Защита ламп накаливания

May 23, 2012 by admin Комментировать »

С тех пор, когда была изобретена лампа накаливания, прошло уже 130 лет. Это было достижением нашего русского ученого и изобретателя А. Н. Лодыгина. С тех пор лампа накаливания стала основным источником света в жилых, производственных помещениях, а также на улице. А получила она свое название из-за того, что излучение света происходит в ней благодаря раскаленной спирали из вольфрамовой проволоки.

Благодаря изобретению электричества и лампы накаливания люди получили удобный источник света. Жить стало лучше, жить стало веселее. Дома и улицы засверкали огнями. Стала появляться реклама.

И вдруг вместо привычного «гастроном» мы видим надпись «астроном». Входим в подъезд, а на лестнице темно. Включаем свет в ванне, а слышим резкий щелчок и короткую вспышку. Хорошо еще, если лампа остается целой, ведь иногда она может взорваться и разлететься на острые осколки. И все это происходит из-за того, что лампа выходит из строя, или, как говорят, сгорает. А неисправные лампы надо менять и это может стать проблемой.

Действительно, в самом принципе работы лампы накаливания заложен механизм ее выхода из строя. Ведь излучение света вольфрамовой спиралью происходит только при высокой температуре, т. е. когда она раскалена до 2500 градусов. Но известно, что металлы при высокой температуре увеличивают свое сопротивление электрическому току. Например, в лампе накаливания (как видно на рис. 4.5) мощностью 60 Вт происходит увеличение сопротивления с 63 до 906 Ом. А когда лампа еще не включена, она ведь холодная. И при включении сопротивление нити (спирали) мало. Следовательно, в момент подачи напряжения на лампу она испытывает воздействие сильного импульса тока, в несколько раз (до 10…15) превосходящего рабочий. Вот поэтому лампы сгорают чаще именно в момент включения.

Но подавляющее большинство ламп накаливания работают от сети переменного тока. Вот здесь и кроется возможность облегчить лампам жизнь. Ведь пер’еменное напряжение в сети все время изменяет свое значение с частотой 50 Гц, т. е. 50 раз в секунду. При этом 100 раз в секунду напряжение в сети равно нулю. Затем оно возрастает до максимального значения. Осциллограмма напряжения в сети приведена на рис. 4.6.

Рис. 4.5. Экспериментальный график зависимости роста сопротивления лампы накаливания мощностью 60 Вт

Рис. 4.6. Осциллограмма напряжения в сети

Вот тот самый опасный момент в жизни лампы: когда ее еще с холодной нитью включают в то время, когда в сети максимальное напряжение. А оно составляет ни много ни мало, а 310 В. Как тут не сгореть!

Так давайте включать лампу, когда в сети нулевое напряжение!  v

Да, но это невозможно без специального устройства. Ведь, с одной стороны, оно должно получать команду на включение лампы (от выключателя), а с другой — выполнять ее только в момент перехода напряжения сети через нулевое значение. Тогда лампа будет включаться в щадящем режиме и прослужит значительно дольше.

Значит, если снабдить лампу накаливания таким устройством, то потребуется меньше ламп и можно сэкономить не только на лампах, но и на обслуживании источников света. Да и людям будет меньше неудобств.

Защитное устройство для лампы накаливания, обеспечивающее ее включение в момент перехода сетевого напряжения через нулевое значение, можно собрать по схеме, приведенной на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Схема электрическая защитного устройства

Основа всего устройства — это известная нам микросхема типа КР1156ЕУ5. Она включена таким образом, что вырабатывает управляющие импульсы, совпадающие по времени с моментами перехода через ноль переменного напряжения в сети (см. гл. 2). Эти синхроимпульсы отпирают тиристор, который выполняет функцию бесконтактного выключателя. При наличии этого устройства лампа включается маломощным выключателем SA1.

Немного деталей (см. табл. 4.2) — и лампа будет светить вечно!

Поз. обозн.

Тип

Допустимая замена

Конденсатор

С1

К50-35 220 мкФ 25 В

Микросхема

DA1

КР1156ЕУ5

Резисторы С2-33 0,25 Вт 10 %

С1-4, имп., 5 %

R1

10 кОм

R3

10 кОм + 10 кОм 2 Вт

R4

1 кОм

R5

510 0м

Резистор СПЗ-З86 0,125 Вт

R2

22 кОм

Диоды

VD1, VD2

КС156А

КС168А, Д814А

VD3—VD7

КД243Г

1 N4004—1 N4007

Тиристор

VS1

КУ208

КУ228И

Индикатор

HL1

АЛ307

Рассмотрим процессы, происходящие при работе защитного устройства. Прежде всего переменное напряжение сети выпрямляется диодами VD4—VD7, включенными по мостовой схеме. Пульсирующее напряжение питает схему генератора синхроимпульсов. Через ограничительный резистор R3 оно поступает на стабилитроны VD1, VD2 и светодиод HL1. Эта цепь ограничивает величину питающего напряжения и формирует сигнал управления микросхемой по входу Ст (вывод 3). Через диод VD3 происходит заряд конденсатора С1, на котором образуется сглаженное напряжение для питания микросхемы DA1.

Выходной каскад этой микросхемы работает как эмиттер- ный повторитель и обеспечивает подачу отпирающего сигнала на тиристор VS1 (через делитель R4R5).

Функционирование защитного устройства происходит следующим образом. При включении в сеть переменного тока (220 В 50 Гц) начинает светиться индикатор на светодиоде. Конденсатор С1 заряжается и обеспечивает питание микросхемы. На вход микросхемы (вывод 3) поступает напряжение трапециевидной формы и частотой 100 Гц. Как известно (см. гл. 1 и 2), при неподключенном входе IN (вывод 5) транзисторы выходного каскада микросхемы закрыты. Поэтому тиристор заперт, и лампа не горит.

Однако стоит замкнуть выключатель SA1 и на делителе R4R5 в цепи эмиттеров выходного каскада появятся короткие синхроимпульсы с частотой 100 Гц. Следовательно, период их повторения составит 10 мс, а длительность — примерно 1 мс. Эти импульсы в начале каждого полупериода выпрямленного напряжения станут отпирать тиристор, и лампа включится. Учитывая вышесказанное, заметим, что напряжение на лампу подается строго в начале каждого полупериода сетевого напряжения и не зависит от момента замыкания выключателя.

Первый этап изготовления такого устройства заключается в приобретении деталей, перечень которых был приведен в табл. 4.2.

Затем следует изготовить монтажную плату из стеклотекстолита или другого листового диэлектрического материала по эскизу, показанному на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Эскиз печатной платы для защитного устройства

Рис. 4.9. Внешний вид платы с элементами

Следующий этап — это проверка всех комплектующих элементов и определение их цоколевки.

Перед монтажом элементов следует внимательно изучить внешний вид собранной платы, который показан на рис. 4.9.

Монтировать все элементы электрической схемы следует с соблюдением полярности, и качественно производя пайку.

Правильно и без ошибок собранную плату можно соединить с лампой и включить в сеть. Убедившись в том, что все правильно работает, устройство устанавливается на место своей постоянной эксплуатации.

Источник: 33 схемы на микросхеме КР1156ЕУ5, © «АЛЬТЕКС», 2005 © И. Л. Кольцов, 2005

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты