Лампы накаливания схема: Включение ламп накаливания | Сайт электрика

Содержание

Включение ламп накаливания | Сайт электрика

Доброго времени суток посетители Сайта Электрика. В сегодняшней статье поговорим о схемах включения ламп накаливания.

Ранее я уже писал статью: устройство и принцип действия лампочек накаливания. Если кому-то интересно, то переходите по ссылке и почитайте её.

Содержание статьи:
1.Правило монтажа
2.Схема включения одной лампы
3.Включение нескольких ламп

Хоть обычные лампы накаливания уже меньше используются в быту, так как есть более энергоэффективные, например: светодиодные. Но многие люди и предприятия нежелающие покупать более дорогие и дальше продолжают использовать лампочку Ильича. Поэтому данная статья имеет место на моём ресурсе.

Правила монтажа

Если вы собрались сделать освещение в комнатах в своём доме, квартире или каких-то хозяйственных постройках, например в гараже, то вам необходимо знать несколько правил:

1. При монтаже освещения нулевой проводник всегда необходимо подключать к цоколю патрона. Это необходимо для того, чтобы при случайном касании к цоколю, допустим при уборке или замене перегоревших ламп, вас не ударило током, даже если включатель будет во включенном положении.

 

А не ударит вас по той причине, что ноль всегда заземлён. Хотя напоминаю вам, что все работы должны производиться со снятым напряжением.

2. Фаза всегда должна проходить через выключатель. Этого правила нужно всегда строго придерживаться.

Схема включения одной лампы

На рисунке 1 показана схема включения лампы накаливания. Допустим, у вас есть какой-то источник питания. Как вы помните, из выше сказанных слов, нулевой провод мы сразу подключаем к светильнику (к контактам патрона), а фазу пропускаем через выключатель.

При подаче напряжения на цепь, при включенном выключателе лапочка должна светиться. Если выключить выключатель – цепь разомкнётся и лампочка погаснет.

Включение нескольких ламп

Чтобы одновременно включить несколько штук сразу, в цепи используют два и более выключателей, или один двухклавишный. Цепь собирается следующим образом.

Нулевой провод подаётся на цоколь, а фаза идёт через выключатели. Лампы при этом разделяются на группы и подключаются параллельно.

При подаче напряжения на цепь, если включить один выключатель, то засветится одна группа. При включении второго – засветится вторая группа.

В завершении предлагаю вашему вниманию монтажную схему включения лампы накаливания и полезный видео ролик.

Надеюсь вам всё понятно. Но если у вас остались какие-то вопросы ко мне, то пишите их в комментариях. Я с радостью на них отвечу. Так же буду рад, если вы поделитесь этой статьёй со своими друзьями в социальных сетях.

Ещё советую подписаться на обновления сайта или добавить его в закладки, так как дальше будет ещё больше полезной информации.

В дальнейшем я планирую написать о том, как соединять провода в распределительных коробках и об устройстве плавного включения ламп. До новых встреч. Пока.

С уважение Семак Александр!

Читайте также статьи:

характеристики, принцип работы и схема диммера

Создание комфорта невозможно без правильно подобранного освещения. Особенно это актуально для вечернего времени суток, когда яркий свет от светильника может даже раздражать. Поэтому и было специально разработано устройство, помогающее легко изменять степень освещённости. Этот прибор представляет собой регулятор яркости ламп накаливания 220 В, позволяющий плавно управлять их накалом. При этом такой светорегулятор помогает экономить электроэнергию.

Устройство и виды

Сегодня в продаже можно встретить большое количество светорегуляторов для различных осветительных приборов. Одним из самых недорогих и простых по принципу действия является приспособление, управляющее яркостью свечения ламп накаливания. Всё дело в том, что лампа представляет собой простейшее осветительное устройство.

В лампе накаливания используются свойства определённого типа материала излучать свет при нагреве. Для того чтобы это излучение было видно, температура тела должна превышать 570 °C (красный спектр). Нагрев вещества достигается путём пропускания через него тока. Поэтому в качестве источника излучения должен использоваться тугоплавкий проводник, сопротивление которого току позволит преобразовать электрическую энергию в световую. Всеми этими качествами обладает вольфрам, который и используется в качестве нити накала.

Рабочая температура вольфрама достигает 2000—2800 °C, из-за чего спектр свечения лампы сдвинут в жёлтый цвет. При таких температурах вольфрам окисляется, поэтому для избегания процесса окисления нить помещается в вакуумированную колбу, которая заполняется инертным газом. В качестве газа используется азот, аргон или криптон.

Принцип действия светорегулятора для ламп накаливания построен на изменении степени нагрева вольфрамовой нити в колбе. Достигается это путём регулирования силы тока, проходящей через прибор света. Такие регуляторы называются диммерами. Различные их виды можно встретить в специализированных торговых точках по продаже светового оборудования, но при желании можно изготовить диммер и своими руками. Его несложная конструкция позволяет собрать и подключить устройство самостоятельно даже людям, которые не имеют специальных технических знаний.

Принцип действия

Своим названием диммер обязан английскому слову dim, которое переводится как «затемнять». По своей сути он является регулятором электрической мощности. Простейшим его видом является реостат, но для изменения световой силы приборов его не используют из-за низкого коэффициента полезного действия (КПД). Другим его видом является автотрансформатор. Однако крупные его размеры и внушительный вес делают применение автотрансформатора неудобным.

Развитие полупроводниковых приборов позволило использовать для светорегулировки новые технологии, работающие на принципе преобразовании частоты. Таким образом, регуляторы освещения для лампы накаливания разделяют на два вида:

  • аналоговые;
  • цифровые.

В основе принципа аналогового устройства лежит отбор энергии от осветительного прибора путём изменения сопротивления линии. Например, в случае использования реостата, который представляет собой переменный резистор, происходит изменение сопротивления в цепи с подключённой лампочкой. Для этого последовательно в цепь нити накала включается переменный резистор. Увеличение его сопротивления ведёт к уменьшению силы тока, поступающего на лампу, а значит, нить меньше нагревается, и свечение становится тусклее. Но при таком подходе потребление мощности не уменьшается, её часть выделяется на реостате, приводя к его нагреву.

Неудобства использования аналоговых регуляторов почти полностью решены в цифровых устройствах. В их основе применяется принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ), позволяющий управлять подачей мощности к нагрузке. Это достигается путём изменения длительности импульсов при определённой частоте сигнала. Для этого используются коммутационные элементы, которые собираются на транзисторах, работающих в ключевом режиме, и генератор — ШИМ-контроллер. Задача последнего заключается в управлении электронными ключами.

В закрытом состоянии ток через ключ очень мал, а значит, мощность рассеивания ничтожна. В открытом состоянии, несмотря на большой ток, сопротивление также мало, а тепловые потери незначительны. Наибольшее количество тепла выделяется в момент переключения ключа. Изменение светосилы осветителя зависит от периода времени и скважности импульса сигнала, при этом значение тока остаётся постоянным.

Характеристики и возможности

Использование светорегуляторов имеет ряд преимуществ по сравнению с простым включением и выключение света. В первую очередь — это дополнительный комфорт, а во вторую — экономия электроэнергии. Современные приборы позволяют изменять освещение, даже не притрагиваясь к выключателям света из-за возможности использования пульта дистанционного управления.

Можно выделить следующие основные преимущества:

  • повышение энергоэффективности освещения;
  • плавное включение и выключение света;
  • продление срока эксплуатации осветительных приборов;
  • работа ламп по запрограммированному алгоритму.

Сегодня производители предлагают устройства, различающиеся по виду, стоимости и набору дополнительных функций. Но при этом отмечаются и недостатки. Прежде всего, это чувствительность к перегреву, поэтому в помещениях с высокой температурой их устанавливать не рекомендуется. Кроме этого, из-за особенностей работы прибора возникают радиоимпульсы, которые могут стать источником помех.

Следует знать, что у ламп накаливания отсутствует индуктивность и ёмкость. Они представляют собой инерционные устройства. А это значит, что при уменьшении потребляемой мощности изменяется цветовая температура света. Из жёлтого спектра она сдвигается в сторону красного излучения. Освещение на малой мощности может оказаться неприятным, потому некоторые производители встраивают в свои устройства порог отсечения. При достижении определённой величины лампа сразу отключается.

К основным характеристикам прибора относят:

  1. Мощность. Этот параметр показывает, какой наибольшей мощности осветитель можно подключить к светорегулятору. При покупке необходимо выбирать устройство с показателем на 15—20% больше, чем планируемая к подключению мощность нагрузки. Это позволит избежать перегрева устройства и выхода его из строя.
  2. Степень защиты. Электроприбор должен обладать классом защиты. Минимальный класс должен соответствовать стандарту IP20.
  3. Материал контактной группы. Лучше всего, если используются медные контакты, но часто применяется и сплав.
  4. Тип управления. Он может быть поворотным, кнопочным, сенсорным или дистанционным.
  5. Вид установки. Такие приборы могут быть встраиваемыми или выносными. Первого вида устройства предназначены для расположения вместо выключателя освещения. Приборы второго типа подключаются к розетке с напряжением 220 вольт и имеют собственную розетку, в которую уже включается непосредственно лампа.

Производители приборов

Покупая устройство, не в последнюю очередь нужно обращать внимание на его производителя. Приобретение некачественного товара может привести к возникновению пожара, поэтому лучше отдавать предпочтение известным производителям. Обычно они имеют обширную сеть сервисных центров, благодаря чему гарантийный ремонт осуществляется в кратчайшие сроки, но чаще всего изделие просто меняется на новое. К лидирующим компаниям, выпускающим диммеры для ламп накаливания, относят:

  1. Legrand. Французская компания, специализирующаяся на электротехнической продукции. Она занимает одну из лидирующих позиций на рынке и считается надёжной и безопасной. Большим спросом пользуются ее серии Valena и Celiane.
  2. Schneider Electric. Их продукция отличается простотой установки и безопасностью в процессе эксплуатации. Популярные серии: Merten, Прима, Sedna.
  3. Ноотехника Агат. Российский производитель электрофурнитуры. Продукция отвечает высоким стандартам европейского качества. Чаще всего при покупке обращают внимание на дистанционный диммер Агат-Д-1000.
  4. ABB. Светорегуляторы шведско-швейцарского производителя выполнены в оригинальном дизайне и представлены на рынке в широком ассортименте. Их продукция Busch Duro считается классикой светоуправляющих приборов.
  5. Makel. Производитель из Турции зарекомендовал себя качественным и надёжным изготовителем, выпускающим продукцию в основном бюджетного класса. Серии Defne и Lilium Natural Kare смогут удовлетворить любого покупателя.
  6. LN-MINI. Базирующаяся в Гонконге фирма известна своими миниатюрными диммерами, предназначенными для установки в настольные лампы.
  7. Lezard. Дочерняя компания турецкой фирмы DERNEK GRUP. С каждым годом её продукция становится всё более популярной. Наиболее известная серия — Mira.

Схемотехника устройств

Существует довольно много технических решений изготовления светорегулирующих приборов. Но ключевые блоки их однотипные — это элементы управления и управляющий модуль. Самый простой вариант схемы диммера для лампы накаливания содержит не более пяти радиоэлементов и лёгок к повторению даже начинающему радиолюбителю, в то время как сложные многофункциональные приборы содержат микросхемы и программный код.

Простые схемы можно выполнять навесным монтажом, а вот для сложных устройств понадобится изготовить печатную плату. При самостоятельной сборке прибора любой сложности следует быть внимательным и соблюдать аккуратность, так как работы связаны с опасным для жизни напряжением 220 вольт.

Поворотный диммер

Такая схема не содержит дефицитных радиодеталей, а её ключевым элементом является симистор. Суть схемы сводится к тому, что ток появится на лампе лишь в том случае, если на управляющем электроде симистора возникнет отпирающий сигнал. Когда он откроется, нагрузка подключится.

Генератор в схеме реализован на двух симисторах VS1 и VS2. При включении в сеть 220 вольт конденсаторы C1 и C2 через резисторы R1 и R2 начинают заряжаться. Как только уровень напряжения достигает значения, позволяющего открыться VS1, появляется ток, а конденсатор C1 разряжается. Чем больше сопротивление цепочки R1-R2, тем медленнее происходит заряд, а значит, и увеличивается скважность импульсов. При изменении сопротивления R2 регулируется длительность импульсов.

