Электронный балласт
Все недостатки описанной выше схемы стимулировали изыскания. В результате была разработана схема электронного балласта. Она которая подает не сетевую частоту в 50Гц, а высокочастотные колебания (20-60 кГц), тем самым убирая очень неприятное для глаз мигание света.
Один из электронных балластов — ЭПРА
Выглядит электронный балласт как небольшой блок с выведенными клеммами. Внутри находится одна печатная плата, на которой собрана вся схема. Блок имеет небольшие габариты и монтируется в корпусе даже самого небольшого светильника. Параметры подобраны так, что пуск происходит быстро, бесшумно. Для работы больше никаких устройств не надо. Это так называемая безстартерная схема включения.
На каждом устройстве с обратной стороны нанесена схема. По ней сразу понятно, сколько ламп к нему подключается. Информация продублирована и в надписях. Указывается мощность ламп и их количество, а также технические характеристики устройства. Например, блок на фото выше обслуживать может только одну лампу. Схема ее подключения есть справа. Как видите, ничего сложного нет. Берете провода, соединяете проводниками с указанными контактами:
- первый и второй контакты выхода блока подключаете к одной паре контактов лампы:
- третий и четвертый подаете на другую пару;
- ко входу подаете питание.
Все. Лампа работает. Ненамного сложнее схема включения двух люминесцентных ламп к ЭПРА (смотрите схему на фото ниже).
ЭПРА для двух ламп дневного света
Преимущества электронных балластников описаны в видео.
Такое же устройство вмонтировано в цоколь ламп дневного света со стандартными патронами, которые еще называют «экономлампами». Это аналогичный осветительный прибор, только сильно видоизмененный.
Это тоже люминесцентные лампы, только форма другая
Как загорается люминесцентная лампа?
Как работает люминесцентная лампа? Функционирование люминесцентного осветительного прибора обеспечивается следующими поэтапными действиями:
- на электроды, расположенные на цокольных штырях, подаётся напряжение;
- высокое сопротивление газовой среды в лампе провоцирует поступление тока через стартер с образованием тлеющего разряда;
- ток, проходящий через электродные спирали, в достаточной степени прогревает их, а разогретые стартерные биметаллические контакты замыкаются, что прекращает разряд;
- после остывания стартерных контактов происходит их полное размыкание;
- самоиндукция вызывает возникновение импульсного напряжения дросселя, достаточного для включения освещения;
- проходящий через газовую среду ток уменьшается, а полное отключение стартера обуславливается недостаточностью напряжения.
Лампы спецназначения
Основным назначением устанавливаемых конденсаторов является эффективное снижение помех
Входные конденсаторы обеспечивают существенное понижение реактивной нагрузки, что важно при необходимости получить качественное освещение и продлить срок службы прибора
Блок 1
https://youtube.com/watch?v=HZ74IMaqksA
Классическая схема включения люминесцентных ламп
Несмотря на технический прогресс и все преимущества электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА), и по сей день часто встречается схема включения с дросселем и стартером. Напомним, как она выглядит:
Люминесцентная лампа — это колба, которая конструктивно выполняется как прямая и закрученная трубка, наполненная парами ртути. На её концах расположены электроды, например, спирали или иглы (для изделий с холодным катодом, которые используются в подсветке мониторов). Спирали имеют два вывода, к которым подается питание, а стенки колбы покрыты слоями люминофора.
Принцип работы стандартной схемы подключения люминесцентной трубки с дросселем и стартером довольно прост. В первый момент времени, когда контакты стартера холодны и разомкнуты – между ними возникает тлеющий разряд, он нагревает контакты и они замыкаются, после чего ток течет по такой цепи:
Фаза-дроссель-спираль-стартер-вторая спираль-ноль.
В этот момент под воздействием протекающего тока разогреваются спирали, при этом остывают контакты стартера. В определенный момент времени контакты от нагрева изгибаются и цепь разрывается. После чего, за счет энергии, накопленной в дросселе, происходит всплеск напряжения и в лампе возникает тлеющий разряд.
