Главная » Участники » Максим Варыпаев » ЭЛЕКТРОТЕХНИКА » Светотехника » Испытания светотехники » Тестик батареи конденсаторов в Multisim
Тестик батареи конденсаторов в Multisim

Тестик батареи конденсаторов в Multisim
После установки этой http://fotkidepo.ru/?id=photo:1095926 батареи из 3-х последовательно соединённых конденсаторов по 3 мкФ / 250 В каждый в этот http://fotkidepo.ru/?id=photo:985832 светиль взамен полудохлого старого кЕтайского пускового кондёра http://fotkidepo.ru/?id=photo:1095927 возник вопрос: на сколько сильно будут меняться напряжения на отдельных конденсаторах при их старении (=уменьшении фактической ёмкости)? Главным образом интересует предел, до которого поднимется напряжение на самом малоёмком конденсаторе. Если этот предел перевалит за 250 В, стареющему конденсатору может стать совсем плохо и он сдохнет окончательно.
Для проверки была нарисована схемка, имитирующая цепь подогрева электродов лампы в указанном выше светильнике. Чтобы было понятно, что к чему, поясню реальное назначение некоторых вымышленных элементов схемы:
1) U1, U2, U3, U7 - думаю, и так понятно - замер напряжения на конденсаторах по отдельности и в целом. На этой схеме не показаны дополнительные маленькие (0,47 мкФ) кондёры, подключенные параллельно основным, они увеличивают общую ёмкость батареи до 3,15 мкФ, одкако этого уже много, для данного светильника самый оптимальный вариант - ровно 3 мкФ;
2) U6 - амперметр тока схемы (=тока подогрева электродов лампы), прошу не удивляться выставленному сопротивлению в 30 Ом - это имитация разогретых спиралей лампы. Соответственно, U8 меряет напряжение на спиралях лампы (особого смысла, конечно, в этом нет, но всё же);
3) R1, L1 - имитация основного дросселя лампы. К сожалению, корректно измерить его реальную индуктивность нечем, так что значение подбиралось "методом тыка" для получения тока прогрева в 0,43 А без использования доп. обмоток (а как известно, в ёмкостной цепи, если не используются какие-либо ухищрения, ток прогрева (=КЗ стартёра) практически совпадает с рабочим током лампы). Активные сопротивления катушек дросселей мне точно известны, так что их угадывать не пришлось ;). Соответственно, U5 меряет напряжение на основном дросселе (тоже не особо интересное для нас значение).
4) R2, L2 уже имитируют доп. обмотку для увеличения тока прогрева. В реальности её функции с успехом выполняет стандартный дроссель для ЛЛ 36(40) Вт, но другого производителя, в отличие от основного балласта (основной - "VS", доп. - "Helvar"). Напряжение на этой доп. обмотке меряется вольтметром U9 и, надо сказать, совершенно не соответствует реальности - обычно оно составляет около 245-250 В. Да и подобранное значение индуктивности выглядит смИЩно - не может быть такой большой разницы между основным и дополнительным дросселями в реальности, пусть даже производители разные (тем более что активное сопротивление обмоток различается незначительно). Тем не менее, для достижения "нормального" тока прогрева с доп. обмоткой (около 0,6 А) пришлось снизить значение индуктивности аж до 0,5 Гн, иначе ток улетает далеко за мыслимые пределы :)).
Ключик S1 и резистор R3 обеспечивают "отключение" доп. обмотки от цепи прогрева, для удобной подгонки тока к номинальному значению (0,43 А).
Для собственно проверки распределения напряжений на конденсаторах ёмкость одного из них ступенчато (по 0,3 мкФ) снижалась до 6 мкФ, однако напряжение на нём поднялось только до 218 В (т. к. общее напряжение на батарее снижалось). Далее уменьшать ёмкость не имеет смысла, т. к. рабочий ток лампы в данном случае не превышает 0,32 А, что очень мало и будет сразу же замечено в реальности. В общем, до максимальных 250 В дело так и не дошло, что радует, однако очень сомневаюсь, что заданные значения индуктивностей дросселей соответствуют реальности (около 0,9-1,2 Гн)... Хотя напряжения на батарее кондёров как во время прогрева с доп. обмоткой, так и без неё вполне реальные (420/630 В).
оригинальное фото
  • Просмотров: 3098
  • Рейтинг: голосов еще нет
  • Отзывов: 22