Таблица радиоэлементов:

Обозначение Наименование
VS1 BT137 600E
VS2 DB3
R1 1 МОм
R2 27 кОм
C1 22-100 нФ, 300 В
C2 22-100 нФ, 300 В

Светорегулятор на микроконтроллере

Такого типа схемы используются в диммерах с возможностью дистанционного управления. Главным элементом устройства является микроконтроллер DD1. Через делитель напряжения R8-R10 сетевое напряжение поступает на вход контроллера. Переход синусоидального сигнала через ноль характеризуется падающим фронтом напряжения, что вызывает прерывание программы микросхемы.

Элементы VD3-VD4 образуют стабилизированный однополупериодный выпрямитель. Конденсатор С6 и резистор R6 нужны для защиты параметрического стабилизатора. Для сборки такого прибора своими руками понадобится изготовить печатную плату, а уровень знаний по радиоэлектронике должен быть средним.

Конденсаторы C1 и C2 играют роль фильтра и предназначены для сглаживания выпрямленного напряжения. Через диод VD1 в случае пропадания напряжения в сети 220 В происходит разряд C5. На транзисторе VT1 собран ключ, разряжающий C4 при взаимодействии пользователя с сенсорной пластиной. В качестве неё можно использовать даже самодельную металлическую пластину, приклеенную с обратной стороны клавиши любого выключателя.

Симистор должен быть рассчитан на максимальное рабочее напряжение не менее 600 вольт, а его ток обязан превышать требуемый нагрузкой в два раза. Если на четвёртом выводе микроконтроллера присутствует единица, тогда симистор закрыт. Для его открытия формируется импульс сигнала длительностью не менее 15 мкс.

Радиоэлемент устанавливается на радиатор. В качестве фотоприёмника используется любой фотоэлемент с несущей частотой инфракрасного сигнала 36 кГц.

Плавное включение ламп накаливания 220в: схема подключения и устройство

На чтение 6 мин Просмотров 121 Опубликовано Обновлено

Светодиодные лампы становятся всё более популярными, но невзирая на этот факт лампами накаливания до сих пор пользуются миллионы людей, во многом благодаря малой розничной стоимости. В данную категорию входит не только лампочка накаливания традиционной формы, но и галогенные источники освещения с цоколем типа GU4 или GU5,3.

Причины преждевременного перегорания

Диммер для лампы накаливания

В подавляющем большинстве случаев лампы накаливания перегорают при включении, когда у спирали наименьшее электрическое сопротивление. Холодная нить накала обладает в 10 раз меньшим сопротивлением, нежели разогретая. В итоге при зажигании лампы показатель тока достигает отметки 8 А, что может оказаться критическим для холодной спирали.

Продлить эксплуатационный срок источника освещения поможет УПВЛ – плавное включение ламп накаливания 220 В, схема которого несложна. Задача такого прибора – постепенное повышение напряжения на нагрузке, резкие рывки тока в первые секунды после зажигания исключаются. Плавный прогрев спирали даёт возможность увеличить ресурс лампы в 2-3 раза, вместо заявленных 1000 часов.

Принцип работы

Строение диммера и принцип работы

Для размеренного повышения подаваемого напряжения достаточно, чтобы фазовый угол нарастал всего за 2-3 секунды. Рывок тока сглаживается, что способствует плавному разогреву спирали.

При зажигании лампочки полуволна отрицательного типа подаётся сквозь диод, показатель питания при этом равняется лишь половине напряжения. Заряд конденсатора происходит в положительный полупериод. Когда показатель напряжения на нём повысится до показателя открывания тиристора, на источник освещения подаётся полное сетевое напряжение и он светится в полный накал.

Готовые решения

Существует масса УПВЛ от российских и зарубежных брендов, которые дают возможность реализовать плавное включение света. Стоимость таких устройств напрямую зависит от их функциональности. Одни модели взаимодействуют исключительно с лампами накаливания, другие дополнительно взаимодействуют с галогенными лампочками. Даже бюджетные модели способны долгое время переносить нагрузку до 300 Вт.

Постепенное включение лампочки можно реализовать также посредством фазового регулятора. Его конструкция схожа с УПВЛ, но система управления сложнее и регулятор способен выдерживать большую нагрузку. Размеры устройства устанавливаются габаритами радиатора, который отводит тепло от силового компонента схемы.

Каждое устройство, которое гарантирует постепенное зажигание ламп накаливания, подсоединяется к электрической цепи последовательно, в разрыв нулевого провода или фазного. Напряжение в нагрузке нарастает определённый промежуток времени, который является фиксированным и не регулируется. Это время задаётся производителем и может составлять до 3-х секунд.

Схемы подключения

Чтобы плавное зажигание лампочки было эффективным, необходима специальная электросхема. С ее помощью можно понять, как функционирует УПВЛ и каково его внутреннее строение.

Обычно при подсоединении такого прибора используют самые простые схемы на тиристорах. Несколько реже применяется специальная схема с интегрированным симистором. Кроме данных блоков можно использовать полевые транзисторы, которые функционируют аналогично устройствам постепенного включения.

Плавное включение ламп 220 В: схема на тиристоре

Тиристорная схема

Тиристорная схема проста и её нетрудно сделать самостоятельно.

Цепь выпрямительного моста использует лампу в качестве нагрузки и токоограничителя. На плечи выпрямителя устанавливают цепь сдвигающегося типа и тиристор. Установка диодного моста обуславливается спецификацией функционирования тиристора.

После подачи напряжения на схему ток начинает проходить сквозь нить накала и приходит на мост, а электролит тем временем заряжается при помощи резистора. Он начинает открываться при достижении предела напряжения тиристора, после чего сквозь него проходит ток от лампы. В итоге нить из вольфрама разогревается плавно. Время её разогрева напрямую зависит от ёмкости конденсатора и встроенного в схему резистора.

Плавное включение ламп 220 В: схема на симисторе

Прибор на симисторе

В данной схеме меньше компонентов, благодаря применению симистора в качестве силового ключа.

Дроссель, предназначающийся для ликвидации разнообразных помех при открытии силового ключа, из общей сети можно убрать. Поступающий на главный электрод ток ограничивается посредством резистора. Задающая время цепь реализована на ёмкости и резисторе, которые питаются с помощью диода.

Функционирует представленная схема аналогично предыдущей. Конденсатор открывается когда заряжается до величины напряжения открытия симистора, а после сквозь него ток поступает на лампу.

Схема на специализированной микросхеме

Микросхема кр1182пм1

Для создания регулятора плавного зажигания ламп можно использовать специальную микросхему маркировки кр1182пм1.

В такой конструкции сама микросхема выполняет регулировку напряжения на лампе с нитью накала мощностью до 150Вт. Для управления более высокой нагрузкой, большей численностью осветительных приборов синхронно в цепочку управления нужно включить вспомогательный силовой симистор.

Данные устройства способны плавно включать не только лампочки накаливания, но и галогеновые на 220 В. Фазовые регуляторы также устанавливают в электрический инструмент, они плавно запускают якорь мотора, в разы продлевая эксплуатационный срок приборов.

Регулятор освещения для лампы накаливания категорически запрещено устанавливать совместно с люминесцентными и светодиодными светильниками. Их принцип функционирования и схемотехника совершенно разные. Каждая из таких ламп обладает собственным устройством постепенного разогрева.

Подключение с использованием блока защиты

Схематическое подсоединение к сети блока защиты не вызовет труда при монтаже устройства. Подключается прибор двумя различными методами, что напрямую зависит от напряжения применяемых лампочек.

Если в осветительных приборах используются лампы на 220 В, блок защиты подсоединяется в цепь последовательным образом. Полярность проводки значения не имеет, главное – блок должен быть подключён в разрыв провода с фазой, то есть последовательно с выключателем.

Если применяемые лампы обладают меньшим напряжением (6 -24 В) и подсоединены к сети посредством понижающего трансформатора, блок защиты нужно подсоединять со стороны прихода 220 В.

Как изготовить блок защиты самостоятельно

Создать блок защиты можно по такой схеме:

Принцип функционирования блока:

  1. На старте полевой транзистор пребывает в закрытом состоянии. К нему поступает стабилизационное напряжение. Лампочка при этом не горит.
  2. Резистор (R1) и диод (VD1) передают напряжение на конденсатор (C1), вследствие чего он начинает заряжаться до 9,1 В. Это предельный показатель, ограниченный характеристиками стабилитрона.
  3. При достижении установленного напряжения транзистор начинает открываться, а сила тока повышаться. В токовом состоянии напряжение уменьшится, а спираль лампочки начнёт постепенно разогреваться.
  4. Уровень разрядки конденсатора контролируется вторым резистором. За счёт этого конденсатор продолжает разрядку после отсоединения питания.

Применение блока защиты даёт возможность выполнить постепенный пуск ламп с нитью накала. Он предохраняет их от негативного мерцания во время функционирования.

Как сделать диммер для ламп накаливания своими руками?

Многие владельцы частных домов и квартир предпочитают всячески управлять освещением в своем помещении. Одним из многих вариантов является регулятор яркости для ламп накаливания. Для таких целей используют специальные устройства, называемые диммерами. Существует множество моделей данного девайса, но стоимость многих из них не по карману обычному покупателю. При необходимости возможно собрать диммер для ламп накаливания своими руками, имеется несколько вариантов его изготовления. Эти устройства могут быть 12- и 220-вольтовые.

Устройство

Чтобы сделать диммер своими руками, потребуется подробно изучить принцип его действия и внутреннее устройство. Простейшие из этих девайсов имеют ручку, поворачивая которую можно регулировать освещение, и выведенные клеммы для подключения проводов. Таким устройством управляют яркостью ламп двух видов — галогенных и накаливания. С развитием электроники стали появляться диммеры для регулирования мощности люминесцентных и светодиодных ламп.

Внутреннее устройство диммера

В более ранние времена для изменения этого параметра у ламп накаливания применяли резисторы. Мощность таких деталей рассчитывалась не меньше нагрузочной. Минусом таких приспособлений являлась потеря мощности при снижении яркости света.
Наиболее часто их применяли в больших общественных залах, театрах и т. д. Принцип работы прибора основан на использовании симистора и динистора, являющихся современными полупроводниковыми приборами.

По конструкционным особенностям диммеры можно классифицировать по следующим типам:

  • поворотные, где управление выполняется при использовании ручки – электронные;
  • кнопочные управляются при помощи специальных кнопок – групповые;
  • дистанционные, которые работают при помощи дистанционного пульта.

Кнопочный диммер более многофункционален, чем поворотный. Это связано с тем, что если в цепь завязать нужное количество кнопок, управление можно осуществлять с разных мест. Длина проводов, используемых для подключения диммера, не должна превышать 10 метров. Это связано с возникновением помех.

Кнопочный диммер

Мало кто знает, что при помощи самодельных регуляторов мощности можно изменять температуру паяльника, контролировать обороты вытяжного вентилятора. Также он отлично подойдет для пылесоса или дрели, у которых можно регулировать их скорость вращения.

Подключение диммера

Схема диммера для ламп накаливания довольна простая. Он подключается вместо обычного выключателя в разрыв цепи в монтажную коробку. Необходимо соблюдать предписания изготовителя, согласно которым нельзя путать выводы для подключения фазы и нагрузки. Для сборки диммера своими руками не понадобится много дорогих деталей, подойдут симисторы, рассчитанные на определенную мощность. Существует два варианта подключения — одинарный и групповой. Первый вариант подразумевает подключение в цепь с одним или несколькими источниками света, которые объединены в группу. При групповом способе принципиальная схема будет насчитывать несколько диммеров, согласно количеству групп освещения.

Групповое подключение светорегулятора

При подключении светорегулятора вместо двухклавишного выключателя работа светильника немного изменится. Теперь будет другим подсоединение проводов и лампы накаливания, их не получится включать групповым способом. Фазу необходимо подсоединить на фазный вывод диммера, а остальные два присоединяются на соседнюю клемму. Для осуществления прежнего освещения потребуется групповой светорегулятор.

Изготовление

Как указывалось ранее, существует множество схем, с помощью которых умельцы изготавливают устройства, способные регулировать значение напряжения для осветительных приборов. Можно выделить несколько наиболее популярных элементов, используемых для сборки данных устройств:

  • симистор;
  • тиристор;
  • конденсатор;
  • применение готовых микросхем.

Принцип работы диммера на симисторе

Данный светорегулятор работает от сети 220 В. В основу его действия заложено открытие силового ключа за счет смещения фазы. Главным элементом схемы является RC-цепочка, которая у каждого устройства разного номинала. Силовым ключом выступает симистор. Работа схемы заключается в пропускании симистором через себя тока. Для этого необходимо возникновение напряжения между его электродами. Чтобы регулировать смещение фазы, и тем самым угол открывания, в цепочку впаивается переменный реостат, который предназначен для регулировки быстроты заряда конденсатора. В цепь с управляющим электродом ставится динистор. Время, за которое конденсатор наберет пороговое напряжение, влияет на быстроту открытия симистора, а значение нагрузок будет прямо пропорционально зависеть от величины этого напряжения.

