PE Uruchamianie, Zarowka. Archiwum

PE Uruchamianie, Zarowka. Archiwum

Technologia produkcji żarówek oświetleniowych jest już ustabilizowana.

Żarnik żarówki jest wolframowy a bańka zwykłej żarówki napełniona jest gazem obojętnym.

Mała kwarcowa bańka żarówki halogenowe wypełniona jest gazem halogen. Odparowany z żarnika Wolfram osadzający się na bańce rozpuszcza się w halogenie i osadza z powrotem na żarniku. Dzięki temu cyklowi możliwa jest praca z wyższą temperaturą żarnika. Mniejsze jest też ciemnienie bańki. Sprawność żarówek halogenowych jest wyższa niż żarówek konwencjonalnych.

Większość metali ma dodatni współczynnik temperaturowy oporności, x 10e-3: Platyna 3.9, Wolfram 4.5, Miedź 4.3, Srebro 4.1.

Zimne włókno żarówki ma mała oporność a świecące się ma wysoką temperaturę i znacznie większą oporność.

Przyjmuje się że ustalona oporność żarówki rośnie z potęga 0.5-0.6 napięcia, moc pobierana z potęgą 1.5-1.6 napięcia, widzialny strumień świetlny z potęgą 3.4, kolor z potęgą 0.42 a trwałość -16. Aproksymacje te nie są jednak zbyt dokładne.

Zmniejszenie napięcia do 95% nominalnego powoduje zmniejszenie strumienia do ca 84% nominalnego ale 2.3 raza podnosi trwałość żarówki. Wielu producentów w świecie podniosło sprawność żarówek kosztem ich sprawności co wywołuje niezadowolenie klientów.

Im cieńszy jest wolframowy drut włókna tym jest ono bardziej wrażliwe i szybciej odparowuje. Stąd wynika obniżona temperatura pracy cienkich włókiem.

Żarówka mocy 100W na napięcie 24V ma wydajność 19.7 Lm/W ale na napięcie 120V już 17 Lm/W a na napięcie 220V tylko 12.7 Lm/W.

Załączona do nominalnego napięcia żarówka mocy 100W osiąga 90% strumienia świetlnego po ca 130 ms a obwiednia prądu ma wartość 110% ustalonego szybciej niż po 100 ms.

Dla monochromatycznego światła zielonego o fali 555 nm równoważnik energetyczny światła wynosi 683 Lm/W. Sprawność świetlna żarówek jest więc okropnie mała.

Przy eksperymentach z żarówkami należy brać pod uwagę to że nie są one identyczne i mogę się zimną opornością różnić o ponad 1%.

Jeśli oporność żarówki rośnie z potęgą 0.5 jej napięcia zasilania to napięcie rośnie z kwadratem prądu. Zatem jeśli dwie żarówki połączymy równolegle i tą parę szeregowo z kolejną identyczną żarówką i całość zasilamy to napięcie na samotnej żarówce powinno być 4 razy większe niż na dwu połączonych żarówkach.

W eksperymencie napięcie na samotnej żarówce wyniosło 183V a na dwóch połączonych równolegle żarówkach 41.7V. Napięcie sieciowe wynosiło 224.7V. Z wykładnikiem 0.5 podział napięć powinien być 44.94V i 179.96 V. Wykładnik 0.5 nie jest więc idealny ale jednak całkiem dobry.

Aby eksperyment był wiarygodny z trzech możliwie jednakowych żarówek, żarówkę o środkowej oporności dajemy jako samotną a dwie skrajne łączymy równolegle.

Czy żarówka z racji swojej nieliniowości może być skutecznym ogranicznikiem prądu i mocy zasilania dla testowanych odbiorników ?

Na wykresie pokazano prąd (kolor Y) płynący z sieci i moc do odbiornika (kolor G ) dla szeregowo połączonej żarówki mocy 100% lub 100W z liniowym odbiornikiem w funkcji napięcia (0-220V) na żarówce.

Odbiornik może pobrać co najwyżej circa 38.5% mocy nominalnej żarówki przy spadku napięcia na niej ca 73V. Jednak większość odbiorników nie działa poprawnie z napięciem zasilania 147V. Ale przy spadku napięcia na żarówce 40V odbiornik przy napięciu 180V może maksymalnie pobrać ca 35% mocy nominalnej. Zatem żarówka znakomicie nadaje się jako ogranicznik podanego z sieci prądu i mocy.

W przypadku prostowników z obciążeniem pojemnościowym nie ma jawnych analitycznych zależności i zdani jesteśmy na obliczenia numeryczne. Prostowniki te mają duże rezystancje wyjściowe z porównaniu z rezystancją uzwojeń zasilającego transformatora lub impedancją sieci zasilającej i rezystora ograniczającego prąd ładowania kondensatora w momencie załączenia urządzenia do sieci.

Załóżmy że urządzenie elektroniczne będzie działać poprawnie z napięciem na wyjściu sieciowego prostownika pojemnościowego 220 Vdc ( liczba 220 taka sama jak napięcie sieciowe ale AC a nie DC ) bowiem urządzenia elektroniczne muszą tolerować znaczne chwilowe obniżenia napięcia sieciowego w czasie rozłączania zwarć w sieci energetycznej. Normalnie przy zasilającym napięciu sieciowym 220Vac napięcie jest tam 290-300Vdc. Napięcie jałowe prostownika pojemnościowego to szczytowe napięcie sieci i wynosi 1.41.. x 220 Vac = ca 311V.

