Тема: «Включение лампы дневного света в электрическую цепь постоянного тока».

Цель:Сформировать умения собирать электрическую схему и производить регулирование светового потока (яркости) лампы дневного света от источника постоянного тока.

По окончании выполнения лабораторной работы студент должен

знать:

- устройство и принцип действия люминесцентной лампы;

- способы воздействия на световой поток люминесцентной лампы;

- способы получения постоянного тока от стандартной сети 380/220 В;

уметь:

- собирать электрическую схему питания люминесцентной лампы от источника постоянного тока.

Основные теоретические положения:

Наиболее часто применяемые устройства импульсного (стартерного) зажигания люминесцентных ламп обладают некоторыми существенными недостатками: неопределенным временем зажигания, перегрузкой электродов лампы при ее включении, повышенным уровнем радиопомех, гудением дросселя, наличием малонадежного в работе стартера.

Как показывает практика, в стартерных устройствах наибольшему нагреву подвергаются участки нитей накала, к которым подводится сетевое напряжение. Здесь зачастую нить перегорает.

Более перспективны бесстартерные устройства зажигания, где нити накала по своему прямому назначению не используются, а выполняют роль электродов газоразрядной лампы – на них подается напряжение, необходимое для поджога газа в лампе.

На рисунке 2 показана схема, которая позволяет устранить перечисленные выше недостатки. Нет привычного гудения, лампа загорается моментально, отсутствует ненадежный стартер, и, что самое главное, можно использовать лампу с перегоревшей нитью накала.

Конденсаторы С1, С4 должны быть бумажными, с рабочим напряжением в 1,5 раза больше питающего напряжения. Конденсаторы С2, С3 желательно, чтобы были слюдяными.

Рисунок 2 – Схема питания люминесцентной лампы постоянным током

Резистор R1 обязательно проволочный, по мощности лампы, указанной в таблице 1.

Таблица 1 – Элементы схемы питания люминесцентной лампы постоянным током

Мощность лампы, Вт	C1-C4, мкФ	С2-С3, пФ	Д1-Д4	R1, Ом
			Д226Б
			Д226Б
			Д205
			Д231

Диоды Д2, Д3 и конденсаторы С1, C4 представляют двухполупериодный выпрямитель с удвоением напряжения. Величины емкостей C1, C4 определяют рабочее напряжение лампы Л1 (чем больше емкость, тем больше напряжение на электродах лампы Л1). В момент включения напряжение в точках а и б достигает 600 В, которое прикладывается к электродам лампы Л1. В момент зажигания лампы Л1 напряжение в точках а и б уменьшается и обеспечивает нормальную работу лампы Л1, рассчитанной на напряжение 220 В.

Применение диодов Д1, Д4 и конденсаторов С2, С3 повышает напряжение до 900 В, что обеспечивает надежное зажигание лампы Л1 в момент включения. Конденсаторы С2, С3 одновременно способствуют подавлению радиопомех.

Лампа Л1 может работать без Д1, Д4, С2, С3, но при этом надежность включения уменьшается.

Данные элементов схемы в зависимости от мощности люминесцентных ламп приведены в таблице 1.

К примеру, устройство, рассчитанное на питание лампы мощностью до 40 Вт, приведено на рисунке 3. Работает оно следующим образом. Сетевое напряжение подается через дроссель L1 на мостовой выпрямитель VD3. В один из полупериодов сетевого напряжения конденсатор С2 заряжается через стабилитрон VD1, а конденсатор С3 – через стабилитрон VD2. В течение следующего полупериода напряжение сети суммируется с напряжением на этих конденсаторах, в результате чего лампа ЕL1 зажигается. После этого указанные конденсаторы быстро разряжаются через стабилитроны и диоды моста и в дальнейшем не оказывают влияния на работу устройства, поскольку не в состоянии заряжаться, ведь амплитудное напряжение сети меньше суммарного напряжения стабилизации стабилитронов и падения напряжения на лампе.

Резистор R1 снимает остаточное напряжение на электродах лампы после выключения устройства, что необходимо для безопасной замены лампы. Конденсатор C1 компенсирует реактивную мощность.

Рисунок 3 – Вариант схемы питания люминесцентной лампы

мощностью до 40 Вт

В этом и последующих устройствах пары контактов разъема каждой нити накала можно соединить вместе и подключить к «своей» цепи. Тогда в светильнике будет работать даже лампа с перегоревшими нитями.

Схема другого варианта устройства, рассчитанного на питание люминесцентной лампы мощностью более 40 Вт, приведена на рисунке 4. Здесь мостовой выпрямитель выполнен на диодах VD1-VD4. А «пусковые» конденсаторы C2, C3 заряжаются через терморезисторы R1, R2 с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Причем в один полупериод заряжается конденсатор С2 через терморезистор R1 и диод VDЗ, а в другой – СЗ через терморезистор R2 и диод VD4. Терморезисторы ограничивают ток зарядки конденсаторов. Поскольку конденсаторы включены последовательно, напряжение на лампе EL1 достаточно для ее зажигания.

Если терморезисторы будут в тепловом контакте с диодами моста, их сопротивление при нагревании диодов возрастет, что понизит ток зарядки.