Принцип работы диммера на симисторе

При наличии принципиальной схемы такой диммер на симисторе можно собрать менее чем за час.

Как работает диммер на тиристоре?

Данный светорегулятор могут собрать умельцы, у которых есть различные радиодетали, из которых можно выбрать тиристоры с необходимыми параметрами. Этот самодельный диммер будет немного отличаться схемой и является более трудным в сборке. В нем для каждого ключа устанавливается отдельный динистор и тиристоры для полуволн.

Для работы данной схемы применяются две параллельные цепочки резисторов. Через одну цепь резисторов проходит заряд конденсатора, где в свою очередь происходит нарастание порога открывания ключа, при открытии которого на электрод управления подается ток и проходит положительная полуволна. Отрицательная фаза пропускает волну таким же образом через другой ключ.

Важно знать, что использовать диммер на тиристоре не получится для приборов освещения, в которых устанавливаются светодиодные, люминесцентные и экономные лампы.

Конденсаторный диммер и принцип его действия

Помимо регуляторов, рассчитанных на плавность управления освещением, также распространены устройства, работающие за счет конденсатора. В этом случае на передачу тока влияет емкостная величина. Соответственно, с увеличением емкости конденсатора через его полюсы пройдет ток большего значения. Данный диммер-регулятор является достаточно компактным.

В основном схемы для таких устройств сочетают в себе три различных положения:

  • Без ограничения мощности.
  • Через конденсатор гашения.
  • Перекрытое положение (режим «выключено»).

В схеме такого диммера обычно используют неполярные конденсаторы. Найти их можно в электротехнике старого образца. Используя схему, можно своими руками собрать светорегулятор и управлять значением напряжения на лампочке в светильнике.

Использование микросхем для пониженного напряжения

В цепях с постоянным напряжением, рассчитанным на 12 вольт, регулировка мощности часто выполняется при помощи интегральных стабилизаторов, называемых КРЕНами. Использование таких устройств позволяет регулировать электрические двигатели малой мощности и светодиодное освещение. Чтобы обеспечить удобство монтажа деталей, используют микросхему. Готовый диммер будет не только выполнять функции регулировки, но и обеспечивать защиту электрооборудования.

Микросхема для сборки светорегулятора

Использование микросхемы КРЕН обеспечивает управление значением напряжения от 1,5 В до 30 В, а тока до 7,5 А. Во время сборки устройства нужно обратить внимание на следующие нюансы:

  • Для охлаждения микросхемы необходим радиатор, что обусловлено ее нагреванием при выделении тепла. Это является существенным недостатком, так как занимается лишнее место на плате.
  • Установленные диоды должны быть рассчитаны на ток не более 12 А и напряжение от 50 В.
  • Силовой трансформатор устанавливается мощностью не менее 0,25 кВт.

Принцип действия схемы прост. На электроде управления за счет переменного резистора образовывается основное напряжение. С помощью стабилизатора можно регулировать этот параметр от максимальных 12 вольт до десятых его долей.

Вариант с цифровой микросхемой

Для выполнения регулировки осветительных приборов со светодиодными лампами обычные светорегуляторы не подходят, потому что для их включения необходимо 9 В. Такой диммер можно собрать, используя микросхему NE555. При возникновении потребности в плавной регулировке освещения в данную схему можно подключить и лампы на 12 В. Мощность здесь усиливает полевой транзистор. Это связано с тем, что у микросхемы выходной ток составляет 0,2 А.

Диммер цифрового типа

При увеличении нагрузки свыше 1 А потребуется установка транзистора на радиатор, который можно выполнить из любого подходящего материала. Для защиты этой детали от статических помех потребуется перемотать выходящие ножки фольгой из алюминия или медной проволокой.

Монтаж диммера можно произвести на текстолите с оболочкой из фольги. Такой материал применяется для изготовления печатных плат. Материал корпуса выбирается на усмотрение исполнителя работы.

Большинство современных диммеров – китайского производства. Не все светорегуляторы добротного качества. Иногда лучше изготовить диммер своими руками, чем переплатить деньги за быстро вышедшее из строя устройство.

Диммер для ламп накаливания - схемы подключения, как выбрать и установить

Лампы накаливания, несмотря на неэкономичность и недолговечность по-прежнему присутствуют в ассортименте всех магазинов, продающих осветительные приборы. В них привлекает низкая цена, а современное электроустановочное оборудование помогает использовать их экономней. Для этого применяется диммер для ламп накаливания.

Функции и устройство

Задача диммера или регулятора яркости в предоставлении возможности использовать освещение с большим комфортом, при этом происходит экономия электроэнергии.

Важно! Диммер (dimmer) в буквальном переводе с английского – это «гаситель», «делающий тусклым».

Функции:

  1. Формирование уютных и комфортных условий для разных действий в жилом помещении. Если нужно интенсивность освещения увеличивается. Например, для чтения, на время отдыха или просмотра кино, мощность уменьшается.
  2. Такой элемент системы станет стильным дополнением к интерьеру. К тому же контроль интенсивности освещения помогает поддерживать привлекательную стилистику.
  3. Уменьшение потребления электроэнергии. Интенсивность света в тот или иной момент регулируется на собственное усмотрение.
  4. Многофункциональность. Кроме управления интеснивностью света, он еще и играет роль выключателя.

Как устроен диммер?

Русский эквивалент английского «диммер» – это регулятор яркости. Ранее аналогичную роль исполнял реостат. Но тут дело не касалось экономии электроэнергии просто освещение становилось не таким ярким за счет того, что часть поступающей на лампы энергии превращалась в тепло.

Внешний вид диммера, установленного рядом с выключателем

С развитием полупроводниковой технологии диммеры изменились. Основные «действующие лица» в регуляторах – симистор и динистор. У регулятора есть 2 вывода, с помощью которых проводится подключение к сети и светильнику с лампой накаливания.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Важно! Все лампы накаливания, так же как галогенные работают с диммерами. Этого нельзя сказать про люминесцентные и светодиодные, получающие питание 12 V.

Конечно, внедрение в цепь регулятора не сделает лампочку накаливания экономкой. Уменьшение интенсивности света на 50%, даст экономию электроэнергии в 15%.

Плюсы и минусы регуляторов яркости

Использование рассматриваемого электроустановочного оборудования имеет ряд преимуществ, среди них:

  1. Удобное и легкое управление интенсивностью света того или иного прибора.
  2. Улучшение параметра энергоэффективности.
  3. Увеличение периода использования каждой отдельной лампы накала. За счет плавного включения и выключения, без резких скачков.
  4. Включив лампу накаливания на минимальную интенсивность свет можно оставить на время своего отсутствия. Это создаст ощущения присутствия хозяев дома. А значит снизиться риск проникновения в дом злоумышленников.
  5. Возможность управлять диммером разными способами. Так, современные модели имеют возможность дистанционного управления через передачу звукового сигнала или пульт ДУ.
  6. Установка регулятора поможет отказаться от монтажа дополнительных источников света с меньшей мощностью.
  7. Многофункциональность – большинство подобных приборов выполняют функции выключателя.
  8. Установка интенсивности света временная, а значит добавить или уменьшить этот параметр можно в любой момент.

Недостатки тоже есть:

  • Вероятно наличие мерцания, если интенсивность свечения слишком уменьшить.
  • Они чувствительны к перепадам температуры, особенно нежелательны перегревы. Если регулятор вышел из строя по этой причине, то неисправность получится устранить самостоятельно.
Диммер в работе с лампой накаливанияк содержанию ↑

Разновидности

Вариантов регуляторов на рынке представлено много, принцип работы у них один, но способы управления различаются:

  1. Поворотный. Конструкция его самая простая, что и является причиной доступной цены. Распространение поворотных регуляторов самое большое среди других видов. Основной механизм – это переменный резистор, при прокручивании которого происходит смена интенсивности освещения. Чаще всего они совмещают в себе еще и выключатель – если задать минимальное значение на диммере это отключит свет в помещении.
  2. Поворотно-нажимной. Суть его работы такая же, но чтобы включить/отключить свет в комнате на него нужно нажать. Перемещение же с помощью колесика дает контроль яркости.
  3. Клавишный. Достаточно свежая разработка, поэтому популярность еще заработать не успела. По внешнему виду она очень похож на стандартный выключатель. Регулировка интенсивности света осуществляется при помощи клавиш. Собственно регулировка происходит за счет разной силы нажатия.
  4. Сенсорный. Инновационная разработка, которая пришлась по душе многим покупателям почти сразу. Имеет привлекательный, современный дизайн – нет кнопок, колесиков и других механизмов управления представленных выше. Управление происходит при помощи сенсора, по аналогии с навигацией по смартфону или планшету.
  5. Проводной. Устройство практически такое же, как у поворотного. Сам переменный резистор регулировки находится на кабеле.
Диммеры поворотный и сенсорный

Устройство диммеров зависит от схемы, использованной производителем. Также разница заключается в качестве самих детали и сборке. В отдельных механических вариаторах есть компоненты, которые отвечают за стабильную работу прибора, улучшенную плавность регуляции и возможность работы на малых мощностях.

Есть модели, в которых присутствуют кнопки (сенсорные или обычные), с их помощью пользователь может проводить подстройку. Возможности:

  • Подключение пультов ДУ для управления вариаторами в разных участках помещения.
  • Дистанционное регулирование яркости.
  • Организация освещение по предустановленной программе.
  • Подключение диммера к датчику освещения, за счет чего яркость лампы будет корректироваться автоматически.

Нюансы выбора

Использование диммера удобно и практично, но это возможно только при правильном его выборе. Следует обращать внимание на:

  • Совместимость с лампами. Как уже был сказано, к лампам накаливания подходят любые регуляторы.
  • Внешний вид. Сложностей в подборе подходящего по внешнему виду прибора не будет, удастся подобрать, в том числе варианты с нетипичным дизайном. Важно, чтобы стилистика соответствовала оформлению помещения в целом.
  • Ценовой диапазон. Подбирая модель для ламп накаливания нет смысла приобретать дорогой сенсорный регулятор.
  • Элементы защиты. Для этого в устройстве должен присутствовать автомат или предохранитель.
  • Мощность. Очень часто мощность в действительности оказывается меньше, чем в паспорте изделия.
  • Производитель. Необходимо приобретать только регуляторы от производителей, которые успели себя зарекомендовать. При этом не следует опираться только на цену, ведь экономия будет сомнительной. Популярные бренды – Legrand, Derne Group, Simon, ABB.

При выборе следует обращать внимание также на тип и уровень мощности лампы, принимать во внимание суммарную нагрузку. Эксперты советуют к общей нагрузке прибавить еще и запас мощности в размере 10–20%, по полученному результату и искать диммер.

Важно! При выборе обязательно нужно проверять работоспособность в магазине, в противном случае вернуть прибор будет проблематично.

к содержанию ↑

Схемы подключения

Хотя существуют разные варианты регуляторов, схемы подключения у них одинаковые. Основные представлены ниже.

Из одной точки

Указанная схема подходит для всех типов диммеров. В основном она применяется для регуляторов нажимного и сенсорного типа. Поворотный регулятор подключить можно, но могут возникать сложности с его регулярной эксплуатацией.

Из двух точек

Удобно по подобной схеме монтировать прибор в спальне, коридоре, на лестнице. Один элемент монтируется у двери возле входа, второй возле конечной точки следования. Первым вариатором свет включается, вторым может регулироваться до нужной интенсивности или вовсе отключаться.

Из одной точки и управление из двух точек

Из существующих, эта схема эта самая удобная. Использоваться может в разных условиях. На входе в комнату монтируется обычный выключатель, в месте, где человек больше всего находиться – регулятор. В случае со спальней – это кровать, для детской комнаты у детской кровати, для кухни, рабочая зона. При этом выключатель запускает в работу лампу, а с помощью регулятора происходит регуляция интенсивности.

Из одной точки и управление из трех точек

Данный вариант подключение практикуется, если нужно управлять освещением из двух точек. Удобна она при монтаже освещения в коридорах, лестницах, любых длинных помещениях. Кроме регулятора, используются еще 2 проходных выключателя. Собственно подключение стандартное, согласно схеме.

