Как включаются лампы и бытовые электроприборы
Квартирная электросеть питает не только лампы и звонок от входной двери, но и ряд самых разнообразных электрических бытовых приборов: плитки, плиты, отражательные печи, камины и грелки, стиральные машины и утюги, универсальные кухонные приборы, приводы к швейным машинам, радиоприемники, проигрыватели, телевизоры, электрические бритвы, приборы для сушки и нагреватели для завивки волос и т. п.
Чтобы правильно выполнить электропроводку и безопасно ею пользоваться, нужно знать:
1) по каким схемам лампы и приборы включаются в сеть;
2) для какого рода тока — постоянного или переменного — они предназначены;
3) какое напряжение требуется для работы ламп и приборов;
4) какова их мощность.
Рассмотрим схемы включения ца примере ламп накаливания.
Чтобы лампа светила, надо через ее нить пропустить ток. С этой целью один из проводов присоединяют к гильзе, а другой — к контактной пластине, как показано на рис. 1,6. Тогда ток, преодолевая электрическое сопротивление нити, раскаляет ее. На рис. 1, б одно и то же изображено Дважды — рядом с эскизом показана схема.
Патрон. Лампы время от времени нужно менять. Поэтому их присоединяют к сети не наглухо, а ввинчивают в патроны. Принцип устройства патрона поясняет рис. 1, в. Провод с помощью винта присоединен к детали, а провод винтом — к центральному контакту. Гильза, детали укреплены на изоляции. Когда лампу ввинчивают в патрон, гильза ее цоколя ввинчивается в гильзу патрона до соприкосновения с деталью и таким образом оказывается соединенной с проводом. Контактная пластина лампы через центральный контакт патрона присоединяется к проводу.
Выключатель. При включении лампы так, как изображено на рис. 1, г, единственный способ погасить лампу— это слегка вывернуть ее из патрона, чтобы между деталями образовался воздушный зазор. Но это неудобно и опасно. Поэтому в электрические цепи вводят выключатели, которые в отключенном положении как бы рассекают провода. На рис. 2, д выключатель В введен в провод и делит его на части, которые на рисунке обозначены цифрами 8’ и 8”,
Ha рис. 1, e изображена проводка. Ее участок, где провода расходятся на выключатель и лампу, показан в большем масштабе.
Выключатель можно ввести в любой участок электрической цепи; его помещают там, где удобно. В настольной лампе на рис. 2, а выключатель находится в ее основании.
Штепсельное соединение. Настольные лампы и бытовые приборы присоединяют к сети с помощью штепсельных вилок и штепсельных розеток (рис. 2,а). У вилки к двум металлическим штифтам внутри корпуса из изоляционного материала присоединены провода от лампы (прибора). Другие выступающие из корпуса штепсельной вилки концы штифтов вставляют в гнезда штепсельной розетки. Гнезда утоплены в корпус штепсельной розетки, сделанный из изоляционного материала. Внутри корпуса к гнездам присоединены провода от сети.
На рис. 3,6 участок проводки, где сделано ответвление к штепсельной розетке, показан в большем масштабе.
Электронагревательные приборы получили широкое распространение, примеры исполнения некоторых из них показаны на рис. 3—5. Во всех бытовых электронагревательных приборах нагревается спираль из жаростойкой проволоки или плоской ленты (обычно из нихрома), когда по ней проходит ток.
В утюге (рис. 3, а) проволочная спираль заключена в фарфоровые бусы и уложена в пазы подошвы утюга. В другой конструкции лента навита на пластину из миканита (склеенные кусочки слюды). Такой нагревательный элемент заключают между двумя электроизолирующими пластинами и кладут на подошву утюга. В настоящее время простые утюги (рис. 3, а) применяют редко. Обычно утюги снабжают терморегуляторами, а иногда увлажнителями.
В плитке на рис. 3,б спираль уложена в пазы керамического основания. Плитки с открытыми спиралями еще находятся в эксплуатации, но они далеко не совершенны. К открытой спирали легко прикоснуться, а это опасно, так как спираль находится под напряжением. Кроме того, спираль легко облить, например кипящим молоком, что значительно сокращает срок ее службы.