Рисунок 4 – Вариант схемы питания люминесцентной лампы

мощностью более 40 Вт

Дроссель, служащий балластным сопротивлением, не обязателен в рассматриваемых устройствах питания и может быть заменен лампой накаливания, как это показано на рисунке 5. При включении устройства в сеть происходит разогрев лампы EL1 и терморезистора R1. Переменное напряжение на входе диодного моста VD3 возрастает. Конденсаторы С1 и С2 заряжаются через резисторы R2, R3. Когда суммарное напряжение на них достигнет напряжения зажигания лампы EL2, произойдет быстрая разрядка конденсаторов, этому способствуют диоды VD1,VD2.

Дополнив обычный светильник с лампой накаливания данным устройством с люминесцентной лампой, можно улучшить общее или местное освещение. Для лампы EL2 мощностью 20 Вт EL1 должна быть мощностью 75 или 100 Вт, если же EL2 применена мощностью 80 Вт, EL1 следует взять мощностью 200 или 250 Вт. В последнем варианте допустимо изъять из устройства зарядно-разрядные цепи из резисторов R2, R3 и диодов VD1, VD2.

Рисунок 5 – Схема питания люминесцентной лампы с применением

лампы накаливания

Несколько лучший вариант питания мощной люминесцентной лампы – использовать устройство с учетверением выпрямленного напряжения, схема которого приведена на рисунке 6. Некоторым усовершенствованием устройства, повышающим надежность его работы, можно считать добавление терморезистора, подключенного параллельно входу диодного моста (между точками 1, 2 узла У1). Он обеспечит более плавное увеличение напряжения на деталях выпрямителя-умножителя, а также демпфирование колебательного процесса в системе, содержащей реактивные элементы (дроссель и конденсаторы), а значит, снижение помех, проникающих в сеть.

Рисунок 6 – Схема питания люминесцентной лампы с учетверением выпрямленного напряжения

В рассмотренных устройствах используются диодные мосты КЦ405А или КЦ402А, а также выпрямительные диоды КД243Г-КД243Ж или другие, рассчитанные на ток до 1 А и обратное напряжение 400 В. Каждый стабилитрон может быть заменен несколькими последовательно соединенными с меньшим напряжением стабилизации. Конденсатор, шунтирующий сеть, желательно применить неполярный типа МБГЧ, остальные конденсаторы – МБМ, К42У-2, К73-16. Конденсаторы рекомендуется зашунтировать резисторами сопротивлением 1 Мом и мощностью 0,5 Вт. Дроссель должен соответствовать мощности используемой люминесцентной лампы (1УБИ20 – для лампы мощностью 20 Вт, 1УБИ40 – 40 Вт, 1УБИ80 – 80ВТ). Вместо одной лампы мощностью 40 Вт допустимо включить последовательно две по 20 Вт.

Часть деталей узла монтируют на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита, на которой оставлены площадки для подпайки выводов деталей и соединительных лепестков для подключения узла к цепям светильника. После установки узла в корпус подходящих габаритов его заливают эпоксидным компаундом.

Ещё одна новая схема зажигания люминесцентной лампы на постоянном токе приведена на рисунке 7.

Устройство для зажигания и питания люминесцентной лампы постоянным током содержит четыре диода, составляющие мостовой выпрямитель, два прилегающих плеча которого зашунтированы конденсаторами и соединены с первым входом мостового выпрямителя, который подключен к первому зажиму источника переменного напряжения. Второй зажим подключен через балласт ко второму входу мостового выпрямителя. Положительный выход мостового выпрямителя соединен с последовательно соединенными между собой диодом и резистором, люминесцентной лампой и диодом с отрицательным выходом мостового выпрямителя. Параллельно люминесцентной лампе подключен конденсатор. Между последовательно соединенными между собой диодом и резистором и вторым входом мостового выпрямителя подключен конденсатор. Между вторым входом мостового выпрямителя и выходом люминесцентной лампы подключен второй конденсатор, два прилегающих плеча, соединенных с первым входом мостового выпрямителя, каждый из которых зашунтирован постоянным резистором, а балласт выполнен в виде конденсаторов, каждый из которых зашунтирован постоянным резистором, соединенным через выключатель со вторым зажимом источника переменного напряжения. Технический результат – снижение расхода электроэнергии и увеличение срока службы люминесцентной лампы.

Рисунок 7 – Современный вариант схемы питания люминесцентной лампы

Порядок выполнения работы:

1. Выполнить задание лабораторной работы.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы:

Электрическая схема стенда (рисунок 8) содержит:

люминесцентную лампу ЛБ-18;

блок питания БП-1;

высоковольтный блок ВБ-1;

переменный резистор R1.

Рисунок 8 – Принципиальная электрическая схема стенда

Задание.

- Изучить теоретические сведения.

- Изучить схему.

- Подключить осциллограф.

- Подсоединить шнур питания к схеме.

- Подключить стенд к сети переменного тока напряжением 220 В.

- Произвести замеры напряжения в контрольных точках (КТ) при минимальном значе­нии сопротивления переменного резистора R1.

- Произвести замеры напряжения при максимальном значении сопротивления пе­ременного резистора R1.

- Отключить осциллограф, отключить питание стенда.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключаются недостатки стартерной схемы зажигания люминесцентной лампы?

2. Каким образом можно получать выпрямленный ток?

3. Зачем в схемах питания люминесцентных ламп постоянным током применяют дроссели и лампы накаливания?

4. Как меняется световой поток (яркость) лампы при изменении сопротивления регулировочного реостата (переменного резистора) схемы?

Практическая работа №1