Содержание

Плавный пуск ламп накаливания

Схемы

Для того чтобы правильно использовать блоки плавного включения ЛК необходимо использовать специальные электросхемы. Благодаря таким схемам можно легко понять, как работает данный прибор и устроен изнутри, а также как его необходимо эксплуатировать.

Схема плавного включения лампы накаливания

Обычно при подключении такого устройства специалисты пользуются наиболее простым и лёгким вариантом схемы. Иногда используют специальную схему с внедрением симистеров. Также, кроме блоков данного вида можно брать полевые транзисторы, которые работают аналогично приборам плавного включения.

Вторая схема плавного включения ламп накаливания

Также того чтобы можно было контролировать напряжение в приборе плавного включения можно использовать автоматические приборы.

Что собой представляет тиристорная схема

Тиристорную схему специалисты рекомендуют использовать для повторения. Состоит она из обычных элементов, которые можно найти в каждом доме. Такую схему можно легко сделать в домашних условиях своими руками.

Тиристорная схема плавного включения лампы

Цепь моста выпрямления (рис.VD1, VD2, VD3, VD4) использует лампочку (рис. EL1) как нагрузку и токоограничитель. Плечи выпрямителя оснащены тиристором (рис. VS1) и сдвигающейся цепью (рис. R1, R2 и C1). Также диодный мост устанавливается за счёт спецификации работы прибора тиристора.

После того как напряжение подаётся на схему, электроток начинает идти через спираль накала и поступает на мост, а затем посредством резистора осуществляется зарядка электролита. Когда достигается предел напряжения открытия тиристора, он начинает открываться и тогда через него проходит ток от лампочки. В результате этого вольфрамовая нить разогревается постепенно и плавно. Период ее разогрева будет зависеть от ёмкости находящегося в схеме устройства конденсатора и резистора.

Чем примечательна симисторная

Такая схема имеет меньшее количество деталей за счёт применения симистора (рис. VS1), который служит силовым ключом.

Симисторная схема плавного включенияламп

Такой элемент, как дроссель (рис. L1), который предназначен для удаления различных помех, появляющихся во время открытия силового ключа, разрешено убрать из общей цепи. (рис. R1)Резистор является ограничителем тока, который поступает на главный электрод (рис. VS1). Цепь, которая задаёт время, исполнена на резисторе (рис. R2) и ёмкости (рис. С1), питающимися посредством диода (рис. VD1). Данная схема работает также как и предыдущая. Когда конденсатор заряжается до уровня напряжения открытия симистора, он начинает открываться, а затем через него и лампочку поступает электрический ток.

Схема плавного включения ламп накаливания

На фотографии внизу мы можем увидеть симисторный регулятор. Такое устройство кроме регулировки мощности в нагрузке, также осуществляет плавное поступление электротока на лампочку, когда её включают.

Устройство плавного включения ламп накаливания

Схема работы блока на специализированной микросхеме

Микросхема типа кр1182пм1 была специально создана специалистами для построения различных фазовых регуляторов.

Схема плавного включения на специализированной микросхеме

В этом случае происходит так, что с помощью самой микросхемы происходит регулирование напряжения на источнике, который обладает мощностью до 150 ватт. А если понадобится управлять более сильной системой нагрузки и десятками осветительных приборов одновременно, то в управленческую цепь просто включается дополнительно силовой симистр. На рисунке внизу мы можем увидеть, как это происходит.

Схема плавного включения с силовым симистром

Применение блоков плавного включения не заканчивается только на обычных лампах, так как специалисты рекомендуют использовать их вместе с галогеновыми лампами, мощностью в 220 В.

Важно знать! С люминесцентными и LED лампами (светодиодными) такие блоки устанавливать нельзя. Это связано с тем, что здесь присутствует различная техника разработки схем, а также принцип действия и присутствие у каждого осветительного прибора своего источника размеренного нагрева для люминесцентных ламп или нет потребности в таком регулировании ламп LED

Перспективы использования ламп

Традиционные лампочки, которые запрещены сегодня к использованию во многих странах, могут вернуться на рынок благодаря технологическому прорыву.

Лампы накаливания, разработанные Томасом Эдисоном, дают освещение путем нагревания тонкой вольфрамовой нити до температуры 2700 градусов по Цельсию. Эта раскаленная проволока излучает энергию, известную как излучение черного тела, которая представляет очень широкий спектр света, обеспечивает не просто теплый свет, но и максимально точное воспроизведение всех известных цветов мироздания. Однако они всегда страдали от одной серьезной проблемы: более 95 % энергии, которая поступает в них, тратится впустую в виде тепловой энергии.

Теперь исследователи из Массачусетского технологического института и Университета Пердью, нашли способ вернуть их былую популярность и обещают создать новые лампы MIT с эффективностью светодиода. Она будет работать путем размещения нано-зеркал вокруг обычного элемента, которые будут возвращать потраченное впустую тепло обратно для получения света в диапазоне эффективности светодиодных и флуоресцентных светильников.

Элемент лампы окружен системой нано-фотонных зеркал с холодной стороны, которые пропускают видимый свет.

Но отражают тепло от инфракрасного излучения. Это тепло затем поглощается ее элементом, заставляя излучать больше света. Этот оригинальный трюк очень простой и жизнеспособный. Вольфрамовый элемент тоже был изменен – MIT использует ленту вместо нити, что лучше для поглощения отраженного тепла. Эксперимент, который выполнили физики Огнин Илик, Марин Сольячич и Джон Джоаннопулос, уже сумел утроить ее эффективность до 6,6 %.

Ученые уверены, что могут достичь 40 % эффективности, которая находится на верхнем пределе возможности для любого источника света. Современные светодиоды пока достигают уровня 15 %.

Разновидности бытовых выключателей

Применяемых в современном домашнем интерьере выключателей разнообразное множество. Подробно с классификацией устройств управления светом знакомит одна из популярных статей, размещенных на нашем сайте.

При выборе домашнего выключателя уделяйте больше внимания не его дизайну, а функциональности, прочности креплений и надежности электрических контактов

По различию их функциональных возможностей выделяются следующие наиболее распространенные разновидности:

  1. Выключатель одноклавишный – его миссия проста: «вкл/выкл».
  2. Выключатель двухклавишный позволяет руководить одномоментно двумя независимыми цепями освещения.
  3. Выключатель трехклавишный, соответственно, координирует работу в трех направлениях.
  4. Выключатель-регулятор (диммер) не только включает-выключает, но и нажатием клавиши или поворотом круглой ручки, ее заменяющей, регулирует плавно яркость света ламп.
  5. Выключатель с регулятором – двух-, трехклавишный выключатель, который ступенчато, переключением клавиш, управляет накалом всех лампочек одновременно.
  6. Одинарный проходной выключатель. Единственной клавишей перекидывает фазу меж двух проводов. Если на один напряжение подается, то от другого отключается, и наоборот.
  7. Перекрестный одинарный выключатель. Изменением положения клавиши синхронно меняет прямое подключение двух линий на перекрестное.
  8. Сенсорный выключатель. Не имеет рычажков – он начинает и прекращает подачу электричества прикосновением пальцев к его поверхности.

Выключатель с датчиком движения зажигает светильник автоматически, реагируя на прохождение мимо человека.

Нюансы формирования скрутки

При скручивании двух проводов, их обнаженные концы складываются буквой «Х» так, чтобы пересечение находилось у начала изоляции. Затем кончики жил зажимаются пальцами и перекручиваются, сколько возможно. Далее процессу помогают плоскогубцами.

Таким же образом соединяются три провода и более. Если соединение выходит одновременно длинным и гибким, его складывают пополам, поджимая пассатижами. Укороченной скрутке требуется меньше изоленты.


Чем больше длина очищенных хвостиков проводов, тем легче будет делать скрутки, и надежней получится контакт – а лишнее всегда можно подрезать

Изолента начинает накладываться с заводской изоляции проводов скрутки на ширину ленты. После прохода одним слоем до окончания оголенных хвостиков, делается еще пара оборотов, как бы заматывающих воздух. Эта «пустота» загибается обратно на скрутку – получается защищенный торец, и доматывается второй ряд с обязательным заходом на основную изоляцию жил.

Принцип действия

Внешне такой регулятор (его ещё называют диммер) выглядит очень просто, пользоваться им легко – вы крутите регулятор в одну сторону – напряжение повышается, лампа накаливания потихоньку разгорается; крутите в другую сторону – регулятор пропускает больше вольт, свет становится ещё ярче.

Главные детали в такой мини-конструкции чаще всего – это так называемые полупроводники, тиристор или симистор.

Рассмотрим несложную схему:

Резисторы R1 и R2. Между ними подключен динистор DB3. Когда напряжение на конденсаторе C1 доходит до предела открытия динистора, на симистор VS1 поступает импульс, и через него идёт ток на лампу.

Вторая схема регулятора напряжения для лампы накаливания. Схема сложней, менее популярна среди радиолюбителей и выглядит, например, так:

Питание из сети 220в по одному проводу поступает на предохранитель (на схеме FU1 5А), по второму на тиристоры VS1 и VS2. Резистор переменного напряжения и тока R2 регулирует выходной сигнал.

Через диоды VD1 и VD2 сигнал поступает на электрод одного тиристора, и он становится открытым.

В первой схеме используется симистор, во второй два тиристора.

Конструкция и детали.

В первом варианте исполнения схемы запуска, она была собрана на круглой плате, диаметром 50 мм. Плата эта устанавливалась в круглую нишу самого выключателя под ним. Подсоединялась схема на место выключателя, а сам выключатель (его контакты) подсоединялись по схеме на место SA1. То есть сам выключатель исполнял свою же и роль — включал и выключал люстру. Двухамперный диодный мост от компьютерного БП (KBP206), и тиристор Т10-20-У2 установленные на плате без каких либо радиаторов, вот уже несколько лет исправно пашут на люстру, общей мощностью 300 Вт.
Вначале у меня стояли вместо моста просто четыре одноамперных диода, работали на пределе, два из которых потом пробились, ну и видно от них немного поджарилась плата.

Схема не имеет каких либо особо дефицитных деталей. Тиристоры здесь можно ставить любые, соответствующие только необходимой мощности (току) и напряжению, например ВТ-152, Т106-10-4 и др.

Стабилитрон можно применить любой на 10-14 Вольт. Транзисторы так же можно ставить абсолютно любые, лишь бы соответствовали необходимой структуре. Я ставил КТ315 и КТ361, благо ещё имеется их запас.

Мощность схемы, ну и соответственно мощность коммутируемых галогенных ламп, зависит только от примененных в схеме диодного моста и тиристора.
Например, если применить диодный мост на 10 Ампер и тиристор ВТ-152 поставить на небольшой радиатор, то такой схемой запуска можно будет запускать нагрузку до 2-х кВатт, то есть четыре галогенных прожектора по 500 ватт, в несколько раз увеличив ресурс работы их галогенных ламп.
Падение напряжения на самой схеме запуска при выходе её на рабочий режим не превышает единиц Вольт, что абсолютно никак не отражается на яркости ламп, и мощность рассеиваемая на силовых элементах схемы, диодном мосту и тиристоре, будет минимальной.
В следующем варианте схема запуска собрана на плате, размером 40 на 40 мм. Эту плату так же свободно можно устанавливать в нишу обычного выключателя в квартире.

До мощности запускаемых ламп 300-500 Вт, ни тиристор, ни мост нет необходимости ставить на радиатор, так как мощность на них рассеивается только в момент запуска ламп и в момент их выключения. Для запуска нескольких галогенных прожекторов, или галогенного прожектора с лампой мощностью 1000 Вт и более, тиристор и диодный мост нужно выбирать соответствующей мощности, и может быть потребуется установить на небольшой радиатор.
Схема запуска в этом случае подключается, как и было сказано выше, параллельно контактам пакетника, а в качестве выключателя прожекторов можно использовать любой малогабаритный выключатель, устанавливаемый в любое удобное место.Рисунок печатной платы в формате Sprint-Layout прилагается.Печатная плата.Используемая литература;
Д. Приймак. Сенсорный выключатель освещения // В помощь радиолюбителю выпуск 88, с.63.

Принципиальна схема устройства защиты

Схема УПВЛ состоит из следующего:

  • DA1 – регулятор фаз;
  • С1, С2, С3 – конденсаторы;
  • VS1 – симистор;
  • R1 – резистор;
  • SA1 – ключ;
  • VS1 – электрод;
  • EL1 – лампа;
  • ВТА12 – симистор.

Как же создается плавное включение света? DA1 – тиристорная микросхема со схемой управления из С1 и С2, VS1. R1 ограничивает ток через VS1. Устройство работает, когда SA1 разомкнут, С3 заряжается и запускает схему управления тиристорами. На выходе из него ток будет увеличиваться, пока не достигнет своего номинального значения. В EL1 напряжение также растет медленно с 6 В до 230 В. Время до полного включения лампы зависит от С3. При выключении SA1, С3 разряжается на R2, а напряжение постепенно падает от 230 В до 0. Период полного погашения лампы прямо пропорционально зависит от значения R2. С4 и R4 выполняют функцию защиты схемы от помех, а HL1 и R3 выполняют подсветку выключателя.

Значения С3 мкФ и времени срабатывания EL1:

  • 47 мкФ – 1 сек;
  • 100 мкф – 3 сек;
  • 220 мкФ – 7 сек;
  • 470 мкФ – 10 сек.

Принцип работы УПВЛ

Датчик блока позволяет нити разогреться до определенной температуры, поддерживая уровень напряжения, установленного пользователем (примерно 170 В). Работа лампы в щадящем режиме увеличивает ее срок службы. При этом устройство имеет существенный недостаток. При вышеуказанном напряжении освещение уменьшается примерно на две трети. Специалисты советуют устанавливать более мощные лампы в паре с УПВЛ, чтобы избежать этого нежелательного эффекта.

Защитное устройство обеспечивает плавное включение и выключение элемента за счет того, что напряжение подается постепенно за короткий период. Спираль осветительного прибора в начале пуска имеет сопротивление в 10 раз меньшее, поэтому ток для лампы в 100 Вт составляет примерно 8 А. Защитное действие выражается в том, что фазовый угол растет в период запуска, аналогично разогревается и ее спираль. Напряжение увеличивается в ней за доли секунды от 5 В до 230 В. Это позволяет сгладить скачок тока во время пуска.

Место установки защитного блока

Плавное включение света в квартире достигается при правильном выборе места установки. Защиту для каждого светильника устанавливают в зависимости от его места расположения. Если имеется техническая возможность, то лучше поместить его в полость под люстрой. Достоинство устройства – его компактность. Поэтому оно устанавливается в любом доступном месте рядом с осветительным прибором.

С блоком поставляется подробная инструкция. Поэтому его можно установить самостоятельно, не прибегая к услугам электрика. Если позволяет мощность УПВЛ – возможен монтаж для группы из нескольких ламп. В этом случае лучшее место размещения — распределительная коробка. Если в защитной схеме присутствует осветительный трансформатор для понижения мощности, то блок должен находиться первым по ходу тока. Напряжение 220 В должно первым поступать на него, а далее по цепи на всю сеть освещения.

При монтаже устройства плавного включения света необходимо придерживаться строгих правил:

  1. Доступность для ремонта.
  2. Запрещено заклеивать УПВЛ обоями, закрывать гипсокартоном и заделывать штукатуркой.

Пара ламп и один дроссель

  Обогрев теплицы: виды отопления, пошаговые рекомендации обустройства своими руками (20 Фото & Видео) +Отзывы

Схема с одним дросселем

Стартеров здесь понадобится два, а вот дорогостоящий ПРА вполне можно использовать один. Схема подключения в этом случае будет чуть сложней:

Подсоединяем провод от держателя стартера к одному из разъемов источника света
Второй провод (он будет подлиней) должен проходить от второго держателя стартера к другому концу источника света (лампе)

Обратите внимание, что гнезд у него с обеих сторон два. Оба провода должны попасть в параллельные (одинаковые) гнезда, расположенные с одной стороны
Берем провод и вставляем его вначале в свободное гнездо первой, а затем второй лампы
Во второе гнездо первой подсоединяем провод с подключенной к нему розеткой
Раздвоенный второй конец этого провода подключаем к дросселю
Осталось подключить к следующему стартеру второй источник света

Подсоединяем провод в свободное отверстие гнезда второй лампы
Последним проводом соединяем противоположную сторону второго источника света к дросселю

Установочные работы

На самом деле технология установки диммера не отличается от монтажа обыкновенного выключателя света.  

Если у Вас уже есть готовая штроба, к которой подведены провода от распределительной коробки и светильника, самостоятельно подключить диммер можно следующим образом:

  1. Отключаем электроэнергию в квартире.
  2. Устанавливаем монтажную коробку в углубление.
  3. Закрепляем жилы в соответствующих клеммах корпуса.
  4. Помещаем корпус в штробу.
  5. Откручиваем боковые винтики, чтобы прижимные лапки расперлись в стенках монтажной коробки.
  6. Крепим декоративную рамку, закручиваем гайку и накручиваем колесико — конструкция собрана.
  7. Включаем электроэнергию и проверяем правильность электромонтажных работ.

Вот по такой технологии производится подключение диммера и установка своими руками. Как Вы видите, ничего сложного в данном мероприятии нет, главное правильно выбрать тип ламп и модель устройства! С монтажом запросто справятся даже чайники в электрике, но если возникли какие-то трудности, лучше просмотреть видео инструкцию, предоставленную ниже.

Инструкция по правильной замене клавишного выключателя на светорегулятор

Похожие материалы:

  • Что такое диммируемые светодиодные лампы
  • Как отремонтировать диммер в домашних условиях
  • Схема подключения двухклавишного выключателя

Предыстория.

Светодиодные лампы, которые сейчас появляются почти в каждом доме и учреждении, обещают нам экологичность и очень долгий срок службы, как бы большую экономию.
То есть, если старые добрые лампы накаливания служили нам, или должны были служить 1000 часов, то светодиодные должны работать не менее 20 тысяч часов – в 20 раз больше (отсюда и вытекает их высокая стоимость).

Но человечество напрасно разочаровалось в лампах накаливания. В их недолгом сроке службы виновата не технология, а заговор их же производителей.
Как известно из истории, первый сговор между производителями ламп накаливания состоялся в 1924 году. Они решили, что слишком хорошие лампы – это плохо. Лампа будет долго гореть, и новые будут реже покупать.
Поэтому было решено искусственно занизить срок их службы ещё в процессе изготовления. Уменьшили длину спирали, уменьшили диаметр подводящих медных проводников внутри колбы лампы, которые идут от держателей спирали до контактов патрона.
Всё, лампы стали работать с перекалом, часто перегорать от небольшого перепада напряжения, особенно в момент их включения. Очень часто даже перегорал тоненький медный проводник внутри лампы, а сама спираль умудрялась оставаться целой.
Этот заговор, в свою очередь, не только позволил бизнесменам продавать худший продукт, чтобы больше заработать, но и стал основой всей современной экономики потребления.
Поэтому я очень сильно сомневаюсь в том, что светодиодные лампы, как им положено, отработают свои 20 000 часов. Они так же «летят» ничуть не реже своих накальных собратьев, и если с экологией ещё понятно, то какой либо экономией тут и не пахнет.
Но вернёмся к лампам накаливания и к галогенным лампам.

Хорошо известно, что галогенные лампы и лампы накаливания в основном перегорают в момент их включения, когда нихромовая спираль находится в холодном состоянии и имеет наименьшее активное сопротивление. В этот момент через неё будет протекать максимальный ток, особенно тогда, когда включение лампы происходит на пике синусоидальной волны переменного напряжения.
Но можно намного продлить срок службы такой лампы, если нить накаливания разогревать постепенно, в течении нескольких секунд.

Удаление изоляции с проводки

Для снятия части внешней изоляции кабеля ВВГнг требуется нож. Он должен быть таким острым, что даже неопытный домашний мастер смог бы совершать уверенные надрезы.

Первый разрез делается от конца вдоль оболочки на 3-4 см. После этого одной рукой берутся за пучок высвободившихся оконечностей проводов, а второй – тянут за надрезанную рубашку. Далее она надрывается сама.

Глубина надрыва выполняется таковой, чтобы освобожденные хвостики проводов были максимальной длины, которую позволяют уложить разветвительная коробка, подрозетник или корпус осветительного прибора. Запас сослужит верную службу в дальнейшем при подгорании ослабших контактов.

Надорванная рубашка кабеля выворачивается наизнанку и аккуратно, дабы не повредить изоляцию проводов, обрезается вкруговую.

Жилы легче всего зачищаются, конечно, инструментом для удаления изоляции – стриппером или хотя бы кусачками-бокорезами с прорезями. При отсутствии оных так же, как и ранее используется нож. Допускается применение простых бокорезов. На крайний случай, употребляются кусающие кромки пассатижей.

Снимая с кабеля участок внешней оболочки

важно не порезать изоляцию проводов, а зачищая изоляцию проводов – не повредить металлическую поверхность жил. Легкими движениями инструмента по кругу неглубоко врезаются в изоляцию и стягивают ее

Главное, не прорезать металл проводника, иначе там, где повреждение, он обязательно обломится. Хорошо, ежели сразу, а не после монтажа

Легкими движениями инструмента по кругу неглубоко врезаются в изоляцию и стягивают ее. Главное, не прорезать металл проводника, иначе там, где повреждение, он обязательно обломится. Хорошо, ежели сразу, а не после монтажа.

Размер оголяемого участка определяется способом подключения. Когда это винтовые зажимы клемм коробки, выключателя, люстры или бра, может быть достаточно 0,5-1 см. Для скручивания с проводками светильника потребуется 2-3 см.

Если скрутки располагаются в разветвительной коробке, действует правило, чем больше, тем лучше, особенно без пайки или сварки. Обычно 3-5 см.

При использовании навинчивающихся изолирующих зажимов, зажимных клемм к длине зачистки подходят индивидуально.

Правильная установка выключателя

По исполнению выключатели бывают внутренней и наружной установки. Современные наружные выключатели подходят для крепления на любые поверхности без дополнительных изолирующих подставок. Выключатели внутренние прячутся в круглые гнезда в стене, оборудованные специальными стаканчиками, называемыми подрозетниками.

О том, как установить эту монтажную коробку в бетонную стену или в конструкцию из гипсокартона, подробно написано здесь. Советуем почитать предложенную статью перед началом работ.

Подрозетники – стандартный электромонтажный узел. Они используются также для оборудования розеток, потому так называются. «Подвыключательники» звучало бы не очень.

Правильным считается расположение выключателя, при котором включение происходит нажатием верхней части клавиши, выключение – нижней. Даже невысокорослому человеку это дает возможность отреагировать в экстренной ситуации и оперативно обесточить электроприбор ударом пальцев по клавише сверху вниз.


Располагайте выключатели на стенах так, чтобы их не нужно было «искать, шаря рукой в потемках», и ими легко могли пользоваться все члены семьи

При грамотном подключении на выключатель от разветвительной коробки приходит фазный провод. Прерывать цепь фазного провода, чтобы в отключенном состоянии светильник находился без напряжения – основная задача выключателя.

Следующая фото-подборка представляет процесс подключения наглядно:

Если позволяет конструкция прибора, внутри самого выключателя фазный провод подключается на верхние клеммы, а все отходящие жилы присоединяются к нижним контактам. Это правило применяется для обустройства всякой электроустановки.

Из-за конструктивных особенностей исключение из общих правил составляют проходные и перекрестные выключатели, о которых речь ниже.

Диммеры или светорегуляторы

Экономически выгодно и рационально использовать приборы, создающие плавное включение ламп, а также обеспечивающие процесс регулирования их степени яркости. Диммеры различных моделей могут:

  • Задавать программы работы осветительных приборов;
  • Плавно включать и выключать лампы;
  • Управляться пультом, голосовыми командами или хлопками.

Приобретая данное устройство необходимо сразу определиться с выбором, чтобы знать какие требуются функции, и не покупать дорогостоящий прибор за большие деньги.

Перед установкой диммера необходимо определиться со способом и местом управления осветительными приборами. Для этого надо будет смонтировать электропроводку соответствующего вида.

Схемы подключения могут быть различной степени сложности. В любом случае вначале необходимо отключить напряжение с определённого участка.

На рисунке мы показали самую простую схему подключения. Здесь вместо простого выключателя можно сделать светорегулятор.

Схема подключения диммера в разры питания лампы

Прибор подключается в разрыв L— провода с фазой, а не N — нулевого. Между нулевкой и диммером находится осветительный прибор. Соединение с ним выходит последовательным.

Рисунок (Б) представляет схему с выключателем. Процесс подключения остаётся таким же, но здесь прибавляется простой выключатель. Его обычно устанавливают возле двери в определённый разрыв между фазой и самим диммером. Возле кровати находится светорегулятор, который позволяет управлять освещением лёжа. Когда человек выходит из помещения, свет выключается, а когда входит обратно осуществляется пуск лампы с такой же степенью яркости.

Для того чтобы управлять люстрой или другим осветительным прибором можно взять два диммера, которые будут находиться в разных углах помещения (рис.А). Между собой два прибора подключаются посредством распределительной коробки.

Схема управления лампой накаливания: а — с двумя диммерами, б — с двумя проходными выключателями и диммером

Благодаря такой системе подключения можно регулировать степень яркости с различных мест независимо друг от друга, но проводов надо будет монтировать больше.

Проходные выключатели используются для включения ламп с различных мест в помещении (рис.Б). Также при этом надо включить диммер, в противном случае светильники не будут реагировать на выключатели.

Характеристики диммеров:

  • Диммер экономит электроэнергию всего лишь на 15%, а остальная часть используется регулятором.
  • Приборы имеют большую степень чувствительности к увеличению температуры. Поэтому их нельзя эксплуатировать при температуре выше 27°С.
  • Степень нагрузки не должна быть меньше 40 Вт, так как срок эксплуатации регулятора существенно снижается.
  • Диммеры необходимо использовать только для тех видов устройств, которые рекомендуются производителем и написаны в паспорте.

Схемы подключения

Чтобы плавное зажигание лампочки было эффективным, необходима специальная электросхема. С ее помощью можно понять, как функционирует УПВЛ и каково его внутреннее строение.

Обычно при подсоединении такого прибора используют самые простые схемы на тиристорах. Несколько реже применяется специальная схема с интегрированным симистором. Кроме данных блоков можно использовать полевые транзисторы, которые функционируют аналогично устройствам постепенного включения.

Плавное включение ламп 220 В: схема на тиристоре

Тиристорная схема

Тиристорная схема проста и её нетрудно сделать самостоятельно.

Цепь выпрямительного моста использует лампу в качестве нагрузки и токоограничителя. На плечи выпрямителя устанавливают цепь сдвигающегося типа и тиристор. Установка диодного моста обуславливается спецификацией функционирования тиристора.

