С повышением цен на электроэнергию, приходится задумываться о более экономных светильниках. Одни из таких используют осветительные приборы дневного света. Схема подключения люминесцентных ламп не слишком сложна, так что даже без особых знаний электротехники можно разобраться.
Хорошая освещенность и линейные размеры — преимущества дневного света
Принцип работы люминесцентного светильника
В светильниках дневного света использована способность паров ртути излучать инфракрасные волны под воздействием электричества. В видимый для нашего глаза диапазон, это излучение переводят вещества-люминофоры.
Потому обычная люминесцентная лампа представляет собой стеклянную колбу, стенки которой покрыты люминофором. Внутри также находится некоторое количество ртути. Имеются два вольфрамовых электрода, обеспечивающих эмиссию электронов и разогрев (испарение) ртути. Колба заполнена инертным газом, чаще всего — аргоном. Свечение начинается при наличии паров ртути, разогретых до определенной температуры.
Но для испарения ртути обычного напряжения сети недостаточно. Для начала работы параллельно с электродами включают пуско-регулирующие устройства (сокращенно ПРА). Их задача — создать кратковременный скачок напряжения, необходимый для начала свечения, а затем ограничивать рабочий ток, не допуская его неконтролируемого возрастания. Эти устройства — ПРА — бывают двух видов — электромагнитные и электронные. Соответственно, схемы отличаются.
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.
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.
Электронный балласт
Все недостатки описанной выше схемы стимулировали изыскания. В результате была разработана схема электронного балласта. Она которая подает не сетевую частоту в 50Гц, а высокочастотные колебания (20-60 кГц), тем самым убирая очень неприятное для глаз мигание света.
Один из электронных балластов — ЭПРА
Выглядит электронный балласт как небольшой блок с выведенными клеммами. Внутри находится одна печатная плата, на которой собрана вся схема. Блок имеет небольшие габариты и монтируется в корпусе даже самого небольшого светильника. Параметры подобраны так, что пуск происходит быстро, бесшумно. Для работы больше никаких устройств не надо. Это так называемая безстартерная схема включения.
На каждом устройстве с обратной стороны нанесена схема. По ней сразу понятно, сколько ламп к нему подключается. Информация продублирована и в надписях. Указывается мощность ламп и их количество, а также технические характеристики устройства. Например, блок на фото выше обслуживать может только одну лампу. Схема ее подключения есть справа. Как видите, ничего сложного нет. Берете провода, соединяете проводниками с указанными контактами:
- первый и второй контакты выхода блока подключаете к одной паре контактов лампы:
- третий и четвертый подаете на другую пару;
- ко входу подаете питание.
Все. Лампа работает. Ненамного сложнее схема включения двух люминесцентных ламп к ЭПРА (смотрите схему на фото ниже).
Преимущества электронных балластников описаны в видео.
Такое же устройство вмонтировано в цоколь ламп дневного света со стандартными патронами, которые еще называют «экономлампами». Это аналогичный осветительный прибор, только сильно видоизмененный.
Люминесцентная лампа (ЛЛ) представляет собой источник света, создаваемый электрическим разрядом в среде паров ртути и инертного газа. При этом возникает невидимое ультрафиолетовое свечение, действующее на слой люминофора, нанесенный изнутри на стеклянную колбу. Типовая схема включения люминесцентной лампы представляет собой пускорегулирующее устройство с электромагнитным балластом (ЭмПРА).
Устройство и описание ЛЛ
Колба большинства ламп всегда имела цилиндрическую форму, но сейчас она может быть в виде сложной фигуры. На торцах в нее вмонтированы электроды, конструктивно похожие на некоторые спирали ламп накаливания, изготовленные из вольфрама. Они подпаяны к расположенным снаружи штырькам, на которые подается напряжение.
Газовая электропроводная среда внутри ЛЛ имеет отрицательное сопротивление. Оно проявляется в снижении напряжения между противоположными электродами при росте тока, который необходимо ограничивать. Схема включения люминесцентной лампы содержит балластник (дроссель), основное назначение которого - создание большого импульса напряжения для ее зажигания. Кроме него в ЭмПРА входит стартер - лампа тлеющего разряда с размещенными внутри нее двумя электродами в среде инертного газа. Один из них изготовлен из В исходном состоянии электроды разомкнуты.
Принцип работы ЛЛ
Стартерная схема включения люминесцентных ламп работает следующим образом.
- На схему подается напряжение, но сначала через ЛЛ ток не идет из-за большого сопротивления среды. По спиралям катодов ток проходит и разогревает их. Кроме того, он поступает также на стартер, для которого подаваемого напряжения достаточно, чтобы внутри возник тлеющий разряд.
- При разогреве контактов пускателя от проходящего тока биметаллическая пластина замыкается. После этого проводником становится металл, и разряд прекращается.
