Самодельный ЭПРА для ДНаТ-70

В 2012 я заинтересовался вопросами постройки ЭПРА для дуговых ламп, но относительно высоких частотах могли работать только натриевые лампы. Согласно графику, область акустических резонансов простиралось от 20 кГц. Ртутные дуговые лампы из-за акустических резонансов горелки переставали нормально работать выше 3 кГц. Перечитал несколько веток интернет-форумов по дуговым лампам, но однозначного ответа на свои вопросы я не нашёл - нужно было проводить самостоятельные изыскания.

Проводить опыты я решил с лампами ДНаТ-70. Был изготовлен макет полумостового преобразователя на задающем генераторе IR2153 и воронежских транзисторах КП809А1 в качестве источника высокочастотного переменного тока. Как оказалось, акустические резонансы начинали давать о себе знать уже начиная с 12 кГц. Согласно проведённым экспериментам, лампа стабильно работала только до 10-11 кГц, на 12 кГц нет-нет да погаснет, с 15 кГц после разгорания лампа начинала мигать - примерно раз в секунду, а на 20 кГц после разгорания лампа просто гасла. Я перепробовал несколько схем балластов - один дроссель габаритен и требует отдельного устройства для зажигания разряда, резонансная схема параллельного контура (цепь Бушеро) требовала защиты от холостого хода, хотя и автоматически зажигала лампу, однако габариты дросселя были ещё больше. В поиске уменьшения габаритов и достижении повторяемости конструкции я пришёл к известной схеме для советских пускорегулирующих балластов индуктивно-емкостного балласта. Простой емкостной балласт из-за нелинейной ВАХ дуговой лампы даёт высокочастотные гармоники, хотя на частоте свыше нескольких кГц ВАХ лампы несколько линеаризуется - уходит перезажигание разряда при переходе тока лампы через ноль. Итак, я решил ставить индуктивно-емкостной балласт, реактивное сопротивление которого на первой и третьей гармониках имеет одинаковое значение, но разный характер - первая гармоника емкостной, вторая - индуктивный. За счёт использовании третьей гармоники улучшается использование напряжения полумоста. Наконец, был построен опытный образец электронного пускорегулирующего аппарата для лампы ДНаТ-70.

Принципиальная схема устройства:

Сетевое напряжение поступает через предохранитель FU1 и термистор RK1 через помехоподавляющий фильтр C1L1C5 мостовой выпрямитель VD2-VD5, выпрямленное напряжение поступает на сглаживающий конденсатор С7, зашунтированный блокировочным конденсатором С8. Преобразователь построен на мощных полевых транзисторах VT1, VT2 управляемых микросхемой автогенераторного полумостового драйвера DD1. Питание микросхемы осуществляется через гасящий резистор R2, пульсации сглаживаются конденсатором С2, а напряжение стабилизируется встроенным в микросхему стабилитроном на 15,6 В. Частотозадающая цепь R1C4 определяет частоту генерации 10,5 кГц. Конденсатор С3 блокировочный, диод VD1 служит для заряда конденсатора плавающего питания драйвера верхнего транзистора.

На конденсаторе С9 и дросселе L2 собран индуктивно - емкостной балласт, частота последовательного резонанса которого (17 кГц) не совпадает со второй гармоникой напряжения преобразователя (21 кГц) - для обеспечения устойчивой работы схемы в условиях несимметрии импульсов генератора DD1.

R5R6C10VS1 представляют собой релаксационный генератор импульсов, отключающийся при зажигании разряда лампы.

Предварительные испытания:

Предварительные испытания устройства проводились без помехоподавляющего дросселя - высокий уровень высокочастотных помех вынуждал дешёвый мультиметр показывать нулевые напряжения на конденсаторе фильтра и розетке, в которую был включён аппарат. Установленный позже двухобмоточный дроссель показал весьма эффективное подавление помех.

Детали и конструкция. Конденсаторы C1, C5, C8 и C10 К73-17 или аналогичные, а конденсатор высокочастотного балласта С9 лучше устанавливать фирмы Epcos на напряжение 1000 В. С3, С4, С6 - К10-17, С2, С7 - К50-35 или аналогичные импортные. Резисторы - МЛТ, диоды VD2-VD5 любые одноамперные на 400 В, VD1 - обязательно быстродействующий. Микросхему IR2153 можно заменить на IR2151 или IR2155. На транзисторы нужно установить радиаторы из 2 мм алюминия полощадью 4 кв. см.

Дроссель L1 намотан в два провода МГТФ-0,07 на магнитопроводе Ш6х6 из феррита М2000НМ без зазора. Дроссель L2 выполнен на магнитопроводе Ш6х6 с зазором в центральном керне 2 мм из феррита М2000НМ и содержит 120 витков провода ПЭВ-2 0,51 с отводом от пятого витка. Отвод выполнен от нижнего по схеме конца обмотки L2. Дроссель L2 нужно пропитать эпоксидой смолой, иначе он при работе будет издавать сильный свист. Динистор VS1 типа КН102Е оказался капризным и мог не срабатывать после включения, но видимо после прогрева или не знаю формовки p-n-p-n структуры начинал работать. Желательно вместо него применить импортные аналоги марки DB4.

После наладки ЭПРА, я решил провести финальные испытания - установил натриевую лампу в патрон обычной лампочки в своём коридоре подъезда и на проводах подключив самоделку:

Лампа горела круглыми сутками примерно месяц, появились признаки деградации самой лампы, которая внезапно гасла и через пару минут перезажигалась. В конце-концов я натриевую лампу выкрутил и поставил старую лампочку накаливания, чему был рад мой сосед, дождавшийся демонтажа "ядовитой лампочки". Такое поведение лампы не совсем понятно - осмотр горящей лампы через сварочное стекло не выявил нестабильности горения дуги:

В процессе опытной эксплуатации нагрев деталей балласта, дросселя был под 100 градусов, а корпуса транзисторов прогревались до 100-105 градусов! Сильно разогревался конденсатор С9, первоначально установленный типа К73-17 0,1 мкФ х 630 В, который в конце-концов за одну неделю непрерывной работы деградировал и потемнел. Конденсатор был заменён на Epcos 0,1 мкФ х 1000В, который уже работал вполне нормально. К73-17 оказались мало приспособлены к высокочастотным и импульсным токам в макете конденсатор 0,047 мкФ х 400 В у меня вообще прогорел и воспламенился!

Субъективно, светит ДНаТ-70 очень ярко, как 200-250 Вт лампа накаливания, но глаза как будто отдыхают от жёлто-оранжевого свечения! Однако, конструкция ЭПРА требует доработки для снижения издаваемого свиста.

Сайт работает на микрокомпьютере