Как устроены и работают пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп

Содержание

Схемы со стартером

Самыми первыми появились схемы со стартерами и дросселями. Это были (в некоторых вариантах и есть) два отдельных устройства, под каждое из которых имелось свое гнездо. Также в схеме есть два конденсатора: один включен параллельно (для стабилизации напряжения), второй находится в корпусе стартера (увеличивает длительность стартового импульса). Называется все это «хозяйство» — электромагнитным балластом. Схема люминесцентного светильника со стартером и дросселем — на фото ниже.

Схема подключения люминесцентных ламп со стартером

Вот как она работает:

При включении питания, ток протекает через дроссель, попадает на первую вольфрамовую спираль. Далее, через стартер попадает на вторую спираль и уходит через нулевой проводник. При этом вольфрамовые нити понемногу раскаляются, как и контакты стартера.
Стартер состоит из двух контактов. Один неподвижный, второй подвижный биметаллический. В нормальном состоянии они разомкнуты. При прохождении тока биметаллический контакт разогревается, что приводит к тому, что он изгибается. Согнувшись, он соединяется с неподвижным контактом.
Как только контакты соединились, ток в цепи мгновенно вырастает (в 2-3 раза). Его ограничивает только дроссель.
За счет резкого скачка очень быстро разогреваются электроды.
Биметаллическая пластина стартера остывает и разрывает контакт.
В момент разрыва контакта возникает резкий скачок напряжения на дросселе (самоиндукция). Этого напряжения достаточно для того, чтобы электроны пробили аргоновую среду. Происходит розжиг и постепенно лампа выходит на рабочий режим. Он наступает после того, как испарилась вся ртуть.

Рабочее напряжение в лампе ниже сетевого, на которое рассчитан стартер. Потому после розжига он не срабатывает. В работающем светильнике его контакты разомкнуты и он никак в ее работе не участвует.

Эта схема называется еще электромагнитный балласт (ЭМБ), а схема работы электромагнитное пускорегулирующее устройство — ЭмПРА . Часто это устройство называют просто дросселем.

Один из ЭмПРА

Недостатков у этой схемы подключения люминесцентной лампы достаточно:

пульсирующий свет, который негативно сказывается на глазах и они быстро устают;
шумы при пуске и работе;
невозможность запуска при пониженной температуре;
длительный старт — от момента включения проходит порядка 1-3 секунд.

Две трубки и два дроссели

В светильниках на две лампы дневного света два комплекта подключаются последовательно:

фазный провод подается на вход дросселя;
с выхода дросселя идет на один контакт лампы 1, со второго контакта уходит на стартер 1;
со стартера 1 идет на вторую пару контактов той же лампы 1, а свободный контакт соединяют с нулевым проводом питания (N);

Так же подключается вторая трубка: сначала дроссель, с него — на один контакт лампы 2, второй контакт этой же группы идет на второй стартер, выход стартера соединяется со второй парой контактов осветительного прибора 2 и свободный контакт соединяется с нулевым проводом ввода.

Схема подключения на две лампы дневного света

Та же схема подключения двухлампового светильника дневного света продемонстрирована в видео. Возможно, так будет проще разобраться с проводами.

https://youtube.com/watch?v=8fF5KQk4L2k

Схема подключения двух ламп от одного дросселя (с двумя стартерами)

Практически самые дорогие в этой схеме — дросселя. Можно сэкономить, и сделать двухламповый светильник с одним дросселем. Как — смотрите в видео.

Схема устройства

Начнем с того, что люминесцентные лампы – это газоразрядные источники света, которые работают по следующей технологии. В стеклянной колбе находятся пары ртути, в которые подается электрический разряд. Он-то и образует ультрафиолетовое свечение. На саму колбу изнутри нанесен слой люминофора, который преобразует ультрафиолетовые лучи в видимый глазами свет. Внутри лампы всегда находится отрицательное сопротивление, вот почему они не могут работать от сети в 220 вольт.

Но тут необходимо выполнить два основных условия:

Разогреть две нитки накала.
Создать большое напряжение до 600 вольт.

