З тих пір, коли була винайдена лампа розжарювання, минуло вже 130 років. Це було досягненням нашого російського вченого і винахідника А. Н. Лодигіна. З тих пір лампа розжарювання стала основним джерелом світла в житлових, виробничих приміщеннях, а також на вулиці. А отримала вона свою назву через те, що випромінювання світла відбувається в ній завдяки розпеченій спіралі з вольфрамової дроту.

Завдяки винаходу електрики і лампи розжарювання люди отримали зручне джерело світла. Жити стало краще, жити стало веселіше. Будинки та вулиці засяяли вогнями. Стала з’являтися реклама.

І раптом замість звичного «гастроном» ми бачимо напис «астроном». Входимо в під’їзд, а на сходах темно. Включаємо світло у ванні, а чуємо різкий клацання і коротку спалах. Добре ще, якщо лампа залишається цілою, адже іноді вона може вибухнути і розлетітися на гострі осколки. І все це відбувається через те, що лампа виходить з ладу, або, як кажуть, згорає. А несправні лампи треба міняти і це може стати проблемою.

Дійсно, в самому принципі роботи лампи розжарювання закладений механізм її виходу з ладу. Адже випромінювання світла вольфрамової спіраллю відбувається тільки при високій температурі, тобто коли вона розпечена до 2500 градусів. Але відомо, що метали при високій температурі збільшують свій опір електричному струму. Наприклад, в лампі розжарювання (як видно на рис. 4.5) потужністю 60 Вт відбувається збільшення опору з 63 до 906 Ом. А коли лампа ще не включена, вона ж холодна. І при включенні опір нитки (спіралі) мало. Отже, в момент подачі напруги на лампу вона відчуває вплив сильного імпульсу струму, у кілька разів (до 10 … 15) перевершує робітник. Ось тому лампи згоряють частіше саме в момент включення.

Але переважна більшість ламп розжарювання працюють від мережі змінного струму. Ось тут і криється можливість полегшити лампам життя. Адже пер’еменное напруга в мережі весь час змінює своє значення з частотою 50 Гц, тобто 50 разів на секунду. При цьому 100 раз в секунду напруга в мережі дорівнює нулю. Потім воно зростає до максимального значення. Осцилограма напруги в мережі приведена на рис. 4.6.

Рис. 4.5. Експериментальний графік залежності зростання опору лампи розжарювання потужністю 60 Вт

Рис. 4.6. Осцилограма напруги в мережі

Ось той самий небезпечний момент у житті лампи: коли її ще з холодною ниткою включають в той час, коли в мережі максимальне напруження. А воно становить ні багато ні мало, а 310 В. Як тут не згоріти!

Так давайте включати лампу, коли в мережі нульове напруга! v

Так, але це неможливо без спеціального пристрою. Адже, з одного боку, воно повинно отримувати команду на включення лампи (від вимикача), а з іншого – виконувати її тільки в момент переходу напруги мережі через нульове значення. Тоді лампа буде включатися в щадному режимі і прослужить значно довше.

Значить, якщо забезпечити лампу розжарювання таким пристроєм, то буде потрібно менше ламп і можна заощадити не тільки на лампах, а й на обслуговуванні джерел світла. Та й людям буде менше незручностей.

Захисний пристрій для лампи розжарювання, що забезпечує її включення в момент переходу мережевої напруги через нульове значення, можна зібрати за схемою, наведеною на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Схема електрична захисного пристрою

Основа всього пристрою – це відома нам мікросхема типу КР1156ЕУ5. Вона включена таким чином, що виробляє керуючі імпульси, що збігаються у часі з моментами переходу через нуль змінного напруги в мережі (див. гл. 2). Ці синхроімпульси відмикають тиристор, який виконує функцію безконтактного вимикача. При наявності цього пристрою лампа включається малопотужним вимикачем SA1.

Трохи деталей (див. табл. 4.2) – і лампа буде світити вічно!

Поз. обозн.

Тип

Допустима заміна

Конденсатор

С1

К50-35220 мкФ 25 В

Мікросхема

DA1

КР1156ЕУ5

Резистори С2-33 0,25 Вт 10%

С1-4, імп., 5%

R1

10 кОм

R3

10 кОм + 10 кОм 2 Вт

R4

1 кОм

R5

510 0м

Резистор СПЗ-З86 0,125 Вт

R2

22 кОм

Діоди

VD1, VD2

КС156А

КС168А, Д814А

VD3—VD7

КД243Г

1 N4004—1 N4007

Тиристор

VS1

КУ208

КУ228І

Індикатор

HL1

АЛ307

Розглянемо процеси, що відбуваються при роботі захисного пристрою. Перш за все змінну напругу мережі випрямляється діодами VD4-VD7, включеними по мостовій схемі. Пульсуюче напруга живить схему генератора синхроімпульсів. Через обмежувальний резистор R3 воно надходить на стабілітрони VD1, VD2 і світлодіод HL1. Цей ланцюг обмежує величину напруги живлення і формує сигнал управління мікросхемою по входу Зт (Висновок 3). Через діод VD3 відбувається заряд конденсатора С1, на якому утворюється згладжене напруга для живлення мікросхеми DA1.

Вихідний каскад цієї мікросхеми працює як емітер-ний повторювач і забезпечує подачу відмикає сигналу на тиристор VS1 (через дільник R4R5).

Функціонування захисного пристрою відбувається наступним чином. При включенні в мережу змінного струму (220 В 50 Гц) починає світитися індикатор на світлодіоді. Конденсатор С1 заряджається і забезпечує харчування мікросхеми. На вхід схеми (висновок 3) надходить напруга трапецієподібної форми і частотою 100 Гц. Як відомо (див. гл. 1 і 2), при непідключеному вході IN (висновок 5) транзистори вихідного каскаду мікросхеми закриті. Тому тиристор замкнений, і лампа не горить.

Проте варто замкнути вимикач SA1 і на дільнику R4R5 в ланцюзі емітерів вихідного каскаду з’являться короткі синхроімпульси з частотою 100 Гц. Отже, період їх повторення складе 10 мс, а тривалість – Приблизно 1 мс. Ці імпульси на початку кожного напівперіоду випрямленої напруги стануть відмикати тиристор, і лампа включиться. Враховуючи вищесказане, зазначимо, що напруга на лампу подається строго на початку кожного напівперіод мережевої напруги і не залежить від моменту замикання вимикача.

Перший етап виготовлення такого пристрою полягає в придбанні деталей, перелік яких був приведений в табл. 4.2.

Потім слід виготовити монтажну плату з склотекстоліти або іншого листового діелектричного матеріалу за ескізом, показаному на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Ескіз друкованої плати для захисного пристрою

Рис. 4.9. Зовнішній вигляд плати з елементами

Наступний етап – це перевірка всіх комплектуючих елементів та визначення їх цокольовка.

Перед монтажем елементів слід уважно вивчити зовнішній вигляд зібраної плати, який зображений на рис. 4.9.

Монтувати всі елементи електричної схеми слід з дотриманням полярності, і якісно виробляючи пайку.

Правильно і без помилок зібрану плату можна з’єднати з лампою і включити в мережу. Переконавшись в тому, що все правильно працює, пристрій встановлюється на місце своєї постійної експлуатації.

Джерело: 33 схеми на мікросхемі КР1156ЕУ5, © «АЛЬТЕКС», 2005 © І. Л. Кольцов, 2005