призначення пристрою
Пристрій призначений для використання спільно з газорозрядними лампами, замість баластних дроселів.
Традиційне використання дроселів, в якості обмежувачів струму, призводить до виникнення значної величини реактивної і повної споживаної від мережі потужності. Так, при використанні дроселів для ламп ДРЛ-125 коефіцієнт реактивної потужності = 0,55. Електронні баласти підвищують коефіцієнт потужності більш ніж до 0,92 з урахуванням втрат на переходах напівпровідникових приладів і струмообмежувальні елементах схеми. Один з відомих недоліків газорозрядних ламп високого тиску - це неможливість швидкого повторного включення. Часто, при короткочасних "скачках" напруги мережі лампи гаснуть і доводиться очікувати кілька хвилин для повторного включення ламп. Це відбувається при роботі електроінструменту, зварювального обладнання в одній мережі з лампами. Використання електронного баласту усуває цей недолік, лампи продовжують працювати при "просадках" напруги. Якщо ж лампа погасла, то повторне включення відбувається дещо раніше, ніж при роботі з дроселем.
Лампи ДРЛ, ДНАТ, на відміну від газорозрядних ламп кімнатного освітлення, не втрачають інтенсивності світіння при низьких температурах повітря. Особисто я використовую зазначені вище лампи для освітлення гаража, вони є основним джерелом світла взимку, коли лампи ЛБ, ЛД ледь світяться.
Для мене використання електронного баласту стало особливо актуальним при безперервному зростанні вартості електроенергії.
Принципова схема і деталі
Пошук готових схемних рішень електронних баластів привів мене в зневіру і обурення. Незважаючи на активне використання енергозберігаючих ламп, схем простих баластів для ламп ДРЛ я не зміг знайти.
Однак, вдалося знайти статтю, що рекламує напівпровідникові прилади фірми International Rectifier з назвою: «МОП-транзистори покращують ККД і подовжують термін служби електронних баластів освітлювальних приладів»
Стаття описує переваги використання МОП - транзисторів в полумостового перетворювачах. Саме за такою схемою побудований баласт, як і більшість використовуваних зараз баластів в енергозберігаючих лампах. Основною складністю створення баласту є відсутність інформації про типи і розмірах магнитопроводов для трансформатора і баластного дроселя. Зазначений в статті тип сердечника не дає можливості визначити магнітну проникність, форму і розміри, необхідну інформацію знайти не вдалося. Моя стаття допоможе вам визначитися у виборі матеріалів і використовувати доступні деталі. У баласті змінена схема запуску, так як в наявності не виявилося двуханодний динисторов на момент випробувань. Зменшено кількість елементів, відсутня управління включенням ламп при настанні сутінків. Таким чином, схема максимально спрощена. Подальший опис буде припускати нумерацію елементів зазначену на схемі:
Відомо, що полумостового перетворювачі з індуктивним зворотним зв'язком працюють в режимі насичення трансформатора Т1, таким чином, частота перемикання транзисторів буде залежна від сукупності відразу декількох факторів: струму що протікає в ланцюзі лампи, струму в ланцюгах L1, R6, VD2, L2, R7, VD3 . Струм в ланцюзі лампи безпосередньо залежить і від частоти роботи перетворювачі і від індуктивності обмотки L4 трансформатора Т2. Таким чином, при створенні першого примірника пристрої, однозначно визначити необхідну кількість витків трансформаторів складно. Перші екземпляри баластів намір були виготовлені з магнітопроводом трансформатора Т2 надлишкового перетину, щоб виключити його насичення. Після успішного запуску і випробувань були уточнені розміри трансформаторів, кількість витків, величина немагнітного зазору.
Таким чином, для використання з лампами ДРЛ 125, як Т2, підійде феритовий броньовий магнітопровід з двох чашок M2000НМ, діаметром 30мм. Як трансформатора Т1 застосовано кільце М2000НМ 17х10х5. Обмотка L3 містить - 2,5 витка монтажного проводу поверх обмоток L1, L2 в яких по 20 витків дроту ПЕВ 0,35. Обмотки L1, L2 намотуються одночасно в два дроти. При цьому обмотка L4 містить 52 витка, L5 - 3 витка проводу ПЕВ 0,62 Немагнітний зазор трансформатора Т2 близько 0,6мм.
При використанні зазначених матеріалів, частота роботи перетворювача близько 38кГц на початку "розгону" лампи, і близько 67 кГц після виходу лампи в робочий режим.
Так як баласти виготовлялися з матеріалів, які були в наявності, то наступний екземпляр відрізнявся розміром муздрамтеатру Т1. На цей раз використовувалося кільце зовсім невідомою магнітної проникності з розмірами 14х8х4,5. Як Т2, той же муздрамтеатр з двох чашок 30мм.
Змінюючи кількість витків обмоток L1, L2 можна в значній мірі змінювати частоту роботи перетворювача, але при цьому доведеться коригувати кількість витків обмотки L4 трансформатора T2. Так другий примірник пристрої налаштований на частоту перетворення 50-75 кГц, при цьому L1, L2 містять по 10 витків, L3 - 1,5, а L4 всього 39 витків, того ж дроту, що і в першому баласті. Частоту перетворювача так само можна змінити використовуючи стабілітрони VD2, VD3 на різні напруги і резистори R6, R7 різного опору. Йдеться про зміну струму в зазначених ланцюгах, просто різними способами, найбільш зручними для конкретного випадку. Не варто забувати, що робочий діапазон частот для матеріалів М2000НМ до 100кГц.
Як VD2, VD3 використані імпортні стабілітрони в скляному корпусі 12В, потужністю 1,2Вт, парами з'єднані катодами. Як теплоотводов використані радіатори вихідних транзисторів кадрової розгортки телевізорів 3УСЦТ.
