Вольт-амперные характеристики электрических ламп


СОДЕРЖАНИЕ:

Вольт-амперные характеристики электрических ламп

Для усиления, генерирования и других преобразований электрических сигналов применяются электровакуумные электронные лампы с сетками. Их устройство, принцип действия, характеристики и параметры подробно описаны в другой литературе. Поэтому укажем лишь некоторые данные об этих приборах.

К усилительным лампам, на базе которых создавалась электронная техника, относятся триоды, тетроды, пентоды, лучевые тетроды, гептоды и др.

Триоды — это трехэлектродные лампы, в электровакуумных баллонах которых между термокатодом и анодом расположена управляющая сетка (рис. 3, а). Катод прямого или косвенного накала, питаемый постоянным или переменным напряжением накала от 2 до 30 В, а в большинстве случаев 6,3 В, предназначен для непрерывного создания электронной эмиссии, то есть потока свободных электронов, при помощи которых осуществляется токопрохождение через вакуумное пространство катод — анод.

Анод в виде цилиндра или другой формы с охлаждающими ребрами предназначен для собирания электронов, движущихся от катода под действием напряженности электрического поля, создаваемого источником анодного напряжения Uа, создавая анодный ток Iа во внешней анодной цепи.

Управляющая сетка, выполненная в форме спирали или штырей, расположенных вокруг катода, вблизи его, управляет величиной потока электронов, то есть величиной анодного тока от нуля до максимального значения. Эта функция выполняется управляющей сеткой под воздействием приложенного к ней относительно катода изменяющегося по величине сеточного отрицательного, а иногда и положительного напряжения. При отрицательном напряжении на сетке в сеточной цепи ток отсутствует, а при положительном напряжении появляется сеточный ток, отнимая из электронной эмиссии часть потока свободных электронов. Таким образом триод преобразует энергию источника постоянного тока в энергию переменного тока, изменяющегося по закону изменения сигнала, подаваемого на сетку лампы. При этом величина анодного тока является функцией двух переменных, то есть сеточного и анодного напряжений:

Ia = f (U c ;U a ) при U нак = пост

Этому уравнению соответствуют два вида вольт-амперных характеристик:

  1. анодно-сеточные Ia = F(Ua) при Ua = пост
  2. анодные Ia = f(Ua) при Uc = пост.

Если брать по нескольку значений Ua и Uc то получим семейства статических анодно-сеточных и анодных вольт-амперных характеристик (рис. 3 б , в).

Пользуясь семействами этих характеристик, можно определить основные параметры триодов, характеризующих их свойства и пригодность для работы в той или иной схеме. К основным статическим параметрам как триодов, так и других нижеуказанных усилительных ламп относятся:

  1. К рутизна вольт-амперной характеристики S = Δ Ia / Δ Ua при Ua = пост, равная для триодов от 1-7 и более мД/В;
  2. В нутреннее сопротивление переменному току Ri = Δ Ua / Δ Ia при Uс = пост (от 0,5 до 100 кОм);
  3. С татический коэффициент усиления по напряжению ( μ = Δ Ua / Δ Uc при Ia = пост (от 4 до 100 и более).

Эти внутренние (статические) основные параметры усилительных ламп связаны соотношением, называемым внутренним уравнением параметров лампы μ = S * Ri. Зная два из этих параметров, можно определить и третий.

Величина этих параметров усилительных ламл одного и того же типа м ожет отклоняться от номинала до 20—30%, что зависит от геометрического расположения и величины электродов внутри лампы, эмиссионной способности катода, режима работы и количества отработанных часов. Однако такое колебание основных параметров обеспечивает нормальную взаимозаменяемость однотипных усилительных ламп.

Кроме основных параметров усилительные лампы характеризуются еще и другими важными параметрами: допустимой мощностью, рассеиваемой анодом лампы P адоп = Ia * Ua; номинальными значениями Ia, Ua, U нак ; максимально допустимыми значениями I a макс , U a макс а также величиной паразитных межэлектродных емкостей C ск , С ак , C са , влияющих на частотные свойства ламп.

Наиболее вредное действие на усилительные свойства ламп оказывает проходная емкость C са , большое значение которой может нарушить нормальную работу усилительного каскада на ВЧ, превратив его в генератор электрических колебаний.

Чтобы уменьшить паразитную проходную емкость и одновременно увеличить коэффициент усиления, выпускаются тетроды — четырех-электродные лампы, которые отличаются от триода тем, что между управляющей сеткой и анодом введена еще вторая экранирующая сетка, имеющая напряжение Uэкр = (0,5 — 1 ) * Uа. Однако в результате перехвата экранной сеткой вторичных электронов, выбиваемых из анода первичными электронами (явление динатронного эффекта), получается завал анодной характеристики вблизи U экр ≈ Ua . Поэтому для устранения этого дефекта стали выпускать пентоды и мощные лучевые тетроды.

Пентод отличается от тетрода тем, что между анодом и экранной сеткой введена третья сетка, которая называется защитной, или антидинатронной. Защитная сетка, имея редкие витки, соединена внутри или снаружи лампы с катодом. Поэтому она имеет нулевой потенциал относительно катода и не пропускает вторичные электроны на экранную сетку, возвращая их обратно на анод (рис. 4, а).

Таким образом, у ВЧ пентодов, обозначаемых буквой К или Ж. проходная емкость сведена до сотых и тысячных долей пикофарад, а внутреннее сопротивление Ri и коэффициент усиления μ на один-два порядка больше, чем у триодов.

Густая экранирующая сетка у пентодов перехватывает часть первичных электронов, летящих от катода, образуя в ее внешней цепи ток экранной сетки Iэ = (0,2 ÷ 0,3) * Ia при U экр = (0,4 ÷ 1 ) * Ua. Эти улучшенные свойства пентодов дали возможность широко использовать их в каскадах усиления не только НЧ, но ВЧ, а также в ВЧ генераторах и других устройствах.

Высокочастотные пентоды с буквой Ж (6Ж1 и др.) имеют короткую, а с буквой К (6К4 и др.) — удлиненную анодно-сеточную характеристику.

Анодные характеристики пентодов имеют в начале координат большую крутизну, а затем, достигнув насыщения, идут почти горизонтально, параллельно оси абсцисс (рис. 4 в, г).

У мощных НЧ пентодов, обозначаемых буквой П (6П9, .6П18П и др.), анодные характеристики идут с некоторым подъемом относительно оси абсцисс. В качестве мощных усилительных ламп широкое применение получили в каскадах усиления мощности и в генераторах электрических колебаний лучевые тетроды (6П6С, 2П2П, Г807 и др.). У которых динатронный эффект устранен без дополнительной защитной сетки посредством соответствующей фокусировки электронного потока, проходящего через промежутки витков управляющей и экранирующей сеток от катода к аноду. Эта фокусировка создается при помощи двух встроенных в лампу лучеобразующих пластин, соединенных с катодом (рис. 4, б).

Анодные характеристики и основные параметры лучевых тетродов примерно такие же, как у мощных пентодов, но они мощнее последних.

В качестве смесительных и преобразовательных ламп используются гептоды — пятисеточныелампы (6А10С, 6А2П, 6И2Пи др.). Они имеют две управляющие сетки, две соединенные вместе с одним выводом экранные сетки и одну защитную сетку. Подавая на две управляющие сетки сигналы от двух источников, можно, смешивая их, получить на выходе в анодной цепи и выделить при помощи настроенного колебательного контура сигнал промежуточной частоты f пр = f 1 — f 2 .

Усилительные лампы оформляются в стеклянном или металлическом корпусе. Обычные лампы имеют октальный цоколь, а серии пальчиковых миниатюрных ламп выпускаются без цоколя с октально расположенными проволочными выводами. Для уменьшения габаритов и улучшения параметров выпускаются комбинированные лампы, состоящие из двух или трех ламп в одном корпусе.

Система маркировки усилительных ламп осуществляется согласно ГОСТ 13393—67, а их условное графическое обозначе н е в схемах — согласно ГОСТ ЕСКД .

Номенклатура выпускаемых усилительных ламп и их вольт-амперные характеристики и параметры приведены в справочниках.