В современных плитках (рис. 3, в) спираль обычно находится в герметически закрытой коробке, которая заполнена магнезитом или другим аналогичным материалом. Магнезит электрически изолирует спираль от металлического корпуса коробки и способствует хорошей теплопроводности.
Распространены нагревательные приборы с тремя степенями нагрева. Схема прибора показана на рис. 5, г. У таких приборов есть две спирали, которые с помощью переключателя П можно либо отключить, либо включить тремя способами: обе спирали включаются последовательно— их сопротивления складываются (R+R), ток уменьшается вдвое, а мощность — вчетверо; включается одна спираль ®; включаются две спирали, соединенные параллельно (R/2), и дают двойную мощность.
На рис. 4, а показан электрочайник с герметически закрытым нагревательным элементом, выводы от которого на штырьки для присоединения шнура изолированы бусами. Чайник имеет теплоизолирующие ножки.
Кипятильник (рис. 4, б) выполнен из трубчатого нагревателя. Включать его можно только тогда, когда он полностью погружен в воду (температура даже кипящей воды 100 °С), иначе он перегреется и сгорит. На рукоятке сделана надпись, например 1000 Вт, 220 В, «Без воды не включать» и т. п.
В отопительном рефлекторе (рис. 5, а) спирал размещена на полом керамическом конусе, заканчивающемся цоколем; цоколь ввинчивается в патрон. В электрическом камине простейшей конструкции (рис. 5,б) спираль навита на изолированный стержень. В современных электронагревательных приборах широко распространены закрытые трубчатые нагреватели, со спиралью, заключенной в трубку, заполненную магнезитом.
На рис. 5, в показан электрический камин, в котором специальное устройство имитирует эффект горящего пламени. На рис. 5, г видны два нагревателя, клавишный выключатель, лампа, создающая подсвет, и обмотки низкооборотного электродвигателя, приводящего в движение фасонные лопасти. Свет лампы, проходя через щели, образуемые при вращении лопастей, создает на декоративной панели (на ней изображены дрова, уголь) эффект мерцания тлеющго огня, а на вертикальной стенке — бегающих языков пламени.
Мощность нагревателя можно регулировать, включив либо один, либо два нагревателя. Имитирующее устройство (лампа и электродвигатель) включаются либо отдельно, либо вместе с первым нагревателем.
Следует здесь же предупредить о том, что в квартирах, где напряжение 127 В, пользоваться электрокаминами нельзя, так как йх мощность слишком велика.
На рис. 3—5 ясно видно, что see электронагревательные приборы, независимо от конструкции, включаются в сеть при помощи штепсельных розеток и вилок. Но в одних конструкциях шнур съемный (рис. 3,а). С одного конца у него вилка, ас другого — гнезда в корпусе из изолирующего материала (иногда гнезда имеют раздельные корпуса). Гнезда надеваются на штырьки (рис. 3,о и 4,а), к которым присоединены концы нагревательной спирали (ленты). В других конструкциях, например на рис. 3,6, шнур присоединен наглухо.
Обратите внимание на то, что у ввода в плитку (рис. 3, б) на шнур надета резиновая трубка, а на вводе в приборную розетку (рис. 3, а) надета проволочная пружина. Как резиновая трубка, так и пружина (применяется и то, и другое) предохраняют шнур от сильных перегибов, предотвращая обламывание проводников.
Кухонная стационарная электрическая плита показана на рис. 6. Каждая комфорка и духовой шкаф имеют по три ступени нагрева благодаря переключению двух нагревательных элементов (включен один элемент, или два последовательно, или два параллельно). Обратите внимание на то, что корпус плиты заземлен.
Бытовые приборы с электродвигателями. Многие приборы имеют электродвигатели, причем различных типов. Самые простые по устройству асинхронные двигатели у стиральных машин и компрессионных холодильников «ЗИЛ» (Москва); «Саратов», «Юрюзань», «Минск» и т. п. В пылесосах, где требуется большая частота вращения (по ранее существовавшей терминологии — скорость вращения), используют более сложные коллекторные двигатели. У приводов проигрывателей, где диск должен вращаться с частотой 33,5; 45 или 78 оборотов в минуту, применяют тихоходные синхронные двигатели либо асинхронные, но с механической передачей.
