книги из ГПНТБ / Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие

генератора для стабилизации сварочной дуги), либо дополнительным балластным сопротивлением, включенным последовательно с газораз­ рядным промежутком. Для газоразрядных источников излучения используется второй способ стабилизации разряда.

Рассмотрим случай включения газового промежутка последова­

Поскольку —^ имеет знак минус, критерий устойчивости предполагает

1 3 0

превышение R6 по абсолютной величине над динамическим сопротивле­ нием газоразрядного промежутка в точке пересечения (или больший наклон прямой 2 по сравнению с кривой 1). Критерию устойчивости на рис. 65 удовлетворяет точка В. В режимах левее точки В появляется положительный избыток напряжения АU, приводящий к увеличению тока, а в режиме правее точки В появляется отрицательный избыток напряжения АU, приводящий к уменьшению тока. Следовательно, режим в точке В является устойчивым, или стабилизированным.

Необходимо отметить, что ни напряжение, ни ток не стабилизи­ руются включением балластного сопротивления, а стабилизируется только режим горения дуги. В самом деле, при увеличении напряже­ ния сети до UCl режим горения остается устойчивым и переходит в точку Ви для которой ток и напряжение отличаются от соответствую­ щих значений в точке В. Так же отличаются ток и напряжение дуги в устойчивой точке В2при уменьшенном напряжении ДС2. Эти рассуж­ дения позволяют сделать вывод о том, что стабилизацией напряжения на газоразрядной лампе нельзя обеспечить стабильность разряда.

Полученные выше выводы и соотношения для постоянного напря­ жения полностью применимы для цепей переменного напряжения. Для с т а б и л и з а ц и и р а з р я д а н а п е р е м е н н о м т о к е используют индуктивные и емкостные балласты, так как потери на них меньше, чем на активном.

Все газоразрядные источники излучения по величине рабочего

ДРЛ — высокого давления.

8.3.УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП

Люминесцентная лампа (рис. 66) представляет собой длинную стек­ лянную трубку 6, внутренняя поверхность которой покрыта люмино­ фором. Оба конца трубки герметично закрыты и на донышках 2 смон­ тированы стеклянные ножки 4 с вольфрамовыми оксидированными электродами в виде нитей. На обоих концах трубки имеются цоколи 3 со штырьками 1. В трубку введена капелька ртути 30—50 мг и зака­ чан аргон под давлением 3 мм рт. ст. (400 Па).

При электрическом дуговом разряде в парах ртути возникает ин­ тенсивное ультрафиолетовое излучение, под воздействием которого люминофор светится (люминесцирует). Так как трубка выполняется из обычного стекла, то почти все ультрафиолетовое излучение задер­ живается и не выходит наружу.

Основными элементами схемы включения люминесцентной лампы (рис. 67) являются трубка 4, дроссель 2 (в качестве балластного соп­ ротивления) и стартер 8. Стартер представляет собой миниатюрную неоновую лампу, один или оба электрода которой выполнены из би-

металла. При тлеющем разряде в стартере биметаллический электрод нагревается и, изгибаясь, накоротко смыкается со вторым электродом.

После подачи напряжения на схему ток через лампу не течет, так как газовый промежуток является изолятором, и для пробоя его нужно напряжение, превышающее напряжение сети. Поэтому загорается

Рис. 66. Люминесцентная лампа:

только лампочка стартера, напряжение зажигания которой ниже сетевого. Ток величиной 20—50 мА течет по дросселю, электродам люми­ несцентной лампы, неоновой лампе стартера. Под воздействием тока электроды стартера разогреваются и замыкаются. После замыкания по цепи течет ток, превышающий в 1,5 раза номинальный ток лампы. Величина этого тока ограничена в основном сопротивлением дросселя,

(электроды разогреты). Происходит пробой, и лампа начинает све­ титься. К стартеру, который включен параллельно лампе, при­

1 3 2

Рассмотрение процесса зажигания лампы позволяет уточнить на­ значение основных элементов схемы. Стартер выполняет две важные функции: 1) замыкает накоротко цепь для того, чтобы повышенным током разогреть электроды лампы и облегчить зажигание; 2) разры­ вает после разогрева электродов лампы электрическую цепь и тем самым вызывает импульс повышенного напряжения, обеспечивающего пробой газового промежутка.

Рис. 68. Схемы включения люминесцентных ламп:

а — с тепловым стартером; б — стартерная с одноламповым ПРА типа

е — бесстартерная с накальным трансформатором; ж — бесстартерная двухламповая с накальным трансформатором.