В.Майоров, С.Майоров — Усилительные устройства на лампах, транзисторах и микросхемах

Конструкция, преимущество и недостатки ламп накаливания

Конструкция лампы накаливания

В нынешнее время лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет такую конструкцию:

  1. Герметичная стеклянная колба грушевидной формы. Из неё частично выкачан воздух или заменён инертным газом. Это сделано для того, чтобы вольфрамовая нить накала не сгорала.
  2. Внутри колбы находится ножка, к которой прикреплены два электрода и несколько держателей из металла (молибдена), которые подпирают вольфрамовую нить, не давая ей провисать и разрываться под собственным весом во время нагрева.
  3. Узкая часть грушевидной колбы закреплена в металлическом корпусе цоколя, имеющего спиральную резьбу для вкручивания в штепсельный патрон. Резьбовая часть является одним контактом, к нему припаян один электрод.
  4. Второй электрод припаян к контакту на донышке цоколя. Он имеет вокруг себя кольцевую изоляцию от резьбового корпуса.

В зависимости от особенных условий эксплуатации некоторые конструктивные элементы могут отсутствовать (например, цоколь или держатели), быть видоизменёнными (например, цоколь), дополнены другими деталями (дополнительная колба). Но такие части, как нить, колба и электроды являются основными частями.

Принцип работы электрической лампы накаливания

Свечение электрической лампы накаливания обусловлено разогревом вольфрамовой нити, через которую проходит электрический ток. Выбор в пользу вольфрама при изготовлении тела свечения был сделан по той причине, что из многих тугоплавких токопроводящих материалов, он наименее дорогой. Но иногда нить накала электроламп изготавливается из других металлов: осмия и рения.
Мощность лампы зависит от того, какого размера нить используется. То есть, зависит от длины и толщины проволоки. Так у лампы накаливания 100 вт нить будет иметь большую длину, чем у лампы накаливания 60вт.

Некоторые особенности и предназначение конструктивных элементов вольфрамовой лампы

Каждая деталь в электролампе имеет своё предназначение и выполняет свои функции:

  1. Колба. Изготавливается из стекла, достаточно дешёвого материала, отвечающего основным требованиям:
    – высокая прозрачность позволяет пропускать световую энергию и по минимуму поглощать её, избегая дополнительного нагревания (этот фактор имеет первостепенное значение для осветительных приборов);
    – жаропрочность даёт возможность выдерживать высокие температуры вследствие нагревания от раскалённой нити (например, в лампе 100 вт колба нагревается до 290°С, 60 Вт — 200°С; 200 Вт — 330°С; 25 Вт — 100°C, 40 Вт — 145°C);
    – твёрдость позволяет выдерживать внешнее давление при откачке воздуха, и не разрушаться при вкручивании.
  2. Наполнение колбы. Сильно разрежённая среда позволяет минимизировать теплопередачу от раскалённой нити к деталям лампы, но усиливает испарение частиц раскалённого тела. Наполнение инертным газом (аргон, ксенон, азот, криптон) исключает сильное испарение вольфрама из спирали, не даёт возгораться нити и минимизирует теплопередачу. Использование галогенов позволяет испарившемуся вольфраму возвращаться обратно в спиральную нить.
  3. Спираль. Изготавливается из вольфрама, выдерживающего 3400°С, рения – 3400°С, осмия — 3000°С. Иногда вместо спиральной нити, в лампе используется лента или тело другой формы. Используемая проволока имеет круглое сечение, для уменьшения габаритов и потерь энергии на теплоотдачу закручивается в двойную или тройную спираль.
  4. Крючки-держатели изготавливаются из молибдена. Они не позволяют сильно провисать увеличившейся от нагрева во время работы спирали. Их количество зависит от длины проволоки, то есть от мощности лампы. Например, у лампы 100 Вт держателей будет 2 – 3 шт. У ламп накаливания мощностью поменьше держатели могут отсутствовать.
  5. Цоколь изготавливается из металла с внешней резьбой. Он выполняет несколько функций:
    — соединяет несколько деталей (колбу, электроды и центральный контакт);
    — служит для крепления в штепсельном патроне с помощью резьбы;
    — является одним контактом.

Существует несколько видов и форм цоколей в зависимости от предназначения осветительного прибора. Есть конструкции, не имеющие цоколя, но с неизменным принципом работы лампы накаливания. Самыми распространенными видами цоколя являются Е27, Е14 и Е40.

Вот некоторые виды цоколей, применяемые для различных типов ламп:

Кроме различных видов цоколя есть и различные виды колб.

Кроме перечисленных конструктивных деталей, лампы накаливания могут иметь и некоторые дополнительные элементы: биметаллические переключатели, отражатели, цоколи без резьбы, различные напыления и др.

История создания и усовершенствования конструкции лампы накаливания

За свою более чем 100 – летнюю историю существования лампы накаливания с вольфрамовой спиралью, принцип работы и основные конструкторские элементы почти не претерпели изменений.
А началось всё в 1840 году, когда была создана лампа, использующая для освещения принцип накаливания платиновой спирали.
1854 год – первая практичная лампа. Применялся сосуд с откачанным воздухом и бамбуковая обугленная нить.
1874 год – используется в качестве тела накала угольный стержень, помещённый в вакуумный сосуд.
1875 год – лампа с несколькими стержнями, которые раскаляются один за другим в случае сгорания предыдущего.
1876 год – использование каолиновой нити накала, которая не требовала откачки воздуха из сосуда.
1878 год – использование угольного волокна в разрежённой кислородной атмосфере. Это позволяло получать яркое освещение.
1880 год – создана лампа с угольным волокном, имеющая время свечения до 40 часов.
1890 год – использование спиральных нитей из тугоплавких металлов (окиси магния, тория, циркония, иттрия, металлического осмия, тантала) и наполнение колб азотом.
1904 год – выпуск ламп с вольфрамовой спиралью.
1909 год – наполнение колб аргоном.
С тех пор прошло более 100 лет. Принцип работы, материалы деталей, наполнение колбы практически не изменились. Эволюции подверглось лишь качество используемых материалов при производстве ламп, технические характеристики и небольшие дополнения.

Преимущества и недостатки ламп накаливания перед другими искусственными источниками света

Для освещения создана масса различных осветительных приборов. Многие из них изобретены в последние 20 – 30 лет с применением высоких технологий, но обычная лампа накаливания всё равно имеет ряд преимуществ или совокупность характеристик, которые являются более оптимальными при практичном использовании:

  1. Дешевизна при производстве.
  2. Нечувствительность к перепадам напряжения.
  3. Быстрое зажигание.
  4. Отсутствие мерцания. Этот фактор очень актуален при использовании переменного тока частотой 50 гц.
  5. Наличие возможности регулировки яркости источника света.
  6. Постоянный спектр светового излучения, близкий к естественному.
  7. Резкость теней, как при солнечном освещении. Что тоже является привычным для человека.
  8. Возможность эксплуатации в условиях высоких и низких температур.
  9. Возможность производства ламп различной мощности (от нескольких Вт до нескольких кВт) и рассчитанных на различное напряжение (от нескольких Вольт до нескольких кВ).
  10. Несложная утилизация в виду отсутствия токсичных веществ.
  11. Возможность использования любого вида тока с любой полярностью.
  12. Эксплуатация без дополнительных пусковых устройств.
  13. Бесшумность работы.
  14. Не создаёт радиопомех.
Каждый электрик должен знать:  Тороидальные трансформаторы - устройство, применение, технические характеристики

Наряду с таким большим перечнем положительных факторов, лампы накаливания обладают и рядом существенных недостатков:

  1. Главный отрицательный фактор – это очень низкий КПД. Он достигает у лампы мощностью 100 Вт лишь 15 %, у прибора 60 Вт этот показатель составляет только 5 %. Одним из способов повышения КПД является повышение температуры накала, но при этом резко уменьшается срок службы вольфрамовой спирали.
  2. Короткий срок службы.
  3. Высокая температура поверхности колбы, которая может достигать у 100-Ваттной лампы 300°С. Это представляет угрозу для жизни и здоровья живых существ, и представляет пожарную опасность.
  4. Чувствительность к встряске и вибрации.
  5. Использование термостойкой арматуры и изоляции токоподводящих проводов.
  6. Высокое энергопотребление (в 5 -10 раз больше номинального) во время запуска.

Несмотря на наличие существенных недостатков, электрическая лампа накаливания является безальтернативным прибором освещения. Низкий КПД компенсируется дешевизной производства. Поэтому в ближайшие 10 – 20 лет она будет вполне востребованным товаром.

