О питании ламп дневного света постоянным током
Рейтинг: 5 / 5
- Подробности
- Категория: Люминесцентные лампы
- Опубликовано: 23.03.2017 09:59
- Просмотров: 5537
А.Г. Зызюк, г. Луцк
Питание ламп дневного света постоянным током известно давно. Однако на практике укоренился вариант питания переменным током. В нем используется балластный дроссель и стартер для запуска (поджига) лампы. Все предельно упрощено. Зато присутствуют броски токов через нити накалов ламп. В результате срок службы ламп резко уменьшается. Кроме того, лампа дневного света работает на частоте 50 Гц. Следовательно, наши глаза подвергаются мерцанию ламп дневного света с частотой электросети. Многие уже отмечают, что такое освещение приводит к усталости, раздражительности и мигрени. Снижается производительность труда. Модные нынче «электронные балласты» с лампами дневного света также имеют свои (новые) недостатки. Работа осветительных ламп дксэл 250 на ультразвуковых частотах пользы для здоровья и самочувствия приносить не может.
В данной статье рассмотрены все эти вопросы.
Также приведено описание конструкции питания ламп дневного света, где они работают на постоянном токе. Поэтому сведены к минимуму недостатки, связанные с негативным влиянием переменного тока на наши глаза. Привлекательность рассматриваемых конструкций состоит в том, что в них нет дефицитных или дорогостоящих комплектующих, что в наше время очень важно, ведь семейный бюджет для большинства из нас весьма ограничен.
Энергосберегающие технологии становятся все большей необходимостью
Все дело в том, что цены но электроэнергию будут повышаться...
Действительно ли современные лампы дневного света являются самыми экономичными источниками света? Всегда ли целесообразно применять в быту именно эти малогабаритные лампы с электронными балластами (ЭБ)? Вопросы актуальные - уместно их рассмотреть подробнее.
Справедливо выражение, что новое - это хорошо позабытое старое... Часто это соответствует действительности. К сожалению, хорошие вещи и знания тоже предаются забвению, иногда совсем незаслуженно.
В данной статье рассмотрены варианты включения ЛДС именно на постоянном токе, причем можно использовать ЛДС разной мощности. К примеру, применялись ЛДС на 20...80 Вт, т.е. для бытовых нужд можно организовать освещение практически любого помещения. Когда нужно было эксплуатировать несколько однотипных ЛДС, то в одной конструкции применяли несколько одинаковых схем. Рассматриваемые конструкции изготовлялись в одно время с началом широкого распространения энергосберегающих ЛДС (ЭЛДС), т.е. ЛДС с ЭБ (электронным балластом-преобразователем напряжения). Они с успехом эксплуатируются в настоящее время.
Ценовой вопрос всегда будет актуальным.
Поэтому не обходим его стороной.
А ситуация такова, что малогабаритные ЭЛДС не являются дешевыми. Цены на ЭЛДС чрезмерно завышены, если взять во внимание массовое производство ЭЛДС, их низкую себестоимость и сопоставить с нашими зарплатами. Ведь серьезная экономия достижима лишь при условии, что во всех комнатах дома или квартиры заменили все (или почти все) лампы накаливания (ЛН) на ЭЛДС. А это покупка десятков экземпляров ЭЛДС. Между прочим, себестоимость ЭЛДС постоянно снижается. Но из-за торговых накруток цены не уменьшаются. Таким образом, цены на ЭЛДС сохраняются на слишком высоком уровне. Следовательно, именно это препятствует их более широкому продвижению на рынке. Вместе с тем, налицо перепроизводство ЭЛДС. На больших оптовых складах и в супермаркетах накоплено громадное количество уже и новых ЭЛДС.
Несмотря на этот факт цены на ЭЛДС не снижают!
В то же время, обычные (крупногабаритные) ЛДС стоят примерно в 5-10 раз дешевле. Приобретение стандартной упаковки (из 20 шт.) обычных ЛДС (на 20...65 Вт) может дать еще большую экономию. Конечно, смотря у кого приобретаем. И тут тоже свои подводные камни. Крупные торговые точки, как правило, скидок не дают. Даже удивительно. Зато на вещевых рынках в малых торговых «черепашках» упаковка ЛДС на 20% дешевле, чем у «магнатов» в крупных торговых центрах. Неспроста ведь последние стремятся поглотить вещевые рынки, где тысячи этих черепашек. В черепашках торговцы не настолько скупые, хотя и беднее на порядки.