Электродвигатель привода швейной машины тоже коллекторный, потому что частоту вращения нужно регулировать в широких пределах. Пуск и остановка, а также регулирование частоты вращения нередко выполняются с помощью ножной педали. В ней заключены выключатель и ряд плоских угольных пластин, через которые ток поступает в обмотки двигателя. Чем сильнее давят на педаль, тем плотнее сжимаются пластины, тем меньше электрическое сопротивление между ними и, следовательно, тем больший ток поступает в двигатель:- его ротор вращается быстрее. При ослаблении давления на педаль вращение замедляется.
Внутренние соединения электродвигателей значительно сложнее, чем у нагревательных приборов. Кроме того, в некоторых приборах имеются дополнительные элементы, например: у пылесосов — выключатели, у холодильников— пусковые реле и автоматические регуляторы температуры, конденсаторы для подавления помех радиоприему, возникающих при искрении под щетками электродвигателей, и т.п. Но все это относится ко внутренним соединениям прибора, выполнено на заводе-изготовителе и не вносит никаких усложнений в схемы присоединения приборов к сети.
Присоединение бытовых приборов к сети выполняется с помощью штепсельных розеток и вилок по одной из двух схем, показанных на рис. 7.
Схема на рис. 7,а — двухпроводная — применяется в тех случаях, если конструкцией прибора не предусматривается заземление его корпуса. Таковы, например, приборы, которые показаны на рис. 5—7. Ими пользуются в сухих отапливаемых помещениях без повышенной опасности.
Схема на рис. 7,б — трехпроводная. В ней провода от пластин ивилки являются рабочими, т.е. они присоединяют собственно прибор к сети. Пластина — заземляющая: провод от нее присоединен к корпусу прибора. Схема на рис. 7,б применяется только в тех случаях, когда заземление корпуса предусмотрено конструкцией прибора. Пример бытового прибора, требующего заземления корпуса, рассмотрен выше (рис. 6) — это стационарная кухонная плита. В новых домах по ныне действующим правилам в кухнях устанавливаются штепсельные розетки с заземляющим контактом.
Обратите внимание на вилку (рис. 7, в). Это специальная вилка. Заземляющая пластина у нее длиннее, и пластины расположены так, что вилку в розетку можно включить только одним единственным способом.
Предупреждение.
Заземление металлических нетоко-ведущих корпусов приборов является одной, но далеко не единственной мерой, повышающей безопасность. Однако безопасность при заземлении корпуса повышается только в том случае, если заземление выполнено правильно. При неправильно выполненном заземлении оно из защитной меры может превратиться в источник поражения электрическим током.
Поэтому категорически запрещается:
1) приделывать самим заземляющий провод, если он не предусмотрен конструкцией прибора;
2) ликвидировать имеющийся в приборе заземляющий провод;
3) пересоединять заземляющий провод с одной пластины (штифта) вилки на другую (другой);
4) пересоединять (менять местами) провода, подходящие к штепсельной розетке;
5) объединять один из рабочих проводов с заземляющим.
Что такое номинальное напряжение. На каждой лампе (приборе) указано напряжение 127В (реже 110 либо 120) или 220 В. Это так называемое номинальное напряжение лампы (прибора). При номинальном напряжении прибор не только достаточно хорошо работает, но и служит не менее установленного срока (для ламп накаливания — 1000 ч). Если же лампу накаливания включить в сеть, где напряжение выше номинального, то она будет светить, конечно, ярче, но скорее перегорит. И, наоборот, при напряжении ниже номинального срок службы ее резко возрастает, однако она дает тусклый красноватый свет.
Все лампы и приборы, работающие в однрй квартире, имеют одинаковое номинальное напряжение: либо 127 (110, 120), либо 220 В. Это же напряжение принимается и за номинальное напряжение сет и. Следовательно, в квартиру вводится либо 127 (120), либо 220 В.
Как поступать, если для работы прибора недостаточно одного номинального напряжения или же если для отдельных приборов требуется напряжение, отличающееся от номинального?
Покажем это на ряде примеров.
Звонки. В старых домах, да и в домах, построенных несколько лет тому назад, применялись миниатюрные звонковые кнопки и «звонковые провода». Но их опасно применять при напряжении выше 36В, поэтому в цепи звонка напряжение приходится понижать путем трансформации. Не будем здесь рассматривать звонки с самопрерывателями, так как они искрят, мешая радиоприему, и повсеместно заменены безыскровыми звонками.