Использование вольт-амперной характеристики диода для определения его режима работы

В схеме, изображенной на рис. 1.33, необходимо определить ток, протекающий через диод, напряжение на диоде и напряжение на резисторе.

Здесь uu — напряжение источника напряжения (известная величина). Запишем уравнение по 2-му закону Кирхгофа для указанной на рисунке ориентации контура:

-u u+ ur+ ud = 0 Отсюда-uu + id – R + ud = 0, id = (uu–ud) /R Графиком этой линейной зависимости тока id от напряжения ud является прямая линия — так называемая линия нагрузки. Сама зависимость называется уравнением линии нагрузки, это одно из уравнений, необходимых для определения двух неизвестных: id и ud. Уравнение линии нагрузки показывает, как связаны ток id и напряжение ud в рассматриваемой схеме.

Второе необходимое уравнение — нелинейное — зависимость тока id от напряжения ud в форме вольт-амперной характеристики.

Эта зависимость показывает, как связаны ток id и напряжение ud для конкретного рассматриваемого диода.

Практический анализ электронных схем в настоящее время рекомендуется выполнять на ЭВМ с помощью моделирующих программ. Но при первом знакомстве с подобной схемой очень поучительно выполнить ее графический анализ. Пусть uu = З В, R = 10 Ом и используется диод Д229А при температуре 25°С. Выполним соответствующие графические построения (рис. 1.34).

Искомый ток диода i * d= 230 мА, искомое напряжение на диоде u *d= 0,7 В.

Легко заметить, что отрезок аb — это искомое напряжение u*r, на резисторе R (u ’ R =uu—u*d= 2,3 ).

Особенности работы и включения газоразрядных ламп в сеть

Для газоразрядных ламп (ГРЛ) важным вопросом экономного расходования электроэнергии является усовершенствование схем и применяемых конструкций пускорегулирующих аппаратов (ПРА). Технические и экономические параметры ГРЛ существенно зависят от параметров ПРА, без которых не могут работать практически все газоразрядные лампы. Разрядный источник света и ПРА образуют единый комплект, элементы которого находятся в неразрывной взаимосвязи. От параметров ПРА зависят: световая отдача комплекта ГРЛ — ПРА, срок службы лампы, габаритные размеры и стоимость светильника, общие затраты на осветительную установку. Традиционные массовые электромагнитные ПРА (ЭМПРА) рассеивают в виде тепла до 40% номинальной мощности ЛЛ и до 10?25% электрической энергии, потребляемой лампой типа ДРЛ. При традиционно используемых соотношениях электрических параметров разрядных источников света и питающей сети, параметры ЭМПРА близки к предельно возможным. В общем смысле ПРА — это изделие, с помощью которого осуществляется питание ГРЛ от сети, обеспечивающее необходимые режимы зажигания, разгорания и работы лампы. При этом ПРА должно обеспечивать: зажигания лампы, т.е. пробой межэлектродного промежутка; разгорание лампы, т.е. процесс установления рабочих параметров лампы после ее зажигания; устойчивость режима работы лампы в контуре, заключающуюся в способности контура автоматически восстанавливать исходное значение тока при его флюктуационных изменениях. Необходимо учитывать, что устойчивый режим работы от источника напряжения, без токоограничивающих элементов — балластов, принципиально невозможен для разрядных ламп, имеющих падающие вольт-амперные характеристики (ВАХ). Кроме основных функций ПРА может подавлять радиопомехи, создаваемые лампой, снижать пульсации ее светового потока, обеспечивать высокий коэффициент мощности схемы. Дополнительно ПРА должны обладать минимальными собственными потерями и надежностью.

ПРА классифицируются на:

1) электромагнитные с реактивными и активными токоограничивающими элементами (балластами) и их комбинациями, причем в основном контуре этих ПРА находятся только токоограничивающие элементы (индуктивный, индуктивно-емкостный и другие);

2) резистивные — с балластными резисторами или нелинейными резисторами (например, вольфрамовая спираль лампы накаливания);

3) полупроводниковые — со стабилизацией тока лампы с помощью полупроводниковых элементов (нелинейный транзисторный ПРА, импульсный транзисторный ПРА или динамический балласт);

4) комбинированные ПРА — стабилизация тока лампы осуществляется с помощью как реактивных элементов, так и полупроводниковых приборов (с ВЧ-генератором, емкостно- или индуктивно-полупроводниковые, резонансные ПРА с преобразованием частоты).

Таким образом, устойчивая работа ГРЛ высокого давления в электрической цепи возможна только при наличии в схеме устройств, огранивающих величину тока в пределах, допустимых для ламп данного типа. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) таких ламп имеет слабо падающий или слабо возрастающий характер. Поэтому при безбаластном подключении ламп к источнику питания, имеющему очень малое сопротивление, каким и является обычная электрическая сеть, ток через лампу неограниченно возрастает, что приводит к практически мгновенному разрушению лампы. В качестве балласта используют включаемые последовательно с лампой активные, индуктивные или емкостные сопротивления (или их комбинации), а также электронные балласты.

На переменном токе сетевое напряжение изменяется по синусоидальному закону, проходя в течение каждого полупериода через нулевое значение. Поэтому ток лампы также изменяется по некоторой периодической кривой. На рис 8, а-в приведены осциллограммы мгновенных значений тока и напряжения на лампе, а также кривые мгновенных значений напряжения на балласте, для случаев последовательного включения с тремя видами балластов. Из кривых видно, что для расчета таких схем непригодны электротехнические методы, используемые для схем с линейными элементами.

При питании лампы постоянным током используют только активные балласты. Применение схем с активным балластом энергетически не выгодно и связано с большим дополнительным расходом мощности, так как в лучшем случае КПД схемы составляет (60-70)%, причем потери мощности возрастают по мере повышения требований к устойчивости работы лампы. Кроме того, при активном балласте на переменном токе наблюдается мерцание или погасание разряда при переходе тока через ноль (рис.8, а).

Главным преимуществом индуктивного балласта является малая величина потерь мощности на нем (составляющая 4-8% от величины реактивной мощности, потребляемой дросселем — JлUL). Потери в дросселе, пересчитанные по отношению к мощности лампы, составляют от 5 до 12%. Индуктивный балласт обладает достаточно высокими стабилизирующими свойствами за счет того, что напряжение на балласте больше разности . Также, практически отсутствуют паузы тока, так как при изменении знака тока в момент, когда 0 и этого достаточно для мгновенного перезажигания дуги (рис. 8, б).

Рис.8. Осциллограммы тока лампы, напряжений на лампе и на балласте при работе ГРЛ на переменном токе (а-в) последовательно с: а — активным сопротивлением; б — дросселем; в — конденсатором; влияние характеристик индуктивно-емкостного балласта на ток лампы (г): — кривые, рассчитанные из уравнения (36); — — — экспериментальные кривые, полученные в процессе разгорания лампы ДРЛ 400; относительное изменение мощности лампы, при изменении напряжения сети на 10%, в функции отношения напряжения на лампе к напряжению сети, для лампы, работающей на переменном токе с индуктивно-емкостным балластом (д)

Применение емкостного балласта очень заманчиво в силу того, что такие балласты должны иметь малые габариты и характеризоваться практическим отсутствием активных потерь. Однако, при низкой частоте питающего напряжения, форма кривой тока имеет вид узкого пика (рис.8, в) амплитуда которого в несколько раз превосходит действующее значение тока. Это объясняется тем, что в момент изменения направления тока лампы емкость, напряжение на которой достаточно велико, практически накоротко разряжается через лампу. Резкие броски тока очень неблагоприятно сказываются на работе катодов и сокращают долговечность лампы. Кроме того, качество освещения с помощью ламп, включенных последовательно с емкостью, получается низким из-за больших темных пауз. Практически емкостный балласт комбинируют с последовательно включенным индуктивным и, при правильно подобранном соотношении С и L, удается сохранить в значительной мере положительные свойства чисто емкостного балласта и снизить амплитудные значения тока до величины, при которой срок службы лампы практически не отличается от срока службы в схеме с индуктивным балластом.

