В связи с возрастающими ценами на энергоносители становится актуальным вопрос с продлением ресурса годности приобретаемых ламп накаливания в повседневном пользовании, что в конечном итоге служит дополнительной экономией денег. Как всегда лампа перегорает в самый нужный момент и для решения этого вопроса автор предлагает один из способов решения этого вопроса с минимальными изменениями в схеме питания ламп накаливания.

Общеизвестно, что бросок тока при включении лампы накаливания сильно сокращает срок ее службы. Это связано с тем, что сопротивление холодной вольфрамовой нити гораздо меньше, чем нагретой до рабочей температуры. Например, обычная лампочка на 220В, 100 Вт имеет в холодном состоянии сопротивление около 38 Ом, а в нагретом - почти 500 Ом при этом первое значение легко измерить непосредственно омметром, а второе - вычислить, исходя из паспортных данных.

Таким образом, в номинальном режиме через нить накала стоваттной лампы течет ток 0,45А, а при включении - в первый момент - почти 6А т. е., более чем в 12 раз превышает номинальный. Такая перегрузка, конечно же, не полезна для долговечности “лампочки Ильича” - довольно дорогого в наше время осветительного прибора. Параметры лампочек наиболее часто применяемой в быту мощности приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Мощность лампы - на 220В, Вт	Сопротивление холодной нити, Ом	"Холодный" ток, А	Сопротивление нагретой нити, Ом	Рабочий ток, А	Сопротивление R1,Oм
40	75	2,9	1222	0,18	750
60	75	2,9	815	0,27	750
100	38	5,8	490	0,45	400

Также общеизвестен принцип последовательного включения двух ламп накаливания, с тем, чтобы продлить срок их службы. При этом очень сильно снижается общая освещенность помещения, т. к. при снижении напряжения питания лампы накаливания в два раза, сила света падает не в два раза, а гораздо сильнее.

Такое включение вполне допустимо в местах, где не требуется слишком сильного света, например, в подъездах многоквартирных домов, в прихожей или в туалете (практически лучше включать последовательно лампочки немного разной мощности, например, 75 и 100 Вт — освещенность будет несколько выше).

Там же, где от приборов освещения требуется полная световая отдача, можно применить схемы, ограничивающие максимальный рабочий ток лампы, или схемы, плавно повышающие напряжение на лампе при включении. Такие схемы неоднократно публиковались в популярной литературе — наиболее простая по схемному решению и миниатюрная приведена в [1], а из последних публикаций - в [2-6].

Недостатки данных схем - в их сложности, габаритности и материалоемкости - в них используются биполярные и полевые транзисторы, магнитоуправляемые микросхемы, тиристоры, симисторы, импульсные трансформаторы и много чего еще, а образцом дороговизны может служить схема [3], в которой используется микроконтроллер Z86E0208PSC в комплекте с оптопарой, симисторным оптроном, мощным иностранным симистором и т. п., так что, данная схема хороша только для иллюстрации действительно богатых возможностей микроконтроллеров Z8 и однокристальных контроллеров вообще.

Также не совсем корректно замечание в [3], касающееся нашего холодного климата, и о том (в [4]), что нить лампочки в холодильнике более подвержена броску тока, чем при комнатной температуре, поэтому перегорает чаще. Сравните порядок температур нити накаливания в рабочем состоянии (более 2000^оС) и в комнате (20^оС) - хоть в процентах, хоть в разах, хоть в децибелах, что по сравнению с этим "жуткий холод" в холодильнике (около 0°С) или даже в северных районах нашей страны (-40^оС).

Неверно и утверждение, что “механический контакт - это всегда плохо”. При правильном использовании контактов (например, соответствующем подборе типа реле) некоторое неизбежное искрение вовсе не приводит к обгоранию контактов.

Наоборот, у механических контактов есть большое достоинство - падение напряжения на них равно нулю вольт (или чуть-чуть больше, но за пределами измерений даже очень точных вольтметров и омметров - попробуйте измерить), в то время, как на полупроводниковых приборах — от 0,3В (один диод, чего никогда не бывает) до 2-3 В (тиристор или симистор) и не менее 5 В при включении диодного моста и тиристора, что приводит к снижению светоотдачи лампочки, хотя и не очень заметной и потере мощности (жалко не мощности, а того, что полупроводники нагреваются, требуя охлаждения и нагревая все вокруг себя).

