Сделай сам, 1994 № 01

Теперь не перегорит! (защита ламп от перегорания)

В. Банников

Проблема продления срока службы сетевых электрических ламп накаливания сейчас актуальна, как никогда. В журнале «Радио» автором была опубликована схема устройства для защиты осветительных ламп от перегорания. Достоинство того устройства состоит в том, что оно может быть встроено в удобном месте электропроводки — «в разрыв» одного из проводов питания лампы. Однако в нем применен довольно дефицитный транзистор КТ848А (от автомобильного зажигания), что препятствует массовому повторению этой весьма простой конструкции.

Заменив труднодоступный транзистор обыкновенным реле, легко сделать практичное устройство защиты ламп, не содержащее дефицитных деталей (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема питания электрической лампы накаливания со ступенчатым релейным ограничением тока в момент включения

Как и упомянутое в начале статьи устройство, оно представляет собой двухполюсник, а потому легко встраивается в существующую электропроводку. Но в отличие от прототипа оно обеспечивает не плавное ограничение тока в момент включения лампы, а ступенчатое: сначала через нить накала протекает только одна половина волн переменного тока, а затем обе. Тем не менее такое упрощенное управление подводимой к лампе мощностью вполне надежно защищает ее нить накала от перегорания в первоначальный момент, когда нить еще «холодная».

Питание обмотки К1 реле осуществляется током, протекающим через сетевой выключатель SA1, осветительную лампу EL1, диод VD2, обмотку К1 и диод VD3 (или контактную группу К1.1 реле). Именно так через лампу EL1 проходит положительные (по отношению к катоду диода VD3) полуволны переменного тока. Отрицательные же полуволны тока протекают через цепь SA1-EL1-VD1-К1.1. Оксидный конденсатор С1 служит, с одной стороны, для сглаживания переменного напряжения, выпрямленного диодом VD2, с другой — для организации требуемого времени задержки срабатывания реле после замыкания контактов SA1 сетевого выключателя.

Работает устройство так. После замыкания контактов SA1 через лампу EL1 сначала проходят лишь положительные полуволны тока. При этом диод VD1 закрыт, поскольку контакты К1.1 пока еще разомкнуты. Однако конденсатор С1 постепенно заряжается через лампу EL1 и диод VD2. Как только напряжение на нем достигнет уровня срабатывания реле, оно включится и его контакты К1.1 замкнутся, шунтируя собой диод VD3. Это обеспечит прохождение через лампу EL1 и диод VD1 отрицательных полуволн. В результате чего горевшая сначала «вполнакала» лампа EL1 загорится в полную силу. Задержка, вызванная временем зарядки конденсатора С1 и срабатывания реле, оказывается вполне достаточной, чтобы предохранить нить накала лампы.

Поскольку обмотка К1 реле питается током лампы EL1, ее сопротивление должно быть согласовано с мощностью лампы. Если здесь использовать одно из распространенных автомобильных реле с сопротивлением обмотки 85 Ом, то мощность лампы выбираем в пределах от 40 до 100 Вт. Так, при мощности лампы 40 Вт постоянное напряжение на обмотке К1 составит 7 В, при 60 Вт — 10 В, при 100 Вт — 16 В. При любом из этих напряжений автомобильное реле будет уверенно срабатывать. Здесь подойдут малогабаритные реле типа 111.3747, 112.3747, 113.3747, 113.3747-10, 114.3747-10, 114.3747-11, 116.3747-10, 116.3747-11, 117.3747-10 или 117.3747-11, рассчитанные на номинальное напряжение 12 В. Их выводы маркированы так: 85 и 86 — обмотка (ее сопротивление 85 Ом), 30 и 87 — замыкающая (нормально разомкнутая) группа контактов.

Из реле общего применения для ламп мощностью 40…100 Вт можно рекомендовать следующие: РЭС-10, паспорта РС4.524.304, РС4.524.302 и РС4.524.308 (два последних — только для ламп 40 и 60 Вт); РЭС-9, паспорта РС4.524.202 и РС4.524.203.

Время задержки срабатывания реле зависит от емкости конденсатора С1. Так, при емкости 4000 мкФ оно составляет почти 1 с, что уверенно обеспечивает нужный предварительный прогрев нити лампы. При этом переключение на полную мощность происходит почти незаметно для глаз. Практика показывает, что для надежной защиты ламп (правда, при плановом изменении мощности, а не при ступенчатом) вполне достаточно 100 мс Поэтому рекомендуемое иногда в литературе время 2…4 с или 5…10 с явно избыточно. Ведь прогрев сетевых ламп накаливания происходит очень быстро. По этой причине емкость конденсатора С1 вполне можно немного уменьшить без риска перегорания нити накала в момент включения лампы.