Используя метод гармонического анализа можно представить прямоугольное напряжение на лампе, которое аппроксимирует реальную кривую напряжения, в виде бесконечной суммы синусоид — ряда Фурье:

Основная частота этого ряда совпадает с частотой изменения напряжения на лампе, а сумма мгновенных значений относительных ординат синусоид для любого момента времени равна /4, так, что Uл = uл. В уравнение, описывающее мгновенные значения сетевого напряжения uc необходимо ввести фазовый угол определяющий угол сдвига гармоник, представляющих напряжение на лампе, относительно основной синусоиды сетевого напряжения:

Причем, что мгновенные значения напряжения на балласте равны:

Реактивное сопротивление балласта зависит от частоты и определяется формулами:

— для основной гармоники тока; (28)

— для n-ой гармоники тока.

Цепь, состоящая из последовательно включенных дросселя и конденсатора, характеризуется некоторой частотой , при которой наступает резонанс напряжения на этих элементах цепи:

Если обозначить , то выражения Zб1 и Zбn могут быть переписаны в виде:

Используя формулы (26), (27) и (30), составим уравнение мгновенных значений тока, имея в виду что и сдвинуты по фазе на 90°, и получим:

Определим из (31) , исходя из условия, что iл=0 при uл=0, или то же самое, при . После проведения вычислений получаем:

Действующее значение основной гармоники тока определяется из (31) и (32) обычным интегрированием:

Для реальных схем, в которых используются балласты с 1 2 наблюдаются резонансные явления, причем каждый раз, когда h принимает целое значение, совпадающее с n. При некоторых значениях h, зависящих от Uл/Uс, величина становится мнимой. Очевидно, эти варианты схем не имеют практического значения.

Одной из важных особенностей реальной схемы с индуктивно-емкостным балластом, в которой соотношение между L и С соответствует 1 Uпог — лампа будет гореть, а при Uпос

Характеристики и типы ламп освещения

В настоящее время, доступен большой выбор различных ламп, каждая из которых имеет свои уникальные характеристики. Для определённых условий эксплуатации можно подобрать наиболее подходящее осветительное устройство.

На рынке представлены следующие основные типы:

  1. Накаливания:
    • вакуумные;
    • галогенные;
    • криптоновые;
  2. Газоразрядные:
    • ртутные
      • ДРЛ;
      • ДРИ (металлогалогенидные);
      • ДРТ;
      • люминесцентные;
    • ксеноновые;
    • неоновые, аргоновые и пр.
  3. Светодиодные.

Характеристики

При подробном описании будем учитывать следующие характеристики:

  • цоколь (патрон) – место крепления колбы;
  • цветопередача;
  • светоотдача (световая эффективность);

Светоотдача

Показывает, сколько люмен отдаёт источник света при мощности 1 Вт. Например, стандартная лампа накаливания имеет светоотдачу 10 лм/Вт, люминесцентная – 70 лм/Вт, значит, при одной и той же мощности, последняя будет светиться в 7 раз ярче.

В разговоре о светоотдаче необходимо упомянуть так называемые энергосберегающие технологии.

По существу, энергосбережение обозначает: мало потребляем – много светим. В этом контексте наибольшей энергоэффективностью обладают натриевые источники света (см. сравнительную таблицу).

Однако, энергосберегающими принято называть либо светодиодные, либо люминесцентные лампы.

Коэффициент цветопередачи (Ra)

Показывает, насколько естественно выглядят цвета в испускаемом свете. Чем больше данное число, тем лучше характеристики источника, тем ближе его свет к естественному освещению.

Качественные градации коэффициента указаны в таблице:

Ra качество цветопередачи
80 очень хорошо

Цветовая температура

Определяет цвет светящегося объекта, измеряется в градусах Кельвина (К). В зависимости от температуры света, окружающие предметы выглядят несколько по-разному.

Обычный белый лист бумаги может иметь оттенки от тёплых и желтоватых при 2500 К (свеча), до сияюще-голубых – при температуре от 6500 К.

Различают следующие оттенки света:

Цвет. температура, К Оттенок
2700 – 3200 тёплый белый
3200 – 4500 нейтральный белый (дневной)
4700 – 6000 белый
больше 6000 холодный белый

Тёплый белый (2700 – 4200 К) свет помогает расслабиться, настраивает на спокойный лад. Подходит для освещения спальных, гостиных и столовых комнат.

Дневной свет (4200 – 5500 К) помогает сконцентрироваться на выполнении заданий, наиболее подходит для офисных помещений и для освещения рабочей зоны (в том числе на кухне), для гримёрных.

Холодный белый свет (5500 – 6000 К) является достаточно энергичным, подходит для ванных комнат, кухонь (рабочая поверхность, но не обеденный стол).

Классификация

Лампы накаливания

В недавнем прошлом наиболее распространённый тип. Осветительные приборы данного вида могут использоваться как на стационарных, так и на портативных устройствах (например, ручные фонарики).

Свет испускает нагретая вольфрамовая нить, помещённая в колбу (баллон), из которого откачан воздух (отсюда термин «вакуумные»).

Лампы накаливания по составу газа в баллоне разделяют на собственно вакуумные, криптоновые, галогенные.

Вакуумные

Поверхность колбы может быть как прозрачной, так и матовой, что позволяет получить более мягкий свет без использования защитного колпака. Также, верхняя часть баллона может быть покрыта зеркальной краской, чтобы направить световой поток вниз (при потолочном освещении).

Лампы для переносных источников работают от напряжения 12, 24, 36 В.

Для стационарных – 220 В, 50 Гц (городская электрическая сеть).

Основной минус подобных источников света – низкий КПД: только 2-3% идёт на освещение. Остальная энергия рассеивается в виде тепла (отсюда и низкий показатель светоотдачи).

Тип используемого крепления – цоколь Эдисона (Е-цоколь); различается по своему диаметру (в мм), указываемому в маркировке:

  • Е10 – используется для карманных фонариков;
  • Е14, также называемый «миньён» (маленький);
  • Е27 – стандартный;
  • Е40 используется для наружного освещения;

Плюсы:

  • широкое распространение оборудования;
  • низкая цена;
  • удобство монтажа;

Минусы:

  • низкий КПД;
  • малая длительность работы (500–1000 ч.);
  • пожароопасность (нельзя использовать в пластиковых и деревянных конструкциях);

Характеристики:

Цоколь Е
Мощность 5 – 500 Вт
Светоотдача 7–17 лм/Вт
Цветопередача Ra более 90
Световая температура 2700 К
Стоимость от 10 р.
Срок службы 500–1000 ч.

Криптоновые лампы

Лампа накаливания, в баллон которой добавлен криптон (инертный газ). Обладают меньшими габаритами и большим временем работы по сравнению с вакуумными (1000–2000 ч.), не чувствительны к перепадам напряжения.

Характеристики:

Цоколь Е
Мощность 5 – 500 Вт
Светоотдача 8–19 лм/Вт
Цветопередача Ra более 90
Световая температура 2700 К
Стоимость от 40 р.
Срок службы 1000–2000 ч.

Галогенные лампы

Как следует из названия, колба содержит пары галогенов (элементов 17 группы таблицы Менделеева – брома или йода). Добавление этих газов позволяет значительно увеличить время работы и повысить светоотдачу, по сравнению с вакуумными аналогами.

Используется Е- или G-цоколь (см. люминесцентные лампы).

Плюсы:

  • Срок службы до 2000-4000 ч..
  • Малые размеры, возможность применения в гипсокартонных конструкциях (например, подвесной потолок).
Каждый электрик должен знать:  Современные этажные электрощиты

Минусы:

  1. Чувствительность к загрязнению (установку необходимо производить в перчатках, при попадании жира на поверхность колбы, прибор очень быстро выходит из строя).
  2. Чувствительность к перепадам напряжения.

В настоящее время, разработан новый тип галогенных источников с инфракрасным покрытием, которое пропускает видимый свет и отражает тепловое излучение, они имеют сниженное энергопотребление и увеличенное время эксплуатации по сравнению с аналогами без покрытия.


Характеристики:

Цоколь Е, G
Мощность 20 – 1500 Вт
Светоотдача 14–30 лм/Вт
Цветопередача Ra более 90
Световая температура 3700 К
Стоимость от 20
Срок службы 2000–4000 ч.

Газоразрядные лампы

Физические основы свечения – электрический разряд, проходящий через газ, герметично запаянный в трубку.

