Электронный пускорегулирующий аппарат для дуговых натриевых ламп

   
Д. Панфилов, В. Поляков, Ю. Поляков, А. Барышников, Н. БатраковЭлектронный пускорегулирующий аппарат для дуговых натриевых ламп

Натриевые лампы высокого давления находят широкое применение для наружного освещения,интенсивно вытесняя дуговые ртутные лампы благодаря лучшим технико-экономическим показателям. Основныепреимущества натриевых ламп по сравнению с дуговыми:

  • 25% сбережение электроэнергии;
  • увеличенный срок службы;
  • до 45% больший световой поток;
  • отсутствие мигания лампы к концу срока службы.

Традиционная система электропитания лампы от сети переменного напряжения 220 В, 50 Гц содержиттокоограничивающий реактор, последовательно включенный с лампой, и устройство, формирующее высоковольтныеимпульсы для зажигания разряда. Проблемы, связанные с электромагнитными пускорегулирующими аппаратами (ПРА),следующие:

  • мерцание от сети 50 Гц;
  • нестабильность мощности и светового потока лампы при колебаниях сетевого напряжения;
  • низкий коэффициент мощности;
  • большие масса и габариты самого ПРА и необходимость применения дополнительного конденсатора для улучшения коэффициента мощности;
  • отсутствие возможности управления светом.

   Эти недостатки устраняются при использовании для питания натриевых ламп электронных пускорегулирующих аппаратов(ЭПРА), другое распространенное название которых — электронные балласты. В дополнение к этому ЭПРА позволяет:

  • повысить срок службы лампы;
  • увеличить светоотдачу, соответственно, уменьшить энергопотреб-ление;
  • обеспечить комфортную освещенность.

Кроме того, они конкурентоспособны по стоимости с традиционными балластами, поскольку более высокая начальнаяцена компенсируется увеличением срока службы, постоянно увеличивающейся стоимостью электроэнергии и сокращениемзатрат на обслуживание осветительных установок. Поэтому электронные балласты вызывают повышенный интерес у организаций,занимающихся вопросами городского освещения.

Рис. 1. Функциональная схема ЭПРА

Ниже описывается электронный пускорегулирующий аппарат для серийно выпускаемых дуговых натриевых ламп высокогодавления типа ДНаТ, мощностью 250 Вт, разработанный на кафедре “Промышленной электроники” Московского энергетическогоинститута (Технического Университета) и серийно осваиваемый на Государственном предприятии “Нижегородский завод им. М.В. Фрунзе”.Функциональная схема ЭПРА представлена на рис. 1 и содержит следующие узлы:

  • сетевой фильтр;
  • выпрямитель с устройством защиты;
  • корректор коэффициента мощности;
  • инвертор;
  • устройство поджига;
  • устройство управления мощностью.
Таблица 1. Результаты испытаний ЭПРА в различных режимах работы Режим полной мощности Напряжение сети U, B Потребляемая мощность PK,Вт Напряжение на лампе UH, B Ток лампы IH, A Потребляемый ток IC, A КПД Коэффициент мощности 220 272 102 2,55 1,27 0,96 0,98 250 266 103 2,55 1,1 0,98 0,97 190 279 102 2,55 1,50 0,93 0,98 Режим пониженной мощности 220 109 71,5 1,41 0,52 0,93 0,96

Отметим некоторые особенности нового ЭПРА.

  • Применение активного корректора коэффициента мощности решило проблемы совместимости ЭПРА с питающей сетью.Корректор выполнен по схеме повышающего импульсного преобразователя на мощном МДП-транзисторе, управление которымпроизводится от специализированной интегральной микросхемы, что обеспечило энергопотребление с коэффициентом мощностив номинальном режиме на уровне 0,98. Как видно из представленных в табл. 1 данных, коэффициент мощности имеет высокоезначение при всех возможных режимах в диапазоне изменения напряжения 220 В ± 15%. Вторым положительным свойствомприменения корректора является высокая стабильность освещенности при изменении напряжения питающей сети за счет стабилизациинапряжения в силовой цепи постоянного тока.
  • Регулируемый высокочастотный инвертор обеспечивает питание лампы током повышенной частоты в двух режимах: в режимеполной мощности и в режиме энергопотребления на уровне 50% от номинального, — что дает адекватное управление яркостьюсвечения лампы. Для управления силовыми МДП-транзисторами инвертора используется интегральная микросхема высоковольтногодрайвера, что обеспечивает надежный запуск и стабильную работу ЭПРА в широком диапазоне температур.В состав инвертора входит динисторная схема пуска, формирующая высоковольтные импульсы для поджига лампы. После зажиганиялампы осцилляция прекращается. Зажигание и выход лампы на режим происходит при токах значительно меньших, чем при пускеот дроссельных ПРА, что увеличивает срок службы лампы и уменьшает эксплуатационные расходы.
  • Управление светом в электронном балласте осуществляется специальной схемой, воздействующей на узел управления частотойпереключения транзисторов инвертора. Частота тока лампы увеличивается, ток лампы уменьшается и, соответственно, уменьшаетсяяркость ее свечения. При повторном управляющем воздействии частота тока возвращается к номинальной, и сила света возрастаетдо своего максимального значения.
  • Электронная защита от сетевых перенапряжений на силовом транзисторном ключе, включенном на стороне постоянного токасетевого выпрямителя, в дополнение к традиционной защите в виде варистора и предохранителя, повышает надежность устройства.На рис. 2 приведены осциллограммы токов и напряжений, иллюстрирующие работу ЭПРА. Основные технические характеристикиЭПРА приведены в табл. 2.