  • Получить код для блога
  • Послать ссылку другу

Комментарии к фотографии
1. pmaximov (14.09.2015 19:17)
Для меня пока совсем непонятно, откуда берётся уменьшение тока прогрева в ёмкостной цепи по сравнению с индуктивной. Более того, я не застал балластных дросселей с дополнительными обмотками (хотя то, что они существовали, говорит о том, что для чего-то это нужно). Мультисим никогда не пробовал, пробовал Микрокап, но сейчас он у меня не установлен. Поэтому просто расписал нехитрые формулы, построил в Экселе графики, и ничего подобного не обнаружил. Я допускаю, что в ёмкостной ветви высоковольтный импульс в момент размыкания стартёра может оказаться меньше (но это я тоже не проверял, для этого уже возможностей Excel'я мало), и для этого есть смысл сильнее греть катоды, но токи у меня не выходит сделать разными. Т.е. пока у меня выходит, что, если мне удаётся подравнять рабочие токи в ёмкостной и индуктивной ветвях, то совпадают и токи прогрева. Что-то я не так делаю.
Кстати, из-за "околорезонансных" явлений конденсатор надо очень точно подбирать, при небольшом увеличении его ёмкости относительно номинального значения ток увеличивается очень сильно.
2. Максим Варыпаев (14.09.2015 21:23)
Нехитрыми формулами при расчёте балластов для ЛЛ, к сожалению, не обойтись. ЛЛ - это не резистор и даже не лампа накаливания, и даже банально при расчёте сопротивления резистора для питания постоянным током нехитрые формулы могут подвести (дадут большую погрешность). А уж если ток переменный, вместо резистора дроссель да ещё и кондёр, ситуация заходит очень далеко...
С высоты своих "познаний" могу только порекомендовать Вам поискать правильную литературу (по идее, в том же учебнике по ТОЭ подробно рассматриваются последовательные контуры). Ещё могу сказать (что является проверенным фактом) - индуктивно-ёмкостная схема обладает свойством стабилизации тока, это явно вносит основной вклад в то, что ток прогрева в этой схеме практически равен рабочему току лампы.

Кстати, из-за "околорезонансных" явлений конденсатор надо очень точно подбирать, при небольшом увеличении его ёмкости относительно номинального значения ток увеличивается очень сильно.
Не, до резонанса здесь далеко, я когда-то случайно включил с дросселем для ЛЛ 36(40) Вт и лампой на 36 Вт конденсатор на 9 мкФ (штатно положено 3,4 мкФ) - во время прогрева дроссель очень громко и неестественно загудел, однако за то время, пока я сообразил, что происходит (около 2-3 секунд), спирали лампы так и не перегорели, что говорит о не очень сильном превышении тока над номиналом. При резонансе же вообще бы выбило нафиХ автомат :)).
Так что с подбором ёмкости кондёра можно особо не заморачиваться, если не слишком критичен срок службы лампы.
3. pmaximov (15.09.2015 10:37)
ЛЛ - это не резистор и даже не лампа накаливания, и даже банально при расчёте сопротивления резистора для питания постоянным током нехитрые формулы могут подвести (дадут большую погрешность). А уж если ток переменный, вместо резистора дроссель да ещё и кондёр, ситуация заходит очень далеко...
Да, это понятно, но всегда надо двигаться от простого к сложному. Посчитать по-простому, если видна погрешность, то искать причины. Недавно, кстати, скачал старую книгу "Автоматизация управления электрическим освещением", там рассматривается работа ЛЛ с индуктивным и индуктивно-емкостным балластами. И про конденсатор там, действительно, загадочные вещи всплывают, что благодаря ему ток через лампу не прерывается (при индуктивном балласте есть паузы тока и перезажигания).