Принцип работы безыскрового звонка. Безыскровые звонки включают либо по схеме рис. 8, а — если применена кнопка К1 на напряжение до 36 В, либо по схеме рис. 8,б, если кнопка К2 и провода, которыми она присоединена, рассчитаны не менее чем на номинальное напряжение сети. Схема рис. 8,6 значительно экономичнее и принята в настоящее время.
Принцип действия безыскрового звонка, включенного по схеме рис. 8, а, иллюстрируют рис. 8, в и г.
Пока кнопка разомкнута и тока в обмотке II нет, магнитный поток Ф1; создаваемый током первичной обмотки, проходит через правый стержень магнитопровода (рис. 8, в). А в среднем стержне магнитного потока практически нет, потому что ему значительно легче проходить через правый стержень по сталичем через воздушный зазор, введенный в средний стержень.
Когда кнопку замыкают и в обмотке возникает ток, картина резко изменяется.
При включении по схеме рис. 8,б до замыкания кнопки магнитного потока в магнитопроводе просто нет, когда же кнопка нажата, совместно действуют магнитные потоки обмоток I и II (рис. 8,г).
Включение в сеть приборов, номинальное напряжение которых отличается от номинального напряжения сети. Бытовые приборы выпускаются (за некоторым исключением) на одно номинальное напряжение: либо 127, либо 220 В. Ясно, что бытовой прибор нужно покупать на номинальное напряжение сети, но, во-первых, это не всегда возможно и, во-вторых, может случиться, что холодильник на 127 В берут с собой, например, на дачу, а там напряжение не 127, а 220 В.
Как же быть?
В таких случаях прибор включают в сеть через автотрансформатор или трансформатор.
Автотрансформаторы и трансформаторы. На рис. 9, а слева приведен эскиз трансформатора. На магнитопроводе расположены две обмотки / и II. Обмотка / имеет больше витков и рассчитана на 220 В, обмотка II, рассчитанная на 127 В, имеет меньше витков. Фактически обмотки расположены не так, как изображено, а одна поверх другой. Весьма важно, что обмотки трансформатора друг от друга надежно электрически изолированы.
На рис. 9, а в центре показана схема включения трансформатора, понижающего напряжение сети 220 В до 127 В; по схеме справа трансформатор повышает напряжение сети 127 В до 220 В.
В отличие от трансформаторов, где обмотки изолированы одна от другой, в автотрансформаторе (рис. 9,б слева) одна обмотка. Если напряжение нужно понизить, то все ее витки включены в сеть (рис. 9,б в центре), а к части витков присоединен прибор (холодильник). Если напряжение нужно повысить, то все витки присоединены к прибору, а часть витков — к сети (рис. 9,б справа).
Автотрансформаторы могут быть заменены трансформаторами такой же мощности. Но трансформаторы заменять автотрансформаторами можно далеко не всегда. Для включения звонка, например, автотрансформатор не подходит, так как он не обеспечивает изоляции кнопки от сети, напряжение которой для кнопки слишком высоко. Автотрансформаторы дешевле трансформаторов, и там, где это можно, они находят широкое применение.
Мощность трансформаторов и автотрансформаторов должна быть не менее мощности, обозначенной на приборе, иначе трансформатор (автотрансформатор) перегреется и его обмотка может даже перегореть. Так, например, для питания холодильника от сети 220 В имеется автотрансформатор на 200 Вт. Воспользоваться имдля питания электрического утюга, требующего 800 Вт, нельзя, так как 800 Вт значительно больше, чем 200 Вт.
Естественно возникает вопрос: можно ли менее мощный прибор, например мощностью 200 Вт, питать через более мощный трансформатор?
Можно — с трансформатором (автотрансформатором) ничего не случится, но это неэкономно, так как чем мощнее трансформатор, тем больше в нем потери.
Распространенный автотрансформатор для бытовых приборов. Рассмотрим в качестве примера автотрансформатор сетевой бытовой, показанный на рис. 10,а.
Автотрансформатор может либо повышать напряжение со 127 до 220 В, либо понижать его с 220 до 127 В.
Для включения в сеть служит вилка. Вилка бытового прибора включается в штепсельные гнезда с надписью «Выход».
Если в окошке видна надпись 127/220, значит автотрансформатор включается в сеть 127 В и повышает напряжение. Если видна надпись 220/127 — автотрансформатор понижает напряжение. Для переключения на нужное напряжение отвинчивают винты и снимают пластмассовую крышку, открывая доступ к картонной пластинке с латунными перемычками между винтами. Картонка может быть установлена либо так, как показано на рис. 10, в, либо так, как показано на рис. 10, г.
Схема присоединений секций обмотки к выводам показана на рис. 12,6. Цифры в прямоугольниках указывают числа витков.
Обратите внимание на следующее. Если по схемам на рис. 10, в и г определить коэффициенты трансформации (334:600=0,557 и 600:358=1,672), а затем, считая номинальными напряжения сети 127 В (рис. 8, в) или 220 В (рис. 8,г), вычислить напряжения на выходе, то получатся более высокие напряжения, т. е. не 220, а 127:0,557=228 В (рис. 10,в) и не 127, а 220:1,672 = = 132 В. Это объясняется тем, что вычисленные напряжения относятся к ненагруженному автотрансформатору. Когда же будет включена нагрузка, напряжение на выходе на несколько вольт снизится и станет примерно равным номинальному напряжению прибора, питающегося через автотрансформатор.
Разделяющие трансформаторы. В последние годы стали применяться так называемые разделяющие трансформаторы, назначение которых не понижать (повышать) напряжение, а только изолировать электроприемник от сети для обеспечения безопасности. Такие трансформаторы применяются, например, в ванных комнатах гостиниц для питания электробритв. Разделяющий трансформатор устанавливается в непосредственной близости к розетке в нише и закрывается декоративной крышкой (рис. 11). Розетка на рис. 11 универсальна: к ней подходят штепсельные вилки и с цилиндрическими, и с плоскими контактами.
Обратите внимание на следующее. К изоляции разделяющих трансформаторов предъявляются повышенные требования (например, повышенное испытательное напряжение). Вторичная обмотка разделяющего трансформатора никогда не заземляется. Каждый электроприемник должен иметь свой разделяющий трансформатор.
Телевизоры и радиоприемники представляют собой сложные устройства с электронными лампами. Для их работы нужны токи различных напряжений: несколько вольт — для цепей накала, сотни вольт — для анодных цепей и тысячи вольт — для кинескопа (передняя часть которого и является, экраном телевизора). Необходимые напряжения не могут быть получены из сети — это сильно усложнило бы ее. Потому внутри самих радиоприемников и телевизоров имеются трансформаторы. Их первичные обмотки рассчитаны на номинальное напряжение сети, а вторичные дают такие напряжения, какие нужны в каждом конкретном случае.
Рабочее напряжение в сети всегда немного отличается от номинального, потому что неизбежны потери напряжения в проводах и обмотках питающих трансформаторов под действием тока нагрузки. У ламп, расположенных дальше от трансформатора, напряжение всегда ниже, чем у ламп, присоединенных в начале сети, так как до дальних ламп току приходится преодолевать сопротивление более длинных проводов и это вызывает большую потерю напряжения. В домах, где сечение проводов недостаточно, напряжение заметно колеблется в зависимости от количества включенных потребителей: днем лампы горят ярко, а вечером, когда сеть перегружена, — тускло.
Регулирование напряжения. Работа телевизоров при значительно пониженном напряжении становится неудовлетворительной, а при повышенном напряжении срок службы телевизора сокращается. Чтобы исключить эти неблагоприятные явления, надо поддерживать напряжение, подводимое к телевизору, возможно ближе к номинальному. Для этого пользуются либо регулируемыми автотрансформаторами (хуже), либо автоматическими стабилизаторами напряжения (лучше).
Принцип действия регулируемого автотрансформатора иллюстрирует рис. 12, а.
Конечно, при пользовании автотрансформатором никаких подсчетов не делают, а, передвигая подвижный контакт, просто следят за напряжением по вольтметру, встроенному в автотрансформатор.
В какой последовательности нужно переключать автотрансформатор. Если напряжение сильно повышено, то лампы радиоприемника и телевизора могут перегореть. Поэтому прежде чем включать радиоприемник или телевизор, нужно с помощью автотрансформатора установить напряжение, близкое к тому, на которое он (телевизор, радиоприемник) переключен, а затем после включения произвести подрегулировку.
