Люминесцентные светильники основаны на свечении газового разряда в парах ртути. Излучение находится в ультрафиолетовом диапазоне и для его преобразования в видимый свет колба лампы покрыта слоем люминофора.
Содержание
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.
Классическое подключение через электромагнитный балласт — дроссель
Наиболее распространенная схема подключения люминесцентной лампы включает в себя дроссель и стартер, которые именуются электромагнитной пускорегулирующей аппаратурой (ЭмПРА). Схема представляет собой последовательную цепь: дроссель — нити накала — стартер.
В начальный момент включения через элементы цепи протекает ток, нагревающий нити накала лампы и одновременно контактную группу стартера. После нагрева контактов они размыкаются, провоцируя появление ЭДС самоиндукции на концах обмотки электромагнитного балласта. Высокое напряжение вызывает пробой газового промежутка между электродами.
Конденсатор малой емкости, подключенный параллельно контактам стартера, образует с дросселем колебательный контур. Такое решение повышает величину напряжения импульса запуска и снижает подгорание контактов стартера.
При появлении устойчивого разряда сопротивление между электродами на противоположных концах колбы падает и ток протекает по цепи дроссель-электроды. Ток в это время ограничен индуктивным сопротивлением дросселя. Электрод в стартере замыкается, стартер в это время в работе уже не участвует.
Если разряд в колбе не возник, процесс подогрева и поджига повторяется несколько раз. В это время возможно мерцание лампы. Если люминесцентная лампа моргает, но не загорается, то это может свидетельствовать о выходе ее из строя в результате снижения эмиссионной способности электродов или о пониженном напряжении питающей сети.
Подключение люминесцентных ламп с дросселем может дополняться конденсатором, который снижает искажения сети. Также конденсатор устанавливается в сдвоенных светильниках для взаимного сдвига фар между соседними лампами для визуального уменьшения эффекта мерцания.
Подключение через современный электронный балласт
В светильниках, использующих для работы электронную пускорегулирующую аппаратуру, схема включения люминесцентных ламп приведена на кожухе ЭПРА. Для правильного включения необходимо в точности следовать указаниям. При этом не требуется никакой регулировки. Правильно собранная схема при исправных элементах начинает работать сразу же.
Схема для последовательного подключения двух ламп
Люминесцентные лампы допускают последовательное включение двух осветительных устройств в одну цепь при наличии следующих условий:
- использование двух идентичных источников света;
- предназначенный для подобной схемы электромагнитный балласт;
- дроссель, рассчитанный на удвоенную мощность.
Преимущество схемы с последовательным включением заключается в использовании только одного тяжелого дросселя, но при неисправности в одной из лампочек или стартер светильник оказывается полностью неработоспособным.
Современные ЭПРА допускают включение только согласно приведенной схеме, но много конструкций рассчитано на включение двух ламп. При этом в схеме организовано два независимых канала формирования напряжения, поэтому двойной электронный балласт обеспечивает работоспособность одной лампы при неисправности или отсутствии соседней.
Подключение без стартера
Разработано несколько вариантов включения люминесцентных светильников без дросселя и стартера. Во всех используется принцип создания высокого напряжения запуска при помощи умножителя напряжения.
Многие из схем допускают работу с перегоревшими нитями накала, что позволяет использовать неисправные лампы. Некоторые решения используют питание постоянным током. Это приводит к полному отсутствию мерцания, но электроды при этом изнашиваются неравномерно. Это можно заметить по наличию темных пятен люминофора с одной из сторон колбы.
Некоторые электрики вместо стартера устанавливают отдельную кнопку запуска, но это подразумевает управление включением светильника при помощи выключателя и кнопки, что неудобно и чревато повреждением лампы при излишне длительном нажатии на кнопку из-за перегрева электродов.
Схемы включения люминесцентных светильников без использования стартера, если не считать ЭПРА, промышленностью не выпускаются. Это связано с их низкой надежностью, отрицательным влиянием на срок службы ламп, большими габаритами из-за наличия конденсаторов большой емкости.
Похожие статьи:
Загрузка...