Терморезистор - ограничитель пускового тока лампы
|
Пусковой ток лампы может быть ограничен на безопасном уровне, если на время разогревания ее спирали в цепь ввести токоограничительный резистор, который затем, после разогревания спирали, замкнуть. Эта же цель достигается включением последовательно с лампой элемента, имеющего отрицательный температурный коэффициент сопротивления (ТКС), Таким элементом является терморезистор, или. как его еще называют, термистор. В момент включения лампы ток в цепи будет ограничен значительным сопротивлением холодного терморезистора, который при этом быстро разогревается. После его разогревания ток лампы уже будет определять сопротивление спирали, которая к тому времени тоже разогреется и увеличит свое сопротивление (примерно в 10 раз). Следовательно, при правильно подобранных параметрах терморезистора пусковое значение тока будет снижено в несколько раз. Это предотвратит локальный перегрев "слабых" участков спирали лампы, их дальнейшее разрушение и позволит продлить срок ее службы. Уменьшатся электромагнитные помехи и другие отрицательные явления, связанные с резким изменением тока е сети. А некоторая "плавность" в нарастании освещенности, если она возникнет, скорее всего станет приятной для глаз. К терморезистору—ограничителю пускового тока лампы накаливания — предъявляется ряд очевидных требований. Во-первых, нужно следить, чтобы терморезистор нагревался и остывал за время, сравнимое с временем разогревания спирали лампы. В противном случае он не сможет эффективно ограничивать ток на всем участке быстрого увеличения температуры спирали, а также не будет ч готов к выполнению своей функции в течение некоторого времени после выключения лампы. Во-вторых, начальное сопротивление терморезистора должно позволять снизить пусковой бросок тока в момент включения лампы не менее чем в три раза, иначе защитный эффект будет незначительным, В-третьих, сопротивление нагретого термореэистора во время горения лампы не должно быть более 1 ...2% сопротивления лампы, это исключит заметное уменьшение напряжения на самой лампе, могущее привести к понижению температуры ее спирали. Известно, что световое излучение лампы имеет резкую зависимость (четвертой степени) от температуры спирали; так, пяти процентное уменьшение напряжения уменьшит, как минимум, на 20% световой поток от лампы. в-четаертых. мощность, рассеиваемая нагретым терморезистором, не должна превышать продельного значения (дли приборов из различных материалов эти значения разные). И. наконец, пятое требование — их невысокая стоимость. Из серийно выпускаемых в настоящее время терморезистооав не удалось найти прибор, полностью удовлетворяющий этим требованиям. Однако некоторые из них, например, ММТ-12 сопротивлением 680, 470 и 150 Ом, оказались пригодными для изучения переходных процессов в цепи лампы при ее включении. Эти приборы мы включали в испытательную цепь последовательно с лампой мощностью 100 Вт, питаемую от сети переменного тока напряжением 220 В. На рис, 1—3 показаны экспериментально снятые временные зависимости сопротивления с момента включения в сеть испытательной цепи терморезисторов (кривые 1) и лампы (кривые 2), а также суммарного сопротивления цепи (кривые 3). На рис. 1 для сравнения штриховой линией изображена такая же зависимость сопротивления этой же лампы в отсутствие в ее цепи терморезистора. Кривая показывает, что время полного разогревания спирали лампы равно примерно 0,3 с. Рассмотрев кривые 1 на рис, 1—3. можно заключить, что терморезисторы ММТ-12 разогреваются протекающим током за 10...80 с, т. е. время их разогревания в 30..270 раз больше, чем спирали лампы. Эти приборы обладают большой массой (1.7 г), с чем именно и связана их большая тепловая инерционность. И хотя потеря яркости лампы (из-за существенной доли падающего на разогретых терморезисторах напряжения) почти незаметна на глаз, их вряд ли можно рекомендовать для широкого применения. 
Графики на рис. 1—3 показывают также, что с уменьшением номинала терморезистора эффективность ограничения начального тока лампы снижается. В испытательной цепи с терморезистором сопротивлением 680 Ом ток в момент включения несколько меньше, чем в установившемся режиме, и увеличивается по мере разогревания терморезистора и спирали лампы. При терморезисторе с номиналом 470 Ом общее сопротивление и, следовательно, ток почти не изменяются, при 150 Ом ток в момент включения примерно в четыре раза превышает установившееся значение, Выходит, что низкоомные терморезисторы из серии ММТ-12 менее пригодны для ограничения начального тока лампы мощностью около 100 Вт. Однако при использовании терморезисторов этой серии сопротивлением более 1000 Ом, на них выделяется слишком большая мощность, приводящая к разрушению приборов. То же произойдет при повышении мощности лампы. С точки зрения потребляемой мощности необходим терморезистор с наименьшим сопротивлением в установившемся режиме (соответствующем конечному участку кривых 1). На низкоомном терморезисторе к тому же меньше падение напряжения.
Для кардинального уменьшения сопротивления терморезистора в нагретом состоянии перспективны, на наш взгляд, два направления работы. Первое — установка термореэистора в баллоне лампы вблизи спирали и использование для его нагревания не только джоулевого тепла, но и тепла излучения спирали лампы. Второе — создание комбинированной конструкции — совместно работающих на одном кремниевом кристалле термореэистора и симистора. В этой структуре носители заряда, генерируемые в результате разогревания зоны терморезистора, будут диффундировать в зону симистора и открывать его, а терморезистор, шунтированный cимистором, после этого остынет и не будет потреблять мощности. Авторы неизвестны
|
Как видим, решение задачи сводится к определению некоего компромисса между двумя противоречивыми требованиями. Нами изготовлены экспериментальные образцы термореэисторов из кремния, специально предназначенных для ограничения начального тока ламп накаливания мощностью 60...150 Вт. Масса одного прибора примерно равна 0.007 г. начальное сопротивление 110 Ом. Из рис. 4 видно, как изменяется сопротивление такого терморезистора, включенного последовательно в цепь лампы накаливания мощностью 100 Вт (кривая 1). Лампы накаливания (кривая 2) и суммарное — лампы и терморезистора (кривая 3), Конечное сопротивление его равно 11 Ом. Это хотя меньше, чем у ММТ-12 (соответственно — 28, 24 и 21 Ом в том порядке, как на рис. 1—3), но все же довольно велико — около 2% от сопротивления нагретой лампы. В ближайшее время мы предполагаем изменить конструкцию терморезистора с целью значительно снизить (в 3...6 раз) его сопротивление, а значит, и потребляемую мощность в нагретом состоянии.