После окончания работы нужно автотрансформатор отключить и установить подвижный контакт на самое низкое напряжение.
Запомните: прежде чем пользоваться автотрансформатором, нужно прочитать инструкцию и все надписи на нем и хорошо себе уяснить, что они обозначают.
Переключение приборов для работы при различных напряжениях сети. В силу того что в сетях распространено несколько номинальных напряжений, ряд приборов, например радиоприемники и телевизоры, выполняется с переключателями. Примеры даны на рис. 14,6 и в.
Переключение основано на изменении коэффициента трансформации. Так, в положении переключателя 220 В в первичную обмотку трансформатора включено наибольшее число витков. В положении «127 В» в работу вводится во столько раз меньше витков, во сколько раз 220 больше 127.
Перед включением прибора в сеть нужно убедиться в том, что положение переключателя соответствует номинальному напряжению сети.
Стабилизация напряжения. Удобнее поддерживать необходимое напряжение с помощью стабилизатора. В нем нет ни контактов, ни подвижных частей. Не требуется и вольтметр, так как стабилизатор автоматически поддерживает заданное напряжение с достаточной точностью.
Нужно, однако, иметь в виду, что стабилизаторы па-пряжения нельзя включать в сеть, если к ним не присоединена нагрузка ‘(телевизор, радиоприемник, сопротивленце и т.п.) меньше некоторой минимальной величины, иначе может недопустимо повыситься напряжение. Величина минимально допустимой нагрузки в ваттах указывается в паспорте стабилизатора.
Несколько лет назад стабилизаторы напряжения были мало распространены. В настоящее время положение изменилось, так как для питания телевизоров и радиоприемников ряд заводов выпускает феррорезонансные стабилизаторы. Они обозначаются буквами, после кото-рык следуют цифры, указывающие выходную мощность. Например, стабилизатор напряжения «Таврия» обозначается УСН-200, где У — универсальный, С —стабилизатор, Н — напряжение, выходная мощность 200 Вт. Выходная мощность (т.е. мощность, которая «снимается» со стабилизатора) всегда меньше входной мощности (мощности, потребляемой из сети). Это объясняется наличием потерь в самом стабилизаторе.
Включаются стабилизаторы в сеть 127 или 220 В. Выходное номинальное напряжение обычно 220, реже 127 В. Точность стабилизации ±(4ч-5) В. Это значит, что колебание выходного напряжения от 220+5 до 220—5 В — явление нормальное. Можно ли повысить точность стабилизации? Конечно, можно, но это связано с большими затратами, усложняет стабилизатор и не делается в бытовых стабилизаторах потому, что для них это просто не нужно.
Люминесцентные лампы — сравнительно новые источники света. Первые их образцы были созданы в 1938 г. В настоящее время люминесцентное освещение широко применяется в школах, больницах, общественных зданиях, на лестничных клетках современных домов, проникает в кухни и передние квартир новых домов. Иногда жильцы устанавливают светильники с люминесцентными лампами даже в жилых комнатах.
Быстрое распространение люминесцентного освещения объясняется тем, что при затрате той же мощности достигается значительно большая освещенность по сравнению с лампами накаливания; кроме того, правильный выбор ламп по цветности (что в настоящее время еще затруднительно из-за нехватки необходимых ламп) может создать освещение, близкое к естественному. И, наконец, люминесцентные лампы значительно менее чувствительны к повышениям напряжения, поэтому ими экономично освещать лестничные клетки » помещения, освещаемые ночью, когда в сети напряжение повышено.
Однако люминесцентное освещение обладает рядом особенностей, и если их не знать и не учитывать, то можно испортить зрение. Эти особенности учтены в схемах включения люминесцентных ламп, конструкциях светильников, установочных изделий и пусковых аппаратов, специально предназначенных для люминесцентных ламп. Все это, однако, будет совершенно непонятно без рассмотрения явлений, происходящих в люминесцентной лампе. Поэтому, оставляя до поры до времени схемные и конструктивные вопросы, рассмотрим саму суть дела.