Дроссель выполняет три функции: 1) ограничивает ток при замы­ кании электродов стартера; 2) генерирует импульс напряжения для пробоя лампы за счет э. д. с. самоиндукции в момент размыкания элект­ родов стартера; 3) стабилизирует горение дугового разряда после зажигания.

Как уже говорилось, люминесцентная лампа может включаться в сеть и с активным балластом. Иногда в качестве балласта исполь­ зуется лампа накаливания. При создании и эксплуатации этих схем надо учесть, что при активном балласте по сравнению с индуктивным возрастают потери мощности в схеме, затрудняется зажигание лампы

133

(так как активный балласт не создает э. д. с. самоиндукции) и

уменьшается её световой поток.

В распространенных стартерных схемах самым ненадежным эле­ ментом является стартер. Существуют и бесстартерные схемы, в ко­ торых исключены недостатки, обусловленные наличием стартера. Пример бесстартерной схемы приведен на рис. 68, е. Надежность за­ жигания лампы в этой схеме обеспечивается предварительным подогре­ вом электродов, который снижает напряжение зажигания до величины, меньшей сетевого напряжения. Недостатком подобных схем является

а

Рис. 69. Схемы включения ПРА для люминесцентных ламп:

а — одноламповый типа 1УБИ-40/220-НП-09; б — одноламповый типа

1УБЕ-40/220-НП-06; в — двухламповый типа 2УБИ-20/220-НП-03;

г — схема совместного включения ПРА типов 1УБЕ-80/220-ВП-03 и 1УБИ-80/220-ВП-03,

то, что после зажигания лампы по электродам протекает ток подогрева (меньший, чем до включения), вызванный тем, что на первичной об­ мотке накального трансформатора сохраняется часть напряжения.

Наиболее распространенные стартерные и бесстартерные схемы включения люминесцентных ламп показаны на рис. 68.

Для стартерных и бесстартерных схем включения выпускаются специальные пускорегулирующие аппараты (ПРА). На рис. 69 при­ ведены схемы соединений при различных пускорегулирующих аппа­ ратах. Стартерные ПРА обозначаются 1УБИ, 1УБЕ, 1УБК (индук­ тивный, емкостный, компенсированный балласт, соответственно, для одной лампы) и 2УБИ, 2УБЕ, 2УБК (для двух ламп).

Бесстартерные ПРА обозначаются АБИ, АБЕ, АБК. Марка аппа­ рата 2АБК-80/220-АНП, например, расшифровывается так: двухлам­ повый бесстартерный аппарат, компенсированный, мощность каждой лампы 80 Вт, напряжение сети 220 В, антистробоскопический, неза­

134

висимый, с пониженным уровнем шума. Компенсированные ПРА (имеющие в обозначении букву К) обеспечивают высокий коэффициент мощности осветительной установки (0,9—0,95) и снижают в двухлам­ повых светильниках коэффициент пульсаций светового потока, так как токи в лампах сдвинуты относительно друг друга во времени. Определенный интерес представляет возможность включения ламп в сеть переменного напряжения повышенной частоты. Достоинствами эксплуатации ламп на повышенной частоте являются увеличение све­ товой отдачи, уменьшение размеров балласта и потерь в нем, умень­ шение стробоскопического эффекта.

8.4. УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Из ламп высокого давления в сельском хозяйстве широко распро­ странены лампы ПРК (прямая ртутно-кварцевая) и ДРТ (дуговая ртутная трубчатая). Внешний вид лампы ДРТ-1000 показан на рис. 70, а. Она представляет собой прямую трубку из кварцевого стекла, вторцы которой введены электроды в виде штырей (с одним вы­ водом). Трубка заполнена аргоном и небольшим количеством ртути. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолетовые лучи, поэтому лампа одновременно излучает и в видимом и в ультрафиолетовом диапазоне

D

Рис. 70. Лампа ДРТ-1000 (а) и схема ее включения (б).

всех областей. Схема включения лампы ДРТ приведена на рис. 70, б. Дуговой разряд в этой лампе также имеет падающую вольт-амперную характеристику, поэтому в схему для стабилизации режима вклю­ чается дроссель D.

Зажигание осуществляется путем непродолжительного нажатия на кнопку КЗ. При нажатии на кнопку через дроссель и конденса­ тор Сх протекает ток. При размыкании кнопки этот ток резко умень­ шается, и дроссель индуктирует э. д. с., с помощью которой проби­ вается лампа. При определенном значении С2 могут возникать резонанс­ ные явления, сопровождающиеся увеличением напряжения на лампе выше сетевого и пробоем ее. Конденсатор С2 и металлическая полоса П облегчают пробой лампы.

