Разновидности
Первоначально в качестве ПРА для люминесцентной лампы использовались электромагнитные дроссели (балласты) со стартерами. Этот комплект назывался электромагнитным пускорегулирующим аппаратом – ЭмПРА. Позже появились электронные аналоги ЭмПРА на транзисторах и микросхемах, выполняющие ту же функцию. Они получили название ЭПРА (электронный пускорегулирующий аппарат), или просто «электронный балласт». Рассмотрим конструкцию и принцип работы этих пускорегулирующих устройств.
Нередко под ЭмПРА подразумевают только электромагнитный дроссель, что не совсем верно. ЭмПРА – это дроссель и стартер – два отдельных узла.
Электромагнитный
ЭмПРА – это обычный дроссель – катушка, намотанная на магнитопроводе, и газоразрядная малогабаритная лампочка со встроенными биметаллическими контактами (рабочими электродами).
Рассмотрим процессы, происходящие в светильнике с ЭмПРА. При включении в колбе стартера зажигается разряд, который нагревает электроды из биметалла. В результате электроды замыкаются и подключают к питающей сети через дроссель спирали электродов ЛЛ. При этом тлеющий разряд в колбе лампочки-стартера гаснет.
Спирали люминесцентной лампы разогреваются, их способность испускать электроны многократно увеличивается. После остывания контактов стартера они размыкаются. В результате на электродах ЛЛ появляется импульс высокого (до 1 кВ) напряжения, создаваемого самоиндукцией дросселя.
На схеме буквами обозначены:
- А – люминесцентная лампа.
- В – сеть переменного тока.
- С – стартер.
- D – биметаллические электроды.
- Е – искрогасящий конденсатор.
- F – нити накала катодов.
- G – электромагнитный дроссель (балласт).
Высокое напряжение пробивает газовый промежуток. В колбе ЛЛ начинается разряд. При этом ртуть переходит в парообразное состояние, сопротивление газового промежутка резко падает. Чтобы разряд не перешел в неуправляемый дуговой, ток через лампу ограничивается дросселем с большим индуктивным сопротивлением. Поэтому его называют балластом.
Электронный
Внешне электронный балласт для люминесцентных ламп похож на электромагнитный. У него серьезные конструктивные отличия и другой принцип работы.
Как видно на фото, в электронном балласте много радиоэлементов. Рассмотрим типовую структурную схему ЭПРА и узнаем, как он работает.
Переменное сетевое напряжение проходит через фильтр электромагнитных помех, выпрямляется, сглаживается и подается на инвертор. Задача инвертора – обеспечить напряжение для работы ЛЛ. Сформированное инвертором напряжение через схему ограничения тока (балласт) подается на лампу. Схема запуска служит только для пуска ЛЛ. После выполнения своей функции в дальнейшей работе она не участвует.
Узлы инвертора, балласта и пуска на структурной схеме разделены условно. Часто функции балласта выполняет инвертор, дополнительно являющийся стабилизатором тока. В некоторых схемах он играет роль стартера, самостоятельно принимая решение о подогреве спиралей лампы и о подаче на них запускающего высоковольтного импульса.
Более простые схемы запуска представляют собой обычный конденсатор, образующий со спиралями и выходными дросселями колебательный контур. Последний настроен на частоту работы инвертора. Возникающий при погашенной лампе резонанс повышает напряжение на электродах лампы до единиц и даже десятков киловольт и зажигает разряд в колбе без предварительного подогрева спиралей (холодный пуск).
Что даёт такая схема? Прежде всего, мерцание. Обычный электромагнитный дроссель питает лампу переменным током частотой 50 Гц. Люминофор имеет малую инерционность и в промежутках между полуволнами заметно теряет яркость свечения. В результате люминесцентная лампа заметно мерцает. Это плохо для зрения.
Особенно заметно мерцание на изношенных лампах, люминофор которых теряет свойства инерционности.
