Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
PCBway
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Układ sterowania lampą sodową

31 Sty 2012 19:52 3328 8
  • Poziom 11  
    Witam,

    chciałbym zaprojektować układ sterujący wysokoprężną lampą sodową. Trochę mało znalazłem na ten temat informacji w sieci, dla tego chciałbym zapytać tutaj, wśród ekspertów.

    Zaznaczam, że temat zaklasyfikowałem do tego działu, bo może być ciekawy dla osób początkujących, a sam nie jestem mocny z analogówki, więc w tym kontekście jestem "przedszkolakiem" :). Z pewnością któryś z szanownych forumowiczów zrozumie moją wizję i głęboko wierze, że mi pomoże.

    O co chodzi:

    Najprościej mówiąc, potrzebuję zaprojektować i wykonać układ, do sterowania lampą sodową. Może to bardzo ambitnie brzmi, ale wiem, że sam układ może być dość prosty. Dla czego chcę to zrobić? Po pierwsze, gotowe balasty są dość drogie. Po drugie, jestem elektronikiem, więc mogę sobie sam to polutować. Po trzecie, chcę mieć możliwość sterowania strumieniem świetlnym i jest to bardzo ważne, aby taką funkcjonalność posiadał układ.

    Zajmuję się elektroniką cyfrową i nie będę ukrywał, że mięknę jak słyszę o obwodach rezonansowych i temu podobnych. Szczególnie jak jest mowa o wysokich częstotliwościach i rozjeżdżaniu się obwodów stacjonarnych, to czuję się jak głąb :P. Ale do rzeczy, jak ja to widzę.

    Pierwsza sprawa, gotowe balasty odpadają, gdyż nie mają możliwości sterować mocą pobieraną przez lampę sodową. Jednak sama idea zapłonu i ograniczenia prądu, zrodziła w mojej głowie pewien pomysł. Z tego co czytałem, standardowe konfiguracje sterujące tego typu lampami, nazwijmy lampami wyładowczymi, składają się z dławika, startera oraz kondensatora. Kondensator jest zbędny, więc skupię się tylko na dławiku i starterze.

    http://pl.wikipedia.org/wiki/Lampa_fluorescencyjna ten artykuł pozwolił mi zrozumieć zasadę zapłonu. Tak jak ja to zrozumiałem, lampy wyładowcze potrzebują dużego napięcia, które pozwoli "przebić" łukowi elektrycznemu gaz w bańce i odparować odpowiednie pierwiastki, a później, gdy powstanie pewien "kanał" przewodzący, normalnie dostarczać energię elektryczną, ograniczając pobierany prąd.

    W teorii wygląda to bardzo prosto. Dławik posiadający pewną reaktancję, ogranicza prąd w obwodzie już pracującym. W praktyce nie posiada samej reaktancji i do jego impedancji dochodzi jeszcze składowa rezystancji, ale na potrzeby idei pracy, niech będzie to idealna cewka posiadająca jedynie reaktancję i zerową rezystancję. Reaktancja, zwana inaczej oporem bierny, stanowi taki "oszukany" opór. Co mam na myśli? Mam na myśli to, że ogranicza prąd w obwodzie prądu przemiennego, ale nie wydziela się na nim żadna moc czynna, tylko moc bierna - czyli ta, za którą nie płacimy, bo w odpowiedniej fazie zwracana jest do sieci energetycznej. Istotne jest właśnie to ograniczanie prądu przepływającego przez układ, składający się właśnie z dławika i lampy. Ja rozumiem to tak, że jak by nie było dławika, to przez lampę po zapłonie mógłby płynąć nieskończony prąd, bo lampa pewnie ma znikomą rezystancję w stanie przewodzenia, co wywołałoby uszkodzenie bańki.

    Dławik ma jeszcze fajniutką cechę, mianowicie zdolność do wygenerowania siły elektromotorycznej o wysokiej wartości, poprzez zmianę prądu przepływającego przez niego. Im szybsza zmiana, tym większą siłę elektromotoryczną wytworzy. W skrócie mówiąc, dławik, teoretycznie, jest idealnym elementem do zasilania lampy wyładowczej.

    Jak zaznaczyłem, jest idealny, ale w teorii. W praktyce jest duży, ciężki i drogi. Mam pomysł, aby go usunąć z układu, ale potrzebuję rady doświadczonych "analog fighterów".

    Ponieważ istotna tak na prawdę jest reaktancja w przypadku dławika, można ją osiągnąć, stosując kondensator. W przypadku, gdy już nastąpił zapłon lampy, kondensator, charakteryzujący się określoną reaktancją, czyli ponownie oporem biernym, nie jest odbiornikiem energii czynnej, a jedynie ogranicza prąd przepływający przez lampę. Krótko mówiąc, jego rola jest taka sama, jak dławika: Jedynie ogranicza prąd, nie pobierając energii czynnej.

