Схема, как устройства работают при запуске лампы
Алгоритм зажигания лампочки и роль пускового прибора в ее работе представлены на схеме:
- после подачи электротока на светильник, в работу включается пусковой аппарат, и все напряжение переходит на разогревание его контактов;
- на контактах сила тока 30-50 мА, и возникает эффект тлеющего разряда, разогревающего биметаллические пластины. Под воздействием высокой температуры пластины изгибаются;
- вследствие этого пластины замыкают электроцепь, и по ней идет ток, разогревающий ламповые катоды;
- величину проходящего по цепи электротока ограничивает дроссель, пока электроды в лампочке не разогреются до температуры 800 градусов;
- в результате процесса разогрева повышается электронная эмиссия, способствующая облегчению газового пробоя;
- работа стартера закончилась, и биметаллические катоды остывают и начинают возвращаться на исходную позицию;
- контакты разъединяют электроцепь, и в дросселе происходит ЭДС-самоиндукция с высоким напряжением (1 кВт), возникает электрический импульс, попадающий в колбу с газом;
- разогретые ламповые контакты создают пробой газа, и лампочка начинает светиться.
Работа светильника зависит от правильно подключенных пусковых устройств:
- дроссель с лампой подключаются последовательно;
- стартер со светильником соединяется параллельно;
- также пусковой аппарат параллельно подключается с конденсатором.
Если при эксплуатации светильника с люминесцентной лампочкой возникают неполадки или перебои с включением, необходимо сразу заменить пусковой аппарат. Несвоевременное и неправильное замыкание и размыкание контактов приводит к износу ламповых элементов и окончанию срока службы осветительного прибора.
Стартеры теплового вида имеют следующее отличие от аналогов – это продолжительное время запуска источника дневного освещения. Устройства данного вида при работе потребляют большое количество электроэнергии, что негативно влияет на их экономичность.
Другое название стартеров данного вида – термо-биметаллические, они, как правило, применяются при эксплуатации при низких температурах. Основным отличием от прочих видов является то, что при отсутствии напряжения контакты уже замкнуты, и при подаче напряжения на прибор, возникает более высокий импульс.
Стартеры, использующие в своей работе принцип тлеющего разряда, содержат биметаллические электроды, изготовленные из сплавов с различными коэффициентами термического расширения. Работа приборов данного вида осуществляется следующим образом: при включении светильника в электрическую сеть, напряжение подается на стартер, электроды которого в этот момент разомкнуты.
Под действием поданного напряжения между электродами возникает тлеющий разряд. В цепи проходит небольшой электрический ток и под его действием происходит нагревание биметаллических электродов стартера. Они нагреваются и изгибаются, что обусловлено реакциями, проходящими в биметаллах, под воздействием электрического тока, и именно это и приводит к замыканию цепи.
Размыкание данной цепи приводит к возникновению особого импульса, обладающего повышенным напряжением, который формируется в дросселе и позволяет произвести пробой газа в лампе, и соответственно ее разжигание.
В стартерах, которые имеют контактную систему управления, процессы коммутации оказываются неуправляемыми. В тяжёлых условиях, таких как эксплуатация при пониженных температурах, скорость нагрева биметаллических контактов замедляется, соответственно лампа дневного света зажигается дольше или вообще выходит из строя. Однако, развитие полупроводниковой электроники позволило изготовить стартеры принципиально нового типа.
Полупроводниковые стартеры размещаются в обычном стандартном корпусе с полупроводниковыми компонентами. Они соответствуют всем требованиям предъявляемым к стартерам по мощности и напряжению питания подключаемой лампы. Работа стартеров данного вида, формирование импульса, происходит по принципу ключа – нагрева и размыкания цепи.
Наиболее оптимальными параметрами, данного вида стартеров, обладают приборы со ждущим режимом зажигания, при котором размыкание контактов происходит в необходимой фазе напряжения и достаточной температуре нагрева электродов.
