Про лампочці розжарювання сказано так багато, але все ж. Відомо, що опір холодної нитки лампи розжарювання в 10 разів менше опору розпеченій нитки. Це означає, що в момент включення струм через спіраль лампи 60 Вт може становити 220 В / 68 Ом> 3 А, а якщо увімкнеться знову в момент, коли мережеве напруга досягає амплітудного, струм через спіраль буде більше 4 А! А номінальний струм лампи потужністю 60 Вт дорівнює 0,272 А. Значить, при включенні лампу розжарювання треба захищати. А найефективніший захист це використання різних схем диммеров для ламп розжарювання.
Схема діммера для потужної навантаження
Цей сімісторний регулятор освітлення для ланцюгів змінного струму застосовується для будь-якої активної навантаження, лампа розжарювання або нагрівальний елемент жала паяльника. Максимальна допустима потужність пристрою становить 400VA. Принцип роботи схеми базується на контролі фази 220VAC, даючи можливість навантаженні отримувати живлення від 360 o повної синусоїдальної хвилі. Запітиванія активного навантаження для меншого періоду, забезпечує менший рівень потужності, створюючи ефект діммірованія. Конструкція звичайно стара як світ, але все ще актуальна.
Управління пристроєм відбувається за допомогою змінного опору R2, який виставляє час, необхідний для заряду ємності С2 через ланцюжок R1-R2. C2 заряджається, поки не досягне напруги пробою динистора D1, який в свою чергу, запустить симистор T1. Як тільки останній спрацює, ланцюг замикається і на навантаження надходить напруга живлення. Номінал конденсатора С2, визначає точку на синусоїді, де відбувається пробій динистора.
L1 і C1 є фільтром придушення перешкод, знижуючи рівень радіочастотного паразитного випромінювання. Так як схема не має гальванічної розв'язки від джерела напруги, тому краще використовувати змінний резистор з пластмасовою ручкою.
L1 містить 19 витків дроту з діаметром 0.8 мм на ферритовом осерді діаметром 4 мм. Клеми краще використовувати з затискачем для друкованої плати
Схема підсвічування. Як за допомогою підсвічування збільшити термін служби ламп розжарювання
Почнемо з найпростішого варіанту схеми підсвічування, до лампи розжарювання підведена через діод VD1 одна полуволна змінної напруги, тому струм являє собою послідовність імпульсів, розділених паузами.
У нормальному стані вольфрамова спіраль розігріта до температури близько 3000 К, в холодному стані - приблизно 300 К. Опір металу залежить від температури
де R0 - опір провідника при 0 ° С = 273,15 К;
a - тепловий коефіцієнт опору, приблизно рівний 1 / 273,15 за Кельвіном (або на градус Цельсія);
t ° - температура за шкалою Цельсія;
Т - температура за шкалою Кельвіна. Шкала Кельвіна (звана термодинамічної шкалою температур) дуже зручна для опису природних процесів.
Справді, при зростанні температури від 300 до 3000 К в 10 разів збільшується енергія теплового хаотичного руху молекул речовини, і в стільки ж разів збільшується опір металу електричного струму. З формули (1) видно, що "пусковий" ток приблизно в 10 разів більше номінального струму (так як опір в стільки ж разів менше). Для тонкого ділянки спіралі відповідно до закону Джоуля-Ленца в режимі пуску відбувається 10-кратний перегрів
де Q - кількість виділеної теплоти, Дж; I - електричний струм, А; Dt - інтервал часу; R - опір ділянки спіралі, Ом.
Індекс "п" вказує на пусковий режим; "Н" - номінальний режим. При захисті освітлювального приладу розжарювання діодом спіраль в кінцевому підсумку при номінальному режимі виявляється недогріти, тому сила імпульсів струму виявляється більшою ніж у лампи, незахищеною діодом. Оскільки захищена лампа живиться імпульсами струму, її температура 50 раз в секунду сильно змінюється (в номінальному режимі, при якому було 100 слабших імпульсів струму, спіраль не встигала помітно остигати, тому температура змінювалася не надто сильно 100 раз в секунду). Якщо згадати, що "старе" кіно при 16 кадрах в секунду сильно "мерехтіло", новий стандарт кіно - 24, стандарт телебачення - 25 кадрів в секунду.
Для зниження мерехтіння в телебаченні застосовують полукадровую передачу зображення, тобто 50 раз в секунду парні (потім непарні) рядки. Згадаймо також, що ртутні дугові освітлювальні прилади (газосветние), що спалахують 100 раз в секунду, сильно стомлюють зір. З усього цього випливає висновок: світіння захищеної лампи розжарювання, різко спалахує 50 разів в секунду, шкідливо для зору, припустимо тільки для сигнальних та аварійних ламп (тому багато енергії таким чином не зекономлять).
Віддача світла підкоряється закону Стефана-Больцмана:
R е = sТ4, де R е - енергетична світність, Вт / м 2; s - постійна Стефана - Больцмана 5,67 х 10-8, Вт / (м2К4); Т - абсолютна температура, К.
Таким чином, зниження температури випромінювача навіть на 10% призводить до зниження випромінюваної потужності на 35%. Але це ще не всі наслідки! Відповідно до закону зміщення Віна, зниження абсолютної температури випромінювача призводить до зрушення максимуму спектральної щільності випромінювання в "червону" - більш довгохвильову область
lм = b / T, де lм - довжина хвилі, на яку припадає максимум спектральної щільності випромінювання; b - постійна Вина.