Кроме всего прочего, схемы с использованием тиристоров и симисторов, как правило, создают при работе довольно сильные электрические и радиопомехи, что тоже нельзя признать полезным, а схемы, синхронизированные с сетевым напряжением сложны и подходят больше для нагревательных приборов, чем для освещения.

А анализ наиболее простой из упомянутых схем [1] заставляет сомневаться в том, что эта схема вообще была когда-либо изготовлена и испытана. На подобные мысли наводит, например, номинал конденсатора С1 - 10 мкФ х 100В. Откуда здесь сто вольт ведь он включен параллельно переходу база-эмиттер транзистора VT1, на котором может быть напряжение не более 1,5В, ну, 2В от силы не 0,7 - потому, что транзистор составной, в нем фактически два этих перехода.

Также на данной схеме будет “падать” довольно значительная часть рабочего напряжения, используемая на питание самой схемы и отнимаемая у лампочки - не менее 10В при нереально высоком коэффициенте усиления транзистора около 500. Практически на схеме будет падать гораздо больше, а это уже заметное снижение яркости — еще бы при этом не повысился срок ее службы!

Сама идея исполнения подобного устройства в виде “двухполюсника” [1, 6] заставляет вспомнить о палке с двумя концами — нужно бы снизить напряжение питания схемы до нуля, чтобы не терять яркость освещения, а не получается, т. к. схему все-таки нужно чем-то питать, и яркость все-таки теряется (повторюсь, сила света лампы накаливания при снижении напряжения питания уменьшается не пропорционально, а гораздо сильнее).

Включение лампы накаливания в сеть переменного тока через диод [5] тоже не лишено недостатков: при работе “на один полупериод” сильно снижается яркость свечения хотя и несколько повышается долговечность, а если лампочка сначала включается последовательно с диодом, а после прогрева диод закорачивается вручную [5] или автоматически [6] - максимальной долговечности таким путем все равно нельзя добиться, поскольку для холодной нити накала даже бросок тока в течение одного полупериода сетевого напряжения достаточно опасен.

Исходя из изложенного предлагается схема, ограничивающая начальный бросок тока лампы накаливания включенным последовательно с ней сопротивлением, которое спустя некоторое время замыкается накоротко контактами электромагнитного реле смотрите - рис.1.

Рис.1.

Собственно схема устройства выделена штрихпунктирной линией, а его выводы обозначены крестиками на этой линии. Устройство реализовано в виде “трехполюсника”, один вывод которого (крестик около точки А) выполнен в виде клеммного винтика (в него зажимается отсоединенный от патрона провод), а два других вывода (крестики Б и В) - в виде небольших отрезков провода, зажимаемых винтиками на патроне лампы).

В момент подачи питания сетевым выключателем напряжение на конденсаторе С2 и обмотке реле К1 равно нулю, контакты реле разомкнуты, и ток течет через лампу HL1 и включенное последовательно с ней сопротивление R1. Через некоторое время конденсатор зарядится до напряжения срабатывания реле, его контакты замкнутся и зашунтируют собой сопротивление при этом на лампу будет подано полное напряжение питания. Поскольку к этому моменту лампа будет уже прогрета до слабого свечения, броска тока не будет и нить накала не перегорит.

Время задержки включения выбирать в диапазоне 0,2...0,3 секунды, меньше - схема не будет выполнять свои функции, больше - не имеет смысла, т. к. нить накала лампы успевает прогреться за указанное время, а большая задержка неприятна для зрения. В связи с тем, что сопротивление работает только несколько мгновений при включении лампы, его можно взять сравнительно небольшой мощности - 2 Вт (при длительном включении на нем будет рассеиваться от 60 до 120Вт для разных номиналов). Время восстановления защиты при выключении напряжения питания (“отпускание” контактов реле) очень мало - в пределах 0,5 секунды.