- Биметаллический электрод остывает и размыкает контакт. При этом дроссель выдает импульс высокого напряжения из-за самоиндукции, и ЛЛ зажигается.
- Через лампу идет ток, который затем в 2 раза уменьшается, поскольку напряжение на дросселе падает. Его недостаточно для повторного запуска стартера, контакты которого остаются разомкнутыми при горении ЛЛ.
Схема включения двух установленных в одном светильнике, предусматривает использование для них одного общего дросселя. Они подключаются последовательно, но на каждой лампе установлено по одному параллельному стартеру.
Недостатком светильника является отключение второй лампы, если одна из них вышла из строя.
Важно! С люминесцентными лампами необходимо использовать специальные выключатели. У бюджетных устройств стартовые токи большие, и контакты могут залипать.
Бездроссельное включение люминесцентных ламп: схемы
Несмотря на дешевизну, электромагнитные балласты имеют недостатки. Они и явились причиной создания электронных схем зажигания (ЭПРА).
Как запускается ЛЛ с ЭПРА
Бездроссельное включение люминесцентных ламп производится через электронный блок, в котором формируется последовательное изменение напряжения при их зажигании.
Достоинства электронной схемы запуска:
- возможность пуска с любой временной задержкой;
- не нужны массивный электромагнитный дроссель и стартер;
- отсутствие гудения и моргания ламп;
- высокая светоотдача;
- легкость и компактность устройства;
- больший срок эксплуатации.
Современные электронные балласты обладают компактными размерами и низким потреблением энергии. Их называют драйверами, помещая в цоколь малогабаритной лампы. Бездроссельное включение люминесцентных ламп позволяет использовать обычные стандартные патроны.
Система ЭПРА преобразует сетевое переменное напряжение в высокочастотное. Сначала разогреваются электроды ЛЛ, а затем подается высокое напряжение. При высокой частоте повышается КПД и полностью исключается мерцание. Схема включения может обеспечивать или с плавным увеличением яркости. В первом случае срок эксплуатации электродов существенно сокращается.
Повышенное напряжение в электронной схеме создается через колебательный контур, приводящий к резонансу и зажиганию лампы. Запуск совершается намного легче, чем в классической схеме с электромагнитным дросселем. Затем также снижается напряжение до необходимого значения удерживания разряда.
Выпрямление напряжения осуществляется после чего оно сглаживается параллельно подключенным конденсатором С 1 . После подключения к сети сразу заряжается конденсатор С 4 и пробивается динистор. Запускается полумостовой генератор на трансформаторе TR 1 и транзисторах Т 1 и Т 2 . При достижении частоты 45-50 кГц создается резонанс c помощью последовательного контура С 2 , С 3 , L 1 , подключенного к электродам, и лампа зажигается. В этой схеме также есть дроссель, но с очень малыми габаритами, позволяющими поместить его в цоколь лампы.
ЭПРА имеет автоматическую подстройку под ЛЛ по мере изменения характеристик. Через некоторое время для изношенной лампы требуется повышение напряжения для зажигания. В схеме ЭмПРА она просто не запустится, а электронный балласт подстраивается под изменение характеристик и тем самым позволяет эксплуатировать устройство в благоприятных режимах.
Преимущества современных ЭПРА следующие:
- плавное включение;
- экономичность работы;
- сохранение электродов;
- исключение мерцания;
- работоспособность при низкой температуре;
- компактность;
- долговечность.
Недостатками являются более высокая стоимость и сложная схема зажигания.
Применение умножителей напряжения
Способ дает возможность включать ЛЛ без электромагнитного балласта, но применяется преимущественно для продления жизни лампам. Схема включения сгоревших люминесцентных ламп позволяет им проработать еще некоторое время, если мощность не превышает 20-40 Вт. При этом нити накала могут быть как целыми, так и перегоревшими. В обоих случаях выводы каждой нити накала нужно закоротить.
После выпрямления напряжение удваивается, и лампа загорается моментально. Конденсаторы С 1 , С 2 выбираются под рабочее напряжение 600 В. Их недостаток заключается в больших габаритах. Конденсаторы С 3 , С 4 устанавливают слюдяные на 1000 В.
ЛЛ не предназначена для питания постоянным током. Со временем ртуть скапливается около одного из электродов, и свечение ослабевает. Для его восстановления изменяют полярность, перевернув лампу. Можно установить переключатель, чтобы ее не снимать.
Бесстартерная схема включения люминесцентных ламп
Схема со стартером требует долгого разогрева лампы. Кроме того, его иногда приходится менять. В связи с этим существует другая схема с подогревом электродов через вторичные обмотки трансформатора, который также выполняет функцию балласта.
Когда производится включение люминесцентных ламп без стартера, на них должно быть обозначение RS (быстрый старт). Светильник со стартерным запуском здесь не подойдет, поскольку его электроды дольше разогреваются, и спирали быстро перегорят.
Как включить сгоревшую лампу?
