Об особенностях эксплуатации компактных люминесцентных ламп

ВЕСТНИК Мордовского университета | 2014 | № 1-2

В настоящее время актуальны усилия по повышению энергоэкономичности осветительных установок (ОУ) [1]. Одним из путей энергосбережения в освещении, особенно бытовом, является использование компактных люминесцентных ламп со встроенными электронными ПРА (далее – КЛЛ). КЛЛ, номенклатура которых с каждым годом увеличивается, позволяют использовать их в ОУ вместо ламп накаливания общего назначения (ЛОН). При этом широко используются выключатели со встроенным световым индикатором (для легкости определения местоположения выключателей, что особенно важно в условиях темноты). Однако было замечено, что нередко при замене ЛОН на КЛЛ в ОУ с такими выключателями происходят световые вспышки в КЛЛ с часто- той порядка 1 Гц, когда выключатели (и ОУ, соответственно) выключены. Данная работа посвящена выяснению причин возникновения этого явления.

В ходе исследований использовались КЛЛ и выключатели со встроенными световыми индикаторами производства различных фирм. Исследовались выключатели как с газоразрядным, так и со светодиодным (СД) индикаторами. При этом газоразрядный индикатор последовательно соединялся с балластным резистором R с сопротивлением 470 или 120 кОм, а светодиодный индикатор VD – с сопротивлением 220 кОм (рис. 1). При разомкнутых контактах выключателя SA токи данных индикаторов при напряжении сети 220 В, соответственно, равны 0,350, 1,200 и 0,075 мА.

Ри с . 1. Электрические схемы выключателей с газоразрядным ( а ) и светодиодным ( б ) индикаторами: SA – контакты выключателя; R – балластный резистор; HE – газоразрядная лампа; VD – светоизлучающий диод

При включении в цепь выключателя ЛОН мощностью 60 Вт, наиболее часто используемой в бытовых осветительных приборах, осциллограмма напряжения на ней при разомкнутых контактах выключателя близка к синусоидальной, с паузами в начале и в конце полупериодов. Поскольку сопротивление ЛОН активно, такая осциллограмма характеризует изменение тока в цепи при разомкнутых контактах выключателя, то есть тока, значение которого в основном определяется сопротивлением балластного резистора R (по форме осциллограммы аналогичного току газоразрядной лампы с активным балластом [2]).

При таком же включении КЛЛ, например, типа КОСМОС 3U 20W, осциллограмма напряжения на лампе су- щественно отличается (рис. 2). Наличие нескольких кривых на осциллограмме напряжения на КЛЛ и их различие в четные и нечетные полупериоды свидетельствуют о его периодической изменчивости во времени. При этом рост напряжения на КЛЛ в «первом» полупериоде, согласно рис. 2 (б, в), происходит плавно, а снижение, почти до нуля, происходит в тот момент, когда напряжение питания возрастает (рис. 2 в) или достигает максимума (рис. 2 б). Уменьшение частоты развертки луча осциллографа (на два порядка), позволило определить характер периодического изменения напряжения на КЛЛ. Полученные периодичности (рис. 3) были как у указанных световых вспышек в КЛЛ и равнялись 1,15; 0,34 и 0,43 с соответственно.

Серия «Естественные и технические науки»

Р и с . 2. Осциллограммы напряжения питания (1) и напряжения на КЛЛ (2) (100 В/дел) с выключателями по рис. 1 а производства фирм MAKEL (а) и «Универсал» (б) и с выключателем по рис. 1 б (в), находящимися в выключенном состоянии

Р и с . 3. Характер изменчивости осциллограмм напряжения на КЛЛ (20 В/дел) с выключателями по рис. 1 а производства фирм MAKEL (а) и «Универсал» (б) и с выключателем по рис. 1 б (в), находящимися в выключенном состоянии

Однако при включении в цепь выключателя с индикатором местоположения некоторые типы КЛЛ (например КЛЭ 6-20 производства ОАО «Лисма-ВНИИИС») световых вспышек не дают. Для выяснения причин периодических световых вспышек в выключенных КЛЛ остальных типов были сравнены между собой схемы электронных ПРА в КЛЛ КОСМОС 3U 20W и КЛЭ 6-20. Оказалось, что существенным различием является отсутствие в схеме первого ПРА термистора (позистора) РТС1, который в схеме второго ПРА включен параллельно емкости С5, осуществляющей «быстрый пуск» лампы (рис. 4). Функциональное назначение термистора в электронном ПРА – замедление роста напряжения на этой емкости, благодаря чему возрастает время подогрева электродов перед пуском лампы [4]. Это связано с тем, что термистор имеет положительный температурный коэффициент сопротивления, которое нелинейно быстро возрастает с ростом его температуры.