Особенностью лампы является то, что трубка во время горения имеет высокую температуру (500—700 °С). Эту температуру необхо­ димо поддерживать в оптимальных пределах,.так как от нее зависят

135

электрические параметры схемы и спектральные характеристики лампы. Поэтому лампу всегда эксплуатируют в арматуре (ЛКТ, ЛКП и др.), создающей необходимый тепловой режим. Арматура,

кроме того, защищает зрение от вредных ультрафиолетовых лучей.

Лампы ПРК и ДРТ имеют период разгорания, во время которого происходит испарение ртути и, как следствие, уменьшение тока, протекающего через лампу, увеличение падения напряжения на лампе, изменение спектрального состава излучения и т. д. Период разгора­ ния длится 10—15 мин. Особенностью ламп является и то, что сразу

Рис. 71. Лампа ДРЛ (а) и схема включения (б) четы­ рехэлектродной лампы ДРЛ:

Повторное зажигание возможно после остывания, т. е. через 5—10 мин. Все эти особенности должны быть учтены при эксплуатации ламп ПРК и ДРТ, особенно в автоматизированных установках. Лампы изготовляются на различные мощности (200—1000 Вт) и применяются как источники ультрафиолетовых лучей.

В качестве источников света широко применяются лампы высокого давления ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные). Внешний вид и устройство этой лампы показаны на рис. 71, а. Ртутно-кварцевая го­ релка 1 полностью подобна лампе ПРК и является источником ультра­ фиолетовых лучей Г Внешняя колба 3 выполнена из термостойкого стекла и покрыта с внутренней стороны люминофором 2, который преобразует ультрафиолетовое излучение горелки в видимый свет. Конструктивно лампы выполняются двухэлектродными (имеются только два основных электрода) и четырехэлектродными (кроме двух основных есть еще один или два поджигающих электрода).

136

Схема включения четырехэлектродной лампы приведена на рис. 71, б. В схеме обязательно имеется дроссель 5 для стабилизации горения дуги. Поджигающие электроды включены так, что между каждым из них и основным электродом после включения создается разность по­ тенциалов, равная напряжению сети. Так как расстояние между под­ жигающим и основным электродами значительно меньше расстояния между основными электродами, то здесь и возникает начальный раз­ ряд, который перекидывается затем на основной промежуток. Для ограничения тока, протекающего через поджигающие электроды, включают сопротивления 4.

СХема включения двухэлектродных ламп значительно сложнее, содержит в себе специальное зажигающее устройство и применяется реже. Четырехэлектродные лампы ДРЛ выпускаются мощностью 80 — 1000 Вт и используются как источники света. Они имеют период разгорания, и повторное зажигание их возможно только после осты­ вания. Для этих ламп как источников света характерен относитель­ ный недостаток излучения красного цвета, что приводит к искажению цветовых ощущений при освещении.

ДРЛ.

На основе ламп ДРЛ создан тепличный облучатель ОТ, имеющий отражающий слой в верхней части колбы. Этот облучатель создает для растений благоприятный по спектральному составу световой по­ ток, т. е. имеет повышенную фитоотдачу. Колба его выполнена из особо термостойкого стекла, не разрушающегося даже при попадании воды. Освоен также выпуск лампы ЛОР-1000 (мощностью 1 кВт), которая имеет отражающий слой и обладает повышенной фитоотдачей за счет добавок иодидов металлов в трубке.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Схема включения люминесцентных ламп

Содержание работы. Изучение конструкции люминесцентных ламп и схем включения, расчет компенсирующего конденсатора к схеме, подбор активного балластного сопротивления, измерение электриче­ ских параметров схемы.

Описание лабораторной установки. Лабораторная установка должна обеспечивать возможность сборки простейшей схемы включения лю­ минесцентной лампы, подключения к схеме конденсатора, увеличи­ вающего коэффициент мощности установки, замены дросселя актив­ ным балластным сопротивлением, например лампой накаливания. Установка должна быть оснащена приборами для измерения токов, напряжений, мощностей и коэффициента мощности.

Порядок выполнения работы. 1. Собрать простейшую схему вклю­ чения люминесцентной лампы.