Рис. 2.
а)входное напряжение и потребляемый ток
б) режим переключения мощности ЭПРАТаблица 2. Основные технические характеристики ЭПРА Тип ЭПРА ЭПРА-250 ДНаТ-01 Мощность лампы , Вт 250 Напряжение питания, В (50 Гц) 180-250 Потребляемый ток, А (при 220В) 1,2 Коэффициент мощности, не менее 0,96 Температурный диапазон, °C -40...+50 Масса, кг 1,0 Габариты, мм 200х140х90

Достоинства нового ЭПРА:

  • Cтабильность освещения и повышенный срок службы лампы за счет стабилизации выходной мощности при изменениях напряжения питающей сети и обеспечения более щадящего пуска.
  • Комфортное освещение за счет отсутствия низкочастотных пульсаций светового потока (стробоскопического эффекта).
  • Высокое качество потребляемой электроэнергии — коэффициент мощности близкий к единице благодаря потреблению синусоидальноготока с нулевым фазовым сдвигом.
  • Малые масса и габариты благодаря работе на повышенной частоте с высоким КПД, наличию встроенного устройства зажигания иотсутствию необходимости в дополнительном оборудовании для компенсации реактивной мощности.
  • Бесшумная работа за счет питания током повышенной частоты (свыше 20 кГц).
  • Низкий уровень радиопомех, который достигается путем использования специальных фильтров.
  • Уменьшенное на 20% энергопотребление при сохранении светового потока за счет уменьшения потерь в ПРА и повышения светоотдачи.
  • Дополнительное энергосбережение за счет наличия возможности управления световым потоком лампы (переход на пониженную мощность).
  • Уменьшенные эксплуатационные расходы на смену ламп за счет повышения срока службы лампы.

Экономическая эффективность

Снижение затрат на оплату электроэнергии при использовании ЭПРА представлено на рис. 3.При работе 10 часов в сутки в обычном режиме годовая экономия электроэнергии составляет 212 кВт·ч на один ЭПРА,управляющий 100 лампами.

Рис. 3. Экономия при замене электромагнитного ПРА на электронный

При использовании средств управления для переключения ламп в экономичный режим и при условии работы в этом режимеполовины времени горения лампы экономия электроэнергии составит: в год — 476 кВт·ч; в течение всего срока службы — 5220 кВт·ч.Экономическая эффективность у потребителя при использовании одного ЭПРА составляет:

  • для обычного режима работы — 570 руб.;
  • для управляемого режима работы (с переходом на пониженную мощность в ночное время) — 1322 руб.

Государственным предприятием “Нижегородский завод им. М.В.Фрунзе” изготовлена и испытана опытная партия ЭПРА.Испытания показали эксплуатационную надежность при воздействии всех дестабилизирующих факторов (температура,изменение сетевого напряжения и др.). Произведена сертификация ЭПРА.
    Завод предполагает освоение электронных пускорегулирующих аппаратов для всего ряда серийно выпускаемых дуговыхнатриевых ламп высокого давления типа ДНаТ мощностью 70, 100, 150, 250 Вт.
    Авторы выражают благодарность фирме Hewlett-Packard за предоставленное оборудование, а именно: осциллографHP 54645D и генератор сигналов НР 33120А, которые были использованы при данной разработке (приведенные вышеосциллограммы были сняты осциллографом и переданы на компьютер, где была произведена их дальнейшая обработка).

Кафедра «Промышленной электроники» МЭИ
Тел. (095) 362-7424, 362-7419, 362-7422
Факс (095) 362-7424
E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.