Сайт находится в режиме тестирования. По вопросам приобретения товаров обращайтесь в ближайший филиал, по работе сайта - web@zenonline.ru

База знаний, Статьи 12798

Проблемы конвертеров

ВИКТОР МАРКОВ,
канд. техн. наук,
технолог неонового производства

Интерес специалистов неонового производства к электронным трансформаторам (конвертерам) неуклонно растет. Но, несмотря на очевидные преимущества (малые габариты, экономичное энергопотребление и многое другое), практическое их использование сдерживается рядом трудностей, возникающих в период эксплуатации рекламных конструкций.

Чтобы разобраться в проблемах, возникающих при использовании электронных трансформаторов, рассмотрим влияние конструктивных и схемотехнических особенностей конвертеров на параметры неоновых ламп и на процессы, происходящие в газовом разряде, которые могут привести к образованию дефектов в готовых рекламных установках.

Преимущества применения

В отличие от традиционных сетевых (50 Гц) электромагнитных трансформаторов в конвертерах применяется принцип преобразования сетевого напряжения в напряжение повышенной частоты (20-50 кГц) с помощью ключевого каскада. Использование повышенной частоты позволяет резко снизить габаритные размеры магнитопроводов, поэтому массогабаритные характеристики таких устройств существенно меньше электромагнитных.

Второе преимущество электронного трансформатора - его экономичность. Физическая причина более низкого энергопотребления кроется в уменьшении индуктивной составляющей тока (снижение индуктивных потерь), что связано не только с уменьшением габаритных размеров магнитопроводов, но и с изменением формы напряжения на неоновой лампе, которая приближается к синусоидальной.

Третье преимущество обусловлено простотой управления внутренними параметрами электронной схемы, что позволяет легко встраивать различные дополнительные устройства, такие как:

  • схемы защиты от холостого хода и короткого замыкания, что делает эксплуатацию неоновой установки электро- и пожаробезопасной;
  • схема управления выходным током (диммер);
  • схемы управления световым потоком (импульсное включение, плавное зажигание положительного столба газового разряда и т. д.).

Еще одним достоинством электронных трансформаторов является их благотворное влияние на работу неоновых ламп, связанное с особенностями поведения газового разряда на повышенных промышленных частотах.

Во-первых, повышенная частота увеличивает скорость распространения так называемого стриммерно-го разряда, который имеет место в момент зажигания лампы. Поэтому лампы на повышенной частоте зажигаются быстрее, причем напряжение зажигания мало отличается от напряжения горения лампы.

Во-вторых, электрические параметры ламп (напряжение горения, катодное падение напряжения, градиент электрического поля, динамическое сопротивление) отличаются (в сторону уменьшения) от соответствующих характеристик, полученных при эксплуатации на сетевом напряжении.

В-третьих, с ростом частоты увеличивается яркость и срок службы люминофорного покрытия.

Совокупность перечисленных эффектов позволяет, по крайней мере теоретически, повысить нагрузочную способность трансформаторов и срок службы ламп.

Проблемы использования

Сложности, возникающие при применении электронных трансформаторов, обусловлены прежде всего неравномерностью распределения яркости ламп в световой линии и возникновением темных пятен на поверхности люминофора.

Чаще всего неравномерное распределение яркости связывают с неудачным выбором электронного трансформатора и неправильным монтажом. Это верно. Однако возникает вопрос о том, верны ли сами правила, насколько глубоко они отражают своеобразие физических процессов, протекающих в газосветных лампах и электрическом контуре, который включает лампы, трансформатор и элементы конструкции рекламной установки. Кроме того, эти физические процессы самым существенным образом зависят от атмосферных показателей (температура, влажность, осадки), а также параметров сетевого напряжения (изменение номинала напряжения, уровень помех и т. д.). Что касается эксплуатационных характеристик трансформаторов, то они, в известном смысле, унифицированы, поэтому их влияние на работу установки мало зависит от модели конвертера, за исключением некоторых особых случаев, таких как наличие постоянной составляющей в выходном напряжении.

Влияние характеристик конвертеров на работу ламп

Рассмотрим более подробно те особенности электронных трансформаторов, которые существенным образом влияют на безотказность работы световой установки. Под безотказностью будем понимать не только явные отказы, к примеру, выход из строя трансфоматоров, но и параметрические, такие как снижение яркости свечения отдельных ламп в световой линии, образование темных пятен на люминофоре, частичная потеря яркости отдельными лампами, образование слоистого разряда.

Ниже будет показано, что параметрические (медленно развивающиеся во времени) отказы обусловлены: работой конвертеров, выполнением норм их эксплуатации, а также соблюдением технологии монтажа.

Вопросы номенклатуры выпускаемых в мире электронных трансформаторов мы рассматривать не станем, поскольку этому посвящено большое количество литературы и множество публикаций в интернете (на сайтах производителей и дилеров приборов). Опираясь на эти данные, попробуем вычленить те общие особенности конвертеров, позволяющие объяснить эксплуатационные эффекты, с которыми приходится чаще всего сталкиваться на практике.

Итак, главная особенность электронного трансформатора - повышенная частота выходного (высоковольтного) напряжения, которая лежит в диапазоне 18-40 кГц. Хорошо известно, что с ростом частоты снижаются габариты электронного устройства и растут токи утечки по монтажным емкостям, а также уровень излучения проводов (антенный эффект). К примеру, амплитуда токов утечки прямо пропорциональна амплитуде напряжения и частоте (Icm = ωCUcm). Поэтому желательно использовать трансформаторы с минимальными значениями частоты из указанного диапазона. Правда, выполнить данную рекомендацию весьма затруднительно, поскольку этот параметр фирмами-изготовителями не указывается. Некоторые специалисты предлагают косвенно судить о нем по габаритным размерам самих трансформаторов, что не лишено здравого смысла.

Вторая важнейшая особенность конвертеров заключается в том, что в отличие от обычных трансформаторов здесь симметричность формы выходного напряжения вовсе не гарантирована. В основе этого лежит сам принцип построения преобразователя (транзисторного инвертора). Несимметричность вы-ходного напряжения может быть одной из причин миграции ртути в газосветной лампе, вследствие чего наблюдается неравномерность свечения газового разряда: Неудивительно, что разработчики электронных трансформаторов уделяют этому вопросу самое пристальное внимание. Снизить несимметричность можно либо подбором электронных компонентов, либо схемотехнически, либо отбраковкой готовых изделий. Что в любом случае влечет за собой повышение стоимости продукции. Поэтому ожидать от дешевых представителей данного класса трансформаторов хорошей симметрии выходного напряжения не приходится. Кстати, в технической документации, предоставляемой фирмами-изготовителями, информация о несимметричности не прилагается, хотя практически всегда даются указания на отсутствие миграции ртути.

Встает вопрос: кому верить - экспериментальным исследованиям и практике эксплуатации или заявлениям фирм-изготовителей. Будем исходить из предположения, что разработчики наиболее известных фирм прикладывают максимум усилий для снижения несимметричности. И тогда непостоянство симметричности формы выходного напряжения - естественный статистический разброс данной характеристики. Поэтому замена трансформатора на аналогичный в конкретных световых установках часто позволяет решить проблему миграции ртути. Трансформаторы с большим значением несимметричности выходного напряжения (с постоянной составляющей) могут быть успешно использованы для ламп, заполненных неоном, что снижает опасность возникновения слоистого разряда (страт).

Третья особенность работы электронных трансформаторов связана со скачками сетевого напряжения. Специалисты указывают, что 80% выходов из строя конвертеров происходит именно по этой причине. Для повышения работоспособности приходится вводить сетевые фильтры и конденсаторы, вследствие чего возникают искажения при работе трансформаторов в динамическом режиме.

Проявляются они в форме "случайных" нарушений программного цикла.

Четвертая особенность конвертеров обусловлена ложными срабатываниями схем защиты. Замечено, что ложные срабатывания чаще всего связаны с изменением погодных условий, которые могут существенно увеличить токи утечки во внешнем контуре. В результате конвертер переходит в режим перегрузки, что и приводит к его несанкционированному отключению.

Есть еще одна особенность, которая сказывается на работоспособности самого трансформатора. Речь идет о влиянии климатических условий, а если конкретнее - о перегреве и влагопоглощении. Чаще всего корпуса конвертеров пластмассовые. Эти материалы традиционно плохо проводят тепло и набухают в ус-ловиях повышенной влажности и прямых осадков, что создает дополнительные трудности с их размещением в световой установке. В открытом состоянии на улице электронные трансформаторы подвергаются воздействию влаги, что недопустимо, а их размещение внутри световых коробов и букв, а также в витринах может привести к перегреву и выходу из строя транзисторного каскада (инвертора), особенно при отсутствии конвективных потоков. Поэтому конструкцию световой установки необходимо тщательно продумывать, чтобы оптимальным образом соблюсти все требования.

Наиболее неоднозначным является вопрос о нагрузочной способности (максимальной нагрузке) трансформаторов. С одной стороны, проблем нет. Таблицы расчета оптимальной нагрузки существуют и отражены в технической документации. Смущает, однако, то обстоятельство, что они сильно отличаются друг от друга даже при одинаковых выходных параметрах конвертеров. Кроме того, в некоторых случаях рекомендуется снижать реальные нагрузки на 20-25% по отношению к табличным. Это говорит о недостаточно четко разработанных критериях оптимальности и значительной зависимости выходных параметров от стандартов сетевого напряжения. На самом деле верхний предел нагрузки должен зависеть от состояния световой линии в конкретных условиях, что не имеет отношения к конструктивному исполнению самого конвертера.

Заключение

Несмотря на ряд уникальных преимуществ, конвертерная технология содержит в себе потенциальные угрозы нормальной работе ламп, которые связаны прежде всего с повышенной частотой и возможной несимметричностью выходного напряжения.

Повышенная частота приводит к увеличению антенного эффекта и токов утечки на металлические части световой установки, поэтому работу конвертера уже невозможно описать в терминах "источник питания - нагрузка".

Несимметричность выходного напряжения может вызвать миграцию ртути, что и является одной из причин возникновения световой неоднородности в лампах.

В следующей статье - "Особенности конвертеров" будут рассматриваться процессы, протекающие в неоновой лампе и электрическом контуре, и меры, направленные на стабилизацию работы световых установок с их применением.