Электронный и электромагнитный дроссель для люминесцентных ламп

Несмотря на повышение спроса на светодиодные источники света, люминесцентные лампы все еще остаются на пике популярности. Во многом это объясняется относительно небольшой стоимостью осветительного устройства и пускорегулирующего аппарата (далее ПРА), необходимого для его работы. Рассмотрим функциональное назначение и принцип работы последних.

Содержание

• 1 Основные функции
• 2 Принцип работы
• 3 Тандемное подключение
• 4 Особенности дросселей электромагнитного типа
• 5 Пускорегулирующий аппарат электронного типа (ЭПРА)
• 6 Подключение без балласта

Основные функции

Люминесцентные источники света не представляется возможным напрямую включить в электрическую сеть. На это имеются следующие причины:

• чтобы создать стойкий разряд в лампе люминесцентного типа, необходимо предварительно разогреть ее электроды и подать на них стартовый импульс;
• поскольку источники света газоразрядного типа обладают отрицательным дифференциальным сопротивлением, для них характерно после выхода в рабочий режим возрастание силы тока. Его необходимо ограничивать, чтобы не допустить выхода источника света из строя.

Исходя из описанных выше причин, необходимо использовать  ПРА.

ПРА электромагнитного типа

Принцип работы

Рассмотрим принцип работы электромагнитного дросселя на примере типичной схемы подключения для ламп газоразрядного типа .

Типичная схема подключения

На схеме обозначены:

• EL – лампа газоразрядного (люминесцентного) типа;
• SF – стартер, он представляет собой устройство состоящее из колбы, наполненной инертным газом, внутри нее находятся контакты из биметалла. Параллельно к колбе установлен конденсатор;
• LL –дроссель (электромагнитный);
• спирали лампы (1 и 2);
• C – конденсатор (компенсирует реактивную мощность), его емкость зависит от мощности лампы, ниже показана таблица соответствия.

Встречаются устройства, в схемах которых отсутствует компенсирующий конденсатор,  это недопустимо, поскольку реактивная нагрузка приводит к следующим негативным последствиям:

• происходит увеличение потребляемой мощности, что приводит к повышенному расходу электроэнергии;
• существенно сокращается ресурс оборудования.

Теперь перейдем непосредственно к принципу работы, приведенной выше типовой схемы. Условно ее можно разделить на следующие этапы:

• при подключении к электросети, через цепь дроссель «LL» – спираль « 1» – стартер «SF» – спираль «2» начинает проходить ток, сила которого от 40 до 50 мА;
• под воздействием этого процесса в колбе стартера ионизируется инертный газ, что приводит к повышению силы тока и разогреву биметаллических контактов;
• нагревшиеся электроды в стартере замыкаются, это вызывает резкое повышение силы тока, примерно до 600 мА. Дальнейший его рост ограничивает индуктивность дросселя;
• за счет увеличившейся силы тока в цепи происходит разогрев спиралей (1 и 2), в результате чего ими излучаются электроны, разогревается газовая смесь, что приводит к разряду ;
• под воздействием разряда возникает ультрафиолетовое излучение, которое попадает на покрытие из люминофора. В результате он светится в видимом спектре;
• когда источник света «зажигается», его сопротивление уменьшается, соответственно, понижается напряжение на дросселе (до 110 В);
• контакты стартера остывают и размыкаются.

Тандемное подключение

Ниже показана схема, где две лампы люминесцентного типа включены последовательно.

Схема тандемного подключения

Принцип работы у представленной схемы не отличается от типового подключения, единственная разница – в параметрах стартеров. При двухламповом подключении применяются стартеры, у которых «пробивное» напряжение 110 В (тип S2), для однолампового – 220 В (тип S10).

Стартеры S10 и S2 на 220 и 110 В соответственно

Особенности дросселей электромагнитного типа

Говоря об особенностях электромагнитных ПРА, необходимо заметить, что единственные преимущества этих устройств – относительно невысокая цена, простая эксплуатация и несложный монтаж. Недостатков у классической схемы подключения значительно больше:

• наличие громоздкого и «шумного» дросселя;
• стартеры, к сожалению, не отличаются надежностью;
• наличие эффекта стробирования (лампа мерцает с частотой 50 Гц) вызывает повышенную утомляемость у человека, что приводит к снижению его работоспособности;
• при вышедших из строя стартерах проявляется фальстарт, то есть лампа, перед тем как «зажечься», несколько раз мигает, это снижает рабочий ресурс источника света;
• примерно около 25% мощности расходуется на электромагнитный балласт, в результате существенно снижается КПД.

Использование электронного ПРА позволяет избавиться от большинства из перечисленных выше недостатков.

Пускорегулирующий аппарат электронного типа (ЭПРА)

Массово ЭПРА появились  не так давно, около тридцати лет назад, в настоящее время они практически вытеснили электромагнитные устройства. Этому способствовали многочисленные преимущества перед классической схемой включения, назовем основные из них:

• повышение световой отдачи ламп люминесцентного типа благодаря высокочастотному разряду;
• отсутствие шума, характерного для низкочастотных электромагнитных дросселей;
• снижение эффекта стробирования значительно расширило сферу применения;
• отсутствие фальстарта увеличивает срок эксплуатации люминесцентных источников;
• КПД может достигать 97%;
• по сравнению с ПРА электромагнитного типа, энергопотребление снижено на 30%;
• нет необходимости компенсировать реактивную нагрузку;
• в некоторых моделях электронных устройств предусмотрено управление мощностью источника освещения, это производится регулировкой частоты в преобразователе напряжения.

ЭПЛА внешний вид и внутренне устройство

Стоит также отметить: благодаря отсутствию громоздкого дросселя, стало возможным уменьшить размеры электронного балласта, что позволило  разместить его в цоколе. Это существенно расширяет сферу применения, делая возможным использование в осветительных приборах вместо источников, в которых используется нить накала.

ЭПРА, размещенный в цоколе

В качестве примера приведем схему простого электронного балласта, типичную для большинства недорогих устройств.

Схема типичного ЭПРА

Перечень элементов:

• номиналы резисторов: R1 и R2 -15 Ом, R3 и R4 – 2,2 Ом, R5 – 620 кОм, R6 – 1,6 Мом;
• используемые конденсаторы: C1 – 47 нФ 400 В, С2 – 6800 пФ 1200 В,  С3 – 2200пФ, С4 – 22 нФ, С5 – 4,7 мкФ 350 В;
• диоды: VD1-VD7 – 1N400;
• транзисторы: Т1 и Т2 – 13003;
• диодный симистор VS – DB3.

Завершая тему ЭПРА, необходимо заметить – их существенным недостатком является относительно высокая стоимость качественных устройств. Что касается недорогих моделей, надежность таковых оставляет желать лучшего.

Подключение без балласта

При необходимости газоразрядные источники света возможно включить в сеть питания без электромагнитного или электронного балласта. Схема такого включения показана ниже.

Бездроссельный способ подключения

Для реализации такого подключения понадобится:

• лампа люминесцентного типа – 40 Вт и накаливания – 60 Вт (последняя будет работать как балластное сопротивление);
• два конденсатора 0,47 мкФ 400 В (играют роль умножителя);
• диодный мост КЦ404А или аналогичный, можно использовать четыре диода, рассчитанных под ток не менее 1 А и обратное импульсное напряжение 600 В.

Данная схема проигрывает по своим параметрам подключению при помощи электромагнитного дросселя и ЭПРА. Она приведена для ознакомления.