В стартерах, которые имеют контактную систему управления, процессы коммутации оказываются не управляемыми
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.
Конструкции пускорегулирующих модулей
Конструкции промышленных и бытовых люминесцентных осветительных приборов, как правило, оснащаются модулями ЭПРА. Аббревиатура читается вполне доходчиво – электронный пускорегулирующий аппарат.
Электромагнитное устройство старого образца
Рассматривая конструкцию этого устройства из серии электромагнитной классики, сразу можно отметить явный недостаток – громоздкость модуля.
Правда, конструкторы всегда стремились минимизировать габаритные размеры ЭМПРА. В какой-то степени это удалось, судя по современным модификациям уже в виде ЭПРА.
Набор функциональных элементов электромагнитного пускорегулирующего устройства. Его составными частями, как видно, являются всего два компонента – дроссель (так называемый балласт) и стартер (схема формирования разряда)
Громоздкость электромагнитной конструкции обусловлена внедрением в схему крупногабаритного дросселя – обязательного элемента, предназначенного сглаживать сетевое напряжение и выступать в качестве балласта.
Помимо дросселя, в состав схемы ЭМПРА входят стартеры (один или два). Очевидна зависимость качества их работы и долговечности лампы, т. к. дефект стартера вызывает фальшивый старт, что означает перегрузку по току на нитях накала.
Так выглядит один из конструктивных вариантов стартера пускорегулирующего электромагнитного модуля люминесцентных ламп. Существует масса других конструкций, где отмечается разница в размерах, материалах корпуса
Наряду с ненадежностью стартерного пуска, люминесцентные лампы страдают от эффекта стробирования. Проявляется он в виде мерцания с определенной частотой, близкой к 50 Гц.
Наконец, пускорегулирующий аппарат обеспечивает значительные энергетические потери, то есть в целом снижает КПД ламп люминесцентного типа.
Усовершенствование конструкции до ЭПРА
Начиная с 1990 годов, схемы люминесцентных ламп все чаще стали дополнять усовершенствованной конструкцией пускорегулирующего модуля.
Основу модернизированного модуля составили полупроводниковые электронные элементы. Соответственно, уменьшились габариты устройства, а качество работы отмечается на более высоком уровне.
Результат модификации электромагнитных регуляторов – электронные полупроводниковые устройства запуска и регулировки свечения люминесцентных ламп. С технической точки зрения, отличаются более высокими эксплуатационными показателями
Внедрение полупроводниковых ЭПРА привело практически к полному исключению недостатков, какие присутствовали в схемах аппаратов устаревшего формата.
Электронные модули показывают качественную стабильную работу и увеличивают долговечность люминесцентных светильников.
Более высокий КПД, плавное регулирование яркости, повышенный коэффициент мощности – все это преимущественные показатели новых модулей ЭПРА.
Устройство стартера
Различные виды и модификации стартеров в целом имеют одни и те же конструктивные элементы. Они отличаются лишь параметрами, поскольку используются во многих типах ламп. Зная общее устройство стартера, можно легко проверить его работоспособность, выявить неисправности и принять решение о возможности дальнейшего использования.
Итак, любое пусковое устройство состоит из следующих деталей и компонентов:
- Корпус, изготовленный из металла или пластика, в котором размещаются все составляющие. Он защищает стеклянные детали от повреждений. В верхней части имеется отверстие, снизу выведены наружу ножки контактов.
- Колба. Сделана из стекла и наполнена газом. Обычно используется неон или смесь водорода и гелия.
- Электроды – анод и катод. Могут быть исполнены в двух вариантах: симметричные с двумя подвижными контактами или несимметричные, с одной движущейся частью. Каждый из них выведен наружу через цоколь. В практической деятельности чаще всего применяется первый вариант – с симметричной электродной системой.
- Конденсатор. Играет важную роль в сглаживании высоких токов. Одновременно участвует в размыкании электродов и гасит дугу, возникающую между токоведущими частями. Отсутствие конденсатора может вызвать спайку контактов при появлении дуги, вызывая тем самым преждевременный износ стартера.
Надежная работа стартера обеспечивается биметаллическими электродами, нагрев которых связан с напряжением конкретной электрической сети. Если ток понизился до 80% от номинала, то стартер может не сработать и лампа не загорится. Современный электронный стартер для люминесцентной лампы, применяемый в ЭПРА, практически не подвержен перепадам напряжения и всегда находится в готовности к работе. Поэтому они устанавливаются во всех современных светильниках, а старые пускатели постепенно заменяются приборами нового образца.
При замене следует учесть, что каждой марке люминесцентной лампы требуется соответствующее ей пусковое устройство.
Подключение без дросселя
В данном подключении дроссель не используется
Этот способ используется в основном в старых лампах при выходе из строя балласта. Сделать это можно посредством использования постоянного тока, номинал которого выше обычного. То есть напряжение в момент пуска следует повысить. Сила этого напряжения подбирается исходя из характеристик как сети, так и самого источника света.
Для подключения люминесцентной лампы без дросселя требуется подсоединение диодного моста (или пары диодов). Контакты замыкаются с обеих сторон попарно. На одну сторону источника освещения должен приходиться плюс, на другую минус.
Подобную схему можно использовать даже при сгоревшей нити накаливания. Ведь цилиндр с газом при этом способе будет подпитываться за счет постоянного напряжения. Учтите лишь, что данный способ можно использовать на короткий период – со временем труба быстро потемнеет, а затем из-за выгорания люминофора вовсе перестанет излучать свет.
Как работает
Когда в схему, где установлен стартер, подается напряжение, оно попадает на его электроды, между которыми появляется тлеющий разряд. Сила тока разряда незначительная, в пределах от 20 до 50 мА. Именно этот разряд начинает нагревать электроды, которые под действием тепла изгибаются и через какое-то время соприкасаются друг с другом. То есть, электрическая цепочка замыкается, и ток подается далее на дроссель, конденсатор и на лампы дневного света. При этом тлеющий разряд прекращается.
Итак, электроды соприкоснулись между собой, что дальше? Так как между ними нет тлеющего разряда, соответственно нет температуры, которая их нагревает. Происходит их остывание, что в конечном итоге приведет к размыканию электродов и цепочки. Именно в этот момент появляется так называемое импульсное напряжение высокой величины внутри дросселя. От него и происходит зажигание люминесцентного осветительного устройства. В процессе работы самой лампы дневного света в цепочке ток имеет значение, равное силе тока источника света. Падение же напряжения, а соответственно и силы тока, делится между самой осветительным прибором и дросселем на равные части.
Зажигание
Как происходит зажигание стартера для лампы? Необходимо отметить, что на эффективность зажигания влияют две позиции:
- величина силы тока на катодах лампы в момент размыкания электродов;
- продолжительность нагрева катодов.
Электромагнитная сила внутри дросселя зависит от силы тока в нем. Понятно, что недостаточность силы тока не приведет к зажиганию люминесцентного устройства. А сила тока напрямую зависит от напряжения в цепи. И если последний показатель ниже номинального, то есть большая вероятность, что лампа сразу не зажжется. Поэтому стартер будет в автоматическом режиме пытаться снова и снова проделать ту же операцию, пока она не загорится. Периодичность попыток стандартная – 10 секунд.
Если в питающей сети напряжение падает ниже 80% от номинального, то этого недостаточно, чтобы электроды нагрелись до необходимой температуры. То есть, при таком падении осветительное устройство просто не зажигается.
Конденсатор
Конденсатор в системе ПРА устанавливается параллельно стартеру. Эти два прибора взаимосвязаны. Основное назначение конденсатора:
- снижение помех в процессе замыкания и размыкание электродов стартера;
- увеличения длительности действия импульса при размыкании электродов;
- предотвращение спаивания электродов за счет высокого импульсного напряжения.
Чаще всего в ПРА используются конденсаторы емкостью 0,003-0,1 мкФ.
Как долго работает
Со временем эксплуатации стартера напряжение, создающее тлеющий разряд, снижается. Это может привести к обратному эффекту, когда при работающем люминесцентном светильнике электроды стартера вдруг начнут самопроизвольно замыкаться, что приведет к гашению самой лампы. Тут же будет происходить размыкание электродов, а соответственно и зажигание светильника. Оба процесса моментальные, что приводит к миганию светильника. Это не только влияет на эффективность его работы, но и снижает срок эксплуатации дросселя, потому что при такой работе он будет просто перегреваться.
Поэтому совет – периодически проверять стартер, и при необходимости менять его на новый. Как только увидели, что светильник замигал, не откладывайте замену в долгий ящик.
Основные характеристики
Стартеры теплового вида имеют следующее отличие от аналогов – это продолжительное время запуска источника дневного освещения. Устройства данного вида при работе потребляют большое количество электроэнергии, что негативно влияет на их экономичность. Другое название стартеров данного вида – термо-биметаллические, они, как правило, применяются при эксплуатации при низких температурах. Основным отличием от прочих видов является то, что при отсутствии напряжения контакты уже замкнуты, и при подаче напряжения на прибор, возникает более высокий импульс.
Стартеры, использующие в своей работе принцип тлеющего разряда, содержат биметаллические электроды, изготовленные из сплавов с различными коэффициентами термического расширения. Работа приборов данного вида осуществляется следующим образом: при включении светильника в электрическую сеть, напряжение подается на стартер, электроды которого в этот момент разомкнуты.
Под действием поданного напряжения между электродами возникает тлеющий разряд. В цепи проходит небольшой электрический ток и под его действием происходит нагревание биметаллических электродов стартера. Они нагреваются и изгибаются, что обусловлено реакциями, проходящими в биметаллах, под воздействием электрического тока, и именно это и приводит к замыканию цепи.
После замыкания цепи происходит прекращение тлеющего разряда в колбе стартера. Одновременно электрический ток нагревает катоды лампы, электроды стартера в это время замкнуты и остывают, после остывания контакты стартера размыкаются.
Размыкание данной цепи приводит к возникновению особого импульса, обладающего повышенным напряжением, который формируется в дросселе и позволяет произвести пробой газа в лампе, и соответственно ее разжигание.
В стартерах, которые имеют контактную систему управления, процессы коммутации оказываются неуправляемыми. В тяжёлых условиях, таких как эксплуатация при пониженных температурах, скорость нагрева биметаллических контактов замедляется, соответственно лампа дневного света зажигается дольше или вообще выходит из строя. Однако, развитие полупроводниковой электроники позволило изготовить стартеры принципиально нового типа.
Полупроводниковые стартеры размещаются в обычном стандартном корпусе с полупроводниковыми компонентами. Они соответствуют всем требованиям предъявляемым к стартерам по мощности и напряжению питания подключаемой лампы. Работа стартеров данного вида, формирование импульса, происходит по принципу ключа – нагрева и размыкания цепи.
Наиболее оптимальными параметрами, данного вида стартеров, обладают приборы со ждущим режимом зажигания, при котором размыкание контактов происходит в необходимой фазе напряжения и достаточной температуре нагрева электродов.
В стартерах, которые имеют контактную систему управления, процессы коммутации оказываются не управляемыми
Как запустить лампу дневного света без дросселя
Что советуют делать в таких случаях самоделкины и радиолюбители? Они рекомендуют применить, так называемую бездроссельную схему включения люминесцентных ламп.
В ней
используется диодный мост, конденсаторы, балластное сопротивление. Несмотря на
некоторые преимущества (возможность запуска сгоревших ламп дневного света), все
эти схемы для рядового пользователя темный лес. Ему гораздо проще купить новый
светильник, чем паять и собирать всю эту конструкцию.
Поэтому сперва рассмотрим другой популярный способ запуска ЛБ или ЛД ламп со сгоревшим дросселем, который будет доступен каждому. Что вам для этого потребуется?
Вам
понадобится старая сгоревшая энергосберегающая лампочка с обычным цоколем Е27.
Конечно,
схему с ее использованием нельзя считать абсолютно бездроссельной, так как на
плате энергосберегайки дроссель все таки присутствует. Просто он по габаритам
гораздо меньше, так как экономка работает на частотах до нескольких десятков
килогерц.
Этот
минидроссель ограничивает ток через лампу и дает высоковольтный импульс для
зажигания. Фактически это ЭПРА в миниатюрном варианте.
Раньше была
большая рекламная компания по замене ламп накаливания на энергосберегающие. Сегодня
уже их активно меняют на светодиодные.
Выкидывать в мусорку экономки не рекомендуется, впрочем как и отдельные модели светодиодных.
Поэтому
некоторые сознательные и бережливые граждане, которые еще не сдали их в
специальные пункты приема, хранят подобные изделия у себя на полках в
шкафчиках.
Меняют их не зря. Эти лампочки в рабочем состоянии очень вредны для здоровья, как в плане пульсаций света, так и в отношении излучения опасного ультрафиолета.
Хотя ультрафиолет не всегда бывает вреден. И порой приносит нам много пользы.
При этом не забывайте, что теми же самыми негативными факторами, в равной степени обладают и линейные люминесцентные модели. Именно ими активно пугают любителей выращивать растения под светом фитоламп.
Но вернемся к нашим энергосберегайкам. Чаще всего у них перестает работать светящаяся спиральная трубка (пропадает герметичность, разбивается и т.д.).
При этом схема и внутренний блок питания остаются целыми и невредимыми. Их то и можно использовать в нашем деле.
Сперва разбираете лампочку. Для этого по линии разъема, тонкой плоской отверткой вскрываете и разделяете две половинки.
При разделении ни в коем случае не держитесь за стеклянную трубчатую колбу.
Далее вытаскиваете плату. На ней находите места, к которым подключаются проводки от “нитей накала” колбы. Они обычно идут в виде штырьков.
При разборе запомните, какая пара куда подключена. Эти штырьки могут находиться как с одной стороны платы, так и с разных сторон.
Всего у вас
должно быть 4 контакта, куда вам и следует подпаять в дальнейшем провода.
Ну и
естественно не забываем про питание 220В. Это те самые жилки, которые идут от
цоколя.
Все что
нужно сделать далее, это припаять по два проводника к каждому контакту на плате
(от бывших нитей накала трубок) и вывести их к боковым штырькам лампы дневного
света.
То есть, отдельно два провода справа и два провода слева. После чего, остается только подать напряжение 220В на схему энергосберегайки.
Лампочка дневного света будет прекрасно гореть и нормально работать. Причем для запуска вам даже не нужен стартер. Все подключается напрямую.
Если стартер
в схеме присутствует, его придется выкинуть или зашунтировать.
Устройства S10
Стартеры данного типа в основном изготавливает фирма «Евросвет». Если верить отзывам покупателей, то корпуса у них способны переносить даже экстремально высокие температуры. Однако к повышенной влажности они довольно чувствительны. Непосредственно коэффициент выпрямления колеблется в районе 3,5 мк. В данном случае показатель индуктивности не превышает 5 Гн.
Если говорить про конструктивные особенности, то следует отметить, что дроссели применяются с тлеющим разрядом. Однако в данном случае многое зависит от мощности лампы. Если говорить про модели на 20 В, то у них в качестве газа используется неон. Балласты для таких устройств подходят только электромагнитного типа. Показатель отказов зависит исключительно от качества конденсатора. Чаще всего он встречаются проходного типа. Емкость конденсаторов колеблется в районе 6,5 пФ. Стоит хороший стартер для ламп дневного света данного типа около 40 руб.