В зависимости от внутреннего содержимого трубки, выделяют следующие виды:

  1. Ртутные:
    • ДРЛ;
    • ДРИ;
    • люминесцентные;
  2. Натриевые.
  3. Неоновые, ксеноновые, аргоновые и пр.

Ртутные

Все ртутьсодержащие приборы являются высокотоксичными, для них необходима утилизация через пункты приёма опасных отходов. В соответствие с Минаматской конвенции по ртути, производств, экспорт и импорт некоторых ртутьсодержащих ламп будут запрещены с 2020 года, наряду с аналогичным запретом для ртутьсодержащих батареек и градусников.

Лампа ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная)

Ртутная лампа высокого давления, не должна применяется в помещениях, где длительное время находятся люди (квартиры, офисы).

Данные осветительные приборы находят своё применение в уличном освещении, в автоматизированных промышленных цехах, в сельском хозяйстве.

Минусы:

  • Низкий Ra: 40 – 59.
  • Длительное время включения (до 15 мин), зависящее от температуры окружающего воздуха (чем холоднее, тем больше времени занимает процесс засветки).
  • Сильный нагрев трубки.
  • Чувствительность к перепадам напряжения: при частых кратковременных отключениях электроэнергии устройство будет гаснуть, а затем, после повторного включения, в течение длительного времени выходить на рабочий режим.

Классические ДРЛ постепенно выходят из употребления.

В настоящее время, для бытового использования выпускаются устройства комбинированного типа (например, компанией OSRAM).

Лампа ДРИ (дуговая ртутная с излучающими добавками)

Также называемая металлогалогенидной.

Лампы ДРЛ, в колбу которой добавляются галогениды определённых металлов (натрия, индия и пр.).

Цоколь Е27, Е40, R7S (цоколь с утопленным контактом, используется преимущественно в высокоинтенсивных осветительных установках, после маркировки цоколя указывается длина колбы в мм – 78 или 118):

Цоколь Е27, Е40, R7S
Мощность 20 – 2000 Вт
Светоотдача 70–95 лм/Вт
Цветопередача Ra более 90
Световая температура 3500 – 6000 К
Стоимость от 500 р.
Срок службы 8 000 – 10 000 ч.

Ртутно-кварцевые лампы (ПРК, ДРТ)

Дуговые ГРВД типа ДРТ (дуговые ртутные трубчатые, устаревшее – прямые ртутно-кварцевые, ПРТ) используются в медицинской аппаратуре (то самое кварцевание кабинетов) для обеззараживания воздуха, продуктов. Также ДРТ используются в некоторых технологических процессах (таких, например, как фотополимеризация).

Люминесцентные лампы

Или иначе лампы дневного света.

Маркировка отечественных приборов указывает на спектр свечения:

Маркировка Оттенок
ЛБ белый
ЛД дневной
ЛЕ естественный
ЛХБ холодный
ЛТБ тёплый

После буквенной маркировки следуют цифры: первая указывает на степень цветопередачи (чем она выше, тем более естественным выглядит свет, диапазон 6–9), две последующие – на цветовую температуру:

  • 30 (3000 К) – тёплый белый;
  • 35 (3500 К) – белый;
  • 40 (4000 К) – холодный белый;
  • 54 (5400 К) – дневной свет;
  • 65 (6500 К) – холодный дневной;

Используется G-цоколь, который представляют собой гнездо, куда при помощи штырей крепится баллон. Применяется для галогенных и люминесцентных компактных ламп (для уменьшения габаритов). Существует большое число маркировок данного вида цоколей, так что каждый раз необходимо сравнивать тип крепления (он указывается на колбе), цоколи не являются взаимозаменяемыми.

Плюсы:

  1. Низкая рабочая температура (можно без опасений прикасаться).
  2. Мягкий свет.
  3. Время работы до 30 000 ч.
  4. Современные компактные модели можно подключать в обычный патрон (люминесцентные осветительные приборы прошлого поколения выполнялись в виде трубок и требовали для своего подключения использования специальных баллонов).

Минусы:

  1. Работа источника не бесшумная (процесс свечения сопровождается гулом).
  2. Плюсовые рабочие температуры окружающей среды.
  3. Токсичность – необходима утилизация на специальные полигоны (для населения бесплатно через приёмные пункты опасных отходов).
  4. Достаточно долгий период включения, в течение которого свет достигает максимума.
  5. Чувствительность к частым включениям-выключениям.

Из перечисленных особенностей видно, что подобное оборудование целесообразно устанавливать в местах, где необходимо обеспечить освещённость в течение длительного времени при минимальном числе включений. Например, на первых этажах лестниц.

Характеристики:

Цоколь G
Мощность 4 – 140 Вт
Светоотдача 40–90 лм/Вт
Цветопередача Ra от 60 до более 90 (для разл. типов)
Световая температура 3000 – 6000 К
Стоимость от 100 р.
Срок службы 30 000 ч.

Натриевые лампы

Газоразрядные лампы на парах натрия

Данные лампы дают монохромный жёлтый свет. Применяются там, где не требуется высокий индекс цветопередачи: в уличном и дорожном освещении, при подсветке зданий и пр. Лампы высокого давления (НЛВД) используют в сельском хозяйстве для дополнительной подсветки растений в зимний период.

Существует несколько маркировок дуговых натриевых (ДН) источников света отечественного производства:

  • ДНаТ – ДН трубчатые;
  • ДНаС – ДН в светорассеивающей колбе, представляют собой замену ДРЛ;
  • ДНаМТ – матированные;
  • ДНаЗ – зеркальные;
Цоколь Е27, Е40
Мощность 50 – 100 Вт
СветоотдачаНЛНД (низкого давления)НЛВД 200 лм/Вт150 лм/Вт
Цветопередача Ra от менее 39 до 59
Световая температура 3000 – 6000 К
Стоимость от 200 р.
Срок службы 30 000 ч.

Ксеноновые лампы

Позволяют получить очень хорошую цветопередачу.

Применяются в автомобильных фарах, а также в проекторах, фотовспышках и других осветительных приборах.

В зависимости от применения, цена на них варьируется от нескольких сотен до нескольких тысяч рублей. Имеют узкоспециальное назначение.

Характеристики:

Цоколь Н (специальный цоколь для ксен.)
Светоотдача 50 – 90 лм/Вт
Цветопередача Ra ок. 100
Световая температура 3000 – 12 000 К
Стоимость от 200 р.
Срок службы 3000

Неоновые, аргоновые и др.

Газоразрядные лампы, колба которых наполнена инертным газом.

Имеют большое время эксплуатации (до 80 000 ч.), в зависимости от состава газовой смести позволяют получить источники света различных оттенков (от сине-зелёного до красно-оранжевого). Используются для рекламной подсветки, для индикации напряжения в сети.

Светодиодные лампы

Их также называют LED.

Этот тип источников имеет один существенный недостаток: высокая стоимость. Однако, они позволяют в дальнейшем значительно сократить энергетические затраты. В экономическом плане подобные осветительные приборы очень привлекательны, так как имеют большой период эксплуатации.

В данный момент светодиоды используются для освещения улиц, на общедомовых территориях (часто вместе с датчиками движения), для освещения музейных экспонатов.

Плюсы:

  1. Экологичность.
  2. Длительный срок службы (30 000–50 000 ч.).
  3. Небольшие габариты.
  4. Малый нагрев источника.
  5. Устойчивость к механическому воздействию.

Минусы:

  1. Стоимость.
  2. Узконаправленность луча света.
  3. К концу срока службы яркость таких источников уменьшается (так называемое выгорание светодиодов).

Характеристики:

Цоколь Е, G
Мощность 2 – 2000 Вт
Светоотдача 40 – 120 лм/Вт
Цветопередача Ra 60 – 89
Световая температура 4000 – 6000 К
Стоимость от 200 р.
Срок службы 30 000 – 50 000 ч.