1 3 7

2. Определить: величину тока / в схеме; напряжение сети f/c; напряжения на зажимах дросселя /7др и на электродах люминесцент­ ной лампы і/л.л; мощности схемы Рсх, дросселя Ряр и люминесцентной лампы РЯшл; коэффициент мощности схемы (cos ф) в рабочем ре­ жиме.

3. Подсчитать емкость, которая необходима для компенсации сдвига фаз до cos ф — 0,96.

Конденсатор, включаемый параллельно всей схеме, берется такой емкости, чтобы коэффициент мощности установки повысился до 0,96— 0,98.

Величину емкости, необходимой для компенсации сдвига фаз, можно подсчитать по формуле, известной из курса общей электротех­ ники:

P (tgtp — tgtp')

2n fU 2

где С — величина емкости, Ф; Р — активная мощность, потребляемая схемой, Вт;

сдвига фаз между током и напряжением в схеме подсчитывается по

Р

известной формуле: cos

где Р — мощность схемы, измеренная ваттметром; U — напряжение, приложенное к схеме;

/— ток схемы, измеренный амперметром.

4.Включить конденсатор емкостью С и повторить измерения.

5.Рассчитать параметры лампы накаливания (£/л-н) для замены дросселя в экспериментальной установке.

Пример приближенного расчета для подбора балластной лампы

6. Заменить дроссель лампой накаливания, параметры которой соответствуют расчетным данным из п. 5, и включить установку

всеть.

7.Определить величину тока, распределение напряжений и мощ­ ностей по отдельным Элементам-схемы с лампой накаливания вместо дросселя.

Содержание отчета. В отчете должны быть представлены все схемы включения люминесцентной лампы, исследованные в работе: обыч­ ная, с конденсатором, с лампой накаливания в качестве балластного сопротивления. Отчет также должен содержать таблицы эксперимен­ тальных и расчетных данных, выводы по работе.

138

ЛАБО РАТО РНАЯ РАБОТА № 5

Изучение режимов работы люминесцентной лампы с различными балластными сопротивлениями

Содержание работы. Изучение влияния различных балластных сопротивлений (индуктивного, активного и емкостного) на электриче­ ские параметры схемы включения и светотехнические свойства люми­ несцентной лампы.

Описание лабораторной установки. Установка должна давать воз­ можность поочередного включения в схему лампы различных балласт­ ных сопротивлений: активного (R = 400 — 500 Ом для лампы в 40 Вт), индуктивного (стандартный дроссель) и емкостного (С — 3 мкФ для лампы в 40 Вт). Установку оснащают необходимыми измерительными приборами и осциллографом для записи или наблюдения кривых тока, освещенности (осциллограмма может быть получена с помощью фото­ элемента) и напряжения на лампе при любом балласте.

Порядок выполнения работы. Собрать схему, предусмотрев воз­ можность поочередного включения различных балластов (L, R, С). Включить активный балласт R. Величину сопротивления установить такой, чтобы ток лампы был равен /„. Записать величины Uл, U6, cos ф и рассчитать мощность Р. Снять осциллограммы дока / л, напря­ жения на лампе ІІЛ, освещенности Е, создаваемой лампой на некото­ ром расстоянии.

Включить поочередно стандартный дроссель и емкостный балласт, выполняя те же измерения и осциллографирование. Для облегчения зажигания при емкостном балласте увеличить емкость С.

Содержание отчета. Отчет по работе должен иметь все варианты исследованных схем, таблицы экспериментальных данных, осцилло­ граммы тока, напряжения и освещенности для каждого балластного сопротивления, а также содержать заключение о целесообразности использования того или иного балласта.

Контрольные вопросы

1.Чем отличаются лампы НВ, НБ, НГ, НБК?

2.В чем заключается особенность йодистой лампы накаливания?

3.Каковы теоретические возможности теплового источника излучения (по величине к. п. д.)?

4.Какова вольт-амперная характеристика лампы накаливания?

5.На чем основано действие газоразрядных источников?

6. Каковы особенности вольт-амперной характеристики дугового разряда?

7.Как меняется сопротивление дуги с изменением тока?

8.Почему газоразрядный промежуток нельзя включить непосредственно на источник напряжения?

9.Какие способы стабилизации разряда применяются?

10.Как устроена люминесцентная лампа?

11. Как происходит зажигание лампы после подачи напряжения на схему

слюминесцентной лампой?

12.Каково назначение стартера и дросселя в схеме люминесцентной лампы?

13.Как устроены и как включаются в сеть лампы ПРК и ДРТ?

14.Как устроена и как включается в сеть лампа ДРЛ?

139