Замена выключателя диммером

Алгоритм замены обычного выключателя диммером достаточно простой, совершать действия нужно в таком порядке:

  • Отключение питания для целевого кабеля на распределительном щите.
  • Демонтаж выключателя.
  • Изучение маркировки и клемм на регуляторе – стрелки показывают на фазу.
  • Найти фазу старого выключателя. При проверке неоновым индикатором этот контакт будет светиться.
  • Подключение к соответствующим контактам.
  • Крепление диммера.
  • Коробка устройства монтируется на стену помещения.

Самые частые ошибки, что допускаются в процессе монтажа:

  1. Установка в неподходящих температурных условиях, как результат прибор быстро выходит из строя. Критичные показатели +27 и выше.
  2. Важно правильно подбирать схему подключения, ориентируясь на цели использования и предназначения комнаты.
  3. Для разных типов ламп, используется один диммер.
к содержанию ↑

Регулятор яркости своими руками

Покупка регулятора не сильно бьет по семейному бюджету, но иногда приходится делать такое оборудование самостоятельно. Основная причина – проблемы с поиском модель, которая подходит для осветительного прибора. Представленный вариант рассчитан на регулирование яркости свечения лампы накаливания, работающей в сети 220 В.

Что для этого потребуется?

Чтобы сделать простейшую модель нужны:

  1. Динистор DВ3.
  2. Симистор ВТ134 на 700 ватт, допускается подбирать и другие варианты, к примеру, ВТ138, МАС212-8.
  3. Резистор на 10 кОм, его допустимая мощность 0,25-2 Вт.
  4. Компактный переменный резистор, сопротивление от 470 до 500 кОм.
  5. Паяльник и расходники.
  6. Кусачки.
  7. Отрез кабеля, с сечением 1 кв. мм.
  8. Изолента или ТУТ подходящего диаметра.

Соединять элементы следует по представленной ниже схеме.

 

к содержанию ↑

Советы по использованию

Такой вариант управления освещением удобный, но к нему требуется привыкнуть, в процессе эксплуатации следует взять во внимание такие рекомендации:

  1. Если покупка устройства призвана обеспечить экономию, то необходимо устанавливать на регуляторе минимальные показатели. Только в этом случае лампа накаливания станет экономней на 15%. В остальных случаях свет просто рассевается.
  2. Не стоит использовать его, когда температура в помещении превысила отметку +27⁰. Это чревато перегревом и выходом из строя.
  3. Если регулятор вышел из строя из-за перегоревшего симистора, последний удастся заменить. Причем лучше выбрать симистор с более высоким порогом мощности. Причиной такой поломки является короткое замыкание в сети или превышение допустимой нагрузки на прибор.
к содержанию ↑

Вывод

Использование диммеров для ламп накаливания будет экономным, только если освещение удерживать на минимальном уровне. В остальных случаях это оборудование просто дает возможность управлять интенсивностью света.

Предыдущая

Виды и типы лампКакие лампочки лучше энергосберегающие или светодиодные

Следующая

НакаливанияКто придумал и какова история изобретения лампы накаливания

Спасибо, помогло!Не помогло

Диммер для лампы накаливания своими руками. Схема и описание

Основной функцией предлагаемой схемы является регулировка яркости свечения ламп накаливания, питаемых от электросети 220В. Печатная плата разработана таким образом, чтобы она помещалась в распределительную коробку, заменив собой стандартный выключатель освещения.

Без дополнительного радиатора схема может управлять нагрузкой до 200 Вт, а в случае применения дополнительного охлаждения, мощность лампы зависит в основном только от допустимого тока используемого симистора.

Паяльная станция 2 в 1 с ЖК-дисплеем

Мощность: 800 Вт, температура: 100...480 градусов, поток возду...

Регулирование яркости свечения ламп накаливания не является единственным применением данного устройства. Его можно также использовать для плавной регулировки мощности других потребителей переменного тока, а также для регулировки мощности коллекторных двигателей (например, дрели, шлифовальной машины). Схема может способствовать получению значительной экономии в потреблении электроэнергии.

Характеристики диммера для лампы накаливания

  • максимальная нагрузка 2,5 кВт
  • низкий уровень создаваемых помех
  • возможность работы в качестве регулятор оборотов или как диммер для традиционных ламп накаливания
  • размеры печатной платы: 55 х 55 мм
  • питание: 220 вольт

Регулировка мощности потребителей переменного тока не является легким делом. Самым простым, но и одновременно наименее эффективным способом является применение сопротивления, включенного последовательно с нагрузкой. Однако при этом плавная регулировка мощности в данном случае практически невозможна.

Раньше частным случаем такого способа регулирования было включение термистора последовательно с лампой накаливания малой мощности, например, ночника. В этом случае использовались термисторы большой мощности, применяемые в ламповых телевизорах для защиты нитей накаливания от повреждения в момент включения питания. Это было довольно привлекательным решением, но в настоящее время, подобные термисторы трудно найти.

Другой, пожалуй, лучший метод регулирования мощности нагрузки 220В является применение автотрансформатора (ЛАТР). Это решение практически лишено недостатков, за исключением двух: высокой стоимости автотрансформатора и его больших размеров. Зато огромным преимуществом применения так называемых автотрансформаторв, является получение на выходе неизмененного синусоидального сигнала и возможность повышения или понижения напряжения.

Автотрансформатор, схема которого можно видеть на рисунке ниже, является бесценным инструментом в мастерской радиолюбителя. Он позволяет тестировать устройства, питаемых от электрической сети и проверять их устойчивость от перепадов питающего напряжения.

Мы же рассмотрим дешевую и простую схему, работающую по принципу фазного регулирования. Как видно, схема очень простая и состоит всего из нескольких элементов. Самым интересным из них является динистор DB3 (Diac). Применение именно этого элемента позволило разработать простую схему.

Держатель для платы

Материал: АБС + металл, размер зажима печатной платы (max): 20X14 см...

Принцип действия динистора заключается в следующем: он не проводит ток пока напряжения на нем ниже определенного порогового значения, как правило 12…20В. Однако, если это напряжение будет превышено, динистор начинает проводить ток пока напряжение не упадет до значения близкого к нулю. Второй, очень важной особенностью диака является тот факт, что полярность напряжения для него совершенно не имеет значения, что позволяет применять этот элемент в цепях переменного тока.

Действие этого полезного радиокомпонента лучше всего иллюстрирует следующий рисунок.


Давайте теперь обсудим работу нашего диммера. Анализ его работы мы начнем в момент перехода сетевого напряжения через ноль, когда напряжение на конденсаторе C1 также близко к нулю. Напряжение в сети начинает нарастать, заряжая конденсатор C1 через резистор R1 и потенциометр P1.

Понятно, что скорость заряда зависит от величины последовательно соединенных сопротивлений R1 и P1, и, следовательно, с помощью потенциометра P1 можно изменять эту скорость в широких пределах.

В какой-то момент напряжение на конденсаторе C1 достигает значения пробоя динистора. Динистор разряжает конденсатор через управляющий вывод симистора Q1. Симистор открывается, включая нагрузку замыкает цепь заряда конденсатора С1 предотвращает его перезарядку.

При следующем переходе напряжения через ноль, симистор выключается, конденсатор C1 снова начинает заряжаться, и весь цикл повторяется сто раз в секунду. Понятно, что чем меньше зарядится конденсатор C1, тем меньше по времени будет открыт симистор и соответственно меньшая мощность поступит на нагрузку.

Таким простым способом мы получаем плавную регулировку мощности практически от 0 до 99%. Работу схемы лучше всего иллюстрирует следующий рисунок. Дополнительные два элемента, дроссель D1 и конденсатор С2, служат для устранения серьезного недостатка схемы: генерации радиопомех помех.

В схему добавлен резистор R2 (его значение необходимо подобрать). Назначение данного резистора — поддерживать нить накала лампы в «теплом» состоянии. Это хороший способ увеличить срок службы ламп накаливания, которые чаще всего перегорают в момент их включения, поскольку холодная нить имеет низкое сопротивление. При использовании резистора R2 протекающий через лампу ток, ничтожно мал.

Внимание. Диммер во время работы находится под опасным для жизни напряжением сети 220 вольт! Монтаж и настройку производить только при полном отключении от сети. Если вы не уверены в своих силах, то попросите помощь в сборке данного устройства более опытного специалиста.

Плавное включение ламп накаливания на 220 В: схема, видео

Лампочки Ильича до сих пор остаются лидерами по популярности, благодаря своей цене, но у них есть очень большой недостаток – малый срок работы, обусловленный разрушением нити накала во время включения. В настоящее время разработаны электронные устройства для плавного включения ламп накаливания, которые осуществляют подачу напряжения на спираль с нуля и до максимума в несколько секунд. Постепенный прогрев нити накала позволяет продлить ресурс лампочки в несколько раз, вместо заявленных 1000 часов. Разработанные схемы для самостоятельной сборки имеют немного деталей и обычно не требуют наладки. В это статье мы рассмотрим, как сделать плавное включение ламп накаливания на 220 В своими руками.

Внимание! Рассматриваемые устройства имеют на элементах сетевое напряжение и требуют особой осторожности при сборке и наладке.

Тиристорная схема

Данную схемку можно рекомендовать для повторения. Она состоит из распространенных элементов, пылящихся на чердаках и в кладовках.

В цепи выпрямительного моста VD1, VD2, VD3, VD4 в качестве нагрузки и ограничителя тока стоит лампа накаливания EL1. В плечах выпрямителя установлен тиристор VS1 и сдвигающая цепочка R1 и R2, C1. Установка диодного моста обусловлена спецификой работы тиристора.

После подачи напряжения на схему, ток протекает через нить накала и попадает на выпрямительный мост, далее через резистор происходит зарядка емкости электролита. При достижении напряжения порога открывания тиристора, он открывается, и пропускает через себя ток лампочки накаливания. Получается постепенный, плавный разогрев вольфрамовой спирали. Время разогрева зависит от емкости конденсатора и резистора.

Симисторная схема

Симисторная схема одержит меньше деталей, благодаря использованию симистора VS1 в качестве силового ключа. Элемент L1 дроссель для подавления помех, возникающих при открывании силового ключа, можно исключить из цепи. Резистор R1 ограничивает ток на управляющий электрод VS1. Время задающая цепочка выполнена на резисторе R2 и емкости C1, которые питаются через диод VD1. Схема работы аналогична предыдущей, при заряде конденсатора до напряжения открывания симистора, он открывается и через него и лампу начинает протекать ток.

На фото ниже предоставлен симисторный регулятор. Он кроме регулирования мощности в нагрузке, также производит плавную подачу тока на лампу накаливания во время включения.

Схема на специализированной микросхеме

Микросхема кр1182пм1 специально разработана для построения всевозможных фазовых регуляторов.

В данном случае, силами самой микросхемы регулируется напряжение на лампочке накаливания мощностью до 150 ватт. Если нужно управление более мощной нагрузкой, большим количеством осветителей одновременно, в цепь управления добавляется силовой симистор. Как это выполнить смотрите на следующем рисунке:

Использование данных устройств плавного включения не ограничиваются только лампами накаливания, их так же рекомендуется устанавливать совместно с галогеновыми на 220 в. Аналогичные по принципу действия устройства устанавливаются в электроинструменты, запускающие плавно якорь двигателя, также продлевая срок службы прибора в несколько раз.

Важно! С люминесцентными и светодиодными источниками устанавливать данное устройство категорически не рекомендуется. Это связано с разной схемотехникой, принципом действия, и наличием у каждого устройства собственного источника плавного разогрева для компактных люминесцентных ламп или отсутствии потребности в данном регулировании для LED.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, в котором наглядно рассматривается еще одна популярная схема сборки прибора – на полевых транзисторах:

Самоделка на транзисторах

Теперь вы знаете, как сделать устройство плавного включения ламп накаливания на 220 В своими руками. Надеемся, схемы и видео в статье были для вас полезными!

Рекомендуем также прочитать:

Лампа накаливания | Типы лампочек

Какие они?

Лампа накаливания или лампа накаливания - это источник электрического света, работающий от накаливания, который представляет собой излучение света, вызванное нагреванием нити накала. Они выполнены в чрезвычайно широком диапазон размеров, мощности и напряжения.

Откуда они взялись?

Лампы накаливания являются оригинальной формой электрического освещения и используются уже более 100 лет.Хотя Томас Эдисон считается изобретателем лампы накаливания, существует ряд люди, которые изобрели компоненты и прототипы лампочки задолго до Эдисона.