Люминесцентная лампа (рис. 13) представляет собой стеклянную трубку, покрытую изнутри слоем люминофора — вещества, светящегося под действием ультрафиолетовых лучей. В трубке находятся капелька ртути и газ аргон. Слева и справа в трубке — электроды, представляющие собой спиральки из вольфрамовой проволоки.
В процессе зажигания люминесцентной лампы совершается ряд явлений.
В общих чертах они состоят в следующем:
1. При замыкании выключателя В к стартеру прикладывается напряжение сети. В стартере (небольшая неоновая лампочка) возникает чуть заметный тлеющий разряд, который разогревает электроды. Один из электродов — биметаллический. Под действием тепла он изгибается и касается другого электрода. В результате ток в цепи значительно увеличивается, а разряд в стартере гаснет.
2. Увеличившийся ток разогревает электроды люминесцентной лампы, и они начинают испускать электроны (это подготовка к зажиганию).
3. Электроды стартера тем временем остывают, биметалл распрямляется, и, наконец, между электродами образуется зазор. При этом сила тока в цепи резко уменьшается. При уменьшении тока в дросселе согласно закону Ленца возникает кратковременное значительное напряжение, стремящееся поддержать исчезающий ток. Это напряжение самоиндукции складывается с напряжением сети, в результате чего к электродам люминесцентной лампы оказывается приложенным импульс напряжения большей величины, чем напряжение сети. Под действием этого импульса в люминесцентной лампе возникает разряд в аргоне: лампа начинает несколько разогреваться.
4. Под действием тепла капля ртути испаряется и создает в лампе ртутные пары необходимой плотности. Так как они ионизируются значительно легче паров аргона, то в дальнейшем разряд происходит в основном уже не в аргоне, а в ртутных парах.
5. Когда лампа горит, напряжение на ее электродах, а следовательно, и на электродах стартера (который присоединен параллельно) ниже напряжения сети. Почему? Потому что последовательно с лампой включен дроссель, через который теперь проходит значительный ток, причем ток переменный. В результате в дросселе индуктируется электродвижущая сила (э. д. с.) самоиндукции, действующая согласно закону Ленца навстречу напряжению сети. В итоге на лампу и стартер приходится уже не полное напряжение сети, а разность между ним и напряжением самоиндукции. Это совершенно необходимо, иначе лампа погаснет. Действительно, если бы при горящей лампе на стартере снова оказалось напряжение, равное напряжению сети (а не ниже), то в стартере вновь возник бы разряд и спустя небольшое Время электроды стартера, сомкнувшись, закоротили бы лампу.
У дросселя еще одна важнейшая задача — он не дает току безгранично возрастать, что имело бы место при включении люминесцентной лампы непосредственно в сеть: таковы свойства газового разряда. Возрастание тока (при отсутствии дросселя) разрушило бы лампу или же привело к перегоранию предохранителей (отключению автомата). Без дросселя люминесцентные лампы включать опасно.
Особенности люминесцентного освещения. Люминесцентная лампа в сети переменного тока 100 раз в секунду зажигается и гаснет, так как при частоте 50 Гц ток 100 раз в секунду меняет направление, проходя через нуль. Погасания лампы не видны, однако они вредно влияют на зрение и, кроме того, могут исказить действительную картину движения освещаемых предметов. Пусть, например, вращающийся шпиндель токарного станка за время погасания лампы успеет сделать полное число оборотов. Значит, при каждом очередном освещении он будет виден в одном и том же положении, т. е. будет казаться неподвижным. Если же вращающийся предмет за время погасания сделает немного меньше полного оборота, то будет казаться, что вращение происходит в обратную сторону. Это явление называется стробоскопическим эффектом и чрезвычайно опасно на производстве, в частности в школьных мастерских.
Стробоскопический эффект можно наблюдать в кино, когда кажется, что колеса движущегося автомобиля вращаются в обратную сторону, либо неподвижны, либо вращаются значительно медленнее, чем на самом деле.
Стробоскопический эффект в технике имеет много полезных применений, но в этой книге речь не о них, а о том, что нужно иметь в виду при освещении люминесцентными лампами.
