白炽灯里的学问

维修背景

某公司生产红、绿灯控制器，所用双向晶闸管损坏率颇高。快速熔断器未起保护作用。把晶闸管的额定电流提高数倍后也只是基本解决问题，问我是什么缘故？

我了解了该厂设计的控制电路，分析了白炽灯的电流曲线，只加入了一个小电感，就解决了问题。

白炽灯的电阻

1.原设计方案

公司的工程师介绍了他们的方案：

图1 原设计方案

所用灯泡的额定数据是：220V，40W。经计算，额定电流是：

IN=40/220=0.18A

电路十分简单，由双向晶闸管VT接受红、绿灯的控制信号，来控制白炽灯，VT的额定电流是0.5A，熔断器FU的电流起初也选0.5A的。但VT损坏时，FU未起作用，后改选0.2A，仍未起作用，感到奇怪。

2.白炽灯里的秘密

当白炽灯里通入额定电流0.18A时，它所呈现的电阻是：

R=220/0.18=1220Ω

可是，如果用万用表测量其电阻的话，电阻只有100Ω，只有点亮状态的1/12，如图2a）所示。

这是因为，白炽灯在点亮时，灯丝的温度高达2000℃以上，所以，电阻值很大。在《电工基础》的教材里，非线性电路的典型负载就是灯泡，其点燃过程中的电流曲线如图b）所示。刚接通电源时的电流是：

I0=220/100=2.2A=12IN

图2 白炽灯的电阻
a）冷态电阻b）电流曲线

可见，刚接通电源时，存在着很大的冲击电流，是正常工作电流的12倍。由于时间非常短暂，并不足以立即损坏晶闸管，但每次冲击，都可能使晶闸管受到损伤，次数多了，晶闸管就损坏了。至于那熔断器，因为冲击电流的时间很短，不足以使熔丝熔断。

解决方法

1.绕制小电感

用一个高频磁心，将电线在磁心上绕2~3圈，如图3a）中的L0所示，然后串联到电路里，如图b）所示。

图3 串联小电感
a）小电感的制作b）串联小电感的电路

2.基本分析

因为白炽灯里的冲击电流持续时间非常短暂，只有若干微秒（μs），相当于一个频率很高的高频信号。小电感的感抗是：

XL0=2πf0L0

式中，XL0—小电感的感抗，Ω；f0—冲击电流的等效频率，Hz；L0—小电感的电感量，μH。

因为冲击电流的等效频率很高，XL0很大，足以把冲击电流削弱在安全范围内；但对于50Hz的工频电流，XL0又非常之小，并不影响红、绿灯的正常工作。

采用此法后，双向晶闸管就不再损坏了。

小小体会

小电感在削弱冲击电流或高次谐波电流方面，效果是十分显著的。我在应用变频器的工程里，常常利用小电感来解决问题，成为了我的一个独特经验。这次在红、绿灯控制电路里，是应用小电感削弱冲击电流的又一个例子。

节选自《张燕宾电工实践》