Основные функции ПРА состоят в том, что аппарат обеспечивает:

1)         зажигание  РЛ,  которое заключается в пробое межэлектродного промежутка и формировании в нем требуемого вида разряда.  Для надежного  зажигания РЛ аппарат должен иметь определенные выходные характеристики в режиме холостого хода, т. е. в режиме работы схемы включения при негорящей лампе. Повторное зажигание  после   кратковременного   перерыва питания высокотемпературной РЛ, как правило, требует на порядок большего напряжения, чем для зажигания холодной РЛ;

2)         разгорание РЛ, т. е. процесс установления рабочих характеристик лампы после    зажигания. Продолжительность   разгорания   определяется   наполнением лампы, соотношением температур ее колбы в холодном и рабочем состояниях, характеристиками ПРА. У ксеноновых ламп высокого давления (типа ДКсТ) и РЛНД (ЛЛ)  продолжительность   разгорания   невелика   (3—5 мин); у высокотемпературных РЛ с парами металлов(НЛВД, НЛНД, типа ДРЛ, МГЛ) продолжительность разгорания больше (5—15 мин). Характер изменения тока лампы в процессе разгорания и продолжительность последнего зависят также от типа и характеристик ПРА (рис. 4.1);

3)         устойчивость режима  работы РЛ     в  контуре, заключающуюся в способности контура автоматически восстанавливать исходное значение тока при флуктуационных изменениях последнего. Наличие данной функции у ПРА, которая выполняется его элементом, включенным последовательно с  РЛ-балластом,  связано  со спецификой статической ВАХ РЛ, т. е. на связи между действующими   значениями   напряжения    Uл   и   тока лампы Iл. При установившейся для каждого значения тока температуре колбы РЛ,  статическая ВАХ (рис. 4.2) может быть падающей (кривая 1), безразличной (2) и возрастающей (3).  Обеспечить устойчивый режим работы от источника напряжения без балласта принципиально невозможно  для РЛ с падающей (например, ЛЛ) и безразличной  (например,  типы  ДРЛ,   ДРИ  и МГЛ) характеристиками. Для РЛ с возрастающей ВАХ (например, ксеноновая лампа типа ДКсТ) устойчивая работа от сети возможна и без балласта, но при малом наклоне возрастающей ветви кривой 3 к оси токов. Это не всегда  экономически  целесообразно   из-за  низкой стабильности   работы   лампы.   Стабильность — способность комплекта РЛ—ПРА сохранять близкие к исходным характеристики при изменениях параметров элементов схемы и внешних условий (например, напряжения сети, температуры) — оценивается коэффициентами нестабильности,    т.   е.    коэффициентами    пропорциональности (приближенно) между относительными приращениями параметров лампы и факторов, вызвавших изменения параметров РЛ. Для оценки условий работы лампы в контуре чаще всего используются коэффициенты нестабильности тока, мощности и светового потока РЛ по напряжению сети. На возрастающем участке характеристики 2 (см. рис. 4.2) лампа не может работать без балласта, поскольку при быстром изменении тока, когда температура колбы остается практически постоянной, статическая характеристика будет падающей.

Рис. 4.1. Зависимости относительного значения тока лампы типа ДРИ250 от времени разгорания:

1 — с индуктивным балластом, аппарат 1ДБИ250ДРЛ/220-В-033;

2 — с емкостно-индуктивным балластом (R = x_c/x_L = 2,6, время разгорания 5 мин);

 — с емкостно-индуктивным балластом (R = 3,5)

Рис. 4.2.  Типичные ВАХ РЛ:

1 - ЛЛ   40   Вт    ( Uл,р = 103   В,   Iл,р  = 0,43   А); 

2 - ДРИ250 ( Uл,р = 130  В,  Iл,р = 2,3  А);

3 - ДКсТ10 000 (Uл,р = 220  В, Iл,р = 50  А)

Таким образом, большинство типов РЛ подключается через балластный элемент ПРА к питающей сети с напряжением U  причем коэффициент использования последнего m = Uл/U обычно находится в пределах от 0,45 до 0,7. Значения т ограничиваются снизу экономическими показателями комплекта РЛ—ПРА (при уменьшении m, постоянных мощности и напряжении сети возрастает доля приэлектродных потерь в лампе, увеличиваются масса и габариты аппарата, а также потери мощности в нем), а сверху — резким ухудшением стабильности работы РЛ. При работе от сетей постоянного тока в качестве балластного элемента ПРА используется резистор, а переменного — индуктивный или емкостно-индуктивный балласт. Использование активного балласта в сетях переменного тока нецелесообразно в связи с большими потерями мощности в ПРА, снижением световой отдачи и срока службы РЛ из-за искажения формы кривой тока. Чисто емкостный балласт неприменим для большинства типов РЛ (исключение — лампы типа ДКсТ), питаемых от сетей переменного тока промышленной частоты, так как при его использовании резко искажается форма   кривой тока РЛ, т. е. снижаются ее световая отдача и срок службы. Следует отметить, что емкостно-индуктивный балласт практически по всем показателям уступает индуктивному и его использование (за исключением специальных случаев) оправдано лишь совместно с индуктивным в двухламповых схемах с «расщепленной» фазой для уменьшения пульсаций   светового   потока   двухлампового   СП.

Помимо указанных основных функций ПРА выполняет ряд дополнительных.

Компенсация реактивной мощности комплекта РЛ—ПРА необходима для обеспечения рациональной загрузки трансформаторных подстанций и осветительных распределительных сетей. Увеличение коэффициентов мощности схемы включения РЛ, работающей с индуктивным балластом, может достигаться подключением параллельно сетевым выводам компенсирующего конденсатора индивидуально для каждого ПРА (рис. 4.3, а) или общего для группы индуктивных комплектов РЛ—ПРА. Векторная диаграмма (рис. 4.3, б) поясняет, как ток конденсатора компенсирует реактивную составляющую тока цепи РЛ — дроссель. Показанный на рис. 4.3 сдвиг фаз между Uл и Iл является следствием замены при построении векторной диаграммы несинусоидальных по форме uл и iл на синусоидальные. Согласно осциллограммам (рис. 4.4) сдвиг фаз между током и напряжением РЛ отсутствует, поэтому статическое сопротивление РЛ является активным, нелинейным, искажающим (не совпадают формы uл и iл ). В связи с этим мощность РЛ определяется как Рл = Rл Uл Iл где Rл — коэффициент мощности РЛ, меньший единицы и зависящий от типа РЛ, балласта и частоты питающей сети. Компенсация реактивной мощности достигается в двухламповых комплектах при параллельном включении РЛ с индуктивным балластом и РЛ с емкостно-индуктивным балластом (схемы с «расщепленной» фазой, применяемые для снижения пульсаций светового потока). Следует иметь в виду, что коэффициент мощности в компенсированных ПРА из-за несинусоидальности   формы   тока   РЛ   принципиально всегда меньше единицы.

Рис. 4.3. Способ индивидуальной компенсации реактивной мощ­ности  комплекта  РЛ-ПРА   (а)   и  поясняющая  его    векторная диаграмма (б)

Рис. 4.4. Осциллограммы тока и напряжений для контура РЛ —

индуктивный   балласт   (а)   и   динамическая   ВАХ   лампы   при

50  Гц (б)

Подавление радиопомех, создающихся при работе комплекта РЛ—ПРА, достигается   введением специальных фильтров. Источником радиопомех являются  наружные  электромагнитные  поля,  создаваемые РЛ и элементами контура, а также распределительная сеть, в которую попадают высшие гармонические составляющие тока лампы. Фильтрами подавляется последний вид помех. Для этого при монтаже СП параллельно лампе или сетевым выводам ПРА подключаются конденсаторы малой емкости (сотые, тысячные доли   микрофарады).

Снижение пульсаций светового потока  РЛ, неизбежно  возникающих  при  питании переменным током,   осуществляется в двухламповом СП при использовании ПРА с «расщепленной» фазой. Однако при малом значении m сдвиг фаз в параллельных ветвях схемы составляет почти 180° и пульсация не снижается. При мощности РЛ более 100 Вт емкостно-индуктивный балласт практически не применяется из-за большой емкости конденсатора. Другие меры по снижению пульсаций — включение РЛ на разные фазы сети, использование трехфазных многоэлектродных РЛ, высокочастотного  питания,   прямоугольной  формы тока, работа РЛ от выпрямленного напряжения сети переменного тока.

Структурная схема комплекта  РЛ — ПРА, представленная на рис. 4.5, содержит следующие элементы 1 — лампа; 2 — балласт; 3 — зажигающее устройство, которое может включаться последовательно с РЛ, либо параллельно   ей,   либо   параллельно   сетевым   вводам ПРА; 4 — помехоподавляющие элементы; 5 — компенсирующий элемент.

Следует иметь в виду, что в зависимости от назначения реальный аппарат может не содержать некоторых из указанных элементов, а один и тот же элемент ПРА может выполнять   несколько    функций.

Классификация по условиям зажигания и работы РЛ позволяет выделить следующие  основные группы ПРА: зажигания РЛ напряжением холостого хода, не имеющим   импульсной   формы,   при   холодных   (ПРА мгновенного зажигания) и предварительно подогретых (ПРА быстрого зажигания) электродах; зажигания ламп импульсом напряжения;  импульсного режима работы РЛ;   специального  назначения (для работы  РЛ от сетей постоянного тока и повышенной частоты, системы регулирования светового потока РЛ и т. д.).

В данном разделе рассматриваются схемы и параметры ПРА первых трех групп, поскольку преимущественно эти типы аппаратов в комплекте с РЛ используются в целях освещения.

Параметры ПРА   целесообразно   подразделить на три группы:  пусковые,  рабочие  и эксплуатационные.

Пусковые параметры: форма, частота, действующее значение напряжения холостого хода, Ux, т. е. напряжения, подаваемого аппаратом на негорящую РЛ; напряжение Uп,п (или ток Iп,п) предварительного подогрева электродов  РЛ; форма, частота повторения, длительность,   амплитуда  и  энергия   зажигающих  импульсов напряжения;    пусковой    ток,    обеспечиваемый ПРА при разгорании РЛ.

Основные  рабочие  параметры:

а) мощность лампы при включении в сеть с номинальными частотой и напряжением в установившемся рабочем режиме должна быть не менее 92,5% мощности этой же лампы, включенной с дросселем образцовым измерительным (ДОИ) в сеть с частотой и напряжением, являющимися   номинальными для данного типа ДОИ;

б) напряжения (токи) на отдельных элементах ПРА обусловлены необходимостью иметь определенный рабочий режим РЛ;

в)         коэффициент амплитуды к_а кривой тока РЛ, характеризующий ее форму, не должен превышать  1,7, что регламентируется с целью уменьшить отрицательное влияние искажения формы тока на срок службы РЛ. Если учитывать влияние формы тока на световые характеристики РЛ, то ограничение по к_а следовало бы сделать более жестким (к_а   1,55);

г)         потери   мощности   в   ПРА   обычно   составляют 5-40% мощности РЛ, уменьшаясь при ее увеличении;

д)         тепловые характеристики ПРА и его элементов определяются,  например,  максимальной  рабочей температурой tw обмотки аппарата, при которой ее ресурс составляет 10 лет. Наиболее употребительные значения tw  равны 105, 120 и 130 °С;

е)         коэффициент мощности схемы определяет фазу и форму потребляемого из сети тока при работе лампы с ПРА.   Различают     индуктивные,     емкостные   и     компенсированные    ПРА.

