Как устроена и работает ЛДС
Конструктивно прибор представляет собой герметичную колбу, заполненную инертным газом и парами ртути. Внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором, а в торцы ее впаяны электроды. При подаче напряжения на электроды, между ними возникает тлеющий разряд, создающий невидимое ультрафиолетовое излучение. Это излучение воздействует на люминофор, заставляя его светиться.
Схема люминесцентной лампы
Все это ЛДС, работающие на одном принципе.
Для нормальной работы люминесцентного светильника необходимо выполнить два условия:
- Обеспечить начальный пробой межэлектродного промежутка (запуск).
- Стабилизировать ток через лампочку, чтобы тлеющий разряд не перешел в дуговой (работа).
Пуск лампы
В обычных условиях питающего напряжения недостаточно для электрического пробоя межэлектродного промежутка, поэтому пуск ЛДС возможет только с помощью дополнительных мер – разогрева электродов для начала термоэлектронной эмиссии или повышения напряжения питания до значений, достаточных для создания разряда.
До недавнего времени преимущественно использовался первый метод, для чего электроды делались (и делаются) в виде спиралей, наподобие тех, что стоят в обычных лампочках накаливания. В момент включения на спирали при помощи автоматических устройств (стартеров) подается напряжение, электроды разогреваются, обеспечивая зажигание светильника. После пуска системы стартер отключается и в процессе дальнейшей работы не участвует.
Стартеры для пуска ЛДС на различные напряжения
Позже начали появляться схемотехнические решения, не разогревающие электроды, а подающие на них повышенное напряжение. После пробоя межэлектродного промежутка напряжение автоматически снижается до номинального, и светильник переходит в рабочий режим. Для того чтобы ЛДС можно было использовать с любыми типами пусковых устройств, все они и по сей день выполняются с электродами в виде спиралей накаливания, имеющих по два вывода.
Поддержание рабочего режима
Если ЛДС напрямую включить в розетку, то начавшийся после поджига тлеющий разряд тут же перейдет в дуговой, поскольку ионизированный межэлектродный промежуток имеет очень малое сопротивление. Чтобы избежать этой ситуации, ток через прибор ограничивается специальными устройствами – балластами. Разделяются балласты на два типа:
- Электромагнитные (дроссельные).
- Электронные.
Работа электромагнитных пускорегулирующих аппаратов (ЭмПРА) основана на принципе электромагнитной индукции, а сами они представляют собой дроссели – катушки, намотанные на незамкнутом железном сердечнике. Такая конструкция обладает индуктивным сопротивлением переменному току, которое тем больше, чем выше индуктивность катушки. Дроссели различаются по мощности и рабочему напряжению, которые должны равняться мощности и напряжению используемой лампы.
Электромагнитные дроссели (балласты) для ЛДС мощностью 58 (вверху) и 18 Вт.
Электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА) выполняют ту же функцию, что и электромагнитные, но ограничивают ток при помощи электронной схемы:
Электронное пускорегулирующее устройство для люминесцентной лампы
Дроссели и их назначение при использовании люминесцентных ламп
Дроссель — деталь, служащая для регулировки силы тока. Эта деталь разделяет или ограничивает электросигналы различной частоты и устраняет пульсацию постоянного тока.
Для чего и зачем нужен в устройствах дневного света
Люминесцентные лампы (дневного света) как один из видов разрядных ламп, невозможно подключить для освещения таким же образом, как и обычную нагревательную электролампу. Для их подключения необходимо использовать дополнительный пускорегулирующий аппарат.
Дроссель включается методом последовательного соединения с лампой дневного света и предназначается для ограничения тока, который протекает через ее электроды. Это устройство характеризуется наличием реактивного сопротивления, а также отсутствием излишнего тепловыделения. Дроссель может ограничить ток и организовать предотвращение его лавинообразного нарастания при включении в сеть.
