|
3.6 Электронные пускорегулирующие аппараты
как фактор экономии электроэнергии
в осветительных установках
В последнее время во всем мире огромное значение уделяется экономии электроэнергии. В связи с этим появилось новое понятие - энергосберегающие технологии. Что под этим подразумевается?
Во-первых, это повсеместное вытеснение традиционных источников света, таких, как лампы накаливания, галогенные лампы, и замена их на лампы с высокой светоотдачей (люминесцентные ртутные, натриевые высокого давления и т.д.)
Во-вторых, это замена традиционных электромагнитных пускорегулирующих аппаратов (ПРА) на современные - электронные пусковые регулирующие аппараты (ЭПРА).
Простой расчет показывает, что при замене обычной лампы накаливания (Р = 100 ВТ), световой поток которой 1380 лм, на люминесцентную лампу (с дросселем) –18 Вт + 3 Вт, выделяемые на дросселе - световой поток 1150 лм - экономится около 75 Вт мощности. Если же взять люминесцентную лампу с ЭПРА, то для получения того же светового потока на нее достаточно подать 15 Вт, а это экономия 85 Вт мощности. К тому же следует добавить, что срок службы обыкновенной лампы накаливания 1000 час. (в реальных условиях нашей нестабильной электросети срок службы значительно ниже), а срок службы люминесцентной лампы с дросселем 10 тыс. час. Если же использовать люминесцентную лампу с ЭПРА, то срок ее службы возрастает до 20 тыс. час.
Это достигается благодаря ряду мер, которые обеспечивает ЭПРА (старт на разогретые катоды, снижение нагрузки на катоды и др.). Следует отметить также ряд преимуществ ЭПРА в сравнении с традиционными дроссельными. Это возможность регулирования яркости, что, в свою очередь, позволяет поддерживать лампу в дежурном режиме с пониженной яркостью и последующим выведением ее на обычный режим; возможность зажигания ламп при низких температурах, отсутствие мерцания светового потока, что позволяет их использовать там, где есть опасность возникновения стробоскопического эффекта, либо при непосредственной близости к человеку. Отсутствие мерцания делает люминесцентную лампу безвредной для зрения (промышленные объекты, школы, детские сады и т.д.). Возможность использования светильников с ЭПРА в таких учреждениях, как детские сады, школы, позволяет еще тот факт, что ЭПРА вообще не создает акустических шумов.
Для зажигания люминесцентных ламп необходим импульс напряжения порядка нескольких сотен вольт, а для стабилизации процесса горения требуется ограничение рабочего тока лампы до нескольких сотен миллиампер. Обе функции в обычных ПРА выполняет индуктивное сопротивление (дроссель) в комплекте со стартером. Такие электромагнитные ПРА с рабочим током частотой 50 Гц имеют большие габариты и значительную массу, кроме того, велики и собственные потери в дросселях. Мощность потерь в электромагнитном ПРА для КЛЛ может достигать до 40 % от мощности лампы, что резко снижает энергоэкономичность светильника. Вместо обычного ПРА в конструкцию КЛЛ (в корпус прицокольной части) встроен малогабаритный и легкий электронный ПРА с ЕСО-контролем. Он зажигает лампу быстро и "без миганий"; потери в электронных ПРА более чем в 2 раза ниже, чем у обычных дросселей в электромагнитных ПРА. Электронный ПРА включает несколько функциональных блоков, показанных на рис.3.12 .
Рис. 3.12. Принципиальная блок-схема электронного ПРА: 1 - помехозащитный фильтр; 2 - выпрямитель и сглаживающий конденсатор; 3 - генератор ВЧ; 4 - дроссель; 5 - лампа; 6 - цепь предварительного подогрева электродов
Сетевое напряжение 220 В частотой 50 Гц преобразуется выпрямителем со сглаживающим конденсатором в постоянное напряжение - 325 В. Высокочастотный генератор на двух транзисторах преобразует это постоянное напряжение в переменное (с прямоугольной формой кривой) частотой выше 40 кГц. Ограничение тока и стабилизация мощности лампы в электронном ПРА также осуществляются дросселем. Однако, благодаря тому, что схема работает на высокой частоте, индуктивность дросселя и его габариты очень малы по сравнению с обычным ПРА.
Для достижения процесса зажигания лампы, как упоминалось выше, к ней должно быть приложено достаточно высокое напряжение, а для обеспечения приемлемого полезного срока службы электроды лампы перед зажиганием разряда должны быть прогреты до температуры электронной эмиссии. В высокочастотном режиме работы схемы ПРА указанные условия зажигания обеспечивает резонансная цепь, последовательно включенная с электродами. Колебательный режим этого контура регламентируется так называемым "холодным" проводником. Помехозащитный низкочастотный фильтр на входе схемы препятствует обратному воздействию генератора высокой частоты на сеть (проникновению в сетевые провода высших гармоник тока). Благодаря встроенному электронному ПРА лампы могут включаться во все сети со стандартными значениями частот (50/60 Гц) и колебания частоты на работе лампы не сказываются; возможно также питание ламп постоянным напряжением.
По сравнению с обычными ПРА электронный аппарат дает примерно 20 %-ю экономию электроэнергии, которая является результатом двух эффектов:
- почти 50 %-м снижением потерь мощности в электронном ПРА;
- повышением световой отдачи ламп при питании их током высокой частоты (см. рис. 3.13).
Применение электронных ПРА в КЛЛ дает не только экономические, но и светотехнические преимущества, которые значительно улучшают зрительный комфорт. При высокочастотном режиме работы электронного ПРА глаз человека не воспринимает приэлектродные пульсации яркости у люминесцентных ламп и пульсации светового потока (освещенности), что обычно имеет место при обычных ПРА, работающих на частоте 50 Гц. Поэтому зрительное утомление значительно снижается, освещение воспринимается приятным и спокойным.
Рис. 3.13. Зависимость световой отдачи люминесцентных ламп от частоты рабочего тока
Все приводимые ниже технические характеристики КЛЛ OSRAM DULUX EL справедливы для следующих условий:
- напряжение питания 230 В (50 Гц);
- лампы работают в положении "цоколем вверх" в открытом светильнике;
- температура окружающего воздуха 20...25 °С.
Беспрепятственное зажигание для КЛЛ фирмы OSRАМ DULUX EL LONGLIFE обеспечивается в диапазоне напряжений сети от 207 до 244 В и при температурах от -30 °С до +50 °С (для ламп мощностью 5 Вт от +5 °С, для 23 Вт от -20 °С). В отличие от люминесцентных ламп с электромагнитными ПРА и стартерами КЛЛ OSRAM DULUX EL LONGLIFE зажигаются без "миганий" в течение 0,5 с. Это время требуется для достаточного прогрева спиралей электродов, однако при низких окружающих температурах оно может увеличиться до 2 с.
Потребление тока этими лампами во время зажигания не больше, чем при обычной работе. Хотя в момент зажигания через эти лампы, как и через лампы накаливания, проходит повышенный ток (макс. 30 А), этот процесс длится всего лишь в течение 170 мкс полуширины токового импульса и счетчиком электроэнергии не фиксируется.
В первый момент (через 0,5 с после включения) световой поток ламп достигает 40 % от номинала. При комнатной температуре КЛЛ полностью разгорается через 2 мин (световой поток достигает максимума).
За счет схемного решения ПРА (гарантирующего при соответствующем выборе элементов достаточный прогрев электродов) частые включения и выключения КЛЛ OSRAM DULUX EL LONGLIFE на их сроке службы не сказываются.
Если стандартные люминесцентные лампы с обычными электромагнитными ПРА без ущерба для срока службы допускают только 15000 включений, то КЛЛ OSRAM DULUX EL могут выдержать более 500000 включений. Такой вывод был сделан после многократных испытаний в следующем режиме: 30 с лампа включена, 150 с - выключена. Причины выбора такой цикличности коммутации питающей сети: перед каждым очередным включением лампа должна быть выключена минимум на 2 мин с тем, чтобы элемент в схеме электронного ПРА, регулирующий процесс зажигания, мог бы за это время охладиться.
Заметное снижение срока службы КЛЛ OSRAM DULUX EL может возникнуть только в том случае, если отключение светильника происходит достаточно часто на время менее 2 мин, например, при автоматически управляемом освещении лестничных клеток жилых домов. Если КЛЛ применены для этой цели, то рекомендуется переключать лестничный автомат на постоянный режим питания светильников в утренние и вечерние часы, т.е. в периоды, когда частые включения и отключения ламп наиболее вероятны.
В настоящее время разработана и изготавливается целая гамма ЭПРА. Отечественные ЭПРА не только не уступают импортным аналогам, но и имеют ряд преимуществ, решающим среди которых, несомненно, являются их значительно более низкая стоимость, а также адаптация под наши светильники - конструктивно ЭПРА сделан в типоразмере дросселя, что позволяет легко произвести замену дросселя на ЭПРА. Хочется отдельно отметить семейство низковольтных ЭПРА (12 Вт, 24 Вт, 55 Вт, 100 Вт) с возможностью поджига ламп от 5 до 55 В. Сфера применения таких ЭПРА простирается от автомобильных фонариков до светильников для подвижного железнодорожного состава, судов и т.д. В отличие от светильников, поступающих к нам из Восточной Азии (обладающих сомнительным качеством), отечественные ЭПРА обладают высокой надежностью.
Одна из последних разработок - ЭПРА для натриевых ламп высокого давления (или ДРЛ) большой мощности 250 Вт, 400 Вт. Данный ЭПРА не имеет аналогов в мире. К его особенностям относится:
- высокий коэффициент использования мощности;
- стабилизация постоянной мощности на лампе в диапазоне напряжений от 189 В до 280 В;
- отсутствие мерцания;
- увеличение срока службы ламп;
- экономия электроэнергии.
Для примера можно рассмотреть зависимость мощности на лампе от прикладываемого к ней напряжения. Так, стандартная лампа ДНаТ-400 при Впит = 220 В потребляет 400 Вт, что соответствует номинальному режиму работы.
При снижении напряжения на 10% (Впит = 198 В) на лампе остается лишь 337 Вт, а при увеличении на 10% (Впит = 242 В) лампа потребляет 465 Вт. Как видно, при разбросе сети всего лишь на 10% мощность на лампе изменяется более чем на 15%, что приводит к резкому снижению срока службы лампы. ЭПРА позволяет увеличить срок службы лампы еще и в силу того, что происходит ограничение пускового тока лампы. При использовании ЭПРА, пусковой ток стабилизирован на уровне рабочего.
Также можно отметить низкий вес ЭПРА (менее 1,5 кг) и сравнительно малые габариты.
|