Сравнительная таблица:

Тип Цена,р Мощность, Вт Светоотдача, лм/Вт ЦветопередачаRa Световая температура,К Срок службы, ч Основные особенности
вакуумные от 10 5 – 500 7 – 17 более 90 2 700 500 – 1000 пожароопасность
галогенные от 20 20 – 1500 14 – 30 более 90 3 700 2000 – 4000 можно монтировать в гипсокартон, высокая чувствительность к загрязнению поверхности колбы
криптоновые от 40 5 – 500 8 – 19 более 90 2 700 1000 – 2000 пожароопасность
ДРИ от 500 20 – 2000 70 – 95 более 90 3500 – 6000 8000 – 10 000 длительное время включения, токсичность, колба не нагревается (люминесц.)
люминесцент от 100 4 – 140 40 – 90 60 – 90 3000 – 6000 30 000
натриевые от 200 50 – 100 150 – 200 от менее 39 до 59 3000 – 6000 30 000 подсветка растений
светодиодные от 200 2 – 2000 40 – 120 60 – 89 3000 – 6000 30 000 – 50 000 энергоэффективные

При выборе источников освещения необходимо учитывать их эксплуатационные характеристики.

Правильный выбор поможет сэкономить Ваши средства и продлить срок службы осветительного прибора.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Особенности работы люминесцентных ламп

Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, в торцы которой впаяны электроды. Используемые для освещения жилых построек люминесцентные лампы низкого давления имеют биспиральные либо триспиральные электроды из вольфрамовой прово­локи, на которые нанесен слой активного вещества (оксида), владеющего низкой работой выхода при температуре порядка 900 – 950°С.
В трубки с откачанным воздухом введены маленькие коли­чества ртути, создающие при нормальной температуре незначитель­ное давление ее насыщающих паров, и инертный газ с парциальным давлением в несколько сотен Паскалей (мм ртутного стол­ба). Инертный газ упрощает зажигание ламп и уменьшает распы­ление оксида электродов. Дуговой разряд в парах ртути обладает высочайшей эффективностью преобразования электронной энергии в уф-излучение, которое находится за пределами ви­димой части диапазона. На внутреннюю поверхность трубки равномер­но по всей длине нанесен слой люминофора, модифицирующего уль­трафиолетовую часть излучения в видимое излучение.

Сочетание 2-ух обозначенных причин – разряда в парах ртути и преобразования уф-излучения в слое люминофо­ра – обеспечивает высшую световую отдачу люминесцентных ламп. Световой поток люминесцентных ламп одной и той же мощности и конструкции находится в зависимости от марки примененного люминофора и техно­логии его нанесения. Индустрия выпускает люминесцентные лампы 5 типов по цветности излучения (ЛД, ЛДЦ, ЛХБ, ЛБ и ЛТБ), имеющих различное значение светового потока. В табл. 1 при­ведены значения светового потока люминесцентных ламп мощно­стью 20, 40 и 65 Вт зависимо от марки люминофора.

Таблица 1 Значения светового потока люминесцентных ламп после 100 ч горения, лм

Тип лампы Тип лампы Световойпоток Тип лампы Световойпоток
ЛДЦ 20-4 ЛДЦ 40-4 2100 ЛДЦ 65-4 3050
ЛД 20-4 ЛД 40-4 2340 ЛД 65-4 3570
ЛХБ 20-4 ЛХБ 40-4 2600 ЛХБ 65-4 3820
ЛТБ 20-4 ЛТБ 40-4 2580 ЛТБ 65-4 3980

Из табл. 1 видно, что больший световой поток имеют лампы типа ЛБ. В связи с тем что особенных требований к цветопере­даче в осветительных установках общедомовых помещений не предъ­является, рекомендуется использовать люминесцентные лампы типа ЛБ либо ЛТБ.

Люминесцентные лампы отличаются от ламп накаливания тем, что для включения их в сеть нужно применение пускорегулирующих аппаратов. Последнее обосновано падающей вольт-амперной чертой газового разряда люминесцентных ламп, в ко­торых с уменьшением напряжения на лампе растет ток, прохо­дящий через нее. При конкретном подключении люминесцент­ных ламп в сеть хоть какое краткосрочное понижение напряжения при­водит к лавинообразному нарастанию тока через лампу и к перего­ранию ее электродов. Потому основное предназначение пускорегулирующих аппаратов состоит в стабилизации тока, протекающего через лампу, при допустимых колебаниях напряжения сети. Не считая стаби­лизации тока лампы пускорегулирующие аппараты делают еще одну функцию: делают условия для надежного зажигания лампы.

В качестве частей, стабилизирующих характеристики разряда, используют дроссели (индуктивный балласт) и по­следовательно соединенные дроссель и конденсатор (индуктивно- емкостный балласт). На рис. 20 приведены схемы одноламповых стартерных пускорегулирующих аппаратов с индуктивным и индуктивно-емкостным балластом.

Особенностью этих схем являются низ­кое значение коэффициента мощности и значимая величина по­требляемого реактивного тока. Повышение реактивного тока вызы­вает токовую перегрузку сети, наращивает утраты мощности в ней и может явиться предпосылкой срабатываний аппаратов защиты. Поэто­му в домах целенаправлено использовать одно и двухламповые осветительные приборы с высочайшим коэффициентом мощности (с компенсирован­ными пускорегулирующими аппаратами типа УБК либо АБК). Повы­шение коэффициента мощности в одноламповых светильниках с ин­дуктивным балластом достигается включением параллельно входным зажимам осветительного прибора компенсирующего конденсатора Сн (на рис. 20а показан пунктиром). Из-за несинусоидальной формы тока лампы фактически нереально прирастить коэффициент мощности до единицы. Реактивная мощность высших гармоник тока лампы остается некомпенсированной и коэффициент мощности всегда мень­ше 1. Для одноламповых осветительных приборов предельная величина коэф­фициента мощности находится в границах 0,92 – 0,94. В двухлампо­вых светильниках компенсация реактивной мощности достигается при включении одной лампы с индуктивным, а другой – с индуктивно-емкостным балластом. Наибольшая величина коэффициента мощности в двухламповых светильниках добивается 0,98.

На рис. 21 а показаны статические вольт-амперные характери­стики (т. е. зависимость меж током и напряжением, соответствую­щая в каждой точке установившемуся электронному режиму эле­мента) люминесцентной лампы, индуктивного балласта и их суммар­ная черта при поочередном соединении лампы и бал­ласта, на рис. 21 б соответственно вольт-амперные характеристи­ки лампы, индуктивно-емкостного балласта и суммарная.

Пусть точки А и А 1 соответствуют точкам размеренной работы лампы с балластом при номинальном напряжении сети . Ток лам­пы и балласта в данном случае будет равен Iлн, а напряжение на лам­пе Uлн определяется на вольт-амперной характеристике лампы в точках С и С 1 .При увеличении напряжения сети от Uн до U 2 точки размеренной работы лампы с балластом передвигаются соответствен­но в точки В и В 1 . ток лампы возрастает до Iл 2 , а напряжение на ней понижается до Uл2 (соответственно точки D и D 1 . Как видно из рисунков, изменение тока лампы при индуктивно-емкостном бал­ласте будет существенно меньше, чем при индуктивном. Конкретное изменение тока лампы и характеристик балластного сопротивления за­висит от типа лампы, балласта и значения напряжения питающей сети. Конфигурации тока и мощности люминесцентной лампы в зависи­мости от напряжения питающей сети определяются выражениями: для тока лампы

Iл : Iл.н =? (U : Uн – 1) + 1 для мощности лампы Pл : Pл.н =? (U : Uн – 1) + 1

где ? и ? коэффициенты непостоянности соответственно по мощности и току лампы, Pл.н и Iл.н соответственно мощность и ток лампы при номинальном напряжении сети Uн.

Для люминесцентных ламп предельное значение коэффициентов ? и ? составляет 2. Это означает, что при .изменении напряжения сети на 10% ток и мощность лампы должны изменяться менее чем на 20%.

Уменьшение срока службы люминесцентных ламп при повыше­нии напряжения сети определяется 2-мя факторами: разрушением катода за счет роста его температуры, обусловленной ростом тока лампы, и разрушением катода за счет насыщенной бомбарди­ровки его положительными ионами при возрастании моментальных значений тока лампы. Для люминесцентных ламп, работающих в стартерной схеме включения, установлено, что повышение тока на 1% уменьшает срок службы катодов на 1,5%. Таким макаром, коле­бания напряжения сети оказывают влияние на главные характеристики люминесцентных ламп существенно меньше, чем на характеристики ламп накали­вания. Срок службы люминесцентных ламп, работающих в стартер- ных и бесстартерных схемах включения, при колебании напряжения сети на +10% не понижается. Благодаря большенному сроку службы и стабильности светового потока люминесцентных ламп годичные экс­плуатационные издержки на осветительные установки с этими лампа­ми существенно меньше, чем на установки с лампами накаливания.