На схемі в дужках вказані елементи, які використовуються в баласту для ламп ДНаТ 250, ДНАТ 400. У схемі можна використовувати транзистори, зазначені в статті, файл якої додається. У моєму випадку використовувалися транзистори від старих блоків живлення комп'ютерів: 2SK1024 і 2SK2828 - для ламп ДРЛ125. Для ламп ДНАТ 250, ДНАТ 400, довелося придбати IRFP460.
У баласту для ламп ДНаТ крім більш потужних транзисторів необхідно застосувати тепловідвід більшої площі. Цілком підходить радіатор охолодження процесорів ПК розміром 90х65х35. У схемі для ламп ДНаТ в якість стабилитронов VD2, VD3 використовується по одному стабілітрону Д815Е без тепла. Трасформатор Т1 намотаний на кільці 30х20х6,5 мм. L1, L2 по 20 витків ПЕВ 0,35, L3 - 1,5 витка монтажного проводу. Трансформатор Т2 виконаний на броньовий магнітопроводі М2000НМ з двох чашок діаметром 50мм, з немагнітним зазором близько 1мм. L4 містять задану 34 витка проводу ПЕТВ 0,95, L5 - один виток того ж дроту (для ДНАТ 250). Частота роботи при цьому 14-20 кГц. Як вже було сказано вище, частоту перетворювача можна змінити різними способами, в тому числі використовуючи магнітопроводи різного розміру для Т1. В даному випадку настільки велике кільце застосовано лише через відсутність в наявність іншого відповідного за розмірами. Необхідно зауважити, що при застосуванні кілець меншого розміру слід контролювати температуру муздрамтеатру, в разі значного нагрівання змінити режим роботи баласту, або застосувати кільце більшого розміру. При монтажі трансформатора Т1, підключати обмотки необхідно згідно малюнка.
Обмотки L1, L2 на малюнку зображені намотаних окремо один від одного лише для більш зрозумілого зчитування правила підключення обмоток. Під зазначені елементи розраховані друковані плати на малюнку. Чи не кріпити трансформатор Т2 до плати металевими деталями через центральний отвір !!! Ми робимо баласт, а не індукційну піч!
Налаштування пристрою
Налаштування пристрою полягає в підборі кількості витків обмотки L4, для отримання необхідного значення напруги на лампі, після її прогріву. Так, для ламп ДРЛ 125, робочою напругою вважається величина діючої напруги 125В.
Більшість простих мультиметров не дасть можливості виміряти напругу на лампі на частотах роботи перетворювача. Для настройки краще скористатися осцилографом. Сучасні осцилографи здатні вимірювати діюче значення напруги, в тому числі з урахуванням форми сигналу. Якщо ваш осцилограф не має цієї функції досить визначити амплітудне значення напруги. Так як напруга на лампі близьке за формою до синусоидальному, обчислити діюче (воно ж ефективне або середньоквадратичне) значення напруга можна помноживши амплітудне значення на 0,7.
Під час налаштування пристрою було помічено, що лампи різних виробників імпортується, потребують індивідуальної настройки баласту. Так, якщо баласт налаштований для ламп ДРЛ 125 (8) «Лисма», то при використанні ламп ДРЛ 125 (6), напруга на лампах після прогріву досягає лише 80В замість 125. У даному випадку необхідно встановити під зазначений тип лампи. При налаштуванні баластів під лампи ДНАТ 250 - 400 слід пам'ятати, що їх робоча напруга, після прогріву близько 15хв, - 100В.
Переконайтеся в працездатності ланцюгів захисту (VD5, R8, C3, VD6, R9, VT4), подачею змінної напруги від зовнішнього джерела. При досягненні напруги трохи більше 32В баласт повинен відключитися. У разі несправності ланцюгів захисту, при включенні пристрою без лампи або при виході її з ладу, можливий вихід з ладу конденсатора С4, так як на ньому виникає значне напруження. Так конденсатор на 1 кВ виходить з ладу протягом пари секунд, це результат роботи послідовно коливального контуру L4C4. Така схемотехніка дозволяє використовувати баласт для ламп ДНаТ без спеціального пускового пристрою.
PS Після публікації статті довелося відповісти на велику кількість запитань. Основна проблема при повторенні конструкції це нагрів ключових транзисторів і вихід їх з ладу при використанні з лампами ДНАТ 250 - 400. Це відбувається в разі, коли через використання різних феромагнітних матеріалів робоча частота пристрою виявляється занадто низькою. Це призводить до насичення L4, збільшення струмів, перегрів транзисторів і вихід їх з ладу. Щоб гарантовано уникнути зазначених проблем необхідно контролювати частоту роботи пристрою. Пропоную в пристроях з лампами більш 200Вт підвищити робочу частоту шляхом установки не одного стабілітрона Д815Е, а двох включених зустрічно в кожному плечі перетворювача. Далі, зменшити кількість витків обмоток L1, L2 трансформатора Т1 до 16-18 витків. Бажано так само дещо збільшити перетин проводів цих обмоток, наскільки дозволить розмір вашого кільця. При цьому частота роботи пристрою підвищиться до 35кГц на початку "розгону" лами до 50-55 кГц (для ДНАТ250) після виходу на робочий режим. Відповідно доведеться підібрати і кількість витків L4. Для ДНАТ400 підвищуйте частоту до 50-80кГц (але не більше 100кГц), або використовуйте для трансформатора Т2 два зазначених муздрамтеатру. Не зайвим буде і використання примусового охолодження радіатора за допомогою невеликого кулера від РС, підключеного до мережі, наприклад за схемою у файлі "Охлажденіе.jpg"
Обговорення на форумі
список радіоелементів
Завантажити список елементів (PDF)