Инвертор, питающий ЛЛ, работает на частотах десятка и даже сотни кГц. При этом инерционности люминофора достаточно, чтобы «переждать» паузы между питающими импульсами без заметной потери яркости. То есть благодаря ЭПРА у люминесцентной лампы малый коэффициент пульсаций.
Далее электронная схема обеспечивает стабильным питанием лампу, даже если сетевое напряжение отличается от номинального. К примеру, ЭПРА POSVET (фото см. выше) позволяет работать ЛЛ при напряжении в сети от 195 до 242 В. У лампы, подключённой через ЭмПРА, при таких напряжениях либо сократится срок эксплуатации, либо она не запустится.
Основные функции балласта
Основным конструктивным элементом люминесцентной лампы служит стеклянная трубка, заполненная внутри одним из инертных газов – аргоном, неоном или криптоном. К газовому наполнителю добавляется небольшое количество ртути. Концы трубки оборудованы металлическими электродами, через которые подается напряжение. Под действием электрического поля возникает пробой газовой среды, появляется тлеющий разряд и далее – электрический ток в цепи устройства. Газовый разряд начинает излучать свет бледно-голубых тонов, слабо видимый в обычном диапазоне.
Однако, действующий электрический разряд переводит значительную часть энергии в диапазон ультрафиолетового света, невидимого человеческим глазом. Попадая на люминофорное покрытие, нанесенное на стенки колбы, ультрафиолет превращается в видимое свечение, которое и является основным источником света.
Путем изменения химического состава покрытия можно получить различную цветовую гамму свечения. В большинстве ламп используются оттенки белого цвета, а для оформления декора или дизайна интерьера применяются любые другие цвета. Данное свойство дает несомненное преимущество перед обычными лампами накаливания.
После появления в газовой среде тока, происходит его дальнейший лавинообразный рост, в результате чего внутреннее сопротивление резко падает. В этот момент может наступить перегрев, и лампа выйдет из строя. Чтобы не допустить этого, осуществляется последовательное включение дополнительной нагрузки, ограничивающей величину тока. Именно она служит балластом, известным также под названием дросселя.
В люминесцентных схемах используется балласт электромагнитного и электронного типа. В первом случае используется классическая трансформаторная схема, состоящая из металлических пластин, медных проводов и других компонентов. Первоначальный запуск или поджиг выполняется пусковым устройством – стартером.
Второй вариант – электронный балласт для люминесцентной лампы, создан на базе электроники с использованием диодов, транзисторов, динисторов и микросхем. Данная схема выполняет и функцию пуска, в результате которого возникает тлеющий разряд. Таким образом, электронные устройства – ЭПРА получаются легкими и компактными, что во многом упрощает и всю конструкцию люминесцентной лампы.
Электронный балласт для люминесцентных ламп: устройство
Стандартные электронные балласты – своеобразные преобразователи напряжения, посредством которых происходит питание люминесцентных осветительных приборов. На сегодняшний день известно большое количество видов электронных балластов, но наибольшую популярность, вполне заслуженно, получили:
- Устройства, в которых осуществляется предварительный подогрев перед передачей зажигающего потенциала на катоды. Высокая частота подающегося напряжения существенно увеличивает КПД и устраняет мигание, а зажигание – нарастающее или моментальное.
- Устройства комбинированного типа, характеризующиеся участием колебательного контура при «зажигании» и резонансом до момента разряда, сопровождающегося повышением показателей напряжения и подогревом катодов.
Как правило, схема запуска в условиях комбинированного метода предполагает наличие в контуре катодной нити накала.
Важно отметить, что особенностью компактных люминесцентных ламп, рассчитанных на установку в стандартные патроны «Е-14» и «Е-27», является наличие встроенного в общую конструкцию, электронного балласта.