в том же учебнике по ТОЭ подробно рассматриваются последовательные контуры
Я ТОЭ проходил в институте примерно 23 года назад, что-то мог забыть. Но мне интереснее как раз самому дойти до сути, а не в книге прочитать. Последовательные контура вроде просто считаются, все комплексные сопротивления складываются, так что даже дробей там почти нет. :)

индуктивно-ёмкостная схема обладает свойством стабилизации тока
В своих расчётах тоже пока не смог обнаружить такого, наверное, это как-то связано с ВАХ самой лампы. При прогреве там нелинейные практически одни спирали, но их сопротивление мало по сравнению с сопротивлениями дросселя и конденсатора, и меняется медленно. Так что, по крайней мере, при прогреве никакой стабилизации при изменении сетевого напряжения точно уже не будет.

Так что с подбором ёмкости кондёра можно особо не заморачиваться, если не слишком критичен срок службы лампы.
В этих экспериментах, думаю, как раз есть смысл подобрать точно, чтобы "все прочие условия" совпадали. И тогда уже справедливо оценить срок службы лампы с индуктивным балластом и с индуктивно-емкостным - при прочих равных условиях. Точно в резонанс попасть трудно, поэтому, чтобы выбило автомат и сгорели спирали, нужно очень постараться. :) Но то, что дроссель гудел, тоже о многом говорит.

Мне тут пришло в голову, что в тех дросселях с дополнительной обмоткой для ёмкостной ветви та дополнительная обмотка делалась совсем не для увеличения тока подогрева, а для увеличения амплитуды зажигающего импульса. Такой дроссель при старте работает, как повышающий трансформатор. При размыкании стартёра ток в дополнительной обмотке резко снижается, возникает ЭДС самоиндукции, которая трансформируется в огромную ЭДС в основной обмотке дросселя. При использовании отдельного дросселя такого эффекта, конечно, не будет. Всё это "на правах ИМХО".
4. Testament (15.09.2015 12:15)
Но мне интереснее как раз самому дойти до сути, а не в книге прочитать.
Так чтиво и помогает дойти до сути. :)

Последовательные контура вроде просто считаются, все комплексные сопротивления складываются, так что даже дробей там почти нет. :)
Не совсем. Сопротивления вычитаются, плюс надо учитывать точку резонанса. Чем ближе к ней, тем выше напряжения на элементах контура.

Точно в резонанс попасть трудно, поэтому, чтобы выбило автомат и сгорели спирали, нужно очень постараться. :)
Никаких проблем попасть в резонанс. Всё легко считается.

Мне тут пришло в голову, что в тех дросселях с дополнительной обмоткой для ёмкостной ветви та дополнительная обмотка делалась совсем не для увеличения тока подогрева, а для увеличения амплитуды зажигающего импульса.
Именно для тока прогрева. А т.к. суммарная индуктивность дросселя с доп. обмоткой равна индуктивности дросселя УБИ, то и амплитуда зажигающего импульса будет, само собой, выше.

Такой дроссель при старте работает, как повышающий трансформатор.
Это можно сказать про любой дроссель.

