Лампы накаливания, несмотря на всевозможные энергосберегающие источники света остаются популярными. Причины их конкурентоспособности кроются не только в отлаженной десятилетиями технологии производства, но и главным образом - в наиболее дружественном для человеческого глаза спектре излучения, который, по своей форме, наиболее соответствует солнечному. Занимаясь освещением магазинных витрин, автор столкнулся с проблемой плохой совместимости использования ламп накаливания для местного освещения этих витрин и основного освещения торгового зала, которое было выполнено на основе традиционных люминесцентных светильников с пусковыми дросселями. Поскольку линия электропитания зальных светильников и витринных была общей, при едином включении света, из-за коммутации индуктивностей, присутствующих в схемах включения люминесцентных ламп происходят броски напряжения, из-за которых витринные лампы накаливания быстро перегорают. В результате поисков технического решения проблемы, появилась следующая схема.
Данное устройство совмещает в себе выдержку времени, по истечении которого, предположительно, загорится большинство люминесцентных ламп освещения зала, плавный запуск ламп накаливания освещения витрин, защиту от выбросов напряжения в системе электропитания и стабилизацию напряжения на лампах накаливания, в зависимости от медленно изменяющегося напряжения сети.
Данная конструкция, возможно, окажется полезной там , где необходимо продлить жизнь лампам накаливания и галогенным лампам, например для освещения стадионов, сцен, рабочих зон на производстве, - везде, где замена ламп накаливания связана со значительными трудовыми и финансовыми затратами.
Пояснения к принципиальной схеме
Светодиод VD4 служит для фиксации факта выбросов сетевого напряжения. Этот светодиод загорается при обнаружении первого выброса и продолжает светиться до выключения питания устройства. Само устройство, при этом, выключив лампы (как во время первого подключения к сети и, отработав «плавный пуск» ламп, продолжает работать. Обнаружение выброса организовано по прерыванию микроконтроллера за счет срабатывания варистора R6 при превышении амплитуды сетевого напряжения более 330 В и последующего срабатывания ключа на транзисторе VT1, вызывающего аппаратное прерывание. В процедуре прерывания происходит выключение силового симистора и возврат в начало программы с выдержкой времени на 10 секунд и последующим плавным загоранием ламп. Здесь необходимо отметить, что устройство способно защитить лампы от выбросов сетевого напряжения, длительность которых превышает 10мс, поскольку симистор, открывшись , остается открытым до окончания текущего полупериода сетевого напряжения. Поэтому, для защиты ламп от коротких по длительности выбросов напряжения можно применять известные схемы сетевых фильтров, с таким расчетом, чтобы избежать возможных резонансных явлений, которые могут быть вызваны в том числе из-за изменения формы синусоидального напряжения и появления в нем высокочастотных гармонических составляющих, чего не избежать при применении фазоимпульсного режима управления силовым симистором.
Светодиод VD5 служит для отладки. С его помощью можно наблюдать работу плавного пуска ламп, до того момента когда эти лампы будут подключены, и, следовательно сделать вывод о правильности работы программы. Цепь r9, r10 . формирует импульсы синхронизации перехода сетевого напряжения через 0. Данная идея была заимствована мной из публикаций в журнале «Радио», посвященных регуляторам мощности с пониженным уровнем помех (например, Радио №7, 1989 г., стр.32 Автор: А. ЛЕОНТЬЕВ, г. Киев ). Однако в данной конструкции, в отличие от опубликованной, используется именно метод импульсно-фазового управления силовым симистором типа BT139 на этапе плавного включения ламп накаливания. Использование микроконтроллера позволило не только сформировать импульс необходимой длительности для включения симистора, но и достаточно просто программно организовать таймер с использованием напряжения сети в качестве задатчика временных интервалов. Плавное зажигание ламп состоит из 8 шагов (длительностью каждого в 1 сек), на каждом из которых фазовый угол открывания симистора в течение полупериода сетевого напряжения меняется ступенчато от 180 град до 0.
Цепь состоящая из делителя r17, r10 и варистора R16 служит для измерения напряжения сети. Варистор выбран на напряжение 180 В, с целью несколько расширить динамический диапазон измерения сетевого напряжения в интересуемой области выше 180В, и, следовательно - повысить чувствительность устройства. Согласно опубликованным исследованиям отмечается, что повышение напряжения сети всего на 2-3 процента приводит к сокращению жизни ламп накаливания на 14 %. Также, в процессе испытания устройства было замечено, что при углах открывания близких к 0 , соответствующих действующему значению напряжения от 205В до 220В, яркость ламп на глаз остается практически неизменной. Именно поэтому схема стабилизации напряжения на лампах работает ступенчато. При превышении напряжения сети выше 220В, угол открывания симистора увеличивается на шаг, что приводит к уменьшению действующего напряжения на лампах примерно на 15-20 В. Если напряжение сети уменьшается ниже 215 В, то угол открывания симистора переходит в 0 град, пропуская сетевое напряжение почти полностью. Данная процедура приводит к стабилизации (а точнее к ограничению) напряжения на лампах на уровне от 200 до 215 В , что кажется вполне достаточно для достижения поставленной цели.
