Ещё одна "вечная" лампа, а точнее, светильник
Помню, где-то в начале 90-х один автор очень активно продвигал в радиолюбительских журналах идею питания ламп накаливания от сети через диод для продления их срока службы. Внося небольшие изменения в схемы и типы применяемых диодов, он публиковал статью за статьёй. Одна из его схем мне очень понравилась, и я даже её повторил и несколько лет эксплуатировал. Две клавиши настенного выключателя включаются последовательно, а параллельно каждой из них ставятся навстречу друг другу диоды. При нажатии одной клавиши (любой) лампа включается через один из диодов, и лампа горит на половинной мощности. При нажатии обеих клавиш лампа включается напрямую, а диоды уже оказываются зашунтированы и никак в работе схемы не участвуют. Никакая плата этому нехитрому устройству не требуется, диоды очень легко монтируются на выключатель винтами к его клеммам, требуется всего одна пайка. Но однажды лампа запела у меня над головой (в ней образовалась дуга), я на всякий случай отключил одну из клавиш, лампа опасно замигала, запела другим голосом и заклокотала. Я отключил и другую клавишу, но в лампе некоторое время продолжались какие-то процессы. В конце концов она погасла. Когда я вкрутил новую лампочку, её уже невозможно было полностью выключить - один из диодов пробился. Так что пришлось мне это устройство разобрать.
В той же статье был описан и другой способ продления жизни ламп накаливания - подключение двух последовательно соединённых ламп между разными фазами сети. В таком случае на каждой лампе вместо 220 В оказывается 380/2=190 В, и мощность каждой из ламп оказывается равной около 0,75 от номинальной. По сравнению с включением лампы через диод здесь два преимущества: лампа не мигает с частотой сети, и мощность каждой лампы ближе к номинальной, т.е. светоотдача получается не запредельно низкой. Недостатки в том, что доступ к двум фазам сети есть не везде, и при перегорании одной из ламп гаснут обе. Иногда эта схема используется и при подключении к одной фазе, но светоотдача получается очень низкая: две лампы по 200 Вт светят примерно так же, как одна лампа на 40 Вт, а потребляют при этом чуть более 100 Вт. При включении ламп через диод также есть смысл использовать две лампы, причём каждую лампу включать через свой диод, а полярности включения диодов сделать разными. Тогда лампы будут мигать в противофазе, и в общем световом потоке мелькания почти не будут заметны.
И вот я задумался: а как совместить достоинства этих схем? Сделать так, чтобы две лампы в один полупериод сетевого напряжения соединялись параллельно друг другу, а в другой полупериод - последовательно. А можно добавить пару ламп, которые будут работать в противофазе с первой парой, т.е. будут соединяться последовательно в те моменты времени, когда первая пара соединена параллельно. Стал думать, схема нарисовалась не сразу. В конце концов получилось вот это.
Конечно, сразу возникает вопрос: а не многовато ли диодов на один светильник? Действительно, я ожидал, что их будет гораздо меньше, а вышло вот так. Возможно, я выбрал не самую простую схему, и что-то можно упростить. Ожидается, что каждая лампа будет потреблять около 0,625 своей номинальной мощности, поэтому яркость такого светильника получится раза в полтора больше, чем у светильника с двумя диодами на лампах той же мощности.
20.01.2016.[P.S. О мощности светильника] Что-то совсем я запутался с этим светильником. Какая у него получится мощность? Есть два пути расчёта: рассмотреть одну лампу и обобщить на весь светильник (ибо все лампы в нём равноправны) или рассматривать светильник целиком в течение каждого из полупериодов, а потом усреднить потребляемую за период мощность. И странно то, что результаты получаются разные.
1. Рассматривая одну лампу, получим, что в один из полупериодов лампа светит в полную силу, а в другой полупериод потребляет вдвое меньший ток при вдвое меньшем напряжении, т.е. мощность в четыре раза меньше номинальной. В каждом из этих состояний лампа находится ровно половину периода, поэтому каждую из этих мощностей нужно разделить на два, и полученные мощности сложить. Получается, что каждая лампа потребляет 1/2+(0,25/2)=0,625 своей номинальной мощности, а поскольку все лампы равноправны, то то же самое можно сказать и про весь светильник.