После подачи напряжения на схему ток начинает проходить сквозь нить накала и приходит на мост, а электролит тем временем заряжается при помощи резистора. Он начинает открываться при достижении предела напряжения тиристора, после чего сквозь него проходит ток от лампы. В итоге нить из вольфрама разогревается плавно. Время её разогрева напрямую зависит от ёмкости конденсатора и встроенного в схему резистора.

Плавное включение ламп 220 В: схема на симисторе

Прибор на симисторе

В данной схеме меньше компонентов, благодаря применению симистора в качестве силового ключа.

Дроссель, предназначающийся для ликвидации разнообразных помех при открытии силового ключа, из общей сети можно убрать. Поступающий на главный электрод ток ограничивается посредством резистора. Задающая время цепь реализована на ёмкости и резисторе, которые питаются с помощью диода.

Функционирует представленная схема аналогично предыдущей. Конденсатор открывается когда заряжается до величины напряжения открытия симистора, а после сквозь него ток поступает на лампу.

Схема на специализированной микросхеме

Микросхема кр1182пм1

Для создания регулятора плавного зажигания ламп можно использовать специальную микросхему маркировки кр1182пм1.

В такой конструкции сама микросхема выполняет регулировку напряжения на лампе с нитью накала мощностью до 150Вт. Для управления более высокой нагрузкой, большей численностью осветительных приборов синхронно в цепочку управления нужно включить вспомогательный силовой симистор.

Данные устройства способны плавно включать не только лампочки накаливания, но и галогеновые на 220 В. Фазовые регуляторы также устанавливают в электрический инструмент, они плавно запускают якорь мотора, в разы продлевая эксплуатационный срок приборов.

Схема и принцип ее работы

Рассмотрим один из наиболее простых вариантов схемы плавного включения и выключения светодиодов с управлением по плюсовому проводу. Помимо простоты исполнения, данная простейшая схема имеет высокую надежность и невысокую себестоимость. В начальный момент времени при подаче напряжения питания через резистор R2 начинает протекать ток, и заряжается конденсатор С1. Напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно, что способствует плавному открытию транзистора VT1. Нарастающий ток затвора (вывод 1) проходит через R1 и приводит к росту положительного потенциала на стоке полевого транзистора (вывод 2). В результате происходит плавное включение нагрузки из светодиодов.

В момент отключения питания происходит разрыв электрической цепи по «управляющему плюсу». Конденсатор начинает разряжаться, отдавая энергию резисторам R3 и R1. Скорость разряда определяется номиналом резистора R3. Чем больше его сопротивление, тем больше накопленной энергии уйдет в транзистор, а значит, дольше будет длиться процесс затухания.

Для возможности настройки времени полного включения и выключения нагрузки, в схему можно добавить подстроечные резисторы R4 и R5. При этом, для корректности работы, схему рекомендуется использовать с резисторами R2 и R3 небольшого номинала. Любую из схем можно самостоятельно собрать на плате небольшого размера.

Плавное включение ламп накаливания (cхемы, устройство)

Лампы накаливания светят около 1000 часов, но если их часто включают и выключают – срок службы становится еще ниже. Продлить срок службы можно, установив устройство плавного включения ламп накаливания, а описанный метод подходит и для защиты галогеновых ламп.

Причины преждевременного перегорания

Лампы накаливания – старый источник света, его конструкция предельно проста – в герметичной стеклянной колбе установлена спираль из вольфрама, когда через нее течет ток, она нагревается и начинает светиться.

Однако такая простота не значит долговечность и надежность. Их срок службы порядка 1000 часов, а часто и того меньше. Причиной перегорания могут стать:

  • скачки напряжения в питающей сети;
  • частые включения и выключения;
  • другие причины типа перепадов температуры, механических повреждений и вибраций.

В этой статье мы рассмотрим, как минимизировать вред от частых включений лампы. Когда лампочка выключена, ее спираль холодная. Ее сопротивление в 10 раз ниже, чем у горячей спирали. Основным режимом работы является горячее состояние лампы. Из закона Ома известно, что ток зависит от сопротивления, чем оно ниже, тем выше ток.

Когда вы включаете лампу, через холодную спираль протекает большой ток, но по мере ее нагрева он начинает снижаться. Первоначальный высокий ток оказывает разрушительное воздействие на спираль. Для того чтобы этого избежать нужно организовать плавное включение ламп накаливания.

Диммер для плавного включения

Принцип работы

Чтобы ограничить ток включения лампы накаливания можно понизить начальное напряжение и постепенно повысить его до номинальной величины. Для этого используют устройство плавного включения ламп накаливания.

Прибор включается в разрыв питающего провода между выключателем и светильником. Когда вы подаете напряжение, в первый момент времени оно близко к нулю, схема плавного розжига постепенно повышает его. Обычно они собраны по схеме фазоимпульсного регулятора на тиристорах, симисторе или полевых транзисторах.

Скорость нарастания напряжения зависит от схемотехники устройства, обычно 2–3 секунды от 0 до 220 В.

Основной характеристикой блока защиты является допустимая мощность подключенной нагрузки. Обычно лежит в пределах 100–1500 Вт.

к содержанию ↑

Готовые решения

Блоки защиты для светильников продаются практически в каждом магазине бытовых и электротоваров. Такой блок может называться иначе, чем было сказано выше, например: «Устройство защиты галогеновых ламп и ламп накаливания» или другое подобное название. Как уже отмечалось, при покупке, главное, на что следует обратить внимание – это мощность блока розжига.

Широкую линейку таких устройств выпускают под торговой маркой «Гранит».

Предложение от “Гранит”

Есть и миниатюрные блоки Navigator их можно удобно спрятать в распредкоробку, если она не набита проводами доверху. Также поместится внутрь большинства светильников, например, в основание настольной лампы, или между потолком и люстрой, если есть такая возможность.

Компактный блок защитык содержанию ↑

Схемы

Так как устройство плавного включения ламп накаливания и галогенных ламп не представляет особой сложности с точки зрения схемотехники, его можно собрать своими руками. Процесс сборки может быть осуществлен:

  • навесным монтажом;
  • на макетной плате;
  • на печатной плате.

И зависит от ваших навыков и возможностей самым надежным будет вариант на печатной плате, от навесного монтажа в этом случае лучше держаться подальше, если вы не владеете особенностями такого монтажа в цепях 220 В.

Плавное включение ламп 220 В: схема на тиристоре

Схема первая представлена на рисунке ниже. Основным ее функциональным элементом является тиристор, включенный в плечах диодного моста. Номиналы всех элементов подписаны. Если использовать ее в качестве плавного розжига для торшера, настольной лампы или другого переносного светильника – удобно заключить ее в корпус, подойдет распредкоробка для наружного монтажа. На выходе установить розетку для подключения светильника. По сути – это обычный диммер, и плавного пуска как такового здесь нет. Вы просто поворачиваете ручку потенциометра, плавно увеличивая напряжение на лампе. Кстати, такая приставка подойдет и для регулировки мощности паяльника или других электроприборов (плиты, коллекторного двигателя и т. д.).

Вариант реализации схемы

Плавное включение ламп 220 В: схема на симисторе

Можно уменьшить количество деталей и собрать такую же схему, которая установлена в фирменные блоки защиты. Она изображена на рисунке ниже.

Схема с симистором

Чем больше постоянная времени R2С1 цепочки, тем дольше происходит розжиг. Для увеличения времени нужно увеличить емкость C1, обратите внимание – это полярный или электролитический конденсатор. Конденсатор C2 должен выдерживать напряжение не менее 400 В – это неполярный конденсатор.

Чтобы увеличить мощность подключенных ламп – измените симистор VS1 на любой подходящий по току к вашей нагрузке.

Дроссель L1 – это фильтрующий элемент, он нужен для уменьшения помех в сети от включения симистора. Его использовать необязательно, на работу схемы не влияет.

Когда включается SA1 (выключатель), ток начинает течь через лампу, дроссель и конденсатор С2. За счет реактивного сопротивления конденсатора, ток через лампу течет маленький. Когда напряжение до которого зарядится С1 достигнет порога открытия симистора – ток потечет через него, лампа включится в полный накал.

Плавное включение ламп 220 В: схема на ИМС КР1182ПМ1

Есть вариант и плавного включения с помощью микросхемы КР1182ПМ1, она обеспечивает плавный пуск ламп и другой нагрузки мощностью до 150 Вт. Подробное описание этой микросхемы вы найдете здесь:

Схема

а ниже изображена схема устройства, она предельно проста:

Простая схема

Или вот ее модернизированный вариант для включения мощной нагрузки:

Проработанная схема

Дополнительно установлен тиристор BTA 16–600, он рассчитан на ток до 16 А и напряжение до 600 В, это видно из маркировки, но можно взять и любой другой. Таким образом, вы можете включать нагрузку мощностью до 3,5 кВт.

к содержанию ↑

Плавное включение ламп 12 В

Часто для точечных светильников используются лампы с напряжением 12 В. Для преобразования 220 в 12 В в настоящее время используют электронные трансформаторы. Тогда устройство плавного включения нужно подключать в разрыв питающего провода электронного трансформатора.

Плавное включение ламп в автомобиле

Если стоит задача организовать плавное включение автомобильных ламп 12 V, то здесь такие схемы не подойдут. В электроцепи автомобиля используется напряжение 24 или 12 V постоянного тока. Здесь можно применить линейные или импульсные схемы так называемые ШИМ-регуляторы.

Простейшим вариантом будет использование двухступенчатой схемы включения.

Двухступенчатая схема включение

Эта схема устанавливается параллельно включаемым лампам. Сначала ток течет через резистор, а лампы горят тускло. Через небольшое время, порядка полсекунды, включается реле, и ток течет через его силовые контакты, они в свою очередь шунтируют резистор и лампы зажигаются на полную яркость.

Номинал резистора от 0,1 до 0,5 Ом, он должен быть большой мощности – около 5 Вт, например, в керамическом корпусе.

Второй вариант – собрать импульсный блок для плавного розжига. Его схема сложнее:

Более сложный для реализации вариант

Список компонентов:

  1. Резисторы:
  • R1=2 k.
  • R2=36 k.
  • R3=0,22.
  • R4=180.
  • R5, 7=2,7 k.
  • R6=1 M.
  1. Конденсаторы:
  • C1=100 n.
  • C2=22×25 B.
  • C3=1500 p.
  • C4=22×50 B.
  • C5=2 мкф.
  1. Микросхема MC34063A или МС34063А, или КР1156ЕУ5.
  2. Полевой транзистор IRF1405 (или любой N-канальный с похожими параметрами: IRF3205, IRF3808, IRFP4004, IRFP3206, IRFP3077).
  3. Дроссель 100 мкГн, на ток не менее 500 мА.
  4. Светодиоды.
  5. Диоды 1N5819.

Время включения регулируется цепью R6C5. Увеличьте емкость, чтобы увеличить время.

Если вам сложно сделать такую схему, можете купить готовую сборку, типа автоконтроллера ЭКСЭ-2А-1 (25 А/IP54) или любой другой подходящий. В конкретно этой модели есть 2 канала, под каждую фару, 8 программ работы. Он основан на микроконтроллере PIC.

Готовое решение без лишних хлопотк содержанию ↑

Подводим итоги

Плавное включение галогенных ламп и ламп накаливания значительно продлевает их срок службы – до 5–7 раз. С другой стороны – добавление в схему лишних элементов снижает ее надежность. В любом случае стоит попробовать использовать блоки плавного розжига независимо идет речь о лампах для домашних светильников или автомобильных.

Предыдущая

НакаливанияЛампа накаливания и её особенности

Следующая

НакаливанияКакой световой поток выдают лампы накаливания

Плавный пуск ламп - Ремонт220

Автор Светозар Тюменский На чтение 3 мин. Просмотров 1.8k. Опубликовано Обновлено

Ситуация, когда включениие света в помещении сопровождается перегоранием лампы, наверняка, хорошо знакома, если не всем, то многим из нас. Ведь именно, при включении, лампы накаливания наиболее часто выходят из строя.

Перегорание лампочек, конечно может быть связано и с некачественной коммутацией в патроне или недопустимой вибрацией при её эксплуатации и со снижением сопротивления спирали в результате её сильного провисания и образования замкнутых петель.

Рассмотрим, здесь наиболее распространённую, упомянутую в начале статьи причину и способ её устранения:

Скачки напряжения в сети. По другому, импульсное перенапряжение – мгновенное увеличение величины напряжения до недопустимого значения. Не секрет, что, в настоящее время, качество напряжения электросети в наших квартирах и домах, мягко говоря, далеко от идеала.

Стандартные стабильные 220, сегодня, без преувеличения – большая редкость. Более того, мгновенные значения напряжения нередко находятся вне допустимых стандартом (±10%) и «броски» в 280-300 вольт, а то и больше, к сожалению, случаются, довольно часто. Выход из строя галогенных ламп и ламп накаливания при их включении связан с импульсным перенапряжением следующим образом:

При включении лампы в пиковый момент импульса – повышенного напряжения сети, в цепи лампы возникает недопустимый для её спирали ток. Кроме того, пусковой ток лампы всегда выше рабочего из-за низкого сопротивления её холодной спирали. Таким образом, спираль лампы перегорает.

А если рассмотреть качество напряжения в сочетании с качеством большинства современных ламп, то нетрудно понять, что они попросту «обречены». Длительным их срок службы, точно не будет.

Блок защиты ламп («плавный пуск»). Его использование способно полностью устранить губительные скачки питающего напряжения галогенных ламп и ламп накаливания во время включения и, тем самым, существенно продлить срок их службы.

Данное устройство хорошо себя зарекомендовало в качестве защиты ламп накаливания и металлогалогенных ламп при их включении. Зажигание последних происходит постепенно, в течении нескольких секунд, обеспечивая их щадящий запуск.

Таким образом, использование «плавного пуска», помимо его основной функции – защиты ламп, позволит реализовать очень эффектное дизайнерское решение.

Установка. Благодаря своей компактности, современные электронные блоки защиты ламп небольшой мощности могут быть расположены в светильниках, люстрах или, даже в установочных коробках выключателей – «подрозетниках».

Очень часто, блоки для защиты точечных встраиваемых светильников располагают прямо над подвесными потолками. В этом случае, при установке необходимо убедиться, что диаметра отверстия «точечника» будет достаточно для замены или обслуживания блока «плавного пуска ламп».

Блоки защиты большей мощности, имеющие большие габариты могут быть установлены в распределительные щиты, ниши. Следует помнить, что независимо от размеров и мощности устройств, располагать их следует таким образом, чтобы к ним обязательно был доступ в обслуживании.

Подключение ламп через блок защиты осуществляется его последовательным включением в цепь лампы (ламп). Следует иметь в виду, что при защите ламп низковольтного освещения, «плавный пуск» обязательно должен быть включен до понижающего трансформатора – последовательно с первичной его обмоткой (220 вольт):

Потребляемая суммарная мощность ламп определяет мощность блока защиты; она, разумеется, не должна превышать паспортную мощность устройства. Рекомендуется использовать устройства с небольшим резервом.

Устройство плавного включения выключения ламп …


Плавный розжиг ламп головного освещения!


Плавное включение ламп накаливания на 220В

В век энергосберегающих и светодиодных ламп многие подзабыли уже, как пользовались простейшими лампами накаливания для освещения жилья. Но есть еще те, кто не отказался от такого вида световых приборов. Конечно, они не столь высокотехнологичны и экономичны как КЛЛ или LED, однако добиться увеличения их долговечности и уменьшения энергопотребления все же можно. Возможен вариант включения в схему устройства плавного включения ламп накаливания (УПВЛ) или установка диммера.

Проблема в том, что при щелчке выключателя (резкой подаче напряжения) нить накаливания сильно изнашивается, т. к. сопротивление остывшей спирали значительно ниже, а значит и ток, поступающий на нее в момент нагрева, будет высоким (до 8 ампер). Попробуем разобраться, каков принцип работы таких устройств, помогающих прибавить жизни лампе накаливания, и как они устроены.

Принцип работы

Блок питания

Для меньшего износа нити накаливания необходимо сгладить скачок, т. е. обеспечить плавное включение и выключение ламп накаливания. Значит, нужно оптимальное соотношение температуры спирали и напряжения, что приведет к нормализации режима и, как следствие, сохранению работоспособности светового прибора на более долгий срок. Помочь может схема плавного включения ламп накаливания, если конкретно – нужно использовать специальный блок питания. В течение короткого времени нить накала разогреется до необходимого предела как температуры, так и напряжения, установленного человеком.

Блок питания для плавного запуска

Если выставить уровень питания на 180 В, то, естественно, сила светового потока уменьшится на две трети, но при установке более мощных потребителей возможно добиться нужного уровня освещенности, обеспечивая плавный пуск ламп накаливания, при этом будет и экономия энергии, и продление срока эксплуатации самого светового прибора.

При приобретении такого блока плавного включения лампочек с нитью накаливания нужно уточнить, устойчиво ли устройство к высоким скачкам напряжения в сети. В идеале предельный запас по этому параметру должен превышать 25–30 %. И чем выше уровень этого показателя, тем больших размеров будет устройство. Необходимо учитывать этот факт, ведь блок плавного включения нужно где-то расположить.

Устройство плавного включения

Алгоритм работы устройства плавного включения лампы накаливания 220 В тот же, что и у блока питания, но УПВЛ имеет значительно меньшие размеры, благодаря чему его можно поместить и под колпак потолочного светильника, и непосредственно за выключатель (в тот же подрозетник), а также в соединительную коробку.

Подключать это устройство к сети 220 В нужно последовательно, соединив на фазный провод. А при условии, что напряжение на лампу подается в 12 В или 24 В, УПВЛ требуется его последовательное включение в схему до понижающего трансформатора.

Схема и внешний вид устройства плавного запуска лампы

Диммирование

Широко распространено использование в быту светорегуляторов или диммеров. Эти устройства также монтируются в схемы включения ламп накаливания и управляют уровнем подачи напряжения на светильник либо механическим (посредством вращения ручки), либо автоматическим способом. В цепь они чаще всего введены на место штатного выключателя (хотя есть более сложные модели, устанавливающиеся и на ввод напряжения в квартиру).

Самые простейшие диммеры – с поворотным механизмом регулировки. В таком устройстве возможна регулировка подачи от нуля до максимального напряжения в сети. Существуют такие приборы с дистанционным, сенсорным, звуковым и автоматическим (при помощи таймера) управлением.

Собственноручное изготовление УПВЛ

Конечно, все подобные устройства для плавного включения ламп накаливания легко приобрести в любом магазине электротехники, но для кого-то будет интереснее и познавательнее собрать его своими руками. Это вполне возможно и не потребует огромных знаний физики и электроники. Наиболее простая схема включения УПВЛ – на основе симметричных триодных тиристоров (симисторов). Также несложны в изготовлении устройства на основе специализированной микросхемы.

Схема на основе симистора

Схема УПВЛ с применением симистора

Такая схема прибора для плавного включения ламп накаливания содержит мало элементов благодаря тому, что силовым ключом в ней выступает симистор (к примеру, КУ208Г). В ней хотя и желательно, но не принципиально присутствие дросселя (в отличие от более сложной схемы на основе простого тиристора). Резистором R1 (на схеме выше) обеспечивается ограничение тока на симистор. Время накала задается цепочкой из резистора R2 и конденсатора в 500 мкФ, питание на которые идет от диода.

Когда напряжение в конденсаторе достигает уровня открытия симистора, ток проходит через него, производя запуск потребителя (источника света). Таким образом, создаются условия для постепенного розжига нити накаливания, т. е. плавное включение света. В момент отключения питания происходит медленный разряд конденсатора, в результате чего плавно выключается лампа.

На основе микросхемы

Разработанная для изготовления различных регуляторов микросхема КР1182ПМ1 как нельзя лучше подходит для сборки своими руками устройства плавного включения и выключения ламп накаливания. В случае использования такой схемы практически никаких усилий прилагать не придется, т. к. КР1182ПМ1 будет сама регулировать плавную подачу напряжения на осветительный прибор до 150 Вт. Если же мощность потребителей выше, в схему включается симистор. Неплохо подойдет для этой цели ВТА 16-600.

УПВЛ с использованием микросхемы КР1182ПМ1

Имеет смысл использование подобных устройств не только с лампочками накаливания, но и с галогенными лампами на 220 В. Допускается также подключение к электроинструменту для более плавного раскручивания ротора. А вот с лампами дневного света, как и с энергосберегающими (КЛЛ), использование УПВЛ не допускается. В их схеме подключения подобное устройство присутствует. Также не нужно устройство плавного включения и при монтаже светодиодов – потребность в нем у LED-ламп отсутствует по причине того, что нити накала в них нет, независимо от того, 24-вольтовый светильник, на 220 или 12 вольт.

Устанавливать или нет?

Кто-то скажет, что раньше жили без подобных устройств и даже не думали о подобном, и все было в порядке. Но ведь раньше и об экономии как-то не задумывались.

Конечно, возникает много вопросов по поводу УПВЛ. Стоит или нет тратить время и деньги на установку или изготовление своими руками подобного устройства, будет ли какая-либо экономия, а если да, то через какое время прибор оправдает свою покупку? Здесь каждый решает сам. Но то, что значительно экономится электроэнергия, и к тому же срок службы ламп при использовании УПВЛ увеличивается многократно – доказанный временем факт. А потому, если есть возможность установить подобное устройство, то нужно это сделать.

Плавное включение ламп накаливания: схемы, реализация

Категория: Монтаж и настройка

Резкие скачки тока могут спровоцировать перегорание лампочки: вольфрамовая нить быстро изнашивается. Плавное включение ламп накаливания позволяет продлить срок работы осветительного прибора, в отличие от заявленных производителем 10000 часов. УВПЛ можно изготовить самостоятельно в домашних условиях.

Чем хорошо плавное включение ламп?

Плавный пуск ламп накаливания в 220 В или 24-вольтового светильника повышает срок эксплуатации спирали, находящейся внутри герметично запаянной колбы из стекла. Чаще всего причиной перегорания становятся:

  • перепады напряжения;
  • вибрации, повреждения и скачки температуры в помещении;
  • высокая частота выключений и включений света.

В выключенном состоянии вольфрамовая спираль внутри лампы остается холодной, поэтому сопротивление понижено более чем в 10 раз. После включения по ней проходит ток и лампа начинает освещать помещение. Плавный пуск также смягчает агрессивное воздействие носителей электрического заряда (квазичастиц) на вольфрамовую нить.

Способы реализации плавного включения

Прежде чем определиться со способами реализации плавного запуска, необходимо выяснить, как работают УВПЛ. Принцип действия приборов этого типа основывается на способности сначала понижать, а затем постепенно повышать напряжение до оптимальной величины. Устройство подключается в разрыв провода между лампой (светильником) и выключателем.

При подаче напряжения его величина повышается за счет схем плавного запуска. Они могут быть собраны на транзисторах, симисторах или тиристорах по схемам ФИР (фазоимпульсный регулятор). Скорость повышения напряжения может варьироваться в пределах нескольких секунд: многое зависит от того, по какой схеме был собран прибор. Мощность нагрузки чаще всего не превышает 1400 Вт.

Блок питания

Блок защиты выступает в роли устройства, обеспечивающего плавное включение. Применение приспособления одновременно с лампой позволяет постепенно понизить напряжение, поступающее к осветительному прибору. Вольфрамовая нить в этом случае не испытывает большой нагрузки, что позволяет продлить ее срок эксплуатации.

По мере того, как электрический ток проходит сквозь блок, напряжение падает (с 220 В до 170 В). Скорость варьируется в пределах 2-4 секунд. Использование блока защиты по назначению приводит к снижению потока света на 50-60%. Устройства Uniel Upb-200W-BL выдерживают до 220 В, поэтому необходимо подключать к ним лампочки такой же мощности.

Специалисты не рекомендуют использовать приборы на полную мощность, 15-20% оставляют про запас. Запас мощности позволяет продлить срок работы блока и лампы.

Устройство можно устанавливать рядом с выключателями или приборами освещения.

Устройство плавного включения

Механизм действия устройства плавного включения ламп накаливания (УПВЛ) такой же, как и у защитных блоков. Прибор имеет весомое преимущество – небольшой размер, поэтому его можно устанавливать в подрозетник (за выключатель), внутри распределительной коробки и потолочной лампы (под колпак). Подключение УПВЛ должно осуществляться последовательно, начиная с соединения прибора к фазному проводнику.

Диммирование

Диммеры обладают способностью регулировать электрический ток, поэтому эти приборы часто устанавливают в жилых помещениях. Устройства меняют яркость света, который дают галогеновые, светодиодные или лампы накаливания.

Реостат или переменный резистор считают простейшим диммером. Прибор был изобретен в 1847 году Кристианом Поггендорфом. С его помощью можно регулировать силу электрического тока и напряжение. Устройство состоит из нескольких деталей:

  • проводник;
  • регулятор сопротивления.

Сопротивление меняется плавно. Чтобы уменьшить яркость света, напряжение снижают. В этом случае величины, обозначающие силу тока и сопротивление, будут высокими, что спровоцирует перегрев осветительного прибора.

К диммерам относят также автотрансформаторы. У этих приборов коэффициент полезного действия достаточно высок. Напряжение подается неискаженным, частота оптимальная – не более 50 Гц. Существенный минус автотрансформатора – большой вес. Чтобы управлять ими, человек должен приложить максимум усилий.

Электронный вариант – наиболее простой и доступный прибор, с помощью которого можно контролировать силу тока. Основная деталь компактного устройства – переключатель (ключ), которым управляют тиристорными, симисторными и транзисторными полупроводниками.

Выделяют несколько способов регулирования диммера:

  • по переднему фронту;
  • по заднему фронту.

Подающееся на лампы накаливания напряжение можно регулировать обоими способами.

Собственноручное изготовление УПВЛ

Устройства, с помощью которых можно запустить плавное включение, можно изготовить самостоятельно. Для тиристорной схемы в цепь выпрямительного моста включена лампа. Она выполняет роль ограничителя. В плечи выпрямителя сдвигающая цепочка и сам тиристор. Установка диодного моста обязательна.

После того как напряжение было подано на схему, ток, проходя через вольфрамовую спираль и выпрямительный мост, попадает в резистор. Емкость электролита начинает нагреваться. Тиристор открывается и пропускает через себя ток. Вольфрамовая нить плавно нагревается, время нагрева зависит от резистора и конденсатора.

Схема на основе симистора

В схеме плавного включения осветительных приборов симистор выступают в роли силового ключа. Дроссель как основная деталь представляет собой катушку из медных проводков, на сердечник которой намотан магнитопровод. Сила тока в обмотках нарастает постепенно, магнитное поле не способно быстро изменить направление. Симистор (симметричный тиристор) объединяет под корпусом 2 стабилизатора.

В роли ограничителя тока выступает резистор, передающий напряжение на электрический электрод. Цепочка, задающая время, подключена к резистору и емкости электролита. В сравнении с тиристорным прибором симистор имеет несколько недостатков: при работе с индуктивной нагрузкой выбросы напряжения критичны.

