照明灯泡的延寿节电装置

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白炽灯(俗称灯泡)经常在开灯的瞬间烧坏,采用本文介绍的延寿与节电装置后可达到延长灯泡的寿命和节电的效果。

灯泡里面的灯丝是由高熔点的钨合金丝缠绕成螺旋管,再用钼丝支架固定在玻璃壳体上的。灯丝的冷阻很小,热阻很大,40W的灯泡冷阻约130Ω,热阻可达1.2kΩ,冷热阻比约1/10。功率越大的灯泡其冷热阻比越大。在开灯的瞬间流过灯丝的电流很大,如果将开灯瞬间的过电压冲击的因素考虑在内的话,这个冲击电流高达工作电流的20倍!同时极大的冲击电流产生的热冲击会使灯丝的局部(往往是灯丝与钼丝支架连接处)形成一个高温“热点”。每一次开灯时“热点”表面的钨分子都会蒸发掉一些,经多次开灯使“热点”的机械性能大大降低。这是在开灯瞬间灯泡容易烧坏的主要原因。

绕成螺旋管的灯丝在钼支架的连接处都要弯折一次,形成多节螺旋管,每一节通电的螺旋管可以等效为一个具有N、S两个磁极的磁体,由于首尾相互吸引,将在开灯的瞬间产生有害的机械振荡,这也会加速灯丝的损坏。

据有关资料统计,在开灯瞬间烧坏灯丝的灯泡约占使用总数的95%。而每开一次灯将会缩短灯泡的使用寿命约几个小时,所以频繁地启闭开关是非常不利的。

延寿与节电电路简介

照明灯延寿与节电装置的电路见图1。二极管D\(_{1}\)~D4和可控硅SCR组成交流开关,电阻R\(_{1}\)是灯泡的限流电阻,电阻R2、R\(_{3}\)和电容C组成延时触发电路。在开灯的瞬间,电容C可视为短路,可控硅SCR由于没有触发电压而关断。交流电流经整流后通过R1和灯泡形成回路,即当A点为正B点为负时由A→D\(_{1}\)→R1→D\(_{3}\)→B,当A点为负B点为正时由B→D2→R\(_{1}\)→D4→A。由于R\(_{1}\)的限流作用使整个回路不会产生很大的冲击电流,此刻加在灯泡两端的电压大约是供电电压的\(\frac{1}{2}\),所以灯丝呈暗红色。随着电压UCD通过R\(_{2}\)对电容C充电,C两端电压逐渐升高,当C两端电压达到SCR的触发电压时,SCR导通,此时R1被SCR短路(因为SCR导通时内阻远小于R\(_{1}\)的阻值),交流电流经整流后通过SCR和灯泡形成回路,由于整流二极管和可控硅正向导通内阻很小,所以供电电压几乎全部加在灯泡上,灯泡正常发光。

图1
图1 🔍原图 (897×357)

延寿节电装置与灯泡串联后接在供电电源上,电流在该装置上产生压降。其压降是由两只整流二极管的正向导通压降和可控硅的导通压降决定的,总电压在2.5V以内。由此推算,该装置接100W灯泡时功耗为1.36W,接25W灯泡时功耗仅为0.34W。从以上分析可以看出,安装了延寿节电装置后供电电源提供的总功率并没有增加,只是灯泡上得到的功率有所下降,下降幅度在4‰以内,很显然对灯泡的亮度没有多大影响。

元器件选择与制作使用

四只整流二极管可以选用IN4004或IN4005,正向电流为1A,反压为400V以上。单向可控硅正向平均电流为1A,反向阻断电压大于400V。R\(_{1}\)为2W金属膜电阻,具体阻值因灯泡功率大小而定,其选择见附表。如果灯泡的功率超过100W时,要适当增加R1的功率。一般R\(_{2}\)取40~80k,R3取560Ω,C取330μ,耐压10V就可以了。

制作时将测试好的元器件按图1的电路焊在印制电路板上,印制电路板图见图2。再将二根引线焊好,引线可用RVB16/0.15mm铜芯塑料软线,长度约10cm。

图2
图2 🔍原图 (510×365)

将该装置与灯泡串联后接220V电源,灯泡应先暗红,待半秒后变为全亮。如果灯泡不先发红而后全亮,说明可控硅提前导通,可适当增大R\(_{2}\)的阻值,如果可控硅延时导通时间超过0.5秒时,可适当减小R2的阻值。将调整好的电路板装入用酚醛树脂压制的小盒内并用绝缘材料(如环氧树脂)固定好。

使见时应注意以下几点:(1)应安装在无腐蚀性、爆炸性气体且通风及有防雨雪设备的地方。

(2)该装置的适用功率应与灯泡功率相同。

(3)负载(灯泡)不允许短路。(陈筱婴)