ВЕСТНИК Мордовского университета | 2014 | № 1-2

Рис . 4. Принципиальные электрические схемы КЛЛ типов КЛЭ 6-20 (а) и КОСМОС 3U 20W (б)

Серия «Естественные и технические науки»

Р и с . 5. Осциллограммы напряжения на КЛЛ (1) типов КЛЭ 6-20 (а, в) и КОСМОС 3U 20W (б, г) (100 В/дел) и напряжения на балластном резисторе (2) газоразрядного индикатора выключателя (100 В/дел) при выключенном выключателе с индикатором

J___L^{2 шс} e)                           г)

Р и с . 6. Осциллограммы напряжения на разрядной трубке КЛЛ типа КЛЭ 6-20 с термистором (а, в) (0,05 В/дел) и без термистора (б, г) (0,2 В/дел) при выключенном выключателе с индикатором

Осциллограммы тока и напряжения на КЛЛ независимо от наличия указанного термистора практически одинаковы (рис. 5 а–б), но в КЛЛ с термистором (рис. 5 в) имеются незначительные периодические пульсации тока и напряжения, а в КЛЛ без термистора (рис. 5 г) – значительные (см. также рис. 3). Это свидетельствует о том, что в течение периода этих пульсаций, благодаря протекающему через индикатор выключателя тока происходит накопление энергии в ёмкости С1 (рис. 4) до уровня, при котором происходит за- пуск инвертора ПРА. В первом случае накопленная в емкости С1 энергия рассеивается в термисторе за 12 мс (рис. 6 а, в), а во втором – идет на зажигание разряда и последующее его горение в течение 5 мс (рис. 6 б, г).

Светлый фон осциллограмм (рис. 6 в–г ) свидетельствует о наличии высокочастотных колебаний напряжения, подаваемого на разрядную трубку электронным ПРА. Вид осциллограммы напряжения на разрядной трубке КЛЛ типа КЛЭ 6–20 в рабочем режиме приведен на рис. 7.

ВЕСТНИК Мордовского университета | 2014 | № 1-2

Р и с . 7. Осциллограмма напряжения на разрядной трубке КЛЛ типа КЛЭ 6 – 20 в рабочем режиме горения (50 В/дел)

Таким образом, согласно полученным данным, КЛЛ без термистора при разомкнутых контактах выключателя со световым индикатором его местоположения работает в импульсном режиме с высокой скважностью. Можно считать, что в этом случае лампа как бы работает в режиме частых включений, сокращающих срок ее службы, несмотря на то, что ток лампы при этом значительно меньше рабочего. Кроме этого, отсутствие термистора приводит к холодным зажиганиям КЛЛ, каждое из которых снижает срок их службы на 3–4 ч [3].

Поэтому КЛЛ без термистора не должны попадать к потребителю!

Добавим, что изучение электронных ПРА в КЛЛ различных производителей показало, что на печатной плате некоторых ПРА предусмотрено место для термистора, но сам он отсутствует, и КЛЛ одного производителя может быть как с термистором, так и без него. Таким образом, наличие термистора в КЛЛ необходимо проверять (в том числе в торговле и потреблении), основываясь на следующих выводах. При наличии термистора при включении КЛЛ про- исходит разогрев электродов перед подачей зажигающего напряжения на разрядную трубку и этот процесс занимает некоторое время, причем при снижении питающего напряжения, время разогрева увеличивается [2; рис. 3]. Причем, например, при питающем напряжении, пониженном до 150 В, КЛЛ без термистора после ее включения зажжется не более чем через четверть секунды, а с термистором – не менее чем через секунду, что легко определяется «на глаз».

Итак, мы считаем, что полученные в ходе исследований результаты целесообразно учитывать как при разработке и производстве электронных ПРА для КЛЛ (и КЛЛ в целом), так и при проверке наличия термистора в этих ПРА торговыми предприятиями и конечными потребителями.