Как видно из рис 1, устройство включено «в разрыв» одного из проводов к лампе. Если же сетевой выключатель SA1 одновременно коммутирует не одну, а несколько ламп (например, в осветительной люстре), то цепи ламп должны быть разделены (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема питания нескольких электрических ламп накаливания со ступенчатым релейным ограничением тока в момент включения

В этом случае одна лампа (EL1) по-прежнему связана с устройством точно так же, как на рис. 1, а две другие лампы (EL2 и EL3) соединены только через диод VD3 и контакты К1.1 реле. Это позволяет пропустить ток ламп EL2 и EL3 через диод VD3, минуя остальную часть устройства защиты Однако и здесь будут защищены все три лампы. Мощность лампы EL1 по-прежнему должна быть в пределах 40…100 Вт, а суммарная мощность лампы EL2 и EL3 ограничена лишь максимальным током диода VD3 и стойкостью контактов К1.1. Отметим, что в наибольшей степени здесь подходят автомобильные реле, контакты которых выдерживают ток до 30 А (правда, лишь при 12 В).

Однако использовать реле — этот контактный прибор — все же нежелательно. Целесообразнее применить бесконтактный способ коммутации цепей осветительных ламп, основанный, например, на использовании тиристора. Чтобы избежать проблем, связанных с достаточно сложным импульсным управлением тиристором, его заменяют простейшей цепочкой (рис. 3). Здесь тиристор VS1 управляется с помощью цепи R-VD1-С1. Диод VD2 нужен для пропускания через лампу EL1 отрицательных полуволн переменного тока. Тиристор VS1 используется для пропускания положительных полуволн.

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема питания электрической лампы накаливания со ступенчатым бесконтактным ограничением тока в момент включения

Работа устройства несложна. После замыкания контактов сетевого выключателя SA1 благодаря диоду VD2 вначале через лампу EL1 проходят лишь отрицательные полуволны — лампа горит «вполнакала». Однако довольно скоро (приблизительно через 1 с) конденсатор С1 заряжается (через резистор R1 и диод VD1) до уровня, достаточного для открывания тиристора VS1, и лампа загорается на полную мощность. Поскольку напряжение между управляющим электродом тиристора и его катодом невелико, в устройстве применимы оксидные конденсаторы практически с любым малым рабочим напряжением. Мощность лампы EL1 (или групп ламп, соединенных параллельно) ограничена лишь предельным током диода VD2 и тиристора. Если последний используется без теплоотвода, то мощность лампы не должна превышать 200 Вт.

Несколько слов о возможной замене полупроводников в схемах устройств защиты ламп. Диоды КД1056 можно заменить на КД105В или КД105Г; диоды КД226В — диодами серии КД209 (с индексами от А и В) или КД226 (с индексами Г и Д). Вместо тиристора КУ202М или КУ201Л.

_{ЛИТЕРАТУРА}

_{1. Банников В. Защита электроосветительных приборов. — Радио, 1990, № 12, с. 53.}

_{2. Бжевский Л. Светорегулятор с выдержкой времени. — Радио, 1989, № 10, с. 76.}

_{3 Нечаев И. Регулируем яркость светильника. — Радио, 1992, № 1, с. 22–23}

Как включить 20-ваттную люминесцентную лампу

В. Банников

Имеющиеся в продаже 20-ваттные люминесцентные лампы отличаются сравнительно небольшими размерами. Поэтому, как правило, они больше подходят для бытовых целей, чем 40-ваттные, которые примерно вдвое длиннее (около 120 см) 20-ваттных. Однако достать к 20-ватткам арматуру не всегда удается, да и приобретенные стандартные светильники с такими лампами довольно громоздки. Все это препятствует широкому распространению в быту этих практичных ламп.

Более доступна электроаппаратура светильников с 40-ваттными лампами. В частности, дроссели 1УБИ-40/220 от отслужившего свой срок светильника — прекрасная основа для сборки малогабаритного самодельного светильника с 20-ваттной лампой. Сделать это можно с учетом следующих соображений.

