Стартерные схемы зажигания

Простейшим и наиболее распространенным зажигающим устройст­вом является стартер тлеющего разряда, применяемый для зажигания ЛЛ. В схемах включения ЛЛ стартер должен выполнять следующие функции:

Ø замыкать цепь пускового тока лампы, в результате чего электроды лампы должны нагреваться пусковым током, а напряжение сети падать на балластном сопротивлении и электродах лампы;

Ø возможно быстро размыкать контакты, шунтирующие лампу, после разогрева электродов, при этом за счет энергии, запасенной в индуктивном бал­ласте, на разомкнутых контактах стартера возникает импульс высо­кого напряжения, который прикладывается к лампе и зажигает ее;

Ø под­держивать контакты разомкнутыми в течение всего времени горения лампы, в противном случае контакты стартера будут шунтировать лам­пу и она будет гаснуть.

Этим условиям удовлетворяет любой выключатель или кнопка. Но их применение возможно лишь в отдельных случаях, например в настольных лампах. Более надежно и удобно применение стартеров тепло­вых и тлеющего разряда. В нашей стране применяются только стартеры тлеющего разряда, за рубежом на­ряду со стартерами тлеющего разря­да и тепловые стартеры, представля­ющие собой простейшие термореле.

На рис. 1 приведена схема устройства стартера тлеющего раз­ряда. Он состоит из стеклянного баллона 3, наполненного инертным газом. В него впаяны металлический неподвижный электрод 2 и биметал­лический электрод 4, имеющие вы­воды 1, проходящие через цоколь 5. Баллон заключен в пластмассовый или металлический корпус с отвер­стием в верхней части. При подаче напряжения на схе­му, состоящую из последовательно соединенных ламп и дросселя и вклю­ченного параллельно лампе стартера, на электроды стартера и одновремен­но на лампу подается напряжение сети Uc. Это напряжение значитель­но ниже напряжения зажигания лам­пы с холодными электродами, но до­статочно для образования тлеющего разряда между разомкнутыми электродами стартера. После этого по цепи дроссель — первый электрод лампы—электроды стартера—второй электрод лампы начинает течь ток тлеющего разряда стартера около 0,01—0,04 А. Этот ток не может заметно нагревать электроды лампы, но тепла, образуемого в стеклянном баллоне стартера, достаточно для разогрева биметаллической пластины 4, в результате чего она изгибается в направлении неподвижного электрода 2 и через 0,2—0,4 с контакты стартера замыкаются (момент времени t_\ на рис. 17.3,6), в цепи начинает протекатьток нагрева электродов. Одновременно при замыкании электродов стартера в нем превращается тлеющий разряд, происходит остывание биметаллического электрода и через время электроды стартера размыкаются, на лампе возникает импульс напряжения (момент времени t₂), который и зажигает лампу. Время подогрева электродов определяется временем замыкания электродов стартера и составляет 0,2—0,8 с.

В большинстве случаев этого времени недостаточно для разогреваэлектродов лампы и существенного снижения напряжения зажигания. Поэтому лампа при первом импульсе может не зажечься. В этом случае процесс повторяется. Общая длительность пускового режима находится в пределах 3—15 с. Длительность пускового импульса составляет 1—2 мкс и недостаточна для надежного зажигания лампы. Поэтому параллельно контактам стартера включают конденсатор емкостью 15—10 нФ, что увеличивает длительность импульса в 50—100 раз. Амплитуда зажигающего импульса в стартерных схемах составляет 750—1000 В, что, естественно, сказывается на сроке службы ламп. Поэтому основное требование, предъявляемое к стартерам тлеющего разряда, состоит в обеспечении зажигания ламп с первой попытки, что связано с увеличением длительности контактирования электродов стартера и режима предварительного нагрева электродов.

Несмотря на простоту конструкции, стартеры часто выходят из строя, в том числе из-за запирания их контактов. В таком режиме стартер отрицательно влияет на срок службы ЛЛ, так как лампа начинает ра­ботать в длительном пусковом режиме.

