Alimentare pentru corpuri de iluminat cu balast electronic din transformatoare de putere
Când lămpi alimentate de un transformator de putere cu diagrama de conexiune stea-stea la zero și încărcarea transformatorului lămpi numai cu balast electronic mai mult de 60% din fluctuațiile de tensiune de fază apar cu o frecvență de 10-20 Hz, ceea ce duce la pâlpâitoare lumini și alte echipamente instabile.
Tensiunile maxime pot atinge valori de 300 V sau mai mult, ceea ce, la rândul lor, va duce la eliberarea balasturilor electronice și a altor echipamente din sistem.
Rezultatul acestei situații este utilizarea transformatoarelor de putere cu Z - în formă de înfășurare a circuitului de conectare sau de încărcare a transformatorului cu diagrama de conexiune stea-stea la lămpile de zero cu balast electronic nu mai mult de 60%.
Sarcina rămasă a transformatorului poate fi activă sau activă inductivă.
Balasturi electronice de economisire a energiei (balast electronic)
DRL Mercur
Pulsarea fluxului de lumină are loc cu o frecvență dublă a rețelei.
Când lucrați într-o rețea de 50 Hz într-un circuit cu un EMPRA electromagnetic standard (Gear). coeficientul de frecare este de 63-74%
În prezența pieselor rotative ale mașinii, pulsarea poate provoca un efect stroboscopic. * (Vezi SNiP 23-05-95.)
Efectul stroboscopic (pâlpâirea lămpii) poate fi redus (redus) numai când lămpile sunt aprinse în diferite faze.
Pulsații EMF, în schema cu șoc standard ЭМПРА (ПРА). mai mic decât în DRL și lasă 30%.
Sistemul tradițional de alimentare cu lămpi din rețeaua de tensiune AC 220V 50 Hz conține un reactor limitator de curent conectat în serie cu lampa și un dispozitiv care generează impulsuri de înaltă tensiune pentru aprinderea descărcării.
Problemele asociate balasturilor electromagnetice sunt următoarele:
pâlpâie din rețeaua de 50 Hz; *
instabilitatea puterii și a fluxului luminos al lămpii când fluctuează tensiunea rețelei;
factor de putere scăzut;
o masă mare a angrenajului reactorului, prezența unei unități separate de pornire a impulsului și necesitatea unui condensator suplimentar pentru îmbunătățirea factorului de putere;
lipsa controlului luminii;
Aceste deficiențe sunt eliminate prin utilizarea balasturilor electronice (balasturi electronice):
Stabilitatea fluxului luminos pentru întreaga durată de viață a lămpii;
Creșterea duratei de viață a lămpii de la valoarea nominală, de la 20% și mai mult, datorită stabilizării de putere într-o gamă largă de variație a tensiunii de alimentare și optimizarea modului de aprindere - pornire "soft";
Deconectarea fiabilă a lămpilor sau a lămpilor defecte cu o abatere a modului de funcționare;
Intervalul de temperatură de funcționare -40 ... + 85 ° С;
Domeniu larg de tensiune de intrare 100 ... 264W:
Calitatea ridicată a puterii consumate - factor de putere aproape de unitate (0,98), datorită consumului de curent sinusoidal cu schimbare de fază zero;
Funcționarea balasturilor electronice la o frecvență mai mare cu un KPD înalt. (96%);
Reducerea pierderilor de energie cu 50-55% comparativ cu balastul electromagnetic;
Stabilizarea puterii de ieșire în cazul modificării tensiunii rețelei de alimentare;
Posibilitatea conectării la o linie de mai multe corpuri de iluminat cu absența completă a unui factor al diferenței nivelului de iluminare la începutul și la sfârșitul liniei;
Funcționarea fără zgomot (fără interferențe de zgomot) datorită alimentării cu energie înaltă (peste 20 kHz);
Nivel redus de interferență radio, care se realizează prin utilizarea unor filtre speciale;
Absența șocurilor de curenți de comutație în circuitul sursei de alimentare atunci când aparatul este pornit;
Absența pulsațiilor de joasă frecvență ale fluxului luminos (flickerul lămpii - efect stroboscopic); *
Absența de echipamente suplimentare (condensatoare și IZU) pentru pornirea și compensarea puterii reactive;
Scăderea redusă a căldurii electronice a balastului electronic;
Greutatea și dimensiunile ușoare.
Balastul electronic este prezentat în Fig. 1 și conține următoarele noduri: filtru de rețea, redresor, corector de factor de putere, invertor, dispozitiv de aprindere și dispozitiv de control al puterii.
Fig. 1. Balast electronic pentru IPF / DNT-250.
1. Balastul electronic este realizat pe baza unui invertor de tensiune pe jumătate de punte pe MOSFET-urile de putere care funcționează la o frecvență de modulație mărită. Pentru controlul de tranzistori MOS de putere ale circuitului integrat invertor folosind un driver de înaltă tensiune, care oferă încredere pornire, funcționarea stabilă a balasturi electronice într-o gamă largă de temperaturi și pierderi dinamice scăzute în tranzistori.
