Устройство и виды электронного балласта для люминесцентных ламп

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.

Балласт для люминесцентных ламп

В большинстве традиционных конструкций, рассчитанных на ток с частотой 50 Гц, для электропитания используются электромагнитные пускорегулирующие аппараты. Получение высокого напряжения происходит через реактор, когда размыкается биметаллический ключ. Через него протекает ток, обеспечивающий накал электродов при замкнутых контактах.

Данные пусковые устройства имеют ряд серьезных недостатков, не позволяющих люминесцентным лампам полностью использовать свой ресурс при освещении помещений. Создается мерцающий свет, повышенный уровень шума, нестабильный свет во время перепадов напряжения.

Все эти недостатки устраняются путем применения электронных пускорегулирующих аппаратов (), получивших название электронного балласта. Использование балласта позволяет практически мгновенно зажигать лампу без шума и мерцания. Высокочастотный диапазон делает освещение более комфортным и стабильным. Полностью нейтрализуется негативное воздействие колебаний напряжения сети. Все мигающие и вспыхивающие неисправные лампы отключаются с помощью системы контроля.

Все электронные балласты имеют относительно высокую стоимость. Однако, в дальнейшем, происходит видимая компенсация начальных затрат. При одном и том же качестве светового потока, энергопотребление уменьшается в среднем на 20%. Светоотдача люминесцентной лампы повышается за счет более высокой частоты и повышенного коэффициента полезного действия ЭПРА в сравнении с электромагнитными устройствами. Щадящий режим пуска и работы с применением балласта позволяет увеличить срок эксплуатации ламп на 50%.

Параметры балласта

Параметры балласта важны при выборе оптимальной схемы освещения аквариума и, особенно, в случае, когда схема собирается самостоятельно. Ниже рассмотрены некоторые параметры балласта, многие из которых указаны на самом балласте или в каталоге.

Мощность (power)- мощность балласта должна соответсвовать мощности лампы. Нельзя использовать балласт для лампы с мощностью отличной от номинальной. Это приведет либо к выходу лампы из строя, либо к пониженной ее светоотдаче. Некоторые балласты специально предназначены для работы с пониженной мощностью, например, в тех случаях, когда долгий срок работы лампы более важен. Такие балласты называются экономичными (не надо путать их с экономичными лампами (), которые потребляют меньше мощности и дают меньше света при включении в обычный балласт)

Коэффициент мощности (power factor) — еще называется косинусом угла. Дает представление о том, насколько хорошо используется ток и напряжение сети. У обычного магнитного дросселя. без корректирующего конденсатора, коэффициент мощности около 0.5 (low power factor ballast). Балласт с низким коэффициентом мощности приведет к возрастанию тока в цепи. Большинство современных балластов имеют коэффициент мощности близкий к 0.95-0.97 (high power factor ballast)

Входное напряжение (voltage) — многие современные балласты имеют возможность подключения к сети с различным напряжением. Также надо следить за выбором корректирующего конденсатора для сети с частотой 50 и 60Гц. Современные балласты, особенно электронные, могут компенсировать изменение напряжения питающей сети. В противном случае, световой поток будет резко изменятся и при уменьшении напряжения ниже 80-85% номинального лампа может погаснуть.

Потери мощности в балласте (power losses) — характеризует мощность, рассеянную в балласте, т.е. на нагревание балласта. Типичные потери в электромагнитном балласте — 5-10Вт (в электронном в несколько раз меньше). Потери мощности означают повышенный расход энергии, более высокую температуру ламп (если они расположены близко к балласту). что приводит к уменьшению светоотдачи и сокращению срока службы ламп.

Балласт-коэффициент (ballast-factor) — один из наиболее важных параметров. Показывает количество света, производимое лампой при использовании балласта, относительно значений в каталоге, т.е. при использовании лабораторного балласта. Например, балласт-коэффициент 0.9 означает, что лампа, с каталожным значением 2000 Лм, излучает только 1800 Лм. Многие имеют коэффициент больший единицы (это не значит, что они нарушают закон сохранения энергии, поскольку это не КПД), т.е. при использовании балласта с коэффициентом 1.15 данная лампа будет производить 2300 Лм. Однако, не следует использовать балласты с коэффициентами большими 1.1-1.15, поскольку это укорачивает срок службы лампы.

Температура (case temperature) — указывается на корпусе балласта. Надо следить, чтобы она не превышала указанного значения. Для магнитных балластов обычно 120-130C, для электронных 70-75C

Пиковый ток (inrush current, crest factor) — характеризует скачок тока в сети во время зажигания лампы. Чем он меньше, чем лучше для электрической цепи.

Нелинейные гармонические искажения (total harmonic distortion)- некоторые балласты, особенно электронные, могут вызывать нежелательные эффекты в электрической цепи. В современных балластах они не превышают 10-20%

Шум (audible noise) — балласты делятся по производимому ими шуму на несколько категорий. Постарайтесь не использовать в жилой комнате балласт, предназначенный для использования в гараже (в USA следует использовать класс А по шуму). Высокочастотные балласты практически бесшумны.

Количество подключаемых ламп — многие балласты предназначны для использования в схеме с 2-4 лампами. В подоюном случае балласт используется более эффективно, потери на лампу меньше, чем в схеме, когда каждая лампа питается своим балластом. Традиционные балласты (, ) используют обычно последовательное подключение ламп, т.е. при отключении одной лампы, отключаются и все остальные. балласт мгновенного старта () и многие электронные рассчитаны на параллельное подключение ламп, т.е. при этом выключение одной лампы не приводит к выключению остальных.

  назад к оглавлению 

Хитрые значки на балласте

Помимо разных электрических параметров, рассмотренных выше, на балласте можно встретить разные обозначения — FCC, CE, и т.д.

Схема подключения, запуск

Пускорегулирующий аппарат подключается с одной стороны к источнику питания, с другой – к осветительному элементу. Нужно предусмотреть возможность установки и крепления ЭПРА. Подключение производится в соответствии с полярностью проводов. Если планируется установить две лампы через ПРА, используется вариант параллельного соединения.

Схема будет выглядеть следующим образом:

Группа газоразрядных люминесцентных ламп не может нормально работать без пускорегулирующего аппарата. Его электронный вариант конструкции обеспечивает мягкий, но одновременно с тем и практически мгновенный запуск источника света, что дополнительно продлевает срок его службы.

Поджиг и поддержание функционирования лампы осуществляется в три этапа: прогрев электродов, появление излучения в результате высоковольтного импульса, поддержание горения осуществляется посредством постоянной подачи напряжения небольшой величины.

Определение поломки и ремонтные работы

Если наблюдаются проблемы в работе газоразрядных ламп (мерцание, отсутствие свечения), можно самостоятельно сделать ремонт. Но сначала необходимо понять, в чем заключается проблема: в балласте или осветительном элементе. Чтобы проверить работоспособность ЭПРА, из светильников удаляется линейная лампочка, электроды замыкаются, и подсоединяется обычная лампа накаливания. Если она загорелась, проблема не в пускорегулирующем аппарате.

В противном же случае нужно искать причину поломки внутри балласта. Чтобы определить неисправность люминесцентных светильников, необходимо «прозвонить» все элементы по очереди. Начинать следует с предохранителя. Если один из узлов схемы вышел из строя, необходимо заменить его аналогом. Параметры можно увидеть на сгоревшем элементе. Ремонт балласта для газоразрядных ламп предполагает необходимость использования навыков владения паяльником.

Если с предохранителем все в порядке, далее следует проверить на исправность конденсатор и диоды, которые установлены в непосредственной близости к нему. Напряжение конденсатора не должно быть ниже определенного порога (для разных элементов эта величина разнится). Если все элементы ПРА в рабочем состоянии, без видимых повреждений и прозвон также ничего не дал, осталось проверить обмотку дросселя.

В некоторых случаях проще купить новую лампу. Это целесообразно сделать в случае, когда стоимость отдельных элементов выше ожидаемого предела или при отсутствии достаточных навыков в процессе пайки.

Ремонт компактных люминесцентных ламп выполняется по сходному принципу: сначала разбирается корпус; проверяются нити накала, определяется причина поломки на плате ПРА. Часто встречаются ситуации, когда балласт полностью исправен, а нити накаливания перегорели. Починку лампы в этом случае произвести сложно. Если в доме имеется еще один сломанный источник света сходной модели, но с неповрежденным телом накала, можно совместить два изделия в одно.

Таким образом, ЭПРА представляет группу усовершенствованных аппаратов, обеспечивающих эффективную работу люминесцентных ламп. Если было замечено мерцание источника света или он и вовсе не включается, проверка балласта и его последующий ремонт позволят продлить срок службы лампочки.

Разновидности

Первоначально в качестве ПРА для люминесцентной лампы использовались электромагнитные дроссели (балласты) со стартерами. Этот комплект назывался электромагнитным пускорегулирующим аппаратом – ЭмПРА. Позже появились электронные аналоги ЭмПРА на транзисторах и микросхемах, выполняющие ту же функцию. Они получили название ЭПРА (электронный пускорегулирующий аппарат), или просто «электронный балласт». Рассмотрим конструкцию и принцип работы этих пускорегулирующих устройств.

Нередко под ЭмПРА подразумевают только электромагнитный дроссель, что не совсем верно. ЭмПРА – это дроссель и стартер – два отдельных узла.

Электромагнитный

ЭмПРА – это обычный дроссель – катушка, намотанная на магнитопроводе, и газоразрядная малогабаритная лампочка со встроенными биметаллическими контактами (рабочими электродами).

Рассмотрим процессы, происходящие в светильнике с ЭмПРА. При включении в колбе стартера зажигается разряд, который нагревает электроды из биметалла. В результате электроды замыкаются и подключают к питающей сети через дроссель спирали электродов ЛЛ. При этом тлеющий разряд в колбе лампочки-стартера гаснет.

Спирали люминесцентной лампы разогреваются, их способность испускать электроны многократно увеличивается. После остывания контактов стартера они размыкаются. В результате на электродах ЛЛ появляется импульс высокого (до 1 кВ) напряжения, создаваемого самоиндукцией дросселя.

На схеме буквами обозначены:

• А – люминесцентная лампа.
• В – сеть переменного тока.
• С – стартер.
• D – биметаллические электроды.
• Е – искрогасящий конденсатор.
• F – нити накала катодов.
• G – электромагнитный дроссель (балласт).

Высокое напряжение пробивает газовый промежуток. В колбе ЛЛ начинается разряд. При этом ртуть переходит в парообразное состояние, сопротивление газового промежутка резко падает. Чтобы разряд не перешел в неуправляемый дуговой, ток через лампу ограничивается дросселем с большим индуктивным сопротивлением. Поэтому его называют балластом.

Электронный

Внешне электронный балласт для люминесцентных ламп похож на электромагнитный. У него серьезные конструктивные отличия и другой принцип работы.

Как видно на фото, в электронном балласте много радиоэлементов. Рассмотрим типовую структурную схему ЭПРА и узнаем, как он работает.

Переменное сетевое напряжение проходит через фильтр электромагнитных помех, выпрямляется, сглаживается и подается на инвертор. Задача инвертора – обеспечить напряжение для работы ЛЛ. Сформированное инвертором напряжение через схему ограничения тока (балласт) подается на лампу. Схема запуска служит только для пуска ЛЛ. После выполнения своей функции в дальнейшей работе она не участвует.

Узлы инвертора, балласта и пуска на структурной схеме разделены условно. Часто функции балласта выполняет инвертор, дополнительно являющийся стабилизатором тока. В некоторых схемах он играет роль стартера, самостоятельно принимая решение о подогреве спиралей лампы и о подаче на них запускающего высоковольтного импульса.

Более простые схемы запуска представляют собой обычный конденсатор, образующий со спиралями и выходными дросселями колебательный контур. Последний настроен на частоту работы инвертора. Возникающий при погашенной лампе резонанс повышает напряжение на электродах лампы до единиц и даже десятков киловольт и зажигает разряд в колбе без предварительного подогрева спиралей (холодный пуск).

Что даёт такая схема? Прежде всего, мерцание. Обычный электромагнитный дроссель питает лампу переменным током частотой 50 Гц. Люминофор имеет малую инерционность и в промежутках между полуволнами заметно теряет яркость свечения. В результате люминесцентная лампа заметно мерцает. Это плохо для зрения.

Особенно заметно мерцание на изношенных лампах, люминофор которых теряет свойства инерционности.

Инвертор, питающий ЛЛ, работает на частотах десятка и даже сотни кГц. При этом инерционности люминофора достаточно, чтобы «переждать» паузы между питающими импульсами без заметной потери яркости. То есть благодаря ЭПРА у люминесцентной лампы малый коэффициент пульсаций.

Далее электронная схема обеспечивает стабильным питанием лампу, даже если сетевое напряжение отличается от номинального. К примеру, ЭПРА POSVET (фото см. выше) позволяет работать ЛЛ при напряжении в сети от 195 до 242 В. У лампы, подключённой через ЭмПРА, при таких напряжениях либо сократится срок эксплуатации, либо она не запустится.

Актуальные электронные модули

Первое место данного типа оборудования, достается товарам от компании Osram. Стоимость продукции данной марки, будет значительно выше стоимости аналогов отечественного или китайского производства. Но модули этой фирмы уступают в цене конкурентам Vossloh-Schwabe или Philips.

Более бюджетный вариант,предлагает фирма Horos. Несмотря на низкие финансовые затраты, данные балласты демонстрируют хороший уровень КПД высокую степень рабочей эффективности.

Сравнительно молодая компания Feron уже успела положительно зарекомендовать себя среди множества постоянных потребителей

Важно отметить грамотное соотношение доступной цены и высокого качества изделий. В их комплектацию входит: надежный предохранитель, защищающий от внезапных перепадов напряжения и различных помех, исключается светомерцание и экономия энергозатрат до 30%

Устройство ЭПРА для люминесцентных ламп

Схемы электронных балластов для люминесцентных ламп выглядят следующим образом:

1. Фильтр электромагнитных помех, который устраняет помехи, приходящие со стороны сети. А также гасит электромагнитные импульсы самой лампы, которые могут негативно влиять на человека и окружающие бытовые приборы. Например, создавать помехи в работе телевизора или радиоприёмника.
2. Задача выпрямителя — преобразовывать постоянный ток сети в переменный, подходящий для питания лампы.
3. Коррекция коэффициента мощности – схема, отвечающая за контроль сдвига по фазе переменного тока, проходящего через нагрузку.
4. Сглаживающий фильтр предназначен для снижения уровня пульсации переменного тока.

Как известно, выпрямитель идеально выпрямить ток не в состоянии. На выходе из него пульсация может составлять от 50 до 100 Гц, что неблагоприятно сказывается на работе лампы.

Инвертор используется полумостовой (для небольших ламп) или мостовой с большим количеством полевых транзисторов (для мощных ламп). КПД у первого типа относительно невысокий, но это компенсируется микросхемами-драйверами. Основная задача узла – преобразование постоянного тока в переменный.

Перед тем, как выбрать энергосберегающую лампочку. рекомендуется изучить технические характеристики её разновидностей, их преимущества и недостатки

Особое внимание следует уделить месту установки компактной люминесцентной лампы. Очень частое включение-выключение или морозная погода на улице значительно сокращают продолжительность работы КЛЛ. Подключение LED лент в сеть 220 Вольт осуществляется с учетом всех параметров осветительных устройств — длина, количество, монохромность или многоцветность

Подробнее об этих особенностях — здесь

Подключение LED лент в сеть 220 Вольт осуществляется с учетом всех параметров осветительных устройств — длина, количество, монохромность или многоцветность. Подробнее об этих особенностях — здесь.

Дроссель для люминесцентных ламп (специальная индукционная катушка из свёрнутого проводника) участвует в подавлении помех, накоплении энергии и плавной регулировке яркости.
Защита от перепадов напряжения – устанавливается не во всех ЭПРА. Защищает от колебаний напряжения в сети и ошибочного пуска без лампы.

Блок питания из балласта

Переоборудование балласта в блок питания заключается в следующем:

Чтобы грамотно подобрать нужный балласт для люминесцентной лампы, нужно :

понимать принцип устройства данного элемента и его функции; при подборе балласта полагаться на проверенного производителя; обратить внимание на стоимость и фирму; мощность модуля должна совпадать с мощностью осветительного прибора. В люминесцентных лампах используются электронные и магнитные балласты разной схемы

По большей части такие устройства определяют стоимость осветительного прибора, поскольку способные длительное время поддерживать работоспособность прибора

В люминесцентных лампах используются электронные и магнитные балласты разной схемы. По большей части такие устройства определяют стоимость осветительного прибора, поскольку способные длительное время поддерживать работоспособность прибора.

В недорогих изделиях не только применяются упрощенные схемы, но и элементы несоответствующего качества, которые физически не способны выдержать создаваемые током цепи нагрузки. Поэтому выбор ламп должен основываться именно на схеме балласта, гарантийном сроке работы изделия и его качестве.

Предыдущая

ЛюминесцентныеХарактеристики компактных люминесцентных ламп

Конструкции пускорегулирующих модулей

Конструкции промышленных и бытовых люминесцентных лампочек, 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.

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.

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.

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.

ЭПРА для люминесцентных ламп

Люминесцентный светильник, который снабжен ЭПРА, начинает работать, проходя несколько основных этапов.

Включение люминесцентного светильника

Специальный выпрямитель, который отвечает за преобразование постоянного напряжения в переменное, передает его на буфер мощного конденсатора. Далее, это напряжение проходит дальше и оказывается на полумостовом инверторе. В это время заряжаются все конденсаторы и микросхемы маленького напряжения.

Когда значение напряжения достигает показателя 7 вольт, то начинается намеренное сбрасывание микросхемы, а потом заряжается управляющий конденсатор, который регулируют несколько транзисторов. При достижении напряжением значения в 12 вольт, элементы люминесцентной лампы быстро нагреваются.

Предварительный нагрев люминесцентного светильника

При перемещении тока в изделии, сразу начинается уменьшение максимальной частоты колебаний, а значение напряжения возрастает. Прогревается люминесцентный светильник всего несколько секунд, если начинать отсчет с момента подачи напряжения на изделие. В этом случае электронный балласт играет роль систематизатора, потому что он не дает лампе запустится, не пройдя этап подготовительного прогрева. Это поможет избежать многих проблем в работе светильника.

Зажигание люминесцентного светильника

Значения показателей полумоста, к примеру, его амплитуды, уменьшаются до своего минимума. Для того чтобы люминесцентный светильник загорелся, необходимо напряжение около 620 вольт. В противном случае он просто не будет работать. Специальный дроссель способен значительно превысить это значение, увеличивая напряжение в электрической сети, что в дальнейшем приводит к зажиганию светильника. Обычно весь этот процесс занимает около нескольких секунд.

Горение люминесцентного светильника

Из-за работы электронного балласта, сила тока не превышает оптимальное значение для качественной работы лампы. ЭПРА полностью контролирует управление амплитудой переключения полумоста, обеспечивая тем самым стабильную работу светильника.