Работа люминесцентных ламп на повышенной частоте
Влияние частоты на электрические характеристики. С ростом частоты питающего напряжения значения токов, напряжений и коэффициентов мощности люминесцентных ламп с разными типами балластов (R, L, С) сближаются между собой, а начиная с частот 800—1000 Гц, практически перестают зависеть от типа балласта, при этом kj становится равным единице. Уменьшение влияния типа балласта на электрические характеристики люминесцентных ламп при повышении частоты объясняется тем, что с ростом частоты динамические характеристики разряда приближаются к равновесию, вследствие чего форма кривых тока и напряжения для всех типов балластов приближается к синусоидальной.
Пульсации светового потока. С ростом частоты коэффициент пульсаций светового потока монотонно падает (50 Гц — 60%; 1000 Гц — 25%; 5000 Гц—10%). Падение происходит за счет инерционности свечения люминофора и появления постоянной составляющей в излучении разряда, начиная с 400 Гц, как для видимого, так и для резонансного излучения. При частотах около 1000 Гц и выше глубина пульсаций так мала, что стробоскопический эффект отсутствует.
Зависимость световой отдачи от частоты. С ростом частоты наблюдается неравномерный рост световой отдачи, продолжающийся примерно до 20-30 кГц. При дальнейшем повышении частоты световая отдача растет очень незначительно.
На промышленной частоте световая отдача люминесцентных ламп зависит от типа балласта. С повышением частоты эта зависимость исчезает, и, начиная с частот порядка 400 Гц, тип балласта практически не оказывает влияния на ход световой отдачи с частотой.
Увеличение световой отдачи люминесцентных ламп с ростом частоты вызвано, главным образом, уменьшением величины анодно-катодного падения потенциала и анодно-катодных потерь мощности. Поэтому у коротких люминесцентных ламп наблюдается более сильный рост световой отдачи с частотой. Ход градиента потенциала имеет более сложную зависимость. Исследования последних лет показали, что с повышением частоты повышается и световая отдача столба за счет роста роли каскадного заселения уровней 63Р и уменьшения их разрушения путем ступенчатого возбуждения более высоколежащих уровней, уменьшения доли упругих и стеночных потерь и уширения радиального распределения возбужденных атомов ртути на уровнях 63Р, что облегчает выход резонансного излучения .
Влияние частоты на срок службы. Согласно данным исследования продолжительность горения люминесцентных ламп ЛХБ40-4 на частоте 1 кГц примерно на 15 % больше, чем на промышленной частоте в том же режиме. При дальнейшем увеличении частоты продолжительность горения падает сначала быстро, а затем замедляется так, что при 10 кГц она составляет около 70 % продолжительности при 1 кГц. Можно полагать, что такой характер поведения продолжительности горения с частотой связан с режимом работы электродов. При работе на повышенной частоте (800 Гц) наблюдался Солее медленный спад светового потока и световой отдачи, чем на промышленной. Для выяснения механизма явлений, по-видимому, необходимы дополнительные специальные исследования.
Балласты при работе на повышенной частоте. Условия стабилизации разряда при работе на повышенной частоте остаются в общем теми же, что и для промышленной частоты. Для работы в заданном режиме по току при c7c=const необходимо постоянство Z6(ZL=u>L, Zc=l/coC). Отсюда ясно, что с ростом частоты необходимая величина индуктивности L или емкости С (если пренебречь активным сопротивлением) уменьшается обратно пропорционально частоте. Вместе с уменьшением L или С уменьшаются размеры и масса ПРА. Масса дросселя и его размеры зависят от ил/ис и выбранной величины потерь. В связи с тем что удельные потери в обычной электротехнической стали существенно возрастают с увеличением частоты, для получения малогабаритного легкого дросселя с небольшими потерями на частотах свыше 1000 Гц необходимо применять специальные магнитные материалы. При переходе от промышленной частоты на частоту, например, 3000 Гц масса дросселя уменьшается более чем в 30—35 раз. Отсюда ясно, какую экономию активных материалов дает переход на повышенную частоту.
Зажигание люминесцентных ламп на повышенной частоте. При частотах свыше 800—1000 Гц индуктивность контура становится настолько малой, что в стартерных схемах пик зажигания не может обеспечить надежное зажигание люминесцентных ламп. Поэтому для работы на частотах 800 Гц и больше целесообразно применение бесстартерных схем включения. Для люминесцентных ламп обычного типа, по-видимому, наиболее рациональны схемы быстрого зажигания с резонансом.
Для снижения напряжения зажигания (на 30%) на повышенных частотах (1—40 кГц) в литературе рекомендуется применять частичное шунтирование проводящего прозрачного покрытия ламп.
Схемы питания люминесцентных ламп на повышенной частоте. В тех случаях, когда для питания люминесцентных ламп используются промышленные сети с частотой 50 Гц, наиболее перспективными следует считать схемы на тиристорах (кремниевых управляемых выпрямителях). Мощность этих преобразователей варьируется в широких пределах. Размеры и масса невелики. Их КПД достигает 0,92—0,94 и почти не зависит от нагрузки.
В настоящее время наметилось два основных направления применения повышенной частоты: маломощные индивидуальные или малогрупповые (на один светильник) преобразователи на частоты 20—35 кГц мощностью десятки, реже —сотни ватт; мощные (от одного до нескольких сотен киловатт) тиристорные преобразователи на частоты от I до 10 кГц для группового использования. Последние могут применяться в промышленных осветительных установках, при этом верхний предел частоты ограничивается допустимой величиной потерь в сетях и преобразователе. В индивидуальных преобразователях обычно применяют частоты от 20 до 35 кГц, с тем чтобы частоты не воспринимались ухом человека.