Приборы способны быстро переключаться. Надежность устройствам обеспечивает отсутствие механических деталей и контактов. Чтобы увеличить габариты, симистор необходимо соединить с радиатором, чтобы минимизировать степень нагрева электронных ключей. Вентиляторы можно оборудовать дополнительно, они способствуют быстрому охлаждению электронных деталей.

На основе микросхемы

Микросхемы, позволяющие осуществить плавный запуск, были специально разработаны для более быстрого построения регуляторов фазы. Конструкция небольшого размера способна контролировать напряжение, поступающее в лампу (до 150 В). Чтобы увеличить силу тока при наличии нескольких осветительных приборов в одном помещении, к микросхеме подсоединяют симистор.

Приборы можно использовать при плавном запуске не только ламп накаливания, но и галогеновых лампочек. Чтобы продлить срок эксплуатации электроприбора, в них можно установить аналогичные по механизму действия детали.

Внутри большинства микросхем присутствуют детали, отвечающие за усиление сигнала. Нагрузка полностью отключается на нуле. Управляющая цепь замыкается под воздействием конденсатора, который заряжается достаточно быстро. Это позволяет сформировать плавный разгон. Чтобы иметь возможность быстро отключить подачу электроэнергии, целесообразно установить аварийный выключатель.

Готовые решения

Приборы, предназначенные для освещения помещений и контроля за подачей напряжения, можно приобрести в специализированном магазине. Стоимость устройств варьируется в зависимости от марки и точек реализации. Популярные модели:

  1. NP-EI-200 (94437). Защитный блок, позволяющий контролировать силу тока. Возможна совместная эксплуатация прибора с галогеновыми лампочками или лампами накаливания. При правильном подключении блок предохраняет осветительное приспособление от перегорания. Процесс износа нитей из вольфрама притормаживается.
  2. KIT BM1043. Прибор необходимо соединить с проводом, идущим от лампы. Со светодиодными лампами не работает. Габариты устройства стандартные, поэтому его можно вмонтировать в подрозетник выключателя.
  3. ARLT_018052. Компактный диммер обеспечивает плавный запуск галогеновых ламп. Светорегулятор помогает контролировать подачу электричества, при необходимости регулируя мощность светового потока.

При покупке важно обратить внимание на технические характеристики прибора. Устройства могут разниться по способу управления и комплектующим деталям. В продаже имеются сенсорные модели. Они просты в эксплуатации, но стоят дороже.

Плавное включение ламп накаливания 220в, схема устройства

Несмотря на появление экономичных и более долговечных светодиодных ламп, наибольшей популярностью пользуются лампочки накаливания. Они перегорают гораздо чаще, но благодаря цене продаются лучше остальных. Чтобы увеличить срок их службы, можно установить специальное устройство для плавного включения ламп накаливания (УПВЛ).

Если спираль будет нагреваться постепенно и не всегда до максимума, лампочка будет служить намного дольше, так как главная причина перегорания это разрушение нити накаливания, которое возникает на фоне моментального включения. Разбираясь в электрических приборах, с помощью схемы можно сделать устройство для регулируемого включения самостоятельно.

Принцип работы плавного включения

Плавное включение ламп помогает сгладить скачок при включении и обеспечить нити накала постепенное нагревание. Чтобы продлить работу изделия, следует нормализовать режим за счет оптимального соотношения напряжения и температуры спирали. Для этого понадобится схема и специальный блок питания.

Питающий блок для постепенного накала.

Для постепенного накаливания здесь установлен специальный датчик. Нить будет нагреваться до установленного значения. Уровень напряжения также увеличивается до установленного на выключателе предела. Когда происходит включение, отрицательная волна будет подана через диод на лампу. В этот же миг конденсатор начнёт заряжаться. Когда напряжение достигнет величины открытия тиристора, напряжение пойдёт на лампочку до предела.

Где используется

Изделия для плавного включения преимущественно устанавливаются в жилых домах и квартирах. Также их рекомендуется использовать для галогенных лампочек на 220 В. Нередко схема используется в электроинструментах. В данном случае это необходимо для плавного запуска якоря двигателя, что положительно отразится на его сроке службы.

Устанавливать такой выключатель для работы с люминесцентной или светодиодной лампой не рекомендуется. Объясняется это отличием в схеме и принципе работы изделий. Каждое из устройств имеет свой источник нагрева.

Устройство плавного включение своими руками

Для опытного мастера сборка устройства для плавного пуска лампы накаливания на 220 В по схеме - дело нескольких минут, при наличии всех необходимых элементов. Если нет уверенности в своих силах, изделие лучше приобрести в магазине электротехники, так как неправильная сборка может привести к повреждению компонентов цепи.

Перед сборкой необходимо выбрать схему. Можно взять простой вариант с использованием тиристоров. Также применяют специализированные микросхемы, которые считаются лучшими для изготовления УПВЛ.

Выбор схемы

В цепи с симистором небольшое количество элементов. В ней находится дроссель, но необязательно. Резистор R1 необходим, чтобы ограничивать ток, поступающий на симистор. Для установки времени накала в цепи работают резистор R2 с конденсатором 500 мкФ. Питание на них идет через диод.

Схема с симистором.

Когда произойдет открытие симистора, ток пройдет через него и запустит источник света. Так будут созданы условия для плавного накала спирали. При отключении происходит медленная разрядка конденсатора.

Ещё один вариант для ручной сборки, который считается самым распространённым – это микросхема КР1182ПМ1. Она сможет самостоятельно корректировать поступающее напряжение на лампочку мощностью не более 150 Вт. Если мощность выше, в схему придётся подключать симистор.

Схема КР1182ПМ1.

Эту цепь рекомендуется использовать для галогенных и ламп накаливания. Также она подойдёт электроинструментам для постепенного раскручивания ротора.

Ещё одна схема для сборки УПВЛ подразумевает использование в ней тиристора. Именно он является основным функциональным компонентом. Если этот вариант будет использован для настольной лампы или торшера, схема помещается в корпус изделия.

Схема с тиристором.

Плавный пуск здесь происходит с помощью поворота ручки потенциометра. Также этот способ применяется для регулируемого включения коллекторного двигателя, паяльника или плиты.

Подготовка к работе

Когда вариант сборки выбран, необходимо приступить к подготовке. Для этого следует собрать все необходимые элементы схемы. Их можно приобрести отдельно или отыскать в уже не использующихся электрических приборах. Часть нужных элементов можно взять из устройств:

  • старый телевизор;
  • автомобильное зарядное устройство;
  • перфоратор или дрель;
  • плата для новогодней гирлянды;
  • производственный или бытовой фен.

Симистор и тиристор пропускают напряжение низких и повышенных частот. Поэтому их используют для трансформаторных устройств в аппаратах сварки.

Изготовление устройства

Если выбрана схема с использованием симистора, стоит учесть, что он пропускает ток в 2 направлениях с учетом прохождения части номинальной мощности. Другими словами, его можно назвать электронным ключом, от интенсивности открытия которого зависит пропускаемая мощность. Плавный пуск ламп накаливания невозможен без следующих элементов:

  • резистор на 100 кОм;
  • динистор;
  • ещё один резистор (мощность 10 кОм).

Динистор.

Симистор подбирается с учетом нагрузки, к которой будет подведено УПВЛ. Также рекомендуется установить в схему радиатор, чтобы избежать перегрева. Сборка происходит в несколько этапов:

  1. Один из проводов сети подключается к симистору, другой к лампе.
  2. С этого же вывода симистор – к переменному резистору.
  3. Второй вывод резистора проходит через динистор, после резистор на 10 кОм проходит ко второму выводу симистора.
  4. 3-й вывод симистора отводят на 2-й контакт лампочки.
  5. 3-й контакт резистора (постоянного на 100 кОм) - ко второму контакту светильника.

Крутя установленный регулятор на переменном резисторе, изменяют выходное напряжение. Светильник начинает загораться плавно в соответствии с регулировкой.

2 видеопримера для плавного запуска

Розжиг любых лампочек в видео ниже:

Наглядная схема плавного включения:

Плавный пуск ламп накаливания

Плавное включение ламп накаливания

Эта схема- очередное продолжение разговора Как продлить жизнь лампы накаливания Как известно: основная причина перегорания лампы накаливания это тот факт что сопротивление холодной спирали очень низкое и при включении происходит существенный бросок тока.

чтобы лампа накаливания включалась медленноплавное включение лампы накаливания

Схема плавного включения лампы накаливания

 Опробовал множество конструкций устройств плавного включения осветительных ламп накаливания. Одни не устроили меня слишком большими размерами и числом деталей, другие требовали обязательного присоединения к обоим сетевым проводам, что при существующей в квартире электропроводке не совсем удобно. Поэтому я решил самостоятельно разработать простое малогабаритное устройство, которое можно включить в разрыв любого из идущих к осветительным лампам проводов и разместить в установочной коробке стандартного выключателя либо в колпаке люстры. Его схема и изображена на рисунке.

Здесь SA1 — уже имеющийся выключатель, управляющий лампой накаливания EL1. Далее мы будем гово¬рить об одной лампе, не забывая о том, что их может быть и несколько, соединенных параллельно

Важно, чтобы суммарный ток ламп не превышал допустимого для симистора VS1, который, как показано на схеме, включают в разрыв провода, соединяющего лампу с выключателем.Поскольку в момент замыкания контактов выключателя SA1 конденсатор С2 разряжен и напряжение на нем нулевое, близко к нулю и напряжение, приложенное к симметричному динистору VS2. и он закрыт

Закрыт и симистор VS1.В результате зарядки конденсатора С2 напряжение, приложенное к динистору VS2, постепенно увеличивается, и он начинает открываться и открывать симистор VS1 в каждом полупериоде сетевого напряжения на все большее время Яркость свечения лампы постепенно растет. Чтобы замедлить этот процесс, параллельно конденсатору С2 подключен интегратор на транзисторе VT 1, охваченном обратной связью через конденсатор СЗ и резистор R5.При указанных на схеме номиналах элементов яркость лампы достигает максимума через 10 с после замыкания контактов выключателя SA1. Это значение можно изменить, подбирая резистор R5. Резисторы R2 и R3 нужны для разрядки конденсаторов, параллельно которым они подключены, после выключения лампы, что подготавливает устройство к новому включению.Установившееся значение напряжения на лампе около 200 В при напряжении в сети 230 В. Это немного снижает ее яркость, но значительно увеличивает срок службы.

Монтаж по схеме блока защиты лампы накаливания

В чем заключается сложность таких работ? Как сделать плавное включение света?

Подключение устройства в цепь:

  1. Вход УПВЛ подключают от фазы до светильника, он выполняет функцию посредника между проводом, подключающим осветительный прибор.
  2. Выход от него соединяют с другим концом провода, ведущего к лампе.
  3. Контроль работоспособности и правильной настройки устройства заключается в проверке светильника в начале пуска. В течение примерно 3-5 секунд видно, как яркое освещение становится более тусклым — это говорит о правильной работе защитного блока.
  4. При выполнении работ по монтажу необходимо строго соблюдать правила безопасности при эксплуатации и ремонте электрооборудования, а также подобрать мощность прибора, которой будет достаточно для подключения выбранного количества приборов и оборудования.

Способы реализации плавного включения

Прежде чем определиться со способами реализации плавного запуска, необходимо выяснить, как работают УВПЛ. Принцип действия приборов этого типа основывается на способности сначала понижать, а затем постепенно повышать напряжение до оптимальной величины. Устройство подключается в разрыв провода между лампой (светильником) и выключателем.

При подаче напряжения его величина повышается за счет схем плавного запуска. Они могут быть собраны на транзисторах, симисторах или тиристорах по схемам ФИР (фазоимпульсный регулятор). Скорость повышения напряжения может варьироваться в пределах нескольких секунд: многое зависит от того, по какой схеме был собран прибор. Мощность нагрузки чаще всего не превышает 1400 Вт.

Блок питания

Блок защиты выступает в роли устройства, обеспечивающего плавное включение. Применение приспособления одновременно с лампой позволяет постепенно понизить напряжение, поступающее к осветительному прибору. Вольфрамовая нить в этом случае не испытывает большой нагрузки, что позволяет продлить ее срок эксплуатации.

По мере того, как электрический ток проходит сквозь блок, напряжение падает (с 220 В до 170 В). Скорость варьируется в пределах 2-4 секунд. Использование блока защиты по назначению приводит к снижению потока света на 50-60%. Устройства Uniel Upb-200W-BL выдерживают до 220 В, поэтому необходимо подключать к ним лампочки такой же мощности.

Устройство можно устанавливать рядом с выключателями или приборами освещения.

Устройство плавного включения

Механизм действия устройства плавного включения ламп накаливания (УПВЛ) такой же, как и у защитных блоков. Прибор имеет весомое преимущество – небольшой размер, поэтому его можно устанавливать в подрозетник (за выключатель), внутри распределительной коробки и потолочной лампы (под колпак). Подключение УПВЛ должно осуществляться последовательно, начиная с соединения прибора к фазному проводнику.

Диммирование

Диммеры обладают способностью регулировать электрический ток, поэтому эти приборы часто устанавливают в жилых помещениях. Устройства меняют яркость света, который дают галогеновые, светодиодные или лампы накаливания.

Реостат или переменный резистор считают простейшим диммером. Прибор был изобретен в 1847 году Кристианом Поггендорфом. С его помощью можно регулировать силу электрического тока и напряжение. Устройство состоит из нескольких деталей:

  • проводник;
  • регулятор сопротивления.

Сопротивление меняется плавно. Чтобы уменьшить яркость света, напряжение снижают. В этом случае величины, обозначающие силу тока и сопротивление, будут высокими, что спровоцирует перегрев осветительного прибора.

К диммерам относят также автотрансформаторы. У этих приборов коэффициент полезного действия достаточно высок. Напряжение подается неискаженным, частота оптимальная – не более 50 Гц. Существенный минус автотрансформатора – большой вес. Чтобы управлять ими, человек должен приложить максимум усилий.

Электронный вариант – наиболее простой и доступный прибор, с помощью которого можно контролировать силу тока. Основная деталь компактного устройства – переключатель (ключ), которым управляют тиристорными, симисторными и транзисторными полупроводниками.

Выделяют несколько способов регулирования диммера:

  • по переднему фронту;
  • по заднему фронту.

Подающееся на лампы накаливания напряжение можно регулировать обоими способами.

Схема 2 плавного включения ламп накаливания с эффектом регулирования

Вторая схема имеет возможность регулировки поступающего напряжения на лампу накаливания. В принципе эта также первая схема за исключением того, что в ней применен переменный резистор вместо постоянного. Принцип работы схемы тот же что и в предыдущей схеме.

Схема 2 Плавное регулируемое включение лампы накаливания

Напряжение регулируется в пределах примерно от 120 до 220 вольт. Многие из собиравших жаловались на маленький диапазон регулирования.

Применение радиоэлементов в схеме плавного регулирования света

В схемах возможно применение как отдельных диодов так и сборок диодных мостиков с пропускным током не менее 3 А. Вместо тиристора Т122-25-5-4, возможно применение тиристора Т122-20-11-6 или серии КУ202 с индексом К,Л и М. В схемах возможно применение конденсатора электролитического или для переменного тока. В случае применения электролитического конденсатора полярность установки производится согласно второй схеме. Рабочее напряжение конденсатора не менее 300 вольт. Применяемые резисторы мощностью не менее 0,25 Вт.

Плавное включение ламп накаливания: обзор видов

Не смотря на широкое распространение компактных люминесцентных ламп существуют помещения, в которых целесообразно применять лампы накаливания. К таким помещениям относятся, прихожие, коридоры, сан узлы, кладовые, где необходимо часто включать и выключать свет. К разновидности ламп накаливания относятся галогенные лампы, которые последнее время нашли широкое применение в современных светильниках. Предложенное устройство постепенно, в течении некоторого времени увеличивает напряжение приложенное к лампе, тем увеличивается ее строк службы.

Несмотря на популяризацию светодиодных ламп, их предшественники с нитью накала по-прежнему продолжают освещать миллионы домов, во многом благодаря более низкой розничной цене.

Готовые решения

Существует масса УПВЛ от российских и зарубежных брендов, которые дают возможность реализовать плавное включение света. Стоимость таких устройств напрямую зависит от их функциональности. Одни модели взаимодействуют исключительно с лампами накаливания, другие дополнительно взаимодействуют с галогенными лампочками. Даже бюджетные модели способны долгое время переносить нагрузку до 300 Вт.

Постепенное включение лампочки можно реализовать также посредством фазового регулятора. Его конструкция схожа с УПВЛ, но система управления сложнее и регулятор способен выдерживать большую нагрузку. Размеры устройства устанавливаются габаритами радиатора, который отводит тепло от силового компонента схемы.

Схема на специализированной микросхеме

Микросхема кр1182пм1 специально разработана для построения всевозможных фазовых регуляторов.

В данном случае, силами самой микросхемы регулируется напряжение на лампочке накаливания мощностью до 150 ватт. Если нужно управление более мощной нагрузкой, большим количеством освитителей одновременно, в цепь управления добавляется силовой симистор. Как это выполнить смотрите на следующем рисунке:

Использование данных устройств плавного включения не ограничиваются только лампами накаливания, их так же рекомендуется устанавливать совместно с галогеновыми на 220 в. Аналогичные по принципу действия устройства устанавливаются в электроинструменты, запускающие плавно якорь двигателя, также продлевая срок службы прибора в несколько раз.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, в котором наглядно рассматривается еще одна популярная схема сборки прибора — на полевых транзисторах:

Самоделка на транзисторах

Схемы

При конструктивном решении используются различные виды полупроводниковых устройств. Тиристорные работают только в одном направлении, у них три вывода: плюс, минус, управляющий контакт. При подаче напряжения принцип проводимости тиристора такой же, как у диода. Характеризуется размером тока удержания, при значениях, ниже указанного показателя, ток через тиристор (или триод) не проходит.

Плавное включение ламп 220 В схема на тиристоре

Принцип защиты спирали накаливания основан на полярности полуволны переменного тока. При минусовой работает диод, положительная направляется на конденсатор, равный по мощности току удержания тиристора. Нагрузка спирали накаливания сокращается вдвое. При полной зарядке конденсатора тиристор тоже начинает проводить заряд, напряжение стабилизируется. Тиристор располагается на диодном плече выпрямителя.

Тиристорный регулятор напряжения.

Плавное включение ламп 220 В схема на симисторе

Использование симистора позволяет уменьшить количество комплектующих, он работает как силовой ключ. Помехи нивелирует дроссель. Схема плавного включения ламп накаливания создана для смещении угла фазы. Минусовая полуволна через диод и резистор направляется на управляющий электрод симистора. Пока заряжается конденсатор, он проводит только однонаправленный полупериод. Когда подключается конденсатор, ток идет по симистору двух направлениях.

Схема УПВЛ с применением симистора.

Плавное включение ламп 220 В схема на ИМС КР1182ПМ1

Микросхема защиты спирали накаливания с двумя тиристорами и симисторе сглаживает процесс нарастания напряжения. Оно постепенно возрастает от 5 до 220 В. Благодаря двум парам: тиристор-резистор, дополнительному конденсатору, симистор открывается постепенно. Время запуска устройства зависит от емкости конденсатора, время гашения спирали накаливания – от размера сопротивления второго тиристора.

Схема и к ней печатная плата.

Плавное включение ламп 12 В

Если подключаются бытовые электроприборы, лампы накаливания 12 В, защитное устройство с рабочим напряжением 220 Вольт устанавливается в электроцепь перед трансформатором, понижающим напряжение. При выборе блока учитывается мощность первичной обмотки трансформатора.

Плавное включение ламп 12 В.

Плавное включение ламп в автомобиле

Фары ближнего и дальнего света работают от постоянного тока, для их защиты используются схемы с линейными или импульсными ШИМ-регуляторами. Готовые автоконтроллеры дополняются различными функциями. Они выпускаются для раздельных ламп и Н4. Обычно используются двухступенчатые схемы: сначала ток пропускает резистор, затем включается реле. При подключении защиты используют прочный провод, надёжную изоляцию.

Доработки и тюнинг ВАЗ 2110, ВАЗ 2111, ВАЗ 2112.

Схема.

Предлагаемая схема пуска подает напряжение на лампу с плавным нарастанием в течении 2-3 секунд. Это намного уменьшает вероятность перегорания лампы из-за броска тока через холодную нить. Срок службы галогенных ламп и обычных ламп накаливания, благодаря этой схеме запуска, увеличивается в несколько раз.
В эту схему так же введена задержка выключения нагрузки, обеспечивающая плавное уменьшение яркости свечения до полного погасания в течении 8-12 секунд. То есть при выключении схемы выключателем SA1, яркость свечения ламп начинает плавно убывать до нуля за 8-12 секунд.
Достоинством схемы является ещё и то, что она подсоединяется вместо штатного выключателя или пакетника, нет дефицитных деталей, и для управления лампой (лампами), можно использовать низкоточные малогабаритные выключатели.
Идея собрать такую схему пуска возникла у меня тогда, когда мне надоело довольно часто менять перегоревшие галогенные лампы в люстре. Люстра была рассчитана на шесть маленьких галогенных ламп по 50 Вт каждая.
Копаясь в литературе, наткнулся на статью в ВРЛ про сенсорный выключатель на тиратронах МТХ-90.
Схему решил упростить, в результате чего получилась простая схема, которую Вам и предлагаю.

По прошествии времени, я уже и не помню, когда последний раз менял лампу в люстре. Ещё после выключения света, яркость в люстре убывает постепенно в течении 10-12 сек. Свет выключается плавно, как в театре, что тоже довольно приятно.

Как это работает

Если лампа накаливания подключена напрямую к источнику тока, то когда возникает подача электроэнергии, это может привести к тому, что лампа перегорает. Чтобы не происходило таких резких скачков тока, устанавливают блок питания. На фото показан принцип как работает устройство плавного включения ламп.

Но осталось выяснить, как же работает плавное включение ламп? На самом деле очень просто. Спираль быстро достигает приемлемой температуры, и сила тока постепенно растет до нужной отметки. С этим устройством лампа будет светить еще много лет.

Единственный недостаток который возникает при использовании блока питания, это то, что яркость лампочки, будет намного меньше. Поэтому, если выставить отметку 176 В, то свет будет гореть на 2/3, от потенциальной мощности. Но по этой же причине лучше всего применять более мощные лампы.

На сегодняшний день, в специальных магазинах есть блоки плавной подачи электроэнергии. Они бывают разные по своим техническим особенностям. Из этого следует, что перед покупкой такого устройства, лучше проверить насколько оно приспособлено к резкой подачи тока.

Причины преждевременного перегорания

Когда лампы с нитью накала включаются, по закону Ома при высоком сопротивлении холодной спирали пропорционально возрастает сила тока. В стандартной лампочке небольшой мощности в 55 Вт сила тока в доли секунды достигает 60 А. Когда вольфрам разогревается, ток моментально нормализуется. Момент включения – настоящее испытание для спирали накаливания.

Беда в том, что нет идеальных спиралей. В процессе эксплуатации металл выгорает неравномерно. Как следствие, в тонких участках вольфрамовой спирали в момент разогрева мощность тока максимальная, они вспыхивают и рвутся.

Срок эксплуатации спирали накаливания зависит от нескольких факторов:
  1. качество контакта между патроном и цоколем, когда есть подгорания, возрастает риск короткого замыкания;
  2. частое включение/выключение, такой режим эксплуатации не предусмотрен;
  3. нестабильное напряжение, установлено, что изменение напряжения на 1% снижает срок службы спирали накаливания в 7–8 раз;
  4. старые провода, изоляция со временем начинает осыпаться, снижается плотность соединения проводников;
  5. вибрация, высокая влажность окружающей среды.

Чем хорошо плавное включение ламп?

Плавный пуск ламп накаливания в 220 В или 24-вольтового светильника повышает срок эксплуатации спирали, находящейся внутри герметично запаянной колбы из стекла. Чаще всего причиной перегорания становятся:

  • перепады напряжения;
  • вибрации, повреждения и скачки температуры в помещении;
  • высокая частота выключений и включений света.

В выключенном состоянии вольфрамовая спираль внутри лампы остается холодной, поэтому сопротивление понижено более чем в 10 раз. После включения по ней проходит ток и лампа начинает освещать помещение. Плавный пуск также смягчает агрессивное воздействие носителей электрического заряда (квазичастиц) на вольфрамовую нить.

Собственноручное изготовление УПВЛ

Устройства, с помощью которых можно запустить плавное включение, можно изготовить самостоятельно. Для тиристорной схемы в цепь выпрямительного моста включена лампа. Она выполняет роль ограничителя. В плечи выпрямителя сдвигающая цепочка и сам тиристор. Установка диодного моста обязательна.

После того как напряжение было подано на схему, ток, проходя через вольфрамовую спираль и выпрямительный мост, попадает в резистор. Емкость электролита начинает нагреваться. Тиристор открывается и пропускает через себя ток. Вольфрамовая нить плавно нагревается, время нагрева зависит от резистора и конденсатора.

Схема на основе симистора

В схеме плавного включения осветительных приборов симистор выступают в роли силового ключа. Дроссель как основная деталь представляет собой катушку из медных проводков, на сердечник которой намотан магнитопровод. Сила тока в обмотках нарастает постепенно, магнитное поле не способно быстро изменить направление. Симистор (симметричный тиристор) объединяет под корпусом 2 стабилизатора.

В роли ограничителя тока выступает резистор, передающий напряжение на электрический электрод. Цепочка, задающая время, подключена к резистору и емкости электролита. В сравнении с тиристорным прибором симистор имеет несколько недостатков: при работе с индуктивной нагрузкой выбросы напряжения критичны.

Приборы способны быстро переключаться. Надежность устройствам обеспечивает отсутствие механических деталей и контактов. Чтобы увеличить габариты, симистор необходимо соединить с радиатором, чтобы минимизировать степень нагрева электронных ключей. Вентиляторы можно оборудовать дополнительно, они способствуют быстрому охлаждению электронных деталей.

На основе микросхемы

Микросхемы, позволяющие осуществить плавный запуск, были специально разработаны для более быстрого построения регуляторов фазы. Конструкция небольшого размера способна контролировать напряжение, поступающее в лампу (до 150 В). Чтобы увеличить силу тока при наличии нескольких осветительных приборов в одном помещении, к микросхеме подсоединяют симистор.

Приборы можно использовать при плавном запуске не только ламп накаливания, но и галогеновых лампочек. Чтобы продлить срок эксплуатации электроприбора, в них можно установить аналогичные по механизму действия детали.

Внутри большинства микросхем присутствуют детали, отвечающие за усиление сигнала. Нагрузка полностью отключается на нуле. Управляющая цепь замыкается под воздействием конденсатора, который заряжается достаточно быстро. Это позволяет сформировать плавный разгон. Чтобы иметь возможность быстро отключить подачу электроэнергии, целесообразно установить аварийный выключатель.

