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.
Что такое дроссель и для чего он нужен.
Люминесцентные лампы, которые являются представителями типа газоразрядных ламп, невозможно зажечь как обычные лампы накаливания, просто подключив к ним напряжение питающей сети. Просто не произойдет ничего. Чтобы выполнить зажигание такой лампы необходима специальная схема или электронный пускорегулирующий аппарат.
В случае применения простейшей схемы для запуска тлеющего разряда в колбе газоразрядной лампы потребуется стартер и дроссель. Со стартером все понятно. Он требуется только для запуска, после чего он отключается. В работе всегда участвует дроссель. Его задача ограничивать ток, протекающий через лампы. Может показаться, что достаточно резистора. Он и меньшие размеры имеет. Теоретически, в цепи на переменном токе можно ограничивать ток резистором, конденсатором, катушкой индуктивности. Но в отличие от резистора, она обладает реактивным сопротивлением. И это делает его наиболее уместным вариантом, для его использования в качестве балластного элемента. В схеме он подключается последовательно с лампой.
Благодаря реактивному сопротивлению и выполняется защита от лавинообразного нарастания тока.
Подключение ламп
Каждый светильник имеет посадочное место, снабженное двумя разъемами для подключения штырей цоколя. Всего для питания люминесцентного источника света необходимо четыре контакта, расположенных на обоих концах колбы.
Они выполняют следующие функции:
- Каждая пара контактов служит для питания спиралей, служащих для запуска люминесцентного источника света. Когда к ним подключается напряжение, они разогреваются, продуцируя свободные электроны;
- Облако электронов служит для облечения начала процесса ионизации насыщенного парами ртути инертного газа, которым наполнена колба. Также высокая температура катодов позволяет испарить ту часть ртути, которая конденсировалась;
- После поступления высоковольтного импульса из дросселя возникает тлеющий разряд, который потом поддерживается сетевым напряжением. В результате тлеющего разряда образуется ультрафиолетовое излучение, которое потом превращается в свет видимого спектра с помощью люминофора, нанесенного на стенки колбы.
Поскольку дроссель – это индуктивность, его подключение приводит к тому, что возникает сдвиг фаз между напряжением и током. Чтобы нивелировать негативное влияние катушки на питающую сеть, параллельно пускающему устройству включается конденсатор соответствующей емкости.
Как запустить лампу с использованием дросселя
Традиционная схема с катушкой широко используется уже более 40 лет. Она проста, но менее надежна, чем другие альтернативы (электронные пускатели).
Чтобы запустить люминесцентный источник с помощью дросселя необходимо собрать схему из стартера, лампы и корректирующего конденсатора:
- Параллельно лампе включается стартер: его подсоединяют к верхней или нижней паре отводов по обе стороны колбы;
- К одному из оставшихся отводов подключают дроссель питания;
- Одна клемма сетевого источника питания присоединяется ко второй клемме катушки, а вторая – подает напряжение на оставшийся свободный отвод лампы.
Как запустить лампу без использования дросселя
Для возникновения тлеющего разряда необходимо кратковременно подать на контакты люминесцентного источника света импульс высокого напряжения. Если нет возможности использовать дроссель, то собирают умножитель напряжения на диодах или стабилитронах.
Схема собирается так:
- Сама лампа питается от мостового выпрямителя;
- Для ограничения рабочего тока применяют вольфрамовую спираль. Для этих целей можно использовать лампочку накаливания;
- Для создания пускающего напряжения используется умножитель на диодах или стабилитронах;
- После возникновения тлеющего заряда умножитель отключается. Люминесцентный источник света продолжает светиться, получая питание из сети.
Классификация приборов
В люминесцентных лампах могут использоваться электромагнитные или электронные дроссели. Каждому из видов присущи определенные достоинства и недостатки.
Электромагнитные
Электромагнитный дроссель представляет собой катушку с металлическим сердечником. Для обмотки используются медный и алюминиевый провода. От их диаметра зависит нормальная работа светильника. Потери мощности устройства составляют от 10 до 50%.