На рис.3, а зображені криві спектральної щільності випромінювання абсолютно чорного тіла при температурах 3000 і 2800 К (праворуч на графіку великі довжини хвиль - це відповідає меншій температурі), а також (рис.3, б) крива видности світлових променів оком людини, так як освітлення призначене для людей. Максимум кривої видности приблизно відповідає температурі максимальної щільності випромінювання 6000 К - це "звичний" оці світло нашого Сонця! З накладення двох кривих видно, що у видимій області знаходиться тільки невелика частина енергії випромінювання спіралі, причому невелике зниження температури (режим "економії" і захисту) призводить до помітного зниження видимої оком картинки! Коли 20 років тому в школі (м Ладижин) виникла проблема з проекційними лампами (у міській електромережі напруга завищена, а режим роботи проекційних ламп підібраний так, що температура і "сонячний захід" спектра у видиму область були побільше), довелося використовувати схему рис. 4.
Баластні резистори (дротові) розташовані вну три корпуси проекційної апаратури. Здавалося б, це повинно збільшити на- грев корпусу, але немає. Висновок: якщо на бал- обласними резисторах розсіюється 1 Вт потужності, то нагрів проекційної лам- співай зменшується приблизно на 2 Вт, в результаті нагрівання корпусу приладу зменшується на 1 Вт! Крім зменшення нагрівання в номінальному режимі баластовий резистор значно поліпшив пусковий режим. З формули (2) видно, що при пуску холодної спіралі її нагрівання посилюється в 10 разів у порівнянні з номінальним. Товсті місця спіралі (більшого перетину) мають менший опір, тому менше нагріваються:
R = rl / S = 4rl / (pd2). де R - опір ділянки спіралі, Ом; l - довжина ділянки, м; d - діаметр спіралі, м; S - переріз спіралі, м2; r - питомий опір провідника.
У той же час маса товстих ділянок спіралі більше, тому при меншій потужності нагріву ці ділянки помітно довше розігріваються. При такому ході процесів тонкий ділянку спіралі нагріву нагрівається швидко, його опір зростає відповідно до формули (1), а інші місця спіралі розігріваються не так швидко, і загальний опір зростає повільніше! 3начіт, режим пускового перегарту найбільш сильно шкодить тонким ділянок спіралі лампи! У проекційні апарати ми встановлювали баластні резистори опором близько 10% від опору лампи в номінальному режимі, тому в робочому режимі на резисторі падало 10% "зайвих" вольт. У режимі пуску опір лампи дорівнює 0,1 номінального, разом з баластними резистором це становить 0,2Rн, тому "пусковий" ток всього в 5 разів перевищує номінальний, а нагрів тонких ділянок згідно із законом Джоуля-Ленца в 2,5 разів перевищує номінальний ( з урахуванням (1)). Без захисного резистора це перевищення становить 70 разів! Значить, в режимі пуску нагрів спіралі зменшений в 4 рази. Це, здається, не дуже великий виграш, але, якщо тонке місце мотузки рветься, зниження навантаження в 4 рази гарантовано її врятує! На рис.5 схематично зображено залежність потужності нагріву ламп для трьох випадків: 1 - лампа без захисту; 2 - захист діодом; 3 - захист баластовим резистором. Висновки робіть самі.
Практика багаторічної експлуатації освітлювальних і сигнальних ламп показала високу надійність захисту, зниження світлового потоку візуально непомітно. На рис.7 показано з'єднання баластного резистора з освітлювальної лампою. Для перевірки ефективності захисту двох типів зібрана схема (рис.8), в якій для прискорення перегоряння ламп до них підводилося напруга 380 В, а також проводилися включення / вимикання. Після виходу з ладу 5 ламп, що захищаються діодом, і однієї лампи, що захищається резистором, випробування були припинені! Вражаюче! Напруга двох фаз подавалося на схему з "дрібною" добавкою, майже непомітно впливає на свічення лампи, і лампа світилася з Перекалля, опираючись перегорання навіть в моменти пуску! Раз ми змогли так ефективно захистити лампу розжарювання, що вона може витримувати навіть перегарту, виникає питання: чи не можна піти далі і змусити світити лампу з Перекалля і не дмухнути (всупереч способу захисту з діодом)?
На рис 10 Rб знижує "кидки" струму при пуску холодної лампи. Конденсатор С в пусковому періоді з одного боку обмежує зростання напруги імпульсів, з іншого боку, підживлює лампу в моменти мінімумів напруги мережі. Внаслідок цього пуск лампи прискорюється, а "кидки" струму при цьому послаблюються. Прогріта спіраль менше шунтирует конденсатор, і напруга на лампі в період мінімумів падає в меншій мірі. Відповідно лампа менше "пульсує" і віддає більше світла. Ємність конденсатора визначає величину ефективного напруги на лампі, при цьому з електролі- тичних підходять тільки спеціальні конденсатори, призначені для роботи в силових ланцюгах. При невеликих потужностях ламп розжарювання для забезпечення режиму перегарту досить ємності "паперового" конденсатора в кілька мкФ.
Схема діммера регулятор яскравості ламп розжарювання