности между этим катодом и зарядами возникает электрическое поле, достаточное для возникновения начального газового разряда, инициирующего затем разряд во всем межэлектродном промежутке.

Резонансная схема (рис. 4.19)

Д анный вариант схемы отличается от предыдущего наличием последовательного резонанса на частоте питающего напряжения. Резонанс формируется индуктивностью дросселя и емкостью конденсатора, включенных последовательно с первичной обмоткой трансформатора. Благодаря наличию резонанса на электродах лампы периодически формируется напряжение холостого хода в 1,3…1,5 раза больше напряжения источника питания – достаточного для возникновения разряда без накладного электрода. Недостаток этого варианта – сложность настройки и наличие дополнительного элемента, удорожающего осветительное устройство.

Бестрансформаторная схема со сдвигом по фазе питающего напряжения (рис. 4.20)

В этом варианте схемы оптимальный режим накала катодов обеспечивается включением ограничительных резисторов R. Так же, как и в первом варианте, для зажигания разряда предусмотрен накладной электрод. Для снижения пульсаций светового потока лампы включаются попарно со сдвигом по фазе. Сдвиг по фазе создается включением конденсатора C последовательно с одной из ламп. Этот вариант по сравнению с предыдущими обеспечивает наименьшие массово-габаритные показатели. Недостатком схемы является низкая экономичность из-за энерговыделения на резисторах.

П ринципиальная особенность стартерных схем питания поясняется на рис. 4.21. В соответствии с особенностями схемы включение лампы начинается с подачи напряжения на электроды, после чего замыкается ключ Кн и делается выдержка в течение времени, достаточного для прогрева катодов. Затем ключ размыкается и благодаря эффекту самоиндукции дросселя на электродах лампы возникает бросок напряжения. Для дросселей промышленного изготовления, используемых в установках питания ламп дневного света, бросок напряжения составляет примерно 400 В. Этого напряжения достаточно для зажигания разряда. Последующий прогрев катодов обеспечивается энергией, выделяющейся на катодах под действием ионной бомбардировки. Рассмотренный вариант стартерной схемы питания не может быть рекомендован для широкого использования из-за сложности процедуры зажигания разряда и необходимости дополнительных проводников к каждой лампе. Для широкого применения разработаны схемы, в которых процессы начального разогрева и зажигания разряда протекают автоматически.

Схема с газоразрядным стартером (рис. 4.22)

С тартером зажигания Ст служит специальный газоразрядный прибор, один из электродов которого выполнен в виде изогнутой биметаллической пластинки (рис. 4.23). Стартер включается последовательно с катодами. Расстояние между электродами стартера выбрано таким, чтобы при подаче сетевого напряжения в стартере самостоятельно возник газовый разряд. Энергия, выделяющаяся на электродах стартера при токопрохождении, вызывает разогрев биметаллической пластинки, в результате чего она начинает выпрямляться и замыкает межэлектродный промежуток. После замыкания резко возрастает ток накала катодов люминесцентной лампы. Одновременно из-за прекращения энерговыделения на электродах стартера начинается остывание биметаллической пластинки и возникает разрыв цепи, в результате чего создается бросок напряжения, обусловленный самоиндукцией дросселя по величине, достаточной для зажигания разряда в лампе. Напряжение на электродах лампы падает до напряжения горения, благодаря чему энергия, выделяющаяся на электродах стартера, уже недостаточна для повторного замыкания. Конденсатор C снижает вероятность повторного зажигания разряда между электродами стартера в момент размыкания. В силу весьма сложного процесса зажигания в схеме с газоразрядным стартером устойчивое горение разряда в люминесцентной лампе наступает обычно только после 2…5 срабатываний длительностью 0,2…0,6 с. Недостаток схемы – невысокая надежность срабатывания. Несмотря на это, схемы с газор азрядным стартером применяются в подавляющем числе установок с лампами дневного света.

Термобиметаллическая схема включения (рис. 4.24)

В этой схеме в качестве стартера используется устройство, содержащее электронагреватель и электродную пару с биметаллическим элементом. Нагреватель постоянно включен последовательно с накалом катодов и разрядным промежутком люминесцентной лампы. Изначально электроды стартера находятся в замкнутом состоянии. Через замкнутую систему проходит ток накала катодов. По истечении определенного времени биметаллическая электродная пара БМ под действием нагрева, создаваемого нагревателем Н, размыкается, возникает бросок напряжения самоиндукции дросселя и зажигается разряд в лампе. Разомкнутое состояние электродной пары сохраняется благодаря постоянному подогреву от нагревателя, ток через который соответствует току разряда. Если разряд не возникнет, электродная пара остывает и вновь замыкается. После этого процесс поджигания разряда возобновляется. Схема обладает высокой надежностью, но малой экономичностью, поскольку непрерывно выделяется энергия на нагревателе.

Электродная схема на динисторах (рис. 4.25)

Д инистор VD₁ и дополнительный диод VD включены последовательно с накалом катодов. Электрический режим подобран так, что динистор пропускает через себя ток в один из полупериодов, пока не зажжется разряд в люминесцентной лампе. После зажигания разряда уменьшается разность потенциалов на электродах динистора и ток через динистор падает до очень малой величины.

Недостатками схемы являются: затрудненный процесс зажигания разряда и высокая стоимость установки из-за применения диодов и динисторов. Для облегчения зажигания разряда на внешней стороне оболочки устанавливается накладной электрод.