Один из тех людей был британский физик Джозеф Уилсон Свон, который фактически получил первый патент на полную лампу накаливания. лампочка с углеродной нитью 1879 г. Дом Лебедя был первым в мире, который освещался лампочкой. Эдисон и Свон объединили свои компании и вместе они первыми разработали коммерчески жизнеспособную лампу.

Как они работают?

Лампа накаливания обычно состоит из стеклянного корпуса, содержащего вольфрамовую нить. Электрический ток проходит через нить накала, нагревая ее до температуры, при которой возникает свет.

Лампы накаливания обычно содержат стержень или стеклянную опору, прикрепленную к основанию лампы, что позволяет электрическим контактам проходить через колбу без утечек газа / воздуха. Небольшие провода, встроенные в стержень, поддерживают нить накала и / или ее выводные провода.

Стеклянный кожух содержит вакуум или инертный газ для сохранения и защиты нити от испарения.

Схема, показывающая основные части современной лампы накаливания.
  1. Стеклянная колба
  2. Инертный газ
  3. Вольфрамовая нить
  4. Контактный провод (идет к ноге)
  5. Контактный провод (идет к базе)
  6. Опорные тросы
  7. Держатель для стекла / подставка
  8. Базовый контактный провод
  9. Резьба винтовая
  10. Изоляция
  11. Электрический ножной контакт

Где они используются?

Лампы накаливания не требуют внешнего регулирующего оборудования, имеют очень низкую стоимость производства и хорошо работают как на переменном, так и на постоянном токе.Они также совместимы с устройствами управления, такими как диммеры, таймеры и фотодатчики, и могут использоваться как в помещении, так и на открытом воздухе. В результате лампа накаливания широко используется как в домашнем, так и в коммерческом освещении, для портативного освещения, такого как настольные лампы, автомобильные фары и фонари, а также для декоративного и рекламного освещения.

Планируется, что к 2014 году производство многих ламп накаливания будет прекращено. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о Законе об энергетической независимости и безопасности 2007 года и о том, как он может повлиять на вас.

Другие полезные ресурсы

Компоненты лампы


Лампа накаливания, лампа накаливания или шар накаливания - это электрический свет с проволочной нитью, нагретой до тех пор, пока она не начнет светиться. Нить накала заключена в колбу для защиты нити от окисления. Ток на нить накала подается с помощью клемм или проводов, встроенных в стекло. Патрон лампы обеспечивает механическую опору и электрические соединения.

Лампы накаливания производятся в широком диапазоне размеров, светоотдачи и номинального напряжения, начиная с 1.5 вольт примерно до 300 вольт. Они не требуют внешнего регулирующего оборудования, имеют низкие производственные затраты и одинаково хорошо работают как на переменном, так и на постоянном токе. В результате лампа накаливания стала широко использоваться в домашнем и коммерческом освещении, для портативного освещения, такого как настольные лампы, автомобильные фары и фонари, а также для декоративного и рекламного освещения.

Лампы накаливания очень неэффективны, чем другие типы электрического освещения, поскольку они преобразуют менее 5% энергии в видимый свет.Оставшаяся энергия теряется в виде лучистого тепла. Световая отдача типичной лампы накаливания составляет 16 люмен на ватт по сравнению с 60 лм / Вт для компактной люминесцентной лампы (КЛЛ) или 150 лм / Вт для белых светодиодных ламп.

В некоторых приложениях фактически используется тепло, выделяемое нитью накала. Тепловые лампы предназначены для использования в инкубаторах, лавовых лампах и т. Д. Лампы с кварцевыми трубками используются в промышленных процессах, таких как отверждение краски или обогрев помещений.

Лампы накаливания обычно имеют короткий срок службы по сравнению с другими типами освещения; 1000 часов для домашних лампочек против 10 000 часов для компактных люминесцентных ламп (CLF) и 30 000 часов для светодиодов.Лампы накаливания легко заменить люминесцентными, газоразрядными лампами высокой интенсивности и светодиодными лампами.

Краткая история


Первая лампа накаливания была представлена ​​21 октября 1879 года Томасом Эдисоном. В оригинальной лампе использовалась углеродная нить накала в лампе, содержащей вакуум. В современных лампах в основном используются вольфрамовые нити с газовым наполнением вместо вакуума, хотя в лампах с тонкими нитями и меньшими токами по-прежнему используется вакуум, потому что они работают более эффективно.

Нить накала

Нить накала действует как резистор. Электрический ток проходит через нить накала, и сопротивление в нити заставляет ее нагреваться и накаливаться. Нити обычно достигают температуры значительно выше 2000 ° по Цельсию.

Большая часть энергии, потребляемой лампой, выделяется в виде тепла, что приводит к низкой производительности в люменах на ватт (LPW). Из-за высокой температуры нити накала вольфрам имеет тенденцию испаряться и собираться по бокам колбы.Из-за присущих нити дефектов она неравномерно истончается. Когда лампочка включается, внезапный всплеск энергии может привести к разрыву нити, потому что тонкие участки нагреваются намного быстрее, чем остальная часть нити, что приводит к выходу лампы из строя.

Качество света

Лампы накаливания демонстрируют плавное, равномерное спектральное распределение мощности (SPD), поскольку они используют тепло твердого объекта для получения света. Лампы накаливания также имеют очень высокие баллы по рейтингу CRI, но поскольку стандартные лампы накаливания производят очень мало энергии излучения в коротковолновой части спектра, они не очень хорошо передают синий цвет.

The Upside

Низкая цветовая температура в сочетании с высоким индексом цветопередачи излучает теплый свет, который обеспечивает отличную цветопередачу телесных тонов. Кроме того, лампы накаливания доступны по цене, могут управляться схемами диммирования и доступны в широком диапазоне размеров, конфигураций и мощностей.

Компоненты лампы


ABCDEFGHIJKLM

  1. Колба: Обычно используется мягкое стекло. В некоторых лампах используется твердое стекло, чтобы выдерживать более высокие температуры колбы и для дополнительной защиты от поломки колбы из-за влаги.Лампочки бывают разной формы и отделки.
  2. Нить накала: Материалом волокна обычно является вольфрам. Нить накала может быть прямой проволокой, катушкой или спиральной катушкой.
  3. Подводящие провода: Подводящие провода изготовлены из меди от основания до пресса штока и из никелированной меди или никеля от пресса штока до нити накала. Они проводят ток к нити накала.
  4. Связующие провода: Молибденовые провода поддерживают вводные провода.
  5. Прижим штока: Подводящие провода в стекле имеют здесь герметичное уплотнение и состоят из сердечника из никелево-железного сплава и медной втулки (проволока Дюмета), чтобы обеспечить примерно такой же коэффициент расширения, что и у стекла. .
  6. Выхлопные трубы: Воздух выходит, и инертные газы попадают в колбу через эту трубу во время производства. Трубка, которая изначально выступает за пределы колбы, затем закрывается на достаточно короткую длину, чтобы ее можно было закрыть цоколем.
  7. База: Здесь происходит электрический контакт. Один подводящий провод припаян к центральному контакту, а другой припаян или приварен к верхнему краю основной оболочки. Изготовлен из латуни или алюминия.
  8. Газ: В большинстве ламп мощностью 40 Вт и более используется смесь азота и аргона.Газ замедляет испарение нити.
  9. Опорная проволока: Молибденовая проволока поддерживает нить.
  10. Кнопка: Стекло при изготовлении нагревается и в него помещаются опорные и стяжные проволоки.
  11. Стержень кнопки: Стеклянный стержень поддерживает кнопку.
  12. Тепловой дефлектор: Используется в лампах общего назначения более высокой мощности и других типах, когда необходимо уменьшить циркуляцию горячих газов в шейке колбы.
  13. Предохранитель: Плавкий предохранитель защищает лампу и цепь от перегорания, если дуги накала накаливания.

JLC производит готовые вводные провода, сырье для ламп и опорные провода для различных типов ламп. JLC Electromet - единственный производитель осветительного сырья для вводов проводов, а также готовых вводов проводов со стадии легирования. Компания гордится тем, что освещает миллиарды ламп по всему миру в домах, офисах, больницах, на автомагистралях, в аэропортах, учреждениях и т. Д.

Компоненты лампы включают готовые вводные провода, сырье для ламп и поддерживающие провода для различных виды ламп.JLC Electromet - единственный производитель осветительного сырья для вводов проводов, а также готовых вводов проводов со стадии легирования.

сеть - Простая схема защиты от перенапряжения для ламп накаливания

У моего друга дома есть большая модная / художественная лампа (Европа), и он использует лампы накаливания мощностью 500 Вт на 230 В, как рекомендовано производителем (ссылка).

Его проблема: примерно раз в месяц лампочка перегорает, и ему нужно ее менять (это раздражает, а эти лампочки дорогие).Он в основном (только?) Взрывается, когда он включает свет от настенного электрического выключателя (который воздействует на розетку, в которую вставлена ​​лампа).

Не уверен, но подозреваю, что проблема связана с перенапряжением (*).

Мой вопрос : если действительно причина в перенапряжении, что было бы простой (в минималистичном смысле), но практичной и надежной электрической / электронной схемой, которую любитель мог бы построить, чтобы вставить между сетевой розеткой и вилкой лампы, чтобы удалить всплеск? Я предполагаю, что правильной комбинации катушек индуктивности, конденсаторов, резисторов или диодов (может быть, предохранителя?), Используемых должным образом, может быть достаточно, но если более «модные» компоненты могут значительно улучшить (например, газоразрядные трубки?), То почему бы и нет.

Спасибо за вашу помощь.

(*) не очень научно, но для того, чтобы убедиться, что проблема не в неисправной розетке (или другой части домашней электропроводки), я посоветовал ему временно подключить лампу к другой розетке в другой комнате. . Он так и сделал, но у него такая же проблема (сгорел две лампочки за 3 месяца). Я не живу поблизости, поэтому не могла пойти и протестировать всплеск самостоятельно.

PS: для тех из нас, кто «заботится об окружающей среде», я предлагал прекратить использовать лампы накаливания, но он не послушал - видимо, смысл этих ламп в том, чтобы использовать лампы старого образца, вот что делает их очарование (я делаю не совсем понимаю, но в любом случае моя мотивация в другом, я хочу узнать, как эффективно решать подобные технические проблемы).

Дополнение: вот пара фото используемых лампочек, на случай, если это поможет.

Напряжение

- Параллельные лампы накаливания и резисторы

Обзор

Я так понимаю, что существующая схема выглядит примерно так:

смоделировать эту схему - Схема создана с помощью CircuitLab

Лампы накаливания имеют сопротивление в широких пределах, зависящее от их температуры. Но в вашем случае лампа обычно горит, потому что выключатель дверного звонка не нажат.Итак, я предполагаю, что вы каким-то образом измерили ток, протекающий через лампу, и определили по нему эффективное сопротивление, пока оно горячее, как \ $ 900 \: \ Omega \ $. (Если вместо этого вы измерили сопротивление в холодном состоянии, вам нужно сообщить мне об этом факте.) Приведенная выше схема подразумевает, что рассеиваемая мощность в лампе дверного звонка составляет около \ $ 70 \: \ text {mW} \ $. И мне нетрудно поверить в это. Так что давайте пока с этим.

Вы хотите заменить правую часть «соленоида колокола» на что-то, что может быть подключено к MCU.(Сейчас я предполагаю, что это также означает, что для этой цели вы отключили соленоид дверного звонка.)

Если это так, то индуктивность соленоида дверного звонка на самом деле не важна. Так что это можно игнорировать. Из того, что я почерпнул из ваших комментариев, вы обнаружили, что импеданс до $ 100 \ $ \ Omega \ $, используемый для замены соленоида дверного звонка, кажется, обеспечивает приемлемое освещение для лампы дверного звонка. Так что я полагаюсь на то исследование, которое вы провели до сих пор.

Главное заключается в том, как вы можете заменить соленоид дверного звонка на замену цепи, которая позволит вашему MCU с некоторым программным обеспечением распознавать, когда переключатель дверного звонка замкнут... против, когда он открыт. Я придерживаюсь этого понимания по поводу следующего.

Предлагаемая замена цепи

Следующая замена подойдет. Обратите внимание, что выходной сигнал использует напряжение трансформатора дверного звонка для подачи тока в базу BJT, но он использует \ $ V_ \ text {CC} \ $ микроконтроллера для преобразования конечного диапазона выходного напряжения в то, что используется микроконтроллером.

смоделировать эту схему

Рассеяние будет в основном в \ $ R_1 \ $.Но это будет скромно. Даже если переключатель дверного звонка удерживается в нажатом положении в течение длительного времени, это всего лишь \ $ 300 \: \ text {mW} \ $ для \ $ R_1 \ $. Полуваттного резистора здесь более чем достаточно.