Гашение “лишнего” напряжения питания для реле К1 производится конденсатором С1 (при использовании другого реле следует рассчитать гасящее сопротивление, а потом найти эквивалентную ему емкость гасящего конденсатора), который должен иметь рабочее напряжение не менее 400В (лучше 600 В), после него стоит выпрямительный мостик (любого типа, можно собрать из отдельных диодов небольшой мощности) для питания реле постоянным током. Конденсатор С2 определяет задержку включения лампы. Предохранитель (на 50 мА) нужен на случай пробоя конденсатора.

Номиналы резистора R1 для ламп различной мощности приведены в таблице 1 (хотя не будет большой беды, если по ошибке будет “вкручена” не та лампочка - все равно схема защиты будет работать, пусть и не так эффективно). Можно использовать резисторы любого типа, малогабаритные, некоторый разброс номиналов не страшен.

Реле К1 - типа РЭС-15 паспорт РС4-591-001 с напряжением срабатывания около 18В и рабочим током 15 мА или любое аналогичное миниатюрное. Хотя контакты данного реле могут управлять током 0,13А при переменном напряжении 127 В, его все же можно использовать в данной схеме, т. к., во-первых, падение напряжения на резисторе будет как раз около 130В, а во-вторых, коммутировать несколько повышенный ток (до 0,45 А для лампы 100 Вт) его контакты будут только при включении питания (работая “назамыкание”). Основной же износ и подгорание их наблюдается именно тогда, когда они разрывают цепь под нагрузкой, что в данной схеме будет производиться контактами сетевого выключателя (на схеме не показан).

При эксплуатации данной и подобных схем следует иметь в виду, что если при включении сетевого выключателя в течение нескольких секунд лампочка не загорается с номинальной яркостью - значит, схема управления вышла из строя. Следует немедленно выключить сетевой выключатель во избежание выгорания токопроводящего слоя ограничительного резистора (места пайки резистора могут расплавиться, также при этом в помещении будет ощущаться запах дыма). Практически же резисторы, например серии МЛТ, даже при почти полном сгорании покрывающей их краски, как правило, сохраняют номинал, достаточно близкий к исходному, поэтому заменять их в данной схеме при небольшом подгорании не имеет смысла.

Рис.2.

Для защиты лампочек большей мощности следует подобрать другой тип электромагнитного реле с более мощными контактами и пересчитать гасящее сопротивление. Один из возможных вариантов печатной платы приведен на рис.2 - вид со стороны деталей.

Плата имеет размеры 72x42 мм. Она изготавливается из одностороннего фольгированного текстолита толщиной 1,5...2 мм. Печатные дорожки обозначены серым цветом, контактные площадки - черным, отверстия внутри контактных площадок - также серым.

Для экономии травящего раствора фольга на свободных от дорожек местах не удаляется (закрашивается при изготовлении). Диодный мостик типа КЦ403 установлен “на бок” (вертикально) для экономии места, его выводы соединяются с контактными площадками небольшими отрезками провода. Плата имеет довольно большие габариты из-за того, что на ней оставлено много места под гасящий конденсатор (при изготовлении платы под конкретные детали это место можно уменьшить). Также много места занимает гасящий резистор - при работе в момент включения питания он слегка нагревается, поэтому вокруг него оставлено свободное место).

При изготовлении конструкции из исправных деталей она не требует наладки, следует только проверить время задержки включения. Готовую испытанную плату при использовании в помещении можно разместить без корпуса вблизи лампочки. Прикрепив в незаметном месте абажура, при эксплуатации же на открытом воздухе ее следует поместить в герметичный корпус из изоляционного материала (в таком случае клемму, обозначенную точкой А, следует перенести на поверхность корпуса, соединив ее с платой отрезком провода).

В. Кириченко

Литература:

1. Банников В. Защита электроосветительных приборов. - Радио, 1990, №12, с. 53.

2. Малышев С. Светорегулятор с плавным нарастанием яркости. - Радиолюбитель, 2000, №5, с. 34.

3.Ольховский А., и др. Пускозащитное устройство для галогенных ламп. - Радио, 2000, №7, с. 27.

4.Гончаров А. Лампочка холодильника зажигается плавно. - Радиолюбитель, 2000, №7, с. 15.

5. Кузьмин В. Двухрежимное управление люстрой. - Радиолюбитель, 2000, №8, с. 34.

6.Коломойцев К. Щадящий лампы электронный выключатель. - Радиохобби, 2000, №6, стр.41.