Принцип работы электронного балласта
Действие электронных пускорегулирующих баластников напрямую связано с принципом работы самой люминесцентной лампы. Основным этапом считается ее пуск, при котором должны соблюдаться определенные условия. В первую очередь, осуществляется разогрев обеих нитей накала, после чего на них поступает высокое напряжение, порядка 600 вольт. Значение зажигающего напряжения находится в прямой зависимости с длиной стеклянной трубки. Чем короче лампа и ниже ее мощность, тем меньше будет требуемое пусковое напряжение.
На начальном этапе происходит выпрямление входного сетевого напряжения до постоянного значения в пределах 260-270 В и его последующее сглаживание при помощи электролитического конденсатора С1. Это хорошо видно на представленной схеме.
Затем начинается работа двухтактного полумостового преобразователя, состоящего из двух высоковольтных биполярных транзисторов со структурой п-р-п. Данные транзисторы выполняют функцию ключей, а вся схема осуществляет преобразование постоянного напряжения 260-270 В, в напряжение с высокой частотой до 38 кГц. За счет этот как раз и снижаются размеры и вес устройства.
Схема электронного балласта включает в себя трансформатор, выполняющий одновременно функции нагрузки и управления. Из его трех обмоток, две четырехвитковые являются управляющими, а одна двухвитковая – рабочей. Рабочая обмотка, включенная в цепь, создает необходимую нагрузку для преобразователя.
Изначально преобразователь запускается с помощью симметричного динистора, открывающегося в случае превышения напряжением порога срабатывания в местах подключения. Находясь в открытом состоянии, он посылает импульс на транзисторную базу, что приводит к запуску преобразователя. Конденсатор, находящийся в резонансной цепи и подключенный непосредственно к лампе, обеспечивает падение напряжения до уровня, при котором зажигается лампа.
Таким образом, с помощью максимального тока происходит разогрев обеих нитей накаливания, а непосредственное зажигание лампы происходит за счет высокого резонансного напряжения на конденсаторе. В зажженной лампе сопротивление уменьшается, однако сохраняющийся резонанс напряжений обеспечивает ее дальнейшее горение. Ограничение тока происходит за счет индуктивности дросселя. Несмотря на столь подробное описание, на зажигание люминесцентной лампы фактически требуется менее 1 секунды.
Актуальные электронные модули
Первое место данного типа оборудования, достается товарам от компании Osram. Стоимость продукции данной марки, будет значительно выше стоимости аналогов отечественного или китайского производства. Но модули этой фирмы уступают в цене конкурентам Vossloh-Schwabe или Philips.
Более бюджетный вариант,предлагает фирма Horos. Несмотря на низкие финансовые затраты, данные балласты демонстрируют хороший уровень КПД высокую степень рабочей эффективности.
Сравнительно молодая компания Feron уже успела положительно зарекомендовать себя среди множества постоянных потребителей
Важно отметить грамотное соотношение доступной цены и высокого качества изделий. В их комплектацию входит: надежный предохранитель, защищающий от внезапных перепадов напряжения и различных помех, исключается светомерцание и экономия энергозатрат до 30%
Параметры балласта
Параметры балласта важны при выборе оптимальной схемы освещения аквариума и, особенно, в случае, когда схема собирается самостоятельно. Ниже рассмотрены некоторые параметры балласта, многие из которых указаны на самом балласте или в каталоге.
Мощность (power)- мощность балласта должна соответсвовать мощности лампы. Нельзя использовать балласт для лампы с мощностью отличной от номинальной. Это приведет либо к выходу лампы из строя, либо к пониженной ее светоотдаче. Некоторые балласты специально предназначены для работы с пониженной мощностью, например, в тех случаях, когда долгий срок работы лампы более важен. Такие балласты называются экономичными (не надо путать их с экономичными лампами (), которые потребляют меньше мощности и дают меньше света при включении в обычный балласт)
Коэффициент мощности (power factor) — еще называется косинусом угла. Дает представление о том, насколько хорошо используется ток и напряжение сети. У обычного магнитного дросселя. без корректирующего конденсатора, коэффициент мощности около 0.5 (low power factor ballast). Балласт с низким коэффициентом мощности приведет к возрастанию тока в цепи. Большинство современных балластов имеют коэффициент мощности близкий к 0.95-0.97 (high power factor ballast)
Входное напряжение (voltage) — многие современные балласты имеют возможность подключения к сети с различным напряжением. Также надо следить за выбором корректирующего конденсатора для сети с частотой 50 и 60Гц. Современные балласты, особенно электронные, могут компенсировать изменение напряжения питающей сети. В противном случае, световой поток будет резко изменятся и при уменьшении напряжения ниже 80-85% номинального лампа может погаснуть.
