Устройство и виды электронного балласта для люминесцентных ламп

Подключение светильника к ЭПРА

Нередко домашние мастера самостоятельно улучшают работу люминесцентных ламп путем замены устаревшей пускорегулирующей аппаратуры на более современное электронное устройство. На начальном этапе светильник демонтируется и из него вынимаются все детали. Новая электронная аппаратура должна соответствовать размерам улучшаемого светильника.

Сам процесс подключения выполняется сравнительно легко, поскольку в светильнике будут размещаться лишь лампы, провода и схема ЭПРА. В корпусе светильника должно быть достаточно места для размещения электронного блока, он должен легко подключаться к клеммам, расположенным на корпусе. Крепление выполняется с помощью саморезов, после чего производится соединение между собой аппаратуры, проводов и люминесцентной лампы.

Подключение двух ламп осуществляется таким же образом, с использованием последовательной схемы. Соответственно, мощность ЭПРА должна в два раза превышать мощность источников света. По такому же принципу подключается три и более ламп в общем корпусе.

После подключения остается лишь проверить работоспособность схемы и убедиться, что лампы работают по новому. Как правило, включение происходит мгновенно, без предварительного разогрева, отсутствует гудение и пульсация света, яркость свечения заметно возрастает.

В случае правильного подключения увеличивается срок эксплуатации светильника, снижается расход электроэнергии.

Схема подключения лампы с помощью электромагнитного балласта

Такая схема подключения люминесцентного светильника подразумевает использование специального дросселя и стартера. При этом стартер является не чем иным, как источником неонового света малой мощности. Для подключения дросселя, стартерных контактов и электродной нити используют последовательный способ.

Заменить стартер можно стандартной кнопкой дверного электрического звонка. При этом для розжига люминесцентной лампы понадобится удерживать кнопку в нажатом состоянии и отпускать только после того, как светильник начнёт излучать свет. Порядок функционирования схемы подключения источника света с помощью электромагнитного пускорегулирующего устройства происходит по следующему принципу:

• после подключения к сети переменного тока дросселем накапливается электромагнитный заряд;
• через контактную группу стартерного устройства происходит подача электрической энергии;
• ток начинает поступать на нити разогрева электродов изготовленных из вольфрама;
• происходит разогрев стартера и электродов;
• контактная группа стартера размыкается;
• происходит высвобождение аккумулированной в дросселе энергии;
• на электродах изменяется напряжение;
• люминесцентный светильник начинает светиться.

Чтобы увеличить КПД люминесцентного осветительного прибора и снизить помехи, которые могут возникать в момент загорания лампы, в схеме предусмотрены конденсаторы. Одна ёмкость монтируется непосредственно в стартере для гашения искрения и улучшения неоновых импульсов. При этом такая схема подключения обладает рядом неоспоримых преимуществ:

• максимальная надёжность, доказанная временем;
• простота сборки;
• невысока цена.

Также хочется отметить и недостатки, которых достаточно много:

• большие габариты и вес светильника;
• длительный запуск лампы;
• малая эффективность прибора при работе в условиях низких температур;
• достаточно большой уровень потребления электричества;
• характерный шум дросселей во время работы;
• эффект мерцания, пагубно влияющий на человеческое зрение.

Для чего нужен балласт?

Газоразрядные лампы, в большинстве, за приятным исключением
некоторых типов ксеноновых ламп, которые не используются в аквариумах, имеют отрицательное
сопротивление, т.е. увеличение тока, приводит к уменьшению напряжения на лампе.
Поэтому, приходится в схему лампы вводить балласт, ограничивающий ток. Также балласт
служит и для создание напряжения зажигания лампы, если напряжение питающей сети
недостаточно для этого.

По принципу действия балласты для
и схожи. Безусловно,
это не значит, что они взаимозаменяемы. При выборе балласта надо смотреть на тип
лампы.

Ниже рассмотрены основные типы и параметры балласта. Данный
раздел не является исчерпывающим описанием устройств работы балластов и другой
регулирующей аппаратуры и предназначена для того, чтобы дать общее представление
о схемах включения ламп.

 
назад к оглавлению 

Как правильно подключить

Подключение люминесцентных ламп проводится с помощью различных вариантов. С использованием дросселя, с балластом, со стартером или без него. Далее в статье приведено подробное описание каждого способа.

С дросселем и без него

Люминесцентную установку нельзя просто зажечь — ей необходимо наличие зажигателя и токоотвод. В небольших изделиях фабрики все эти нюансы учитывают и встраивают в корпус и покупателю нужно только лишь вкрутить лампочку в подходящий плафон светильника/торшера и нажать выключатель.

А для более крупных лампочек необходима пускорегулирующая установка, которая может быть как электромеханическая, так и электронная.

Для правильного подсоединения и бесперебойной работы лампочки нужно знать схему.

Здесь рассматривается поэтапное подключение двух трубчатых люминесцентных ламп к сети с применением стартерной установки. Для работы необходимо иметь два стартера, дроссель, вид которого должен непременно соответствовать виду лампы.

А также необходимо помнить о суммарной мощности пускового аппарата, она не должна быть выше, чем у дросселя.

При включении питающего кабеля к лампочке необходимо помнить, что в роли ограничителя тока будет дроссель.

Поэтому, фазную жилу нужно подключать через него, а на изделие подключить нулевой кабель.

Данная схема подключения подходит для крупных осветительных ламп. А более меньшие модели оснащены вмонтированным устройством запуска и регулировки — портативным ЭПРА, который расположен в корпусе.

Подключение без использования дросселя

Такой вариант подключения будет более тяжелым, и не подойдет для новичка.

Для работы можно использовать диодный мост с несколькими конденсаторами и подсоединенная последовательно в цепь в роли балласта, лампа накаливания.

Основной плюс этого подключения в том, что можно включить не только обычную лампу без дросселя, но и испорченную, в которой нет спиралей.

Для изделий мощностью 18 ватт необходимо брать следующие элементы:

• диодный мост GBU405;
• конденсатор 2NF (до 1 кв)
• конденсатор 3NF (до 1 кв)
• люминесцентная лампа 50 Вт

Для трубок большей мощности нужно увеличить объем конденсатора. После всего схема подключается к дневному освещению.

С электронным балластом

Провести работу по подключению с применением ЭПРА для люминесцентных изделий легко произвести, если человек имеет базовые навыки работы с электрикой. Фактически, в изделии будет находиться сам блок, элемент проводов и лампы дневного освещения.

Для начала необходимо выбрать в корпусе лампы удобное место для подключения электронного блока управления, полагаясь на практичную расстановку клемм, которые находятся на корпусе.

Зафиксировать его с корпусом с помощью саморезов простым шуруповёртом. Соединить блок управления с изделием и клеммой подключения.

Программа подключения двух люминесцентных изделий такая же, только они включаются последовательно, поэтому мощность блока управления должна быть больше. По такой же схеме можно подключить три и более лампочки.

После завершения работы, необходимо убедиться в верности подключения всех проводов, и только потом крепить светильник на место. Проверив вольтметром отсутствие напряжения в электросети, подсоединить светильник к электрической проводке.

В завершении нужно включить напряжение, чтобы проверить работы люминесцентной лампы. Если все было произведено правильно, то это будет заметно сразу.

Лампы сразу включатся, не нужно ждать пока они разогреются, а также они перестанут издавать шум, исчезнет мерцание, а яркость будет гораздо выше.

Если человек не уверен в своей способности, то лучше вызвать специалиста для этой работы.

Со стартером

Схему подключения люминесцентной лампы со стартером будет выполнить проще всего. Здесь для примера будет взята лампочка на 40 Вт. Дроссель должен быть с такой же мощностью, а для стартера будет достаточно 60 Вт.

Пошаговое подключение по схеме:

• параллельно установить стартер к выступающим боковым контактам на краях люминесцентной лампочки. Эти контакты похожи на куски нитей накаливания вакуумной колбы;
• теперь на контакты необходимо начать подсоединять дроссель;
• к этим контактам подсоединить конденсатор, непоследовательно, а параллельно. Из-за этого конденсатору будет возмещаться реактивная мощность и уменьшаться помехи в электросети.

Такую простую схему может осуществить любой человек, но перед тем, как включаться лампочку, нужно замерить напряжение в сети. Включать светильник только после теста мультиметром.

Подключение через электромагнитный балласт со стартером

Самым простым, дешевым, а потому и наиболее распространенным является электромагнитный балласт. В нем применен самый обычный дроссель, рассчитанный на переменный ток с частотой 50 Гц. Одним из важных недостатков такого дросселя является смещение фазы тока относительно фазы напряжения, при котором эффективность любого электрического устройства снижается.

Схема подключения ЭПРА

В характеристиках обычно указывают не угол, на который происходит смещение, а его косинус — cosφ. Чтобы уменьшить угол расхождения и тем самым увеличить cosφ, приблизив его к единице, в пусковое устройство вводится компенсирующий конденсатор. Подключаться он может по-разному, чаще всего — по схеме параллельной компенсации.

Неотъемлемой частью данной схемы является стартер — газоразрядная лампа в миниатюре, заполненная неоном. У стартера имеются две особенности:

1. Объем неона в нем подобран таким образом, чтобы напряжение зажигания было выше напряжения горения основной лампы, но ниже сетевого напряжения.
2. Один из контактов представляет собой биметаллическую пластину, которая по достижении определенной температуры изгибается (из-за разности коэффициентов линейного расширения входящих в ее состав металлов) и при этом прикасается ко второму контакту стартера.

Стартер подключен между электродами лампы последовательно с ними, как бы в обход разрядного промежутка, то есть параллельно ему.

Подключение люминесцентных ламп через ЭПРА

Вот как работает эта схема:

1. При подаче напряжения на лампу газовый промежуток в стартере пробивается и возникает дуга, замыкающая цепь «дроссель — 1-й электрод — стартер — 2-й электрод». По этой цепи течет ток, величина которого ограничивается дросселем. Он заставляет греться электроды лампы, также от дугового разряда в стартере греются его электроды.
2. Когда биметаллический контакт стартера достаточно разогревается, он сгибается и прикасается ко второму контакту, вследствие чего ток направляется мимо стартера и тот начинает остывать.
3. Остыв, биметаллический контакт отсоединяется от второго контакта и из-за размыкания цепи на дросселе возникает значительный импульс напряжения. Если этот импульс возникнет в момент однонаправленной фазы сетевого напряжения, то суммарное напряжение на дросселе окажется достаточным для пробоя промежутка между электродами лампы и та включится. Вероятность такого совпадения относительно невелика, поэтому описанный цикл успевает обычно повториться несколько раз. При этом происходит характерное мигание лампы, что считается одним из недостатков светильников этого типа.

Во время повторяющихся попыток включения стартер становится источником радиочастотных помех, для подавления которых параллельно ему подключается конденсатор.

Использование лампы накаливания в качестве балласта

Данный вариант иногда используется в . Спираль лампы используется в качестве ограничителя тока. В принципе,
можно использовать любое споротивление, если оно позволяет рассеяивать необходимую
мощность. Основными недсотатками использования лампы как балласта являются:

• Эффективность схемы очень низкая, поскольку на лампе накаливания рассеивается
  много тепла — она является активной нагрузкой, в отличие от индуктивности
• Люминисцентная лампа работает в неоптимальном режиме — снижается светоотдача,
  срок служьы и т.д. Балласт специально проектируется под конкретную лампу, лампа
  накаливания — вряд ли.
• Выделяемое тепло (может доходить до 40-50 Вт) служит причиной уменьшения светоотдачи
  люминесцентной лампы из-за .
• Обычно утверждается, что лампа накаливания дает допольнительный свет. Однако,
  работая «вполнакала», лампа накаливания дает очень мало света в видимом
  диапазоне

Можно сказать, что не следует использовать такую схему
— лучше приобрести специальный балласт.

Тем не менне, некоторые данные, которые позволять выбрать
лампу накаливания. Особенностью ламп накаливания является изменение сопротивления
спирали с ростом температуры. Данная таблица рассчитана для наиболее распространенных
би-спиральных ламп накаливания с заполненной инертным газом колбой. Расчет был
произведен следующим образом: вначале была рассчитана лампа, которая на номинальном
напряжении 220В имеет соотвествующие мощности и световой поток, затем сопротивление
спирали было пересчитано на другие значения тока.

Таблица и остальные данные приводятся
только для информации. Вы ее можете использовать на свой риск.

Пользуясь этими данными, можно выбрать лампу накаливания
для конкретной схемы включения люминесцентной лампы. Параметры лампы можно найти
в каталогах люминесцентых ламп.

Для примера рассмотрим лампу мощностью 40 Вт (F40T12)
длиной 48″ (122 см), включенную в сеть напряжением 230 В. Рабочий ток лампы
составляет около 0.4 A. Полагаем, для простоты лампу активной нагрузкой (в действительности
коэффициент мощности равен 0.9-0.95). Тогда напряжение на лампе равно: 40 Вт/0.4
А=100 В и ее сопротивление: 100 В/0.4 А=250 Ом. Суммарное сопротивление лампы
накаливания и люминесцентной лампы должно быть равно: 230 В/0.4 А=575 Ом, а сопротивление
лампы накаливания: 575 Ом — 250 Ом=225 Ом. Из таблицы видно, что лампа мощностью
150 Вт имеет нужное сопротивление при токе 0.4 А. Падение напряжения на этой лампе
будет равно 130 В и выделяемая мощность: 130 В * 0.4 А=52Вт (для сравнения индуктивный
балласт на таком токе имеет сопротивление 10-15 Ом)

 
назад к оглавлению 

Как работает люминесцентная лампа

Принципы работы люминесцентных источников света основываются на следующих положениях:

1. 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.
2. В результате нагрева контактов пускателя током происходит замыкание биметаллической пластины. Металл берет на себя функции проводника, разряд завершается.
3. Температура в биметаллическом проводнике падает, происходит размыкание контакта в сети. Дроссель создает импульс высокого напряжения в результате самоиндукции. Вследствие этого зажигается люминесцентная лампочка.
4. 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.

Принцип работы

Основной принцип действия электронного балласта люминесцентной лампы может варьироваться в зависимости от исполнения этого устройства.

Принцип работы балластного устройства в электромагнитном исполнении:

• подача напряжения сопровождается разрядом, а также последующим разогревом и замыканием биметаллических электродов;
• в процессе замыкания стартерных электродов в несколько раз возрастает рабочий ток, что обусловлено ограничением внутреннего сопротивления дроссельной катушки;
• остывание стартера вызывает размыкание биметаллических электродов;
• при размыкании цепи стартером, в индукционной катушке возникает импульс высокого напряжения и «зажигание».

Принцип работы балласта в электронном исполнении достаточно простой, но предполагает обязательное наличие пускового устройства – стартера, пускорегулирующего дросселя, а также конденсаторов. Стартер позволяет в автоматическом режиме осуществлять включение и отключать предварительного накала электродов.

Электронные пускорегулирующие устройства или балласты получили наиболее широкое распространение благодаря отсутствию шума и мерцания источника света, потребления меньшего количества электрической энергии, а также более компактным размерам.

Подключение через современный электронный балласт

Подключение источника света с электронным балластом

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 диммерами – 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.

Взрывозащищенные люминесцентные светильники серии EXEL-V из нержавеющей стали

Классическая схема c использованием электромагнитного балласта

Совокупность дросселя и стартера также называют электромагнитным балластом. Схематически такой вид подключения можно представить в виде нижерасположенного рисунка.

Для увеличения коэффициента полезного действия,a также уменьшения реактивных нагрузок в схему вводятся два конденсатора – они обозначены С1 и С2.

• Обозначение LL1- дроссель, иногда его называют балластником.
• Обозначение Е1 – стартер, как правило он представляет собой небольшую лампочку тлеющего разряда c одним подвижным биметаллическим электродом.

Изначально, до подачи тока эти контакты разомкнуты, поэтому ток в схеме напрямую на лампочку не подается, а нагревает биметаллическую пластину, которая нагреваясь выгибается и замыкает контакт. В результате возрастает ток, нагревающий нити нагрева в люминесцентной лампе, а самом стартере ток уменьшается и электроды размыкаются. В балласте начинается процесс самоиндукции, приводящий к созданию высокого импульса напряжения, обеспечивающего образование заряженных частиц, которые взаимодействуя с люминофором покрытия, обеспечивают возникновение светового излучения.

Такие схемы с использованием балласта имеют ряд достоинств:

• небольшая стоимость требуемого оборудования;
• простота в использовании.

К недостаткам таких схем можно отнести:

• «мерцающий» характер светового излучения;
• значительный вес и крупные габариты дросселя;
• долгое зажигание люминесцентной лампы;
• гудение работающего дросселя;
• почти 15% потерь энергии.
• невозможно использовать совместно с устройствами, которые плавно регулируют яркость освещения;
• на холоде включение значительно замедляется.

Дроссель выбирают строго в соответствии c инструкцией к конкретному виду люминесцентных ламп. Это обеспечит полноценное выполнение им своих функций:

• ограничивать в требуемых значениях величину тока при замыкании электродов;
• генерировать достаточное для пробоя газовой среды в колбе лампы напряжение;
• обеспечивать поддержку горения разряда на стабильном постоянном уровне.

Несоответствие выбора приведет к преждевременному износу ламп. Как правило, дроссели имеют ту же мощность, что и лампа.

Среди наиболее распространенных неисправностей светильников, в которых используют люминесцентные лампы, можно выделить такие:

• отказ дроселля, внешне это появляется в почернении обмотки, в оплавлении контактов: проверить его работоспособность можно самостоятельно, для этого понадобится омметр – сопротивление исправного балласта составляет порядка сорока Ом, если омметр показывает менее тридцати Ом – дроссель подлежит замене;
• отказ стартера – в этом случае лампа начинает светиться только по краям, начинается мигание, иногда лампочка стартера светится, нол сам светильник не зажигается, устранить неисправность можно только заменой стартера;
• иногда все детали схемы исправны, но светильник не включается, как правило, причиной является потеря контактов в ламподержателях: в некачественных светильниках они изготавливаются из некачественных материалов и поэтому плавятся – устранить такую неисправность можно только заменой гнезд ламподержателей;
• лампа мигает по типу стробоскопа, по краям колбы наблюдается почернение, свечение очень слабое – устранение неисправности замена лампы.

Схемы ЭПРА

Вряд ли имеет смысл собирать электронный балласт своими руками. Даже качественные модели стоят не так много, чтобы оправдать затраты времени на сборку. Разве что вам хочется сделать что-то самостоятельно. Работающая самостоятельно сделанная вещь, безусловно, приносит моральное удовлетворение. В сети есть масса схем, но многие из них абсолютно нерабочие. В этом пункте приведем рабочие — на базе микросхем или без них.

Схема электронного балласта для ламп дневного света на базе транзисторных ключей

ЭПРА на базе микросхемы IR2520D фирмы IR с диапазоном рабочей частоты от 35 кГц до 80 кГц

Схема электронного балласта на микросхеме UBA2021 фирмы NXP. Рабочая частота 39 кГц

Балласт с микросхемой ICB1FL02G и частотой 40 кГц