Как выравнивается освещенность и уничтожается стробоскопический эффект. Чтобы не портить зрение и исключить стробоскопический эффект, помещения, где производится работа, освещают не одной, а несколькими лампами, а лампы включают со сдвигом фаз между токами, проходящими через них. Благодаря этому когда одна лампа пригасает, другая горит наиболее ярко и освещенность выравнивается. Сдвиг фаз достигается одним из двух способов. Если в помещении есть сеть трехфазного тока, то лампы, расположенные рядом, присоединяют к разным фазам, чтобы использовать неодновременность достижения максимальных и нулевых значений токов разных фаз. Ясно, что число ламп в помещений не менее трех или кратно трем. Лучше всего если три лампы расположены в одном светильнике.
Эта схема обеспечивает значительное снижение пульсаций светового потока, уничтожает стробоскопический эффект, повышает коэффициент мощности, уничтожает помехи радиоприему.
Из сказанного выше ясно, что в цепь люминесцентных ламп приходится вводить дроссели, конденсаторы, разрядные резисторы (присоединяются параллельно конденсаторам, чтобы «снять» с них заряд после отключения от сети) и пр. Все эти элементы в общем случае называются пускорегулирующим аппаратом — ПРА. Однако аппарат, называемый ПРА, содержит обычно только дроссели и трансформаторы. Конденсаторы входят в комплект ПРА, но монтируются рядом.
Акустические помехи. Наличие в цепи дросселей создает еще одно осложнение при люминесцентном освещении, так называемые акустические помехи, попросту говоря — жужжание. Причинами акустических помех являются вибрации пластин магнитопровода дросселя с частотой 100 Гц, а также магнитострикция (изменение размеров тел, выполненных из некоторых материалов, под действием магнитного поля). Вибрация устраняется тщательным креплением магнитопровода и .пропиткой ПРА. Вибрация может усиливаться или ослабляться осветительной арматурой, так как ПРА устанавливаются в самих светильниках.
Помехи радиоприему и их подавление, Люминесцентные лампы создают как эфирные, так и сетевые помехи радиоприему. Эфирные помехи проявляются на небольшом расстоянии; они хорошо снижаются конденсатором, расположенным внутри стартера. Сетевые помехи распространяются по проводам сети и для их подавления приходится либо ставить фильтр (который не пропускает помехи в сеть), либо применять дроссель с симметрированными обмотками и т. п. Именно такие дроссели показаны на рис. 14, а: одна половина дросселя Д1 (Д2) включена в один, а другая — в другой сетевой провод. Дроссель подавляет (не пропускает в сеть) помехи, так как он представляет для токов помех, имеющих повышенную частоту, большое сопротивление. Кроме того, у такого дросселя увеличена взаимная емкость обмоток, что способствует закорачиванию токов помех.
Бесстартерные схемы. Стартер — наиболее уязвимая часть схемы люминесцентного освещения. Кроме того, неустойчивая работа-стартера (явление довольно частое) приводит к резкому сокращению срока службы лампы. Поэтому разработаны схемы бесстартерного зажигания, которые находят все большее распространение. Для бесстартерного зажигания в ряде случаев приходится применять специальные лампы.
В этих лампах снаружи или внутри трубки проложена металлическая проводящая полоса или на наружную поверхность трубки нанесено прозрачное проводящее покрытие. Проводящую полосу или покрытие обычно соединяют с одним из катодов лампы через сопротивление 300—500 кОм. Иногда ее соединяют с землей.
Оставляя в стороне рассмотрение многообразия бесстартерных схем, обратим внимание на следующее:
а) проводящая полоса в начальный момент зажигания лампы как бы уменьшает расстояние между ее катодами, благодаря чему снижается напряжение (это хорошо), необходимое для возникновения первоначального разряда;
б) катоды лампы также предварительно подогревают для создания условий образования термоэлектронной эмиссии.
Какой ток в квартире: постоянный или переменный?
В квартирной сети ток переменный.
Если где-либо встречается сеть постоянного тока, то к ней нельзя присоединять безыскровые звонки, люминесцентные лампы, телевизоры и радиоприемники в обычном исполнении, так как в их схемах имеются трансформаторы и дроссели, которые могут работать только в сети переменного тока. Нельзя также включать в электросеть постоянного тока бытовые электроприборы с синхронными и асинхронными электродвигателями.
Электричество на даче - Как включаются лампы и бытовые электроприборы
Остались вопросы по теме - "Как включаются лампы и бытовые электроприборы", задайте их на