Теперь сама схема ЭПРА.

Начнем с того, что люминесцентные лампы, к примеру, ЛВО 4×18, со старым блоком всегда мерцали и издавали неприятный шум. Чтобы этого избежать, необходимо подать на нее ток частотой колебания более 20 кГц. Для этого придется повысить коэффициент мощности источника света. Поэтому реактивный ток должен возвращаться в специальный накопитель промежуточного типа, а не в сеть. Кстати, накопитель с сетью никак не связан, но именно он питает лампу, если случиться сетевой переход напряжения через ноль.

Как работает

Итак, сетевое напряжение в 220 вольт (оно переменное) преобразуется в постоянное с показателем 260-270 вольт. Сглаживание производится с помощью электролитического конденсатора С1.

После чего постоянное напряжение необходимо перевести в высокочастотное напряжение до 38 кГц. За это отвечает полумостовой преобразователь двухтактного типа. В состав последнего входят два активных элемента, которые собой представляют два высоковольтных транзистора (биполярных). Их обычно называют ключами. Именно возможность перевода постоянного напряжения в высокочастотное дает возможность уменьшить габариты ЭПРА.

Электронный пускорегулирующий аппарат

В схеме устройства (балласта) также присутствует трансформатор. Он является одновременно и управляющим элементом преобразователя, и нагрузкой для него. Этот трансформатор имеет три обмотки:

Одна из них рабочая, в которой всего лишь два витка. Через нее происходит нагрузка на цепь.
Две – управляющие. В каждой по четыре витка.

Особую роль во всей этой электрической схеме играет динистор симметричного типа. В схеме он обозначен, как DB3. Так вот этот элемент отвечает за запуск преобразователя. Как только напряжение в соединениях его подключения превышает допустимый порог, он открывается и подает импульс на транзистор. После чего происходит запуск преобразователя в целом.

Далее происходит следующее:

С управляющих обмоток трансформатора импульсы поступают на транзисторные ключи. Эти импульсы являются противофазными. Кстати, открытие ключей вызывает наводку на двух обмотках и на рабочей тоже.
Переменное напряжение с рабочей обмотки подается на люминесцентную лампу через последовательно установленные элементы: первая и вторая нить накала.

Обратите внимание, что на конденсаторе С5 будет происходить самое большое падение напряжения. Именно этот элемент и зажигает люминесцентную лампу

То есть, получается так, что максимальная сила тока разогревает две нити накала, а напряжение на конденсаторе С5 (оно большое) зажигает источник света.

Принцип работы и устройство ЛЛ

Люминесцентный прибор представляет собой газозарядный источник света, где в ртутных парах электрический разряд создает интенсивное ультрафиолетовое излучение.

Компактные модули люминесцентного типа имеют стандартный цоколь, благодаря которому становятся удобной заменой ярких, но более энергозатратных ламп накаливания.

Как работает люминесцентная лампочка?

В видимый человеческому глазу свет его преображает специальный состав под названием люминофор, состоящий из галофосфата кальция, смешанного с дополнительными элементами.

После подключения к центральной электросети люминесцентной лампы, внутри стеклянной колбы требуется поддерживать так называемый тлеющий разряд.

Он дает возможность обеспечить свечение люминофорного слоя в постоянном режиме и даже в период кратковременного отключения центрального электропитания.

Раньше классическая лампа люминесцентного типа имела вид запаянной с двух сторон трубки, внутри которой находятся пары ртути. Сейчас приборы выпускаются в более разнообразных формах и конфигурациях

Конструкционные особенности прибора

Традиционная лампа люминесцентного типа — это стеклянный цилиндр с внешним диаметром 12, 16, 26 и 38 мм, обычно представленный как:

прямая удлиненная трубка;
изогнутый U-образный модуль;
кольцо;
сложная фигура.

В торцевые края герметично впаяны ножки. На их внутренней стороне размещены вольфрамовые электроды, конструктивно напоминающие биспиральные тела накала, встроенные в лампочки «Ильича».

В отдельных типах люминесцентных ламп используются более прогрессивные триспирали, представляющие собой закрученную биспираль. Оснащенные ими приборы имеют повышенный уровень КПД и более низкий порог теплопотери, существенно поднимающие общую эффективность светопотока

С наружной части электродные элементы подпаяны к металлическим штырькам металлического цоколя, на которые подается рабочее напряжение.

U-подобные и прямые приборы обычно оснащены цоколями G5 и G13, где буквенная кодировка означает штырьковый тип цокольного элемента, а цифровая показывает, на каком расстоянии друг от друга располагаются рабочие элементы.

Электропроводная среда, располагающаяся внутри стеклянной колбы, обладает отрицательным сопротивлением. Когда между двумя противоположными электродами возникает рост тока, требующий ограничения, оно проявляется и снижает рабочее напряжение.

В схему цепи включения обычной люминесцентной лампочки входит дроссель или балластник. Он отвечает за создание высокоуровневого импульсного напряжения, необходимого для корректной активации лампы.

Рисунок показывает внутреннее обустройство лампы люминесцентного типа и наглядно объясняет базовый принцип работы ее основных составных элементов

Помимо этой детали, ЭмПРА комплектуется стартером. Он представляет собой элемент тлеющего разряда, внутри которого располагаются два электрода, окруженные средой инертного газа.

Один из них состоит из биметаллической пластины. В спящем режиме оба электрода находятся в разомкнутом состоянии.

Самые распространенные причины неисправностей ЛЛ с электромагнитным балластом

Выделяют следующие проблемы:

Отказ стартера. Признаки: светильник не включается, колба светится только по краям, светится стартер, но лампа не запускается, ЛЛ мигает стробоскопом. Решение: замена. На заметку! Проверить стартер на работоспособность можно с помощью обыкновенной лампы накаливания с патроном. Подключите один провод от патрона в розетку, а другой через стартер. С исправным стартером лампа «Ильича» должна работать. См. рисунок ниже.
Отказ ЛЛ. Признаки: черные края колбы, мигание ЛЛ стробоскопом, слабое свечение, светильник не работает. Решение: замена. Совет! Часто дешевые светильники не включаются из-за потери контакта в ламподержателях. Из-за высокой температуры они плавятся. Поэтому можно отделаться лишь заменой гнезда или восстановлением контакта с лампой/стартером.
Отказ дросселя. Признаки: сразу бросаются в глаза почернение обмотки и расплавленные клеммы. Проверить состояние дросселя своими руками можно с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления. У исправного оно составляет 30-40 Ом. Если мультиметр показывает меньше, дроссель закорочен, и его лучше заменить.

Для чего нужен дроссель

Дроссель отвечает за правильную работу источника света. Нередко мощные устройства требуют внушительных показателей напряжения сети. Это в свою очередь приводит к перегреву и перегоранию прибора. Компонент позволяет избежать подобных последствий. При этом его нужно включать в электрическую цепь последовательно.

Таким образом дроссель ограничивает напряжение и силу тока во время работы.

Рисунок 1. Дроссель ДРЛ

Чтобы ограничить перепады тока, реализуется подключение через элемент сопротивления. Он представляет собой балласт из нескольких катушек индуктивности с высоким сопротивлением, которое не дает лампе сгореть. В газовой среде ДРЛ происходит электрический пробой, приводящий к появлению дугового разряда. Ионизированный газ при этом теряет сопротивление, что становится причиной возрастания тока и выделения значительного количества тепла. Если ток не ограничивать специальными дросселями, прогретая газовая среда выведет лампу из строя.

Если ДРЛ напрямую подключить в сеть, то поломка в большинстве случаев вопрос времени. Чаще перегрев проявляется мгновенно. На скорость поломки влияют конкретные показатели электрической цепи, величина напряжения, внешние факторы (температура воздуха, влажность и т.д.). Это касается только обычных ртутных светильников, которые составляют большую часть рынка.

Главный параметр для дросселя номинальный ток. Именно по нему подбирают оборудование с учетом мощности осветительного прибора. Можно воспользоваться следующей таблицей.

Мощность используемой ДРЛ	Номинальный ток дросселя
125 Вт	1,15 А
250 Вт	2,15 А
400 Вт	3,25 А
700 Вт	5,45 А

Несмотря на полезность дросселя он все больше уходит в прошлое. На смену приходят современные блоки электронной стабилизации дуги. С их помощью можно точно настраивать параметры работы, контролировать рабочие нагрузки. Выставленные показатели будут сохраняться даже при значительных перепадах напряжения в сети.

Рисунок 2. Дроссели разных параметров

Реактивное сопротивление дросселя связано с параметрами катушки индуктивности. 1 генри индуктивности пропускает 1 А тока при напряжении 1 В. При рассмотрении катушек стоит учесть:

площадь поперечного сечения медного проводника;
количество витков;
материал сердечника;
поперечное сечение магнитопровода.

Катушка также обладает активным сопротивлением, что надо учитывать при подборе деталей для конкретных осветительных приборов. К каждому типу ДРЛ подойдут дроссели определенных размеров.

Особенности светильников с ЭПРА

ЭПРА для светодиодов имеют компактные размеры, монтировать их в конструкцию достаточно легко. С ними возможно конструировать различные вариации люминесцентной и светодиодной иллюминации. Их практичность прекрасно совмещается с воссозданием комфортабельного, разнообразного и уникального освещения в различных условиях и для различных площадей, где сама практичность выражается:

в высоком энергосбережении;
отсутствии мерцания;
более эффективном КПД;
более высоком коэффициенте показателя мощности;
мгновенном старте включения света;
отсутствии мерцания из-за перегорания диодов;
низком показателе рабочей температуры;
отсутствии шума люминесцентных ламп и светодиодов во время рабочего процесса;
высоких показателях экономии денежных средств.

Электронный ПРА обеспечивает стабильную работу светодиодных светильников

ЭмПРА

Электромагнитные пускорегулирующие аппараты для люминесцентных ламп, ранее, да и сейчас, не представляют собой единый блок. Это скорее схема, в которую входят:

Дроссель для поддержки работы лампы;
Стартер, для запуска лампы;
Конденсатор (не обязательно) для снижения реактивных потерь.

В статье Люминесцентные лампы: описание, характеристики, типы, подключение в быту я показывал старые дроссели, используемые в люминесцентных светильниках. Они внушительные, тяжелые и на практике составляли большую часть веса светильника.

На сегодня комплект стартер+дроссель, несколько уменьшились в размерах, а некоторые модели упакованы в единый корпус. Примеры на фото.

Открытый ЭмПРА

Схема подключения ЭмПРА не сложная. У люминесцентной лампы четыре электрода. У трубчатой лампы два электрода с одной стороны (1,2), два с другой (3,4).

К контактам 1 и 3 подключается стартер;
К контакту 2 подключается одна обмотка дросселя;
К контакту 4 подключается провод питания;
Ко второй обмотке дросселя подключается второй провод питания.

Как подключить ЭмПРА

Пара слов о конструкционных особенностях ЭмПРА. Электромагнитный ПРА состоит как минимум из индуктивного балласта и импульсного зажигающего устройства ИЗУ. Индуктивный балласт служит для накопления электродвижущей силы (ЭДС) перед запуском лампы. ИЗУ обеспечивает непосредственно процесс запуска лампы. Если в комплект входит компенсирующий конденсатор, то эффективность ЭмПРА повышается. Конденсатор сдвигает и сглаживает пиковые значения потребляемой мощности, компенсирует реактивную мощность (она не расходуется на выполнение полезной работы и фактически растрачивается впустую). Т. е. с применением конденсатора повышается коэффициент мощности светильника.

Преимущества и недостатки

Люминесцентные устройства имеют преимущества, достоинства и недостатки. Лампы имеют высокий показатель световой отдачи. Люминесцентные приборы в 20 Вт обеспечивают освещение в комнате, которое имеют устройства накаливания и иллюминационные лампы в 100 Вт.

Изделия отличаются высоким коэффициентом полезного действия. Энергосберегающие лампы используются до 20 тыс. часов при обеспечении требований эксплуатации.

Свет у люминесцентных конструкций не направленный, а рассеивающий. В северных регионах рекомендовано применение люминесцентных ламп дневного света в жилых и общественных зданиях.

Преимущество люминесцентных устройств в разнообразии конструктивных решений. Разные формы, цветовые оттенки устройств позволяют реализовывать оригинальные дизайнерские решения в архитектуре общественных и жилых комплексов.

К недостаткам люминесцентных приборов относится содержание в конструкции ртути, в зависимости от размера лампы объем вещества варьируется от 2,3 мг до 1 г. Однако производители разрабатывают конструкции, которые в применении не опасны.

Подключение к электронным модулям

Варианты подключения люминесцентных ламп на электронных модулях несколько отличаются. Каждый электронный пускорегулирующий аппарат имеет входные клеммы для подачи сетевого напряжения и выходные клеммы под нагрузку.

В зависимости от конфигурации ЭПРА, подключается одна или несколько ламп. Как правило, на корпусе прибора любой мощности, рассчитанного на подключение соответствующего количества светильников, имеется принципиальная схема включения.

Порядок подключения люминесцентных светильников к устройству пуска и регулирования, действующего на полупроводниковых элементах: 1 – интерфейс для сети и заземления; 2 – интерфейс для светильников; 3,4 – светильники; L – фазная линия питания; N – нулевая линия; 1…6 – контакты интерфейса

На схеме выше, к примеру, предусматривается питание максимум двух люминесцентных ламп, так как в схеме используется модель двухлампового балласта.

Два интерфейса прибора рассчитаны так: один для подключения сетевого напряжения и заземляющего провода, второй для подключения ламп. Этот вариант тоже из серии простых решений.

Аналогичный прибор, но рассчитанный уже для работы с четырьмя лампами, отличается наличием увеличенного числа клемм на интерфейсе подключения нагрузки. Сетевой интерфейс и линия подключения заземления остаются без изменений.

Разводка подключения по четырехламповому варианту. В качестве устройства запуска и регулирования также используется электронный полупроводниковый ЭПРА. На схеме 1…10 – контакты интерфейса устройства пуска и регулирования

Однако наряду с простыми устройствами, – одно-, двух-, четырехламповыми – встречаются пускорегулирующие конструкции, схематика которых предусматривает использование функции регулировки свечения люминесцентных ламп с помощью.

Это так называемые управляемые модели регуляторов. Рекомендуем подробнее ознакомиться с принципом работы регулятора мощности осветительных приборов.

Чем отличаются подобные приборы от уже рассмотренных устройств? Тем, что в дополнение к сетевому и нагрузочному оснащаются еще интерфейсом для подключения управляющего напряжения, уровень которого обычно составляет 1-10 вольт постоянного тока.

Четырехламповая конфигурация с возможностью плавной регулировки яркости свечения: 1 – переключатель режима; 2 – контакты подвода управляющего напряжения; 3 – заземляющий контакт; 4, 5, 6, 7 – люминесцентные лампы; L – фазная линия питания; N – нулевая линия; 1…20 – контакты интерфейса устройства пуска и регулирования

Таким образом, разнообразие конфигурации электронных пускорегулирующих модулей позволяет организовать системы осветительных приборов разного уровня. Имеется в виду не только уровень мощности и охвата площадей, но также уровень управления.

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.

Особенности светильника ДРЛ

Для освещения улиц, промышленных и архитектурных объектов, сельскохозяйственных комплексов, не требующих высокого качества цветопередачи, применяется светильник ДРЛ (дуговая ртутная лампа высокого давления). Особенность прибора заключается в высоком КПД, экономичности, длительной эксплуатации.

Существует множество разновидностей осветительного устройства: дневного, ультрафиолетового света, вольфрамные, натриевые варианты. Все газоразрядные изделия объединяет непостоянство сопротивления (соответственно тока). Ограничить рабочий ток источников света помогает электронный (ЭПРА) или электромагнитный (ЭмПРА) пускорегулирующий аппарат, выполненный в виде катушки индуктивности — дросселя.