Home


 
Неон. Трансформатори.

Говоритись тут буде в основному про газосвітні трубки і те, що дає їм можливість засвітитися - високовольтні трансформатори.
Розгляд ведеться з точки зору забезпечення свічення - що корисно робити, щоб трубка могла засвітитися й горіти так, як намічалося, а трансформатор не виходив із ладу.

Дещо про основи

Свічення трубок, як відомо, має бути різних кольорів. Цього можна добитися вибором газу, за рахунок кольоровості скла, з допомогою люмінофорів, а також комбіновано - з кольоровим склом і люмінофором одночасно.
Вибором газу добитися можна небагато, бо реальний вибір газів дуже скромний - на практиці це неон і аргон. Інші варіанти достатньо рідкісні.
Вибором кольору скла можна добитися багато, але щоб колір скла давав найкращий ефект - треба, щоб свічення газу в трубці було білим або близьким до білого. Для чистих газів у режимі тліючого розряду, в якому вони працюють у газосвітних трубках, світло далеке від білого. Істотно полегшуються ці проблеми добавкою парів металів, які мають помітне випаровування при звичайних температурах. Після такої добавки спектр випромінювання стає достатньо широким, щоб можна було кольором скла ефективно регулювати колір свічення.
Люмінофори дають дуже великі можливості. Колір можна дістати практично будь-який. Працювати люмінофори можуть за рахунок того, що газовий розряд у трубці випромінює не тільки видиме світло, а й ультрафіолет. Саме ультрафіолет і примушує люмінофори світитися. Згадана вище добавка парів корисна і для посилення ультрафіолетової складаючої.
Корисна вона і тим, що знижується напруга загорання і горіння розряду в трубці.

1. Про одну з причин пробою трансформаторів.

Уже в кількох випадках ми бачимо, що добавка парів - це добре. Але є у них і значний недолік, бо відомо, що випаровування сильно залежить від температури. Отже кількість тих парів у трубці залежить від температури. В літню спеку їх буде явно більше, ніж у зимові морози.
З цього витікає, що умови для газового розряду в спеку і в морози будуть різні. Якби від цього залежала тільки яскравість свічення, це не мало би такого великого значення. Але від цього залежить і напруга загорання розряду. А це вже сер'йозно, бо може статися так, що той розряд і зовсім не загориться. Для нього просто не вистачить напруги трансформатора. А якщо розряд не загориться, то трубки не будуть світитися. Це вже погано, бо трубки ставлять для того, щоб вони світилися. Але є ще одна неприємність - трансформатор тоді опиниться в режимі холостого ходу. А в такому режимі йому довго не можна бути. На довгочасний холостий хід він не розрахований і якщо нема схеми захисту, а так буває часто заради "сьогоднішньої" економії, то він має великі шанси пробитися і вийти з ладу.

Що робити?
1. Якщо світло може бути червоним, то слід подумати - а чи не взяти просто трубки з чистим неоном? Свічення безсумнівно гарне, а проблем із температурою менше.
2. Якщо червоного не досить, а блідий колір аргону теж не тішить і без парів металу не обійтись, то треба робити так, щоб на кожному трансформаторі "висіло" по кілька послідовно ввімкнутих трубок. Вся справа в тому, що напруга загорання послідовно ввімкнутих трубок зовсім не дорівнює сумі їх напруг загорання. Вона явно менша. Тут нема жодного порушення законів електротехніки. Просто трубки при загоранні пробиваються не одночасно. Спочатку одна, в силу різних причин найслабша. Після цього напруга на ній падає, на інші тоді дістається вже більше, пробивається наступна і т.д. Щось типу лавини.
3. Якщо цих варіантів не досить, то є ще способи, пов'язані з розумінням механізмів пробою. Але це вже "ноу хау".

Висновки.
Якщо Ви поставили в теплий сезон "неон" і все кілька місяців чудово світило, а в зимовий час раптом пробився трансформатор - не спішіть звинувачувати фірму "Tecnolux" або продавця за погані трансформатори і вимагати заміну по гарантії. Бо скоріше всього, що вони в цьому нітрохи не винні.

2. Про напруги трансформаторів.