Такой источник света не может работать напрямую от сети 220В, потому что для ее работы нужно создать условия с «правильным» питанием. Рассмотрим несколько вариантов.
3
Особенности электронной схемы – современный вариант
Основное преимущество такого способа – более продолжительная служба ЛДС. Устройство собрано на микросхемах, благодаря этому у него компактные размеры, низкое энергопотребление. Прибор работает на частоте 130 кГц, свет от этого ровный, не мерцает. С применением электроники также собирают современные люминесцентные лампы, у которых балласт расположен в стандартном цоколе.
Конструктивно это печатная плата, размещенная в небольшом корпусе. На обратной стороне имеется схема подключения, из которой понятно, как и сколько ламп подключается. Графическую информацию повторяют надписи. Имеются удобные контакты, куда требуется вставить провода.ЭПРА выполняет те же функции, что и дроссель со стартером, но делает это более качественно. Электроды подогреваются плавно, что способствует большей эффективности и длительной работе. Светильники с электронной начинкой можно использовать вместе с диммером – устройством, которым плавно регулируют яркость освещения. Его нельзя применить, если пусковая аппаратура электромагнитная. Схема подключения электронного балласта устроена так, что регулирующее устройство подстраивается под потребности лампы. Чем старее светильник, тем более высокое напряжение необходимо для пуска. ЭПРА это учитывает и обеспечивает качественную работу прибора.
По сравнению с ЭмПРА электронный балласт обладает большими преимуществами:
высокая экономичность и надежность;бережно прогревает электроды и плавно включает лампочки;малый вес, компактность;самостоятельно адаптируется под светильник;низкие температуры не влияют на работоспособность.
Рекомендуем: Подключение точечных светильников для гипсокартонных потолков
К недостаткам относят несколько усложненную схему подключения. Ошибки в монтаже недопустимы – не только не засветится лампочка, но и устройство выйдет из строя.
Полупроводниковый балласт можно установить вместо электромагнитного. Как это сделать, показывает видео.
Как подключить лампу
Люминесцентную лампу можно подключить несколькими способами. Выбор зависит от условий эксплуатации и предпочтений пользователя.
Подключение с использованием электромагнитного балласта
Распространен метод подключения с использованием стартера и ЭмПРА. Питание в сети запускает стартер, который замыкает биметаллические электроды.
Ограничение тока в схеме осуществляется за счет внутреннего дроссельного сопротивления. Рабочий ток можно увеличить практически в три раза. Стремительный нагрев электродов и появление процесса самоиндукции вызывают зажигание.
Подключение при помощи ЭмПРА.
Сравнивая метод с другими схемами подключения ламп дневного света, можно сформулировать недостатки:
- значительный расход электроэнергии;
- длительный запуск, который может занимать 3 с;
- схема не способна функционировать в условиях пониженных температур;
- нежелательное стробоскопическое мигание, негативно влияющее на зрение;
- дроссельные пластинки по мере износа могут издавать гудение.
Схема включает один дроссель на две лампочки, для одноламповой системы метод не подойдет.
Две трубки и два дросселя
В данном случае реализуется последовательное подключение нагрузок с подачей фазы на вход сопротивления.
Выход через фазу соединяется с контактом осветительного прибора. Второй контакт направляется на нужный вход стартера.
Схема с двумя трубками и двумя дросселями.
От стартера контакт идет к лампе, а свободный полюс — к нулю схемы. Так же подключается второй светильник. Подсоединяется дроссель, после чего монтируется колба.
Схема подключения двух ламп от одного дросселя
Для подсоединения двух осветительных приборов от одного стабилизатора потребуется два стартера. Схема экономная, поскольку дроссель это наиболее дорогой компонент системы. Схема показана на рисунке ниже.
Схема подключения двух светильников от одного дросселя.