Приобретение 20 шт. ЛДС не является излишеством. От новоявленной глобализации пользы для простых людей мало, зато вреда слишком много. Фактически идет поглощение «крупными мелких», что сопровождается «антиконкуренцией», так как цены не снижаются. Разница цен на ЛДС определяется конкретно сравниваемыми ЛДС и ЭЛДС. Важно и то, что срок службы ЛДС никак не меньше, чем у современных ЭЛДС. Напротив, ЭЛДС выходят из строя чаще обычных ЛДС. Неспроста реализаторы так охотно принимают «обратно» внезапно отказавшие ЭЛДС (в течение срока гарантии). Требуется только сохранять упаковку ЭЛДС с подписью продавца, в которой возвращать ЭЛДС. У реализаторов уже наготове большие ящики для «возвратных» (вышедших из строя) ЭЛДС. То есть частый отказ ЭЛДС как бы в норме вещей. Отметим, что при переходе на постоянный ток срок службы ЛДС увеличивается. Правда, для этого нужно соблюдать несколько условий. Во-первых, нельзя «загонять» ЛДС в режимы, близкие к максимальным, что имеет место в промышленных плафонах (светильниках) с ЛДС.
Избежать такой проблемы несложно. Нужно применять более мощные ЛДС при меньшей мощности. Скажем, 65-ваттные ЛДС, но при подводимой мощности не больше 30...45 Вт. Или же, 40-ваттные ЛДС при 20...30 Вт. Во-вторых, требуется свести к минимуму экстратоки (броски токов) через ЛДС, особенно при пуске ЛДС. Экстратоки разрушают ЛДС, и их срок службы резко сокращается. В-третьих, «электроника» (ЭБ) или «электрика» (схема на диодах и конденсаторах) должны быть сделаны с «запасом прочности». Пусковые дроссели также нужны с соответствующим запасом. Далеко не всегда промышленные варианты дросселя
(под конкретный тип ЛДС) являются оптимальными. Следует помнить, что для работы на постоянном токе нужны дроссели с минимальным активным сопротивлением обмотки. Роль балласта здесь всецело возложена на ЛН. Она светит, пусть и тускло, а дроссель только напрасно нагревается. Кроме того, суммарный спектр, излучаемого совместной работой ЛН и ЛДС, ближе к естественному свету, чем работа только ЛДС. В общем, о «резкости и негативности» света от ЛДС пишут неохотно, но факт остается фактом.
Потому и мерцание от ЛДС, особо ощутимо нашими глазами, что слишком уж «быстродействующие» эти ЛДС, если их сравнивать с обычными «медленными» ЛН.
А у обычных ЛДС обрываются нити подогрева ЛДС. И обрыв нитей уже связан с особенностью запуска ЛДС, работающих на переменном токе с частотой 50 Гц. Типовое включение ЛДС предполагает именно такой вариант. Заводской вариант предельно простой конструктивно. Поэтому, учитывая его недостатки, он идеален только для массового производства. В итоге, ускоренно разрушаются сами ЛДС. Производителю нет смысла усложнять свои конструкции. Покупатель все равно купит. Но радиолюбителю не обязательно «руководствоваться неоптимальными конструкциями». Вполне можно использовать схему, показанную на рис.1.
Для большей объективности отметим достоинства и недостатки ЭЛДС. Начнем с достоинств. Их не так и много. Первое - малогабаритность. Второе - эксплуатационные удобства, поскольку ЭБ расположен внутри конструкции ЭЛДС. Правда, из этого вытекает и ряд новых недостатков ЭЛДС. Их нет у ЛДС с 50 Гц питанием. Третье достоинство - повышенный КПД, если сравнивать тепловые потери обычной системы питания ЛДС при 50 Гц. Однако и здесь не все так великолепно и однозначно, как может показаться на первый взгляд. Поэтому данные проблемы рассмотрим чуть подробнее.