Потери мощности в балласте (power losses) — характеризует мощность, рассеянную в балласте, т.е. на нагревание балласта. Типичные потери в электромагнитном балласте — 5-10Вт (в электронном в несколько раз меньше). Потери мощности означают повышенный расход энергии, более высокую температуру ламп (если они расположены близко к балласту). что приводит к уменьшению светоотдачи и сокращению срока службы ламп.
Балласт-коэффициент (ballast-factor) — один из наиболее важных параметров. Показывает количество света, производимое лампой при использовании балласта, относительно значений в каталоге, т.е. при использовании лабораторного балласта. Например, балласт-коэффициент 0.9 означает, что лампа, с каталожным значением 2000 Лм, излучает только 1800 Лм. Многие имеют коэффициент больший единицы (это не значит, что они нарушают закон сохранения энергии, поскольку это не КПД), т.е. при использовании балласта с коэффициентом 1.15 данная лампа будет производить 2300 Лм. Однако, не следует использовать балласты с коэффициентами большими 1.1-1.15, поскольку это укорачивает срок службы лампы.
Температура (case temperature) — указывается на корпусе балласта. Надо следить, чтобы она не превышала указанного значения. Для магнитных балластов обычно 120-130C, для электронных 70-75C
Пиковый ток (inrush current, crest factor) — характеризует скачок тока в сети во время зажигания лампы. Чем он меньше, чем лучше для электрической цепи.
Нелинейные гармонические искажения (total harmonic distortion)- некоторые балласты, особенно электронные, могут вызывать нежелательные эффекты в электрической цепи. В современных балластах они не превышают 10-20%
Шум (audible noise) — балласты делятся по производимому ими шуму на несколько категорий. Постарайтесь не использовать в жилой комнате балласт, предназначенный для использования в гараже (в USA следует использовать класс А по шуму). Высокочастотные балласты практически бесшумны.
Количество подключаемых ламп — многие балласты предназначны для использования в схеме с 2-4 лампами. В подоюном случае балласт используется более эффективно, потери на лампу меньше, чем в схеме, когда каждая лампа питается своим балластом. Традиционные балласты (, ) используют обычно последовательное подключение ламп, т.е. при отключении одной лампы, отключаются и все остальные. балласт мгновенного старта () и многие электронные рассчитаны на параллельное подключение ламп, т.е. при этом выключение одной лампы не приводит к выключению остальных.
назад к оглавлению
Хитрые значки на балласте
Помимо разных электрических параметров, рассмотренных выше, на балласте можно встретить разные обозначения — FCC, CE, и т.д.
Неисправности и ремонт
Сгоревшие детали в схеме часто видно. Как проверить электронный балласт? Чаще всего из строя выходят транзисторы. Перегоревшую деталь можно обнаружить визуально. Когда производится ремонт своими руками, рекомендуется проверить парный с ним транзистор и расположенные рядом резисторы. По ним не всегда видно сгоревшие. Вздутый конденсатор обязательно меняется. Если сгоревших деталей несколько, ремонт балласта не делается.
Иногда после выключения ЭПРА лампа продолжает слабо мерцать. Одной из причин может быть наличие потенциала на входе при отключении нуля. Схему надо проверить и сделать подсоединения своими руками, чтобы выключатель был установлен на фазу. Возможно, что остается заряд на конденсаторе фильтра. Тогда к нему следует подключить параллельно сопротивление для разрядки на 200-300 кОм.