Выбор ИБП: ватты и вольт-амперы — извечная путаница: Введение и предпосылки

  • Введение и предпосылки
  • Мощность компьютера
  • Номинальная мощность ИБП
  • Примеры возникновения проблем при расчетах
  • Как избежать ошибок при расчетах?
  • Заключение

Введение и предпосылки

В настоящей статье разъясняются отличия между ваттами и вольт-амперами, а также приводятся примеры правильного и неправильного использования терминов в отношении оборудования защиты по электропитанию. При оценке нагрузки на ИБП множество людей не понимают разницы между такими единицами измерения, как ватты и вольт-амперы (VA) Многие производители ИБП и электрооборудования еще более усиливают данную путаницу, должным образом не разграничивая данные параметры.

Мощность, потребляемая вычислительным оборудованием, выражается в ваттах или вольт-амперах (VA). Мощность, выраженная в ваттах, представляет собой активную мощность, потребляемую оборудованием. Вольт-амперы называют «кажущейся мощностью» — она являются результатом умножения напряжения, подаваемого на оборудование, на силу тока, потребляемую оборудованием.

Используются обе характеристики — и ватты, и вольт-амперы, но в различных целях. Характеристика в ваттах определяет активную мощность, приобретаемую у коммунального предприятия, и тепловую нагрузку, генерируемую оборудованием. Характеристика в вольт-амперах используется для расчета проводки и размыкателей цепи.

Характеристики в вольт-амперах и ваттах для некоторых типов электрической нагрузки (например, для ламп накаливания) идентичны. Однако для компьютерного оборудования характеристики в ваттах и вольт-амперах могут значительно отличаться, при этом характеристика в вольт-амперах всегда будет больше или равна характеристике в ваттах. Отношение ватт к вольт-амперам называется «коэффициентом мощности» и выражается либо в виде числа (т.е. 0,7), либо в виде процентов (т.е. 70%).

Что такое ПРА и для чего он нужен?

Пускорегулирующий аппарат — светотехническое изделие, с помощью которого осуществляется питание разрядной лампы, от электрической сети, обеспечивающее необходимые режимы зажигания, разгорания и работы лампы и конструктивно оформленное в виде единого аппарата или нескольких отдельных блоков.

Пускорегулирующий аппарат обеспечивает:
1) зажигание разрядной лампы, т. е. пробой межэлектродного промежутка и формирование в нем требуемого вида разряда. Указанная функция обычно выполняется зажигающим устройством, которое часто является составным элементом ПРА. Для надежного зажигания лампы ПРА должен иметь определенные выходные параметры в режиме холостого хода, т. е. в режиме работы схемы включения при не горящей лампе. К ним относятся форма, значение напряжения, подаваемого на электроды лампы в период её пуска, а при необходимости значение тока предварительного подогрева электродов и др.
2) разгорание разрядной лампы, т. е. процесс установления рабочих параметров лампы после ее зажигания. Продолжительность разгорания лампы, а также характер изменения тока в ней в течение этого процесса зависят не только от газового наполнения лампы и соотношения температур ее колбы в холодном и рабочем состоянии, но и от типа и параметров ПРА.
3) устойчивость режима работы разрядной лампы в контуре, заключающуюся в способности контура автоматически восстанавливать исходное значение тока при его флюктуационных изменениях. Наличие данной функции у ПРА, которая выполняется с помощью токоограничивающих элементов (стабилизаторов тока), связано со спецификой статических вольт — амперных характеристик ламп (ВАХ). Обеспечить устойчивый режим работы от источника напряжения без токоограничивающих элементов-балластов принципиально невозможно для разрядных ламп, имеющих падающие ВАХ. Для ламп с возрастающими ВАХ устойчивая работа от сети возможна и без балласта.
Наибольшее распространение в цепях переменного тока нашёл индуктивный балласт – дроссель. Дроссель в общем случае представляет собой обмотку, намотанную на сердечник из ферромагнитного материала – листовой электротехнической стали.

Электрический конденсатор обладает электрической ёмкостью, то есть способностью накапливать (заряжаться) и хранить электрический заряд. Конденсаторы постоянной ёмкости состоят из двух или нескольких пластин, называемых обкладками, отделённых друг от друга изоляционным материалом – диэлектриком. Пластины – обкладки конденсатора могут быть металлическими (из фольги) или иметь металлизированные покрытия, а диэлектриком могут служить воздух, слюда, лак, бумага. Чем больше площадь пластин конденсатора и меньше расстояние между ними, тем больше ёмкость конденсатора, тем больше электрических зарядов он накапливает.

Катушка индуктивности – катушка из провода с изолированными витками. Обладает значительной индуктивностью при относительно малой электрической ёмкости и малом активном сопротивлении. Один из основных элементов электрических фильтров, колебательных контуров, электрических источников электрического тока и д.р.

Резистор – устройство на основе проводника с нормированным постоянным или регулируемым активным сопротивлением, используемое в электрических цепях для обеспечения требуемого распределения токов и напряжений между участками цепи.

Трансформатор – устройство для преобразования переменного напряжения по величине. Состоит из одной первичной обмотки и одной или нескольких вторичных и ферромагнитного сердечника (магнитопровода). Основные типы трансформаторов: силовые (повышающие или понижающие сетевое напряжение), используемые в электрических сетях, радиотехнических устройствах, системах автоматики и д.р.; измерительные, предназначенные главным образом для определения больших напряжений и токов.

Принцип работы люминесцентных ламп

Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, в торцы которой впаяны электроды. Применяемые для освещения жилых зданий люминесцентные лампы низкого давления имеют биспиральные или триспиральные электроды из вольфрамовой прово­локи, на которые нанесен слой активного вещества (оксида), обладающего низкой работой выхода при температуре порядка 900 — 950°С.

Схема включения люминесцентной лампы.

В трубки с откачанным воздухом введены небольшие коли­чества ртути, создающие при нормальной температуре незначитель­ное давление ее насыщающих паров и инертный газ с парциальным давлением в несколько сотен паскалей (миллиметров ртутного стол­ба). Инертный газ облегчает зажигание ламп и уменьшает распы­ление оксида электродов. Дуговой разряд в парах ртути обладает высокой эффективностью преобразования электрической энергии в ультрафиолетовое излучение, которое находится за пределами ви­димой части спектра. На внутреннюю поверхность трубки равномер­но по всей длине нанесен слой люминофора, преобразующего уль­трафиолетовую часть излучения в видимое.

Схема устройства люминесцентной лампы.

Сочетание двух указанных факторов: разряда в парах ртути и преобразования ультрафиолетового излучения в слое люминофо­ра — обеспечивает высокую световую отдачу люминесцентных ламп. Световой поток люминесцентных ламп одной и той же мощности и конструкции зависит от марки примененного люминофора и техно­логии его нанесения. Промышленность выпускает люминесцентные лампы пяти типов по цветности излучения (ЛД, ЛДЦ, ЛХБ, ЛБ и ЛТБ), имеющих разное значение светового потока. В табл. 1 при­ведены значения светового потока люминесцентных ламп мощно­стью 20, 40 и 65 Вт в зависимости от марки люминофора.

Таблица 1 Значения светового потока люминесцентных ламп после 100 ч. горения, лм

Тип лампы Тип лампы Световой поток Тип лампы Световой поток
ЛДЦ 20-4 ЛДЦ 40-4 2100 ЛДЦ 65-4 3050
ЛД 20-4 ЛД 40-4 2340 ЛД 65-4 3570
ЛХБ 20-4 ЛХБ 40-4 2600 ЛХБ 65-4 3820
ЛТБ 20-4 ЛТБ 40-4 2580 ЛТБ 65-4 3980

Из табл. 1 видно, что наибольший световой поток имеют лампы типа ЛБ. В связи с тем что особых требований к цветопере­даче в осветительных установках общедомовых помещений не предъ­является, рекомендуется применять люминесцентные лампы типа ЛБ или ЛТБ.

Рисунок 1. Схема включения люминесцентной лампы.