Симисторная схема

Симисторная схема одержит меньше деталей, благодаря использованию симистора VS1 в качестве силового ключа. Элемент L1 дроссель для подавления помех, возникающих при открывании силового ключа, можно исключить из цепи. Резистор R1 ограничивает ток на управляющий электрод VS1. Время задающая цепочка выполнена на резисторе R2 и емкости C1, которые питаются через диод VD1. Схема работы аналогична предыдущей, при заряде конденсатора до напряжения открывания симистора, он открывается и через него и лампу начинает протекать ток.

На фото ниже предоставлен симисторный регулятор. Он кроме регулирования мощности в нагрузке, также производит плавную подачу тока на лампу накаливания во время включения.

Готовые решения

Приборы, предназначенные для освещения помещений и контроля за подачей напряжения, можно приобрести в специализированном магазине. Стоимость устройств варьируется в зависимости от марки и точек реализации. Популярные модели:

  1. NP-EI-200 (94437). Защитный блок, позволяющий контролировать силу тока. Возможна совместная эксплуатация прибора с галогеновыми лампочками или лампами накаливания. При правильном подключении блок предохраняет осветительное приспособление от перегорания. Процесс износа нитей из вольфрама притормаживается.
  2. KIT BM1043. Прибор необходимо соединить с проводом, идущим от лампы. Со светодиодными лампами не работает. Габариты устройства стандартные, поэтому его можно вмонтировать в подрозетник выключателя.
  3. ARLT_018052. Компактный диммер обеспечивает плавный запуск галогеновых ламп. Светорегулятор помогает контролировать подачу электричества, при необходимости регулируя мощность светового потока.

При покупке важно обратить внимание на технические характеристики прибора. Устройства могут разниться по способу управления и комплектующим деталям. В продаже имеются сенсорные модели

Они просты в эксплуатации, но стоят дороже

В продаже имеются сенсорные модели. Они просты в эксплуатации, но стоят дороже.

Схема

- Лампа накаливания Soft Start

Вы были правы, все схемы в гугле либо сильно устарели, либо несовместимы.

У этой вневременной классики есть две проблемы: в отличие от компаратора, диак разряжает конденсатор при каждом запуске, а напряжение на диаке и затворе составляет переменный ток, поэтому мы не можем сделать линейное изменение, заряжая конденсатор, потому что для этого требуется постоянный ток. .

Некоторые люди проявили творческий подход:

Вот выпрямитель, заряжающий конденсатор с рампой, затем П.Не менее, U.T действует как генератор и управляет затвором симистора через импульсный трансформатор. Два компонента, которые должно быть трудно найти ...

Одним из решений было бы поместить все это внутри диодного моста, чтобы мы могли работать на постоянном токе ... хотя это не мягкий запуск, но идея вы поняли. Однако я бы хотел, чтобы шум переключения полностью прекратился после завершения плавного пуска.

Конечно, в наши дни каждый будет использовать микроконтроллер.

У этого есть трансформатор, потому что он предназначен для ламп низкого напряжения.Но он использует два 555 для создания ШИМ, а также регулятора напряжения ... так высокотехнологично!

Итак, предлагаю это:

Сначала выпрямляется сеть переменного тока. Нет необходимости в заглаживающем колпачке, зажигаем лампу.

Затем идет один из этих прекрасных источников питания типа «убей себя», в основном R1 / D2 - это наш резистор-капельница и стабилитрон 12 В, D5 выпрямляет, D3 в основном украшает (забыл удалить его), а C4 запускает зарядку C2, В противном случае потребовалось бы время, поскольку я использовал как можно меньше тока.

Затем подача делится пополам (R4 / R10) и фильтруется C3, чтобы сделать медленное линейное изменение на узле «REF».

Выпрямленная сеть используется в качестве пилы ШИМ после деления через R5 / R6 и сравнивается с эталоном.

Компаратор управляет полевым МОП-транзистором.

Консультации по выбору запчастей после обеда (если я не ошибся, это была спешка).

Итак, совет по покупке на 230В:

  • FET - 5-600В на всякий случай, вот такие.
  • R9 - лампочка
  • R6 R1 R8 используйте резисторы на 400 В или два резистора последовательно.R1 должен быть 0,5 Вт ... может быть 1 Вт ...
  • Диодный мост: подбирать из коробки с хламом, 5-600В, несколько ампер ...

Альтернативное решение:

На первой схеме выше (симисторный диммер) замените горшок на LDR (однако необходимо проверить номинальное напряжение), зажгите его светодиодом, питаемым от линейно нарастающего тока. Может быть проще ... вам понадобится капельница конденсатора для светодиода.

Сокращается ли срок службы вольфрамовой лампы накаливания при каждом включении, прямом подключении к электросети и насколько?

Сокращается ли срок службы вольфрамовой лампы накаливания при каждом включении, прямом подключении к электросети, то есть без использования специального устройства для плавного включения, и насколько? В школе нам сказали, что он сокращает срок его службы.

Насколько это (сокращение срока службы) по сравнению с сокращением срока службы за счет стабильного освещения? Если пользователь лампы уходит от лампы, планируя какое-то время отсутствия, сколько времени стоит выключить, а затем снова включить лампу на время отсутствия?

Когда он слишком длинный, он того стоит, потому что экономия электроэнергии обходится дороже, чем повышение цены за счет более частой покупки новых ламп (из-за такого поведения). Когда времени очень мало, это тоже стоит того, потому что лампа не охлаждается и не подвергается ударам.

Не принимайте во внимание, что частое мерцание снижает эффективность получения света в зависимости от количества потребляемой мощности. (То есть, если пользователь по какой-то причине часто мерцает, рассчитывает только стоимость электричества и цену лампы, не рассчитывает количество производимого света; и он в любом случае эффективно производит тепло, и тепло + свет может быть целью пользователя, в любом случае, считайте, что это так. хорошо для него, раз уж он это делает).

Я также нашел подтверждение того, что срок службы сокращается в ответе на этом сайте: https: // electronics.stackexchange.com/a/214397:

При быстром переключении нить накала не остывала полностью раньше. следующее включение, чтобы не было так много стресса. Чем дольше Периоды выключения тем тяжелее для лампы.

Мой домашний опыт показал, что лампы на диммерных переключателях продолжали работать. «навсегда» по сравнению с другими лампами в доме. Это произошло из-за поворотный диммер включается, скажем, на полсекунды и постепенно увеличивая силу тока, пока элемент нагревается.Там не было внезапного броска тока.

И этот вопрос аналогичен этому вопросу, но в содержательной части вопроса задается о мерцании 120 Гц. И ответ там уже принят. И два ответа там не отвечают о том, насколько сокращается срок службы, т.е. нет формулы и не даны ссылки на документы с результатами расследования.

Soft-Start улучшает светодиодный драйвер - Maxim Integrated

Аннотация: Для имитации естественного плавного пуска лампы накаливания в этой схеме используется защита от перегрева, встроенная в микросхему драйвера светодиода (MAX16832).Таким образом, исключается раздражающий и почти мгновенный запуск, который в противном случае проявляется светодиодами.

Аналогичная версия этой статьи появилась в выпуске журнала Power Management Designline от 11 марта 2009 г. ( EE Times ).

Одно из менее очевидных различий между лампами накаливания и светодиодными лампами - это скорость, с которой они запускаются. Лампе накаливания требуется некоторое время для достижения полной яркости после включения, и эта задержка дает глазу удобный интервал для адаптации к яркому свету.Светодиодные светильники лишены этого свойства. Вместо этого их яркость меняется от нуля до 100% почти мгновенно. Это свойство приветствуется во вспышке камеры, но довольно неприятно для общего освещения.

К счастью, вы можете использовать защиту от перегрева, встроенную в микросхему драйвера светодиода (MAX16832), чтобы имитировать естественный плавный запуск лампы накаливания. На рисунке 1 показана типовая схема применения этой ИС.


Рис. 1. Эта прикладная схема типична для MAX16832.

Резистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), подключенный к выводу 8, реализует защиту от теплового возврата, уменьшая выходной ток, когда температура цепочки светодиодов превышает заданную температуру. Источник постоянного тока пропускает 25 мкА через резистор, который термически прикреплен к светодиодам. Когда результирующее напряжение NTC падает ниже 2 В (для которого R NTC <80 кОм), внутренний компаратор изменяет (понижает) опорное напряжение запрещенной зоны, используемое драйвером для регулирования тока светодиода.См. Блок-схему драйвера светодиода (, рис. 2, ). График справа на Рисунке 2 показывает это действие для запрограммированного тока светодиода 666 мА. (Значение R SENSE составляет 300 мОм.)


Рисунок 2. Упрощенная диаграмма (слева) показывает внутреннюю работу ИС на Рисунке 1. График зависимости выходного тока светодиода от V TEMP_I (справа) предполагает R SENSE = 300 мОм.

При запуске 25 мкА поступает в C2, который заряжается до тех пор, пока его напряжение не достигнет 25 мкА × R NTC .Для значения NTC 100 кОм и емкости конденсатора 10 нФ оно должно достигнуть 2 В менее чем за 2 мс. То есть ток светодиода должен возрасти с 0 мА до 666 мА в течение этих двух миллисекунд. Измерения подтверждают это предположение: график зависимости тока светодиода от времени (, рис. 3, ) показывает, что драйвер устанавливает максимальный выходной ток в течение 2 мс.


Рисунок 3. На рисунке 1 график зависимости тока светодиода от времени запуска при C2 = 10 нФ показывает интервал плавного запуска менее двух миллисекунд.

Если вы увеличите емкость конденсатора в 100 раз (до 1 мкФ), светодиодам потребуется около 200 мс для достижения полной мощности (, рис. 4, ). Эта синхронизация видна человеческому глазу и дает приятное ощущение, что светодиоды должны «прогреться».


Рисунок 4. На рисунке 1 график зависимости тока светодиода от времени запуска при C2 = 1 мкФ показывает интервал плавного запуска ~ 200 мс.

Использование схемы теплового фолдбэка для реализации плавного пуска светодиодов не влияет на его функцию защиты.Большой конденсатор замедляет эту работу, но его работа остается удовлетворительной, поскольку тепловые эффекты по своей сути медленные. Не затрагивается и функция затемнения PWM. На него влияет только опорное напряжение; в остальном драйвер ведет себя нормально.

©, Maxim Integrated Products, Inc.
Содержимое этой веб-страницы защищено законами об авторских правах США и зарубежных стран. Для запросов на копирование этого контента свяжитесь с нами.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4481:
ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 4481, г. AN4481, AN 4481, г. APP4481, Appnote4481, Appnote 4481

maxim_web: en / products / power / led-drivers, maxim_web: en / products / power / display-power-control / display-drivers

maxim_web: en / products / power / led-drivers, maxim_web: en / products / power / display-power-control / display-drivers

Великая книга о лампочках в Интернете, часть I

Большая книга о лампочках в Интернете, часть I

Великая Интернет-книга о лампочках, часть I

Лампы накаливания, включая галогенные лампы

Авторские права (C) 1996, 2000, 2005, 2006 Дональд Л.Клипштейн (младший) ([email protected])
Бесплатное распространение копий всего документа или текста без HTML их версии разрешены и приветствуются.

История ламп накаливания

Считается, что Томас Альва Эдисон изобрел первый разумно практичная лампа накаливания, использующая углеродную нить в колба, содержащая вакуум. Первое успешное испытание Эдисона произошло в 1879 году.

Были и более ранние лампы накаливания, такие как одна из произведений Генриха Гебеля. с углеродной нитью в 1854 году.Эта лампа накаливания имела карбонизированный бамбуковая нить и была упомянута как срок службы до 400 часов. По меньшей мере некоторые источники считают Гебеля изобретателем лампы накаливания.

Джозеф Уилсон Свон начал делать лампы накаливания на углеродной основе в 1850 году и сделал один в 1860 году, который был работоспособен, за исключением чрезмерно короткая жизнь из-за плохого вакуума. Он сделал более удачные лампы накаливания. после того, как в середине 1870-х годов стали доступны более совершенные вакуумные насосы.

С тех пор лампа накаливания была усовершенствована за счет использования тантала. а позже - вольфрамовые нити, которые испаряются медленнее, чем углерод.
В наши дни лампы накаливания по-прежнему производятся с вольфрамовой нитью.

Основные принципы

Нить лампы накаливания - это просто резистор. Если При подаче электроэнергии она преобразуется в нити накала в тепло. В температура нити накала повышается до тех пор, пока она не избавится от тепла с той же скоростью это тепло генерируется в нити накала. В идеале нить накаливания получает избавиться от тепла, только излучая его, хотя небольшое количество тепла энергия также удаляется из нити за счет теплопроводности.

Температура нити очень высокая, обычно более 2000 градусов. Цельсия, или, как правило, более 3600 градусов по Фаренгейту. В «стандарте» Лампа на 75 или 100 ватт, 120 вольт, температура нити примерно 2550 градусов Цельсия, или примерно 4600 градусов по Фаренгейту. При высоких температурах таким образом, тепловое излучение нити накала включает значительную количество видимого света.

Для получения дополнительной информации о лампах накаливания посетите эти страницы на Bulbs.com:

Лампа накаливания Работа лампы

В лампа накаливания главная страница в "Университете Лампочки" в Лампочке.com.

Световая отдача

В «стандартной» лампе 120 В, 100 Вт с номинальной светоотдачей 1750 люмен, эффективность - 17,5 люмен на ватт. Это сравнивает плохо до "идеала" 242,5 люмен на ватт для одного идеализированного типа белого света, или 683 люмен на ватт в идеале для желтовато-зеленого длина волны света, к которой человеческий глаз наиболее чувствителен.
Другие типы ламп накаливания имеют разную эффективность, но все они обычно имеют эффективность около 35 люмен на ватт или ниже.Большинство бытовых ламп накаливания имеют эффективность от 8 до 21 люмен на каждый. ватт. Более высокая эффективность около 35 люмен на ватт достигается только с фотографические и проекционные лампы с очень высокой температурой нити накала и короткий срок службы от нескольких часов до примерно 40 часов.
Причина такой низкой эффективности заключается в том, что вольфрамовые нити излучать в основном инфракрасное излучение при любой температуре, которую они могут выдержать. Идеальный тепловой радиатор излучает больше всего видимого света. эффективно при температурах около 6300 по Цельсию (6600 кельвинов или 11500 градусов по Цельсию). градусов по Фаренгейту).Даже при такой высокой температуре многие излучение либо инфракрасное, либо ультрафиолетовое, и теоретическое светоотдача 95 люмен на ватт.
Конечно, ничто, известное людям, не является прочным и пригодным для использования в качестве лампочки. нить накала при температурах, близких к этой. Поверхность солнца не совсем так жарко.
Существуют и другие способы эффективного излучения теплового излучения с использованием более высокие температуры и / или вещества, которые лучше излучают в видимой области длин волн, чем невидимые.Это описано в Части II Великого Интернет-магазин лампочек, газоразрядные лампы. Эффективность лампы накаливания можно повысить, увеличив температура нити, из-за чего она быстрее выгорает.

Вакуумные и газовые лампы

Сначала делали лампы накаливания с вакуумом внутри. Воздуха окисляет нить при высоких температурах. Позже было обнаружено, что заполнение колбы инертным газом, например аргон или смесь аргона с азотом замедляют испарение нити.Атомы вольфрама, испаряющиеся из нити, могут возвращаться обратно в филамент атомами газа. Нить может работать при более высоких температурах. с наполняющим газом, чем с вакуумом. Это приводит к более эффективному излучению видимого света. Так почему же некоторые лампы все еще производятся с использованием вакуума? Причина заключается в том, что наполняющий газ отводит тепло от нити накала. Это проводимое тепло это энергия, которая не может быть излучена нитью накала и теряется или тратится впустую. Этот механизм снижает эффективность лампы накаливания по выработке излучения.Если это не компенсируется преимуществом эксплуатации нити накала при более высокой температура, то колба более эффективна с вакуумом.

Одним из свойств теплопроводности нити накала в газ является странный факт, что количество проводимого тепла примерно пропорционально длина нити, но не сильно зависит от диаметра нити. В причина, по которой это происходит, выходит за рамки этого документа.
Однако это означает, что лампы с тонкими нитями и меньшими токами более эффективен с вакуумом и более мощными лампами с более толстыми нитями более эффективны с наполняющим газом.Точка безубыточности кажется очень примерно 6-10 Вт на сантиметр нити накала. (Это может варьироваться в зависимости от температура нити и другие факторы. Точка безубыточности может быть выше в лампах большего размера, где конвекция может увеличить отвод тепла от нити за счет газа.)
Иногда используются высококачественные заправочные газы, такие как криптон или ксенон. Эти у газов есть более крупные атомы, которые лучше отскакивают от испаренных атомов вольфрама обратно к нити. Эти газы также проводят меньше тепла, чем аргон.Из этих два газа, лучше ксенон, но дороже. Любой из этих газов будет значительно увеличить срок службы лампы или улучшить ее по эффективности, или и то, и другое. Часто стоимость этих газов делает его неэкономичным. использовать их.

Как перегорают лампочки

Из-за высокой температуры, при которой эксплуатируется вольфрамовая нить, часть вольфрама испаряется во время использования. Кроме того, поскольку нет света колба идеальна, нить не испаряется равномерно. Некоторые пятна будут испаряются сильнее и становятся тоньше, чем остальная нить.
Эти тонкие пятна вызывают проблемы. Их электрическое сопротивление больше чем у средних частей нити. Поскольку ток равен во всех частях нити накала выделяется больше тепла там, где нить тоньше. Тонкие детали также имеют меньшую площадь поверхности для излучения тепла. прочь с. Этот "двойной удар" заставляет тонкие пятна иметь более высокий температура. Теперь, когда тонкие пятна стали горячее, они испаряются сильнее. быстро.
Становится очевидным, что как только часть нити становится значительно тоньше, чем остальная часть, эта ситуация усугубляется на увеличивающейся скорости, пока тонкая часть нити не расплавится или становится слабым и ломается.

Почему часто перегорают лампочки при включении

Многие люди задаются вопросом, что происходит, когда вы включаете свет. Это часто обидно, что слабая стареющая лампочка не перегорит до следующего раз ты его включишь.
Ответ здесь с этими тонкими пятнами на нити накала. Поскольку у них есть меньше массы, чем у менее испаренных частей нити, они нагреваются еще быстрее. Частично проблема заключается в том, что вольфрам, как и большинство металлов, имеет меньшее сопротивление в холодном состоянии и большее сопротивление в холодном состоянии. горячий.Это объясняет скачок тока, который тянут лампочки, когда они впервые включил.
Когда тонкие пятна достигнут температуры, пробегая, более толстые и тяжелые части нити еще не достигли их конечная температура. Это означает, что сопротивление нити по-прежнему немного слабый и чрезмерный ток все еще течет. Это вызывает более тонкий части нити накаливания, чтобы она стала еще горячее, в то время как остальная часть нити накала все еще разогревается.
Это означает, что тонкие точки, которые в любом случае становятся слишком горячими, становятся еще горячее. когда более толстые части нити еще не полностью прогрелись.Вот почему слабые стареющие лампочки не выдерживают включения.

Почему выгорание иногда бывает таким впечатляющим

При обрыве нити иногда образуется дуга. Поскольку нынешний протекающий через дугу также протекает через нить накала в это время, на двух частях нити накала есть градиент напряжения. Этот градиент напряжения часто заставляет эту дугу расширяться, пока она не пройдет через целая нить.
Теперь рассмотрим немного неприятную характеристику большинства электрических дуг.Если вы увеличиваете ток, проходящий через дугу, она нагревается, что делает он более проводящий. Очевидно, это может сделать ситуацию немного нестабильной, поскольку более проводящая дуга потребляет еще больший ток. Дуга легко становится достаточно проводящим, чтобы потреблять несколько сотен ампер тока. В этот момент дуга часто плавит те части нити, которые заканчиваются. дуги горят, и дуга светится очень яркой голубой вспышкой. Большинство бытовых лампочек имеют встроенный предохранитель, состоящий из тонкой область в одном из внутренних проводов.Чрезвычайный ток, потребляемый перегорающая дуга часто перегорает этот встроенный предохранитель. Если бы не этот предохранитель, люди часто перегорают предохранители или срабатывают автоматические выключатели из-за света лампочки перегорают.
Хотя внутренний предохранитель лампочки обычно защищает дом предохранители и автоматические выключатели, он может не защитить более деликатные электроника, часто встречающаяся в диммерах и электронных переключающих устройствах от скачков тока, вызванных «дугами перегорания».

Насколько сильно тянутся электрические лампочки при включении

Хорошо известно, что нить накаливания холодной лампочки меньше сопротивление, чем горячее.Следовательно, лампочка потребляет чрезмерный ток. пока нить не нагреется.
Так как нить накала может потреблять в десять раз больше тока, чем обычно когда холодно, некоторых людей беспокоит излишняя энергия расход от включения лампочек.
Степень этого явления стала предметом городского фольклора. Тем не менее нить очень быстро нагревается. Количество энергии, затрачиваемой на разогревание простуды. нити накала меньше, чем она потребляла бы за одну секунду нормальной работы.

Увеличение срока службы ламп

Долговечные лампы

Многие лампочки предназначены для работы с немного более низкой нитью накала. температура, чем обычно. Это продлевает срок службы ламп с небольшим снижение КПД.

Пониженная мощность

Уменьшение напряжения, подаваемого на лампочку, уменьшит нить накала. температура, что приводит к резкому увеличению продолжительности жизни.
Для этого было продано одно устройство - обычный кремниевый диод, встроенный в колпачок. это сделано, чтобы приклеиться к основанию лампочки.Диод пропускает ток только в одном направлении, в результате чего лампа получает мощность только 50 процентов времени, если он работает от переменного тока. Это эффективно снижает приложенное напряжение примерно на 30 процентов. (Уменьшение напряжения до исходного значение, умноженное на квадратный корень из 0,5, дает такое же энергопотребление при подаче полного напряжения в половину времени.) Ожидаемый срок службы увеличивается очень драматично. Однако потребление энергии снижается примерно на 40 процентов (не 50, так как более холодная нить имеет меньшее сопротивление) и свет производительность снижается примерно на 70 процентов (более холодные волокна меньше эффективен при излучении видимого света).

Устройства плавного пуска

Поскольку лампочки обычно перегорают во время скачка тока, который возникает, когда они включены, можно было бы ожидать, что устранение всплеска спасет лампочки.
На самом деле такие устройства есть. Как и диодные, они доступны в форме, которая встроена в колпачки, которые можно наклеить на кончик цоколя лампочки. Эти устройства имеют «отрицательную температуру». "термисторы с коэффициентом" ", которые представляют собой резисторы с сопротивлением, равным уменьшаются при нагревании.
При первом запуске лампы термистор холодный и имеет умеренное высокое сопротивление, ограничивающее ток, протекающий через лампочку. Электрический ток протекая через сопротивление термистора, вырабатывается тепло, и сопротивление термистора уменьшается. Это позволяет току увеличиваться до довольно постепенно, и нить нагревается равномерно.
Однако это продлевает срок службы ламп меньше, чем можно было бы подумать. Если на нити есть тонкие пятна, которые не выдерживают скачка тока, возникает при включении лампочки, значит, нить накала уже очень плохая форма.В это время тонкие пятна значительно горячее, чем более толстые части нити и довольно быстро испаряются. В виде описанный ранее, этот процесс ускоряется. Если тонкие пятна защищенная от скачков напряжения, срок службы лампы будет увеличен только на несколько процентов.
Дополнительное продление срока службы происходит только потому, что термистор держит достаточно сопротивление, чтобы привести к достаточному количеству тепла, чтобы сохранить его достаточно проводящим. Этот сопротивление немного снижает мощность лампы, несколько продлевая срок ее службы и сделав его немного тусклее.

Работа постоянного и переменного тока

Поскольку атомы вольфрама испаряются из нити, очень небольшой процент из них ионизируются небольшим количеством коротковолнового ультрафиолетового света. излучение нитью накала, электрическое поле вокруг нити или свободными электронами, которые покидают нить за счет термоэлектронной эмиссии. Эти ионы вольфрама заряжены положительно и, как правило, оставляют положительный конец нити накала и притягиваются к отрицательному концу нити. В результате лампочки, работающие от постоянного тока, имеют этот специфический механизм. это может вызвать неравномерное испарение нити.
Этот механизм обычно не имеет значения, хотя о нем сообщалось что у лампочек иногда есть небольшое измеримое сокращение срока службы от работы постоянного тока в противоположность работе от переменного тока.
В некоторых случаях работа от сети переменного тока может сократить срок службы лампы, но это редко. В редких случаях переменный ток может вызвать достаточно сильную вибрацию нити, чтобы значительно сократить срок его службы. В некоторых других редких случаях, связанных с очень тонкие нити, температура нити значительно варьируется на всем протяжении каждый цикл переменного тока, а пиковая температура нити значительно выше чем средняя температура нити накала.
Обычно ожидаемый срок службы лампочки составляет примерно одинаковы для постоянного и переменного тока.

Почему за продление срока службы лампочек часто не окупается

Возможно, вы слышали, что срок службы лампочки составляет примерно обратно пропорционально 12-й или 13-й степени приложенного напряжения. И эта потребляемая мощность примерно пропорциональна напряжению на От 1,4 до 1,55 мощности, и этот световой поток примерно пропорционален мощности От 3,1 до 3,4 мощности подаваемого напряжения. Это сделало бы светящийся КПД примерно пропорционален приложенному напряжению до 1.55 в 2-й степени приложенного напряжения.
Теперь, если небольшое снижение приложенного напряжения приводит к небольшому умеренная потеря эффективности и значительное увеличение срока службы, как это могло стоить вам дороже?
Ответ в том, что электричество, потребляемое обычным бытовая лампочка за время эксплуатации обычно стоит во много раз дороже, чем лампочка делает. Лампочки настолько дешевы по сравнению с потребляемой ими электроэнергией в течение их жизни, чтобы сделать их более эффективными, нити становятся достаточно горячими, чтобы сгореть всего за несколько сотен до около тысячи часов или около того.

Вот пример с реальными цифрами (в долларах США в 1996 г.):
Предположим, у вас есть 10 "стандартных" лампочек на 100 Вт и 120 В с номинальным сроком службы. 750 часов. Такие лампы обычно стоят около 75 центов в США. электричество, используемое всеми десятью лампочками, составляет 1 киловатт, что обычно стоит около 9 центов в час (примерно в среднем по США).
Свыше 750 часов, это будет стоить (в среднем) 67,50 долларов за электричество. плюс 7,50 долларов за 10 лампочек или 75 долларов.

Теперь предположим, что вы используете эти лампочки с напряжением 110 вольт вместо 120.
Эти лампы потребляют около 87,8 Вт вместо 100. Однако они будет производить только 76 процентов своей нормальной светоотдачи (и это слегка оптимистичная цифра). Чтобы восстановить исходную светоотдачу, вам потребуется 13 таких лампочек. (И это будет немного короче.) Использование 13 лампочек которые потребляют 87,8 Вт на штуку, приводят к потребляемой мощности 1141 Вт. Более 750 часов по цене 9 центов за киловатт-час, это будет стоить 77 долларов. Это больше чем стоимость работы 10 лампочек при полном напряжении в 75 долларов, даже если лампочки никогда не перегорят при 110 вольт.
При 110 вольт вместо 120 срок службы ламп может быть меньше. утроился. Треть от 13 умноженных на 75 центов составляет примерно 3,25 доллара, что добавляет к 77 долларам. затраты на электроэнергию, в результате чего средняя общая стоимость составит 80,25 долларов за 750 часы.
Этот пример должен объяснить, почему вы часто получаете больше света с наименьшими затратами. деньги, используя стандартные лампочки, а не более долговечные.

Как минимизировать затраты на освещение

Лампы с более высокой мощностью обычно более эффективны, чем лампы с меньшей мощностью.Одна из причин этого заключается в том, что более толстые нити могут работать при более высокая температура, которая лучше для излучения видимого света.
Другая причина заключается в том, что, поскольку лампы с более высокой мощностью заставят вас использовать меньше лампочек, вы покупаете меньше лампочек и стоимость лампочек становится меньше важный. Для оптимизации затрат в случае более высокой мощности лампочки, нити накаливания рассчитаны на еще более высокую температуру, чтобы улучшить энергию эффективность для снижения затрат на электроэнергию.
Лампы меньшего размера потребляют меньше электроэнергии на штуку, что увеличивает стоимость лампочки. важный.Вот почему лампы с меньшей мощностью часто рассчитаны на 1500 часов. до нескольких тысяч часов вместо 750 - 1000 часов. Дизайн лампочек более длительный срок службы снижает их светоотдачу и энергоэффективность.

Чтобы свести к минимуму затраты на электричество и лампочки, вы должны использовать как можно меньше по возможности, используя лампы большей мощности. Чтобы получить такое же количество свет с лампами меньшей мощности, вам нужно больше электричества и больше луковицы.

Еще лучший способ сократить расходы на освещение - использовать люминесцентные лампы, компактные люминесцентные или HID (ртутные, металлогалогенные или натриевые) лампы, так как они в 3-5 раз эффективнее ламп накаливания.

Галогенные лампы

Галогенный цикл, Что такое галогенные лампы?

Галогенная лампа - это обычная лампа накаливания с некоторыми модификациями. Наполняющий газ содержит следы галогена, часто, но не обязательно, йода. Назначение этого галогена - возвращать испаренный вольфрам в нить накала.
Поскольку вольфрам испаряется из нити накала, он обычно конденсируется на внутренней поверхность колбы. Галоген химически активен и соединяется с это осаждение вольфрама на стекле с образованием галогенидов вольфрама, которые довольно легко испаряются.Когда галогенид вольфрама достигает нити накала, сильный нагрев нити вызывает разрушение галогенида, высвобождая вольфрам обратно в нить накала.
Этот процесс, известный как цикл галогена, продлевает срок службы нити накала. в некотором роде. Проблемы с неравномерным испарением нити и неравномерным отложением вольфрам на нити за счет галогенного цикла, что ограничивает способность галогенного цикла продлевать срок службы лампы. Тем не менее галогенный цикл сохраняет внутреннюю поверхность лампы чистой.Это позволяет галогенам лампы остаются близкими к полной яркости с возрастом.
Для работы галогенного цикла поверхность лампы должна быть очень горячей, обычно выше 250 градусов по Цельсию (482 градуса по Фаренгейту). Галоген может не испаряются должным образом или не реагируют должным образом с конденсированным вольфрамом если лампочка слишком холодная. Это значит, что лампочка должна быть маленькой и сделанной кварца или известного высокопрочного жаростойкого стекла как «твердое стекло».
Поскольку колба маленькая и обычно довольно прочная, ее можно заполнять с газом до более высокого давления, чем обычно.Это замедляет испарение нити. К тому же небольшой размер колбы иногда делает ее экономично использовать заправочные газы премиум-класса, такие как криптон или ксенон, вместо более дешевый аргон. Более высокое давление и лучшие заполняющие газы могут увеличить срок службы лампы и / или допускать более высокую температуру нити накала, что приводит к в более высокой эффективности. Любое использование заправочных газов премиум-класса также снижает нагрев проводится от нити накала заполняющим газом, что означает, что больше энергии уходит нить накала из-за излучения, что означает небольшое повышение эффективности.

Срок службы и эффективность галогенных ламп

Галогенная лампа часто на 10-20 процентов эффективнее обычной лампа накаливания с таким же напряжением, мощностью и продолжительностью жизни. Галоген лампы также могут иметь в два-три раза больший срок службы, чем обычные лампы, иногда также с повышением эффективности до 10 процентов. Сколько срок службы и эффективность улучшаются во многом зависит от того, используется наполняющий газ (обычно криптон, иногда ксенон) или аргон.

Режимы отказа галогенной лампы

Галогенные лампы обычно выходят из строя так же, как и обычные лампы накаливания. это происходит, как правило, из-за плавления или разрыва тонкого пятна стареющей нити.
На нитях галогенных ламп могут образовываться тонкие пятна, так как нити могут испаряться неравномерно, и цикл галогена не повторяется испаренный вольфрам безупречно, равномерно и не всегда в частях нить накала, испарившаяся больше всего.
Однако есть и дополнительные виды отказов.
Один из видов отказа - зазубрины или сужения нити накала. С конца нить накала немного крутая там, где нить прикреплена к выводу проводов, галоген атакует нить накала в этих точках. Тонкие пятна становятся более горячими, что останавливает эрозию в этих точках. Однако части нити накаливания даже ближе к конечным точкам остаются холодными и продолжают страдать эрозия. Это не так уж и плохо при непрерывной работе, так как тонкий пятна не перегреваются. Если этот процесс будет продолжаться достаточно долго, тонкий пятна могут стать достаточно слабыми, чтобы порваться под тяжестью нити.
Одна из основных проблем с "загнутыми" концами нити накала заключается в том, что они нагреваются быстрее, чем остальная часть нити, когда колба включенный. «Шеи» могут перегреться и оплавиться или сломаться во время тока. всплеск, возникающий при включении лампочки. Использование устройства «плавного пуска» предотвращает перегрев «шейки», улучшая выживаемость лампочки "сужение". Устройства плавного пуска не сильно продлят срок службы галогенов. лампы, которые выходят из строя из-за более обычных "тонких пятен" нити накала, которые чрезмерно бегут горячий.
Некоторые галогенные лампы обычно могут перегореть из-за перегиба концов нити накала, а некоторые другие обычно могут выгорать из-за тонких горячих точек, образующихся на нити из-за к неравномерному испарению / восстановлению филамента. Поэтому некоторые модели могут иметь значительно увеличен срок службы от «мягкого пуска», а некоторые другие модели могут нет.
Обычно не рекомендуется прикасаться к галогенным лампам, особенно компактные, более горячие кварцевые. Органические вещества и соли не подходят для горячего кварца. Органические вещества, например жир, могут обугливаться, оставляя темный пятно, которое поглощает излучение нити накала и становится слишком горячим.Соли и щелочные материалы (например, зола) иногда могут «выщелачиваться» в горячие кварц, который обычно ослабляет кварц, так как щелочь и щелочь Ионы земельных металлов малоподвижны в горячих стеклах и горячем кварце. Загрязняющие вещества также могут вызвать кристаллизацию горячего кварца, ослабляя его. Любой из эти механизмы могут вызвать трещину или даже резкое разрушение лампы. Если прикоснулись к кварцевой галогенной лампе, ее следует очистить спиртом, чтобы удалите все следы смазки. Следы соли также будут удалены, если в спирте содержится немного воды.
Так как более горячие кварцевые галогенные лампы могут сильно при разрушении, их следует эксплуатировать только в подходящих полностью закрытых приспособлениях.

Использование галогенных ламп с диммерами

Затемнение галогенной лампы, как и любой другой лампы накаливания, значительно замедляет образование тонких пятен на нити из-за неровностей испарение филамента. Однако «сужение» или «надрез» на концах нить накала остается проблемой. Если вы приглушаете галогенные лампы, вам может понадобиться устройства «плавного пуска» для значительного увеличения срока службы лампы.
Еще одна проблема с затемнением галогенных ламп заключается в том, что галогенные лампы цикл лучше всего работает с лампой и нитью накала на определенном оптимальном уровне или около него температуры. Если лампа потускнела, галоген может не «очистить» внутренняя поверхность колбы. Или галогенид вольфрама, который может не верните вольфрам в нить накала. Галогенные лампы иногда известно, что при сильном затемнении делает странные и пугающие вещи.
Галогенные лампы должны нормально работать при напряжении до 90 процентов от номинального. для чего они были созданы.Если лампа находится в корпусе, сохраняющем тепла и устройства «плавного пуска», вероятно, будет хорошо работать даже на более низкие напряжения, такие как 80 процентов или, возможно, 70 процентов от номинального Напряжение. Однако не стоит ожидать значительного продления жизни, если только используется мягкий пуск. Даже при плавном пуске не ожидайте большего чем удвоить или, возможно, утроить срок службы любой уже рассчитанной галогенной лампы на 2000 часов и более. Даже при мягком пуске жизнь этих лампы, вероятно, не будут продолжать улучшаться, когда напряжение снизится до менее 90 процентов номинального напряжения лампы.

Диммеры можно использовать в качестве устройств плавного пуска, чтобы продлить срок службы любого особые галогенные лампы, которые обычно выходят из строя из-за сужения концов нить. Лампу можно прогреть за пару секунд. секунд, чтобы избежать перегрева "суженных" частей нити из-за скачок тока, возникающий при приложении полного напряжения к холодной нити накала. После того, как лампа выживает после запуска, она работает на полную мощность или независимо от уровня мощности, оптимизирующего цикл галогена (обычно почти на полную мощность).
Диммер может одновременно «плавно запускать» лампу и управлять ею при небольшой мощности. пониженная мощность, комбинация, которая часто увеличивает срок службы галогенных ламп.Многие диммеры вызывают некоторое снижение мощности лампы, даже если они установлены. на максимум.
(Предложение того, кто заводит дорогие медицинские лампы включает диммер и сообщает об успехе в продлении срока службы дорогих специальные лампы от этого.)

Ультрафиолет от галогенных ламп

Есть некоторые общие опасения по поводу ультрафиолетового излучения галогена. лампочки, так как они работают при высоких температурах нити накала, а лампы из кварца вместо стекла.Однако температура нити накала галогенные лампы, рассчитанные на срок службы 2000 часов или более, лишь немного лучше чем у стандартных ламп накаливания, а выход УФ только чуть выше. Галогенные светильники обычно имеют стеклянный или пластиковый экран. чтобы ограничить любые возможные взрывы лампы, и эти экраны поглощают небольшие следы коротковолнового и средневолнового УФ-излучения, проникающего через кварцевую лампу.

Фотографические и проекционные лампы с более высокой температурой отличаются. В гораздо более высокая температура нити накаливания ламп с более коротким сроком службы может привести к значительное опасное УФ-излучение.Для максимальной безопасности используйте эти лампы в светильниках. или оборудование, предназначенное для приема этих лампочек, и в соответствии с инструкции по приспособлению или оборудованию.

Для тех, кто хочет принять особые меры против ультрафиолета, прозрачная пленка, блокирующая ультрафиолет. фильтрующий гель, такой как GAM no. 1510 или Rosco «УФ-фильтр» (03114) может быть практическое решение. Этот фильтрующий гель выдерживает умеренно близкое к галогеновому использованию. лампы и выдерживает нагрев до, может быть, от 100 до 150 по Цельсию или около того. Этот фильтр-гель может быть размещен сразу за стеклянным экраном большинства светильников, хотя трубчатый экран во многих популярных 300-ваттных фонариках слишком горячий для фильтрующего геля.
GAM 1510 и Rosco «УФ-фильтр» можно приобрести в кинотеатрах. магазины.

По сценарию Дона Клипштейна (Младший).

Вернуться на главную страницу Дона по освещению.

Вернуться на главную страницу Дона

Цепи плавного пуска

Цепи плавного пуска

Elliott Sound Products Цепи плавного пуска для высоких пусковых нагрузок

© 2017, Род Эллиотт (ESP)

Вершина
Указатель статей
Основной указатель

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Для описанных здесь схем и методов требуется опыт работы с электросетью.Не пытайтесь строить, если у вас нет опыта и способный. Неправильная проводка может привести к смерти или серьезной травме.

Содержание
Введение

печатных плат доступны для проекта с плавным запуском. Пожалуйста, см. Проект 39 для деталей. Это была одна из первых публикаций в сети (в 1999 г.), и многие люди во всем мире скопировали исходный текст со страницы проекта, чтобы описать свою версию и объяснить, зачем она нужна.Обратите внимание, что здесь дублируются некоторые материалы из статьи проекта, в основном потому, что они подходят для обеих статей. Эта статья является продолжением публикации Inrush Current Mitigation, и хотя в этих двух статьях есть некоторые общие сведения, в каждой из них также рассматривается множество различных подходов.

Не только трансформаторы имеют высокий пусковой ток. Двигатели также страдают, как и лампы накаливания высокой мощности (хотя они не так распространены, как раньше). Цепи плавного пуска обычно используются с большими двигателями, но большинство людей никогда не увидят эту систему.Я работал над огромными чугунными резисторами , которые использовались для «плавного пуска» больших двигателей, используемых на насосных станциях, но это не та область применения, которой я собираюсь заниматься здесь (мало кто когда-либо увидит большой ( 350кВт и более) стартер двигателя).

Вместо этого в данной статье рассматривается плавный пуск трансформаторов или электронных нагрузок, рассчитанных на мощность до 1 кВА или около того. Они могут создать хаос в домашней системе, если их не приручить должным образом, поэтому мягкий пуск рекомендуется для любого источника питания мощностью более 300 ВА.Обратите внимание, что я использовал термин «ВА», а не «ватт», потому что большинство нагрузок, с которыми столкнутся любители, имеют низкий коэффициент мощности, и все трансформаторы рассчитаны на ВА (вольт / амперы), а не на , а не на Вт. Если вам непонятен коэффициент мощности, см. Статью о коэффициенте мощности.

Оптимальное время задержки для всех схем, показанных при использовании с трансформаторами, составляет около 100–150 мс - этого достаточно для примерно 5–7 полных циклов при 50 Гц или 6–9 циклов при 60 Гц. Обычно допустима задержка до 200 мс, но не рекомендуется, чтобы резисторы плавного пуска оставались в цепи более 500 мс.Вполне нормально запускать трансформатор примерно на 200-500% тока полной нагрузки при запуске, а приведенные формулы основаны на номинальном броске тока 200%. Конечно, можно ограничить его и дальше, но блок резисторов должен рассеивать большую мощность. Без плавного пуска пусковой ток может быть настолько высоким, что его можно будет ограничить только сопротивлением проводки - более 50 А вовсе не редкость для трансформаторов среднего размера 230 В или других высоких пусковых нагрузок.

Стоит отметить, что существует множество опубликованных схем плавного пуска, причем немало из Китая (и других стран) используют бестрансформаторные источники питания в автономном режиме.Их можно заставить работать хорошо, но у большинства из них есть серьезные ограничения, которые не сразу очевидны. Прежде всего, это то, что при отключении питания часто нечему разрядить крышку накопителя. Кратковременное прерывание подачи питания от сети (или даже одно продолжающееся на минуту или более) может оставить цепь готовой к немедленному включению реле при восстановлении питания.

Это означает, что после кратковременного прерывания не происходит плавного пуска ! Конструкция печатной платы версии P39, в частности, была разработана для обеспечения очень быстрого сброса таймера (менее 150 мс), и это необходимо для обеспечения плавного пуска при каждом включении оборудования, даже если относительно быстрое включение-выключение-включение (это может происходить не все время, но будет происходить время от времени).В то время как трансформатор понесет наказание, предохранитель - нет, что может привести к «неприятным» сбоям предохранителей или даже к выходу из строя мостовых выпрямителей.

Конечно, можно включить дополнительные схемы, необходимые для полного автономного бестрансформаторного плавного пуска, но это не так просто, как схемы, показанные в сети. Создать простую схему задержки очень легко, но требуется больше усилий, чтобы гарантировать, что она будет иметь постоянную задержку и будет своевременно сбрасываться. Большинство из тех, что я видел, вообще не имеют возможности сброса.Тот, который доступен из Китая, имеет такую ​​долгую задержку, что это определенно опасно. У некоторых также есть монтажные отверстия с недостаточным зазором между сетью и крепежными винтами, что может привести к летальному исходу, если не используются нейлоновые крепления.

Многие альтернативы (где-то еще) полагаются на медленный рост напряжения на конденсаторе основного фильтра для непосредственного включения реле. Это едва ли удовлетворительное решение (IMO), потому что контакты реле замыкаются медленнее, чем обычно, из-за медленного нарастания напряжения.Реле следует переключать быстро, чтобы обеспечить надлежащее замыкание контактов при каждом срабатывании цепи. Требование «мгновенного» действия для срабатывания реле и необходимость быстрого сброса противоречат друг другу, если не используется более сложная схема.

По своей природе реле имеют тенденцию к «мгновенному» срабатыванию по умолчанию из-за свойств магнитной цепи. Однако это не меняет того факта, что надлежащее контактное давление и положительное очищающее действие контактных поверхностей могут быть затронуты, если время нарастания напряжения будет слишком медленным.Медленно падающее напряжение катушки заставляет контакты размыкаться с меньшей «силой» и может усугубить эрозию контактов.

Время сброса должно быть близким к мгновенному, но время до 0,5 секунды, вероятно, будет приемлемым при нормальном использовании. Приходиться ждать несколько секунд или минут, прежде чем оборудование можно будет снова включить при правильной работе схемы плавного пуска, просто недопустимо. Это ошибка, которая встречается даже в коммерческих продуктах, поэтому кратковременное отключение питания может привести к перегоранию предохранителя.Это большая неприятность, но недопустимо, если предохранитель внутренний и для его замены требуется разобрать блок.

Все измерения тока проводились с использованием мониторов тока Project 139A и / или Project 139, которые гарантируют отсутствие необходимости в прямом подключении к сети. Переключение при переходе через нуль и пиковой форме волны переменного тока было выполнено с помощью специального испытательного устройства, которое я разработал и построил специально для оценки пускового тока на различных устройствах.


1 - Обзор

Когда включается большой усилитель мощности или какое-либо другое устройство с большим трансформатором или большим конденсатором фильтра (или и тем, и другим), начальный ток, потребляемый из сети, может во много раз превышать потребляемый даже при полной мощности.Для этого есть две основные причины, а именно:

  1. Трансформаторы и двигатели будут потреблять очень сильный ток при включении, пока магнитный поток не стабилизируется.
    • Эффект наихудший, когда мощность подается, когда напряжение переменного тока проходит через ноль, и сводится к минимуму, если мощность подается на пике формы волны переменного тока. Это именно та противоположно тому, что вы могли ожидать.
  2. При включении конденсаторы фильтра полностью разряжены и действуют как короткое замыкание в течение короткого (но, возможно, разрушительного) периода.

Эти явления хорошо известны производителям усилителей очень большой мощности, используемых в PA, а также тем, кто создает промышленную продукцию, но схемы «плавного пуска» обычно не используются в потребительском оборудовании.Любой, у кого есть большой усилитель мощности, особенно тот, в котором используется тороидальный трансформатор, заметит кратковременное затемнение света при включении усилителя. Потребляемый ток настолько велик, что это влияет на другое оборудование.

Этот высокий пусковой ток (как он известен) вызывает нагрузку на многие компоненты вашего усилителя, особенно ...

  • Предохранители - они должны быть с задержкой срабатывания, в противном случае неправильное срабатывание предохранителя будет обычным
  • Трансформатор - сильный ток механически и электрически нагружает обмотки.Нередко можно услышать уменьшение механического шума, когда шасси и трансформатор реагируют на магнитное напряжение
  • Мостовой выпрямитель - он должен выдерживать начальный ток, превышающий нормальный, потому что он вынужден заряжать пустые конденсаторы фильтра - они выглядят как короткое замыкание до тех пор, пока приличное напряжение достигнуто
  • Конденсаторы - пусковой ток во много раз превышает номинальный ток пульсаций конденсаторов и вызывает нагрузку на внутренние электрические соединения.

Неудивительно, что значительное количество отказов усилителя (особенно отказов, связанных с блоком питания) происходит при включении питания (если оператор не делает глупостей).Это точно такая же проблема, из-за которой ваши (лампы накаливания) дома «перегорают», когда вы включаете выключатель света. Вы редко видите, как лампочка выходит из строя, когда вы спокойно сидите и читаете, это почти всегда происходит в момент подачи питания. То же самое и с усилителями мощности.

ПРИМЕЧАНИЕ: Не пытайтесь использовать эти схемы, если вы не желаете экспериментировать - реле должно работать на 100%. надежность, ваша сетевая проводка должна соответствовать отличным стандартам, и могут потребоваться некоторые металлоконструкции.Нет ничего тривиального в любой схеме, показанной здесь (или любой другой схеме, разработанной для с той же целью), несмотря на кажущуюся простоту.

Представленные здесь схемы предназначены для ограничения пускового тока до безопасного значения, которое обычно должно составлять максимум около 200% от полной нагрузочной способности силового трансформатора. Имейте в виду, что с этими конструкциями (как и со всеми такими схемами) связаны важные проблемы безопасности - пренебрегайте ими на свой страх и риск. В некоторых случаях может быть приемлемо до 500% полной мощности, и решение о том, какое значение использовать, остается за вами.Производитель трансформатора может дать некоторые конкретные рекомендации, и если да, то им следует следовать.

Информация здесь предназначена в первую очередь для трансформаторов, но, безусловно, существуют и другие приложения. Определение пригодности любой схемы для любого приложения полностью зависит от читателя, и я не могу (и не буду) давать конкретные рекомендации для любого другого использования, которое вы имеете в виду. Если возможно, убедитесь, что элемент, который вы хотите плавно запустить, будет нормально работать, если он включен с медленным нарастанием напряжения от Variac.Хотя большинство усилителей и источников питания будут вести себя нормально, некоторые из них могут не работать. Они не могут использовать схему плавного пуска!

Стоит упомянуть, что мы обычно называем источники питания, использующие сетевой трансформатор с нормальной частотой 50/60 Гц, «линейными», но на самом деле это совсем не так. Слово «линейный» подразумевает, что нагрузка, подаваемая в сеть, также является линейной (резистивные нагрузки действительно линейны), но источник питания на основе трансформатора не делает этого. Форма волны, показанная на Рисунке 9 (ближе к концу этой страницы), показывает фактическую форму волны сетевого тока для последних двух циклов, и очевидно, что это что-то , но не , линейное в истинном значении этого слова.Это не имеет значения для цели данной статьи, но важно понимать, что термины, используемые в электронике, могут принимать «новые» значения при обычном употреблении. Это одна из них, и она может (и приводит) привести к путанице, если вы не знаете об истинной природе схемы выпрямителя и фильтра на основе трансформатора и ее влиянии на входной ток трансформатора.


2 - резисторы

Наиболее очевидным и доступным выбором устройства ограничения тока является резистор.Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы резистор мог выдерживать очень высокий ток (и мгновенное рассеивание), возникающее при включении большого трансформатора. Есть несколько вариантов, и я предпочитаю использовать три резистора по 5 Вт параллельно. Ниже приведен полный пример расчета, показанный ниже, но вы можете проигнорировать это и выбрать использование 3 резистора по 150 Ом 5 ​​Вт параллельно (230 В) или 3 резистора по 33 Ом 5 ​​Вт параллельно для 120 В.

Нет ничего даже отдаленно научного в том, чтобы сделать простой выбор, но эти значения проверены в приведенных ниже примерах расчетов и использовались бесчисленными любителями в схемах плавного пуска P39.Важно то, что резисторы выдерживают ток. Хотя это кратко, это также довольно сложно для внутренних компонентов резистора. Один резистор 5 Вт определенно не справится (у меня был один разделенный пополам во время раннего тестирования), и хотя мощная деталь мощностью 50 или 100 Вт, вероятно, выживет, они довольно дороги по сравнению с обычными керамическими резисторами на 5 Вт, которые я предлагаю.

Некоторые резисторы специально разработаны для высокого импульсного тока, который может встречаться в импульсных источниках питания или (неожиданно) в схемах плавного пуска.Они могут иметь допустимый импульсный ток, так что мгновенная рассеиваемая мощность может быть более чем в 1000 раз больше значения в установившемся режиме. Резистор на 5 Вт может выдержать мощность более 500 Вт в течение, возможно, 10 мс, но вам нужно обращаться к таблицам данных - не всегда легко следить за данными, как они показаны. Пример показан ниже - он не для чего-то конкретного, а основан на на графике из таблицы (но упрощенно).


Рисунок 1 - Рассеивание на импульсном резисторе 5 Вт против Время

Выше приведен пример, показывающий допустимую мощность импульса в зависимости отвремя для резистора 10 Ом и 100 Ом 5 ​​Вт. Как и ожидалось, более низкие значения могут выдерживать большую пиковую мощность, потому что провод толще. Нас в первую очередь интересует рейтинг 10 мс, поскольку он достаточно близок к длительности максимального пускового тока первого цикла трансформатора. Согласно диаграмме, допустима мощность до 300 Вт, но диаграмма предполагает повторяющиеся импульсы, поэтому мы можем пойти несколько выше. Я бы не рекомендовал, чтобы импульсная мощность в наихудшем случае превышала номинал резистора в 100 раз.Для резистора 5 Вт это означает, что практический предел составляет 500 Вт.

Допустимая мощность в значительной степени определяется пределом плавления резистивного провода и его тепловой инерцией. Толстая проволока имеет большую массу и, следовательно, большую тепловую инерцию, но первая и герметизация также в некоторой степени добавляют к общей тепловой инерции. Поскольку они, как правило, керамические, они в первую очередь изоляторы, поэтому они не добавляют столько тепловой инерции, сколько хотелось бы. Предел сопротивления плавкого предохранителя зависит от используемого материала.Он редко указывается, но сплав нихрома (никель / хром) популярен, поскольку он имеет довольно низкий термический коэффициент сопротивления и может выдерживать очень высокие температуры (до ~ 1100 ° C).

Резисторы с проволочной обмоткой - это только типа , которые обычно могут выдерживать очень высокую импульсную мощность, необходимую для схемы плавного пуска. Большинство других резисторов просто испаряются при первом использовании. Хотя график показывает, что более низкие значения более надежны, очень много плат P39 было построено с использованием резисторов 3 × 150 Ом, включенных параллельно (или 3 × 33 Ом для 120 В), и после многих лет эксплуатации не было зарегистрировано ни одного отказа.Вы можете использовать последовательно 3 × 15 Ом, если это улучшит ваше самочувствие, но в реальном выражении разница минимальна.