Теперь о недостатках ЭЛДС. Во-первых, как отмечалось, чрезмерно завышенные цены на ЭЛДС. Второй недостаток - невозможность изменения яркости свечения, хотя бы ступенями. Обычно на практике достаточно даже двух режимов яркости. Попытка «сэкономить» на приобретении менее мощной ЭЛДС невозможна. Чем меньше мощность ЭЛДС, тем она дороже. В итоге, 7... 13 Вт ЭЛДС дороже, чем 20 Вт, как самые «ходовые» в народе. Неприятно, но факт. У маломощных же ЭЛДС имеется один дополнительный недостаток. И он досадный. Суть его в том, что чем меньше мощность ЭЛДС, тем дольше она разогревается (выходит на заданный режим яркости). Проблема такова, что 7 Вт ЭЛДС светит очень тускло минут пять-десять, пока полностью не разогреется. Настолько слабо светит, что может понадобиться дополнительное освещение, пока ЭЛДС не разогреется. Вот такие «нюансы». Кроме того, все ЭЛДС бытового предназначения очень плохо работают при пониженной температуре. Картина такая: если, к примеру, на даче, пока не отапливали, температура не выше +5°С, то ЭЛДС может и вообще не заработать. Летом все ЭЛДС нормально работали.
Поэтому с целью экономии электроэнергии все ЛН заменили и убрали. Естественно, о вышесказанных проблемах ЭЛДС предпочитают не распространяться. Но ЭЛДС может очень плохо запускаться, а то и во все не запуститься при понижении температуры. И света не будет совсем. Пройдет минут 5...10,если не больше, пока ЭЛДС не запустится. Столько же потребуется времени, пока ЭЛДС не «придет в себя»? И чем меньше мощность ЭЛДС, тем больше проблем в этом плане. Тут неоспоримы преимущества обычных ЛН. Не правда ли, «замечательные» эти ЭЛДС? Ведь для профессионалов не секрет, что не ЛДС являются самыми экономичными источниками света. Как известно, ЛДС уступают по КПД ультраярким светодиодам (УСД). Однако суперцены на мощные УСД нескоро позволят им широко войти в быт. Впрочем, налицо особенности торговой тактики. Перепроизводство ЭЛДС предопределяет «проталкивание» на рынках именно ЭЛДС. Хотя, уже очевидно, что время ЭЛДС как бы уходит в прошлое, не завоевав массового покупателя. В связи с чем от ЛН полностью не уйти. На них или на УСД следует иметь запасной вариант освещения, хотя бы в самых ответственных местах. Кстати, обычные ЛДС уже не страдают так сильно всем вышесказанным, как ЭЛДС. А с переходом на пуск и работу при постоянном токе ситуация с ЛДС дополнительно улучшается.
Следующий недостаток современных ЭЛДС - чувствительность к перепадам сетевого напряжения, особенно если напряжение повышается. Таким образом, чаще всего отказ ЭЛДС приходится именно на ЭБ. Вот почему в своих конструкциях автор предпочитал «каменный век» с защитой ЛДС на балластной ЛН. Фактически получается «стопроцентная» защита от перепадов сетевого напряжения. Кроме того, заменить ЛН чем-то другим, более «современным», но не менее надежным, сложно.
Таким образом, обычные (трубчатые) ЛДС, баллоны которых не минимизированы в размерах и не скручены в рулоны (как во всех ЭЛДС), оказываются более надежными и выгодными в применении, чем ЭЛДС. Насчет выгоды ЭЛДС требуется уточнение. И об этом необходимо помнить. Также не забываем, что при питании от ЭБ именно крупногабаритные ЛДС дают еще больший эффект в плане КПД, чем современные малогабаритные, скрученные в «три погибели» ЭЛДС-ЛДС. Так вот, насчет сравнения КПД.
Проводились такие сравнительные эксперименты. Рядом располагали 65-ваттную (обычную полноразмерную) ЛДС и 32-ваттную ЭЛДС. На 65-ваттную ЛДС подводимую мощность уменьшали вдвое. На ЛДС измерения осуществлялись методом амперметра-вольтметра. Работа
ЛДС при постоянном токе все это еще упрощает и «уточняет» (меньше погрешности «китайских» тестеров). Ситуация такова, что яркость свечения ЛДС примерно вдвое больше, чем у ЭЛДС! Это, конечно, на глаз, без люксметров. Но разница в КПД такая большая, что путаницы и быть не может. Впрочем, эффект примерно такой же, как в акустике. Попробуйте сами. Сначала подключите динамик типа 4А-32, а затем 10Гд-З6К («Маяковский»). И не потребуется быстрое переключение. Громкость и качество изменяются скачкообразно. Нужно быть глухим, чтобы не сделать однозначного вывода. При этом главное, что 16-омный звучит громче, чем 4-омный. Подобно и с 65-ваттными ЛДС. Размеры-то у нее солидные - 1,5 м, т.е. излучающая поверхность в десятки раз больше, чем у ЭЛДС. Можно и 40-ваттную ЛДС сравнивать при тех же 32 Вт. Эффект будет впечатляющим. Когда подключим 40-ваттную или 65-ваттную ЛДС к ЭБ, то разница в КПД еще возрастет. Отмеченные обстоятельства нельзя упускать из вида. Истина для рядовых потребителей важнее помпезной рекламы ЭЛДС. Еще один недостаток ЭЛДС - низкая ремонтопригодность и большие затраты времени на восстановление ЭБ. По сути, ЭЛДС -- одноразовые устройства. Малогабаритность играет в этом первую роль. Но люди пытаются ремонтировать ЭБ. Конечно же, происходит это не от легкой жизни. Факт в том, что восстановление ЭБ, когда неисправной оказывается только сама лампа, позволяет подключать ЭБ и к обычной ЛДС. И это будет наилучшим вариантом (в плане КПД).
Рассматриваемая схема с питанием ЛДС на постоянном токе устраняет рассмотренные выше недостатки ЭЛДС. Разных схем питания ЛДС постоянным током опубликовано совсем немного. Тем более, следует отметить некоторые их особенности. Несмотря на кажущуюся схемную простоту, на деле не все так просто. Изменение емкости или удаление из схемы даже одного конденсатора резко изменяет режимы работы ЛДС. Поэтому простота обманчива. Раньше встречались публикации схем питания ЛДС на постоянном токе. Но этот процесс зашел в тупик. Причин тому несколько. К сожалению, разными авторами фактически приводились одни и те же схемы, причем не самые лучшие и не в проработанном виде. Об этом необходимо рассказать подробнее.
Во-первых, нигде толком не упоминается, что есть серьезная проблема при питании ЛДС постоянным током. Схемы приводились, но главного не было сказано. А суть проблемы следующая. При питании ЛДС постоянным током возникает необходимость изменения полярности включения ЛДС. И это обязательное условие для работы ЛДС на постоянном токе. Если автор об этом умалчивает, тем более намекнул вскользь, словно это «мелочь», то сразу делаем однозначный вывод - он не эксплуатировал ЛДС на постоянном токе. Дело в том, что ЛДС даже чернеют. А вскоре свечение ее баллона с одной стороны уменьшается, затем ЛДС гаснет. Это будет непременно, если не изменять полярности подключения выводов ЛДС. Процесс этот обратимый, если регулярно перебрасывать выводы ЛДС. Достаточно установить переключатель, как сделано на рис.1. Но все удивление как раз в том, что никто нигде не использует такого переключателя. А он - непременный атрибут таких схем! Может показаться это неким неудобством. Но это дело привычки. И к нему быстро привыкают, как к обычному явлению. Одного положения переключателя хватает на многие часы работы ЛДС. Чем старее ЛДС, тем чаще нужно переключать. Но ведь свет нужен в присутствии человека. Поэтому и «щелкнуть» тумблером - вовсе не проблема. Пожалуй, требование переключать выводы ЛДС - единственный недостаток данной системы питания. Но за все чем-то нужно расплачиваться.
В итоге имеем «мягкое и легкое» освещение, которое совершенно не утомляет и не напрягает уставшего за день человека. Добавим, что реверс полярности напряжения можно и автоматизировать, возложив данный процесс на дополнительную схему. Но об этом чуть позже. Следующий важный момент. Не следует прибегать к упрощенным схемам для питания
ЛДС постоянным током. И вот почему. Получившие популярность схемы на четырех диодах не обеспечивают надежного запуска для многих типов и экземпляров ЛДС. Напряжение запуска ЛДС зависит как от типа ЛДС, так и от конкретного экземпляра. Схема на четырех диодах может не включить отечественные ЛДС. У них напряжение поджига может превышать 900 В. Зарубежные ЛДС запускаются от 600...700 В. Причем это как аксиома. Отечественные ЛДС (а их и сейчас ящиками продают на рынке) всегда требуют повышенного напряжения для запуска. Широко распространенные польские «Филипс» на 20...65 Вт всегда менее требовательны в этом отношении. Мало того, зарубежные ЛДС и светят ярче отечественных, т.е. их КПД выше. И это тоже, к сожалению, как «аксиома». Как видим, много чисто практической «некнижной» информации, взятой из своего опыта. Таким образом, при снижении сетевого напряжения до 190 В, схема на четырех диодах уже не запускает ЛДС. В 6-диодной схеме таких проблем нет, так как обеспечен «запас пускового» напряжения. Обратимся к схеме рис.1.
