Енергоспестяващите лампи обратната страна на монетата
Има два вида енергоспестяващи лампи: LED и флуоресцентни. Първите са твърдотелни елементи - полупроводникови светодиоди със специално подбран спектър на излъчване, които имат повишена мощност на излъчване. Последното се постига както чрез увеличаване на мощността на единични елементи, така и чрез комбиниране на отделни елементи в големи групи, състоящи се от няколко десетки и дори стотици елементи. На този принцип вече работят не само битовите крушки, но и уличните лампи и светофари. Множество западни и китайски компании, съревноваващи се помежду си, предлагат такива светлини с различен капацитет.
Вторите са газоразрядни флуоресцентни лампи, подобни по принцип на конвенционалните тръбни флуоресцентни лампи, които са добре познати на всички. Разликата между енергоспестяващите лампи е, че на първо място те използват стъклена тръба с много по-малък диаметър, огъната под формата на компактна спирала, която завършва с конвенционална основа, което позволява тази лампа да бъде „завинтена“ в най-обикновения патрон на обикновена крушка с нажежаема жичка.
Второ, вместо обемист индуктор (баласт, който ограничава газоразрядния ток), намиращ се в конвенционална тръбна лампа, работеща на честота от 50 Hz, се използва компактен електронен баласт, работещ на висока честота, генерирана от специален полупроводников генератор.
Вътрешните електронни вериги и на двата типа на тези лампи се нуждаят от DC захранване, получено с помощта на вграден в основата токоизправител (диоден мост с изглаждащ кондензатор). Същият токоизправител с кондензатор е наличен на входа на всяко импулсно захранване, което е оборудвано с всички съвременни електронниуреди и компютри. Оказва се, че тези два добре познати елемента създават значителни проблеми при масовото им приложение в много хиляди устройства. Защо са толкова лоши? Но какво. Оказва се, че кондензаторът консумира ток от мрежата в импулси само в онези моменти от време, когато моментната стойност на синусоидално променящото се входно напрежение стане по-голяма от остатъчното напрежение на кондензатора (поради разреждането му към товара). През останалото време, когато напрежението на кондензатора е по-голямо от моментното входно, мостовите диоди са блокирани от обратното напрежение на кондензатора и няма консумация на ток. В резултат на това токът, консумиран от такъв токоизправител, е значително изместен във фаза спрямо напрежението, фиг. 1а.
При голям брой такива токоизправители, свързани към мрежата за променлив ток, има проблем не само със замърсяването на мрежата от токови хармоници, но и с намаляване на фактора на мощността (косинус фи). Типичният некоригиран фактор на мощността на захранването е 0,65.
Но дали инженерите все още не са намерили решение на този проблем? Намерено и то отдавна! За намаляване на токовите хармоници и увеличаване на фактора на мощността се прилага неговата активна корекция с помощта на така наречения коректор на фактора на мощността (PFC или PFC - power phase corrector) [3].
KKM е независим преобразувател на напрежение, така нареченият "усилвателен преобразувател" (boost converter - BC), оборудван със специална верига за управление, фиг. 2.
Основните елементи на BC са: индуктор L, диод VD2, кондензатор C2 и високоскоростен ключов елемент VT на базата на MOSFET транзистор. Работата на това устройство се основава на феномена на появата на високоволтови импулси с обратна полярност наиндуктивност, когато токът прекъсва в своята верига.
Транзисторът VT с висока честота (обикновено 200 kHz) включва и изключва тока в индуктивната верига L и полученото повишено напрежение импулсира през диод VD2 зареждащ кондензатор C2, от който се захранва товарът (в нашия случай електронен баласт). По този начин напрежението на кондензатор C2 винаги е по-високо от входното напрежение BC. В много случаи кондензаторът C2 се зарежда до напрежение от 385–400 V. Поради факта, че кондензаторът C1 има много малък контейнер (това всъщност е високочестотен филтър), а управляващата верига с широкоимпулсна модулация (PWM или PWM) постоянно следи фазата на изменение на входа и осигурява подходящо свързване на управляващите импулси (т.е. фазата на напрежението, е възможно почти напълно да се елиминира фазовото изместване между тока и напрежението, консумирани от акумулиращия кондензатор C2, фиг. 1b, т.е. да се елиминират токовите хармоници и да се повиши факторът на мощността до 0,95-0,98.
От чисто техническа гледна точка проблем няма.
Истинският проблем е съвсем друг. А именно, за да увеличат конкурентоспособността, производителите се стремят да намалят цената на лампата на всяка цена и затова често не използват PFC, което наистина поражда проблема със „замърсяването“ на напрежението в мрежата от токови хармоници, което ще се усети от всички други електрически устройства, включени в тази мрежа. Освен това същите мотиви насърчават производителите (да не забравяме, че това са китайски фабрики) да използват най-евтините електронни компоненти в електронния баласт, които нямат достатъчен резерв на напрежение. В резултат на това, когато електронният баласт е изложен на първия импулс на пренапрежение, който винагиса налични в мрежата, електронните компоненти на такъв баласт ще се повредят и нашата лампа ще трябва да бъде изхвърлена.
И така, какво ще получи потребителят под красивата обвивка на "енергоспестяващата лампа"? Много по-скъп и проблематичен, но много по-малко надежден (в сравнение с обикновена крушка с нажежаема жичка) продукт. Оказва се, че държавата насилствено прехвърля проблемите с енергоспестяването върху раменете на обикновените граждани, просто ги принуждава да се разпределят. Най-простото решение на всякакви сложни и мащабни проблеми, нали?
Литература
1. Блохина Н. Стоватова война. - "Електротехнически пазар", 2009, № 5 (29). 2. Петухов В. Енергоспестяващи лампи като източник на токови хармоници, "Новини на електротехниката", 2009 г., № 5. 3. Гуревич В. И. Вторични източници на енергия: анатомия и опит в приложението. - "Електротехнически пазар", 2009 г., № 1 (25)
Владимир ГУРЕВИЧ, Ph.D. техн. Науки