Пара стабилитронов может быть чем-то оцененным, например, на \ $ 6.2 \: \ text {V} \ $. Но это не критично. Просто найди что-нибудь поблизости.

Когда переключатель дверного звонка не нажат, один или другой стабилитрон будет проводить как диод, а полное сопротивление будет близко к \ $ 100 \: \ Omega \ $, позволяя лампе светиться очень близко к нормальному ( по вашим экспериментам.)

Но когда переключатель дверного звонка нажимается, минуя свет лампы, то все напряжение трансформатора дверного звонка подается на заменяющую цепь соленоида дверного звонка. Оба стабилитрона срабатывают в какой-то момент каждого полупериода. Один полупериод пройдет через \ $ D-1 \ $. Но другой полупериод пройдет через соединение база-эмиттер \ $ Q_1 \ $. Этот полупериод вы можете наблюдать через вывод I / O вашего MCU.

Я упомянул DIAC. Но я не знаю никого с достаточно низким напряжением, чтобы предложить.Поэтому я предлагаю вместо этого два стоящих рядом стабилитрона.

Конструкция лампочки | HowStuffWorks

Лампочки имеют очень простую конструкцию. В основании у них есть два металлических контакта, которые подключаются к концам электрической цепи. Металлические контакты прикреплены к двум жестким проводам, которые прикреплены к тонкой металлической нити . Нить накала находится посередине колбы и поддерживается стеклянным держателем . Провода и нить накала помещены в стеклянную колбу, заполненную инертным газом , например аргоном .

Когда лампочка подключена к источнику питания, электрический ток протекает от одного контакта к другому через провода и нить накала. Электрический ток в твердом проводнике - это массовое движение свободных электронов, (электронов, которые не связаны прочно с атомом) из отрицательно заряженной области в положительно заряженную область.

Когда электроны движутся по нити, они постоянно натыкаются на атомы, составляющие нить. Энергия каждого удара вызывает колебания атома - другими словами, ток нагревает атомов.Более тонкий проводник нагревается легче, чем более толстый проводник, потому что он более устойчив к движению электронов.

Связанные электроны в колеблющихся атомах могут быть временно переведены на более высокий уровень энергии. Когда они возвращаются к своим нормальным уровням, электроны выделяют дополнительную энергию в виде фотонов. Атомы металлов испускают в основном инфракрасных фотонов света, которые невидимы для человеческого глаза. Но если они нагреваются до достаточно высокого уровня - около 4000 градусов по Фаренгейту (2200 градусов по Цельсию) в случае лампочки - они будут излучать довольно много видимого света .

Нить накала в лампочке сделана из очень длинной и невероятно тонкой длины из металла вольфрам . В типичной 60-ваттной лампе вольфрамовая нить имеет длину около 6,5 футов (2 метра), но толщину составляет всего одну сотую дюйма. Вольфрам расположен в двойной катушке , чтобы уместить все это в небольшом пространстве. То есть нить накала наматывается в одну катушку, а затем эта катушка наматывается, чтобы получилась катушка большего размера. В 60-ваттной лампе длина катушки меньше дюйма.

Вольфрам используется почти во всех лампах накаливания, потому что это идеальный материал для нити накала.В следующем разделе мы выясним, почему это так, и рассмотрим роль стеклянной колбы и инертного газа.

В следующем разделе мы рассмотрим, из чего сделана нить.

Электроэнергетика и энергия | Физика II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, подаваемую источником питания.
  • Рассчитайте стоимость электроэнергии при различных обстоятельствах.

Мощность в электрических цепях

У многих людей власть ассоциируется с электричеством. Зная, что мощность - это коэффициент использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии ? На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт. (См. Рис. 1 (а).) Поскольку оба работают от одного и того же напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность.Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

Рис. 1. (a) Какая из этих лампочек, лампа мощностью 25 Вт (вверху слева) или лампа мощностью 60 Вт (вверху справа), имеет более высокое сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? Можно ли по цвету сказать, что нить накаливания мощностью 25 Вт круче? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Дикбаух, Wikimedia Commons; Грег Вестфолл, Flickr) (б) Этот компактный люминесцентный светильник (КЛЛ) излучает такую ​​же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но при входной мощности от 1/4 до 1/10.(кредит: dbgg1979, Flickr)

Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q - это перемещенный заряд, а V - это напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность - это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна

.

[латекс] P = \ frac {PE} {t} = \ frac {qV} {t} \\ [/ latex].

Учитывая, что ток равен I = q / t (обратите внимание, что Δ t = t здесь), выражение для мощности принимает вид

P = IV

Электрическая мощность ( P ) - это просто произведение тока на напряжение.Мощность имеет знакомые единицы ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность измеряется в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 A ⋅V = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. {2} R \\ [/ latex].

Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.) Из трех различных выражений для электрической мощности можно получить различное понимание. Например, P = В 2 / R означает, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше вырабатываемая мощность.Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат P = В 2 / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза и составляет около 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная мощность

(a) Рассмотрим примеры, приведенные в Законе Ома: сопротивление и простые цепи и сопротивление и удельное сопротивление.Затем найдите мощность, рассеиваемую автомобильной фарой в этих примерах, как в горячую, так и в холодную погоду. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?

Стратегия для (а)

Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность. Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P = В 2 / R , чтобы найти мощность.

Решение для (а)

Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем

P = IV = (2.{2}} {0,350 \ text {} \ Omega} = 411 \ text {W} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

30 Вт, рассеиваемые горячей фарой, являются типичными. Но 411 Вт в холодную погоду на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.

Стратегия и решение для (b)

Ток при холодной лампочке можно найти несколькими способами. Переставляем одно из уравнений мощности, P = I 2 R , и вводим известные значения, получая

[латекс] I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} = \ sqrt {\ frac {411 \ text {W}} {{0.350} \ text {} \ Omega}} = 34,3 \ text {A} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Холодный ток значительно выше, чем установившееся значение 2,50 А, но ток будет быстро снижаться до этого значения по мере увеличения температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) спроектированы так, чтобы выдерживать очень высокие токи на короткое время при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует использования специальных плавких предохранителей с замедленным срабатыванием.

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Поскольку P = E / t , мы видим, что

E = Pt

- это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение интервала времени t . Например, чем больше горящих лампочек, тем больше используется P ; чем дольше они включены, тем больше т .Единицей измерения энергии в счетах за электричество является киловатт-час (кВт ч), что соответствует соотношению E = Pt . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3.6 × 10 6 Дж.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения - один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии в доме расходуется на освещение, в то время как в коммерческих учреждениях эта цифра приближается к 40%.Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания - это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. Рис. 1 (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными вложениями в КЛЛ.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные фонари (представляющие собой группу небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.

Установление соединений: энергия, мощность и время

Отношение E = Pt может оказаться полезным во многих различных контекстах.Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, зависит, например, от уровня мощности и продолжительности вашей активности. Степень нагрева источника питания зависит от уровня мощности и времени ее применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения зависит от мощности и времени воздействия.

Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)

Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если стоимость лампы составляет 25 центов? (б) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая дает такой же световой поток, но составляет четверть мощности и стоит 1 доллар.50, но длится в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?

Стратегия

Чтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала находим используемую энергию в киловатт-часах, а затем умножаем ее на стоимость киловатт-часа.

Решение для (а)

Энергия, используемая в киловатт-часах, определяется путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:

E = Pt = (60 Вт) (1000 ч) = 60,000 Вт ч

В киловатт-часах это

E = 60.0 кВт ⋅ ч.

Сейчас стоимость электроэнергии

Стоимость

= (60,0 кВт ч) (0,12 долл. США / кВт час) = 7,20 долл. США.

Общая стоимость составит 7,20 доллара за 1000 часов (около полугода при 5 часах в день).

Решение для (b)

Поскольку CFL использует только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 доллара США / 4 = 1,80 доллара США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты будут составлять 1/10 стоимости лампы за этот период использования или 0.1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость 1000 часов составит 1,95 доллара США.

Обсуждение

Следовательно, использование КЛЛ намного дешевле, даже если начальные вложения выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать в себя для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывается.

Выполнение подключений: эксперимент на вынос - инвентаризация использования электроэнергии

1) Составьте список номинальной мощности для ряда приборов в вашем доме или комнате.Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем цифровые часы. Оцените энергию, потребляемую этими приборами в среднем за день (оценивая время их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение составляет 120 В, используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что используемые длинные люминесцентные лампы рассчитаны на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто все выходные, и что эти огни были оставлены включенными с 6 часов вечера.{2} R \\ [/ латекс].

  • Энергия, используемая устройством с мощностью P за время t , составляет E = Pt .

Концептуальные вопросы

1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце жизни, особенно незадолго до того, как их нити оборвутся?

Мощность, рассеиваемая на резисторе, равна P = V 2 / R , что означает, что мощность уменьшается при увеличении сопротивления. Тем не менее, эта мощность также определяется соотношением P = I 2 R , что означает, что мощность увеличивается при увеличении сопротивления.Объясните, почему здесь нет противоречия.

Задачи и упражнения

1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 2 МВ при токе 2,00 × 10 4 A ?

2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, который потребляет 250 А тока от аккумуляторной батареи 24,0 В?

3. Заряд в 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 часа. Какова выходная мощность, если выходное напряжение вычислителя равно 3.00 В? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих потребностей в энергии. (Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

4. Сколько ватт проходит через него фонарик с 6,00 × 10 2 за 0,500 ч использования, если его напряжение составляет 3,00 В?

5. Найдите мощность, рассеиваемую в каждом из этих удлинителей: (a) удлинительный шнур с сопротивлением 0,0600 Ом, через который 5.00 А течет; (б) более дешевый шнур с более тонким проводом и сопротивлением 0,300 Ом.

6. Убедитесь, что единицами измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .

7. Покажите, что единицы 1V 2 / Ω = 1W, как следует из уравнения P = V 2 / R .

8. Покажите, что единицы 1 A 2 Ω = 1 Вт, как следует из уравнения P = I 2 R .

9. Проверьте эквивалент единиц энергии: 1 кВт ч = 3,60 × 10 6 Дж.

10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 2 кВ и направляются к цели для получения рентгеновских лучей. Вычислите мощность электронного луча в этой трубке, если она имеет ток 15,0 мА.

11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт на 2,00 часа в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электроэнергия стоит 12,0 центов / кВт · ч? См. Рисунок 3.

Рисунок 3. Водонагреватель электрический по запросу. Тепло в воду подается только при необходимости. (кредит: aviddavid, Flickr)

12. Сколько электроэнергии необходимо для тостера с тостером мощностью 1200 Вт (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 цента / кВт · ч?

13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, если общая стоимость (капиталовложения плюс эксплуатация) будет одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов / кВтч.Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с КЛЛ по рентабельности.

14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрическую систему напряжением 6,00 В. а) Каково сопротивление горячему свету у фары мощностью 30,0 Вт в такой машине? б) Какой ток течет через него?

15. Щелочные батареи имеют то преимущество, что они выдают постоянное напряжение почти до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А · ч и 1,58 В будет поддерживать горение лампы фонарика мощностью 1,00 Вт?

16.Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его выходная мощность? б) Какое сопротивление пути?

17. В среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените ежегодные затраты на электроэнергию для работы 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их потребляемая мощность составляет в среднем 150 Вт, а стоимость электроэнергии составляет в среднем 12,0 центов / кВт · ч.

18. Старая лампочка потребляет всего 50,0 Вт, а не 60,0 Вт из-за истончения ее нити за счет испарения.Во сколько раз уменьшается его диаметр при условии равномерного утонения по длине? Не обращайте внимания на любые эффекты, вызванные перепадами температур.

Медная проволока калибра 19. 00 имеет диаметр 9,266 мм. Вычислите потери мощности в километре такого провода, когда он пропускает 1,00 × 10 2 A.

Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует 120 В переменного тока с эффективностью 95,0%.а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (b) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов работы в ночное время? (См. Рисунок 4.)

Рис. 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.

21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается разрядом молнии с током 20 000 А, напряжением 1,00 × 10 2 МВ и длиной 1.00 мс? (б) Какую массу древесного сока можно было бы поднять с 18ºC до точки кипения, а затем испарить за счет этой энергии, если предположить, что сок имеет те же тепловые характеристики, что и вода?

22. Integrated Concepts Какой ток должен вырабатывать подогреватель бутылочек на 12,0 В, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00 × 10 2 алюминия от 20 ° C до 90º за 5,00 мин?