При использовании отдельного дросселя такого эффекта, конечно, не будет.
Неверно. При использовании отдельного дросселя эффект тот же самый. Разница лишь в том, что на дросселе УБЕ обмотки обязательно нужно включать согласно, т.к. они имеют общий сердечник.
===================
Где-то здесь мы уже всё это обсуждали. Максим может кинуть ссылку на ту фото. Я не смог её найти.
5. Андрей Васильевич (15.09.2015 12:25)
Для расчёта дросселя на НЧ нужно учитывать КМ лампы. Приблизительно его можно узнать по паспортным данным, например для ДРЛ-125 это ~0.87. Тогда воображаемая часть напряжения на лампе будет VLi=VL*(1-PFL^2)^0.5, например: 125V*(1-0.87^2)^0.5=62V. Также нужно знать общий КМ, с учётом потерь в дросселе. Можно вычислить напряжение на дросселе: VIi=Vin*(1-PF^2)^0.5-VLi, например: 230V*(1-0.52^2)^0.5-62V=134V. И вот теперь, зная рабочий ток лампы и частоту сети (приложенное напряжение только что вычислили), можно узнать требуемую индуктивность дросселя.
Ёмкость последовательного конденсатора считается аналогично, только приложенное к нему напряжение, из-за сдвига на п радиан, будет равно Vin+VIi, например: 230+134=364V.
6. Максим Варыпаев (15.09.2015 13:50)
4: Где-то здесь мы уже всё это обсуждали.
Так это наверное в конференции было, там регулярно всплывает тема индуктивно-ёмкостных цепей, то для ЛЛ, то для ДРЛ, то вообще для ДНаТ :)).

5: Спасибо, посчитал по Вашим формулам индуктивность дросселя для ЛЛ 36(40) Вт, получилось значение в 1,192 Гн (КМ лампы принял за 0,9, дросселя - 0,45, ибо он c EEI=B2), что почти совпадает с индуктивностями реальных дросселей, которые обмерял Testament. Однако Multisim при выставлении такого значения индуктивности показывает сильно заниженный ток в цепи... Ну и напряжение на кондёре по последней формуле получилось в 390 В, а в реальности оно обычно чуть выше, около 400-420 В (по моим замерам обычным мультиком).
Главное, чтобы на существующей батарее конденсаторов (см. описание к фото) не произошёл сильный дисбаланс напряжений (из-за неравномерной потери ёмкости), иначе это приведёт к быстрому выходу из строя кондёра с наибольшим напряжением.
7. Testament (15.09.2015 14:00)
6: Так это наверное в конференции было, там регулярно всплывает тема индуктивно-ёмкостных цепей, то для ЛЛ, то для ДРЛ, то вообще для ДНаТ :))
Нет. Вспомните, под какой-то из Ваших фото мы обсуждали используемый Вами отдельный дроссель в качестве доп. обмотки для УБЕ-дросселя. Там ещё народ усомнился в работоспособности такого решения.

Главное, чтобы на существующей батарее конденсаторов (см. описание к фото) не произошёл сильный дисбаланс напряжений (из-за неравномерной потери ёмкости), иначе это приведёт к быстрому выходу из строя кондёра с наибольшим напряжением.
Напряжение будет расти больше всего на том конденсаторе, который будет терять ёмкость. Поэтому для нормальных конденсаторов это угрозы представлять не будет. Если же они все равномерно будут терять ёмкость, то тогда бояться ваще нечего, т.к. напруга, в таком случае, будет на всех одинакова.
8. Максим Варыпаев (15.09.2015 14:06)
Вспомнил, у Dominique была фотка со светильниками 2*40 Вт. Похоже, он её удалил.

Да, неравномерный износ (=потеря ёмкости) и вызывает опасения...
Начальный замер напряжения показал полное соответствие на всех трёх экземплярах. Но как процесс пойдёт дальше... Если один конденсатор вдруг начнет изнашиваться быстрее других, напряжение на нём вырастет, что только ускорит процесс. Хотя, при данных параметрах Multisim уверяет, что выше 218-220 В напряжение на "полутрупе" не поднимется (за счёт снижения общего напряжения на батарее).
9. Максим Варыпаев (15.09.2015 14:13)
Нашёл http://fotkidepo.ru/?id=photo:1024024 :)).
10. pmaximov (15.09.2015 14:15)
Testament
Никаких проблем попасть в резонанс. Всё легко считается.
Так я имел в виду случайное попадание в резонанс, а не по произведённому расчёту. Хотя я и случайно попадал. :) Прочитал где-то, что, чтобы зажечь лампу с оборванным катодом, нужно его закоротить, а последовательно со стартёром включить конденсатор, чтобы при срабатывании стартёра получить резонанс. Собрал тандемную схему на двух ЛБ20, последовательно со стартёром, зажигающим дохлую лампу, поставил конденсатор, включил - даже ничего заметить не успел. Итог - три оборванных нити (в дополнение к той, которая была оборвана исходно).