Развитие полупроводниковой техники привело к созданию много­численных схем полупроводниковых стартеров. Принцип действия по­лупроводниковых стартеров и стартеров тлеющего разряда аналогичен, они выполняют те же функции, но не имеют в конструкции подвижных контактов.

Совершенствование полупроводниковых стартеров для ЛЛ с пред­варительным нагревом электродов осуществляется по пути создания схем ждущего зажигания, т. е. таких, в которых зажигающий импульс подается на лампу только после прогрева ее электродов. В настоящее вре­мя существует множество схем полупроводниковых стартеров, осуще­ствляющих принцип ждущего зажигания по времени нагрева электро­дов, изменению сопротивления или возникновению видимого свечения. В нашей стране выпускаются полупроводниковые стартеры ждущего зажигания, основанные на использовании видимого свечения нагретых электродов.

Бесстартерные ПРА

Бесстартерные ПРА по конструкции значительно слож­нее стартерных, имеют большие потери мощности и боль­шие габаритные размеры, но в основном обеспечивают по­вышенную надежность зажигания и высокий срок службы ламп. Поэтому расходы на эксплуатацию осветительных установок с бесстартерной ПРА в определенных условиях могут оказаться существенно ниже, чем со стартерными. В бесстартерных схемах зажигание осуществляется синусоидальным питающим напряжением. В процессе зажигания ламп в бесстартерных схемах определяющую роль играет распространение плазменного фронта по длине трубки от зажигающего электрода к заземленному и возникновение тлеющего разряда.

В связи с тем что зажигание ЛЛ в бесстартерных схемах осуществляется синусоидальным напряжением определенной амплитуды, для надежного зажигания ламп большое значение имеют факторы, облегчающие зажигание и стабилизирующие напряжение зажигания на определенном уровне при изменении условий окружающей среды: предварительный нагрев электродов, наличие на колбе лампы токопроводящей полосы. Особенно эффективно сказывается на снижении напряжения зажигания соединение полосы с одним из электродов лампы, с землей, а также подача на полосу определенного электрического по­тенциала.

Бесстартерные ПРА принято делить на две группы: ПРА быстрого зажигания, в которых осуществляются пред­варительный нагрев электродов ЛЛ и затем зажигание ее под действием синусоидального напряжения источника пи­тания, и ПРА мгновенного зажигания, в которых ЛЛ с холодными электродами зажи­гается при подаче на нее повышенного напряжения.

Независимо от электрической схемы бесстартерные ПРА должны обеспечивать:

1) предварительный нагрев электродов лампы в пуско­вом режиме до температуры, интенсивной термоэлектрон­ной эмиссии с катода и снижения напряжения зажигания;

2) подачу на лампу зажигающего напряжения, которое применительно к ПРА называют напряжением холостого хода. За напряжение холостого хода бесстартерных ПРА принимают напряжение, которое создает аппарат на зажимах негорящей лампы.

3) компенсацию при необходимости напряжения пред­варительного нагрева электродов, т.е. снижение напряже­ния нагрева электродов в рабочем режиме по сравнению с пусковым. Это требование обусловлено стремлением обес­печить максимальный срок службы ламп.

4) стабилизацию рабочего режима ламп в определен­ных пределах, так же как и стартерные ПРА.

Бесстартерные ПРА, обеспечивающие зажигание ЛЛ с предварительным нагревом электродов, можно разделить на следующие три основные группы:

1) резонансные, в которых предварительный нагрев электродов осуществляется током резонансного контура, состоящего из балластных и пусковых индуктивных и ем­костных элементов, а требуемое напряжение холостого хода обеспечивается на одном из реактивных резонансных элементов, параллельно которому включена ЛЛ;

2) с накальным трансформатором для предварительно­го нагрева электродов. Увеличение напряжения холостого хода может быть достигнуто путем, как усложнения накального трансформатора, так и применения специальных пус­ковых конденсаторов;

3) с автотрансформаторами с рассеянием. В таких схе­мах повышенное напряжение холостого хода, требуемое для зажигания лампы, обеспечивается выбором числа витков вторичной, обмотки. Конструкция магнитной системы обеспечивает стабилизацию тока лампы в рабочем режиме.