Данное устройство было изготовлено в двух экземплярах. Его эксплуатация в течение 4 х месяцев показала, что, применяя его, удается продлить жизнь для ламп накаливания примерно в 3 –4 раза без ухудшения качества освещения и восприятия цвета. Для желающих повторить данную схему следует особенно осторожно производить измерения и монтаж поскольку при подачи питания 220В на элементах схемы может присутствовать это опасное напряжение.
Внешний вид устройства. Выполнен на фрагменте монтажной платы. Резисторы использованы smd размера 0805. Исключение составляет резистор R8 который состоит из 2х, последовательно соединенных, резисторов МЛТ 250мВт (голубого цвета), поскольку является гасящим. FUSE биты микроконтроллера - заводские (тактовая частота 1 МГц внутреннего RC генератора)
Схема вместе с симистором (BT139-600 на радиаторе ) и корпус для автомата, куда все это и монтируется. При желании в такой корпус можно поместить и сам автомат защиты, что определяется размером радиатора для симистора. Электроника помещается в прозрачную термоусадку ( что позволяет наблюдать светодиоды) и, в зависимости от того в каких условиях предполагается его эксплуатация, торцы термоусадочной трубки можно обработать силиконовым герметиком перед процедурой термоусадки для герметизации. Резистор R15 млт 125 припаян непосредственно к управляющему электроду симистора. Противоположный вывод этого симистора подключается к нагрузке (лампам), а средний – к фазному проводу. Желтые провода от диодного моста DB107 подсоединяются к фазному и нулевому проводу сети
Литература:
- Простой регулятор мощности Леонтьев А. Радио №7, 1989 г., стр.32
- Практическое программирование микроконтроллеров Atmel AVR на языке ассемблера. 2-е изд., испр.Автор: Ревич Ю.В.
- 8 bit microcontroller with 2Kb Flash Data Sheet DOC1477 Atmel
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
---|---|---|---|---|---|---|
U | МК AVR 8-бит | ATtiny26 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
QT1 | Биполярный транзистор | BC547C | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
D | Диодный мост | DB107 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VD1 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VD2 | Стабилитрон | BZX55C5V1 | 1 | 5.1 В | Поиск в магазине Отрон | |
VD3 | Оптопара | MOC3023 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VD4, VD5 | Светодиод | 2 | Поиск в магазине Отрон | |||
Симистор | BT139-600 | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
C1 | Электролитический конденсатор | 22 мкФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C2, C3 | Конденсатор | 1 мкФ | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R1, R3, R10, R14, R17 | Резистор | 10 кОм | 5 | Поиск в магазине Отрон | ||
R5 | Резистор | 100 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R6 | Варистор | 330 В | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R7, R12 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R8 | Резистор | 50 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R9 | Резистор | 1 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R11 | Резистор | 360 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R15 | Резистор | 160 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R16 | Варистор | 180 В | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R18 | Резистор | 200 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
L1 | Дроссель | 100 мкГн | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
J | Разъём | 6 контактов | 1 | ISP | Поиск в магазине Отрон | |
Лампа накаливания | 220 В | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- Внешний вид устройства.docx (574 Кб)
- lamp1.asm (4 Кб)
- lamp1.hex (1 Кб)
Комментарии (69) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
[Автор]
Именно ее применение делает всю схему такой малогабаритной. Применение этих микросхем таит много новых возможностей.
[Автор]
Для всех этих целей хватило бы , наверное и какого нибудь tiny13, но в надежде на другие приложения был выбран данный мк. Приложений таких немало, Например освещение рабочих зон портальных кранов, где до сих пор применяю светильники с галогенными лампами типа КГ на 1 КВт и прочих подобных объектов , где замена лампы недешево обходиться.
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Чтобы получить действительно “плавное” нарастание яркости, нужно 256 градаций, тогда шаг составит 0,4 процента, а не 12,5 как в вашей схеме.
В симисторных блоках защиты с ФИМ везде одна и та же проблема – несанкционированное открывание симистора в момент включения, что сводит на “нет” все преимущества вашего автомата. Поэтому MOSFET с ШИМ управлением выглядит предпочтительнее для автомата защиты, например, как показано здесь: http://cxem.net/house/1-387.php
[Автор]
[Автор]
[Автор]
дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (dV/dt) и, в некоторых случаях, необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации
(dICOM/dt). Эти компоненты увеличивают стоимость устройства и его габариты. Кроме того, они могут также уменьшать надежность устройства.
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
1. Током через управляющий электрод.
2. Напряжением на основных электродах выше предельно допустимого.
3. Превышением скорости изменения напряжения на основных электродах (тут разброс параметров велик: 4Q-симисторы обычно допускают не более 50В/мкс, а 3Q-симисторы держат и 1000В/мкс).
Ваше устройство должно надёжно работать в условиях повышенного уровня помех, возникающих при коммутации индуктивностей, присутствующих в схемах включения люминесцентных ламп. Поэтому в цепи питания вашего автомата возникают броски напряжения (что соответствует большой скорости изменения напряжения (dV/dt)), из-за которых и происходит несанкционированное открывание 4Q-симисторов с “первоначальным подмигиванием” ламп накаливания в момент включения! Лампы сгорают с последующим КЗ и выгоранием симистора! Учите схемотехнику!
