Термистор NTC 47D-15 для уменьшения пусковых токов в группах ламп накаливания. Расчеты и просчеты.

Обзор для тех, кому, как мне, приходится использовать лампы накаливания (ЛН)

ЛН нравятся мне ценой, простототой конструкции, температурной устойчивостью и высоким качеством света. Не нравятся только тарифы на электроэнергию. Теперь не все могут себе позволить в качестве основного источника света люстру с многими лампами накаливания. Это уже становится роскошью. Поэтому диодные лампы я тоже применяю. Но здесь есть свои нюансы.
Я прикинул, что в связи с последним подорожанием электроэнергии окупаемость диодных ламп наступает уже после 1500 часов их использования (мой расчет для киевских цен). Это в теории. Но вот на практике у меня как-то не получалось выжать хотя бы эту цифру и вопрос окупаемости остается вопросом. Поэтому, да и по тому, что диодную лампу еще не везде можно использовать, я продолжаю держать 2 люстры на ЛН. Кроме того, иногда приятно себя побаловать качественным праздничным освещением, устроить маленькое лето зимой.
Я подготовил свой обзор для тех, кто использует ЛН дома, или в картинной галерее или в фотостудии по 2-3 в группе и хочет продлить срок их службы.

Срок жизни ЛН в значительной степени определяется ударными перегрузками по току в момент их включения, когда сопротивление холодной спирали лампы значительно меньше сопротивления нагретой лампы.

Вот данные о сопротивлениях и токах бытовых ЛН в холодном и горячем состоянии при обычном включении:

40 Вт:
75-1200 Ом, пусковой ток 3 А, рабочий ток 0.19 А, перегрузка в 15.7 раз
60 Вт:
60-806 Ом, пусковой ток 3.8 А, рабочий ток 0.28 А, перегрузка в 13.6 раз
75 Вт:
51-750 Ом, пусковой ток 4.5 А, рабочий ток 0.3 А, перегрузка в 15 раз
100 Вт:
37-530 Ом, пусковой ток 6.2 А, рабочий ток 0.43 А, перегрузка в 14.4 раз
15-кратное превышение! Трудно найти в технике аналогичный пример издевательства над устройствами.

Обычно пусковые токи уменьшают приемами поэтапного подключения, либо специальными активно-пассивными схемами плавного включения. Наиболее простым и доступным методом подавления пусковых токов является использование NTC термисторов — электрических сопротивлений с отрицательной температурной зависимостью. NTC термисторы в холодном состоянии имеют высокое сопротивление, которое уменьшается в 20-60 раз по мере его прогрева за счет проходящего тока через него и нагрузку (в нашем случае — ЛН).
В своем предыдущем обзоре я снимал температурные характеристики и делал подбор термисторов для одиночных ЛН. Оттуда я вынес свое собственное правило подбора — хочешь уменьшить пусковой ток в 3 раза, выбирай термистор мощностью до 1 Вт с сопротивлением в 2 раза большим сопротивления холодной ЛН. Казалось бы, почему тогда не выбрать сопротивление, большее в 5-10 раз и получить почти рабочий ток на пуске? Да просто потому, что при установившемся токе лампы на сопротивлении высокоомного термистора будет рассеиваться энергия, уже превышающая допустимую Wмах. Возможны варианты уменьшения пусковых токов более, чем в 3 раза, но для этого уже нужны более высокоомные и более мощные термисторы.
Подобрать нужный термистор можно по справочным данным, в которых указаны сопротивление термистора при 25˚С — R25, максимальный установивший ток — Iмакс и сопротивление при максимальном установившемся токе Rмах. Два последних параметра определяют максимальную мощность рассеивания термистора Wмах = Iмакс ^ 2 * Rмах.

Для люстр и других многоламповых светильников нецелесообразно ставить термистор на каждую лампу. Термистор подбираем один для группы ламп (см. схему электрическую люстры).