Треба чітко розуміти, що робоча напруга трансформатора дуже сильно відрізняється від напруги холостого ходу. Того самого холостого ходу, в якому трансформатору довго бути не можна. Бо він може пробитися. Але в нормальних умовах, при підключенні до трансформатора точно придатних для нього трубок, ця напруга на ньому ніколи й не з'являється, бо напруга загорання тих трубок мусить бути істотно меншою, ніж напруга холостого ходу. Робоча ж напруга ще менша, бо у тліючому газовому розряді, а у нас він саме такий, напруга горіння неодмінно істотно менша, ніж напруга загорання. Внаслідок усього цього напруга горіння, вона ж робоча, виходить приблизно в два рази меншою, ніж напруга холостого ходу. Отже якщо ви взяли трансформатор на 10 кіловольт, то його робоча напруга буде біля 5 кіловольт. Куди подівається половина напруги? Гасне на внутрішньому опорі вторинної обмотки трансформатора. Велика кількість витків та ще й на феромагнітному сердечнику створюють солідну індуктивність, на реактивному опорі якої лишня напруга й падає.
Тут стає ясно, чому трансформатор не любить холостого ходу. Конструктори чудово розуміли, що в робочому режимі напруга набагато менша і цілком логічно вирішили, що можна помітно зекономити, розрахувавши трансформатор саме на таку, робочу напругу.
Що їм заважало маркувати трансформатор "чесно" по робочій напрузі? Той факт, що робоча напруга залежить в першу чергу від трубки. Це, по суті, характеристика трубки, а не трансформатора. А коли згадати принагідно, що двох однакових трубок не буває і їхні робочі напруги не можна точно передбачити, то стає ясно, що такий параметр вони не могли задати.
Природно, що у трансформатора є ще і первинна обмотка, а у неї своя - вхідна напруга. Тут усе чітко - робоча саме така, як указано. Тільки зверніть увагу, що фірма "Tecnolux" вказує 230 вольт, а не 220, до яких у нас сильно звикли.
Із вхідною напругою можуть бути ті проблеми, що вона у нас в електромережі буває нестабільною. А в зимовий морозний час, коли всі вмикають все, що світить і гріє, вона може сильно падати. Цифра 190 тоді не дивує. Воно би і нехай, але коли зменшити вхідну напругу - неминуче зменшується і вихідна - на вторинній обмотці.
При зимових падіннях вхідної напруги головна проблема в тому, що якраз тоді у трубок із добавкою парів металу істотно зростає напруга загорання. І якщо напруга загорання із-за морозу йде вгору, а напруга на вторинній обмотці із-за падіння напруги в мережі йде вниз - друга може стати меншою, ніж перша. І тоді трубка не засвітиться, а трансформатор опиниться в режимі холостого ходу. З наступним пробоєм.

Що робити?
В місці, де ставлять "неон", треба знати напругу в електромережі. І перевіряти, чи гарантується нормальна робота при крайніх її значеннях. Якщо по-чесному, то перевіряти слід би при одночасному поєднанні крайнього для цього місця морозу і мінімальної напруги в електромережі. Слово "би" тут не даром, бо ясно, що організаційно це важко зробити. Досить того, що "скільки там тої зими...", а проводити випробування в морозильних камерах далеко не всім доступно.
Тому треба боротися за зниження напруги загорання. Для перевірки на низьких напругах мережі теж зовсім не обов'язково чекати зими - простіше й краще знайти прилад, який у нас називається "ЛАТР". Тобто автотрансформатор із плавним регулюванням напруги. Плюс вольтметр змінного струму на 250 вольт. І випробувати свій неон, ввімкнувши трансформатор через ЛАТР і давши йому ті самі крайні межі напруг.

Висновки.
Якщо Ви поставили в теплий сезон "неон" і все кілька місяців чудово світило, а в зимовий час раптом пробився трансформатор - виясніть, чи було все перевірене на працездатність при крайніх напругах у електромережі. Не спішіть звинувачувати фірму "Tecnolux" або продавця і вимагати заміну по гарантії. Бо скоріше всього, що вони в цьому нітрохи не винні.