    Ponieważ reaktancja, zarówno w przypadku dławika, jak i kondensatora, jest funkcją częstotliwości, aby regulować prąd przepływający przez lampę wyładowczą, należy modulować częstotliwość. I w tym miejscu już nie mam pewności, czy faktycznie tak to działa.

    Nie wiem, czy lampę traktować można jako zwarcie, nie posiadające żadnego oporu, albo posiadające opór znikomy. Oczywiście mowa cały czas o stanie przewodzenia, w stanie nieprzewodzenia zdają sobie sprawę, że traktować ją można jako rozwarcie, dla małych napięć.

    To o co chcę zapytać, to czy faktycznie moje przypuszczenia są słuszne. Czy można regulować moc odkładaną na lampie wyładowczej przez zmianę częstotliwości, zakładając, że z lampą szeregowo połączony jest kondensator?

    Druga sprawa, znika dławik, znika także możliwość wygenerowania dużej, wstecznej siły elektromotorycznej przez szybką zmianę prądu w obwodzie. I w tym przypadku, pomyślałem sobie, że skoro reguluję częstotliwość, mogę skorzystać z wynalazku obwodu rezonansowego. Ale niestety to jest ten dział teorii obwodów, na którym trochę przysnąłem :P.

    Moim pomysłem było zrobienie generatora sygnału sinusoidalnego o stałej amplitudzie, aby osiągnąć jak najmniejsze straty samego generatora. Do tego celu chciałem wykorzystać przeciwsobny wzmacniacz w klasie C, z tego co się orientuję, posiadający największą skuteczność (nie mówię o tych innych wydziwianych klasach D itd). W moim przypadku, kluczowe jest osiągnięcie sinusa, więc nie wchodzi w grę żaden PWM itp. Myślałem o odfiltrowywaniu sygnału prostokątnego, ale z prostych obliczeń wyszło, że na filtrze traciłbym bardzo dużą część energii, więc opcja taka odpada. Pozostaje tylko i wyłącznie generowanie najzwyklejszego sinusa, bez żadnych udziwnień. Jeśli chodzi o wzmacniacz w klasie C, wiem jakie zniekształcenia on generuje, jednak mogę wygenerować sobie odpowiedni sygnał, uwzględniający transmitancję stopnia wzmacniającego, tak aby na wyjściu mieć piękny sinus bez harmonicznych, albo aby ich zawartość w sygnale była znikoma. Sygnał wygeneruję sobie jakimś układem FPGA, albo najprostszym procesorem AVR - nie jest to więc problem.

    A więc, zakładam, że mam bardzo wydajny generator sygnału sinusoidalnego i tylko i wyłącznie, dla sygnału sinusoidalnego rozpatruję obwód, który zasila generator. W obwodzie, tak jak to opisywałem wcześniej, znajduje się w szeregu tylko kondensator i lampa sodowa. Amplituda sygnału sinusoidalnego jest stała dla całego pasma, a kondensator ogranicza mi prąd, jaki przepływa przez jedyny odbiornik energii czynnej, jakim jest lampa sodowa. Czy takie układ ma prawo działać zgodnie z moimi oczekiwaniami?

    Kolejna sprawa, dopasowanie energetyczne takiego układu. Jaką impedancję wyjściową powinien mieć generator?

    Ostatnia sprawa: zapłon. Czy do zapłonu można wykorzystać zjawisko rezonansu w obwodzie RLC? Czy zapłon mógłby działać w ten sposób, że startuję od wyższej częstotliwości, dla której zachodzi rezonans, on pozwala mi utworzyć "przebicie" w lampie, a potem zejść z częstotliwością i pracować w standardowy sposób, opisany wcześniej? Czy taki cudak w ogóle ma szanse działać?

    Dodam, że w lampach sodowych przy częstotliwościach powyżej 1kHz zauważalne jest zjawisko rezonansu akustycznego, stąd między innymi musi być zasilana sinusem, a nie np prostokątem z PWMa. Najprościej mówiąc, czy układ, który mniej więcej opisałem, pracujący w paśmie od 0 Hz do 1 kHz jest w stanie zasilać lampę sodową. Moc lampy niech wynosi 100-150 Watów.

    Bardzo proszę wszystkich doświadczonych elektroników o pomoc. Mam nadzieję, że przy waszej pomocy i dużo się nauczę o analogu i uda mi się skonstruować regulowany układ sterujący lampą sodową.