Электронный балласт
Электронный балласт представляет собой современный аналог традиционного электромагнитного стабилизатора. Он значительно улучшает пуск схемы и делает использование осветительного прибора более комфортным.
Такие аппараты не гудят во время работы и потребляют значительно меньше электроэнергии. Мерцаний не появляется даже при низких частотах напряжения.
Подключение с помощью электронного балласта.
Обмотки трансформатора в данном случае включаются противофазно, а генератор нагружается высокочастотным напряжением. При подаче резонансного напряжения внутри колбы происходит пробой газовой среды, который порождает необходимое свечение.
Сразу после розжига сопротивление и подаваемое на нагрузку напряжение падают. Запуск при помощи схемы обычно занимает не более секунды. Причем можно легко использовать источники освещения без стартера.
Использование умножителей напряжения
Использование умножителей напряжения.
Метод помогает использовать люминесцентную лампу без электромагнитной балансировки. В ряде случаев он наиболее эффективен и продлевает срок службы аппарата. Даже перегоревшие приборы способны проработать некоторое время при мощностях, не превышающих 40 Вт.
Схема выпрямления дает значительное ускорение и возможность увеличить напряжение в два раза. Для его стабилизации используются конденсаторы.
Тематическое видео: Подробно про умножитель напряжения
Важно помнить, что люминесцентные лампочки не предназначены для работы с постоянным током. С течением времени ртуть скапливается в определенном участке, что снижает яркость. Для восстановления показателя необходимо периодически менять полярность, переворачивая колбу
Можно установить переключатель, чтобы не разбирать прибор
Для восстановления показателя необходимо периодически менять полярность, переворачивая колбу. Можно установить переключатель, чтобы не разбирать прибор.
Подключение без стартера
Схема подключения без стартера.
Стартер увеличивает время разогрева прибора. Однако он недолговечен, поэтому пользователи задумываются о подключении освещения без него через вторичные трансформаторные обмотки.
В продаже можно найти аппараты с маркировкой RS, которая говорит о возможности подключения без стартера. Установка такого элемента в осветительный прибор помогает значительно сократить время зажигания.
Принцип работы люминесцентного светильника
Особенность работы люминесцентных светильников заключается в том, что их нельзя напрямую подключать в сеть питания. Сопротивление между электродами в холодном состоянии большое, и величина тока, протекающего между ними, недостаточна для возникновения разряда. Для зажигания требуется импульс высокого напряжения.
Лампа с зажженным разрядом характеризуется низким сопротивлением, которое имеет реактивную характеристику. Для компенсации реактивной составляющей и ограничения протекающего тока последовательно с люминесцентным источником света включается дроссель (балласт).
Многим непонятно, для чего нужен стартер в люминесцентных лампах. Дроссель, включенный в цепь питания совместно со стартером, формирует импульс высокого напряжения для запуска разряда между электродами. Так получается потому, что при размыкании контактов стартера на выводах дросселя формируется импульс ЭДС самоиндукции величиной до 1кВ.
Для чего нужен дроссель
Использование дросселя для люминесцентных ламп (балласта) в цепях питания необходимо по двум причинам:
- формирование напряжения запуска;
- ограничение тока через электроды.
Принцип работы дросселя основан на реактивном сопротивлении катушки индуктивности, которой является дроссель. Индуктивное сопротивление вносит сдвиг фаз между напряжением и током, равный 90º.
Из того, что ограничивающей ток величиной, является индуктивное сопротивление, следует, что дроссели, предназначенные для ламп одной мощности, нельзя использовать для подключения более или менее мощных устройств.
В некоторых пределах возможны допуски. Так, ранее отечественная промышленность выпускала люминесцентные светильники с мощностью 40 Вт. Дроссель 36W для люминесцентных ламп современного производства можно без опасений использовать в цепях питания устаревших светильников и наоборот.
Отличия дросселя от ЭПРА
Дроссельная схема включения люминесцентных источников освещения отличается простотой и высокой надежностью. Исключение составляет регулярная замена стартеров, поскольку в их состав входит группа размыкающих контактов для формирования импульсов запуска.