2. Теперь сразу рассмотрим весь светильник. В один полупериод две лампы из четырёх светят в полный накал, т.е. потребляют мощность, равную половине мощности всех ламп. Две другие лампы потребляют от сети ток, вдвое меньший номинального тока через одну лампу, т.е. в сумме потребляют мощность, равную половине мощности одной лампы, т.е. четвёртую часть их суммарной мощности, или восьмую часть суммарной мощность всех ламп. В следующий полупериод половины светильника меняются местами, но в целом ничего не меняется. Таким образом, 1/2+1/8=0,625.
Результаты совпали. А пока в уме всё это считал, результаты не совпадали. Таким образом, если делать светильник на четырёх лампах по 25 Вт, то его суммарная мощность его получится 62,5 Вт. При простом включении ламп через диод получилось бы 50 Вт, а при последовательно-параллельном соединении четырёх ламп - 25 Вт.
В той же статье был описан и другой способ продления жизни ламп накаливания - подключение двух последовательно соединённых ламп между разными фазами сети. В таком случае на каждой лампе вместо 220 В оказывается 380/2=190 В, и мощность каждой из ламп оказывается равной около 0,75 от номинальной. По сравнению с включением лампы через диод здесь два преимущества: лампа не мигает с частотой сети, и мощность каждой лампы ближе к номинальной, т.е. светоотдача получается не запредельно низкой. Недостатки в том, что доступ к двум фазам сети есть не везде, и при перегорании одной из ламп гаснут обе. Иногда эта схема используется и при подключении к одной фазе, но светоотдача получается очень низкая: две лампы по 200 Вт светят примерно так же, как одна лампа на 40 Вт, а потребляют при этом чуть более 100 Вт. При включении ламп через диод также есть смысл использовать две лампы, причём каждую лампу включать через свой диод, а полярности включения диодов сделать разными. Тогда лампы будут мигать в противофазе, и в общем световом потоке мелькания почти не будут заметны.
И вот я задумался: а как совместить достоинства этих схем? Сделать так, чтобы две лампы в один полупериод сетевого напряжения соединялись параллельно друг другу, а в другой полупериод - последовательно. А можно добавить пару ламп, которые будут работать в противофазе с первой парой, т.е. будут соединяться последовательно в те моменты времени, когда первая пара соединена параллельно. Стал думать, схема нарисовалась не сразу. В конце концов получилось вот это.
Конечно, сразу возникает вопрос: а не многовато ли диодов на один светильник? Действительно, я ожидал, что их будет гораздо меньше, а вышло вот так. Возможно, я выбрал не самую простую схему, и что-то можно упростить. Ожидается, что каждая лампа будет потреблять около 0,625 своей номинальной мощности, поэтому яркость такого светильника получится раза в полтора больше, чем у светильника с двумя диодами на лампах той же мощности.
20.01.2016.[P.S. О мощности светильника] Что-то совсем я запутался с этим светильником. Какая у него получится мощность? Есть два пути расчёта: рассмотреть одну лампу и обобщить на весь светильник (ибо все лампы в нём равноправны) или рассматривать светильник целиком в течение каждого из полупериодов, а потом усреднить потребляемую за период мощность. И странно то, что результаты получаются разные.
1. Рассматривая одну лампу, получим, что в один из полупериодов лампа светит в полную силу, а в другой полупериод потребляет вдвое меньший ток при вдвое меньшем напряжении, т.е. мощность в четыре раза меньше номинальной. В каждом из этих состояний лампа находится ровно половину периода, поэтому каждую из этих мощностей нужно разделить на два, и полученные мощности сложить. Получается, что каждая лампа потребляет 1/2+(0,25/2)=0,625 своей номинальной мощности, а поскольку все лампы равноправны, то то же самое можно сказать и про весь светильник.
2. Теперь сразу рассмотрим весь светильник. В один полупериод две лампы из четырёх светят в полный накал, т.е. потребляют мощность, равную половине мощности всех ламп. Две другие лампы потребляют от сети ток, вдвое меньший номинального тока через одну лампу, т.е. в сумме потребляют мощность, равную половине мощности одной лампы, т.е. четвёртую часть их суммарной мощности, или восьмую часть суммарной мощность всех ламп. В следующий полупериод половины светильника меняются местами, но в целом ничего не меняется. Таким образом, 1/2+1/8=0,625.
Результаты совпали. А пока в уме всё это считал, результаты не совпадали. Таким образом, если делать светильник на четырёх лампах по 25 Вт, то его суммарная мощность его получится 62,5 Вт. При простом включении ламп через диод получилось бы 50 Вт, а при последовательно-параллельном соединении четырёх ламп - 25 Вт.