Люминесцентные лампы с электромагнитными дросселями стоят недорого, не требуют дополнительной настройки. Однако электромагнитный дроссель весьма чувствителен к нестабильности электрической сети. Малейшее колебание приводит к мерцанию лампы и повышению уровня шума: светильник начинает гудеть.
Электромагнитные ПРА
Перед зажиганием лампы из-за несинхронности работы дросселя с частотой сети происходят вспышки. Они приводят к ускоренному износу ПРА.
На разогревание электромагнитного дросселя тратится четверть мощности светильника.
Электромагнитные дроссели имеют право на жизнь, они обеспечивают достаточную надежность светильников. Но сейчас их активно вытесняют электронные балласты.
Рекомендуем Вам также ознакомиться как сделать своими руками блок питания из энергосберегающей лампы.
Электронные ПРА
Электронный дроссель имеет более сложную конструкцию. В его состав входят:
- Фильтр электромагнитных помех. Гасит электромагнитные импульсы самого светильника и устраняет внешние помехи – от сети.
выпрямитель: служит для преобразования тока. - Схема коррекции коэффициента мощности. Отвечает за контроль сдвига по фазе переменного тока, который проходит через нагрузку.
- Фильтр сглаживающий. Снижает уровень пульсации переменного тока.
- Инвертор. Отвечает за преобразование постоянного тока в переменный.
- Балласт. Индукционная катушка, участвующая в накоплении энергии, подавлении помех и плавной регулировке яркости свечения.
При включении лампы ток из выпрямителя поступает на буфер конденсатора. Там происходит сглаживание частоты пульсации. Высокое напряжение попадает на инвертор и заряжает микросхемы и конденсаторы.
При достижении напряжения 5,5 В микросхема сбрасывается. Зарядка конденсатора обратной связи (компенсационной) регулируется транзисторами. Как только напряжение достигнет 12 В, система входит в следующую фазу – предварительного нагрева.
ЭПРА Navigator
Поджиг происходит при минимальном значении напряжения 600 В. Этот процесс происходит всего за 1,7 сек.
Устройство
Дроссель-трансформатор имеет вид проводника, который наматывается по спирали. В зависимости от сферы использования его делают одно- или многожильным. Иногда в устройство добавляют диэлектрический каркас или оставляют деталь без него. В некоторых элементах дополнительно используется основание с круглым, квадратным или прямоугольным сечением.
Деталь состоит из множества витков, во время создания используется прогрессивная или универсальная намотка. При использовании первого вида они плавно меняются по всей длине, второго — расстояние между витками остается одинаковым.
Прогрессивная намотка используется в электрике, когда требуется сконструировать высокочастотное устройство. Для достижения результата приходится уменьшать паразитную емкость. Намотку выполняют в один или несколько слоев, из материалов подходит только медь, поскольку она выступает проводником.
Чтобы повысить индуктивность, используют ферромагнитный сердечник. В зависимости от места применения используют разные виды материала, поскольку некоторые из них подходят для подавления сильных помех, а другие берут при фильтрации звука. Когда требуется дросселирование механизмов на сверхвысоких частотах, то используют в основном латунь.
Во время производства производитель учитывает требуемую индуктивность, способности к выдерживанию тока и особенности индукции, поскольку иначе произойдет насыщение. Сначала определяется размер зазора, количество витков и сила тока, а потом высчитывается диаметр проволоки. В мелких машинах или электронных устройствах дроссель делают плоским, тогда проводник располагают в виде круга или зигзага.
Проверка балласта ПРА мультиметром
Но чтобы точно убедиться в повреждении дросселя, все таки лучше воспользоваться мультиметром и провести замеры.
Повреждение дросселя может быть пяти видов:
обрыв
замыкание разных обмоток
замыкание витков в одной обмотке
неисправность магнитопровода
пробой на корпус
Обрыв
Какой-то из проводов, которым намотан дроссель может просто оборваться. Выявляется это легко.
Переводите мультиметр в режим измерения сопротивления и касаетесь щупами выводов дросселя. Если высвечиваются показания ”бесконечность” это и свидетельствует об обрыве.
При замерах только не касайтесь голых кончиков щупов руками. Иначе замерите сопротивление своего тела, а не дросселя.
Кстати, обрыв из всех видов поломок, выявить проще всего. Это можно сделать даже без мультиметра, с помощью обычной индикаторной отвертки.
Ничего выключать и разбирать не нужно, провода тоже не отсоединяются. Если индикатор светится во входной клемме ПРА:
а на выходе свечения нет:
то считайте что обрыв вы нашли.
Замыкание обмоток
Некоторые дросселя могут иметь не одну, а две обмотки. В нормальном режиме они должны быть изолированы между собой.
Но изоляция может высохнуть или нарушиться.
Чтобы узнать о замыкании, мультиметром проверьте выводы не одной, а разных обмоток. Если у вас высветятся непонятно малые цифры, то значит обмотки замкнуты.
Межвитковое замыкание
Если дроссель у вас постоянно грелся, то его лакированная изоляция проводов, могла высохнуть. И один или несколько близлежащих витков, просто спекутся между собой.
Найти такое повреждение очень трудно, даже при помощи мультиметра.
Нужно точно знать изначальные значения сопротивления обмотки, чтобы было с чем сравнивать. Если у вас замкнулись один или два витка, то разницу обычным тестером вы и не увидите.
Найти витковое замыкание можно при спекании достаточно большого количества проводников. Тогда разницу будет видно сразу.
Нормальный (не китайский дроссель), имеет примерно следующие сопротивления:
мощностью на 20Вт – сопротивление от 55 до 60 Ом
мощностью на 40Вт – сопротивление от 24 до 30 Ом
мощностью на 80Вт – сопротивление от 15 до 20 Ом
Магнитопровод
Сердечник дросселя выполнен из ферромагнитных материалов. А они (ферриты), довольно капризны сами по себе.
При эксплуатации, на поверхности запросто могут образоваться трещинки или сколы. Если такое произошло, значит у дросселя изменятся параметры катушек индуктивности.
Еще в сердечниках из-за механических нагрузок могут измениться специальные зазоры.
Проверить индуктивность дросселя можно не всеми мультиметрами. Большинство к сожалению, такой функции лишены.
Однако опять же, чтобы понять проблему, вам нужно знать первоначальные значения данной индуктивности.
Пробой на корпус
О неисправности катушки может свидетельствовать ее нулевое сопротивление относительно корпуса. Здесь ничего сложного в проверке нет.
Один щуп мультиметра подносите к металлическим частям корпуса, а другим касаетесь к выводам катушки дросселя.
Проверять можно и в режиме прозвонки цепи. Если звукового сигнала не будет, значит пробоя нет.
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
Обозначение дросселя на схеме
Такие детали всегда изображают по единому принципу, поэтому достаточно один раз в нем разобраться, чтобы потом регулярно читать такие схемы. При этом число полуокружностей выбирают почти любым, чаще оно составляет 3 или 4 единицы для удобного сопряжения с остальными элементами. Выводы обмотки направляют в одну или разные стороны, здесь все зависит от конфигурации схемы. Если нужно изобразить отвод, то рисуют рядом друг с другом сочленения полуокружностей, точку между ними не ставят.
Также есть цветная маркировка деталей, которая соответствует показателям индуктивности. Первые несколько меток указывают на показатели индуктивности в мкГн. Третья — множитель, а последняя — имеющийся допуск. Дроссели маркируют, используя 3 или 4 полоски, иногда их меняют на точки. Если на детали есть три метки, то допуск по умолчанию составляет 20%.
Дроссели используются не только в разных видах лампочек, но и во время сбора импульсных блоков питания, в которых выступают фильтром. В электрических цепях его чаще называют реактором, но принцип устройства остается прежним. Деталь также ставят в сварочные аппараты и применяют в промышленных целях.
Электронные аналоги
Основная масса дросселей – это достаточно габаритные приборы. Чтобы уменьшить их размеры, но при этом не изменять параметров, необходимо заменить катушку индуктивности полупроводниковым стабилизатором, который, в принципе, собой представляет высокой мощности транзистор. То есть в конечном итоге получается электронный дроссель.
По сути, установленный транзистор стабилизирует скачки (колебания) напряжения, уменьшают его пульсацию. Но придется учитывать тот факт, что электронный дроссель является все-таки полупроводниковым устройством. Так что в высокочастотных приборах его использовать нет смысла.
Классическая схема c использованием электромагнитного балласта
Совокупность дросселя и стартера также называют электромагнитным балластом. Схематически такой вид подключения можно представить в виде нижерасположенного рисунка.
Для увеличения коэффициента полезного действия,a также уменьшения реактивных нагрузок в схему вводятся два конденсатора – они обозначены С1 и С2.
- Обозначение LL1- дроссель, иногда его называют балластником.
- Обозначение Е1 – стартер, как правило он представляет собой небольшую лампочку тлеющего разряда c одним подвижным биметаллическим электродом.
Изначально, до подачи тока эти контакты разомкнуты, поэтому ток в схеме напрямую на лампочку не подается, а нагревает биметаллическую пластину, которая нагреваясь выгибается и замыкает контакт. В результате возрастает ток, нагревающий нити нагрева в люминесцентной лампе, а самом стартере ток уменьшается и электроды размыкаются. В балласте начинается процесс самоиндукции, приводящий к созданию высокого импульса напряжения, обеспечивающего образование заряженных частиц, которые взаимодействуя с люминофором покрытия, обеспечивают возникновение светового излучения.
Такие схемы с использованием балласта имеют ряд достоинств:
- небольшая стоимость требуемого оборудования;
- простота в использовании.
К недостаткам таких схем можно отнести:
- «мерцающий» характер светового излучения;
- значительный вес и крупные габариты дросселя;
- долгое зажигание люминесцентной лампы;
- гудение работающего дросселя;
- почти 15% потерь энергии.
- невозможно использовать совместно с устройствами, которые плавно регулируют яркость освещения;
- на холоде включение значительно замедляется.
Дроссель выбирают строго в соответствии c инструкцией к конкретному виду люминесцентных ламп. Это обеспечит полноценное выполнение им своих функций:
- ограничивать в требуемых значениях величину тока при замыкании электродов;
- генерировать достаточное для пробоя газовой среды в колбе лампы напряжение;
- обеспечивать поддержку горения разряда на стабильном постоянном уровне.
Несоответствие выбора приведет к преждевременному износу ламп. Как правило, дроссели имеют ту же мощность, что и лампа.
Среди наиболее распространенных неисправностей светильников, в которых используют люминесцентные лампы, можно выделить такие:
- отказ дроселля, внешне это появляется в почернении обмотки, в оплавлении контактов: проверить его работоспособность можно самостоятельно, для этого понадобится омметр – сопротивление исправного балласта составляет порядка сорока Ом, если омметр показывает менее тридцати Ом – дроссель подлежит замене;
- отказ стартера – в этом случае лампа начинает светиться только по краям, начинается мигание, иногда лампочка стартера светится, нол сам светильник не зажигается, устранить неисправность можно только заменой стартера;
- иногда все детали схемы исправны, но светильник не включается, как правило, причиной является потеря контактов в ламподержателях: в некачественных светильниках они изготавливаются из некачественных материалов и поэтому плавятся – устранить такую неисправность можно только заменой гнезд ламподержателей;
- лампа мигает по типу стробоскопа, по краям колбы наблюдается почернение, свечение очень слабое – устранение неисправности замена лампы.
Функционирование
Электропроводная катушка, ограничивающая ферромагнитный сердечник, работает по принципу самоиндукции. При детальном рассмотрении прибора становится понятно, что он функционирует как электрический трансформатор, но при этом оснащен дополнительной обмоткой. Сердечник специально изолируют, чтобы в электронике не создавались дополнительные помехи.
Катушка обладает высокой индуктивностью, но весь механизм считается низкочастотным. Диапазон колебания тока составляет от 20 до 100 кГц. По этому критерию дроссели делят на низкие, ультразвуковые и сверхвысокие. В последних отсутствует сердечник, вместо него используется обычный резистор или пластиковый каркас.