Коэффициент мощности компенсированных схем в установившемся   рабочем   режиме при номинальном U ; быть не менее 0,85 для ПРА, предназначенных для включения одной или нескольких последовательно соединенных  РЛ,   и  0,92  для   ПРА с «расщепленной» фазой;

ж)        напряжение подогрева Un,p электрода РЛ в рабочем  режиме   (остаточное)   нормируется    для   ПРА быстрого зажигания, обычно Un p/Unn = 0,5, т. е. имеет место  компенсация подогрева электродов РЛ в рабочем режиме. Необходимость компенсации вызвана экономическими соображениями, так как значение и фаза тока подогрева по отношению к рабочему току РЛ оказывают влияние на ее срок службы, остаточный подогрев увеличивает расход электроэнергии.

Эксплуатационные параметры:

а)         срок  службы   ПРА — календарная   продолжительность эксплуатации аппарата при заданной температуре обмотки до предельного состояния, оговоренного в стандартах или технических условиях на аппараты;

б)         масса, габариты,  установочные  размеры  ПРА, его стоимость;

в)         тепловые и электрические параметры аппарата в аномальном режиме (режим работы аппарата, возникающий в реальных эксплуатационных условиях при отказе каких-либо элементов комплекта  РЛ — ПРА); длительность работы аппарата  в  аномальном  режиме допускается не более 20 сут;

г)         уровень шума, создаваемого ПРА, определяется по  значению звуковой мощности  при  работе с номинальной РЛ. Различают   ПРА   с   нормальным, пониженным    и     особо    низким    уровнем шума;

д)         конструктивное исполнение ПРА, по которому различают встроенные ПРА, предназначенные для установке в корпусе СИ или в специальных кожухах, и независимые, устанавливаемые отдельно от СП;

е)         допустимые  условия  и  режимы  эксплуатации, области применения ПРА;

ж)        род тока  и  частота напряжения  питания.

Обозначение аппарата включает: цифру, указывающую на  число РЛ, включаемых с аппаратом; буквенное обозначение типа аппарата по назначению и   составу входящих в него элементов (ДБ — балластный, УБ — стартерный,    АБ — бесстартерный    быстрого    пуска, МБ — бесстартерный мгновенного зажигания); буквенное  обозначение фазы потребляемого тока (И — индуктивный, Е — емкостный,      К — компенсированный); дробь в числителе которой указываются мощность и тип РЛ, в знаменателе — номинальное напряжение сети; букву А при наличии в многоламповом ПРА сдвига фаз между токами отдельных ламп; буквенное обозначение конструктивного исполнения (В — встроенное, Н — независимое) и группы по уровню шума (без обозначения — нормальный, П — пониженный, ПП — особо низкий); цифровое обозначение условного номера    разработки    (серии).

Примеры        условных       обозначений:

1УБИ-40/220-ВПП—910 — аппарат пускорегулирующий, одноламповый, стартерный, индуктивный, для ЛЛ мощностью 40 Вт, для включения в сеть 220 В, встроенного исполнения с особо низким уровнем шума, серия 910; 1ДБИ-700-ДРЛ/220-Н-026М — аппарат пускорегулирующий, одноламповый, содержащий балластный дроссель, для лампы типа ДРЛ мощностью 700 Вт, для включения в сеть 220 В, независимого исполнения, с нормальным уровнем шума, номер разработки 026, М — модернизированный.

С 1980 г. для вновь разрабатываемых аппаратов (исключая ПРА для РЛ тлеющего разряда, стартеры, полупроводниковые и импульсные зажигающие устройства) используется новая система обозначений. Она содержит: цифру, обозначающую число РЛ, включаемых с аппаратом; букву, обозначающую фазу потребляемого из сети тока при горящей лампе и наличие компенсации коэффициента мощности (И — индуктивный, Е — емкостный, К — компенсированный); цифры, обозначающие мощность РЛ в ваттах; букву, обозначающую группу аппарата по уровню шума (Н —нормальный, П — пониженный, А — особо низкий, С — очень низкий); двухзначное число (01-99), обозначающее номер серии; трехзначное число (001-999), обозначающее номер исполнения; климатическое исполнение и категорию размещения (ХЛ — холодный, У — умеренный, Т — тропический климатические пояса, цифры 1—5 — согласно ГОСТ 15150-69).