Как уже говорилось, для эффективного подавления пускового тока сопротивление термистора в схеме должно быть в 2 или больше раз сопротивления группы холодных параллельно соединенных ЛН. Сопротивление группы из n параллельно соединенных одинаковых ламп в n раз меньше сопротивления одной лампы. В рабочем режиме сопротивление термистора значительно меньше сопротивления горячей лампы. Поэтому ток через термистор приблизительно равен сумме рабочих токов используемых ламп. Этот ток определяет нагрев термистора и, в конечном счете, его применимость.

Формулы расчета пусковых и рабочих токов
защитных термисторов и ламп накаливания

Ток через термистор: Iтерм = 230 / (Rтерм+Rлампы / n).
Ток через лампу: Iлампы = Iтерм / n,
где n — количество параллельно соединенных ламп.

Еще до покупки термистора я провел эти расчеты для групп из 2-3х ламп мощностью 40-100 Вт и пришел к выводу, что термистор номиналом 47 Ом может покрыть мои запросы на 2-4-кратное подавление пусковых токов. Ближайшие номиналы из интернета — 30 и 80 Ом уже находились на грани желаемого как по мощности, так и по сопротивлению.

Данные расчетов для термистора 47 Ом приведены в первых 4 колонках таблицы. Расчетный эффект снижения пусковых токов в 2-5 раз меня устраивал. Оставалось столкнуть теорию с жизнью — затовариться термистором NTC 47D-15, провести тестирование и заполнить 5-ю колонку таблицы.



Расчеты сделаны, далее идет рассказ о просчетах. В интернете был сделан заказ на 10 штук NTC 47D-15. Через месяц я получил пакетик с термисторами.



Входной контроль сопротивлений термисторов меня озадачил. Из 10-ти термисторов только 1 имел сопротивление 47 Ом. Остальные находились в диапазоне 37-76 Ом. Но потом я даже порадовался, что заимел такой набор номиналов для экспериментов и подгонки под разные нагрузки.

Термистор на 47 Ом я тестировал токами от 0 до 2.8 А. Измерял ток, напряжение на термисторе и температуру. По этим данным построил графики изменения сопротивления и температуры а также заполнил 5-ю колонку таблицы. Графики имеют типичную для термисторов форму, но есть особенность, которая немного огорчает. Термистор оказался «дубовым», т.е. с малым термическим коэффициентом изменения сопротивления.

Из графиков и последней строки в таблице видно, что купленный мною NoName термистор при токе 1.3 А нагревается до 125 градусов, поскольку для данной температуры он имеет достаточно высокое сопротивление (3 Ом). Минимальное сопротивление этого термистора 2 Ом достигается на предельно допустимой температуре эксплуатации 170 градусов. Даже в этом предельном случае соотношение сопротивлений холодного и горячего термистора составляет всего 24 (47 / 2). Это мало по сравнению с справочными данными для фирменного NTC MF72-47D15, у которого это соотношение 47 / 0.68 = 69. Этот термистор только при токе 3 А рассеивает мощность 3 ^ 2 * 0.68 = 6.1 Вт. Тогда как купленный мною NoName делает это уже на токе 1.4 А.

Если говорить о возможности использования фирменного термистора, то он бы обеспечил всю таблицу даже с запасом как по току, так и по температурному режиму. Купленный мною термистор при подключении на группу из 3-х ламп по 100 Вт работает с перегрузкой и при высокой температуре (см. последнюю строку таблицы). Его можно использовать, но с оглядкой на перегрев соседних с термистором элементов.

У себя в 2-х люстрах, состоящих из ламп 3*60 + 2*40 и 3*60 Вт я поставил эти термисторы в чашках люстр. Тем самым подавил пусковые токи в 3 раза. Все работает штатно, замечаний нет.

Выводы, которые я делаю под конец:

— термистор NoName NTC 47D15 можно использовать для 3-4-кратного ограничения пускового тока групп ЛН мощностью 40-100 Вт в люстрах.
— покупая NoName термистор, следует проверять номиналы. Разброс номиналов, указанный в справочнике может превышаться в 5 раз. Иногда большие разбросы бывают кстати, поскольку продавец, продавая некондицию, может прислать и более подходящий номинал.
— термисторы неизвестного производителя нужно тестировать на температурную чувствительность и нагрев в пределах рабочих токов.
Благодарю за внимание, надеюсь, что кто-то воспользуется моим опытом.