Из-за скачков напряжения в сети часто необходим ремонт светильников с электронным балластом. При неустойчивом электроснабжении лучше применять электромагнитный дроссель.
Компактная лампа (КЛЛ) содержит ЭПРА, встроенный в цоколь. Ремонт ЛЛ низкой цены и качества производится по следующим причинам: сгорание нити накала, пробой транзисторов или резонансного конденсатора. Если сгорела спираль, ремонт своими руками ненадолго продлит срок службы и лампу лучше заменить. Ремонт ЛЛ, у которых обгорел слой люминофора (почернение колбы в области электродов), также производить нецелесообразно. При этом исправный балласт можно использовать как запасной.
Обгорание люминофора на люминесцентной лампе
Ремонт электронного балласта долго не потребуется, если модернизировать КЛЛ, установив своими руками NTS-термистор (5-15 Ом) последовательно с резонансным конденсатором. Деталь ограничивает пусковой ток и надолго защищает нити накала. Целесообразно также сделать вентиляционные отверстия в цоколе.
Устройство вентиляции своими руками для отвода тепла от балласта
Аккуратно сверлятся отверстия рядом с трубкой для ее лучшего охлаждения, а также около металлической части цоколя, чтобы отвести тепло от деталей балласта. Подобный ремонт возможен только в сухих помещениях. Посередине можно сделать третий ряд отверстий сверлом большего диаметра.
Ремонт с установкой термистора производится с выпаиванием проводника на нижней площадке с припоем. Затем отгибается выпуклая часть цоколя от стеклянной колбы и освобождается второй провод. После цоколь снимается и обеспечивается доступ к печатной плате. После того как ремонт будет закончен, цоколь устанавливается в обратной последовательности.
Общий принцип работы элемента
По сути, балласт для люминесцентных ламп представляет собой дроссель. Он регулирует силу подачи тока, ограничивая или разделяя разночастотные электрические сигналы. Ликвидирует пульсации постоянного тока. Происходит нагрев катодов люминесцентных ламп.
Далее, на них производится подача необходимого количества напряжения, которое активирует работу осветительного прибора. Напряжение корректируется с помощью особого регулятора, который впаян в инверторную схему. Именно он отлаживает диапазон напряжений. За счет вышеперечисленных особенностей работы балласта мерцание в источнике света полностью исключается.
В схему встроен и стартер. Его функции – трансляция напряжения и зажигание. При включении лампы, на микросхеме балласта происходит снижение силы тока. Данная особенность позволяет выстроить необходимый режим работы осветительного прибора.
Сегодня на рынке широко представлены такие виды балластных устройств, как:
- электромагнитные;
- электронные;
- балласты для компактных ламп.
Представленные категории отмечены надёжной работой и обеспечивают длительное функционирование и простоту эксплуатации всех люминесцентных ламп. Все эти приборы имеют идентичный принцип действия, однако отличаются по некоторым пунктам.
Электромагнитные
Данные балласты применимы для ламп, подключенных к электросети при помощи стартера. Первично возникающий разряд интенсивно разогревает и замыкает биметаллические электродные элементы. Происходит резкое увеличение рабочего тока.
Электромагнитный балласт легко узнать по внешнему виду. Конструкция более массивная, по сравнению с электронным прототипом.
При выходе из строя стартера, в схеме электромагнитного балласта, возникает фальстарт. При поступлении питания лампа начинает мигать, впоследствии идёт ровная подача электроэнергии. Эта особенность значительно снижает рабочий ресурс источника освещения.
| Плюсы | Минусы |
| Высококлассный уровень надежности, доказанный практикой и временем. | Долгий запуск — на первом этапе эксплуатации запуск осуществляется за 2-3 секунды и до 8 секунд к моменту завершения срока службы. |
| Простота конструкции. | Повышенный расход электроэнергии. |
| Удобство эксплуатации модуля. | Мерцание лампы с частотой 50 Гц (эффект стробирования). Негативно влияет на человека, который длительно находится в помещении с подобным видом освещения. |
| Доступная цена для потребителей. | Слышен гул работы дросселя. |
| Количество фирм производителей. | Значительный вес конструкции и громоздкость. |
Электронные
Сегодня применяются магнитные и электронные балластники, которые состоят в первом случае из микросхемы, транзисторов, динисторов и диодов, а во втором – из металлических пластин и медного провода. Посредством стартера лампы запускаются, причем в качестве единой функции этого элемента с балластником в одной схеме организовано явление в электронном варианте детали.
- малый вес и компактность;
- плавное быстрое включение;
- в отличие от электромагнитных конструкций, которым для работы требуется сеть 50 Гц, высокочастотные магнитные аналоги функционируют без шумов от вибрации и мерцания;
- снижены потери на нагревание;
- коэффициенты мощности в электронных схемах достигают 0,95;
- продленный срок эксплуатации и безопасность применения обеспечиваются несколькими видами защиты.
| Достоинства | Недостатки |
| Автоматическая настройка балласта под различные виды ламп. | Более высокая стоимость, по сравнению с электромагнитными моделями. |
| Моментальное включение осветительного прибора, без дополнительной нагрузки на устройство. | |
| Экономия потребления электроэнергии до 30%. | |
| Исключен нагрев электронного модуля. | |
| Ровная световая подача и отсутствие шумовых эффектов в процессе освещения. | |
| Увеличение срока службы люминесцентных ламп. | |
| Дополнительная защита гарантирует увеличение степени пожаробезопасности. | |
| Снижение рисков в процессе эксплуатации. | |
| Ровная подача светопотока исключает быструю утомляемость. | |
| Отсутствие негативных функций в условиях пониженных температур. | |
| Компактность и легкость конструкции. |
Для компактных люминесцентных ламп
Компактные типы ламп дневного света представлены приборами, аналогичным лампой накаливания типов Е27, Е40 и Е14. В таких схемах электронные балласты встраиваются вовнутрь патрона. В данной конструкции исключён ремонт в случае поломки. Дешевле и практичнее будет приобрести новую лампу.
Как работает лампа дневного света
Напряжение, которое подводится к спиральным электродам на концах лампы, изначально недостаточно для ее розжига. И тут на помощь приходит дроссель и стартер.
После появления напряжения в стартере, внутри образуется разряд, который нагревает биметаллический электрод.
Из-за нагрева форма электрода меняется и происходит его замыкание.
В результате чего, резко возрастает ток и электроды раскаляются. Ток ограничивается только сопротивлением самого дросселя.
У стартера контакты постепенно остывают и размыкаются. При размыкании, благодаря дросселю, в лампе возникает эффект самоиндукции, с образованием высоковольтного импульса и электрического разряда напряжением до 1000В.
От этого разряда создается ультрафиолетовое свечение ртутных паров, которыми заполнена колба. Оно оказывает воздействие на люминофор, и только благодаря ему, мы и можем различать свет в привычном для нас спектре.
Если для кого-то это объяснение слишком заумно, то вот одно из самых простых и понятных видео, объясняющих на доступном всем языке, как же работает лампа ЛДС.
Получается, что сам процесс включения люминесцентной лампы дневного света довольно длителен и занимает 5 этапов:
подача 220В из розетки и замыкание контактов стартера
разогрев спиралей электродов
размыкание контактов стартера
подача высоковольтного импульса от дросселя
образование тлеющего разряда в колбе и поддержка его внешним напряжением 220В + шунтирование стартера и исключение его из схемы
Как видно из процесса запуска, при неисправности ламп, виноватыми могут быть три элемента:
сама лампочка
стартер
дроссель
При этом, чаще всего повреждаются лампочки и стартера – из-за перегоревших вольфрамовых нитей и конденсаторов.
Узнать об этом проще всего – заменив стартер или лампочку. Тем более, что стоят они копейки. А вот как быстро узнать о неисправности дросселя?