Также важно убедиться, что дорожки на печатной плате достаточно тяжелые, чтобы они могли выдерживать ток без предохранения. Это, конечно, одно из преимуществ использования схемы плавного пуска, потому что схема сдерживает очень высокий пусковой ток и позволяет избежать чрезвычайно высокого пикового тока. Это облегчает жизнь переключателю питания и всему остальному в цепях питания.Вместо пикового тока 20–50 А в худшем случае его можно ограничить до менее 5 А.


3 - Термисторы

"Разве я не должен использовать термисторы, а не резисторы?" Это частый вопрос, и, хотя есть много предостережений, они, как правило, работают хорошо. К сожалению, новичку (и не новичку) может быть очень сложно определить правильную стоимость и размер, а производители часто не очень помогают. Формат спецификации одного производителя редко совпадает с форматом другого, и прямое сравнение может быть затруднено.Некоторые указывают максимальный ток, другие - рейтинг в Джоулях, а некоторые не включают почти ничего, кроме номинального сопротивления при 25 ° C и размеров, что вряд ли полезно.

Многим нравится идея использования термисторов с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) для ограничения бросков тока, причем обычно утверждают, что не требуется дополнительных схем. Одним словом, для любого продукта, который не всегда потребляет постоянную высокую мощность, не . Спорный? Не совсем - то, что они используются рядом крупных производителей, не всегда означает, что с ними все будет в порядке.Если они используются в коммутируемой системе, как описано здесь, они безопасны и надежны, но я лично видел ( да, собственными глазами ) термисторы NTC сильно взрываются в случае неисправности. Резисторы также могут выйти из строя, но отказ (обычно) сдерживается - конечно, есть исключения. Как правило, термисторы NTC рассчитаны на очень высокий пиковый ток, но, как отмечалось ранее, вы увидите много разных способов описания одного и того же, практически без общего между производителями. Чтобы быть действительно полезным, термисторы должны быть обойдены после того, как событие броска тока закончилось.

Если байпасное реле не срабатывает из-за того, что вы использовали источник питания усилителя для активации реле, и неисправность не позволяет напряжению достичь максимума, термистор станет с низким сопротивлением из-за протекания тока и предохранитель перегорит. Однако, если ток слишком велик из-за серьезной неисправности, термистор может взорваться до того, как появится шанс предохранителя. Я не уверен, почему некоторые люди настаивают на том, что термистор «лучше» резисторов - это не так, если он не выбран и не используется должным образом. В некоторых случаях может быть даже устойчивое решение с минус .Как указано ниже, номинал резистора (или термистора) около 50 Ом (230 В) или 25 Ом (120 В) является довольно хорошим общим компромиссом и отлично работает с трансформаторами до 500 ВА. Для силовых трансформаторов мощностью более 1 кВА необходимо уменьшить сопротивление.

Если используется термистор, его размер должен быть подходящим. Хотя некоторые небольшие термисторы могут показаться вполне удовлетворительными, они часто не справляются с максимальным пиковым током. Я предлагаю вам прочитать статью о схемах защиты от бросков тока для получения дополнительной информации.Термистор подходящего номинала может использоваться в любой версии этого проекта (включая блок на основе печатной платы, показанный на рисунке 2).

Ни при каких обстоятельствах я не буду предлагать термистор без байпасного реле для усилителей мощности, потому что их ток в режиме ожидания или малой мощности обычно недостаточен для нагрева термистора до достаточного нагрева, чтобы снизить сопротивление до разумного значения. Таким образом, вы получите модуляцию напряжения источника питания, при этом термистор будет постоянно термоциклировать. Обычно это приводит к сокращению срока службы термистора, потому что термоциклирование эквивалентно ускоренному режиму испытания на срок службы (это, по сути, один из тестов, который проводится в лаборатории производителя, чтобы узнать, как долго они прослужат в использовании).

Если имеется , достаточно постоянного тока (например, усилитель класса A), температура поверхности любого полностью работающего термистора обычно значительно превышает 100 ° C, поэтому я считаю обход обязательным для предотвращения избыточного нежелательного тепла. Байпасная схема также означает, что термистор готов к защите от пускового тока сразу после отключения питания, при условии, что оборудование было включено достаточно долго, чтобы термистор, конечно, остыл. Без байпаса вам, возможно, придется подождать 90 секунд или больше, прежде чем термистор остынет, если он работал при полной температуре.


Рисунок 2 - Фотография печатной платы плавного пуска P39 с использованием термисторов

Фотография выше служит двум целям. На нем показана готовая плата P39 и соответствующие термисторы, показывающие, как они крепятся к печатной плате, где требуется дополнительное отверстие для последовательного подключения термисторов - конструктор легко просверливает его. Есть два термистора на 10 Ом, соединенные последовательно, чтобы дать в общей сложности 20 Ом. Реле обходит термисторы примерно через 100 мс при подаче питания, и это снижает пусковой ток в наихудшем случае примерно до 10 А при входном напряжении 230 В.Общее сопротивление включает сопротивление первичной обмотки трансформатора (в расчетах принято 3 Ом).

Полезно взглянуть на сокращенную спецификацию того, что можно считать довольно типичным термистором NTC, подходящим для источника питания мощностью около 150-300 Вт в зависимости от напряжения питания (от Ametherm Inc. [1] ). Это тип диаметром 22 мм, и для больших трансформаторов я предлагаю что-то примерно этого размера. Термисторы NTC диаметром около 10 мм легче установить, но они не могут справиться с большими энергетическими скачками.

Свойство Значение
Сопротивление 20 ± 25% Ом
Макс.ток в установившемся состоянии до 25 ° C 5 A
Макс.рекомендуемая энергия125 Дж
Фактический сбой энергии 295 Дж
Макс.емкость при 120 В переменного тока 7600 мкФ
Макс.емкость при 240 В переменного тока 1,800 мкФ
Сопротивление при 100% токе 0.4 Ом
Сопротивление при токе 50% 0,84 Ом
Температура тела при максимальном токе 178 ° C
Таблица 1 - Электрические характеристики термистора (только пример)

Важно отметить, что допуск по сопротивлению очень большой - это характерно для всех термисторов. Ожидать деталей с жесткими допусками - не вариант. Показанные максимальные значения емкости относятся к традиционному конденсаторному входному фильтру после мостового выпрямителя.Предполагается прямое подключение к сети. При номинальном токе сопротивление составляет 0,34 Ом, поэтому рассеиваемая мощность составляет 1,36 Вт, что звучит не так много, но обратите внимание на температуру тела ... 178 ° C. Я бы посоветовал, чтобы оптимальная работа была при постоянном токе 1-2 А, где рассеивание уменьшается и температура будет ниже.

Хорошо то, что указана энергия всплеска - в приведенном выше случае это 125 Джоулей. Это означает, что он может выдерживать 125 Вт в течение одной секунды или 1250 Вт в течение 100 мс. Теоретически он также может обрабатывать 12 кВт в течение 10 мс или 120 кВт в течение 1 мс, и, если не указано иное, это не должно вызывать сбоев.Несмотря на то, что имеется некоторая задняя крышка с указанием максимальной емкости, это в значительной степени руководство для конечного пользователя. Исходя из этого, я бы предположил, что 1 кВт на 100 мс будет вполне нормально, поскольку это все еще всего 100 Джоулей. Однако будьте осторожны - вероятно, существует столько же способов определения термисторов, сколько производителей, и не все предоставляют информацию в удобной для пользователя форме.

Как отмечалось выше, термисторы никогда не должны работать с без байпасного реле. Даже если продукт потребляет постоянную мощность (достаточную для поддержания термистора в горячем состоянии), при кратковременном отключении питания от сети, когда питание восстанавливается, термистор уже горячий.Затем он достигает ноль ограничения пускового тока, потому что прерывание должно длиться достаточно долго, чтобы он остыл до температуры окружающей среды.

Если используется несколько термисторов, они должны быть включены последовательно, а не , а параллельно. Это связано с тем, что допуск настолько велик, что подключенные параллельно термисторы не будут делить ток поровну, и даже вероятно, что только один из них будет делать что-то полезное, а остальные будут бесполезны. Когда термистор с наименьшим сопротивлением нагревается (потому что он забирает большую часть тока), он упадет до более низкого сопротивления, а другой (-ие) вообще ничего не будет делать.


4 - Характеристики трансформатора

Может быть полезно знать основы трансформатора, особенно сопротивление обмотки. Исходя из этого, вы можете рассчитать пусковой ток наихудшего случая. Эта таблица показана в разделе «Трансформеры», часть 2, и сокращена здесь. Трансформаторы с сопротивлением обмотки более 10 Ом (типы 230 В) не нуждаются в цепи плавного пуска. Хотя пиковый ток может достигать около 23 А, это вполне соответствует возможностям плавкого предохранителя с задержкой срабатывания и обычно никогда не вызывает проблем.Конечно, если вы хотите, чтобы использовал плавный пуск на трансформаторах меньшего размера, нет никаких причин не делать этого, кроме дополнительных затрат.

(
VA Reg% R p Ω - 230V R p Ω - 120V Диаметр Высота кг)
160 9 10-13 2.9 - 3,4 105 42 1,50
225 8 6,9 - 8,1 1,9 - 2,2 112 47 1,90
300 7 4,6 - 5,4 1,3 - 1,5 115 58 2,25
500 6 2,4 - 2,8 0,65 - 0,77 136 60 3,50
625 5 1.6 - 1,9 0,44 - 0,52 142 68 4,30
800 5 1,3 - 1,5 0,35 - 0,41 162 60 5,10
1000 5 1,0 - 1,2 0,28 - 0,33 165 70 6,50
Таблица 2 - Типовые характеристики тороидального трансформатора

Максимальный пусковой ток (наихудший случай) примерно равен напряжению сети, деленному на сопротивление обмотки.Более подробная информация об этом (включая снимки с осциллографа) содержится в статье о пусковых токах. Он также включает в себя формы сигналов с выпрямителем, за которым следуют большая емкость и нагрузка, и поможет вам понять необходимость схем защиты с большими трансформаторами.


Рисунок 3 - Пусковой ток трансформатора

Выше показан осциллографический снимок тока в трансформаторе E-Core на 200 ВА, когда питание подается при переходе через нуль сигнала сети.Это наихудший случай, который может привести к начальному скачку тока, который ограничивается только сопротивлением обмотки и сетевой проводки. Масштаб текущего монитора составляет 100 мВ / А, поэтому пиковое значение 1,9 В соответствует 19 ампер. Для большого тороидального элемента пиковый ток может превышать 150 А. Если сеть подается на пике формы волны переменного тока (325 В в странах с 230 В переменного тока, 170 В, где сеть составляет 120 В), пиковый пусковой ток для того же трансформатора обычно снижается до менее 1/4 значения наихудшего случая... 4,4 А (оба могут быть измерены с хорошей воспроизводимостью для тестируемого трансформатора).

Как видите, пусковой ток имеет одну полярность (может быть положительной или отрицательной), поэтому переходное событие «постоянного тока» накладывается на сеть. Другие трансформаторы, которые уже находятся под напряжением, также могут насыщаться (и часто рычать) во время броска тока. Это часто называют «симпатическим взаимодействием». Чтобы свести к минимуму влияние пускового тока и влияния протекания на другое оборудование, любой тороидальный трансформатор мощностью более 300 ВА должен использовать схему плавного пуска, такую ​​как описанная в Проекте 39, или одну из альтернативных схем, описанных ниже.Я считаю, что 300 ВА - это предел - схема плавного пуска не является обязательной и действительно увеличивает стоимость и сложность проекта, но результаты обычно (просто) приемлемы, если плавный пуск не используется с трансформаторами на 300 ВА.


5 - Пример расчетов

Хотя цепь плавного пуска может быть добавлена ​​к трансформатору любого размера, сопротивления обмотки 300 ВА и трансформаторов меньшего размера обычно достаточно для предотвращения сильных скачков тока. Для трансформаторов мощностью 500 ВА и более настоятельно рекомендуется использовать схему плавного пуска.300 ВА - это предел, и конструктор должен решить, считает ли он это необходимым или нет.

Мгновенный ток в наихудшем случае ограничен только сопротивлением первичной обмотки трансформатора и эффективным сопротивлением входящей сети (обычно менее 1 Ом). Для трансформатора на 500 ВА при 230 В сопротивление обмотки будет порядка 2,5–3 Ом, поэтому в худшем случае ток может легко превысить 70 ампер. Такой скачок тока вызывает нагрузку даже на плавкий предохранитель с задержкой срабатывания, и поэтому я так твердо уверен, что плавный пуск - действительно хорошая идея.

Например, трансформатор на 500 ВА довольно типичен для многих бытовых систем большой мощности. Предполагая идеальную нагрузку (которой нет у выпрямителя и блока фильтров, но это уже другая история), ток, потребляемый из сети на полной мощности, составляет ...

I = ВА / В (1) где ВА - номинальная мощность трансформатора в ВА, а V - используемое сетевое напряжение.

Поскольку я живу в стране с питанием 230 В, я буду использовать это для своих расчетов, но это легко сделать любому.Используя уравнение 1, мы получим следующий номинальный ток полной мощности от сети (без учета сопротивления обмотки трансформатора) ...

I = 500/230 = 2,2 А (достаточно близко)

При пределе 200% тока полной мощности это 4,4 А переменного тока. Эффективное последовательное сопротивление, необходимое для поддержания пикового тока на уровне 4,4 А или менее, легко рассчитывается по закону Ома ...

R = V / I (2)
R = 230 / 4,4 = 52 Ом (достаточно близко)

Не совсем стандартное значение, но 3 резистора по 150 Ом 5 ​​Вт, подключенные параллельно, вполне подойдут, что дает общее сопротивление 50 Ом.Можно использовать один резистор на 47 или 56 Ом, но вы должны свериться с таблицей данных, чтобы убедиться, что выбранный вами резистор может выдерживать высокую мгновенную мощность. Можно использовать резистор в металлической оболочке на 50 Вт. Нам не нужна высокая мощность для нормального использования, но имейте в виду, что мгновенное рассеяние может увеличиваться при определенных условиях неисправности. Обратите внимание, что использовалось среднеквадратичное сетевое напряжение, а не пиковое (325 В), потому что ток наихудшего случая напрямую не связан с пиковым напряжением.

Для определения номинальной мощности балластного резистора, которая составляет 200% номинальной мощности трансформатора при полной мощности...

P = V² / R (3)

Для этого сопротивления это, казалось бы, указывает на то, что требуется резистор 930 Вт (исходя из расчетных 50 Ом), действительно большой и дорогой компонент. Однако нам это не нужно, так как резистор будет в цепи в течение короткого периода времени - обычно около 100-150 мс, а основной пик тока длится всего 10 мс или около того. Ожидается, что усилитель (надеюсь) не будет обеспечивать значительную выходную мощность до стабилизации. Абсолютный максимальный ток будет протекать только в течение 1 полупериода и после этого быстро уменьшается (как показано на рисунке 3).См. Номинальную мощность в импульсе резистора 5 Вт на рисунке 1.

Мы должны быть осторожны, чтобы убедиться, что балластный резистор способен выдерживать пусковой ток. Во время испытаний мне удалось разделить керамический резистор пополам, потому что он не мог выдерживать ток - этот эффект иногда называют «Ченобылинг» после ядерной катастрофы в СССР несколько лет назад, и его лучше избегать.

В больших профессиональных усилителях мощности обычно используется резистор на 50 Вт, обычно устанавливаемый на шасси в алюминиевом корпусе, но он дорог и может быть нелегко достать большинству конструкторов.В приведенном выше примере керамические резисторы 3 × 5 Вт, включенные параллельно (каждый резистор имеет сопротивление от 150 до 180 Ом), дадут нам то, что мы хотим, и будут сравнительно дешевыми. Если вы этого не сделали, прочтите раздел о резисторах, в котором много информации о пиковом импульсном токе.

Для США (и считывателей в других странах с напряжением 120 В) оптимальное сопротивление составляет 12 Ом, поэтому резисторы 3 × 33 Ом 5 ​​Вт должны работать нормально (это дает 11 Ом - достаточно близко для этого типа схемы).

Было заявлено, что сопротивление обычно должно составлять от 10 до 50 Ом (но с небольшими аргументами или без них), и что не следует использовать более высокие значения.Я оставлю это на усмотрение читателя. Как всегда, это компромиссная ситуация, и разные ситуации требуют разных подходов.

Резистор 20 Ом (или термистор) - это абсолютный минимум, который я бы использовал для 230 В, и его нужно выбирать с осторожностью. Пульсирующий ток, вероятно, снесет резисторы меньшего размера, особенно при питании 230 В. Хотя это правда, что при уменьшении сопротивления резистивный провод становится толще и более устойчивым к перегрузкам, в худшем случае мгновенный ток при 20 Ом равен 11.5А при 230В. Это мгновенное рассеивание 2645 Вт (без учета других сопротивлений в цепи), и потребуется чрезвычайно прочный резистор, чтобы выдержать это даже в течение коротких периодов времени. При работе на 120 В и сопротивлении 20 Ом пиковый ток будет всего 6 А, что снизит пиковое рассеивание до 720 Вт.

В действительности пиковый ток наихудшего случая никогда не будет достигнут, поскольку необходимо учитывать сопротивление обмотки трансформатора и полное сопротивление сети. Исходя из этого, разумный компромиссный ограничительный резистор (и значения, которые я использую) будет порядка 50 Ом для 230 В (3 × 150 Ом / 5 Вт) или 11 Ом (3 × 33 Ом / 5 Вт) для работы на 120 В. .Резисторы подключены параллельно. Вы можете решить использовать эти значения, а не рассчитывать значение из приведенных выше уравнений, и будет обнаружено, что это будет работать хорошо почти во всех случаях, но все же позволит предохранителю сгореть в случае неисправности. Эти значения подходят для трансформаторов до 500 ВА, хотя, скорее всего, они подойдут и для более крупных устройств.

В этом отличие от использования более высоких значений, когда предохранитель (по всей вероятности) не перегорает, пока реле не сработает.Хотя период времени короткий, резисторы очень быстро нагреваются. Термисторы могут быть полезны, потому что по мере того, как они нагреваются, их сопротивление падает, и, если они соответствуют требованиям, они просто упадут до достаточно низкого сопротивления, чтобы вызвать перегорание предохранителя.

Другая причина, по которой вам может потребоваться более низкое значение, заключается в том, что некоторые усилители имеют поведение при включении, которое может вызывать относительно большой ток, который может потребоваться при включении. Эти усилители могут не достичь стабильной рабочей точки с высоким значением сопротивления последовательно и могут вызывать неправильное поведение до тех пор, пока не будет подано полное напряжение.Если ваш усилитель демонстрирует такое поведение, тогда необходимо использовать резисторы ограничения нижнего значения .

Если нестабильное электроснабжение является «особенностью» вашего места жительства, то я бы посоветовал вам создать систему, в которой усилитель отключается, если сеть выходит из строя более чем на несколько циклов за раз. Источник переменного тока для тороидального трансформатора должен «пропадать» только на несколько циклов, чтобы вызвать значительный пусковой ток, поэтому необходимо соблюдать осторожность.

Если используется термистор, я предлагаю надежную версию, рассчитанную на сравнительно высокий максимальный ток.Устройства диаметром 22 мм обычно рассчитаны на гораздо более высокие токи, чем вам может потребоваться, поэтому они будут подвергаться минимальному термоциклированию. Хорошее круглое значение составляет 10 Ом при 25 ° C - это означает более высокие пиковые токи, чем я предлагаю выше, но вы всегда можете использовать два или три последовательно - особенно для работы на 230 В. Последовательные термисторы 2 × 10 Ом дают очень высокий рейтинг импульсных перенапряжений (измеряется в Джоулях) и ограничивают пиковый пусковой ток примерно до 12 А с трансформатором на 500 ВА.


6 - Байпасные цепи

Некоторые большие профессиональные усилители используют TRIAC (двусторонний кремниевый выпрямитель) для обхода резистора / термистора плавного пуска, но я предпочитаю использовать реле по ряду очень веских причин...

  • Реле практически неразрушимы - особенно в этой роли
  • Их легко найти где угодно
  • Обеспечивается полная изоляция, поэтому цепь управления не находится под напряжением сети
  • Отсутствуют радиочастотные помехи или гармоники сетевой частоты. Это низкий уровень, но их может быть очень сложно исключить из схем TRIAC
  • .
  • Радиатор не требуется, что устраняет потенциальную угрозу безопасности в случае пробоя изоляции между TRIAC и радиатором

Они также могут вызвать определенные проблемы, но с ними легко справиться.Наихудшее - это обеспечение подходящего напряжения катушки, позволяющего использовать общедоступные устройства в усилителях мощности всех размеров и напряжений питания. Поскольку реле по-прежнему очень популярны, их легко получить при наиболее распространенном напряжении катушки (например, 5 В, 12 В, 24 В и т. Д.).


Рисунок 4 - Резисторы плавного пуска и релейные контакты

На рис. 4 показано, как резисторы подключаются последовательно к источнику питания трансформатора, при этом контакты реле замыкают резисторы накоротко при срабатывании реле.Вся эта схема находится под напряжением сети, и к ней следует относиться с большим уважением.

«A» представляет активный (под напряжением или под напряжением) вывод от сетевого выключателя, а «SA» - это переключаемый активный провод, который подключается к основному силовому трансформатору. Не отсоединяйте и не обходите существующую проводку, просто поместите блок резисторов последовательно с существующим трансформатором.

Не пытайтесь выполнить подключение, если шнур питания не отсоединен, и все соединения должны быть выполнены таким образом, чтобы случайный контакт с пальцем или шасси был невозможен ни при каких обстоятельствах.Резисторы могут быть установлены с помощью алюминиевого кронштейна, который закрывает соединения, предотвращая контакт. Все провода должны находиться на безопасном расстоянии от корпуса и кожуха - там, где это кажется невозможным, используйте изоляцию, чтобы предотвратить любую возможность контакта. Строительные заметки показаны позже в этом проекте. Трудно переоценить аспект безопасности этих цепей!

Контакты реле должны быть рассчитаны на полное сетевое напряжение и, по крайней мере, полный ток мощности усилителя.Настоятельно рекомендуется использовать реле с номиналом контактов не менее 10 А.

ПОДСКАЗКА: Вы также можете добавить второе реле для отключения звука на входе, пока не будет подано полное питание. Я предоставлю вам возможность внести необходимые коррективы. Вам нужно будет сложить ток для двух реле вместе или использовать отдельные источники питания, если используется существующее внутреннее напряжение источника питания.


7 - Цепи управления

Цепи управления варьируются от очень простых (и часто довольно непродуманных) до довольно сложных.В конечном счете, схема зависит от того, все ли продумал разработчик или рассмотрел только решение, которое создает разумно постоянную задержку при включении питания. Многие не могут обеспечить быструю перезагрузку схемы, поэтому быстрый цикл включения-выключения (намеренно или случайно) обеспечивает защиту после кратковременного прерывания. В общем, любая схема, которая не сбрасывается менее чем за 500 мс, должна считаться неисправной. Полный сброс гарантирует, что при восстановлении питания (примерно через полсекунды) балластные резисторы снова подключатся к цепи, и плавный пуск будет выполняться так же, как если бы оборудование было включено после выключения на ночь. .

Наименее желательный способ питания цепи управления - от вторичной обмотки трансформатора. В случае серьезной неисправности вторичное напряжение не поднимется до максимума, и цепь управления может никогда не сработать. Хотя это не обычная ошибка, она находится в пределах вероятности. В случае усилителей (или другого оборудования), которые ожидают значительного тока с момента включения, балластные резисторы могут иметь достаточное сопротивление для предотвращения нормального запуска, и они будут перегорать.

В тексте проекта 39 рекомендуется использовать вспомогательный трансформатор, и это, безусловно, самый безопасный способ сделать это. Это позволяет схеме управления работать при низком напряжении, изолированной от сети. Работать, проводить измерения или даже просматривать формы сигналов с помощью осциллографа безопасно.

Если бы независимый источник питания 12 В был доступен для всех усилителей мощности, подавать питание было бы очень просто. К сожалению, это случается редко. Большинство усилителей будут иметь источники постоянного тока в диапазоне от ± 25 В до примерно ± 70 В, и попытки получить реле для нечетных напряжений будут неудачными.Катушки реле обычно рассчитаны на 5 В, 12 В, 24 В и 48 В, а также на 120/230 В переменного тока, но реле переменного тока определенно не рекомендуются. Однако , даже если у вас есть трансформатор со вспомогательной обмоткой, если вторичная нагрузка достаточно велика, вспомогательная обмотка также не выйдет на нормальное напряжение.

Вспомогательный источник питания означает добавление второго трансформатора, что иногда может быть затруднено из-за нехватки места. Это по-прежнему самый безопасный способ, и схема управления, использующая этот подход, показана на рисунке 2.Это самый простой в реализации, но некоторые могут посчитать, что добавленную стоимость второго трансформатора трудно оправдать. ИМО, это не проблема, и это, безусловно, предпочтительный вариант. Это в значительной степени обязательно для усилителей класса А. Есть еще одно преимущество. Небольшой трансформатор можно оставлять включенным все время, а затем сеть включается и выключается путем переключения 9 В переменного тока на плату плавного пуска (которая будет использовать второе реле для включения и выключения питания). Опять же, это подход, принятый в Project 39, и он гарантирует, что сетевую проводку можно ограничить собственным углом шасси, а все остальное будет иметь низкое (относительно) напряжение.


Рисунок 5 - Цепь управления вспомогательным трансформатором

В нем используется простой мостовой выпрямитель и небольшой, но адекватный конденсатор. В схеме управления используются легкодоступные и недорогие компоненты, и она может быть легко построена на Veroboard или подобном. Все диоды могут быть 1N4004 или эквивалентными. Используйте трансформатор с вторичной обмоткой 9 В переменного тока, который будет обеспечивать напряжение, близкое к 12 В для этой цепи. Никакого регулирования не требуется, а контроллер представляет собой простой таймер, активирующий реле примерно через 100 мс.Я выбрал для переключателя полевой МОП-транзистор, поскольку он имеет определенное напряжение включения и практически не требует тока затвора. При показанных значениях компонентов реле активируется примерно через 100 миллисекунд. Его можно увеличить (или уменьшить) путем увеличения (уменьшения) значения R1 (27k). Трансформатор должен быть маленьким, так как ток меньше 100 мА.

Внимание: Значение, показанное для R1 (56k), может потребоваться изменить, чтобы получить требуемую временную задержку около 150 мс.Настоящий необходимое значение зависит от порога переключения для полевого МОП-транзистора и значения C2, которое является электролитическим конденсатором и имеет большой допуск. В общем, ожидайте, что ценность будет где-то от 27k до 68k, но в некоторых случаях вам может потребоваться больше или меньше указанного диапазона.

MOSFET (Q2 - 2N7000) имеет пороговое напряжение затвора, которое составляет от 0,8 В до 3 В, при этом 2,1 В является «типичным» значением. В результате вам нужно будет отрегулировать значение R1, чтобы получить правильную задержку.Если хотите, вы можете использовать тримпот на 100 тысяч - он должен покрыть большинство возможных ситуаций. Если порог составляет 0,8 В (я не видел ни одного такого низкого), таймер будет работать только около 30 мс, поэтому R1 необходимо увеличить примерно до 82 кОм. На верхнем уровне (3 В) R1 необходимо уменьшить примерно до 22 кОм для задержки 100 мс. Обратите внимание, что в версии для печатной платы используется компаратор операционного усилителя, поэтому синхронизация очень предсказуема.

Q1 используется для обеспечения быстрой подачи питания на реле. Когда на реле обнаруживается напряжение 0,65 В, Q1 включается и мгновенно завершает зарядку C2.Без «мгновенного действия» цепь будет работать медленно и не сможет активировать реле со 100% надежностью. Время сброса схемы составляет менее 120 мс при указанных значениях, и это обычно приемлемо.

ПРИМЕЧАНИЕ: C1 должен быть рассчитан на ток пульсаций не менее 700 мА, чтобы предотвратить нагрев конденсатора. Фактический ток пульсаций должен составлять около 85 мА при показанной схеме. Имейте в виду, что если крышка нагревается (или нагревается), ее надежность и долговечность будут поставлены под угрозу.

Можно сделать срабатывание реле намного быстрее, но за счет сложности схемы. Простая логическая система может гарантировать, что схема будет сброшена с помощью единственного пропадания цикла переменного тока, но это было бы слишком быстро для нормального использования и совершенно ненужным. C1, возможно, придется изменить в зависимости от реле (тестовое реле имеет сопротивление катушки 270 Ом). Если значение слишком мало, реле может дребезжать или, по крайней мере, гудеть, а также, вероятно, будет перегреваться из-за вихревых токов в твердом сердечнике, используемом в реле постоянного тока.Конденсатор следует выбирать на основе значения, которое делает реле бесшумным, но при этом срабатывает достаточно быстро, чтобы предотвратить высокий пусковой ток в случае кратковременного прерывания питания от сети. Показанное значение (220 мкФ) обычно подходит для большинства приложений. Если вы используете колпачок 470 мкФ, время восстановления увеличивается примерно до 250 мс - неплохо, но медленнее, чем должно быть.


8 - Автономный бестрансформаторный источник питания

Если по какой-либо причине использовать трансформатор невозможно, можно использовать схему, показанную на Рисунке 5.При этом используется конденсатор для снижения сетевого напряжения в цепи, и необходимо использовать реле 24 В, чтобы минимизировать потребляемый ток. Хотя можно использовать реле на 12 В, конденсатор (C1) должен быть больше и дороже. Обратите внимание, что C1 должен быть с номиналом сети X2. R3 и R4 гарантируют разряд крышки при отключении сети, чтобы снизить риск поражения электрическим током. Два из них используются последовательно для получения удовлетворительного номинального напряжения. Если используется для работы на 120 В, конденсатор C1 должен иметь 2 конденсатора по 470 нФ, включенных параллельно, иначе напряжение питания никогда не достигнет 24 В, и реле может не сработать.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ - Все цепи находятся на полном сетевом потенциале, и они должны быть закрыты, чтобы предотвратить случайный контакт!

Резистор 1 Вт (R5) используется для ограничения пускового тока на входном конденсаторе X2. По возможности, я всегда рекомендую, чтобы любой резистор, который рассеивает значительную мощность (или имеет высокий импульсный ток), как минимум вдвое превышал ожидаемую рассеиваемую мощность, чтобы обеспечить долгий срок службы и более низкую работу, хотя это, очевидно, не относится к основным резисторам, ограничивающим броски тока.Стабилитрон 24 В обеспечивает ограничение напряжения, если вы решите, что вам нужна большая задержка. Без него напряжение на C2 может достичь опасного уровня с длительным временем задержки, потому что от выпрямителя не будет потребляться ток. Обратите внимание, что C2 должен быть рассчитан не менее чем на 35 В, но C3 может быть типа 16 В, если он доступен (большинство небольших электрооборудования рассчитаны как минимум на 25 В).

C1 должен быть конденсатором класса X2 переменного тока. Никогда не используйте конденсаторы постоянного тока (независимо от номинального напряжения), так как они не предназначены для работы с большим переменным напряжением на них.Хотя можно использовать конденсатор на 630 В постоянного тока с сетью 120 В, это все еще очень плохая идея и может привести к отказу конденсатора. Ограничения постоянного тока на 230 В недопустимы. Колпачки X2 рассчитаны на питание 275 В переменного тока, приложенного непосредственно к колпачку, и они единственные, которые будут одобрены где угодно (включая большинство стран с напряжением 120 В). Диоды могут быть типа 1N4001, потому что у них никогда не будет обратного напряжения более 30В.


Рисунок 6 - Цепь управления «Off Line»

При показанных значениях синхронизации (56 кОм и 10 мкФ) время задержки составляет около 130 мс (как смоделировано), но это зависит от порогового напряжения полевого МОП-транзистора и времени, необходимого для зарядки C2.MOSFET 2N7000 симулятора имеет порог 2,8 В, но в реальных частях он сильно различается. Полевые МОП-транзисторы имеют очень широкий разброс параметров, и в таблице данных указано, что порог может составлять от 800 мВ до 3 В. Вам нужно будет отрегулировать значение R1, чтобы получить требуемую задержку. Обратите внимание, что показанный предохранитель только для источника питания плавного пуска, а для трансформатора, на который подается питание, необходим отдельный предохранитель.

После отключения питания в идеале реле сразу же отключится, но на практике этого не произойдет.Если C2 не разряжается полностью, и может быть достаточно остаточного напряжения для повторного включения реле в случае короткого отключения сети. Однако это неизбежный компромисс, и для 100% эффективности схема действительно должна иметь специальную разрядную систему. Это значительно усложняет простую схему. Как показано, схема будет сброшена (готова к следующему мягкому запуску) менее чем за 400 мс, но будьте осторожны! Во многих технических паспортах реле указано, что «обязательное срабатывание» напряжения составляет около 10% от номинального напряжения, поэтому не может гарантировать срабатывание реле на 24 В, пока напряжение на катушке не упадет до 2.4В. Хотя большинство из них (вероятно) будет выпускаться при более высоком напряжении, если вы не проведете тесты, вы никогда не узнаете наверняка.

Я протестировал пару обычных реле на 24 В на включение и выключение напряжения. Эти реле имеют катушку 1,5 кОм, и оба работают при напряжении около 15 В. Один надежно отпускал при 10 В, но другой, который я проверил, оставался под напряжением, пока напряжение на катушке не достигло около 5 В. Это показывает, что они изменчивы, и стоит провести несколько тестов, чтобы вы точно знали, с чем вам нужно иметь дело.


Рисунок 6A - Упрощенная схема управления «Off Line»

Схема на рис. 6А еще больше упрощена, и вариации этой темы распространены по всей сети. Он полагается только на значение C2 для определения времени, и катушка реле получает (относительно) медленный рост напряжения. В случае ухудшения C2 (например, потому, что он рядом с блоком резисторов), время будет уменьшаться, поскольку емкость уменьшается с возрастом. Сопротивление катушки используемого вами реле довольно критично. Сопротивление не должно быть меньше 1 кОм, иначе ни один из блоков питания не сможет обеспечить необходимый ток.Многие реле на 24 В имеют сопротивление обмотки 1,4 кОм и более.

Любая бестрансформаторная конструкция предполагает множество компромиссов, и показанные схемы ничем не отличаются. Из-за конденсатора (C1) напряжение растет относительно медленно. Для достижения 24 В с сетью 230 В / 50 Гц требуется около 120 мс, и около 90 мс для 120 В / 60 Гц с удвоенной емкостью. Следовательно, задержка плавного пуска не может быть меньше этого значения, если только вы не допускаете очень сильных пульсаций на линии 24 В постоянного тока.Схема, использующая вспомогательный трансформатор, не имеет такого ограничения, так как полное напряжение достигается всего за пару циклов сетевого питания (~ 40 мс при 50 Гц или 33 мс при 60 Гц).

Схемы на рис. 6 / 6A - это всего лишь два способа сделать это, но есть и другие возможности различной сложности. Невозможно показать их все, особенно те, которые вы можете найти в другом месте, некоторые из которых ждут катастрофы. Я видел в сети много таких, которые определенно относятся к последней категории - хотя они (вероятно) все будут работать при первом включении питания, у многих (большинства?) Нет никаких условий, гарантирующих, что ограничение хранилища разряжено, и может пройти несколько минут (а иногда и намного больше) после отключения питания, прежде чем схема снова обеспечит плавный пуск.Идея обеспечения быстрого сброса, похоже, не рассматривалась, поэтому они не более полезны, чем горячий термистор.

Любая схема плавного пуска, которая не обеспечивает время сброса менее 1 секунды, является обязательной и не должна использоваться. В идеале система перезагружалась бы мгновенно, но это нереально. В (так называемом) реальном мире мы должны стремиться к тому, чтобы время сброса не превышало, возможно, 150 мс, при этом 500 мс являются (просто терпимым) верхним пределом. Получить надежную задержку и быстрый сброс в простой схеме - непростой компромисс.


9 - Линейное ограничение пускового тока

Технология, которая начинает проникать в импульсные источники питания, предназначенные для светодиодного освещения большой мощности, - это активный ограничитель. Используя полевой МОП-транзистор, можно включать питание контролируемым образом, так что вместо мгновенного приложения напряжения (либо через ограничивающую цепь, либо напрямую) оно повышается с нуля до максимума в течение, возможно, 10-20 циклов сетевого питания. Такой подход обеспечивает близкий к нулевой броск трансформатора и ограничивает ток заряда конденсатора.Это довольно дешево и легко добавить к существующей конструкции SMPS, потому что диодный мост уже существует, и это полная система в (обычно) герметизированном модуле, поэтому для реализации требуется только несколько вспомогательных частей.

Сделать это в автономном ограничителе броска тока сложно и недешево. MOSFET и связанный с ним мостовой выпрямитель (чтобы он мог работать с переменным током) должны быть отключены по истечении заданного времени, чтобы минимизировать рассеивание, но как форма ограничения броска тока, вероятно, так хорошо, как вы когда-либо получите.В зависимости от нагрузки кратковременное рассеивание MOSFET-транзистора может быть довольно высоким, и потребуется по крайней мере небольшой радиатор. Схема не особенно сложна, но может пройти довольно много времени, прежде чем MOSFET начнет проводить - это может быть 1-2 секунды, в зависимости от самого MOSFET. Поскольку полевые МОП-транзисторы имеют широкий разброс параметров, либо схема должна быть «самокомпенсирующейся», либо потребуется регулировка для установки рабочих точек между началом проводимости и полной проводимостью.

График на Рисунке 8 показывает, как могла бы выглядеть форма входного тока с двухполупериодным выпрямителем и конденсатором фильтра 10 000 мкФ на выходе трансформатора, как показано ниже. Нагрузка 45 Вт подключена параллельно крышке фильтра. Это концептуально, поскольку он был смоделирован, но не построен , хотя я использовал Variac (быстро раскрученный до полного напряжения), чтобы доказать, что пусковой ток минимален или отсутствует при увеличении напряжения сети. Точный механизм для этого не имеет значения, при условии, что напряжение на трансформаторе плавно повышается в течение разумного периода времени (примерно от 10 до 20 сетевых циклов кажется справедливым компромиссом).Хотя Variac идеален, он, вероятно, слишком большой (и дорогой), чтобы использовать его в качестве устройства плавного пуска в усилителе.


Рисунок 7 - Упрощенный линейный плавный пуск с использованием полевого МОП-транзистора

Схема использует Q1 (MOSFET) для постепенного увеличения напряжения, подаваемого на трансформатор в течение примерно 500 мс. Диоды D3-D6 используются, чтобы гарантировать, что MOSFET получает постоянный ток, а не переменный, и должны быть рассчитаны на ток, достаточный для запуска схемы. T1 - это управляемый сетевой трансформатор, R p - сопротивление обмотки.Цепи управления отвечают за обеспечение изолированного питания генератора рампы и активацию реле байпаса. В полной системе также должен быть текущий мониторинг для обнаружения неисправностей до того, как может произойти какое-либо повреждение цепи.

D1-D2 - главный выпрямитель, C1 (10 000 мкФ) - крышка фильтра, а R L - нагрузка 20 Ом. Трансформатор был произвольно настроен на коэффициент трансформации 10: 1, поэтому выход переменного тока составляет 23 + 23 В (среднеквадратичное значение) при напряжении сети 230 В. К сожалению, в симуляторе, который я использую, невозможно смоделировать насыщение, но покажет смещение входного тока от нуля при включении (при условии включения в худшем случае при переходе через ноль сети).Это очень четкий индикатор того, что в «реальном» трансформаторе произойдет насыщение.


Рисунок 8 - Входной ток плавного пуска полевого МОП-транзистора

Входной ток просто нарастает до максимального значения, установленного нагрузочным резистором, без скачков и возможности насыщения трансформатора. Реле замыкается через 2 секунды (не то, чтобы вы действительно заметили), а форма волны отображается с 1,4 секунды, потому что именно столько времени прошло, прежде чем MOSFET начал проводить с простым генератором линейного изменения, который я использовал.В показанной схеме пиковое рассеивание полевого МОП-транзистора составляет 63 Вт за 1,6 секунды. Среднее рассеивание за период проводимости MOSFET составляет около 25 Вт в течение периода чуть более 500 мс. Хотя вы можете подумать, что небольшой МОП-транзистор TO-220 подойдет, вам почти наверняка понадобится что-то более прочное.

Я также провел испытание на стенде, используя Variac, максимально быстро подняв от нуля до максимума, и никогда не было замечено, что насыщение трансформатора примерно вдвое превышает нормальный ток на холостом ходу .Это хороший результат, но если добавить выделенную схему, чтобы MOSFET делал то же самое, это будет довольно сложно и довольно дорого в реализации.

Форма сигнала сильно искажена из-за нелинейной нагрузки. Вначале форма волны тока в трансформаторе представляет собой (своего рода) прямоугольную волну из-за характеристик проводимости полевого МОП-транзистора, но трансформатору это не важно. Не может быть никаких сомнений в том, что полностью разработанная схема, использующая этот принцип, настолько хороша, насколько это возможно, но, конечно, все сводится к необходимому пространству и конечной стоимости.Есть еще вопрос о необходимости. Если приложение не является критическим, вряд ли будут какие-либо требования к чему-либо более продвинутому, чем схемы, показанные ранее, с резистором (или термистором), обойденным реле примерно через 150 мс или около того. Это хорошо используемая техника, которая хорошо работает и стоит относительно недорого.


Рисунок 9 - Входной ток плавного пуска с изменяемым изменением частоты

Итак, хотя я не создавал версию MOSFET, я использовал мой Variac для увеличения напряжения.Нагрузка представляла собой конденсатор емкостью 10 000 мкФ с параллельным подключением 16 Ом с тем же трансформатором, который использовался для других стендовых испытаний. Результат показан выше и является почти идеальным поведением при включении. Мне удалось разогнать Variac от нуля до 90% от полного напряжения за 11 циклов сети, и показан входной ток сети. Он имеет те же характеристики искажения, что и при моделировании, а пиковый входной ток не превышает 1,7 ампер. Ожидается, что пиковый ток при полной нагрузке для этой схемы составит около 575 мА RMS, при этом пиковое значение будет около 1.8А по симулятору. Когда я запустил новое моделирование (с использованием схемы на рис. 7) и заменил «реальные» коэффициенты трансформатора на ранее смоделированную версию, я получил почти идентичные цифры с теми, которые я измерил на испытательном стенде. Это результат «учебника» во всех отношениях, с симуляцией и «реальной жизнью» в почти идеальном согласии (хотя при измерении частоты действительно запутались).

Отключение схемы на основе полевого МОП-транзистора может вызвать небольшую проблему.МОП-транзистор будет довольно раздражен, если сеть будет отключена и произойдет индуктивный откат от трансформатора. Самый простой способ решить эту проблему - использовать полевой МОП-транзистор с лавинным номиналом, то есть он предназначен для работы в условиях перенапряжения и использует контролируемый пробой для рассеивания обратной ЭДС. При тщательном выборе полевые МОП-транзисторы с лавинной номинальной мощностью благополучно выдержат переходные процессы выключения, которые могут быть обнаружены в большинстве трансформаторов. Во время отключения питания реле байпаса также должно быть отключено.Если он сначала выключен, MOSFET прерывает ток, и дуга не может быть создана, что приводит к (электрически) бесшумному переключению.


10 - Ограничение пускового тока управления фазой

У нас еще нет вариантов. Как вы помните из ранее в этой статье, если питание подается на трансформатор с максимальным пиком сигнала переменного тока, бросок тока минимизируется. Если используется схема пикового детектора, не особенно сложно запустить TRIAC для включения питания на пике переменного тока, после чего как можно быстрее сработает реле.Нелинейные нагрузки могут вызвать серьезные проблемы для схем TRIAC и SCR, но идеально подходят для быстрого включения в определенное время.

Хотя этот метод хорошо работает с трансформатором, он противоположен тому, что нам нужно для конденсаторной батареи. Однако при нормальном использовании мы ожидаем, что будет иметь некоторое насыщение трансформатора, и это может быть использовано в наших интересах. Как показано в статье о пусковом токе, трансформатор, который потребляет 18 А или более, если включен при переходе через нуль, потребляет только около 4 А (пиковое значение) при включении на пике переменного тока.Этого небольшого количества насыщения может быть достаточно, чтобы ограничить пиковый ток, потребляемый колпачком (ами) фильтра после выпрямителя.

Если мы сравним пиковый бросок тока коммутируемого трансформатора с плавным пуском на основе резистора, то на самом деле ток будет немного ниже, чем при использовании резистора 50 Ом. Конечно, нам все еще нужно учитывать конденсаторы фильтра, но комбинацию насыщения и конденсаторной нагрузки невозможно смоделировать, поэтому я построил и протестировал схему с коммутацией пиков, чтобы можно было измерить результаты.Я использовал свой тестер бросков тока, чтобы включить сеть на пике формы волны сети. Хотя вы можете (по крайней мере теоретически) получить SSR с пиковым переключением, которые содержат необходимую схему для надежного срабатывания при пике сети, по большей части вам придется делать свои собственные, потому что они, похоже, недоступны из обычных торговые точки.


Рисунок 10 - Пиковая схема переключения (с байпасным реле)

Схема управления используется для включения TRIAC, который использует пиковый детектор, чтобы гарантировать, что переключение действительно на пике.Через несколько миллисекунд обходное реле закорачивает TRIAC. При отключении питания реле байпаса должно сработать первым, и сеть отключится, когда ток пройдет через ноль. Никаких дополнительных подробностей не предоставлено, но полная схема для реле с пиковым переключением может быть предоставлена ​​в виде проекта , если будет достаточно интереса. Выше приведена фактическая схема устройства, которое я тестировал на стенде.


Рисунок 11 - Пиковый коммутируемый входной ток с конденсаторной нагрузкой

Сигнал выше показывает, что пиковый ток равен 8.5A, при включении на пике напряжения в полностью разряженном конденсаторе емкостью 10 000 мкФ. В нем использовался тот же трансформатор, что и для сигнала, показанного на рисунках 3 и 9, но переключаемый на пике сети. Шкала составляет 1 В / А, поэтому пиковое значение 8,5 В означает 8,5 А. Хотя начальный ток определенно высок, он довольно короткий (около 5 мс), и очевидно, что от насыщения сердечника мало эффекта. Без конденсаторной нагрузки пиковый входной ток составляет около 4 А из-за насыщения (включение на пике формы сигнала минимизирует, но не устраняет насыщение ).

Казалось бы, дополнительный вариант (по крайней мере, пока вы не увидите результатов) использовать модифицированную схему диммера (которая должна быть переднего типа). При подаче питания напряжение увеличивается от нуля до максимума с помощью фазового управления и диммера TRIAC. Обязательно отключите диммер, как только закончится период броска, иначе возможны беспорядочные срабатывания и / или электрические помехи - даже при использовании специального трехпроводного диммера (такого, как показано в Project 159).Причина в том, что TRIAC не может сработать, если у него нет тока, а форма входного сигнала сети совсем не подходит для конденсаторного входного фильтра, который используется в 99,9% любительских проектов (а также во многих коммерческих продуктах).


Рисунок 12 - Входной ток с диммером и конденсаторной нагрузкой

На первый взгляд это кажется разумным и логичным, но на самом деле все обстоит иначе. Форма волны выше показывает, что происходит. Пускового тока как такового нет, но быстрое включение TRIAC приводит к тому, что пиковый ток достигает довольно глупого уровня, пока диммер не будет полностью включен.Средний ток довольно низкий (его трудно увидеть на графике осциллографа, потому что я хотел показать весь процесс, от нуля до максимума). Пиковый ток 4А, но длительность импульса мала. При низких настройках диммера период проводимости может составлять всего одну-две миллисекунды, что не может быть правильно видно на графике. По мере увеличения настройки диммера пиковый ток падает до тех пор, пока он более или менее не вернется к норме.

По сравнению с Variac (или схемой линейного МОП-транзистора) это довольно некрасиво, и трансформатор гудит, когда напряжение проходит через половину пути.Хотя это не очень красивое зрелище, но в качестве ограничителя бросков пускового тока он действительно работает - мы стремимся поддерживать низкий входной ток, и это достигается. Когда схема срабатывает при низком напряжении (в конце каждого цикла переменного тока), среднеквадратичный ток может составлять всего 400 мА, несмотря на высокий пиковый ток. Хотя это остается вариантом, я бы никогда не использовал его в каком-либо оборудовании. Однако схемы «диммера» TRIAC использовались перед трансформаторами в качестве предварительных регуляторов, и этот метод даже использовался в коммерческом усилителе мощности для модуляции напряжения питания вместе с уровнем сигнала.


9 - Непрерывные нагрузки Усилители мощности

класса A и некоторые другие нагрузки создают большую нагрузку на трансформатор с момента включения. Любой плавный пуск для этого типа нагрузки должен быть тщательно проанализирован, чтобы гарантировать, что броски тока ограничены, и , чтобы цепь включалась нормально. Некоторые могут и не делать этого, и если вы не уверены, вам нужно провести тщательное тестирование, чтобы быть абсолютно уверенным в отсутствии опасности.

ПРИМЕЧАНИЕ: Я настоятельно рекомендую использовать вспомогательный трансформатор или автономный бестрансформаторный источник питания с Усилитель класса А, так как это исключит любую возможность неисправности реле из-за недостаточного напряжения питания при наличии в цепи балластных резисторов.

Из-за того, что усилитель класса A постоянно работает на полной мощности, при использовании существующего источника питания (от вторичной обмотки) вы не должны опускаться ниже 200% рекомендуемого предела пускового тока. В некоторых случаях будет обнаружено, что даже в этом случае не хватает напряжения для работы реле с входными балластными резисторами в цепи.

Если это так, вы не можете использовать этот метод, или вам придется довольствоваться пусковым током, который, возможно, в 3-5 раз превышает нормальную номинальную полную мощность.Это по-прежнему значительно меньше, чем в других случаях, и помогает продлить срок службы компонентов питания, но является менее удовлетворительным. Вычисления выполняются так же, как и выше, но необходимо некоторое тестирование, чтобы гарантировать надежную работу реле каждый раз. См. Примечание выше.


10 - Строительные заметки

Электробезопасность для таких цепей имеет первостепенное значение. Предлагаемых способов установки входных балластных резисторов нет, так как это зависит от многих факторов.Как уже отмечалось, мощные термисторы NTC - хорошая идея, и поскольку они предназначены именно для этого применения, вы можете быть уверены в успехе. Они остынут, как только реле сработает, поэтому их можно снова использовать довольно быстро.

Убедитесь, что ваша проводка обеспечивает минимальное расстояние утечки 5 мм и зазор между низким и опасным (сетевым) напряжением при установке резисторов. Если есть свободное место, больше пути утечки и зазоров не причинит вреда и поможет гарантировать, что барьеры электробезопасности вряд ли будут нарушены (например, внутренним мусором в результате взрыва конденсатора - и да, это может и происходит).

Для тех, кто не знает терминов, «расстояние утечки» - это физическое разделительное расстояние по поверхности (например, печатной плате). ламинат или другой изоляционный материал), а «зазор» - это физическое расстояние в воздухе или «свободное пространство». Свободные расстояния могут быть увеличены за счет использования изоляционного материала (так что к требованиям утечки). Любой изоляционный материал должен быть негорючим, если есть вероятность возникновения очень горячих частей, которые могут стать причиной возгорания.Местные правила обычно диктуют, что / не подходит, а диэлектрическая прочность используемого материала должна быть такой, чтобы не допустить электрического пробоя при использовании.

В качестве альтернативы можно приобрести резистор в алюминиевом корпусе с болтовым креплением. Он должен быть выбран для желаемого максимального пускового тока и должен быть рассчитан минимум на 25 Вт и с адекватным номинальным импульсным током. Абсолютно необходима большая осторожность, потому что, хотя резисторы или термисторы находятся в цепи только в течение 100 миллисекунд, неисправность может создать катастрофу.Поскольку в случае неисправности резисторы сильно нагреваются и байпасное реле не срабатывает, просто обернуть их термоусадочной трубкой (например) ни к чему хорошему, потому что она расплавится. Идея состоит в том, чтобы предотвратить чрезмерные внешние температуры, пока резисторы (надеюсь) не выйдут из строя и не выйдут из строя. Метод, используемый с печатной платой P39, снова проще - 3 резистора по 5 Вт устанавливаются на вспомогательной плате, а выводы должны быть изогнуты, чтобы резисторы не выпали, даже если припой расплавится.Я еще не видел и не слышал о неисправности резистора или, что более важно, об угрозе электробезопасности.

Проводка реле не критична, но убедитесь, что расстояние между контактами сети и любой другой частью схемы составляет не менее 5 мм, если вы используете вспомогательный трансформатор. Для всей силовой проводки должен использоваться сетевой кабель, а соединения должны быть защищены от случайного прикосновения. Сохраняйте как можно большее расстояние между любой сетевой проводкой и низковольтной или сигнальной проводкой.

Особенно важны подключения к балластным резисторам. Поскольку они могут очень сильно нагреваться, если реле не сработает, необходимо следить за тем, чтобы вывод не отсоединился при расплавлении припоя, и чтобы припоя было достаточно, чтобы удерживать все вместе, и не более того. Спад припоя может вызвать короткое замыкание на корпус, что подвергнет вас или других пользователей высокому риску поражения электрическим током. В качестве альтернативы можно использовать резьбовой соединитель, который должен выдерживать высокие температуры без плавления корпуса.Доступны керамические винтовые клеммы, и они безотказно выдержат большинство «событий» перегрева.