В данной схеме ЛДС запускается совсем не так, как в типовых 50 Гц схемах. И нити подогрева ЛДС не используются в их прямом предназначении. Здесь они применяются в качестве электродов для кратковременной подачи в баллон напряжения около 1200 В. В остальном режимы работы ЛДС определяются, как обычно, напряжением на ЛДС и током, проходящим через ЛДС. Выводы нитей подогрева при питании ЛДС просто замкнуты. Вместо типового четырехвыводного подключения ЛДС получается 2-выводный вариант. Таким образом, в этой схеме приобретаем еще один «бонус»: ЛДС на постоянном токе может работать даже с оборванной нитью подогрева. В обычном плафоне, где ЛДС работает при 50 Гц, такое абсолютно исключено.
Несмотря на «изобилие» деталей схема включения ЛДС на постоянном токе намного проще, чем схема электронного балласта в ЭЛДС. Простота же ЭЛДС весьма обманчива. У них все выглядит просто только вначале. Неслучайно на страницах наших
журналов опубликован ряд статей, которые посвящены кропотливому ремонту электронных балластов ЭЛДС. Отметим, что эти балласты по причине своей малогабаритности создают массу проблем в ремонте. Однако из-за высоких цен на ЭЛДС люди нередко стараются их восстанавливать. Тем более, когда вышла из строя сама ЭЛДС, то удачный ремонт балласта позволяет к нему подключать обычную ЛДС. Плафоны («люстры») для установки и эксплуатации ЛДС при постоянном токе конструктивно остаются предельно простыми. Мало того, они упрощаются. Минимум «электроники» обеспечивает высокую ремонтопригодность данных конструкций. Как результат, с восстановлением этих схем нет проблем. Ведь поиск неисправного диода или конденсатора не требует больших затрат времени. Впрочем, как правило, схемы для ЛДС работают безотказно, особенно если диоды и конденсаторы предварительно проверены надлежащим образом. Точнее, не одним лишь омметром, как общепринято и допустимо в низковольтной технике, а «на напряжение» (в условиях, близких к реальным в работе).
Схема рис.2 упрощена.
Исключены балластные конденсаторы и фильтрующий конденсатор (на выходе диодного моста). В принципе, много использовалось разных «подвариантов» данной 6-диодной схемы. Очень уж режимы ЛДС зависимы от номиналов конденсаторов. Поэтому в объеме данной публикации просто нереально рассказать обо всей работе, проделанной за более чем 10-летний промежуток времени.
О деталях. Используемые детали могут быть любых типов. Дроссели - типовые. В самом простом случае - штатные от стандартных заводских плафонов ЛДС. Конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение, не менее указанного на схеме. Конденсатор в параллельном контуре может быть даже 160-вольтовым. Заменять его ни разу еще не доводилось. Контур позволяет в три раза снизить напряжение пульсаций переменного тока на ЛДС, если применен заводской дроссель. А у таких дросселей индуктивность сравнительно небольшая. Данные дроссели предназначены совсем не для «фильтровых задач». Когда же индуктивность дросселя больше, то и выигрыш возрастает. В любом случае, установка контурного конденсатора -- легкий способ снижения пульсаций на ЛДС.
Диоды должны быть на напряжение не менее 400 В. Когда мощность ЛДС не превышала 40 Вт, то применяли даже Д226Б. Но диоды Д226Б требовалось подбирать по напряжению. Не забываем, что эти «древние» диоды очень надежны в эксплуатации. Достаточно вспомнить, в каких условиях (ударных токов) они работали в ламповой телевизионной аппаратуре. Позже в схемах рис.1 использовались и зарубежные диоды 1N4007. Но эти диоды уже совсем не такие надежные. Иногда их в схемах для ЛДС доводилось заменять. Зато 1N4007 удобные при монтаже.
Мощные зарубежные диодные мосты по сей день остаются слишком дорогими. Наши отечественные диоды все-таки доступнее зарубежных в цене. Поэтому предпочтение отдавали диодам КД202Р (М, Н), КД206А и КД203А.
О конструкциях. Самая простая конструкция, собранная из «ничего» показана на фото рис.3.
Это, пожалуй, самый скромный и бюджетный вариант практического воплощения для 40 Вт
ЛДС «Филипс». Проблема с корпусом тут решена за счет применения металлического отсека - защитной крышки строчного блока старого лампового телевизора (рис.4).
В данном случае использованы конденсаторы К73-16 (1 мкфх400 В) и К78-2 (0,01 мкфх1600 В).
РА 4'2011