В то же время схема имеет существенные недостатки, которые заставили искать новые решения включения ламп:
- длительное время запуска, которое увеличивается по мере износа лампы или снижения напряжения питания;
- большие искажения формы напряжения питающей сети (cosф<0.5);
- мерцание свечения с удвоенной частотой питающей сети из-за малой инерционности светимости газового разряда;
- большие массо-габаритные характеристики;
- низкочастотный гул из-за вибрации пластин магнитной системы дросселя;
- низкая надежность запуска при отрицательных температурах.
Проверка дросселя ламп дневного света затрудняется тем, что приборы для определения короткозамкнутых витков распространены мало, а при помощи стандартных приборов можно только констатировать факт наличия или отсутствия обрыва.
Для устранения указанных недостатков разработаны схемы электронной пуско-регулирующей аппаратуры (ЭПРА). Работа электронных схем основана на другом принципе формирования высокого напряжения запуска и поддержания горения.
Высоковольтный импульс генерируется электронными компонентами, а для поддержки разряда используется высокочастотное напряжение (25-100 кГц). Работа ЭПРА может осуществляться в двух режимах:
- с предварительным подогревом электродов;
- с холодным запуском.
В первом режиме на электроды подается низкое напряжения в течение 0.5-1 секунды для первоначального нагрева. По истечении времени подается высоковольтный импульс, из-за которого происходит зажигание разряда между электродами. Данный режим технически реализуется сложнее, но увеличивает срок службы ламп.
Режим холодного запуска отличается тем, что напряжение запуска подается на непрогретые электроды, вызывая быстрое включение. Такой способ запуска не рекомендован для частого использования, поскольку сильно сокращает срок работы, но его можно использовать даже с лампами с неисправными электродами (с перегоревшими нитями накала).
Схемы с электронным дросселем имеют такие преимущества:
полное отсутствие мерцания;
широкий температурный диапазон использования;
малые искажения формы напряжения сети;
отсутствие акустических шумов;
увеличение срока службы источников освещения;
малые габариты и вес, возможность миниатюрного исполнения;
возможность диммирования — изменения яркости путем управления скважности импульсов питания электродов.
Какие бывают стартеры для ламп
Как работает стартер, мы разобрались. Осталось выяснить, какими они бывают и чем отличаются друг от друга. Прежде всего, необходимо знать, что кроме того пускового устройства, работу которого мы разобрали, существует еще один вид стартеров – электронные. Они выполняют те же задачи, но собраны на электронных компонентах – диодах, тиристорах, транзисторах, конденсаторах и т. п.
В чем отличие такого решения от классического с газоразрядной лампочкой? Вот основные преимущества электронной схемы:
- Больший срок службы. Электронное пусковое устройство не имеет механических контактов, которые подгорают, и биметаллических пластин, имеющих свойство «уставать». В результате срок службы электронного устройства в несколько раз выше обычного газоразрядного.
- Отсутствие помех. Бесконтактная конструкция излучает минимум электромагнитных помех, а значит, практически не влияет на работу чувствительной аппаратуры.
- Увеличивает ресурс ЛЛ. Электронное пусковое устройство прогревает спирали оптимальным током и строго заданное время. В результате лампа легче «стартует», спирали ее электродов не разрушаются от перегрева или холодного пуска.
- Отключение старой лампы. Если ЛЛ выработала ресурс и запускается с трудом (как вариант – запускается и тут же гаснет), то стартер отключает ее от сети.
- Защита от перегрузки. Если ток через спирали превышает допустимый, стартер отключает светильник. Это позволяет избежать перегрева дросселя и возгорания при неисправности светильника.
- Широкий диапазон рабочих температур. Электронный вариант способен работать в жестких температурных условиях – от -30 до +85 °С. Это позволяет использовать его в уличных светильниках и на объектах с тяжелыми температурными условиями.
Стоимость намного выше (до 10-20 раз) газоразрядного стартера. Так что смысл в замене газоразрядного пускового устройства на электронное не всегда есть.
Теперь об общих отличиях всех стартеров независимо от их конструкции. Пусковые устройства для люминесцентных ламп различают по двум основным характеристикам.
По рабочему напряжению. Как мы выяснили, напряжение зажигания стартера должно быть ниже питающего светильник, но выше рабочего напряжения лампы. В противном случае лампа не запустится (напряжение сети ниже) или стартер не отключится после пуска ЛЛ (рабочее напряжение лампы выше).
Выпускаются стартеры на два рабочих напряжения – 220 и 110 В (обычно указываются в диапазоне 110-130 и 220-240 В). Первые используются с лампами на 220 В, вторые – с лампами на 110 В. Лампы на 110 В могут работать в сети 110 или 220 В. Во втором случае они включаются парой, причем для каждой лампы требуется свой стартер на 110 В.
Полезно! Согласно ГОСТУ ГОСТ 8799-90 (переиздание 2004 г.) стартеры выпускаются на напряжение 127, а не на 110 В.
Пусковое устройство для ламп 110 (слева) и 220 В
По мощности. Имеется в виду мощность ЛЛ, с которой будет работать устройство. Если мощность лампы выйдет из указанного на пусковом устройстве диапазона, то пуск ЛЛ будет ненадежным или не произойдет вовсе. Кроме того, чрезмерно мощная лампа сожжет контакты самого стартера. Обычно диапазон допустимых мощностей ламп указывается на корпусе стартера. К примеру, устройства, изображенные на фото выше, могут работать с ЛЛ мощностью от 4 до 22 Вт.
Есть и менее важные отличия – материал корпуса, влагозащита, устойчивость корпуса к УФ (актуально для уличных светильников), производитель и пр.
Электронный балласт
Электронный запуск и поддержание горения люминесцентных ламп разработали еще в восьмидесятые и начали применять в начале девяностых годов ХХ века. Использование электронного балласта позволило сделать люминесцентное освещение на 20% экономичнее.
При этом сохранились и улучшились все характеристики светового потока. Равномерное, без характерного мерцания освещение стабильно даже при колебаниях напряжения в сети.
Этого удалось достичь благодаря повышенной частоте тока, подаваемого на лампы и большим коэффициентом полезного действия электронных устройств.
Плавный запуск и мягкий рабочий режим позволили почти вдвое увеличить срок эксплуатации ламп. Дополнительно появилась возможность плавного управления яркостью светильника. Необходимость использования стартеров исчезла. С ними пропали и радиопомехи.
Принцип работы электронного балласта отличается от электромагнитного. При этом, выполняет те же функции: разогрев газа, розжиг и поддержание горения. Но, делает это точнее и мягче. В различных схемах используются полупроводники, конденсаторы, сопротивления и трансформатор.
Электронные балласты могут иметь разные схематические исполнения в зависимости от применяемых компонентов. Упрощенно, прохождение тока по схеме можно описать следующим алгоритмом:
- Напряжение поступает на выпрямитель.
- Выпрямленный ток обрабатывается электронным преобразователем, посредством микросхемы или автогенератора.
- Далее напряжение регулируется тиристорными ключами.
- Впоследствии один канал фильтруется дросселем, другой конденсатором.
- И по двум проводам напряжение поступает на пару контактов лампы.
- Другая пара контактов лампы замкнута через конденсатор.
Выгодным отличием электронных систем является то, что напряжение, поступающее на контакты ламп имеет большую, чем у электромагнитных, частоту. Она варьируется от 25 до 140 кГц. Именно поэтому в системах ЭПРА мерцание светильников сведено к минимуму и их свет менее утомителен для человеческих глаз.
Схемы подключения ламп к ЭПРА и их мощность, большинство производителей указывают на верхней стороне устройства. Поэтому потребители имеют наглядный пример, как правильно собрать и подключить прибор в сеть.