Controlul discreționar al frecvenței de modulație a invertorului, respectiv curentul lămpii și consumul de energie se efectuează prin schimbarea capacității circuitului RC de reglare a timpului a cipului de control prin intermediul unui întrerupător S în care este conectat un condensator suplimentar.
Invertorul asigură alimentarea lămpii cu curent de înaltă frecvență în două moduri - modul de alimentare completă și în modul de consum de energie la 50% din valoarea nominală, ceea ce permite un control adecvat al luminozității luminiscente a lămpii.
Comutarea modului se realizează prin intermediul unui dispozitiv de comandă a puterii care include un comparator al cărui intrare este alimentată cu tensiune de rețea rectificată, un selector de impulsuri în timp și un dispozitiv de memorie care controlează cheia S.
Când este conectat la rețea în balastul electronic, modul de putere completă este întotdeauna setat.
Comanda pentru comutarea modului vine de la stația de comandă, a cărei parte de alimentare este un comutator tiristor și constă în întreruperea tensiunii de alimentare pentru o perioadă egală cu jumătatea perioadei de repetare.
Acțiunea de control este identificată de dispozitivul electronic de control al balastului și modifică starea dispozitivului de stocare.
Tasta S este deschisă, crescând frecvența de operare a inversării și balastul electronic este comutat în modul redus de alimentare. Când se repetă acțiunea de control, balastul electronic revine la starea inițială.
Prezența unui selector de lungime a impulsului în dispozitiv controlează posibilitatea de a exclude alarmele false în cazul unor defecțiuni care apar în rețea.
În Fig. 2a prezintă oscilogramele tensiunii de rețea și curentul lămpii la trecerea la o putere mai mică.
2. Utilizarea unui corector de factor activ de putere rezolvă problemele de compatibilitate ale balasturilor electronice cu rețeaua de alimentare.
Circuit Corector format prin ridicător putere MOSFET convertor de impulsuri, care controlează se realizează printr-un circuit integrat specific aplicației [2], care asigură alimentarea cu un factor de putere la viteza nominală la nivelul de 0,98. Corectorul factorului de putere formează un curent cvasi-sinusoidal din reactor conectat la ieșirea redresorului, iar filtrul de rețea reduce nivelul armonicelor de înaltă frecvență din curentul consumat. După cum se poate observa, din datele prezentate în tabelul 1, factorul de putere are o valoare ridicată pentru toate modurile posibile în intervalul de variație a tensiunii de 220V ± 15%.
Oscilogramele tensiunii de alimentare și consumul de curent sunt prezentate în Fig. 2, b.
A doua proprietate pozitivă a corectorului este stabilitatea ridicată a iluminării atunci când tensiunea de alimentare se schimbă datorită stabilizării tensiunii în circuitul de putere cc.
Fig. 2. Oscilograme:
a)
b)
a) - tensiunea și curentul de linie al lămpii în modul de comutare a alimentării;
b) - tensiunea rețelei și curentul consumat din rețea.
3. Filtrul de rețea, în plus față de netezirea frecvenței de înaltă frecvență a curentului consumat de corectorul de factor activ de putere, asigură suprimarea zgomotului radio generat de balastul electronic. Prezența unui egalizator activ și a unui filtru de rețea au asigurat implementarea standardului IEC 555.2, care reglementează strict nivelul armonicelor mai mari ale curentului consumat din rețea.
La intrarea filtrului de rețea este inclusă o unitate tradițională de protecție împotriva supratensiunii în rețea, incluzând un varistor și o siguranță.
Conectat în serie cu siguranța, un termistor cu un coeficient de temperatură negativ de rezistență limitează intensitatea curentului de intrare atunci când balastul electronic este conectat la rețea, datorită încărcării filtrului capacitiv la intrarea invertorului.
4. Lampa este aprinsă prin aplicarea unor tensiuni înalte la electrozi.
Tensiunea necesară pentru aprindere poate fi obținută într-un circuit rezonant sau formată dintr-un circuit special sub formă de impulsuri repetitive.
Pentru a asigura un circuit de înaltă frecvență de rezonanță lampa de aprindere necesită valoarea efectivă de tensiune, care este mai mare de 1 - 1.2kV, rezultând într-un 3 - 4 ori supracurentul în ceea ce privește curentul nominal lampa [4] și ca o consecință, pentru a crește puterea instalată puterea semiconductoarelor de putere ale invertorului, o fiabilitate mai redusă și pierderi suplimentare de putere în timpul regimului de ralanti.
Inactivitatea continuă, care apare atunci când lampa este nefuncțională sau inactivă, devine aproape inacceptabilă.
Circuitul este complicat pentru a oferi un mod de pornire scurt.
Prin urmare, pentru pornirea lămpii a fost utilizat un sistem de aprindere prin impulsuri.
Dispozitivul de aprindere este realizat conform circuitului de pornire dinistor [1] cunoscut, care generează impulsuri de tensiune de înaltă tensiune cu o amplitudine de 3-4 kV.
Circuitul conține un condensator de stocare a cărui încărcare se face prin rezistențe de la șinele de alimentare ale invertorului.