    Pozdrawiam serdecznie i czekam na wasze propozycje i sugestie
    Sova
  • PCBway
  • Poziom 23  
    Witam
    Zawsze pracowałem na tych lampach z dławikiem. Co do zwarcia zapalonej lampy to Pana teoria nie jest spójna. Chodzi o to że lampa po zapłonie gdy nie ograniczy się jej prądu spali się ponieważ nastąpi jonizacja lawinowa. Co do kondensatora to jestem sceptykiem ponieważ do pracy lampy potrzebny jest w miarę duży prąd, w praktyce mierzony jest trochę większy niż by to wynikało z mocy lampy.
  • Poziom 11  
    Mówmy sobie po imieniu, w końcu to forum Internetowe :)

    Jonizacja lawinowa - doczytam, bo nie znam zjawiska.

    Co do sterowania lampą - a czy są jakieś układy, które służą do takiej regulacji?

    Dodano po 4 [minuty]:

    Już przeczytałem - jednak znałem to zjawisko, ale nie pamiętałem o nim - jak mówię, trochę te tematy z "czystą" elektroniką, a nie jej pochodnymi zawsze mnie dość przerażały.

    Miałem jednak coś podobnego na myśli. Z tego co rozumiem, w tym kontekście jonizacja lawinowa także powoduje wzrost prądu przewodzonego przez lampę, z czym wiąże się prawdopodobnie rozgrzanie lampy i uszkodzenie jej?
  • PCBway
  • Poziom 43  
    Link - Warto przeczytać, pierwsza rzecz jaką znalazłem po 0,5s szukania. Wynika z niego, że tym unikaniem rezonansu akustycznego jest trochę inaczej.

    Tu trochę ogólnie o różnych rozwiązaniach Link

    Jeśli byś przy 50Hz zamienił dławik na kondensator, to kondensator był by wielki i ciężki, a jeszcze był by problem z ograniczeniem prądu rozruchowego (co będzie jak załączysz w szczycie sinusoidy?).

    Do uzyskania wysokiego napięcia do zapłonu jest potrzebny obwód rezonansowy.
    Jeśli układ będzie pracował na dużej częstotliwości, dławik i kondensator będą małe.
    Klasy C nie stosuje się ze względu na małą sprawność, klasa D się nadaje, klasa E
    jest jeszcze lepsza, ale wymaga raczej stałej częstotliwości.

    Filtrowanie filtrem LC "prostokąta" nie powoduje dużych strat.
    Jak zasilisz napięciem sinusoidalnym lampę, która ma nieliniową charakterystykę, a nawet ujemną rezystancję dynamiczną to prąd sinusoidalny na pewno nie będzie.

    Spać na teorii obwodów się nie opłaciło, jeśli będziesz budować taki układ i tak się musisz nauczyć, trochę z książki (taniej), trochę na błędach (drożej).

    Poszukaj w internecie jeszcze raz, nie jest aż tak trudno znaleźć (noty katalogowe, noty aplikacyjne, artykuły naukowe) i ale nie wpisuj w wyszukiwarce haseł po polsku bo nic nie znajdziesz.
    Jeśli jesteś studentem, to poszukaj w internetowych bazach czasopism swojej biblioteki uczelnianej (polecam IEEE).
  • Poziom 11  
    Rozważam praktyczne rozwiązanie. http://ep.com.pl/Archiwum/2009/Maj.html -> Regulowany stabilizator impulsowy 0…25 V, 0…5 A. Zastanawiam się, czy nie można byłoby zastosować tego układu. Zamiast potencjometru sterującego napięcie dać właśnie sygnał sterujący.

    Czy jeśli na wyprowadzenie INN_EA1 (numer 2) podawać będę sygnał sterujący z zakresu 0-5V to generować będę mógł na wyjściu modulowane napięcie? I czy to traktować mogę jako właśnie wzmacniacz w klasie E/F?
  • Poziom 43  
    Link patrz rys 10
    Poszukaj najpierw jak to robią inni.
  • Poziom 11  
    Dziękuję za konkretne rozwiązanie. Widzę, że scalak jest dostępny na tme.pl więc gitara gra ;) Jutro zagłębie się w dokumentację i przeanalizuję schemat pod kątem właśnie rezonansu.
  • Poziom 43  
    Podesłałem Ci jakikolwiek schemat, znaleziony pod hasłem "HPS ballast", żeby pokazać że można coś znaleźć, o przydatności stabilizatora impulsowego buck 25V/5A nie piszę, bo ręce opadają. Temat nie jest prosty, a twoje zaangażowanie jest znikome. Jeśli nie trafisz na kogoś kto zbudował dokładnie takie samo urządzenie (ja nie) i odda Ci wynik paru miesięcy swojej pracy za darmo, to marnie to widzę.
  • VIP Zasłużony dla elektroda
    Ostatni post traktuję jako podsumowanie.

    Zamykam.