23. Integrated Concepts Сколько времени требуется хирургическому прижигателю для повышения температуры 1.00 г ткани от 37º до 100, а затем закипятите 0,500 г воды, если она выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не обращайте внимания на передачу тепла в окружающую среду.

24. Integrated Concepts Гидроэлектрические генераторы (см. Рисунок 5) на плотине Гувера вырабатывают максимальный ток 8,00 × 10 3 А при 250 кВ. а) Какая выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и покидает систему с низкой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не изменяется), но теряет 160 м в высоте.Сколько кубических метров в секунду необходимо при КПД 85,0%?

Рисунок 5. Гидроэлектрические генераторы на плотине Гувера. (кредит: Джон Салливан)

25. Integrated Concepts (a) Исходя из 95,0% эффективности преобразования электроэнергии двигателем, какой ток должны обеспечивать аккумуляторные батареи на 12,0 В 750-килограммового электромобиля: отдых до 25,0 м / с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 2 м за 2,00 мин при постоянной 25.Скорость 0 м / с при приложении силы 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Двигаться с постоянной скоростью 25,0 м / с, прилагая силу 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. Рисунок 6.

Рис. 6. Электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)

26. Integrated Concepts Пригородный легкорельсовый поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении.а) Какова его мощность в киловаттах? (b) Сколько времени нужно, чтобы достичь скорости 20,0 м / с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 4 кг, предполагая эффективность 95,0% и постоянную мощность? (c) Найдите его среднее ускорение. (г) Обсудите, как ускорение, которое вы обнаружили для легкорельсового поезда, сравнивается с тем, что может быть типичным для автомобиля.

27. Integrated Concepts (a) Линия электропередачи из алюминия имеет сопротивление 0,0580 Ом / км. Какова его масса на километр? б) Какова масса на километр медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева.Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель, работающий на 120 В, может повысить температуру 1,00 × 10 2 -граммовых алюминиевых чашек, содержащих 350 г воды, с 20 ° C до 95 ° C за 2,00 мин. Найдите его сопротивление, предполагая, что оно постоянно в процессе. (b) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

29. Integrated Concepts (a) Какова стоимость нагрева гидромассажной ванны, содержащей 1500 кг воды, от 10 ° C до 40 ° C, исходя из эффективности 75,0% с учетом передачи тепла в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9 центов / кВт⋅ч. (b) Какой ток потреблял электрический нагреватель переменного тока 220 В, если на это потребовалось 4 часа?

30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 480 В? (b) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют коэффициент 1.00 - сопротивление Ом? (c) Что неразумного в этом результате? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 10,0 кВ? (b) Найдите сопротивление 1,00 км провода, которое вызовет потерю мощности 0,0100%. (c) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? (г) Что необоснованного в этих результатах? (e) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

32.Создайте свою проблему Представьте себе электрический погружной нагреватель, используемый для нагрева чашки воды для приготовления чая. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он увеличивал температуру воды и чашки за разумное время. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем технологическом процессе. Среди факторов, которые необходимо учитывать, - используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкость, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев.Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до того, как в погружном блоке будут достигнуты опасные температуры.

Глоссарий

электрическая мощность:
- скорость, с которой электрическая энергия подается источником или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1. 2,00 × 10 12 Вт

5.{6} \ text {J} \\ [/ latex]

11. 438 $ / год

13. $ 6.25

15. 1.58 ч

17. 3,94 миллиарда долларов в год

19. 25,5 Вт

21. (а) 2,00 × 10 9 Дж (б) 769 кг

23. 45.0 с

25. (а) 343 A (б) 2,17 × 10 3 A (в) 1,10 × 10 3 A

27. (а) 1,23 × 10 3 кг (б) 2,64 × 10 3 кг

29. (a) 2,08 × 10 5 A
(b) 4,33 × 10 4 МВт
(c) Линии передачи рассеивают больше мощности, чем они должны передавать.
(d) Напряжение 480 В неоправданно низкое для напряжения передачи. В линиях передачи на большие расстояния поддерживается гораздо более высокое напряжение (часто сотни киловольт), чтобы уменьшить потери мощности.

Регулируемая электронная нагрузка с использованием ламп накаливания


Скромная лампа накаливания больше не пользуется большим уважением. Эти лампы накаливания находятся на грани исчезновения во многих странах и заменяются более современными и эффективными альтернативами, такими как светодиоды.Давний любитель электроники (как и я) часто остается с ящиками, полными лампочек, без очевидной пользы от них. И все же, несмотря на все свои недостатки и неэффективность, лампы накаливания по-прежнему занимают ностальгическое место в сердце многих любителей электроники, которые все еще любят мягкое теплое свечение лампочки. Можем ли мы спасти их от судьбы и дать им новую жизнь?

Это история о том, как я спас некоторые из моих лампочек от исчезновения, построив с ними полезный лабораторный инструмент: регулируемую электронную нагрузку.

Необходимость регулируемых электронных нагрузок

Регулируемая электронная (силовая) нагрузка - очень удобное испытательное оборудование при разработке проектов электроники. Например, когда вы создаете источник питания, наступит время, когда вам нужно будет «смоделировать» нагрузку, чтобы увидеть, насколько хорошо работает ваша конструкция. Чтобы правильно протестировать источник питания, регулируемая нагрузка - это просто билет. Он позволяет вам измерить, какой ток может выдать источник питания при заданном выходном и входном напряжении, а также измерить важные параметры, такие как эффективность, регулирование и пульсации при различных условиях нагрузки.

Раньше я иногда использовал лампочку накаливания в качестве грубой силовой нагрузки при тестировании источника питания. Лампочки было легко найти, и они могли потреблять много тока, что на самом деле является преимуществом в этом приложении. Однако я часто ограничен выбором лампочек, имеющихся под рукой.

РИСУНОК 1. Лампы накаливания.


Контроль величины тока, потребляемого от тестируемого источника питания, в лучшем случае был делом проб и ошибок.Затем мне пришло в голову: что, если бы я мог сделать что-то вроде «переменной нагрузки постоянного тока накаливания»? Это был бы очень полезный инструмент для меня, и я бы использовал свои давно заброшенные лампы накаливания ... беспроигрышная ситуация!

Сравнение традиционных и ШИМ регулируемых нагрузок

Существует несколько различных способов создания регулируемой электронной нагрузки. Традиционный подход (и тот, который я построил сам в более раннем проекте [1]) использует один или несколько мощных полевых МОП-транзисторов параллельно в качестве элементов нагрузки. Верхняя диаграмма в Рис. 2 показывает упрощенную версию этого традиционного устройства.Регулируя напряжение затвора полевого МОП-транзистора (обычно с помощью сигнала постоянного тока), сопротивление полевого МОП-транзистора изменяется от стока к источнику, так что вы эффективно получаете регулируемую нагрузку (сопротивление) с точки зрения «ВХОДА».

Обратите внимание, что в этих типах схем полевые МОП-транзисторы рассеивают большую часть мощности и тепла, поэтому их необходимо оснастить соответствующими радиаторами. Возможно, вам даже понадобятся охлаждающие вентиляторы. (Для схемы может также потребоваться резистор измерения мощности, если реализована какая-то петля обратной связи или измерения, но для простоты я буду придерживаться стратегии разомкнутого цикла.)

Нижняя схема в Рисунок 2 показывает стратегию, которую я использовал вместо этого.

РИСУНОК 2. Традиционные регулируемые нагрузки в сравнении с ШИМ.


Лампы накаливания устанавливаются последовательно с полевым МОП-транзистором. Вместо того, чтобы применять схему управления постоянным током к затвору, я применил ШИМ-сигнал с переменной скважностью. По мере увеличения рабочего цикла увеличивается и средний ток через лампы, так что вы получаете, по сути, «регулируемую нагрузку». Однако эта схема не была бы очень полезной, если бы мы не отфильтровали резкие изменения тока нагрузки при включении и выключении полевого МОП-транзистора.Это функция последовательно соединенных катушек индуктивности и конденсатора на рисунке, которые образуют LC-фильтр нижних частот. Эти компоненты здесь абсолютно необходимы.

Чтобы проиллюстрировать это, я измерил ток через эту цепь с последовательной катушкой индуктивности и без нее, используя небольшой последовательный резистор 0,1 Ом и осциллограф (конденсатор остался в цепи). Результаты показаны на рис. 3 . Без катушки индуктивности пульсирующий ток полной амплитуды составляет более 1 А (одно вертикальное деление в , рис. 3, соответствует 1 А).

РИСУНОК 3. Ток нагрузки с индуктором и без него.


Как видно из этого рисунка, катушка индуктивности заставляет всю цепь нагрузки вести себя больше как переменный резистор с точки зрения ВХОДА «тестируемого источника питания» (помните, что катушки индуктивности имеют тенденцию «противодействовать» резким изменениям тока). Измеренный входной ток в значительной степени представляет собой сигнал постоянного тока без заметных пульсаций, что и является нашей целью.

Важно отметить, что, в отличие от традиционного подхода, большая часть тепла в этой цепи рассеивается в лампах накаливания, а не в полевом МОП-транзисторе.Поскольку полевой МОП-транзистор либо выключен (сопротивление близко к бесконечному), либо включено (сопротивление близко к нулю), мощность, рассеиваемая в устройстве, намного ниже, чем в традиционной схеме. Лампы накаливания делают здесь тяжелую работу и рассеивают большую часть тепла. Плюс - в отличие от полевых МОП-транзисторов - лампам накаливания не нужны большие радиаторы!

Кроме того, вы получаете визуальную индикацию того, что через лампы протекает ток, что, на мой взгляд, является удовлетворительной и полезной обратной связью с пользователем в подобном испытательном оборудовании.

Принципиальная схема

Рисунок 4 показывает блок-схему схемы, тогда как Рисунок 5 показывает принципиальную схему.

РИСУНОК 4. Блок-схема.


Восьмиконтактный микроконтроллер PIC12F683 (U2) используется для подачи сигнала ШИМ на затвор полевого МОП-транзистора. Внутренний АЦП (аналого-цифровой преобразователь) считывает напряжение с многооборотного потенциометра (POT) и пропорционально регулирует рабочий цикл ШИМ.Вместо этого вы можете использовать два потенциометра последовательно (один для «грубой» настройки, а другой для «точной» настройки), но я считаю, что многооборотный потенциометр обеспечивает более удобное практическое использование.

Недостатком ламп накаливания является то, что они являются нелинейными устройствами; при изменении силы тока их сопротивление резко меняется. Вот почему важно иметь ШИМ-сигнал хорошего разрешения (в данном случае 10-битный) и многооборотный потенциометр, чтобы вы могли точно управлять схемой в широком диапазоне выбираемых токов нагрузки.

Я также добавил кнопку (SW2), подключенную к микроконтроллеру, которая переключает нагрузку на ВКЛ и ВЫКЛ каждый раз, когда пользователь нажимает на нее. Микроконтроллер определяет, когда переключатель нажат, и соответственно управляет реле последовательно с нагрузкой (программное обеспечение по умолчанию выключает нагрузку при первом включении цепи). Эта функция полезна, когда нужно быстро отключить нагрузку; скажем, в состоянии перегрузки.

Поскольку я хотел, чтобы регулируемая нагрузка была портативной, чтобы я мог легко перемещать ее по лабораторному столу, я решил использовать питание от батареи 9 В.Линейный регулятор 78L05 (U1) преобразует напряжение батареи в 5 В, необходимые микроконтроллеру.

РИСУНОК 5. Принципиальная схема.


Соответствующая схема для моей последней схемы показана на рис. 5 . Я использовал три лампы накаливания, которые используются в автомобильных стоп-сигналах, и подключил их параллельно (подробнее о выборе ламп позже). Эти лампочки могут выдерживать большие токи и рассчитаны на напряжение около 12 В, хотя мне удалось без проблем управлять ими с напряжением до 20 В.

Силовой полевой МОП-транзистор, который я выбрал для этой схемы (Q2), - это IRF540N, который имеет очень низкое сопротивление при включении (около 44 мОм), поэтому при включении он рассеивает мало энергии. IRF540N имеет пороговое напряжение затвора ниже 4 В, поэтому он может управляться напрямую микроконтроллером 5 В с помощью только последовательного резистора (R3) для ограничения входного тока и частоты фронтов. Понижающий резистор R5 обеспечивает отключение полевого МОП-транзистора по умолчанию.

