Электронные пускорегулирующие аппараты для газоразрядных ламп повышенной мощности

Световую отдачу, срок службы, энергетические характеристики разрядных ламп (PЛ) определяют способы электропитания, то есть устройства пускорегулирующей аппаратуры, в том числе электронной (ЭПРА).

Условия работы разрядных ламп  с ЭПРА на основе наиболее широко применяемых в настоящее время схемотехнических решений в виде преобразователя частоты с явно выраженным звеном постоянного тока, содержащего выпрямитель и резонансный инвертор или инвертор напряжения ВЧ, принципиально не отличаются от условий работы с традиционными пассивными ПРА. В обоих случаях основной элемент (или узел) схемы ПРА выполняет роль балласта заданного типа, обеспечивающего стабильность разряда разрядной лампы, работающей на падающем участке вольтамперной характеристики в статическом и (или) динамическом режиме. При этом параметры системы ЭПРА-РЛ, в частности, уровни пульсаций тока (мощности), светового потока РЛ, фактически соразмерны. И в том, и в другом случае РЛ как нагрузка ЭПРА может быть представлена эквивалентным сопротивлением (характеризующим потребление активной мощности), которое является активным, нелинейным и искажающим. Формы потребляемого тока и напряжения РЛ не совпадают. Поэтому, потребляя активную мощность, РЛ является и потребителем (ис­точником) мощности искажения.

По отношению к сети система ЭПРА-РЛ является также потребителем (источником) реактивной мощности, т.е. имеет КМ, значение которого меньше единицы. Искажение формы потребляемого тока вызывает возрастание потерь в сети и в самой системе ЭПРА-РЛ, а также завышение установленной мощности элементов.

Переход на ВЧ, принципиально необходимый для известных схемотехнических решений, позволяет расширить функциональные возможности ЭПРА и улучшить некоторые характеристики системы ЭПРА-РЛ.

Пульсация светового потока при работе РЛ на ВЧ незаметна для человеческого глаза. Однако при работе на ВЧ возникают дополнитель­ные проблемы, заключающиеся в обеспечении электромагнитной совместимости, необходимости подавления излучаемых псофометрических частот, возможности возникновения режима акустического резонанса, усложнении, снижении надежности, удорожании ЭПРА.

Ход работы

1. Замерить величину освещенности от люминесцентных ламп типа ЛБ с различными ПРА.

2. Замерить коэффициент пульсации освещения от люминесцентных ламп типа ЛБ с различными ПРА.

3. Собрать схему (рис. 1) и, изменяя входное напряжение, измерить напряжение зажигания и напряжение погасания люминесцентных ламп при использовании различных ПРА.

4. Разобрать схему, сделать выводы о качестве освещения при различных типах ПРА и составить отчет.

Рис. 1. Схема включения светильника с ЛЛ в сеть

Контрольные вопросы

1. Принцип работы электронных ПРА.

2. Схемы сборки светильников с различными типами ПРА.

3. Что понимается под качеством освещения?

4. Что такое коэффициент пульсации К_п?

5. Что такое цилиндрическая освещенность и как она вычисляется?

Лабораторная работа № 11

Исследование электротехнических характеристик

Импульсных ламп.

(2 часа)

Цель работы.Изучить конструкцию импульсных ламп (ИЛ), схемы их включения в сеть и влияние качества напряжения сети на электротехнические характеристики импульсных ламп.

Оборудование и приборы:

1). импульсная лампа типа Flash lamp Camelion (производство China), power: 2W, speed 50 t/m;

2). соединительные провода;

3). лабораторный автотрансформатор ЛАТР-2М;

4). высокоомный вольтметр.

Объект исследования

Объектом исследования является импульсная лампа типа Flash lamp Camelion (производство China), power: 2W, speed 50 t/m.

Общие положения

Импульсной лампой (ИЛ) называется лампа, рассчитанная на мощные импульсные электрические разряды, сопровождающиеся

интенсивным оптическим излучением. Лампа имеет герметичный баллон из стекла или кварца, наполненный химически инертным газом (чаще всего ксеноном). Зажигание ИЛ осуществляется с помощью третьего, расположенного внутри или на поверхности лампы управляющего электрода с подачей высоковольтного импульса. В некоторых случаях ИЛ не имеют управляющего электрода и зажигается кратковременным увеличением напряжения на основных электродах.

Питание ИЛ осуществляется от электрического источника, способного обеспечить в течение короткого времени большой ток, чаще всего – от электрического конденсатора, заряжаемого до рабочего напряжения U_р.

Рис. 1. Функциональная схема питания импульсной лампы с накопителем энергии (ИЛ – импульсная лампа, включенная в разрядный контур К с накопителем электрической энергии Н, являющимся вторичным источниками энергии для лампы, ЗУ – зарядное устройство, ПИ – первичный источник энергии, ГИ – генератор зажигающих импульсов и УЗС – блок управления, синхронизации и защиты).

Особенность ИЛ заключается в возможности их эффективного использования при значительном варьировании амплитуды тока, длительности и частоты разрядов при небольших изменениях КПД и спектрального состава излучения. В настоящее время с ИЛ получены следующие наибольшие значения параметров: пиковая электрическая мощность 2х10⁸ Вт, световой поток 10¹⁰ лм, яркость 10¹¹ кд/м². Диапазон длительностей вспышек ИЛ характеризуется значениями 10^-7-10^-2 с.

Классификация ИЛ по конструктивным признакам позволяет выделить трубчатые и шаровые ИЛ. У первых разрядный объем ограничен стенками трубки, у вторых разряд не ограничен в пространстве – расширяющаяся плазма за время не достигает стенок колбы.

Схемы включения ИЛ содержат накопитель, заряженный от источника постоянного тока, и устройства управления, синхронизации и защиты, регулирующие работу зарядного устройства, генератора зажигающих импульсов и разрядного контура (рис. 1). В качестве элемента схемы ИЛ приближенно можно рассматривать как ключ с односторонним управлением: прохождение тока через лампу прекращается, когда энергия накопителя W_р почти полностью иссякает, или срабатывает выключатель в разрядном контуре, или гасящее устройство уменьшает напряжение на ИЛ до напряжения погасания.

Самым простым и распространенным способом питания ИЛ является подключение ее к накопительному конденсатору, при разряде которого генерируется импульс тока.

Характеристики излучения трубчатых ламп определяются параметрами лампы и разрядного контура. Импульсы силы света I(t) характеризуются освечиванием , пиковой силой света I_п и длительностью вспышки . Варьируя форму и длительность импульса выделяющейся в ИЛ электрической мощности, можно изменять форму и параметры импульсов излучения, получать импульсы силы света, близкие к прямоугольным. Однако при питании от конденсатора кривая I(t) имеет характерную форму (рис. 2).

Рис. 2. Типичная зависимость силы света I(t) от времени t (I_п – пиковая сила света; - длительность импульса а силы света)

Световая отдача трубчатых ксеноновых ИЛ достигает 60 лм/Вт.

Спектр излучения трубчатых ламп (температура плазмы 8000-12000К) охватывает диапазон длин волн 155-4500 нм при кварцевой колбе и 290-3000 нм при стеклянной.

Характеристики излучения шаровых ИЛ имеют особенности, обусловленные существенно меньшей продолжительностью и меняющейся от импульса к импульсу формой светящего канала разряда в не ограниченном стенками разрядном промежутке малой длины. Из-за низкого сопротивления канала такие разряды чаще всего бывают колебательными.

Отношение выделяющейся в шаровой ИЛ электрической энергии W_л к запасенной в конденсаторе электрической энергии W_k = CU²_p/2, называемое КПД разрядного контура, изменяется в более широких пределах, чем у трубчатых ИЛ и сильно зависит от свойств контура.

Световая отдача шаровых ламп обычно не превышает 15 лм/Вт.

КПД шаровых ИЛ в несколько раз меньше, чем у трубчатых, и в видимой области составляет несколько процентов. Общий КПД лампы ИСШ7 равен только 9%, из-за поглощения УФ излучения колбой.

Типы и параметры промышленных ИЛ представлены в таблице.                                                                                                   

Тип лампы	Wр, Дж	t, с	Uр, кВ	Uз, кВ	N 103 вспы шек	,  ккД с	, мс	Форма светящей части
ИФК15-2 ИФК20 ИФК20-3 ИФК50	15 20 20 50	5 10 15 10	0,25 0,15 0,36 0,2	5 5 8 5	5 30 10 30	0,005 0,005 0,030 0,1	3 0,2 0,3 0,4	Прямая
ИФК75 ИФК75-1	75 85	2 1	1,5 0,7	15 15	20 300	0,18 0,12	0,15 0,06	Полу- кольцо
ИФК120	120	10	0,3	10	10	0,25	1	U-образная
ИФК150 ИФК150 ИФК500	150 80 500	0,75 0,5 15	1   0,5	25 25 15	500 700 10	0,45 0,25 1	1 1 8	Спираль
ИФК2000	2000 400 180	16 1,3 1,3	0,5 0,32 0,7	20	5 400 800	6 1,2 0,45	4 2 0.1	U- образная
ИФК20000	20000 10000 2000	20 1,8 0,5	4	25	- 7 -	60 34 6	2 1 0,6	Шаровая спираль
ИФБ300*	300	7,5	0,3	15	10	0,5	40	Кольцо
ИФП200 ИФП500 ИФП1500 ИФП4000 ИФП15000 ИПО75	200 500 1500 4000 15000 75	7,5 7,5 15 15 12 30	0,5 0,5 1 1,4 2,4 0,7	10 10 15 15 25 10	10 10 10 10 10 5	0,4 1 4 12 50 0,3	1,6 7 9 16 4,5 0,3	Прямая
ИШО1	1,3	1	0,8	5	5	0,001	0,003

* – Принудительное охлаждение обдувом.

Лампы-вспышки одноразового действия (ЛВ) дают импульс излучения за счет реакции горения магниевой или циркониевой фольги в атмосфере кислорода.

Эффективная длительность вспышки фотографических ламп лежит в пределах 10 и 30 мс.

Отечественной промышленностью выпускается по ТУ 2.425.003 фотографическая вспышка-куб, состоящая из четырех ЛВ, размещенных за гранями прозрачного пластмассового куба.

Ход работы

1. Собрать схему (рис. 3).

Рис. 3. Схема лабораторного стенда

2. Определить частоту вспышек лампы, для чего замерить количество вспышек за единицу времени (1 мин.).

3. Изменяя величину входного напряжения ЛАТРом определить, как изменяется частота вспышек от величины входного напряжения.

4. Измерить величину пикового напряжения и определить, как меняется эта величина от изменения входного напряжения.

Содержание отчета

1. Характеристики излучения импульсных и трубчатых ламп.

2. Результаты измерений.

3. Анализ полученных результатов измерений.

4. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 12