5: КМ дросселя - это cos Ф. КМ лампы обусловлен нелинейной ВАХ лампы, и реактивному сопротивлению там вроде бы взяться неоткуда. Тем более на НЧ. Поэтому смысл приведённых формул мне непонятен.

9: Спасибо. Помню, читал это. Сам бы не смог найти. Но кончилось там всё обсуждение неожиданно - абагривателем. :)
11. Testament (15.09.2015 15:30)
В лампе реактивному сопротивлению взяться неоткуда, а вот в дросселе оно есть.

Тем более на НЧ.
А какая разница? Оно будет на любой частоте.
12. pmaximov (15.09.2015 15:49)
А какая разница? Оно будет на любой частоте.
Ну, если рассматривать колбу типа "Бублик" или "Спираль" на ВЧ, то у неё будет своя индуктивность, значит, будет реактивное сопротивление. У прямой колбы тоже какая-то небольшая индуктивность есть. Но на НЧ этим можно пренебречь.
13. Андрей Васильевич (15.09.2015 16:06)
6. Симуляция ГРЛ - довольно сложная задача, её нельзя заменить на резистор. Можно попробовать сделать эквивалент на переключателе, контролируемом напряжением. И то будет довольно грубо. Общий КМ 0.45 будет, если на лампе падает ~95В.
10. Резонанс - это не обязательно Z=0, а по вашему примеру похоже, что так и было. Ток был ограничен только R дросселя и спиралей, неудивительно, что они сгорели мигом.
Нелинейное сопротивление у лампы как раз и присутствует только на НЧ. Если не верите, можете замерить напряжение на дросселе, и сравнить. Формулы не я же придумал… На ВЧ КМ лампы стремится к 1.
Насчёт индуктивности лампы в форме спирали - а вы посчитайте, какая она будет. Даже калькулятор где-то видел, вводишь размеры катушки, количество витков, и на выходе индуктивность.
14. Testament (15.09.2015 16:50)
12. Реактивным сопротивлением лампы ваще можно пренебречь, ибо оно ОЧЕНЬ и ОЧЕНЬ мало.
15. Максим Варыпаев (15.09.2015 16:56)
13: Так в этой схеме ЛЛ вообще нет (только прогрев спиралей). Ведь в ёмкостной схеме ток прогрева примерно равен рабочему току (при отсутствии ухищрений), потому если в режиме прогрева у нас амперметр показывает 0,43 А, то и в рабочем режиме будут примерно те самые 0,43 А. Так что я не требую от Мультисима симуляции ГРЛ и не заменяю её на резистор ;). Тем не менее...

P.S.: А непосредственно рабочий режим, когда ток проходит через ГРЛ, меня вообще в данном вопросе не интересует, он в рассматриваемом светильнике вполне удачно подобран.
16. Андрей Васильевич (15.09.2015 17:38)
Так правильно, при прогреве нелинейного сопротивления лампы нет, Z контура определяется проще, и это Z будет выше. Это всё можно вычислить. Например, ДРЛ в схеме L+C при разогреве потребляет меньший ток, чем в рабочем режиме.
17. pmaximov (15.09.2015 19:15)
Ведь в ёмкостной схеме ток прогрева примерно равен рабочему току (при отсутствии ухищрений)
Но именно на вопрос, почему это так, Мультисим ответа и не даёт. А меня именно этот вопрос здесь и заинтересовал. Когда время будет - попробую на своём единственном люминесцентном светильнике в этом убедиться. (Правда, он на ЛБУ30, будет жалко её потерять, постараюсь экспериментировать осторожно.)