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
http://cxem.net/electric/electric102.php
Только в качестве выпрямителя уже необходимо использовать двухполупериодную схему, чтобы отслеживать кз по обеим полуволнам переменного тока. Использование два идентичных таких трансформаторов может превратить устройства в автомат дифференциальной защиты с функцией УЗО.
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Лампа, включенная через диод, работает на половине максимальной мощности. А ваш автомат доводит яркость до максимума, в результате, износ спирали многократно возрастает. Поэтому при очередном включении изношенная спираль вашей лампы, подвергнутая скачку тока большой амплитуды, сразу же перегорает с КЗ и выгоранием симистора. Смотрите вложение.
[Автор]
[Автор]
дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (dV/dt) и, в некоторых случаях, необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации
А вот, к примеру ваш перл
[Автор]
Напряжение уменьшается наполовину. А так как мощность от напряжения выражается как Р=V**2/R,
следовательно от напряжение мощность уменьшается в квадрате. Но это только при неизменном R, как к примеру, у нихрома или константана. В случае вольфрама R не одинаково и мощность, поэтому будет кде-то 1/3 от Рн. Это можно проверить измерениями, но клещи токовые на постоянном пульсирующем токе не работают
[Автор]
[Автор]
[Автор]
По ней как только спираль начинает краснеть 600-800 Т - -сопротивление в два раза меньше , чем при полном накале 2400Т. А при половинном напряжении оно не в два раза, а как раз - в 1,5 раза меньше
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
2. Эти импульсы скорее сожгут электронику, включенную в сеть.
3. Не думаю, что кто-то поверит сложной самоделке.
4. У электриков есть стандартные устройства защиты от импульсных перенапряжений - УЗИП на основе варисторов, с известными характеристиками. Они защищают от любых импульсных перенапряжений - и возникающих внутри системы питания, и приходящих извне.
[Автор]
[Автор]
2. С точки зрения неэлектронщиков: даже 1 микросхема - это уже сложно.
3. Мне придумывать не лень, но это всё схемы из простых электрических деталей и готовых изделий, например: Автоматический 1-ступенчатый стабилизатор (файл)
4. Я временный наемный работник у своих клиентов, и даю гарантию на все, что делаю. Те, кто придумывает сложные схемы, что-нибудь могут сказать про гарантию? Ему оплатят её изготовление?
5. Люди, у которых главная цель - сделать руками что-то непонятного качества и ценности, как-то не вызывают у меня уважения. Уважаю людей, которые делают высокоценные вещи, спасающие имущество и жизнь людей, особенно если это не связано с большими расходами.
6. Попытаюсь внедрить в сознание электронщиков стремление к увеличению ценности своих поделок.
[Автор]
2. У электриков одни стабилизаторы, у электронщиков - другие. При желании можем сравнить параметры.
3. Электронщики незаменимы в ремонте стабилизаторов электриков.
4. Кстати, изначально поставлена глупая задача - продлить жизнь лампам накаливания. Электрики считают наоборот - их нужно уничтожить, как класс источников света.
5. Видеть и щупать необязательно - мне достаточно описания. У меня сдержанные чувства, я не приду в восторг от схемы и ее выполнения. Я спрошу - какая от вещи польза? Какая ее базарная стоимость? Можно ли было заняться более достойным делом? Как у вас в квартире с электрикой? Вы цените свое имущество и жизнь, свою и своих родных и близких?
Электроника - главное дело в вашей жизни? Все остальное - мелочи, не достойные внимания?
[Автор]
Ну хорошо, нравится вам говорить о сетевых стабилизаторах -пожалуйста. Стабилизация в данном проекте - ограничение максимума. За стабилизатор с ЛАТРом и моторчиком браться буду вряд ли. Можно добавить трансформатор вольтдобавки и соединить с данной схемой (на базе симисторных ключей). Возможно тогда получим стабилизатор с корректировкой пониженного напряжения
https://ru.wikipedia.org/wiki/Индекс_цветопередачи
2. В некоторых местах он бывает важен. Так очень хорошую цветопередачу (степень 1А, коэффициент >90) имеют, кроме ламп накаливания, и галогенные лампы, и люминесцентные лампы с пятикомпонентным люминофором, и лампы МГЛ (металогалогенные). Тоже очень хорошую цветопередачу (степень 1В, коэффициент 80-89) имеют люминесцентные лампы с трехкомпонентным люминофором, светодиодные лампы.
3. У ламп накаливания есть и преимущества, и недостатки: https://ru.wikipedia.org/wiki/Лампа_накаливания
Электрики считают, что недостатков больше.
4. Я выступаю за вышеупомянутый Автоматический 1-ступенчатый стабилизатор ВН без потерь холостого хода: http://forum-electrikov.ru/viewtopic.php?t=1470
и Стабилизатор с зоной нечувствительности: http://forum-electrikov.ru/viewtopic.php?t=572