Поскольку дроссель (так называемый аппарат пускорегулирующий) 1УБИ-40/220 рассчитан на подключение одной 40-ваттной лампы, для работы с 20-ваттной лампой их понадобится уже два. Соединенные последовательно, они обеспечат необходимое снижение потребляемого тока до номинального. В этом случае к лампе будет подведена как раз требуемая мощность. При подключении 20-ваттной лампы лишь одним дросселем яркость ее свечения заметно возрастет (по сравнению со стандартной), однако срок службы значительно сократится, что, конечно, недопустимо.

Вместе с тем легко убедиться, что светильник, собранный по обычному варианту (с заменой одного дросселя двумя), плохо зажигается. Обычный газонаполненный стартер (например, 80С-220) в этом случае многократно срабатывает, не приводя к включению лампы. Но если шунтировать перемычкой один из последовательно соединенных дросселей, лампа сразу же зажигается. После этого перемычка отключается, что переводит лампу в номинальный режим работы.

Для реализации такого способа зажигания светильник должен быть снабжен кнопкой, кратковременно нажимая которую (вслед за замыканием сетевого выключателя), зажигают лампу. Но это неудобно. Проблема, однако, легко решается введением в стандартную схему несложного пускового автомата.

Принципиальная электрическая схема пускового автомата представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема пускового автомата включения 20-ваттной люминесцентной лампы

Здесь EL1 — 20-ваттная люминесцентная лампа (например, ЛБ-1), а L1 и L2 — дроссели ИУБИ — 40/220 (или ИУБЕ — 40/220) от старого отслужившего свой срок светильника (с двумя 40-ваттными лампами). Стартер SL1 также обычный на 220 В (например, 80C-220-1 или ZTE/1). Диод VD1 используется для пропускания через цепь стартера SL1 одной полуволны переменного напряжения. Диод VD2 служит для пропускания другой полуволны через ту же цепь, а также через обмотку К1 реле, контактная группа К1.1 которого использована для замыкания дросселя L2 во время пуска лампы EL1. Оксидный конденсатор С1 нужен для сглаживания выпрямленного диодом VD2 напряжения на обмотке К1 реле.

Работает автомат следующим образом. Включают (и выключают) светильник сетевым выключателем SA1. Как только контакты стартера SL1 замыкаются, на обмотке К1 появляется постоянное напряжение (около 15 В), что вызывает замыкание контактов К1.1. В результате этого лампа EL1 быстро включается, шунтируя собой (как и в обычном случае) цепь стартера SL1. Естественно, теперь напряжения на обмотке К1 реле нет и контакты К1.1 разомкнуты. Таким образом, после зажигания люминесцентной лампы автомат обесточен и не мешает ее дальнейшей работе в номинальном режиме.

При шунтировании дросселя L2 наблюдается довольно сильное искрение контактов К1„1 реле, что предъявляет к ним требование повышенной злектрозрозионной стойкости. Здесь применено небольшое автомобильное реле, например, типа 111.3747, 112.3747, 113.3747, 113.3747-10, 114.3747-10, 114.3747-11, 116.3747-10, 116.3747-11, 117.3747-10 или 117.3747-11. Обмотка этого реле (ее сопротивление постоянному току 85 Ом) имеет маркировку 85 и 86, а замыкающая (нормально разомкнутая) группа контактов — 30 и 87. Чтобы снизить искрение контактов этого (или подобного) реле, дроссель L2 включается в схему через диодный мост VD3 (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема включения дросселя 20-ваттной люминесцентной лампы через диодный мост

Здесь можно использовать диодную сборку из серии КЦ402…КЦ405 (кроме имеющих буквенные индексы В, Г, Д и Е) либо собрать однофазный мост из диодов, подходящих по току (не менее 600 мА) и напряжению (не менее 400 В). Диоды VD1, VD2 — любые из серии КД105 или Д226, Д226Б; допустима их замена одной диодной сборкой серии КД205 (кроме имеющей индексы В, Г, Д, К или Л). Оксидный конденсатор С1 типа ЭТО-2 или К52-2. Поскольку наружный диаметр ламп мощностью 20 и 40 Вт одинаков (около 40 мм), в самодельном светильнике использованы патроны от упомянутого старого светильника. От него же взят стартер и патрон к нему.

Для зажигания «холодной» лампы данным автоматом требуется время около 1 с. Экспериментально установлено, что с этим автоматом можно использовать даже лампы, одна из нитей накала которых уже перегорела. При этом достаточно соединить перемычкой (непосредственно на самой лампе) накоротко те выводы лампы, которые связаны именно с перегоревшей нитью. Правда, время зажигания лампы при этом увеличивается до 3…5 с.