Дроссель — неотъемлемая составная часть любой стартерной системы включения. Помимо этого, он способен исполнять следующие дополнительные функции:
- создание безопасного тока для конкретной лампы, при котором возможно обеспечение разогрева ее электродов при разжигании;
- образование импульса повышенного напряжения, способствующего возникновению разряда в колбе лампы;
- обеспечение стабилизации электрического разряда;
- способствование бесперебойной работы лампы при отклонениях напряжения в электрической сети.
Технические характеристики
Основными техническими характеристиками рассматриваемой детали являются коэффициент потери мощности и индуктивность. Для обозначения этого коэффициента на устройстве указываются параметры тока, мощности и емкости конденсатора.
Индуктивностью называется индуктивное сопротивление, которое представляет возможным регулировать мощность электричества, поступающего на ламповые контакты.
Виды
Дроссели делятся на те же виды, что и подключаемые к ним лампы. Если подключить лампу к дросселю, который не соответствует ее характеристикам, то это, вероятнее всего, приведет к поломке какого-либо из элементов, используемых в системе подключения. Существуют следующие виды дросселей, подразделяемых в зависимости от мощности:
- дроссель мощностью в 9 Вт — для энергосберегающих ламп;
- 11 Вт — для миниатюрных светильников;
- 15 Вт — для настольных светильников;
- 18 Вт — для офисных ламп;
- 36 Вт — для малых люминесцентных ламп;
- 58 Вт — для потолочных светильников;
- 65 Вт — для многоламповых потолочных светильников;
- 80 Вт — для большых люминесцентных ламп.
Устройство
Типичная схема подключения дросселя газоразрядного типа представлена на рисунке ниже.
Условные обозначения:
- EL — лампа;
- SF — стартер;
- LL — дроссель;
- 1, 2 — спирали лампы;
- C — конденсатор.
Отчего может греться
Дроссели чаще всего изготавливают из двух металлических материалов — алюминия и меди. Алюминиевые устройства обладают одним существенным недостатком — сильным нагреванием. В свою очередь, медные греются меньше из-за меньшего сопротивления в электрической цепи, и поэтому они являются гораздо более долговечными.
При использовании ламп дневного света дроссель должен постоянно поддерживать свою рабочую температуру. Для снижения температуры достаточно использовать простой компьютерный кулер. Однако, существует возможность выбрать и другой путь, заключающийся в покупке более дорогой системы охлаждения, например, водяной.
Помимо самой работы дросселя, он также способен перегреваться из-за короткозамкнутых витков. При такой проблеме помочь может только полная замена устройства. При замене рекомендуется выбрать детали из меди, основываясь на том, что они менее подвержены перегреву.
Практика показывает, что дроссели являются весьма долговечными устройствами при правильной их эксплуатации. А также нельзя не отметить тот факт, что дроссель способен погашать броски напряжения, даже очень сильные. Поэтому, если вы правильно подберете дроссель к своей люминесцентной лампе, то эта лампа может прослужить вам годами, и даже десятилетиями.
15,00
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.
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.
Поступающий на нагрузку ток выпрямляется через диодный мост. При этом напряжение сглаживается, а конденсаторы гарантируют стабильную подачу электроэнергии.
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.
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.
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.
Watch this video on YouTube
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.
Watch this video on YouTube
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.
Как работает экономка
Внешний облик ламп дневного света может быть различным. Несмотря на это они имеют одинаковый принцип работы, который реализуется благодаря следующим элементам, которые обычно содержит схема прибора:
- электродов;
- люминофор – специальное люминесцентное покрытие;
- стеклянная колба с инертным газом и парами ртути внутри.
Строение люминесцентной лампочки
Такая лампа дневного света представляет собой газоразрядное устройство с герметичной стеклянной колбой. Газовая смесь внутри колбы подобрана таким образом, чтобы снижать затраты энергии, необходимые на поддержку процесса ионизации.
Для этого на электроды люминесцентной лампы подается на электроды напряжение конкретной величины. Они расположены в противоположных сторонах стеклянной колбы. Каждый электрод имеет два контакта, которые соединяются с источником тока. Таким образом происходит обогрев пространства вблизи электродов. Фактическая схема подключения данного источника света состоит из серии последовательных действий:
- нагрев электродов;
- далее на них осуществляется подача высоковольтного импульса;
- в электроцепи поддерживается оптимальное напряжение для создания тлеющего разряда.
В результате этого в колбе образуется ультрафиолетовое невидимое свечение, которое, проходя через люминофор, становится видимым для человеческого глаза. Чтобы поддерживать напряжение для создания тлеющего разряда, схема работы люминесцентных ламп предполагает подключение следующих приспособлений:
дросселя. Он выступает в роли балласта и предназначен для ограничения силы тока, текущего по прибору, до оптимального уровня;
Дроссель для люминесцентных лампочек
стартера. Он предназначен для защиты лампы дневного света от перегрева. При этом он регулирует накал электродов.
Очень часто причиной поломки экономок является выход из строя электронной начинки балласта или перегорания стартера. Чтобы этого избежать, можно не использовать в подключении перегорающие детали.
Стандартная схема соединения
Стандартная схема, применяемая для подключения люминесцентных ламп, может быть видоизменена (идти без дросселя). Это позволит минимизировать рис выхода из строя осветительного прибора.
Вариант включения без балласта
Как мы выяснили, балласт в устройстве лампы дневного света играет важную роль. При этом на сегодняшний день существует схема, при которой можно избежать включение данного элемента, который очень часто выходит из строя. Можно избежать включения, как балласта, так и стартера.
Как видим, данная схема не содержит нить накала. При этом питание ламп/трубки здесь будет осуществляться через диодный мост, который и будет создавать повышенное постоянное напряжение. Но в такой ситуации необходимо помнить о том, что при данном способе питания осветительное изделие может потемнеть с одной стороны. В реализации приведенная выше схема достаточно проста. Ее можно реализовать при помощи старых компонентов. Для такого типа подключения можно использовать следующие элементы:
- трубка/источник света мощностью 18 Вт;
- сборка GBU 408. Она будет выступать в роли диодного моста;
конденсаторы с рабочим напряжением не превышающего 1000 В, имеющие емкость 2 и 3 нФ.
Необходимо помнить о том, что подбор диодов для диодного моста, а также конденсаторов необходимо осуществляться с запасом по напряжении. Осветительный прибор, собранный таким образом будет давать свечение немного меньшее по яркости, чем при использовании стандартного варианта подключения с использованием дросселя и стартера.
Схемы подключения
Разработка такого электронного устройства велась для минимизации конструкции светильника и замещения крупногабаритного дросселя и стартера одним единственным модулем, который подключается к сети питания переменного тока и к электродам люминесцентного источника света.
ЭПРА лишены всех минусов классических схем подключения.
Существуют модули, предназначенные для одновременного подключения четырех ламп.
Подключение ЭПРА к четырем лампам
Как в случае с одной или двумя лампами, схема не требует никаких дополнительных элементов. Модуль ЭПРА соединяется напрямую с лл.
Схема подключения ЭПРА 4х18 Вт (Пример:Navigator NB-ETL-418-EA3)
Схема подключения ЭПРА 2х36 Вт (Пример:ELECTRONIC BALLAST ETL-236)
Схема подключения ЭПРА 2х18 Вт (Пример:Navigator NB-ETL-218-EA3)
Во всех случаях выключатель рекомендовано ставить именно на фазовый провод. При наличии нуля потенциал может сохраняться. Об этом будет говорить слабое мерцание ламп в выключенном положении. С рабочими, но дешевыми ЭПРА иногда тоже наблюдается такое явление. Возможно, что причина в том, что с электролитического конденсатора не ушел полностью заряд. В этом случая поможет простая доработка: достаточно зашунтировать электролитический конденсатор резистором на сотню килоом.
Принцип работы
Основной принцип работы устройства заключается в фазном смещении переменного тока во время перехода через ноль на девяноста градусов. За счет такого смещения происходит удержание нужного тока, чтобы пары металла в светильнике могли гореть.
Обозначение катушки индуктивности в цепи.
Обозначение катушки индуктивности в цепи подключения выглядит как косинус угла фи. Это то самое значение, на которое и отстает сила тока от напряжения. Число, на которое, сила тока остается позади от напряжения часто называют еще значением мощности либо коэффициентом. Для того, что найти активную мощность, надо перемножить значение напряжения, силу переменного тока и коэффициент мощности.
Ели значение мощности небольшое, то это приведет к возрастанию показателей реактивной энергии, что в свою очередь создаст добавочную нагрузку на проводящие кабельные провода и трансформаторы.
Чтобы увеличить значение косинуса фи в схему функционирования люминесцентного устройства вдобавок подключается параллельно самому устройству компенсационный конденсатор. Так, при подключении к схеме функционирования лампы, мощность которой от 18 до 36 Вт, конденсатора емкостью 3-5 мкФ, косинус фи увеличиться до 0,85. Шум дросселя, который функционирует при частоте 50 Гц, может быть различной интенсивности.
Дроссели по интенсивности шума бывают следующих уровней:
- Н-уровня (средней интенсивности);
- П-уровня (пониженной интенсивности);
- С-уровня (очень низкой интенсивности);
- А-уровня (особо низкой интенсивности).
Чтобы избежать преждевременного выхода светильников из строя, необходимо обратить внимание на то, чтобы их мощность отвечала номинальной мощности катушки индуктивности
Принцип действия
Принцип работы лампы дневного света
В момент включения, первым начинает работу стартер. Он прогревает биметаллические электроды, в результате чего происходит их короткое замыкание. После этого, ток в цепи ограничиваясь только внутренним сопротивлением дросселя, резко возрастает (более чем в 3 раза). Электроды лампы мгновенно разогреваются, а биметаллические контакты стартера, остывая, размыкают цепь запуска.
В момент разрыва электрической цепи в ЭмПРА, благодаря эффекту самоиндукции, возникает высоковольтный импульс (800-1000 В), который обеспечивает электрический разряд в среде инертного газа.
Под действием этого разряда, начинается невидимое ультрафиолетовое свечение паров ртути, которое, воздействуя на люминофор, заставляет его светиться в видимом спектре.
При дальнейшей работе, электрический ток равномерно распределяется между дросселем и лампой, обеспечивая таки образом стабильную работу. При этом, пускорегулирующий аппарат (ПРА) не расходует энергию, а только накапливает ее и преобразовывает.
После зажигания газа, напряжение в колбе не превышает половины напряжения электросети, что недостаточно для последующего замыкания контактов стартера. Таким образом, при устойчивом свечении, стартер не участвует в рабочем процессе и его контакты остаются разомкнутыми.
Зажигание газа не всегда происходит с первого раза. Иногда стартеру необходимо 5-6 попыток повторить вышеописанный процесс, что вызывает, неприятный для глаз человека, эффект “моргания”.
Избежать этого эффекта помогает использование так называемого электронного дросселя (ЭПРА), принцип действия которого заключается в следующем:
- Низкочастотное напряжение бытовой электросети преобразуется в постоянное.
- Полученное постоянное напряжение инвертируется в высокочастотное (до 133 кГц) переменное напряжение.
- При подключении ЭПРА происходит резкое увеличение силы тока и напряжения до величин, достаточной для прогрева электродов и возникновения газового разряда.
- После начала свечения люминофора, напряжение на электродах уменьшается до величины напряжения свечения, а частота импульсов изменяется до уровня, при котором устанавливается ток номинального значения.
Использование электронного балласта позволяет обеспечить розжиг электродов мгновенно и при этом избавиться от неприятного “моргания”.