Napięcie sieciowe przez trzy połączone równolegle żarówki podano do mostkowego prostownika z dużym kondensatorem elektrolitycznym obciążonego pojedynczą żarówką. Przy napięciu sieciowym 225Vac napięcie wyjściowe prostownika wynosi 214 Vdc czyli żarówka obciążenia otrzymuje ca 96% nominalnej mocy - wszytko jest już jasne jak dobrać moc żarówki - ogranicznika. Napięciu sieciowemu 225V winno odpowiadać napięcie szczytowe 318V ale jest tylko 313V co świadczy o niewielkim zniekształceniu napięcia sieciowego odbiornikami z prostownikami pojemnościowymi.

Zatem przy zasilaniu urządzeń elektronicznych żarówka jest co prawda gorszym ogranicznikiem podanego z sieci prądu i mocy ale nadal całkiem dobrym !

Zaletą żarówki ograniczającej prąd zasilania podany do prostownika pojemnościowego jest w miarę szybkie naładowanie kondensatora prostownika. Najmniejsze rozżarzenia żarówki w momencie włączenia uzyskujemy przy kącie fazowym zero stopni ale stosowanie synchronizacji włączenia wydaje się wodotryskiem

Kineskopy kolorowe Delta z szyjką o średnicy 36mm i kątem odchylania 110 deg wymagały znacznej mocy odchylania poziomego. Koncern RCA w 1969 roku opracował bardzo szybkie tyrystory do układu odchylania poziomego i na początku lat siedemdziesiątych pojawiły się jego odbiorniki TVC z tyrystorowym układem odchylania. Pobierały dużo mniej mocy niż odbiorniki z lampowym stopniem H-Out. Wyładowania w kineskopie powodowały zakłócenia komutacji tyrystorów i zwarcie zasilacza przez tyrystor komutacyjny układu H-Out. Konieczne było odcięcie napięcia zasilania by układ odchylania po przerwie i podaniu napięcia mógł podjąć pracę. Początkowo zastosowano specjalnie obmyślony sprytny, skomplikowany samozałączający się po krótkiej przerwie bezpiecznik elektromechaniczny ale szybko zastąpiono go „bezpiecznikiem elektronicznym” z tyrystorem. Częstość wyładowań w kineskopie zależy od staranności technologi produkcji wyrzutni kineskopu. Przyjmuje się że elektronika odbiornika musi znieść ograniczoną ilość niebezpiecznych wyładowań w kineskopie.

Pierwsze wysokonapięciowe tranzystory do zasilaczy SMPS pojawiły się na początku lat siedemdziesiątych ale były za słabe do stopnia H-Out. W Europie niemiecki koncern Grundig kupił licencje RCA w 1974 roku i szybko wypuścił udane odbiorniki rodziny SuperColor. Rozwiązanie to podejrzały też inne firmy europejskie. Kariera tyrystorowego układu odchylania skończyła się już w 1981 roku wraz z kineskopami PIL z cewkami siodłowo – toroidalnymi i cieńszą szyjką. Wymagały one circa 30% mniejszej mocy odchylania niż stare kineskopy. Wymagania spełniały tranzystory wysokonapięciowe BU208-Philips z 1977 roku oraz podobne typy japońskie i amerykańskie.

Polska kupując w 1978 roku licencje od RCA wygłupiła się kupując technologie tyrystorową o które było wiadomo że się definitywnie kończy.

„Bezpiecznik elektroniczny” stosowano w licencyjnym odbiorniku TVC T5601 Thomson z tyrystorowym układem odchylania. Jest on też stosowany w radzieckich odbiornikach Rubin C202 i pochodnych. Zdecydowanie najprostszy, najbardziej pomysłowy jest jednak układ „bezpiecznika elektronicznego” wymyślony przez inżynierów Grundiga.

Tyrystor podający prąd z mostka prostowniczego do obciążenia załączany jest tylko na rosnącej części wyprostowanych mostkiem diodowym półfal sinusoidalnych prądem płynącym poprzez dwójnik R606, C606. Ma to ograniczać synchroniczny prąd ładowania kondensatora prostownika po odblokowaniu bezpiecznika. Rezystor bezpiecznikowy w szereg z bramką tyrystora jest elementem tylko zabezpieczającym.

Zbyt duży prąd obciążenia i duży spadek napięcia na rezystorach R606 i R609 powoduje ładowanie poprzez diodę Zenera i rezystor R613 kondensatora C612 otwierającego rezystorem R611 tranzystor PNP (BC328) bocznikując złącze G-K tyrystora który wyłączy się po zaniku prądu anodowego.

Dioda antyrównoległa do G-K D607 umożliwia płynięcie prądu ładowania kondensatorów C612 i C606.

Taki zmodyfikowany (m.in. zamiast R606 i C606 tylko rezystor mocy, bez kondensatorów prostownika, inne wartości elementów a wyzwalający spadek napięcia jest na żarówce a nie opornikach ) prosty „bezpiecznik” (uzupełniony o żarówkę ograniczającą prąd i chwilową moc do rozłączenia) wzięty z techniki TVC może służyć do połowicznie bezpiecznego zasilania odbiorników z zasilaczem impulsowym, którym jest obojętne czy zasilane są sieciowym napięciem zmiennym czy wyprostowanym mostkiem ale bez kondensatorów filtrujących

Nie wolno jednak zasilać nim odbiornika TVC z załączonym obwodem cewki rozmagnesowującej kineskop.

Tam gdzie wymagane jest zasilanie prądem zmiennym kluczem mocy musi być triak ale układ sterujący „bezpiecznik” jest znacznie bardziej skomplikowany.