Если спирали вышли из строя, ЛЛ можно зажечь без умножителя напряжения, используя обычную схему ЭмПРА. Схема включения перегоревшей люминесцентной лампы незначительно изменяется по сравнению с обычной. Для этого к стартеру последовательно подключают конденсатор, а штырьки электродов замыкают накоротко. После такой небольшой переделки лампа проработает еще какое-то время.
Заключение
Конструкция и схема включения люминесцентной лампы постоянно совершенствуется в сторону экономичности, уменьшения размеров и повышения срока службы. Важно правильно ее эксплуатировать, разбираться во всем многообразии выпускаемых типов и знать эффективные способы подключения.
Люминесцентная лампа - источник света, где свечение достигается за счет создания электрического разряда в среде инертного газа и ртутных паров. В результате реакции возникает незаметное глазу ультрафиолетовое свечение, воздействующее на слой люминофора, имеющийся на внутренней поверхности стеклянной колбы. Стандартная схема подключения люминесцентной лампы - прибор с электромагнитным балансом (ЭмПРА).
Устройство люминесцентных ламп
В большинстве лампочек колба выполнена в форме цилиндра. Встречаются более сложные геометрические формы. По торцам лампы имеются электроды, напоминающие по конструкции спирали лампочек накаливания. Электроды изготовлены из вольфрама и припаяны к находящимся с наружной стороны штырькам. На эти штырьки подается напряжение.
Внутри люминесцентной лампы создана газовая среда, которая характеризуется отрицательным сопротивлением, что проявляется при уменьшении напряжении между находящимися напротив друг друга электродами.
В схеме включения лампы используется дроссель (балластник). Его задача - образовать значительный импульс напряжения, за счет которого включится лампочка. В комплект входит стартер, представляющий лампу тлеющего разряда с парой электродов в инертной газовой среде. Один из электродов представляет собой биметаллическую пластину. В выключенном состоянии электроды люминесцентной лампочки разомкнуты.
На рисунке внизу изображена схема работы люминесцентной лампы.
Как работает люминесцентная лампа
Принципы работы люминесцентных источников света основываются на следующих положениях:
- На схему направляется напряжение. Однако вначале ток не попадает на лампочку из-за высокого напряжения среды. Ток движется по спиралям диодов, постепенно нагревая их. Ток подается на стартер, где напряжения достаточно для появления тлеющего разряда.
- В результате нагрева контактов пускателя током происходит замыкание биметаллической пластины. Металл берет на себя функции проводника, разряд завершается.
- Температура в биметаллическом проводнике падает, происходит размыкание контакта в сети. Дроссель создает импульс высокого напряжения в результате самоиндукции. Вследствие этого зажигается люминесцентная лампочка.
- Через осветительный прибор идет ток, который уменьшается вдвое, так как напряжение на дросселе сокращается. Его не хватает для еще одного запуска стартера, контакты которого находятся в разомкнутом состоянии при включенной лампочке.
Чтобы составить схему включения двух лампочек, установленных в одном осветительном приборе, необходим общий дроссель. Лампы подключаются последовательно, однако на каждом источнике света имеется параллельный стартер.
Варианты подключений
Рассмотрим разные варианты подключения люминесцентной лампы.
Подключение с использованием электромагнитного баланса (ЭмПРА)
Наиболее распространенный тип подключения люминесцентного источника света - схема со стартером, где используется ЭмПРА. Принцип действия схемы базируется на том, что в результате подключения питания в стартере возникает разряд и происходит замыкание биметаллических электродов.
Ток в электроцепи проводников и стартера ограничивается только внутренним дроссельным сопротивлением. В результате рабочий ток в лампочке увеличивается почти в три раза, происходит стремительный нагрев электродов, а после потери температуры проводниками возникает самоиндукция и зажигание лампы.
Недостатки схемы:
- В сравнении с другими способами это довольно затратный вариант с точки зрения расхода электроэнергии.
- Пуск занимает не меньше 1 – 3 секунд (в зависимости от степени износа источника света).
- Невозможность работы при низкой температуре воздуха (например, в условиях неотапливаемого подвального или гаражного помещения).
- Имеется стробоскопический эффект мигания лампочки. Этот фактор отрицательно действует на человеческое зрение. Такое освещение нельзя применять в производственных целях, потому что быстро движущиеся предметы (например, заготовка в токарном станке) кажутся неподвижными.
- Неприятное гудение дроссельных пластинок. По мере износа устройства звук нарастает.
Схема включения устроена таким образом, что в ней есть один дроссель на две лампочки. Индуктивности дросселя должно хватать на оба источника света. Используются стартеры на 127 Вольт. Для одноламповой схемы они не подходят, там нужны устройства на 220 Вольт.
На картинке внизу показано бездроссельное подключение. Стартер отсутствует. Схема используется в случае перегорания у ламп нитей накала. Используется повышающий трансформатор Т1 и конденсатор С1, ограничивающий ток, идущий через лампочку от 220-вольтной сети.
Следующая схема используется для лампочек с перегоревшими нитями. Однако отсутствует необходимость в повышающем трансформаторе, благодаря чему конструкция устройства становится проще.
Ниже показан способ использования диодного выпрямительного моста, который нивелирует мерцание лампочки.
На рисунке внизу та же методика, но в более сложном исполнении.
Две трубки и два дросселя
Чтобы подключить лампу дневного света, можно использовать последовательное подключение:
- Фаза от проводки направляется на вход дросселя.
- От дроссельного выхода фаза идет на контакт источника света (1). Со второго контакта направляется на стартер (1).
- Со стартера (1) отходит на вторую контактную пару этой же лампочки (1). Оставшийся контакт стыкуют с нулем (N).
Тем же образом подключают вторую трубку. Вначале дроссель, затем один контакт лампочки (2). Второй контакт группы направляется на второй стартер. Выход стартера объединяется со второй парой контактов источника света (2). Оставшийся контакт следует подсоединить к нулю ввода.
Схема подключения двух ламп от одного дросселя
Схема предусматривает наличие двух стартеров и одного дросселя. Наиболее дорогостоящий элемент схемы - дросселя. Более экономный вариант - двухламповый светильник с дросселем. О том, как реализовать схему, рассказывается в видео.
Недостатки схемы ЭмПРА вызвали необходимость поиска более оптимального способа подключения. В ходе изысканий был изобретен способ с участием электронного балласта. В данном случае используется не сетевая частота (50 Гц), а высокие частоты (20 – 60 кГц). Удается избавиться от вредного для глаз мигания света.
Внешне электронный балласт - это блок с выведенными наружу клеммами. Внутренняя часть устройства содержит печатную плату, на основе которой можно собрать всю схему. Блок малогабаритен, благодаря чему помещается в корпусе даже небольшого прибора освещения. Включение осуществляется гораздо быстрее по сравнению со стандартом ЭмПРА. Работа устройства не доставляет акустического дискомфорта. Данный способ подключения называется бесстартерным.
Разобраться в принципе функционирования устройства такого типа не сложно, поскольку на его обратной стороне есть схема. На ней показано количество ламп для подключения и поясняющие надписи. Имеется информация о мощности лампочек и других технических параметрах устройства.
Подключение осуществляется следующим образом:
- Первый и второй контакт соединяют с парой ламповых контактов.
- Третий и четвертый контакты направляют на оставшуюся пару.
- На вход подают электропитание.
Использование умножителей напряжения
Данный вариант позволяет подключать люминесцентную лампу без применения электромагнитного баланса. Используется обычно для увеличения периода эксплуатации лампочек. Схема подключения сгоревших ламп дает возможность работать источникам света еще какое-то время при условии, что их мощность не более 20 – 40 Вт. Нити накала допускаются как пригодные для работы, так и перегоревшие. В любом случае выводы нитей необходимо закоротить.
В результате выпрямления напряжение увеличивается в два раза, поэтому лампочка включается почти мгновенно. Конденсаторы C1 и С2 подбираются исходя из рабочего напряжения 600 Вольт. Недостаток конденсаторов состоит в их больших размерах. В качестве конденсаторов С3 и С4 отдают предпочтение слюдяным устройствам на 1000 Вольт.
Люминесцентные лампы несовместимы с постоянным током. Очень скоро ртути в устройстве накапливается столько, что свет становится ощутимо слабее. Чтобы восстановить яркость свечения, меняют полярность путем переворачивания лампочки. Как вариант, можно установить переключатель, чтобы каждый раз не снимать лампу.
Подключение без стартера
Метод с использованием стартера сопряжен с длительным разогревом лампочки. К тому же эту деталь необходимо часто менять. Обойтись без стартера позволяет схема, где подогрев электродов осуществляется с помощью старых трансформаторных обмоток. Трансформатор выступает в роли балласта.
На лампочках, используемых без стартера, должна быть надпись RS (быстрый старт). Источник света с запуском через стартер не подходит, так как его проводники долго греются, а спирали быстро сгорают.
Последовательное подключение двух лампочек
В данном случае необходимо соединить две люминесцентные лампы с одним балластом. Все устройства подключают последовательным образом.
Для проведения электромонтажных работ понадобятся такие детали:
- индукционный дроссель;
- стартеры (2 единицы);
- люминесцентные лампочки.
Подключение выполняется в следующем порядке:
- Присоединяем к каждой лампочке стартеры. Соединение выполняем параллельно. Место соединения - штыревой вход на торцах прибора освещения.
- Свободные контакты направляем в электрическую сеть. Для соединения используем дроссель.
- К контактам источника света присоединяем конденсаторы. Позволят снизить интенсивность помех в сети и компенсировать реактивность мощности.
Обратите внимание! В стандартных бытовых переключателях (особенно в недорогих моделях) нередко залипают контакты из-за слишком высоких стартовых токов. В связи с этим для использования в совокупности с люминесцентными лампами рекомендуется приобретать качественные выключатели.
Замена лампы
Если отсутствует свет и причина проблемы лишь в том, чтобы заменить перегоревшую лампочку, действовать нужно следующим образом:
- Разбираем светильник. Делаем это осторожно, чтобы не повредить прибор. Поворачиваем трубку по оси. Направление движения указано на держателях в виде стрелочек.
- Когда трубка повернута на 90 градусов, опускаем ее вниз. Контакты должны выйти через отверстия в держателях.
- Контакты новой лампочки должны находиться в вертикальной плоскости и попадать в отверстие. Когда лампа установлена, поворачиваем трубку в обратную сторону. Остается лишь включить электропитание и проверить систему на работоспособность.
- Завершающее действие - монтаж рассеивающего плафона.
Проверка работоспособности системы
После подключения люминесцентной лампы следует убедиться в ее работоспособности и в исправности пускорегулирующих устройств. Для проведения испытаний понадобится тестер, с помощью которого проверяют катодные нити накала. Допустимый уровень сопротивления - 10 Ом.
Если тестер определил сопротивление как бесконечное, необязательно выбрасывать лампочку. Данный источник света еще сохраняет функциональность, но использовать его нужно в режиме холодного запуска. В обычном состоянии контакты стартера разомкнуты, а его конденсатор не пропускает постоянный ток. Иными словами, прозвон должен показывать очень высокое сопротивление, которое иной раз достигает сотен Ом.
После прикосновения щупами омметра дроссельных выводов сопротивление постепенно снижается до постоянной величины, присущей обмотке (несколько десятков Ом).
Обратите внимание! О неисправном состоянии дросселя говорит перегорание недавно поставленной лампочки.
Достоверно определить межвитковое замыкание в дроссельной обмотке, используя обычный омметр, не получится. Однако если в приборе есть функция замера индуктивности и данные по ЭмПРА, несоответствие значений укажет на наличие проблемы.
Лампы дневного света (ЛДС) широко применяются для освещения как больших площадей общественных помещений, так и в качестве бытовых источников света. Популярность люминесцентных ламп обусловлена в большей мере их экономическими характеристиками. По сравнению с лампами накаливания у данного типа ламп высокий КПД, повышенная светоотдача и более долгий срок службы. Однако функциональным недостатком ламп дневного света является необходимость наличия пускового стартера или специального пускорегулирующего устройства (ПРА). Соответственно задача пуска лампы при выходе из строя стартера или при его отсутствии является насущной и актуальной.
Принципиальное отличие ЛДС от лампы накаливания в том, что преобразование электроэнергии в свет происходит благодаря протеканию тока через пары ртути, смешанные с инертным газом в колбе. Ток начинает протекать после пробоя газа высоким напряжением, приложенным к электродам лампы.
- Дроссель.
- Колба лампы.
- Люминесцентный слой.
- Контакты стартера.
- Электроды стартера.
- Корпус стартера.
- Биметаллическая пластина.
- Нити накала лампы.
- Ультрафиолетовое излучение.
- Ток разряда.
Образующееся ультрафиолетовое излучение лежит в невидимой для человеческого глаза части спектра. Для его преобразования в видимый световой поток стенки колбы покрывают специальным слоем, люминофором. Меняя состав этого слоя можно получать разные световые оттенки.
Перед непосредственным запуском ЛДС электроды на её концах разогреваются прохождением через них тока или же за счёт энергии тлеющего разряда.
Высокое напряжения пробоя обеспечивает ПРА, который может быть собран по известной традиционной схеме или же иметь более сложную конструкцию.
Принцип действия стартера
На рис. 1 представлено типовое подключение ЛДС со стартером S и дросселем L. К1, К2 – электроды лампы; С1 – косинусный конденсатор, С2 – фильтрующий конденсатор. Обязательным элементом таких схем является дроссель (катушка индуктивности) и стартер (прерыватель). В качестве последнего зачастую используется неоновая лампа с биметаллическими пластинами. Для улучшения низкого коэффициента мощности из-за наличия индуктивности дросселя применяют входной конденсатор (С1 на рис.1).
Рис. 1 Функциональная схема подключения ЛДС
Фазы запуска ЛДС следующие:
1) Разогрев электродов лампы. В этой фазе ток течёт по цепи «Сеть – L – К1 – S – К2 – Сеть». В этом режиме стартер начинает хаотично замыкаться / размыкаться.
2) В момент разрыва цепи стартером S энергия магнитного поля, накопленная в дросселе L, в виде высокого напряжения прикладывается к электродам лампы. Происходит электрический пробой газа внутри лампа.
3) В режиме пробоя сопротивление лампы ниже, чем сопротивление ветви стартера. Поэтому ток течёт по контуру «Сеть – L – К1 – К2 – Сеть». В этой фазе дроссель L выполняет роль реактивного токоограничивающего сопротивления.
Недостатки традиционной схемы пуска ЛДС: звуковой шум, мерцание с частотой 100 Гц, увеличенное время пуска, низкий КПД.
Принцип действия ЭПРА
Электронные ПРА (ЭПРА) используют потенциал современной силовой электроники и являются более сложными, но и более функциональными схемами. Такие устройства позволяют контролировать три фазы запуска и регулировать световой поток. В результате повышается срок службы лампы. Также, из-за питания лампы током более высокой частоты (20÷100 кГц) отсутствует видимое мерцание. Упрощённая схема одной из популярных топологий ЭПРА приведена на рис. 2.
Рис. 2 Упрощённая принципиальная схема ЭПРА
На рис. 2 D1-D4 – выпрямитель сетевого напряжения, С – фильтрующий конденсатор, Т1-Т4 – транзисторный мостовой инвертор с трансформатором Tr. Опционально в ЭПРА могут присутствовать входной фильтр, схема коррекции коэффициента мощности, дополнительные резонансные дроссели и конденсаторы.
Полная принципиальная схема одного из типовых современных ЭПРА приведена на рис 3.
Рис. 3 Схема ЭПРА BIGLUZ
В схеме (рис. 3) присутствуют основные выше названные элементы: мостовой диодный выпрямитель, фильтрующий конденсатор в звене постоянного тока (С4), инвертор в виде двух транзисторов с обвязкой (Q1, R5, R1) и (Q2, R2, R3), дроссель L1, трансформатор с тремя выводами TR1, схема запуска и резонансный контур лампы. Две обмотки трансформатора служат для включения транзисторов, третья обмотка входит в состав резонансного контура ЛДС.
Способы пуска ЛДС без специализированного ПРА
При выходе из строя лампы дневного света возможны две причины:
1) . В таком случае достаточно заменить стартер. Эту же операцию следует провести при появлении мерцания лампы. В таком случае при визуальном осмотре на колбе ЛДС нет характерных затемнений.
2) . Возможно, перегорела одна из нитей электродов. При визуальном осмотре могут быть заметны потемнения на концах колбы. Здесь можно применить известные схемы запуска для продолжения эксплуатации лампы даже с перегоревшими нитями электродов.
Для экстренного запуска лампу дневного света можно подключить без стартера по схеме, приведенной ниже (рис. 4). Здесь роль стартера выполняет пользователь. Контакт S1 замыкается на весь период работы лампы. Кнопка S2 замыкается на 1-2 секунды для зажигания лампы. При размыкании S2 напряжение на ней в момент зажигания будет значительно больше сетевого! Поэтому при работе с такой схемой следует проявлять повышенную осторожность.
Рис. 4 Принципиальная схема запуска ЛДС без стартера
Если требуется быстро зажечь ЛДС со сгоревшими нитями накала, то необходимо собрать схему (рис. 5).
Рис. 5 Принципиальная схема подключения ЛДС со сгоревшей нитью накала
Для дросселя 7-11 Вт и лампы 20 Вт номинал С1 – 1 мкФ с напряжением 630 В. Конденсаторы с меньшим номиналом использовать не стоит.
Автоматические схемы запуска ЛДС без дросселя предполагают использование в качестве ограничителя тока обыкновенной лампы накаливания. Такие схемы, как правило, являются умножителями и питают ЛДС постоянным током, что вызывает ускоренный износ одного из электродов. Однако подчеркнём, что такие схемы позволяют некоторое время запускать даже ЛДС со сгоревшими нитями электродов. Типовая схема подключения люминесцентной лампы без дросселя приведена на рис. 6.
Рис. 6. Структурная схема подключения ЛДС без дросселя
Рис. 7 Напряжение на ЛДС подключенной по схеме (рис. 6) до момента пуска
Как видим на рис. 7 напряжение на лампе в момент пуска доходит до уровня 700 В примерно за 25 мс. Вместо лампы накаливания HL1 можно использовать дроссель. Конденсаторы в схеме рис. 6 следует выбирать в пределах 1÷20 мкФ с напряжением не меньше 1000В. Диоды должны быть рассчитаны на обратное напряжение 1000В и ток от 0,5 до 10 А в зависимости от мощности лампы. Для лампы мощностью 40 Вт будет достаточно диодов, рассчитанных на ток 1.
Ещё один вариант схемы запуска показан на рис 8.
Рис. 8 Принципиальная схема умножителя с двумя диодами
Параметры конденсаторов и диодов в схеме на рис. 8 аналогичны схеме на рис. 6.
Один из вариантов использования низковольтного источника питания приведен на рис. 9. На основе такой схемы (рис. 9) можно собрать беспроводную лампу дневного света на аккумуляторе.
Рис. 9 Принципиальная схема подключения ЛДС от низковольтного источника питания
Для вышеприведенной схемы необходимо намотать трансформатор с тремя обмотками на одном сердечнике (кольце). Как правило, первой наматывают первичную обмотку, затем главную вторичную (на схеме обозначена, как III). Для транзистора необходимо предусмотреть охлаждение.
Заключение
При выходе из строя стартера лампы дневного света можно применить экстренный «ручной» запуск или простые схемы питания постоянным током. При использовании схем на основе умножителей напряжения есть возможность запускать лампу без дросселя, используя лампу накаливания. Работая на постоянном токе, отсутствует мерцание и шум ЛДС, однако уменьшается срок службы.
В случае перегорания одной или двух нитей катодов люминесцентной лампы её можно продолжать эксплуатировать некоторое время, применяя упомянутые схемы с повышенным напряжением.
Люминесцентные лампы подключаются в соответствии с несколько более сложной схемой по сравнению со своими ближайшими «родственниками» — лампами накаливания. Для зажигания ламп люминесцентного типа, в цепь должны быть включены пусковые устройства, от качества которых напрямую зависит срок эксплуатации светильников.
Чтобы разобраться в особенностях схем, надо в первую очередь изучить устройство и механизм действия подобных приборов.
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 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.
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.
| 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.
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
Цены на люминесцентные лампы
Классическое подключение через электромагнитный балласт
Особенности схемы
В соответствии с этой схемой в цепь включается дроссель. Также в составе схемы обязательно присутствует стартер.
Стартер для люминесцентных ламп — Philips Ecoclick StartersS10 220-240V 4-65W
Последний представляет собой маломощный неоновый источник света. Устройство оснащено биметаллическими контактами и питается от электросети с переменными значениями тока. Дроссель, стартерные контакты и электродные нити подключаются последовательно.
Вместо стартера в схему может включаться обыкновенная кнопка от электрозвонка. В данном случае напряжение будет подаваться путем удерживания кнопки звонка в нажатом положении. Кнопку нужно отпустить после зажигания светильника.
Порядок действия схемы с балластом электромагнитного типа выглядит следующим образом:
- после включения в сеть, дроссель начинает накапливать электромагнитную энергию;
- через стартерные контакты обеспечивается поступление электричества;
- ток устремляется по вольфрамовым нитям нагрева электродов;
- электроды и стартер нагреваются;
- происходит размыкание контактов стартера;
- аккумулированная дросселем энергия высвобождается;
- величина напряжения на электродах меняется;
- люминесцентная лампа дает свет.
В целях повышения показателя полезного действия и уменьшения помех, возникающих в процессе включения лампы, схема комплектуется двумя конденсаторами. Один из них (меньший) размещается внутри стартера. Его главная функция заключается в погашении искр и улучшении неонового импульса.
Среди ключевых преимуществ схемы с балластом электромагнитного типа можно выделить:
- надежность, проверенную временем;
- простоту;
- доступную стоимость.
- Недостатков, как показывает практика, больше, чем преимуществ. Среди их числа нужно выделить:
- внушительный вес осветительного прибора;
- продолжительное время включения светильника (в среднем до 3 секунд);
- низкую эффективность системы при эксплуатации на холоде;
- сравнительно высокое потребление энергии;
- шумную работу дросселя;
- мерцание, негативно воздействующее на зрение.
Порядок подключения
Подсоединение лампы по рассмотренной схеме выполняется с задействованием стартеров. Далее будет рассмотрен пример установки одного светильника с включением в схему стартера модели S10. Это современное устройство имеет невозгораемый корпус и высококачественную конструкцию, что делает его лучшим в своей нише.
Главные задачи стартера сводятся к:
- обеспечению включения лампы;
- пробою газового промежутка. Для этого цепь разрывается после довольно длительного нагрева электродов лампы, что приводит к выбросу мощного импульса и непосредственно пробою.
Дроссель используется для выполнения таких задач:
- ограничения величины тока в момент замыкания электродов;
- генерации напряжения, достаточного для пробоя газов;
- поддержания горения разряда на постоянном стабильном уровне.
В рассматриваемом примере подключается лампа на 40 Вт. При этом дроссель должен иметь аналогичную мощность. Мощность же используемого стартера равна 4-65 Вт.
Подключаем в соответствии с представленной схемой. Для этого делаем следующее.
Первый шаг
Параллельно подключаем стартер к штыревым боковым контактам на выходе люминесцентного светильника. Эти контакты представляют собой выводы нитей накаливания герметичной колбы.
Второй шаг
На оставшиеся свободными контакты подключаем .
Третий шаг
К питающим контактам подключаем конденсатор, опять-таки, параллельно. Благодаря конденсатору будет компенсироваться реактивная мощность и уменьшаться помехи в сети.
Подключение через современный электронный балласт
Особенности схемы
Современный вариант подключения. В схему включается электронный балласт – это экономное и усовершенствованное устройство обеспечивает гораздо более длительный срок службы люминесцентных ламп по сравнению с вышерассмотренным вариантом.
В схемах с электронным балластом люминесцентные лампы работают на повышенном напряжении (до 133 кГц). Благодаря этому свет получается ровным, без мерцаний.
Современные микросхемы позволяют собирать специализированные пусковые устройства с низким энергопотреблением и компактными размерами. Это дает возможность помещать балласт прямо в цоколь лампы, что делает реальным производство малогабаритных осветительных приборов, вкручивающихся в обыкновенный патрон, стандартный для ламп накаливания.
При этом микросхемы не только обеспечивают светильники питанием, но и плавно подогревают электроды, повышая их эффективность и увеличивая срок службы. Именно такие люминесцентные лампы можно использовать в комплексе с – устройствами, предназначенными для плавного регулирования яркости света лампочек. К люминесцентным лампам с электромагнитными балластами диммер не подключишь.
По конструкции электронный балласт является преобразователем электронапряжения. Миниатюрный инвертор трансформирует постоянный ток в высокочастотный и переменный. Именно он и поступает на нагреватели электродов. С повышением частоты интенсивность нагрева электродов уменьшается.
Включение преобразователя организовано таким образом, чтобы сначала частота тока находилась на высоком уровне. Люминесцентная лампочка, при этом, включается в контур, резонансная частота которого значительно меньше начальной частоты преобразователя.
Далее частота начинает постепенно уменьшаться, а напряжение на лампе и колебательном контуре увеличиваться, за счет чего контур приближается к резонансу. Интенсивность нагрева электродов также увеличивается. В какой-то момент создаются условия, достаточные для создания газового разряда, в результате возникновения которого лампа начинает давать свет. Осветительный прибор замыкает контур, режим работы которого при этом изменяется.
При использовании электронных балластов схемы подключения ламп составлены так, что у регулирующего устройства появляется возможность подстраиваться под характеристики лампочки. К примеру, спустя определенный период использования люминесцентные лампы требуют более высокого напряжения для создания начального разряда. Балласт сможет подстроиться под такие изменения и обеспечить необходимое качество освещения.
Таким образом, среди многочисленных преимуществ современных электронных балластов нужно выделить следующие моменты:
- высокую экономичность эксплуатации;
- бережный прогрев электродов осветительного прибора;
- плавное включение лампочки;
- отсутствие мерцания;
- возможность использования в условиях низких температур;
- самостоятельную адаптацию под характеристики светильника;
- высокую надежность;
- небольшой вес и компактные размеры;
- увеличение срока эксплуатации осветительных приборов.
Недостатков всего 2:
- усложненная схема подключения;
- более высокие требования к правильности выполнения монтажа и качеству используемых комплектующих.
Цены на электронные балласты для люминесцентных ламп
Электронный балласт для люминесцентных ламп
Порядок подключения
Все необходимые коннекторы и провода обычно идут в комплекте с электронным балластом. Со схемой подключения вы можете ознакомиться на представленном изображении. Также подходящие схемы приводятся в инструкциях к балластам и непосредственно осветительным приборам.
В такой схеме лампа включается в 3 основные стадии, а именно:
- электроды прогреваются, благодаря чему обеспечивается более бережный и плавный пуск и сохраняется ресурс прибора;
- происходит создание мощного импульса, требующегося для поджига;
- значение рабочего напряжение стабилизируется, после чего напряжение подается на светильник.
Современные схемы подсоединения ламп исключают необходимость применения стартера. Благодаря этому риск перегорания балласта в случае запуска без установленной лампы исключается.
Отдельного внимания заслуживает схема подсоединения сразу двух люминесцентных лампочек к одному балласту. Приборы подключаются последовательно. Для выполнения работы нужно подготовить:
- индукционный дроссель;
- стартеры в количестве двух штук;
- непосредственно люминесцентные лампы.
Последовательность подключения
Первый шаг. К каждой лампочке подсоединяется стартер. Соединение параллельное. В рассматриваемом примере стартер подключаем на штыревой выход с обоих торцов осветительного прибора.
Второй шаг. Свободные контакты подсоединяются к электросети. При этом соединение выполняется последовательно, посредством дросселя.
Третий шаг. Параллельно к контактам осветительного прибора подсоединяются конденсаторы. Они будут уменьшать выраженность помех в электросети и компенсировать возникающую реактивную мощность.
Важный момент! В обычных бытовых выключателях, в особенности это характерно для бюджетных моделей, контакты могут залипать под воздействием повышенных стартовых токов. Ввиду этого для использования в комплексе с люминесцентными осветительными приборами рекомендуется использовать только специально предназначенные для этого высококачественные .
Вы ознакомились с особенностями разных схем подключения ламп люминесцентного типа и теперь сможете самостоятельно справиться с установкой и заменой таких осветительных приборов.
Удачной работы!
Видео – Схема подключения люминесцентных ламп