白熾燈里的學問

發布時間：2016-2-22 16:25 發布者：dgdz2013

維修背景

某公司生產紅、綠燈控制器，所用雙向晶閘管損壞率頗高。快速熔斷器未起保護作用。把晶閘管的額定電流提高數倍后也只是基本解決問題，問我是什么緣故？

我了解了該廠設計的控制電路，分析了白熾燈的電流曲線，只加入了一個小電感，就解決了問題。

白熾燈的電阻

1.原設計方案

公司的工程師介紹了他們的方案：

圖1 原設計方案

所用燈泡的額定數據是：220V，40W。經計算，額定電流是：

IN=40/220=0.18A

電路十分簡單，由雙向晶閘管VT接受紅、綠燈的控制信號，來控制白熾燈，VT的額定電流是0.5A，熔斷器FU的電流起初也選0.5A的。但VT損壞時，FU未起作用，后改選0.2A，仍未起作用，感到奇怪。

2.白熾燈里的秘密

當白熾燈里通入額定電流0.18A時，它所呈現的電阻是：

R=220/0.18=1220Ω

可是，如果用萬用表測量其電阻的話，電阻只有100Ω，只有點亮狀態的1/12，如圖2a）所示。

這是因為，白熾燈在點亮時，燈絲的溫度高達2000℃以上，所以，電阻值很大。在《電工基礎》的教材里，非線性電路的典型負載就是燈泡，其點燃過程中的電流曲線如圖b）所示。剛接通電源時的電流是：

I0=220/100=2.2A=12IN

圖2 白熾燈的電阻
a）冷態電阻b）電流曲線

可見，剛接通電源時，存在著很大的沖擊電流，是正常工作電流的12倍。由于時間非常短暫，并不足以立即損壞晶閘管，但每次沖擊，都可能使晶閘管受到損傷，次數多了，晶閘管就損壞了。至于那熔斷器，因為沖擊電流的時間很短，不足以使熔絲熔斷。

解決方法

1.繞制小電感

用一個高頻磁心，將電線在磁心上繞2~3圈，如圖3a）中的L0所示，然后串聯到電路里，如圖b）所示。

圖3 串聯小電感
a）小電感的制作b）串聯小電感的電路

2.基本分析

因為白熾燈里的沖擊電流持續時間非常短暫，只有若干微秒（μs），相當于一個頻率很高的高頻信號。小電感的感抗是：

XL0=2πf0L0

式中，XL0—小電感的感抗，Ω；f0—沖擊電流的等效頻率，Hz；L0—小電感的電感量，μH。

因為沖擊電流的等效頻率很高，XL0很大，足以把沖擊電流削弱在安全范圍內；但對于50Hz的工頻電流，XL0又非常之小，并不影響紅、綠燈的正常工作。

采用此法后，雙向晶閘管就不再損壞了。

小小體會

小電感在削弱沖擊電流或高次諧波電流方面，效果是十分顯著的。我在應用變頻器的工程里，常常利用小電感來解決問題，成為了我的一個獨特經驗。這次在紅、綠燈控制電路里，是應用小電感削弱沖擊電流的又一個例子。

節選自《張燕賓電工實踐》

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