30.03.21

[Домашняя]

Изобретенные более ста лет назад лампы накаливания, пережив своих ровесников (грампластинки, механические арифмометры, примусы, механические кассовые аппараты), и сегодня продолжают радовать нас своим теплым светом, отличаясь от более современных источников света дешевизной и простотой установки. Как известно, вольфрамовая нить накаливания лампы чаще всего перегорает в момент включения. Причина в том, что сопротивление холодной нити в несколько раз меньше, чем в разогретом состоянии. Особенно важно продлить срок службы ламп накаливания особой формы и раскраски — далеко не всегда есть возможность приобрести такую же. Лампы бывают установлены в труднодоступных местах, их частая замена сопряжена со значительными неудобствами. Для защиты ламп накаливания от перегорания в момент включения предложено немало разных устройств, ограничивающих начальный бросок тока. Наиболее удобны из них те, что включаются последовательно с лампой, не требуя прокладки никаких дополнительных проводов, например, описанные ранее. Исполнительными элементами в них могут быть тиристоры, биполярные и полевые транзисторы, а также терморезисторы с отрицательным ТКС, резко снижающие сопротивление при разогреве. Но возникает проблема остаточного падения напряжения на защитном устройстве после его срабатывания. Оно не только уменьшает яркость свечения лампы, но и приводит к рассеиванию значительной мощности на защитном устройстве, заставляя предусматривать отвод тепла от его исполнительного элемента. Минимальное падение напряжения в открытом состоянии характерно для полевых транзисторов с сопротивлением открытого канала сток—исток в доли ома. К тому же транзисторные устройства, в отличие от тиристорных, не создают коммутационных помех и не требуют довольно громоздких фильтров для их подавления. Но если рассмотреть показанную на рис. 1 простейшую схему защитного устройства на полевом транзисторе.

Можно убедиться, что среднее значение напряжения между стоком и истоком транзистора VT1 не может стать меньше постоянного напряжения между его затвором и истоком, необходимого для поддержания транзистора в открытом состоянии, а это — несколько вольт и столько же (при лампе мощностью 200. 250 Вт) ватт рассеиваемой на транзисторе мощности. На рис. 2 приведена схема свободного от этого недостатка устройства, предназначенного для защиты ламп накаливания мощностью 40...250 Вт.

РИС. 2

В момент замыкания контактов выключателя SA1 лампа накаливания EL1 некоторое время, пока конденсатор С1 не зарядился через резистор R1 и диод VD4 до 2...4 В (порогового напряжения транзистора VT1), остается выключенной, благодаря чему обеспечивается отсутствие искрения и устраняется износ контактов выключателя. По мере дальнейшей зарядки конденсатора транзистор открывается все больше, ток через лампу растет, а с ним увеличивается и напряжение на обмотке II трансформатора тока. В некоторый момент времени оно превысит напряжение, до которого успел зарядиться конденсатор, и его дальнейшая зарядка будет происходить током, текущим через диод VD2. Это даст транзистору VT1 возможность открыться полностью. Напряжение между его истоком и стоком упадет до 0,2 В, что соответствует рассеиваемой мощности 0,26 Вт при мощности лампы 250 Вт. Стабилитрон VD3 ограничивает напряжение затвор— исток транзистора VT1 безопасным для него значением 12…13В. Весь процесс включения лампы занимает приблизительно 0,3 с. Следует заметить, что при мощности лампы EL1 менее 16 Вт напряжение на обмотке II трансформатора Т1 не достигает значения, необходимого для поддержания транзистора VT1 открытым. Падение напряжения на нем увеличивается до 6...8 В (в зависимости от экземпляра транзистора). Но даже в этом случае мощность, рассеиваемая транзистором, не превышает 0,6 Вт. Обмотки трансформатора намотаны на магнитопроводе Ш7х5, из электротехнической стали. Первой наматывают обмотку II — 3600 витков провода ПЭЛ диаметром 0,06 мм внавал, стараясь равномерно распределить их по каркасу. Затем, проложив несколько слоев изоляции из фторопластовой или лавсановой пленки, наматывают обмотку I — 12 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,51 мм виток к витку. Необходимость изготавливать трансформатор тока может показаться значительным недостатком предлагаемого устройства. Однако на деле это оказалось не так уж трудно. При наличии ручного намоточного станка на всю работу, включая сборку трансформатора, автор затратил не более 40 мин. При отсутствии магнитопровода указанного выше типоразмера можно взять более крупный, например Ш 10х10. Число витков обмоток останется прежним, но диаметр провода вторичной обмотки можно увеличить до 0,1 мм, что заметно облегчит работу. Такой трансформатор, однако, труднее разместить в монтажной коробке выключателя SA1. Диодный мост KBL04 можно заменить на KBL06—KBL10, КВРС104— КВРС110 или соединить по мостовой схеме четыре диода КД226В, КД226Г, КД247В, 1N5404, 1N5406. Вместо диодов КД521А подойдут любые из серий КД510,   КД521,   КД522   или   1N4148 имена стабилитрона 1814Д — любой маломощный на напряжение стабилизации 12...13,5 В, например, КС212К, КС213Ж, IN4743A. Полевой транзистор VT1 желательно выбирать с минимальным сопротивлением открытого канала сток- исток и возможно большей мощности. Вместо указанного на схеме КП779А (500 В,  190 Вт, 14А, 0,4 Ом) подойдут КП787А (600 В, 150 Вт, 8 А, 0,9 Ом) или их зарубежные аналоги IRFP450, BUZ111S, а также более современные SPP20N60C3, SPP24N60C3. Необходимость использовать столь мощные транзисторы объясняется тем, что в процессе включения лампы, пока транзистор открыт не полностью, на нем кратковременно рассеивается мощность, сравнимая с мощностью защищаемой лампы. Теплоотвод в данном случае помогает мало. Имея заметную тепловую инерцию, он просто не успевает рассеять выделившуюся энергию. При отсутствии транзисторов перечисленных типов можно попробовать соединить параллельно два одинаковых транзистора распространенной серии КП707. В собранном устройстве желательно убедиться, что при максимальной нагрузке (250 Вт) напряжение сток-исток транзистора не превышает 0,5 В.

Радио №11 2008г стр. 32