3. Про струми трансформаторів (трубок)

Досвід показує, що коли ти бачиш у інструкції для зробленого в Європі предмета запис типу: "струм такий, межі відхилення такі", то це означає, що вони мають бути саме такі. Без дискусій! Фірма "Tecnolux" для своїх трансформаторів дає межі від -20% до +7% від номіналу. Отже саме в такі межі треба вкластися. Якщо це буде забезпечено і трансформатор буде правильно поставлений - після того про нього можна буде забути, а він про себе нагадувати теж не буде.
Трансформатори підбираються під наявні трубки. Потреби трубки можна оцінити через її довжину, діаметр, склад і густину газу в ній. Добре відомі таблиці й графіки з так званими "електричними метрами". По цих таблицях і графіках можна визначити, який трансформатор підходить для даної трубки. Це метод хороший, але, на жаль, не дуже точний. Шанси не попасти досить реальні.
Тому струм необхідно міряти, тільки замір дає гарантію.
Задача проста: підібрати для наявних трубок такі трансформатори, щоб при можливих змінах напруги в електромережі струм залишався в допустимих межах. Тобто, щоб він був у тих межах і при нормальних 230 вольт, і при можливих у морози 190.
Ще раз наполегливо рекомендуємо мати в своєму господарстві ЛАТР. Вмикаєте трансформатор через нього, даєте йому від 190 до 235 вольт і дивитесь результати по міліамперметру, ввімкнутому послідовно з трубками. Робите висновки і приймаєте рішення.
Гірше, якщо ці висновки і рішення треба робити не у себе при господарстві, а десь на об'єкті у клієнта. Тоді є три варіанти поведінки.
Перший, він же кращий - знайти невеликий ЛАТР і користуватися ним на виїздах. Ви ж навряд чи будете їхати туди на трамваї. Бо коли, наприклад, Вам треба десь замінити згорілий трансформатор, то Ви ж просто зобов'язані підозрювати, що згорілий був не в режимі. Отже там треба буде трансформатор не просто ставити, а знову підбирати. А це значить, що Вам треба буде везти туди трансформатор не тільки того номіналу, який там згорів, а й хоч парочку з відхиленням вгору і вниз від того номіналу. Вам доведеться їхати автомобілем. Так що Вам заважає, везучи все це, прихопити й ЛАТР із вольтметром?
Другий, він же гірший, бо з меншою точністю - малювати графік. Міряєте напругу в електромережі і струм у трубці. Ставите точку на графіку, де по горизонталі напруга, а по вертикалі - струм. Потім другу точку ставите там, де напруга 80 вольт, а струм - 0. З'єднуєте ці точки прямою. Вважаєте цю пряму графіком залежності струму в трубці від напруги в мережі. Дивитеся, що у Вас буде при 190 - 235 вольт. Неточність тут із-за того, що у різних трубок буде різною друга точка графіка. Точка нуля. Може бути при 50 вольт, а може й при 100.
В реальності графік залежності струму від напруги складніший. Але незмінними залишаються два факти:
а) на участку біля номінального струму цей графік можна вважати прямою,
б) струм у трубці міняється більше, ніж міняється напруга. Тому, якщо допустимий діапазон струмів у нас 27% - діапазон вхідних напруг має бути меншим. Так воно ї є, згадані вище межі 190 - 235 вольт дають діапазон зміни у 21%.
Третій варіант найпростіший. Якщо напруга в електромережі виявилась якраз точно 230 вольт і Ви бачите при цьому якраз точно номінал струму на міліамперметрі - можна заспокоїтися. Це підходить. Не підходить тут тільки те, що "якраз точно" буває чомусь не завжди.

Що робити?
Освоїти роботу з ЛАТР дома й на виїзді.

Висновки
Треба мати ЛАТР і організувати роботу з ним.

4. Трансформатор-трубочна вольт-амперна характеристика

Будь-який електроприлад, на який можна подати напругу, має вольт-амперну характеристику. Тобто залежність струму від напруги. Має її окремо трансформатор. Має її окремо трубка. Має, отже, і комплекс трансформатора з підключеною трубкою. Оскільки в реальному житті нам якраз потрібно забезпечити допустимий діапазон струмів при малозалежному від нас діапазоні напруг у електромережі, то нас має цікавити саме така вольт-амперна характеристика - залежність струму у трубці від напруги в електромережі, тобто на первинній обмотці трансформатора. Назвемо це трансформатор-трубочною вольт-амперною характеристикою або скорочено - ТТ-ВАХ. Від напруги на трубці пропонується абстрагуватися, бо її й міряти занадто важко, потрібна така екзотика, як високовольтний вольтметр, і толку з тих замірів не дуже багато. Адже якщо ми маємо у трубці правильний струм, то тим самим ми маємо в ній і правильну напругу. Що нам дасть знання конкретних цифр? Для дослідника щось таки дасть, а для практика? Зате поміряти вхідну напругу на первинній обмотці зовсім не важко, потрібні прилади абсолютно доступні. Із заміром струму теж нема істотних проблем. Єдина проблема - там, де треба міряти, є висока напруга. Це природно, накладає обмеження на процес виміру. Міліамперметр можна брати звичайнісінький, але його тоді треба ставити так, щоб гарантувати ізоляцію. Краще мати безконтактний міліамперметр. Ця річ дорожча, але зате дуже зручна. Особливо зручний він у "похідних" умовах, тобто десь на об'єкті у клієнта. Там буває важко "вставити" міліамперметр. Зручний він і тоді, коли треба робити заміри на великих вивісках із десятками трансформаторів. 
Отже, схема для заміру ТТ-ВАХ така:

 Результати заміру будуть мати приблизно такий вигляд:

Позначення:
I трубки - струм.у трубці.
U o - була згадана в розділі про струми, там, де рекомендувалось малювати графіки. Це уявна точна на перетині продовження графіка струму з горизонтальною віссю.
U заг. - це напруга на первинній обмотці, при якій трубка уже загорається. Показник вельми важливий. Зрозуміло, що чим він менший, тим краще. Але якщо у ваших трубках є пари металу - не спішіть сильно радіти малим значенням. На морозі точка рішуче посунеться вправо. На рисунку це показано синім кольором. Добре би наперед знати, чи не зсунеться вона при цьому за 190 вольт. Ідеально було би для цього зняти ТТ-ВАХ на відповідному морозі. Та в реальному житті це не дуже реально. Рекомендації були вище.
Безпосереднє використання ТТ-ВАХ зрозуміле з наступного рисунка. Дивимось, чи попадає вхідна напруга в допустимі межі при струмах трубки в заданих межах. Якщо попадає - трансформатор для трубок підходить. Якщо ні, то дивимось, куди пішла, вгору чи вниз і беремо для проби інший трансформатор.

Зображення ТТ-ВАХ корисне для розуміння, але на практиці з'йомка ТТ-ВАХ зовсім не означає необхідність кожен раз малювати графіки. Цілком достатньо записати цифри напруги загорання і пари струм-напруга для потрібних точок. Тобто для номінального струму і для +7 і -20%.
Увага: якщо ви записуєте напругу загорання, то для трубок з парами ця цифра безглузда без згадки про температуру середовища, в якому стоять трубки. Запишіть і її. Хоч приблизно.
А тепер, якщо ви для підібраного комплекту ці дані ще зумієте зберегти так, щоб при можливих у майбутньому проблемах могти їх легко знайти, то вони можуть вам немало допомогти. Якщо, наприклад, ви приїдете через рік на об'єкт, де все-таки згорів трансформатор і, знову знявши там ТТ-ВАХ, побачите, що вона стала істотно іншою і треба наново підбирати комплект - вам доведеться зробити висновок, що трубки "попливли". Ви будете знати це точно, а точне знання завжди корисне. Якщо ж ТТ-ВАХ збереглася, то причина уже в трансформаторі. В ньому самому або в тому, що він був у неправильних умовах.
Увага: якщо при такому повторному замірі Ви побачите, що пари струм-напруга не змінилися, а напруга загорання стала помітно іншою, то не спішіть робити висновки про зміни в трубках. Напруга загорання залежить від багатьох зовнішніх для трубок речей. Якісь зміни Ви можете й не помітити. Це буде інформація не про зміни в трубках, а про зміни у вивісці. Це теж корисно, але важче аналізувати.

Що робити?
Знімати ТТ-ВАХ і зберігати її для підібраних комплектів.

Висновки
Підібрані комплекти трансформатор-трубки повинні мати паспорт. В ньому крім дати, виконавця і ще чогось корисного треба записувати і ТТ-ВАХ. Форма паспорта - не головне, кількість екземплярів може бути різною, але краще не менше двох. Щоб один був і на об'єкті, при трансформаторі.

5. Ще про напруги і рівномірність свічення.