Люминесцентные лампы отличаются от ламп накаливания тем, что для включения их в сеть необходимо применение пускорегулирующих аппаратов. Последнее обусловлено падающей вольт-амперной характеристикой газового разряда люминесцентных ламп, в ко­торых с уменьшением напряжения на лампе возрастает ток, прохо­дящий через нее. При непосредственном подключении люминесцент­ных ламп в сеть любое кратковременное снижение напряжения при­водит к лавинообразному нарастанию тока через лампу и к перего­ранию ее электродов. Поэтому основное назначение пускорегулирующих аппаратов состоит в стабилизации тока, протекающего через лампу, при допустимых колебаниях напряжения сети. Кроме стаби­лизации тока лампы, пускорегулирующие аппараты выполняют еще одну функцию — создают условия для надежного зажигания лампы.

В качестве элементов, стабилизирующих параметры разряда, применяют дроссели (индуктивный балласт) и последовательно соединенные дроссель и конденсатор (индуктивно-емкостный балласт). На рис. 1 приведены схемы одноламповых стартерных пускорегулирующих аппаратов с индуктивным и индуктивно-емкостным балластом.

Особенностью этих схем являются низ­кое значение коэффициента мощности и значительная величина по­требляемого реактивного тока. Увеличение реактивного тока вызы­вает токовую перегрузку сети, увеличивает потери мощности в ней и может явиться причиной срабатываний аппаратов защиты. Поэтому в жилых домах целесообразно применять одно- и двухламповые светильники с высоким коэффициентом мощности (с компенсирован­ными пускорегулирующими аппаратами типа УБК или АБК).

Повы­шение коэффициента мощности в одноламповых светильниках с ин­дуктивным балластом достигается включением параллельно входным зажимам светильника компенсирующего конденсатора Сн (на рис. 1а показан пунктиром). Из-за несинусоидальной формы тока лампы практически невозможно увеличить коэффициент мощности до единицы. Реактивная мощность высших гармоник тока лампы остается некомпенсированной, и коэффициент мощности всегда мень­ше 1.

Рисунок 2. Схема изменения тока люминесцентной лампы.

Для одноламповых светильников предельная величина коэф­фициента мощности находится в пределах 0,92 — 0,94. В двухлампо­вых светильниках компенсация реактивной мощности достигается при включении одной лампы с индуктивным, а другой — с индуктивно-емкостным балластом. Максимальная величина коэффициента мощности в двухламповых светильниках достигает 0,98.

На рис. 2 а показаны статические вольт-амперные характери­стики (т. е. зависимость между током и напряжением, соответствую­щая в каждой точке установившемуся электрическому режиму эле­мента) люминесцентной лампы, индуктивного балласта и их суммар­ная характеристика при последовательном соединении лампы и бал­ласта, на рис. 21 б, соответственно, вольт-амперные характеристи­ки лампы, индуктивно-емкостного балласта и суммарная.

Пусть точки А и А 1 соответствуют точкам стабильной работы лампы с балластом при номинальном напряжении сети Uн. Ток лам­пы и балласта в этом случае будет равен I лн, а напряжение на лам­пе Uлн определяется на вольт-амперной характеристике лампы в точках С и С 1 . При увеличении напряжения сети отUн до U 2 точки стабильной работы лампы с балластом перемещаются соответствен­но в точки В и В 1 . Ток лампы увеличивается до I л 2 , а напряжение на ней снижается до Uл2 (соответственно точкиD иD 1) . Как видно из рисунков, изменение тока лампы при индуктивно-емкостном бал­ласте будет значительно меньше, чем при индуктивном. Конкретное изменение тока лампы и параметров балластного сопротивления за­висит от типа лампы, балласта и значения напряжения питающей сети.

Изменения тока и мощности люминесцентной лампы, в зависи­мости от напряжения питающей сети, определяются выражениями:

для тока лампы Iл : Iл.н =? (U : Uн – 1) + 1, для мощности лампы Pл : Pл.н =? (U : Uн – 1) + 1,

где ? и ? — коэффициенты нестабильности по мощности и току лампы соответственно, Pл.н и Iл.н — мощность и ток лампы при номинальном напряжении сети Uн соответственно.

Для люминесцентных ламп предельное значение коэффициентов ? и ? составляет 2. Это значит, что при изменении напряжения сети на 10% ток и мощность лампы должны изменяться не более чем на 20%.

Уменьшение срока службы люминесцентных ламп при повыше­нии напряжения сети определяется двумя факторами: разрушением катода за счет увеличения его температуры, обусловленной ростом тока лампы, и разрушением катода за счет интенсивной бомбарди­ровки его положительными ионами при возрастании мгновенных значений тока лампы.

Для люминесцентных ламп, работающих в стартерной схеме включения, установлено, что увеличение тока на 1% уменьшает срок службы катодов на 1,5%. Таким образом, коле­бания напряжения сети влияют на основные параметры люминесцентных ламп значительно меньше, чем на параметры ламп накали­вания.

Срок службы люминесцентных ламп, работающих в стартерных и бесстартерных схемах включения, при колебании напряжения сети на +10% не снижается. Благодаря большому сроку службы и стабильности светового потока люминесцентных ламп годовые экс­плуатационные затраты на осветительные установки с этими лампа­ми значительно меньше, чем на установки с лампами накаливания.

Вольт-амперные характеристики электрических ламп

Есть понятие коэффициента мощности, который устанавливает соотношение между комплексной (полной) мощностью в ВА и активной (полезной) мощностью в Ватт. Для большинства SOHO устройств этот коэффициент = 0.6

То есть умножаете мощность в ВА на 0.6 и получаете значение на выходе в Ватт (какое оборудование можно подключать).

2. Johnny27 , 20.10.2011 12:27
Эх, да я-то это знаю)) И что В*А=Вт применимо только для постоянного тока. Мы косинус фи обычно 0,7 считаем. Но в это время клиент зачастую смотрит как на пришибленного и говорит что-то типа «ты что, в школе не учился, какая разница, какой ток, переменный или постоянный, какой косинус фи. »
В общем, надо им распечатать памяток с примерным содержанием вашего поста и вкладывать в инструкцию На словах не доходит))
3. solar , 20.10.2011 12:31
у них «тянет» потому, что киловатты потребителями посчитаны без коэффициента спроса и одновременности. ты ещё про эти коэффициенты «вверни». потребитель сам не знает, что ему нужно. поэтому у соседей торговля идёт лучше. тут вопрос психологии и маркетинга, а не электротехники.
4. Johnny27 , 20.10.2011 12:41
solar
потребитель сам не знает, что ему нужно.
95 %
у соседей торговля идёт лучше
Да не лучше, у нас цены пониже.. Я уж лучше перестрахуюсь, и на Ресанту АСН-12000 посоветую больше 8,5 кВт не вешать, возвратов не хочется..
5. kr379 , 20.10.2011 21:52
Alexey555
Есть понятие коэффициента мощности, который устанавливает соотношение между комплексной (полной) мощностью в ВА и активной (полезной) мощностью в Ватт.—. это только для синуса и напряжения и тока. Для импульсных БП с такой картинкой это ВСЁ не-то и не-так, и не имхо, а просто так естъ.

Добавление от 20.10.2011 21:54:

Johnny27
что ВА не равен Вт—. есть шикарное объяснение от профи из АРС — синус и его косинус тут вооооообще и совсем не-при-чём.

Мощность, потребляемая вычислительным оборудованием, выражается в ваттах или вольт-амперах
(VA). Мощность, выраженная в ваттах, представляет собой активную мощность, потребляемую
оборудованием. Вольт-амперы называют “кажущейся мощностью” – она являются результатом
умножения напряжения, подаваемого на оборудование, на силу тока, потребляемую оборудованием.

Используются обе характеристики – и ватты, и вольт-амперы, но в различных целях.

Характеристика
в ваттах определяет активную мощность, приобретаемую у коммунального предприятия, и тепловую
нагрузку, генерируемую оборудованием.

Характеристика в вольт-амперах используется для расчета
проводки и размыкателей цепи.

Характеристики в вольт-амперах и ваттах для некоторых типов электрической нагрузки (например,
для ламп накаливания) идентичны. Однако для компьютерного оборудования характеристики
в ваттах и вольт-амперах могут значительно отличаться, при этом характеристика в вольт-амперах
всегда будет больше или равна характеристике в ваттах. Отношение ватт к вольт-амперам
называется “коэффициентом мощности”
и выражается либо в виде числа (т.е. 0,7), либо в виде
процентов (т.е. 70%).

Добавить комментарий