Выход GP1 микроконтроллера управляет транзистором 2N2222 (Q1), который, в свою очередь, активирует катушку реле, подключенную к источнику питания 9 В.Он также включает светодиод, чтобы сообщить пользователю, что нагрузка подключена. Диод D2 защищает транзистор от индуктивного «обратного» напряжения.

Я использовал параллельно три разных конденсатора (C5, C6 и C7), чтобы уменьшить эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) в широком диапазоне частот. Низкое значение ESR важно в этом приложении для эффективной фильтрации нижних частот и для уменьшения рассеивания тепла в самих электролитических конденсаторах (что со временем может привести к сбоям).

RC демпферная цепь, образованная R6 и C4, уменьшает скачки напряжения и шум, возникающие при включении и выключении полевого МОП-транзистора (см. Врезку , RC демпфер).

RC демпфер

Распространенной проблемой при быстром переключении силового полевого МОП-транзистора является то, что это может привести к значительному шуму и звену при резком включении / выключении полевого МОП-транзистора. Это вызвано паразитной индуктивностью и емкостью в цепи, которая образует цепь RLC-накопителя, которая, по сути, реагирует на «ступенчатый» вход.Чтобы минимизировать результирующие скачки и колебания напряжения VDS (сток в источник), можно разместить демпфер RC на выводах стока и истока полевого МОП-транзистора.

На рисунке A показан скачок напряжения переходного процесса VDS I, измеренный с RC-демпфером, образованным R6 и C4, и без него. Хотя здесь еще есть место для оптимизации, вы можете видеть, что пик скачка напряжения значительно уменьшен, как и колебательное поведение. Демпферы RC защищают полевой МОП-транзистор от перенапряжения и уменьшают шум, который в противном случае мог бы возникнуть в чувствительных цепях, подключенных к этой нагрузке.

Для получения дополнительной информации см. Ссылку [2].

РИСУНОК A.


Выбор лампы накаливания

В этом проекте я повторно использовал автомобильные стоп-сигналы, которые у меня уже были в ящиках с запчастями. Однако для тех, у кого их еще нет под рукой, эти лампочки легко найти в любом магазине автомобильных запчастей. Лампочки для автомобильных применений физически малы (по сравнению с мощностью, с которой они могут работать), а также относительно недороги.Подойдут любые лампы мощностью 12 В, 20 Вт или 50 Вт. Выбор в основном зависит от максимального тока, который вам нужно потреблять для напряжений питания, которые вы планируете тестировать. Чем выше номинальная мощность лампочки, тем больший ток вы сможете потреблять в своей нагрузке.

Например, одна лампочка на 20 Вт на 12 В номинально потребляет около 20/12 = 1,67 А при 12 В. Эта схема позволяет вам потреблять на меньше, чем на тока, регулируя потенциометр, но не на больше, чем на . Вот почему я подключил три лампы параллельно, так как я хотел потреблять максимум 4А при 12 В (и у меня было довольно много неиспользуемых лампочек).Однако, если вам не нужно регулярно проверять источники питания с таким большим током, вам может понадобиться всего одна или две лампочки.

Вы также должны быть осторожны, чтобы не сжечь лампочки, подавая напряжение выше их номинального (в данном случае выше 12 В) в течение продолжительных периодов времени при одновременном потреблении максимального тока. Вы всегда можете подключить несколько лампочек последовательно, если это необходимо для вас, или использовать вместо них лампы на 24 В.

Предупреждение о безопасности: Лампы накаливания сильно нагреваются и могут вас обжечь! Убедитесь, что вы не прикасаетесь к лампочкам во время работы, и предусмотрите способ их закрытия, чтобы свести к минимуму риск случайного контакта.

Строительство

Поскольку это относительно простая схема, в которой используются только компоненты со сквозными отверстиями, я решил построить ее с использованием прототипной платы (также известной как перфокарта). На рис. 6 показан вид сверху собранной схемы перфорированной платы и выделены основные компоненты. Несмотря на то, что MOSFET, который я использовал, не рассеивает большую часть энергии (это делают лампочки), я снабдил его небольшим радиатором, так как он может немного нагреваться при потреблении больших токов (более 3 А).

РИСУНОК 6. Схема монтажной платы в сборе.


На рисунке 7 показана нижняя сторона платы. Обратите особое внимание на части схемы, где протекает потенциально высокий ток нагрузки (это часть схемы, представленная в нижней части , рис. 3, ).

РИСУНОК 7. Задняя сторона платы.


Убедитесь, что калибр провода достаточно толстый, чтобы пропускать ток по этим путям.Это также помогает укрепить (с помощью припоя) пути прохождения сильного тока, поскольку это снижает общее электрическое сопротивление. Также постарайтесь, чтобы эти соединения были как можно короче.

На рисунке 8 показан ранний прототип, каким он был до того, как я поместил схему в надлежащий корпус.

РИСУНОК 8. Ранний прототип.


Здесь вы можете увидеть многооборотный потенциометр и три лампы, подключенные к основной плате.

На рисунке 9 показана схема внутри небольшого пластикового корпуса.Обратите внимание на батарею 9 В, установленную в левой нижней части коробки.

РИСУНОК 9. Схема внутри небольшого пластикового корпуса.


На рис. 10 показана передняя панель конечного продукта и выделены основные элементы управления и индикаторы.

РИСУНОК 10. Передняя панель с элементами управления и индикаторами.


Программное обеспечение

PIC запускает программное обеспечение, разработанное с использованием компилятора ME Labs PICBASIC PRO ©.Полный код доступен для загрузки. Доступны как исходный код, так и скомпилированные файлы. Если у вас есть программатор PIC и вам не нужно вносить какие-либо изменения в код, вы можете просто запрограммировать PIC с помощью файла .hex без необходимости перекомпилировать код.

Блок-схема в Рисунок 11 показывает структуру программы. Он начинается с определения некоторых констант и выполнения инициализации на уровне блоков.

РИСУНОК 11. Блок-схема программы.


Внутренний АЦП подключен к входу GP4 и настроен на 10-битный режим. ШИМ инициализируется и также устанавливается в 10-битный режим, чтобы его разрешение было максимальным и соответствовало разрешению АЦП. Как отмечалось ранее, это разрешение важно для точного управления широким диапазоном токов нагрузки. К сожалению, в этом микроконтроллере есть компромисс между разрешением и частотой ШИМ (что не редкость).

Из-за этого компромисса - хотя я предпочел бы использовать частоту ШИМ выше 40 кГц, так как это упростило бы фильтрацию LC - в итоге я установил ее примерно на 8 кГц.Однако при используемых номиналах индуктивности и конденсатора эта скорость переключения достаточно высока для эффективной фильтрации.

В основной части программы мы входим в основной цикл, который начинается со считывания напряжения АЦП (подключенного к потенциометру). Для чтения АЦП я решил взять восемь отсчетов и отбросить краевые отсчеты, чтобы избежать проблем с шумом. Это делается путем сортировки восьми выборок и последующего усреднения только внутренних выборок (вы могли бы назвать это «усеченным средним»). Полученное (отфильтрованное) значение затем используется для регулировки рабочего цикла ШИМ пропорционально показанию напряжения потенциометра / АЦП.

Затем программа опрашивает вход тумблера, чтобы определить, был ли он нажат. Обратите внимание, что здесь выполняется код устранения неполадок, чтобы избежать нестабильности. Если обнаружено нажатие переключателя, релейный выход переключается и нагрузка включается (или выключается).

Результаты

С тремя включенными параллельно лампочками, которые я использовал, я смог потреблять более 3 А при 3,3 В и к северу от 4 А при входном питании 5 В. Этого более чем достаточно для большинства моих применений. Как я объяснил в разделе «Выбор лампы накаливания», максимальный ток , который можно потреблять с этой регулируемой нагрузкой, определяется номинальной мощностью лампы и изменяется нелинейным образом с напряжением.

Для справки читателя я построил свой измеренный график зависимости максимального тока от входного напряжения на , рис. 12, .

РИСУНОК 12. Максимальный ток в зависимости от входного напряжения.


Я наложил линию тренда (используя Microsoft © Excel) и соответствующее уравнение, которое позволяет пользователю оценить максимальный ток для напряжений, отличных от тех, которые я измерил.

Обратите внимание, что эта кривая была бы другой, если бы использовались разные лампочки, и представляет только максимального тока, который нагрузка способна потреблять при каждом входном напряжении.Более низкие токи - от нуля до максимума - достигаются простой регулировкой потенциометра.

Выводы и будущие улучшения

Хотя я вполне удовлетворен текущей реализацией, и она уже оказалась очень полезной в моем хобби, в любом проекте всегда есть возможности для улучшения. Вот некоторые мысли относительно будущих улучшений, которые читатель может рассмотреть:

Привод затвора - Для работы с высокой мощностью сдвиг уровня привода затвора полевого МОП-транзистора до 9 В приведет к более высокому напряжению VGS, что приведет к снижению сопротивления и, возможно, даже меньшей мощности, рассеиваемой в полевом МОП-транзисторе.Это следует учитывать, если требуются очень высокие токи нагрузки.

Частота ШИМ - Если считыватель использует другой микроконтроллер или даже выделенную схему ШИМ, то вы можете увеличить частоту ШИМ до 40 кГц или выше. Это должно улучшить фильтрацию и / или позволить вам использовать меньшую катушку индуктивности для той же пульсации тока.

Ограничитель пускового тока - Одним из недостатков ламп накаливания является то, что их сопротивление на холоде намного ниже, чем при «нормальной» работе (как правило, часто упоминается коэффициент в 10 раз).Это низкое «холодное сопротивление» приводит к скачку тока (выбросу), когда вы впервые подключаете нагрузку к тестируемому источнику питания. Хотя для моих целей это не было серьезной проблемой, читатель должен знать об этом, поскольку он может (в некоторых случаях) срабатывать схемы защиты от перегрузки по току в тестируемых источниках питания.

Добавление небольшого последовательного резистора или даже более сложной схемы ограничения тока только при запуске может улучшить эту ситуацию. Например, вы можете добавить еще одно реле, управляемое тем же микроконтроллером, которое удерживает последовательный резистор в цепи в течение нескольких миллисекунд после активации нагрузки, а затем закорачивает их для работы в установившемся режиме.

РИСУНОК 13. Регулируемая нагрузка в действии.


Этот проект оказался полезным не только потому, что он оказался очень полезным на моем рабочем месте, но и потому, что он позволил мне спасти и повторно использовать некоторые из моих старых ламп накаливания. Мне действительно нравится видеть визуальную обратную связь, обеспечиваемую свечением света, когда ток проходит по цепи (см. , рис. 13, ).

Это в некотором роде уникальная функция, которую вы не получите с подходами, основанными на MOSFET; это похоже на сравнение старого доброго лампового усилителя с современным транзисторным усилителем.Надеюсь, тебе тоже понравится. NV


ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ

ТОВАР ОПИСАНИЕ ИСТОЧНИК
АКТИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
U1 78L05 Линейный регулятор 5 В Цифровой ключ LM78L05ACZFS-ND
U2 PIC12F683 Микроконтроллер Цифровой ключ PIC12F683-I / P-ND
2 квартал N-канальный силовой полевой МОП-транзистор Цифровой ключ IRF540NPBF-ND
1 квартал 2N2222 NPN транзистор Цифровой ключ PN2222AFS-ND
D2 1N4001 Диод Digi-Key 641-1310-1-ND
D1 Красный светодиод
РЕЗИСТОРЫ - 1 / 4W 5% аксиальная углеродная пленка
R1 10 К
R2 4.7K
R3 220R
R4 3,3 К
R5 22 К
R6 4.7R
КОНДЕНСАТОР
C1 0,1 мкФ / 100 В Керамика
C2 10 мкФ / 16 В электролитический
C3 0.1 мкФ / 100 В Керамика
C4 Пленка 4,7 нФ / 100 В
C5 470 мкФ / 50 В электролитический
C6 680 мкФ / 50 В электролитический
C7 0,1 мкФ / 100 В Керамика
РАЗНОЕ
L1 Индуктор с тороидальным сердечником 220 мкГн, 4 А или выше
РЕЛЕ Реле SPDT 10A Цифровой ключ 255-2065-ND
RV1 Многооборотный потенциометр 10K
Перфорированная плита
Лампочки (см. Текст) Магазин автозапчастей

Список литературы

[1] Создание регулируемой постоянной токовой нагрузки.Пауло Оливейра.
http://paulorenato.com/index.php/electronics-diy/91-constant-current-load

[2] AN11160 Проектирование демпферов RC - NXP
www.nxp.com/documents/application_note/AN11160.pdf


Загрузки

Что в почтовом индексе?
Исходный код

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *