Светильники дневного света люминесцентные схема электрическая. Обзор видов дросселей для люминесцентных ламп

Люминесцентная лампа значительно отличается по своему устройству и принципу работы от обычной лампочки накаливания. Колба люминесцентной лампы заполнена смесью газов, которая при ионизации, то есть при поддержании в колбе тлеющего разряда, начинает создавать ультрафиолетовое свечение. Ультрафиолет не воспринимается человеческим глазом, поэтому для смещения частоты света в видимый для человека диапазон, внутренняя поверхность колбы лампы покрывается люминофором, который и делает свет лампы видимым.

Благодаря применению различных люминофоров, получают лампы с разной цветовой температурой - от очень холодного, до очень теплого света. Люминесцентные лампы более эффективны, чем лампы накаливания, так как в лампах накаливания почти вся подводимая к вольфрамовой нити энергия тратится на создание тепла, в то время, как люминесцентная лампа служит для создания именно света с более высоким КПД. Этим и объясняется популярность люминесцентных ламп.

Для подключения люминесцентных ламп к электрической сети применяются специальные пусковые устройства, ведь для поддержания тлеющего разряда в колбе такой лампы, его необходимо сначала поджечь, а уже потом поддерживать. Именно поэтому в классической схеме подключения люминесцентной ламы присутствуют кроме самой лампы: конденсатор (С1), дроссель (L1) и стартер, конструкцию которого мы рассмотрим далее. Между прочим, подобные дроссели называются еще пускорегулирующими аппаратами (ПРА).

Сама лампа имеет четыре вывода по бокам, по два с каждой стороны колбы. Так сделано потому, что для успешного зажигания разряда, электроды, поддерживающие затем постоянный тлеющий разряд, должны быть вначале разогреты, чтобы и газ вблизи них также подогрелся.

Для этой цели электроды с каждой стороны колбы изготавливаются в форме вольфрамовых нитей, которые в начале пуска и осуществляют разогрев газа.

В момент включения, дроссель и стартер служат для формирования пускового броска напряжения, благодаря которому и происходит зажигание газа лампы. Как дроссель, так и стартер имеют ограничения по номиналу запускаемой лампы, и это следует всегда учитывать.

Рассмотрим подробно этапы запуска люминесцентной лампы при ее включении в сеть по классической схеме.

При замыкании выключателя, в пусковой цепи лампы начинает увеличиваться ток, он ограничен дросселем L1, представляющим реактивное сопротивление переменному току, вольфрамовыми нитями электродов лампы, которые еще не нагрелись, и тлеющим разрядом в стартере.

Классический стартер представляет собой маленькую неоновую лампу, имеющую биметаллический электрод, между электродами стартера вначале и возникает тлеющий разряд. Параллельно электродам стартера дополнительно припаян миниатюрный конденсатор, улучшающий условия для возникновения разряда в люминесцентной лампе.

Когда тлеющий разряд внутри стартера разогреет его биметаллическую пластину, произойдет замыкание пластин внутри стартера накоротко, тлеющий разряд прекратится, и общее сопротивление самого стартера теперь минимально. Дроссель теперь накапливает больше энергии, а через вольфрамовые электроды течет ток значительно больший, чем в начале, поэтому электроды по бокам колбы начинают прогревать газ внутри люминесцентной лампы.

Изогнутый электрод стартера начинает остывать, и происходит размыкание его контактов. В этот момент происходит резкий бросок ЭДС самоиндукции на дросселе, и в люминесцентной лампе возникает дуга, поскольку напряжение броска более тысячи вольт, и этого достаточно для ионизации всего газа внутри колбы. Конденсатор стартера (C2) стабилизирует напряжение в момент броска так, что газ успевает ионизироваться.

В силу падения напряжения на дросселе, стартер теперь не срабатывает, и в лампе устанавливается тлеющий разряд. Конденсатор C1 обеспечивает повышение коэффициента мощности (косинуса фи) системы в целом, так как дроссель вместе с ним образуют цепь реактивной нагрузки для переменного тока питающей сети.

Несмотря на простоту реализации классической схемы, ее надежность и низкую стоимость, есть в ней и ряд недостатков. Прежде всего, это: расход энергии в дросселе и, со временем, ухудшение его состояния, начинается громкий гул. Кроме того, при включении по классической схеме имеет место мерцание света с частотой 50 Гц, что не всегда желательно, к тому же пуск при низких температурах весьма проблематичен.

Справедливости ради стоит отметить, что есть и альтернативный способ включения люминесцентных ламп - с применением так называемого электронного балласта, представляющего собой усложненную схему на полупроводниковых элементах. Такие балласты называются электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА), они более технологичны, а срок службы ламп с их применением значительно продлевается. Здесь лампа питается уже высокочастотным напряжением (более 20 кГц), и эффективность ее работы еще выше. Современные электронные пускорегулирующие аппараты обладают особой схемой безопасного плавного пуска, высокой экономичностью, малыми габаритами и повышенной надежностью.

Или дросселя и конденсатора . Эти устройства называют пускорегулирующими аппаратами (ПРА) .

Напряжение сети, при котором работает люминесцентная лампа в установившемся режиме, недостаточно для ее зажигания. Для образования газового разряда, т. е. пробоя газового пространства, необходимо повысить эмиссию электронов путем их предварительного разогрева или подачи на электроды импульса повышенного напряжения. То и другое обеспечивается с помощью стартера, включенного параллельно лампе.

Схема включения люминесцентной лампы: а - с индуктивным балластом, б - с индуктивно-емкостным балластом.

Рассмотрим как происходит процесс зажигания люминесцентной лампы.

Стартер представляет собой миниатюрную лампочку тлеющего разряда с неоновым наполнением, имеющую два биметаллических электрода, которые в нормальном положении разомкнуты.

При подаче напряжения в стартере возникает разряд и биметаллические электроды, изгибаясь, замыкаются накоротко. После их замыкания ток в цепи стартера и электродов, ограниченный только сопротивлением дросселя, возрастает до двухтрехкратного значения рабочего тока лампы и происходит быстрый разогрев электродов люминесцентной лампы. В это же время биметаллические электроды стартера, остывая, размыкают его цепь.

В момент разрыва цепи стартером в дросселе возникает импульс повышенного напряжения, вследствие которого происходят разряд в газовой среде люминесцентной лампы и ее зажигание. После того как лампа зажглась, напряжение на ней составляет около половины сетевого. Такое напряжение будет и на стартере, однако этого оказывается недостаточно для его повторного замыкания. Поэтому при горящей лампе стартер разомкнут и в работе схемы не участвует.

Одноламповая стартерная схема включения люминесцентной лампы: Л - люминесцентная лампа, Д - дроссель, Ст - стартер, С1 - С3 - конденсаторы.

Конденсатор, включенный параллельно стартеру, и конденсаторы на входе схемы предназначены для снижения уровня радиопомех. Конденсатор, включенный параллельно стартеру, кроме того, способствует увеличению срока службы стартера и влияет на процесс зажигания лампы, способствуя значительному снижению импульса напряжения в стартере (с 8000 -12 000 В до 600 - 1500 В) при одновременном увеличении энергии импульса (за счет увеличения его продолжительности).

Недостатком описанной стартерной схемы является низкий cos фи, не превышающий 0,5. Повышение cos фи достигается либо включением конденсатора на вводе, либо применением индуктивно-емкостной схемы. Однако и в этом случае cos фи 0,9 - 0,92 в результате наличия высших гармонических составляющих в кривой тока, определяемых спецификой газового разряда и пускорегулирующей аппаратурой.

В двухламповых светильниках компенсация реактивной мощности достигается при включении одной лампы с индуктивным, а другой с индуктивно-емкостным балластом. В этом случае cos фи = 0,95. Кроме того, такая схема ПРА позволяет сгладить в значительной степени пульсации светового потока люминесценых ламп.

Схема включения люминесцентных ламп с ПРА с расщепленной фазой

Наибольшее распространение для включения люминесцентных ламп мощностью 40 и 80 Вт получила у нас двухламповая импульсная схема стартерного зажигания с применением балластных компенсированных устройств 2УБК-40/220 и 2УБК-80/220, работающих по схеме «расщепленной фазы». Они представляют собой комплектные электрические аппараты с дросселями, конденсаторами и разрядными сопротивлениями.

Последовательно с одной из ламп включается только дроссель-индуктивное сопротивление, что создает отставание тока по фазе от приложенного напряжения. Последовательно со второй лампой, помимо дросселя, включается конденсатор, емкостное сопротивление которого больше индуктивного сопротивления дросселя примерно в 2 раза, создающий опережение тока, в результате чего суммарный коэффициент мощности комплекта получается порядка 0,9 -0,95.

Кроме того, включение последовательно с дросселем одной из двух ламп специально подобранного конденсатора обеспечивает такой сдвиг фаз между токами первой и второй ламп, при котором глубина колебаний суммарного светового потока двух ламп будет существенно уменьшена.

Для увеличения тока подогрева электродов последовательно с емкостью включается компенсирующая катушка, которая отключается стартером.

Монтажная схема включения двухлампового стартерного аппарата 2УБК: Л - люминесцентная лампа, Ст- стартер, С - конденсатор, r - разрядное сопротивление. Корпус ПРА 2УБК показан пунктиром.

Недостатки стартерных схем включения (значительный шум, создаваемый ПРА при работе, возгораемость при аварийных режимах и др.), а также низкое качество выпускаемых стартеров привели к настойчивым поискам бесстартерных экономически целесообразных рациональных ПРА с тем, чтобы в первую очередь применить их в установках, где достаточно просты и дешевы.

Для надежной работы бесстартерных схем которых рекомендуется применять лампы с нанесенной на колбы токопроводящей полосой.

Наибольшее распространение получили трансформаторные схемы быстрого пуска люминесцентных ламп в которых в качестве балластного сопротивления используется дроссель, а предварительный подогрев катодов осуществляется накальным трансформатором либо .

В настоящее время расчетами установлено, что стартерные схемы для внутреннего освещения более экономичны, и поэтому они имеют преимущественное распространение. В стартерных схемах потери энергии составляют примерно 20 - 25%, в бесстартерных - 35%

В последнее время схемы включения люминесцентных ламп с электромагнитными ПРА постепенно вытесняются схемами с более функциональными и экономичными электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА).

Среди всех источников искусственного света самыми распространенными сегодня являются люминесцентные лампы. Благодаря тому что они в 5-7 раз экономичнее ламп накаливания и гораздо дешевле самых сверхэффективных на сегодня- .

Люминесцентные лампы сегодня можно встретить на каждом шагу. Они используются преимущественно для освещения в магазинах, супермаркетах, учебных заведениях, общественных зданиях, а после появления вариантов, подходящих под обычные патроны E27 и E14 домашних светильников и люстр, люминесцентные лампы стали широко применяться для освещения в многоквартирных квартирах и частных домах.

Принцип работы.

Люминесцентная лампа - это газоразрядный источник света, внутри стрелянной трубы протекает электрический разряд между двумя спиралями (катодом и анодом), расположенными с обоих сторон. Пары ртути под воздействием электрического разряда излучают невидимое для наших глаз ультрафиолетовое излучение, которое затем преобразовывается в видимый свет при помощи нанесенного по внутренней поверхности лампы люминофора, состоящего из смеси фосфора с другими элементами.

Схема подключения с применением электромагнитный балласта или ЭмПРА.

ЭмПРА - это сокращенная аббревиатура- Электромагнитный Пускорегулирующий Аппарат . Часто называемый, как дроссель. Его мощность должна соответствовать общей мощности подключаемым к нему лампам.
Это довольно старая (активно применяемая еще в советское время) простая стартерная схема подключения к электросети люминесцентной лампы дневного света.

Стартер — это миниатюрная лампочка с неоновым наполнением с двумя биметаллическими электродами внутри, которые разомкнуты в нормальном положении.

Принцип работы: при включении электропитания в стартере возникает разряд и замыкаются накоротко биметаллические электроды, после чего ток в цепи электродов и стартера ограничивается только внутренним сопротивлением дросселя, в результате чего возрастает почти в три раза больше рабочий ток в лампе и моментально разогреваются электроды люминесцентной лампы. Одновременно с этим остывают биметаллические контакты стартера и цепь размыкается.
В этот момент разрыва дроссель, благодаря самоиндукции создает запускающий высоковольтный импульс (до 1 кВольта), который приводит к разряду в газовой среде и зажигается лампа. После этого напряжение на ней будет равняться половине от сетевого, которого будет недостаточно для повторного замыкания электродов стартера.
Если лампа светит стартер не будет участвовать в схеме работы и его контакты всегда будут разомкнуты.

Часто встречается последовательная схема включения 2 ламп, для работы в которой применяются стартеры на 127 Вольт, но они не будут работать в одноламповой схеме, для которой понадобятся стартеры на 220 Вольт!

Недостатки схемы ПРА:

1. По сравнению со схемой с электронным балластом на 10-15 % больший расход электроэнергии .
2. Долгий запуск не менее 1 до 3 секунд (зависимость от износа лампы).
3. Звук от гудения пластин дросселя, возрастающий со временем.
4. Стробоскопический эффект мерцания лампы, что негативно влияет на зрение, при чем детали станков, вращающихся синхронно с частотой сети- кажутся неподвижными.
5. Неработоспособность при низких температурах окружающей среды. Например, зимой в неотапливаемом гараже.

Схема подключения с применением электронного балласта или ЭПРА.

Электронный Пускорегулирующий Аппарат (сокращенно- ЭПРА) в отличии от электромагнитного- подает на лампы напряжение не сетевой частоты, а высокочастотное от 25 до 133 кГц. А это полностью исключает возможность появления заметного для глаз мигания ламп. В ЭПРА используется автогенераторная схема, включающая трансформатор и выходной каскад на транзисторах.

Схемы подключений бывают разные , как правило они наносятся сверху на блоке и не вызывают трудности в подключении. Давайте рассмотрим пример.

Слева, L – фаза и N- ноль от электропитания. Один провод общий на контакты с левой стороны и два - раздельные.
Справа, 4 контакта. По два на каждую нить накала. Только соблюдайте схему подключения на каждую лампу с обоих сторон.