В электронных балластах предусмотрено различное количество подключаемых ламп разной мощности, например:
- К дросселям Philips серии HF-P можно подключить от 1 до 4 трубок, мощностью от 14 до 40 Вт.
- Дроссели Helvar серии EL предусмотрены для одной – четырех ламп, мощностью от 14 до 58 Вт.
- QUICKTRONIC торговой марки Osram типа QTР5 также имеют возможность управлять одной – четырьмя лампами, мощностью 14 – 58 Вт.
Электронные приборы имеют массу достоинств, из которых можно выделить следующие:
- небольшой вес и малую величину устройства;
- быстрое и сберегающее люминесцентную лампу, плавное включение;
- отсутствует видимое глазу мерцание света;
- большой коэффициент мощности, примерно 0,95;
- прибор не греется;
- экономия электроэнергии в размере 20%;
- высокий уровень пожарной безопасности и отсутствие рисков в процессе работы;
- большой срок службы люминесцентов;
- отсутствие высоких требований к температуре окружающей среды;
- способность автоматической подстройки к параметрам колбы;
- отсутствие шумов во время работы;
- возможность плавной регулировки светового потока.
Отмечаемый многими, единственный минус электронных систем это их цена. Но она оправдывается достоинствами.
Кратко об особенностях работы ламп
Строение люминесцентной лампы
Каждый из таких приборов является герметичной колбой, наполненной специальной смесью газов. При этом смесь рассчитана таким образом, чтобы на ионизацию газов уходило гораздо меньшее по сравнению с обыкновенными лампами накаливания количество энергии, что позволяет заметно экономить на освещении.
Чтобы люминесцентная лампа постоянно давала свет, в ней должен поддерживаться тлеющий разряд. Для обеспечения такового осуществляется подача требуемого напряжения на электроды лампочки. Главная проблема заключается в том, что разряд может появиться только при подаче напряжения, существенно превышающего рабочее. Однако и эту проблему производители ламп с успехом решили.
Люминесцентные лампы
Электроды установлены по обеим сторонам люминесцентной лампы. Они принимают напряжение, благодаря которому и поддерживается разряд. У каждого электрода есть по два контакта. С ними соединяется источник тока, благодаря чему обеспечивается прогревание окружающего электроды пространства.
Таким образом, люминесцентная лампа зажигается после прогрева ее электродов. Для этого они подвергаются воздействию высоковольтного импульса, и лишь затем в действие вступает рабочее напряжение, величина которого должна быть достаточной для поддержания разряда.
Сравнение ламп
| Световой поток, лм | Светодиодная лампа, Вт | Контактная люминисцентная лампа, Вт | Лампа накаливания, Вт |
|---|---|---|---|
| 50 | 1 | 4 | 20 |
| 100 | 5 | 25 | |
| 100-200 | 6/7 | 30/35 | |
| 300 | 4 | 8/9 | 40 |
| 400 | 10 | 50 | |
| 500 | 6 | 11 | 60 |
| 600 | 7/8 | 14 | 65 |
Под воздействием разряда газ в колбе начинает излучать ультрафиолетовый свет, невосприимчивый человеческим глазом. Чтобы свет стал видимым человеку, внутренняя поверхность колбы покрывается люминофором. Это вещество обеспечивает смещение частотного диапазона света в видимый спектр. Путем изменения состава люминофора, меняется и гамма цветовых температур, благодаря чему обеспечивается широкий ассортимент люминесцентных ламп.
Как подключить люминесцентную лампу
Лампы люминесцентного типа, в отличие от простых ламп накаливания, не могут просто включаться в электрическую сеть. Для появления дуги, как отмечалось, должны прогреться электроды и появиться импульсное напряжение. Эти условия обеспечиваются при помощи специальных балластов. Наибольшее распространение получили балласты электромагнитного и электронного типа.
Цены на люминесцентные лампы
Люминесцентные лампы
Это интересно: Какой мощности выбрать лампу для освещения аквариума — рассказываем все нюансы