Condensatorul de descărcare are loc prin dynistor înfășurare suplimentară pe reactor, care determină formarea la puterea înfășurării de impulsuri de înaltă tensiune sub forma unui semnal armonic amortizată care, prin comutatoare de putere și condensator este aplicată electrozii lămpii.
După aprinderea lămpii, oscilația se oprește, deoarece circuitul de sarcină modifică condițiile de încărcare a condensatorului și nu permite atingerea valorii tensiunii pe acesta a valorii de prag a di-nistorului.
5. Aprinderea lămpii urmărește un proces de aprindere relativ lung (câteva minute).
În acest timp, tensiunea pe lampă crește de la 20-30 V la valoarea nominală, care este de aproximativ 100 V pentru lămpi de 250 wați de putere.
Curentul este limitat de rezistența reactorului și valoarea sa efectivă nu depășește 3,1 A, care este de 120-130% din valoarea sa nominală.
Valoarea frecventei de operare este ales aproape 20 kHz [5] pentru a exclude așa-numita rezonanță acustică și fenomenele însoțitoare de instabilitate a fluxului luminos, supraîncălzirea locală a pereților tubului de evacuare, ceea ce duce la o eventuală fisurarea acesteia.
6. DNaT are o creștere bruscă a volt-amperului și, prin urmare, caracteristici de putere de voltaj pentru temperatura de echilibru a tubului de evacuare [5].
Această dependență determină o influență puternică a parametrilor angrenajului asupra caracteristicilor lămpii.
În plus, în procesul de operare, există o creștere treptată a tensiunii pe lămpile cu sodiu.
În cazul în care fluctuația liniei efective de tensiune (peste 5%) din caracteristicile curente de putere ale unui set de balast - lampă merge dincolo de patrulaterul, construit în conformitate cu IEC, indicând faptul că depășește nivelul de putere admisibil aproape pe toată durata de viață a lămpii [5].
Caracteristica volt-putere a unui balast electronic, construită în unități relative, este prezentată în Fig. 3.
Așa cum se poate vedea din fig. 3, puterea P crește cu creșterea tensiunii UL pe lampă, iar valoarea maximă Pmax ajunge la o tensiune de aproximativ 0,65 din tensiunea de ieșire U a invertorului.
Cu o creștere suplimentară a tensiunii pe lampă, puterea scade.
Excesul maxim admisibil, care conform publicațiilor IEC este de 16%, va avea loc la o tensiune nominală a lămpii de aproximativ 0,44 tensiune de ieșire a invertorului.
Pentru o lampă DNT-250W cu o tensiune nominală estimată de 100 V și o tensiune în circuitul de 400 Vcc, atunci când se utilizează un circuit invertor cu jumătate de punte, excesul maxim de putere va fi de 9%.
Astfel, alegerea corectă a tensiunii în circuitul intermediar al curentului direct al balastului permite asigurarea limitării puterii de ieșire la nivelul cerut.
Nu este nevoie să se introducă feedback-uri suplimentare (de exemplu, schimbarea frecvenței de modulare a invertorului) pentru a limita puterea, a cărei manifestare negativă ar putea fi deteriorarea stabilității balastului electronic - lampa în moduri dinamice.
Experiența în dezvoltarea balasturilor electronice cu un corector al factorului de putere activ arată că, în prezența răspunsurilor existente, este necesară rezolvarea problemelor de stabilitate ale sistemului în regimuri tranzitorii.
Așa cum am notat, o creștere treptată a tensiunii în lampa de sodiu are loc în timpul funcționării.
Spre deosebire de a lucra la frecvența rețelei, în care durata de viață a lămpii este determinată printr-o tranziție cunoscută într-un mod ciclic de tensiunile perezazhiganie de creștere atunci când se lucrează cu balast electronic a crescut frecvența tensiunii de alimentare duce la dispariția completă perezazhiganie vârfuri și stingerea descărcării asociate cu lampă încălcare a stabilității funcționării complet cu balast electronic [5,6].
Durata de viață a lămpilor este mărită, inclusiv prin limitarea puterii maxime, dar o evaluare obiectivă poate oferi numai teste de resurse în condiții reale de funcționare.
Balastul electronic oferă economii semnificative de materiale.
În Fig. 4 prezintă o fotografie comparativă a balastului și a balastului electromagnetic pentru o lampă de sodiu cu o putere de 250 W. Balastul electromagnetic este alcătuit dintr-un reactor limitator, un dispozitiv de aprindere prin tiristor și un condensator pentru compensarea puterii reactive.
Cu dimensiuni comparabile, balastul are de 3 ori mai puțină greutate și este mai convenabil să se instaleze.
Eficiența este definit balasturi redus de energie, menținând fluxul luminos, datorită reducerii pierderii de 50-55% în comparație cu balast electromagnetic, economii suplimentare de energie, permițând fluxului luminos controlul lămpilor (trecerea la o putere mai mică), a redus costurile de exploatare prin creșterea duratei de viață a lămpilor.
Costul balastului electronic este compensat de creșterea constantă a costului energiei electrice și de reducerea costurilor de întreținere a instalațiilor de iluminat, comparativ cu balasturile tradiționale.
Fig. 5.
Schema de conectare pentru unelte și balast