Не раз говорилося, що напруга загорання вища, ніж напруга горіння, вона ж робоча. А на ТТ-ВАХ виходить ніби навпаки - робоча явно вища, ніж загорання. Протиріччя тут нема, бо скрізь, де говорилося, що напруга загорання більша робочої - малася на увазі напруга на трубці і на вторинній обмотці трансформатора. А в ТТ-ВАХ показана напруга первинної обмотки. Що зовсім не одне і те ж.
Для ясності приводимо криві напруг і струму на вторинній обмотці трансформатора (у трубках).

Першою дано напругу холостого ходу. На вторинній обмотці нормального трансформатора це мусить бути класична синусоїда. Обидві півхвилі синусоїди відрізняються тільки полярністю.
Різко складніша крива робочої напруги на трубці, в якій при роботі існує нормальний тліючий розряд.
Спочатку треба відмітити, що в такій трубці в кожен півперіод змінної напруги розряд певний час не горить, потім загорається, певний час горить, а потім знову гасне - до повторення того ж у наступному півперіоді. Оскільки частота в електромережі 50 герц - трубка повторює такі цикли з частотою 100 герц.
Кожен такий цикл складається з кількох фаз.
Перша фаза - від 0 до точки А. Розряд іще не загорівся, струм не йде, навантаження нема, а тому напруга просто росте по синусоїді.
Друга фаза настає в точці А - це напруга загорання розряду в трубці. З'являється і дуже швидко росте струм. Із-за цього починає діяти внутрішній опір вторинної обмотки трансформатора і так само швидко падає напруга. Аж до точки В, де вона благополучно досягає напруги горіння.
Третя фаза настає зразу ж після цього. Далі струм міняється, але вже плавно. Теж плавно, але набагато менше міняється напруга на трубці. На кривій видно "плато".
Четверта фаза починається в точці С. Напруга спадає до напруги гашення розряду. Певний час розряд іще підтримується за рахунок накопиченої в індуктивності обмотки енергії, але струм швидко падає до нуля. Напруга після того йде по спадаючому участку синусоїди від С до 0.

Струм і свічення газу існують лише на участку від А до С.

А тепер час поговорити про рівномірність свічення. Коли ми дивимось на трубку, ми повинні бачити рівномірне в часі тобто немигаюче світло. Коли дивитися прямо, миготіння рідко буває видно - слід подивитися на трубку боковим, периферійним зором. Периферійний зір у людини різко чутливіший до миготіння. Якщо при такому розгляді ми побачимо сильне миготіння - це повинно привести нас до висновку, що напруга загорання у трубки занадто висока.
Такий висновок пояснюється наступними графіками.

Якщо напруга загорання занадто висока, то точка А опиняється на верхньому, вже пологому участку синусоїди. Гашення теж відбувається на верхній, пологій частині синусоїди. Із цієї обставини виходять два наслідки:
а) розряд існує в трубці тільки малу частину часу, а це само по собі веде до помітності миготіння;
б) із-за пологості верхнього участка синусоїди будь-які зміни її амплітуди, а вони в електромережі завжди є, приводять до помітних змін часу існування розряду, а це теж веде до помітності миготіння.
Миготіння саме по собі - річ непотрібна і буває неприємним. Але якби було тільки воно - це була би невелика проблема. Головне те, що наявність миготіння говорить про надмірно високу напругу загорання. А це вже проблема, бо тоді, як видно із рисунка, напруга на трубці починає мало відрізнятися від напруги холостого ходу. В якому, як відомо, трансформатору не слід бути довго.

Що робити?
1. Контролювати свої вивіски на миготіння. Неважко це робити і з вивісками, які вже стоять у клієнта і світяться. Легко (і варто!) це робити, коли на вулиці мороз. Затрат майже ніяких, а проблеми можна помітити ще до того, як їх треба буде розв'язувати.
Для успішності такої роботи слід перед тим потренувати свої очі. Для цього треба які-небудь трансформатор із трубкою підключити через ЛАТР і добитися номінального струму. Прямим і периферійним зором подивитися, як при цьому виглядає свічення. Потім виставити напругу, злегка більшу від напруги загорання. Миготіння стане явно більшим. Роздивіться його прямим і периферійним зором, "запам'ятайте ворога в лице". Це саме те, чого Вам краще не бачити у своїх клієнтів.
2. Якщо миготіння помічене - подивитися чи правильний струм у трансформатора. Якщо він занижений, то все просто - тоді треба підібрати інший трансформатор.
3. Якщо є миготіння, а струм не менший номіналу - доведеться боротися за зниження напруги загорання. Про це було вище.