Так правильно, при прогреве нелинейного сопротивления лампы нет, Z контура определяется проще, и это Z будет выше.
Верится с трудом. По крайней мере, ДРЛ с одним только L при разогреве потребляет больший ток, чем при работе. Казалось бы, всё отличие в том, что полное сопротивление балласта на векторной диаграмме смотрит в схеме L+C не вперёд и вверх, а вперёд и вниз. Даже если упрощённо рассматривать ГРЛ, как резистор с отрицательным сопротивлением, то это отрицательное сопротивление одинаково скажется на токе в схемах L и L+C. В общем, надо будет попробовать...

P.S. В справочной книге по светотехнике есть график тока разгорающейся ДРЛ при работе от балласта L+C. При различных отношениях реактивных сопротивлений можно получить и горизонтальную прямую, и растущий ток (тогда процесс разгорания затягивается). Не перестаю удивляться...
18. pmaximov (18.09.2015 09:15)
4.
А т.к. суммарная индуктивность дросселя с доп. обмоткой равна индуктивности дросселя УБИ, то и амплитуда зажигающего импульса будет, само собой, выше.
Вот эти слова всё объясняют. Тогда понятно, и даже про нелинейное сопротивление лампы можно не вспоминать. Я-то представлял себе случай, когда в индуктивной и ёмкостной ветвях стоят однотипные дроссели, вот тогда и непонятно было, зачем последовательно со стартёром ставить ещё один.
19. Т800 (27.09.2015 00:09)
Насчёт стабилизации тока индуктивно-ёмкостным балластом - она есть при изменении сопротивления нагрузки. При изменении напряжения сети стабилизация, как таковая, отсутствует, но при снижении напряжения сети ток снижается не так быстро, как с чисто индуктивным балластом.
20. pmaximov (15.12.2015 17:23)
4. Так чтиво и помогает дойти до сути. :)
Нашёл книгу. Афанасьева Е.И., Скобелев В.М. Источники света и ПРА. Учебник для техникумов.
Правда, самые сложные моменты тут даются без объяснения. Например, есть графический расчёт индуктивного ПРА с кучей формул (видимо, эмпирических) с непонятно откуда взявшимися константами типа 1.23, 1.18, 1.14, 0.64 и пр. :) С индуктивно-емкостным всё чуть более туманно, подробно этот расчёт не рассматривается. Но, кажется, благодаря этой книге начал понимать, почему ток в ёмкостной ветви стабилизируется. У Фугенфирова, например, это не объясняется никак вообще.
Итак, как я понял, всё дело тут в нелинейности дросселя. Даже до того, как дроссель войдёт в жёсткое насыщение, его кривая намагничивания всё равно нелинейна. Т.е. индуктивность с ростом тока постепенно падает. Это значит, что в дросселе УБИ при увеличении тока (из-за увеличения потребления лампы или из-за увеличения напряжения в сети) индуктивное сопротивление дросселя падает, и в результате ток возрастает ещё сильнее, чем если бы дроссель был линейным. В ёмкостной ветви при повышении тока индуктивность дросселя тоже падает, и падает его индуктивное сопротивление. Но последовательно в цепи стоит конденсатор, а емкостное сопротивление конденсатора направлено на комплексной плоскости навстречу индуктивному сопротивлению дросселя. Из-за этого при уменьшении индуктивного сопротивления дросселя полное сопротивление цепи, тем не менее, растёт, и препятствует увеличению тока. Вот такая стабилизация.
21. Максим Варыпаев (17.12.2015 21:39)
20: Ясно, спасибо за объяснение.
22. pmaximov (19.12.2015 18:19)
21: И Вам спасибо, а также всем участникам. Надо будет измерить индуктивность дросселя при разных токах.
Ваш комментарий:
Вам необходимо зарегистрироваться и войти на фотогалерею, чтобы иметь возможность оставлять свои комментарии.
Участник: Максим Варыпаев
Альбомы участника
Тематики галереи

О проектеОбсуждение фотогалереиОбсуждение цифровой фотографии
Политика использования cookieПолитика защиты и обработки персональных данных
Copyright © iXBT.com, 2006-2024 • Разработка: MN
Rambler's Top100 Рейтинг.ru