Не используйте термоусадочные трубки в качестве изоляции для подводящих силовых проводов к балластным резисторам. Трубки из стекловолокна или силиконовой резины можно приобрести у поставщиков электроэнергии и предназначены для работы при высоких температурах. Если вы хотите поэкспериментировать с активной схемой плавного пуска, вы должны убедиться, что она безопасна и надежна. Никаких подробностей схемы здесь не приводится, и маловероятно, что я буду разбираться в этом дальше, поскольку это слишком сложно для того, что обычно является довольно простой задачей.Мы не стремимся к совершенству, а просто стремимся к простому способу подключения трансформатора к сети без значительного пускового тока.


Заключение

В случае, если вы пропустили это в первый раз: в случае неисправности усилителя или постоянного потребления сильного тока при включении питания предохранитель может не перегореть (или, по крайней мере, может не сгореть достаточно быстро, чтобы предотвратить повреждение) при питании цепи от вторичной обмотки, так как может не хватить мощности для работы реле. Если вам не нравится эта идея - ИСПОЛЬЗУЙТЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР .Предохранитель может перегореть только после замыкания реле, но, по крайней мере, он перегорит. 100 мс - это не так уж и долго.

Эти схемы предназначены для ограничения максимального тока при включении. Если нет мощности для работы реле, балластные резисторы будут поглощать полное сетевое напряжение, поэтому в описанном выше примере резистора будет рассеиваться более 900 Вт! Резисторы выйдут из строя, но как долго они прослужат? Ответ на этот вопрос совершенно неизвестен (но «недолго» - хорошее предположение). Термисторы могут выжить, а могут и не выжить.

Надежность релейной цепи превыше всего. В случае выхода из строя рассеиваемая мощность балластного резистора будет очень высокой, и он перегреется, что может привести к повреждению. Худшее, что может случиться, - это то, что паяные соединения резисторов расплавятся, что приведет к отсоединению сетевого шнура и замыканию на корпус. В качестве альтернативы припой может осесть и вызвать короткое замыкание. Если вам повезет, балластные резисторы выйдут из строя до того, как произойдет полномасштабное расплавление.

Убедитесь, что сетевые подключения к резисторам выполнены, как описано выше (примечания по конструкции), чтобы избежать любой из очень опасных возможностей.Возможно, вам придется проконсультироваться с местными нормативными актами в вашей стране по вопросам безопасности электропроводки, чтобы убедиться в соблюдении всех законных требований. Если вы построите схему, которая выходит из строя и кого-то убивает, угадайте, кто виноват? Ты!

Можно использовать термовыключатель, установленный на резисторах, для отключения питания, если температура превышает установленный предел. Эти устройства доступны в качестве запасных частей. для различных бытовых приборов, или вы можете получить их у обычного поставщика.Хотя это может показаться желательным вариантом, вполне вероятно, что резисторы выйдут из строя. прежде, чем термовыключатель сможет сработать.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Маленькие металлические пулевидные плавкие предохранители без возврата в исходное положение имеют корпус под напряжением (он подключен к одному из входных проводов). Используйте этот тип с большой осторожностью! Также имейте в виду, что паять эти устройства нельзя. Если вы это сделаете, тепло от пайки расплавит воск внутри плавкого предохранителя, и это приведет к разомкнутой цепи. Соединения следует использовать гофрированными. или винтовые клеммы.

Здесь представлено несколько схем или идей схем, и вам решать, какую технику использовать. Автономная схема (бестрансформаторный источник питания) - неплохая идея, но может быть сложно гарантировать, что вся проводка под напряжением должным образом защищена от случайного контакта. Поскольку это целая печатная плата, этого может быть довольно сложно добиться. Аналогичные требования предъявляются к активным ограничителям броска тока, большая часть схем которых находится под напряжением сети. Хотя все можно установить в пластиковый ящик, это может стать причиной возгорания в случае серьезной неисправности.Металлический ящик решает эту проблему, но тогда его содержимое должно быть должным образом изолировано (с использованием высокотемпературных негорючих материалов), а ящик заземлен в целях безопасности.


Список литературы
  1. Ametherm SL22 20005 Термистор
  2. AN30.01.en - Указания по применению PULS
  3. Техническое примечание: повторяющиеся пиковые и пусковые токи
  4. Проблемы, связанные с пусковыми токами, вызванные лампами с электронными драйверами, и способы их устранения
  5. Motorola AN1542
  6. Высокоимпульсные нагрузочные резисторы - Vishay


Указатель статей
Основной указатель
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2017. Воспроизведение или повторная публикация любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта.Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Журнал изменений: Страница опубликована и авторские права © декабрь 2017 г.


| Управление освещением Ripley

ZCS Technology® - Не только улучшение, но и резкое повышение планки.

ZCS Technology - Технология нулевой перекрестной коммутации защищает от высоких пусковых токов, особенно в светодиодных светильниках.

Эта технология с микропроцессорным управлением, отслеживая линейное напряжение переменного тока, переключает ламинарный режим в наиболее оптимальное время. Эта точка переключения рассчитана для минимизации пускового тока, «плавного пуска» осветительной электроники и обеспечения длительного срока службы и надежности схемы фотоуправления.

Что такое пусковой ток?
Пусковой ток - это максимальная величина мгновенного тока, потребляемого электрическим устройством при первом включении.Высокие пусковые токи встречаются во всех типах осветительных приборов, от ламп накаливания до светодиодов. При переключении лампы накаливания мощностью 1000 Вт (номинальный промышленный стандарт) может наблюдаться пусковой ток, превышающий 90 ампер, до тех пор, пока нить накаливания не нагреется и сопротивление не увеличится. В светодиодных светильниках используются драйверы; Эти драйверы содержат импульсные блоки питания. Типичный импульсный источник питания будет иметь очень большие конденсаторы; Эти конденсаторы могут заряжаться очень быстро, потребляя большой ток, более 65 ампер для светодиода мощностью 90 Вт.

Традиционная коммутация


Светодиодный светильник мощностью 150 Вт переключается традиционными методами. Синяя кривая представляет напряжение в сети переменного тока, а зеленая кривая - ток. Фотоуправление переключает более 100 ампер пускового тока.

ZCS Technology®


Светодиодный светильник мощностью 150 Вт, подключаемый по технологии ZCS. Синяя кривая представляет напряжение в сети переменного тока, а зеленая кривая - ток.Пусковой ток менее 10 ампер переключается с помощью фотоуправления, оснащенного ZCS.


Регулируемая электронная нагрузка с использованием ламп накаливания


Скромная лампа накаливания больше не пользуется большим уважением. Эти лампы накаливания находятся на грани исчезновения во многих странах и заменяются более современными и эффективными альтернативами, такими как светодиоды.Давний любитель электроники (вроде меня) часто остается с ящиками, полными лампочек, без очевидной пользы от них. И все же, несмотря на все свои недостатки и неэффективность, лампы накаливания по-прежнему занимают ностальгическое место в сердце многих любителей электроники, которые все еще любят мягкое теплое свечение лампочки. Можем ли мы спасти их от судьбы и дать им новую жизнь?

Это история о том, как я спас некоторые из своих лампочек от вымирания, построив на их основе полезный лабораторный инструмент: регулируемую электронную нагрузку.

Потребность в регулируемых электронных нагрузках

Регулируемая электронная (силовая) нагрузка - очень удобное испытательное оборудование при разработке проектов электроники. Например, когда вы создаете источник питания, наступит момент, когда вам нужно будет «смоделировать» нагрузку, чтобы увидеть, насколько хорошо работает ваша конструкция. Чтобы правильно протестировать источник питания, регулируемая нагрузка - это просто билет. Он позволяет вам измерить, какой ток может выдать источник питания при заданном выходном и входном напряжении, а также измерить важные параметры, такие как эффективность, регулирование и пульсации при различных условиях нагрузки.

Раньше я иногда использовал лампочку накаливания в качестве грубой силовой нагрузки при тестировании источника питания. Лампочки было легко найти, и они могли потреблять много тока, что на самом деле является преимуществом в этом приложении. Однако я часто ограничен выбором лампочек, имеющихся под рукой.

РИСУНОК 1. Лампы накаливания.


Контроль величины тока, потребляемого от тестируемого источника питания, в лучшем случае был делом проб и ошибок.Затем мне пришло в голову: что, если бы я мог сделать что-то вроде «переменной нагрузки постоянного тока накаливания»? Это был бы очень полезный инструмент для меня, и я бы использовал свои давно заброшенные лампы накаливания ... беспроигрышная ситуация!

Сравнение традиционных и ШИМ регулируемых нагрузок

Существует несколько различных способов создания регулируемой электронной нагрузки. Традиционный подход (и тот, который я построил сам в более раннем проекте [1]) использует один или несколько мощных MOSFET параллельно в качестве элементов нагрузки. Верхняя диаграмма в Рис. 2 показывает упрощенную версию этого традиционного устройства.Регулируя напряжение затвора полевого МОП-транзистора (обычно с помощью сигнала постоянного тока), сопротивление полевого МОП-транзистора изменяется от стока к источнику, поэтому вы эффективно получаете регулируемую нагрузку (сопротивление) с точки зрения «ВХОДА».

Обратите внимание, что в этих типах схем полевые МОП-транзисторы рассеивают большую часть мощности и тепла, поэтому их необходимо оснастить соответствующими радиаторами. Возможно, вам даже понадобятся охлаждающие вентиляторы. (Для схемы может также потребоваться резистор измерения мощности, если реализована какая-то петля обратной связи или измерение, но для простоты я буду придерживаться стратегии разомкнутого контура.)

Нижняя схема в Рисунок 2 показывает стратегию, которую я использовал вместо этого.

РИСУНОК 2. Традиционные регулируемые нагрузки в сравнении с ШИМ.


Лампы накаливания устанавливаются последовательно с полевым МОП-транзистором. Вместо того, чтобы применять схему управления постоянным током к затвору, я применил ШИМ-сигнал с переменной скважностью. По мере увеличения рабочего цикла увеличивается и средний ток через лампы, так что вы получаете, по сути, «регулируемую нагрузку». Однако эта схема не была бы очень полезной, если бы мы не отфильтровали резкие изменения тока нагрузки при включении и выключении полевого МОП-транзистора.Это функция последовательно соединенных катушек индуктивности и конденсатора на рисунке, которые образуют LC-фильтр нижних частот. Эти компоненты здесь абсолютно необходимы.

Чтобы проиллюстрировать это, я измерил ток через эту цепь с последовательной катушкой индуктивности и без нее, используя небольшой последовательный резистор 0,1 Ом и осциллограф (конденсатор остался в цепи). Результаты показаны на Рисунок 3 . Без катушки индуктивности амплитуда пульсаций размаха составляет более 1 А (одно вертикальное деление в , рис. 3, соответствует 1 А).

РИСУНОК 3. Ток нагрузки с индуктором и без него.


Как видно из этого рисунка, катушка индуктивности заставляет всю цепь нагрузки вести себя больше как переменный резистор с точки зрения ВХОДА «проверяемого источника питания» (помните, что катушки индуктивности имеют тенденцию «противодействовать» резким изменениям тока). Измеренный входной ток в значительной степени представляет собой сигнал постоянного тока без заметных пульсаций, что и является нашей целью.

Важно отметить, что - в отличие от традиционного подхода - большая часть тепла в этой цепи рассеивается в лампах накаливания, а не в полевом МОП-транзисторе.Поскольку полевой МОП-транзистор либо выключен (сопротивление близко к бесконечному), либо включено (сопротивление близко к нулю), мощность, рассеиваемая в устройстве, намного ниже, чем в традиционной схеме. Лампы накаливания делают здесь тяжелую работу и рассеивают большую часть тепла. Плюс - в отличие от полевых МОП-транзисторов - лампам накаливания не нужны большие радиаторы!

Кроме того, вы получаете визуальную индикацию того, что через лампы протекает ток, что, на мой взгляд, является удовлетворительной и полезной обратной связью с пользователем в этом виде испытательного оборудования.

Принципиальная схема

Рисунок 4 показывает блок-схему схемы, тогда как Рисунок 5 показывает принципиальную схему.

РИСУНОК 4. Блок-схема.


Восьмиконтактный микроконтроллер PIC12F683 (U2) используется для подачи сигнала ШИМ на затвор полевого МОП-транзистора. Внутренний АЦП (аналого-цифровой преобразователь) считывает напряжение с многооборотного потенциометра (POT) и пропорционально регулирует рабочий цикл ШИМ.Вместо этого вы можете использовать два потенциометра последовательно (один для «грубой» настройки, а другой для «точной» настройки), но я считаю, что многооборотный потенциометр обеспечивает более удобное практическое использование.

Недостатком ламп накаливания является то, что они являются нелинейными устройствами; при изменении силы тока их сопротивление резко меняется. Вот почему важно иметь ШИМ-сигнал хорошего разрешения (в данном случае 10-битный) и многооборотный потенциометр, чтобы вы могли точно управлять схемой в широком диапазоне выбираемых токов нагрузки.

Я также добавил кнопку (SW2), подключенную к микроконтроллеру, которая переключает нагрузку на ВКЛ и ВЫКЛ каждый раз, когда пользователь нажимает на нее. Микроконтроллер определяет, когда переключатель нажат, и соответственно управляет реле последовательно с нагрузкой (программное обеспечение по умолчанию выключает нагрузку при первом включении цепи). Эта функция полезна, когда нужно быстро отключить нагрузку; скажем, в состоянии перегрузки.

Поскольку я хотел, чтобы регулируемая нагрузка была портативной, чтобы я мог легко перемещать ее по лабораторному столу, я решил использовать питание от батареи 9 В.Линейный регулятор 78L05 (U1) преобразует напряжение батареи в 5 В, необходимые микроконтроллеру.

РИСУНОК 5. Принципиальная схема.


Соответствующая схема для моей последней схемы показана на Рис. 5 . Я использовал три лампы накаливания, которые используются в автомобильных стоп-сигналах, и подключил их параллельно (подробнее о выборе ламп позже). Эти лампочки могут выдерживать большие токи и рассчитаны на напряжение около 12 В, хотя мне удалось без проблем управлять ими с напряжением до 20 В.

Силовой МОП-транзистор, который я выбрал для этой схемы (Q2), - это IRF540N, который имеет очень низкое сопротивление при включении (около 44 мОм), поэтому при включении он рассеивает мало энергии. IRF540N имеет пороговое напряжение затвора ниже 4 В, поэтому он может управляться напрямую микроконтроллером 5 В с помощью только последовательного резистора (R3) для ограничения входного тока и частоты фронтов. Понижающий резистор R5 обеспечивает отключение полевого МОП-транзистора по умолчанию.

Выход GP1 микроконтроллера управляет транзистором 2N2222 (Q1), который, в свою очередь, активирует катушку реле, подключенную к источнику питания 9 В.Он также включает светодиод, чтобы сообщить пользователю, что нагрузка подключена. Диод D2 защищает транзистор от индуктивного «обратного» напряжения.

Я использовал параллельно три разных конденсатора (C5, C6 и C7), чтобы уменьшить эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) в широком диапазоне частот. Низкое значение ESR важно в этом приложении для эффективной фильтрации нижних частот и для уменьшения рассеивания тепла в самих электролитических конденсаторах (что со временем может привести к сбоям).

RC-демпферная цепь, образованная R6 и C4, снижает скачки напряжения и шум, возникающие при включении и выключении полевого МОП-транзистора (см. Врезку , RC-демпфер).

RC демпфер

Распространенной проблемой при быстром переключении силового полевого МОП-транзистора является то, что это может привести к значительному шуму и звену при резком включении / выключении полевого МОП-транзистора. Это вызвано паразитной индуктивностью и емкостью в цепи, которая образует цепь RLC-накопителя, которая, по сути, реагирует на «ступенчатый» вход.Чтобы минимизировать результирующие скачки и колебания напряжения VDS (сток в источник), можно разместить демпфер RC на выводах стока и истока полевого МОП-транзистора.

На рис. A показан всплеск напряжения I переходного процесса VDS, измеренный с RC-демпфером, образованным R6 и C4, и без него. Хотя здесь еще есть место для оптимизации, вы можете видеть, что пик скачка напряжения значительно уменьшен, как и колебательное поведение. Демпферы RC защищают полевой МОП-транзистор от перенапряжения и уменьшают шум, который в противном случае мог бы возникнуть в чувствительных цепях, подключенных к этой нагрузке.

Для получения дополнительной информации см. Ссылку [2].

РИСУНОК A.


Выбор лампы накаливания

В этом проекте я повторно использовал автомобильные стоп-сигналы, которые у меня уже были в ящиках с запчастями. Однако для тех, у кого их еще нет под рукой, эти лампочки легко найти в любом магазине автомобильных запчастей. Лампочки для автомобильных применений физически малы (по сравнению с мощностью, с которой они могут работать), а также относительно недороги.Подойдут любые лампы мощностью 12 В, 20 Вт или 50 Вт. Выбор в основном зависит от максимального тока, который вам нужно потреблять для напряжений питания, которые вы планируете тестировать. Чем выше номинальная мощность лампочки, тем больший ток вы сможете потреблять в своей нагрузке.

Например, одна лампочка на 20 Вт на 12 В номинально потребляет около 20/12 = 1,67 А при 12 В. Эта схема позволяет вам потреблять на ток меньше, чем на , регулируя потенциометр, но не на больше, чем на . Вот почему я подключил три лампы параллельно, так как я хотел получить максимум 4А при 12 В (и у меня было довольно много неиспользуемых лампочек).Однако, если вам не нужно регулярно проверять источники питания с таким большим током, вам может понадобиться всего одна или две лампочки.

Вы также должны быть осторожны, чтобы не сжечь лампочки, подавая напряжение выше их номинального (в данном случае выше 12 В) в течение продолжительных периодов времени при одновременном потреблении максимального тока. Вы всегда можете подключить несколько лампочек последовательно, если это необходимо для вас, или использовать вместо них лампы на 24 В.

Предупреждение о безопасности: Лампы накаливания становятся очень горячими и могут вас обжечь! Убедитесь, что вы не прикасаетесь к лампочкам во время работы, и предусмотрите способ их закрытия, чтобы свести к минимуму риск случайного контакта.

Строительство

Поскольку это относительно простая схема, в которой используются только компоненты со сквозными отверстиями, я решил построить ее с использованием прототипной платы (также известной как перфокарта). На рис. 6 показан вид сверху собранной схемы перфорированной платы и выделены основные компоненты. Несмотря на то, что MOSFET, который я использовал, не рассеивает большую часть энергии (это делают лампочки), я оборудовал его небольшим радиатором, так как он может немного нагреваться при потреблении больших токов (более 3 А).

РИСУНОК 6. Схема монтажной платы в сборе.


На рисунке 7 показана нижняя сторона платы. Обратите особое внимание на части схемы, где протекает потенциально высокий ток нагрузки (это часть схемы, представленная в нижней части Рис. 3 ).

РИСУНОК 7. Задняя сторона платы.


Убедитесь, что калибр провода достаточно толстый, чтобы пропускать ток по этим путям.Это также помогает укрепить (с помощью припоя) пути прохождения сильного тока, поскольку это снижает общее электрическое сопротивление. Также постарайтесь, чтобы эти соединения были как можно короче.

На рисунке 8 показан ранний прототип, каким он был до того, как я поместил схему в надлежащий корпус.

РИСУНОК 8. Ранний прототип.


Здесь вы можете увидеть многооборотный потенциометр и три лампы, подключенные к основной плате.

На рисунке 9 показана схема внутри небольшого пластикового корпуса.Обратите внимание на батарею 9 В, установленную в левой нижней части коробки.

РИСУНОК 9. Цепь внутри небольшого пластикового корпуса.


На рис. 10 показана передняя панель конечного продукта и выделены основные элементы управления и индикаторы.

РИСУНОК 10. Передняя панель с элементами управления и индикаторами.


Программное обеспечение

PIC запускает программное обеспечение, разработанное с использованием компилятора ME Labs PICBASIC PRO ©.Полный код доступен для загрузки. Доступны как исходный код, так и скомпилированные файлы. Если у вас есть программатор PIC и вам не нужно вносить какие-либо изменения в код, вы можете просто запрограммировать PIC с помощью файла .hex без необходимости перекомпилировать код.

Блок-схема в Рисунок 11 показывает структуру программы. Он начинается с определения некоторых констант и выполнения инициализации на уровне блоков.

РИСУНОК 11. Блок-схема программы.


Внутренний АЦП подключен к входу GP4 и настроен на 10-битный режим. ШИМ инициализируется и также устанавливается в 10-битный режим, чтобы его разрешение было максимальным и соответствовало разрешению АЦП. Как отмечалось ранее, это разрешение важно для точного управления широким диапазоном токов нагрузки. К сожалению, в этом микроконтроллере есть компромисс между разрешением и частотой ШИМ (что не редкость).

Из-за этого компромисса - хотя я предпочел бы использовать частоту ШИМ выше 40 кГц, поскольку это упростило бы фильтрацию LC - я в конечном итоге установил ее примерно на 8 кГц.Однако при используемых номиналах индуктивности и конденсатора эта скорость переключения достаточно высока для эффективной фильтрации.

В основной части программы мы входим в основной цикл, который начинается со считывания напряжения АЦП (подключенного к потенциометру). Для чтения АЦП я решил взять восемь отсчетов и отбросить краевые отсчеты, чтобы избежать проблем с шумом. Это делается путем сортировки восьми выборок и последующего усреднения только внутренних выборок (вы могли бы назвать это «усеченным средним»). Полученное (отфильтрованное) значение затем используется для регулировки рабочего цикла ШИМ пропорционально показанию напряжения потенциометра / АЦП.

Затем программа опрашивает вход тумблера, чтобы определить, был ли он нажат. Обратите внимание, что здесь выполняется код устранения неполадок, чтобы избежать нестабильности. Если обнаружено нажатие переключателя, релейный выход переключается и нагрузка включается (или выключается).

Результаты

С тремя включенными параллельно лампочкам, которые я использовал, я смог потреблять более 3 А при 3,3 В и к северу от 4 А при входном питании 5 В. Этого более чем достаточно для большинства моих применений. Как я объяснял в разделе «Выбор лампы накаливания», максимальный ток , который можно потреблять с этой регулируемой нагрузкой, определяется номинальной мощностью лампы и изменяется нелинейным образом с напряжением.

Для справки читателя, я построил свой измеренный график зависимости максимального тока от входного напряжения на Рис. 12 .

РИСУНОК 12. Максимальный ток в зависимости от входного напряжения.


Я наложил линию тренда (используя Microsoft © Excel) и соответствующее уравнение, которое позволяет пользователю оценить максимальный ток для напряжений, отличных от тех, которые я измерил.

Обратите внимание, что эта кривая была бы другой, если бы использовались разные лампочки, и представляет только максимальный ток , который нагрузка способна потреблять при каждом входном напряжении.Более низкие токи - от нуля до максимума - достигаются простой регулировкой потенциометра.

Выводы и будущие улучшения

Хотя я вполне удовлетворен текущей реализацией, и она уже оказалась очень полезной в моем хобби, в любом проекте всегда есть возможности для улучшения. Вот некоторые мысли относительно будущих улучшений, которые читатель может рассмотреть:

Привод затвора - Для работы с высокой мощностью, сдвиг уровня привода затвора MOSFET на 9 В приведет к более высокому напряжению VGS, таким образом, более низкому сопротивлению и потенциально даже меньшей мощности, рассеиваемой в MOSFET.Это следует учитывать, если требуются очень высокие токи нагрузки.

Частота ШИМ - Если в считывателе используется другой микроконтроллер или даже выделенная схема ШИМ, то вы можете увеличить частоту ШИМ до 40 кГц или выше. Это должно улучшить фильтрацию и / или позволить вам использовать меньшую катушку индуктивности для той же пульсации тока.

Ограничитель пускового тока - Одним из недостатков ламп накаливания является то, что их сопротивление в холодном состоянии намного ниже, чем при «нормальной» работе (10-кратный коэффициент часто упоминается как практическое правило).Это низкое «холодное сопротивление» приводит к всплеску тока (выбросу), когда вы впервые подключаете нагрузку к тестируемому источнику питания. Хотя для моих целей это не было серьезной проблемой, читателю следует знать об этом, поскольку это может (в некоторых случаях) срабатывать схемы защиты от перегрузки по току в тестируемых источниках питания.

Добавление небольшого последовательного резистора или даже более сложной схемы ограничения тока только при запуске может улучшить эту ситуацию. Например, вы можете добавить еще одно реле, управляемое тем же микроконтроллером, которое удерживает последовательный резистор в цепи в течение нескольких миллисекунд после активации нагрузки, а затем закорачивает их для работы в установившемся режиме.

РИСУНОК 13. Регулируемая нагрузка в действии.


Этот проект оказался полезным не только потому, что он оказался очень полезным на моем рабочем месте, но и потому, что он позволил мне спасти и повторно использовать некоторые из моих старых ламп накаливания. Мне действительно нравится видеть визуальную обратную связь, обеспечиваемую свечением света, когда ток проходит по цепи (см. Рисунок 13 ).

Это в некотором роде уникальная функция, которую вы не получите с подходами, основанными на MOSFET; это похоже на сравнение старого доброго лампового усилителя с современным транзисторным усилителем.Надеюсь, тебе тоже понравится. NV


ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ

ТОВАР ОПИСАНИЕ ИСТОЧНИК
АКТИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
U1 78L05 5V линейный регулятор Цифровой ключ LM78L05ACZFS-ND
U2 PIC12F683 Микроконтроллер Цифровой ключ PIC12F683-I / P-ND
2 квартал N-канальный силовой полевой МОП-транзистор Digi-Key IRF540NPBF-ND
1 квартал 2N2222 NPN транзистор Цифровой ключ PN2222AFS-ND
D2 1N4001 Диод Digi-Key 641-1310-1-ND
D1 Красный светодиод
РЕЗИСТОРЫ - 1 / 4W 5% аксиальная углеродная пленка
R1 10К
R2 4.7К
R3 220R
R4 3,3 К
R5 22K
R6 4.7R
КОНДЕНСАТОРЫ
C1 0,1 мкФ / 100 В Керамика
C2 10 мкФ / 16 В электролитический
C3 0.1 мкФ / 100 В Керамика
C4 Пленка 4,7 нФ / 100 В
C5 470 мкФ / 50 В электролитический
C6 680 мкФ / 50 В электролитический
C7 0,1 мкФ / 100 В Керамика
РАЗНОЕ
L1 Индуктор с тороидальным сердечником 220 мкГн, 4 А или выше
РЕЛЕ SPDT 10A реле Цифровой ключ 255-2065-ND
RV1 Многооборотный потенциометр 10K
Перфорированная плита
Лампочки (см. Текст) Магазин автозапчастей

Список литературы

[1] Создание регулируемой постоянной токовой нагрузки.Пауло Оливейра.
http://paulorenato.com/index.php/electronics-diy/91-constant-current-load

[2] AN11160 Проектирование демпферов RC - NXP
www.nxp.com/documents/application_note/AN11160.pdf


Загрузки

Что в почтовом индексе?
Исходный код

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *