Балластники для люминесцентных ламп: подключения и принципы работы

Люминесцентная лампа (ЛЛ) – это источник света из стеклянной герметичной колбы, внутри которой создается электрический электродный разряд, протекающий в газовой среде. На ее внутренней поверхности находится фосфорсодержащий слой (люминофор). Внутри лампы находится инертный газ и 1% паров ртути. При действии на них электрического разряда они излучают невидимый визуально ультрафиолетовый свет, который заставляет светиться люминофор.

Что горит в люминесцентной лампе?

На самом деле много чего. Спираль, которая является источником возбуждённых электронов. Газ, ионизация которого заставляет светиться слой люминофора, сам газ внутри колбы (свечения которого мы не видим) и стартёр, имеющий световую индикацию исправности.

Давайте теперь посмотрим, что такое схема люминесцентной лампы:

Для человека, знакомого с кабалой электрических схем всё очевидно. Диодный мост исключает пробой на L4 и С1, R1-2 демпфируют импульсные токи на контуре EN, а дополнительный диод позволяет конденсатору схватывать излишки токов.

Это схема полностью объясняет, как подключить люминесцентную лампу, и, кстати, как экономить электроэнергию. Обратите внимание, исключив Z и D7, мы получим существенное снижение пускового тока, что позволит экономить на электроэнергии!

Не понятно? Хорошо. Давайте немного упростим задачу

Для бытовых целей этого достаточно. Но подключение люминесцентных ламп имеет особенность. Стоит иметь в виду, что эта картинка подключения одной лампы. Если подключаем своими руками несколько ламп, то нужно принять во внимание, что последовательное подключение проще, надежнее и боле экономно в смысле затрат энергии. Это напрямую связано с заголовком этой части статьи – что светит. Импульс стартёра

, передаваемый последовательно, позволяет упростить пуск каждой следующей лампы. Иначе говоря, зарядрасходуемый на пуск первой лампы передается дальше , снижая затраты на пуск второй и так далее.

А горит в лампе люминофор

, который после установления в колбе необходимых условий «тлеет» с очень небольшим потреблением электричества. Отсюда и энергосберегающие свойства этих ламп, и всех производных – вроде компактных, которые, по сути, остались люминесцентными.

Устройство КЛЛ

У компактных люминесцентных ламп две составляющие: колба и цоколь. В колбу, заполненную инертный газом и ртутью, помещаются электроды, покрытые смесью окислов кальция, стронция и бария. Свет появляется после того, как электроды подано напряжение. 98% излучения ультрафиолетовое, поэтому внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором, определяющим светотехнические характеристики, делая излучение видимым.

На производствах используются трех- и пятислойные люминофоры. Они в десятки раз дороже тех, которыми покрываются линейные изделия, так как предназначены для работы с облучением высокой плотности.

КЛЛ нельзя подключать прямо к сети по двум причинам:

Устройство КЛЛ
  • для образования электрической дуги требуется 1000 В;
  • во время работы ток многократно увеличивается, лампочка выходит из строя, если он не ограничивается.

Для обеспечения функциональности используется пускорегулирующая аппаратура 2-х видов: электромагнитная и электронная (последняя более современная и эффективная).

Электромагнитный балласт (ЭмПРА) состоит из дросселя и стартера, данная конструкция обладает рядом недостатков:

  • длительным пуском (1-3 сек.);
  • мерцанием, видимым глазами;
  • появлением шума (жужжания) в процессе эксплуатации;
  • появлением фальстарта при снижении функциональности стартера;
  • невозможностью запустить при минусовой температуре.

ЭмПРА расходует примерно 25% мощности, снижая КПД лампы.

ЭПРА – более современный вариант, постепенно вытесняющий ЭмПРА благодаря некоторым преимуществам:

Устройство КЛЛ
  • высокочастотному разряду, увеличивающему поток света и повышающему светоотдачу;
  • отсутствию шума;
  • снижению мерцания;
  • отсутствию фальстарта;
  • КПД до 97%;
  • снижению потребления электроэнергии на 30%.

Все плюсы достигаются преобразованием прямого тока в высокочастотные импульсы. Электроды разогреваются перед запуском, балласт поддерживает мощность даже при значительных колебаниях сетевого напряжения.

Читайте также:  Быстрый и недорогой ремонт своими руками в доме

Справка! ЭПРА встраивается в лампу или располагается отдельно. Второй вариант характерен для изделий с цоколем, имеющим 2 или 4 штыря. Для их подключения требуется дроссель.

Особенности светильников с ЭПРА

ЭПРА для светодиодов имеют компактные размеры, монтировать их в конструкцию достаточно легко. С ними возможно конструировать различные вариации люминесцентной и светодиодной иллюминации. Их практичность прекрасно совмещается с воссозданием комфортабельного, разнообразного и уникального освещения в различных условиях и для различных площадей, где сама практичность выражается:

  • в высоком энергосбережении;
  • отсутствии мерцания;
  • более эффективном КПД;
  • более высоком коэффициенте показателя мощности;
  • мгновенном старте включения света;
  • отсутствии мерцания из-за перегорания диодов;
  • низком показателе рабочей температуры;
  • отсутствии шума люминесцентных ламп и светодиодов во время рабочего процесса;
  • высоких показателях экономии денежных средств.
Особенности светильников с ЭПРА

Электронный ПРА обеспечивает стабильную работу светодиодных светильников

Системы освещения, которые снабжены электронными ПРА, стабильно обеспечивают работу осветительных элементов при высокочастотном напряжении и токе, при этом не требуется фазовая коррекция.

Схемы подключения

Прежде чем перейти к модернизации светильника с заменой люминесцентных ламп Т8 на светодиодные, сначала нужно как следует разобраться со схемами. Все люминесцентные светильники подключаются по одному из двух вариантов:

  • на базе ПРА, в составе которого дроссель, стартер и конденсатор (рис.1);
  • на базе электронного балласта (ЭПРА), который состоит из одного блока – высокочастотного преобразователя (рис.2).
  • В растровых потолочных светильниках 4 люминесцентных трубки подключаются к 2 ЭПРА, каждый из которых обеспечивает работу двух ламп или к комбинированному ПРА, включающему 4 стартера, 2 дросселя и 1 конденсатор.

    Схема подключения светодиодной лампы Т8 не содержит никаких дополнительных элементов (Рис.3). Стабилизированный блок питания (драйвер) светодиодов, уже встроен внутри корпуса. Вместе с ним под стеклянным или пластиковым рассеивателем находится печатная плата со светодиодами, закреплённая на алюминиевом радиаторе. Напряжение питания 220В может поступать на драйвер через штырьки цоколя, как с одной стороны (обычно на изделиях украинского производства), так и с обеих сторон. В первом случае штырьки, расположенные с другой стороны, выполняют функцию крепежа. Во втором случае с каждой стороны может быть задействован 1 или 2 штырька. Поэтому прежде чем модифицировать светильник, нужно внимательно изучить схему подключения, приведенную на корпусе LED-лампы или в документации к ней. Наиболее распространенными являются светодиодные лампы Т8 с подведением фазы и ноля с разных сторон, поэтому переделка светильника будет рассмотрена именно на таком варианте.

    Запуск ламп

    Стартер для люминесцентных ламп: применение

    Электроды лампы разогреваются, после чего на них подается высокое напряжение через пускорегулирующее устройство. Его частота составляет 20-60 кГц, что дает возможность исключить мерцание и повысить кпд. В зависимости от схемы запуск может быть мгновенным или плавным – с нарастанием яркости до рабочей.

    При холодном пуске период эксплуатации люминесцентных ламп значительно снижается.

    К процессу разогрева электродов добавляется колебательный контур в цепи питания лампы, входящий в электрический резонанс перед разрядом. При этом значительно повышается напряжение, более интенсивно подогреваются катоды и в результате зажигание происходит легко. Как только начинается разряд в лампе, колебательный контур сразу выходит из резонанса и устанавливается рабочее напряжение.

    У дешевых ЭПРА или собранных своими руками принцип действия аналогичен варианту с дросселем: зажигание ламп производится большим напряжением, а удерживание разряда – малым.

    Схема электронного балласта

    Как и на всех схемах ЭПРА, выпрямление напряжения производится диодами VD4-VD7, которое затем фильтруется конденсатором C1. Емкость фильтра выбирается из расчета 1 мкФ на 1 Вт мощности ламп. При меньших номиналах конденсатора свечение будет более тусклым.

    Как только происходит подключение к сети, сразу начинает заряжаться конденсатор С4. При достижении 30 В пробивается динистор CD1 и импульсом напряжения открывается транзистор T2, затем начинает работать полумостовой автогенератор из транзисторов T1, T2 и трансформатора TR1 c двумя противофазно включенными первичными и одной вторичной обмотками. Резонансная частота последовательного контура из конденсаторов С2, С3, дросселя L1 и генератора близки по величине (45-50 кГц). Когда напряжение на конденсаторе С3 поднимется до величины пуска, лампа зажигается. При этом снижаются частота генератора и напряжения, а дроссель ограничивает ток. Из-за высокой частоты его габариты небольшие.

    Читайте также:  Рейтинг бойлеров с сухим тэном: 6 лучших

    Фазорегулирующие (симисторные) диммеры

    Практически все бытовые и профессиональные диммеры основаны на симисторах, также известных как фазорегулирующие (или фазосрезающие) диммеры. Эти устройства проводят ток, как только симистор запущен, при условии, что протекающий ток превышает минимальный ток удержания. Эти диммеры очень хорошо работают с резистивной нагрузкой, например, с лампами накаливания, так как симистор продолжает проводить ток после запуска до тех пор, пока положение фазы не очень близко к концу полупериода.

    Традиционные балласты люминесцентных ламп без корректора коэффициента мощности (ККМ) потребляют ток от сети только в районе пика полупериода входного переменного напряжения, когда происходит заряд входного накопительного конденсатора. Неспособность традиционных балластов люминесцентных ламп поддерживать ток через симистор может вызвать мерцание при использовании таких диммеров.

    Рекомендации по применению (Application note) AN-1153 описывают управляемый симисторным диммером балласт люминесцентной 15 Вт спиральной лампы для сети 120 В. На рисунке 5 показана схема этого балласта.

    Рис. 5. Управляемый симисторным диммером балласт люминесцентной 15 Вт спиральной лампы для сети 120 В

    Конденсаторы C2, C3, C4 и C5 используются для взаимодействия с симистором в диммере для того, чтобы балласт мог поддерживать необходимый ток симистора практически до самого конца полупериода сетевого напряжения. Существует также узел, определяющий угол среза фазы симистором и регулировки постоянного опорного напряжения для установки необходимого тока лампы.

    Форма сигнала в точке соединения диодов D1 и D4 эквивалентна выходному напряжению диммера. Фазосрезанный синусоидальный сигнал будет с положительным смещением, так что отрицательный пик находится в области нуля (уровень общей «земли» схемы). Сигнал уменьшается делителем напряжения на резисторах R2 и R3 и далее поступает на диод D5 и стабилитрон D6.

    На аноде D6 остается только положительная составляющая полуволны сетевого напряжения, которая в дальнейшем конвертируется в сигнал постоянного напряжения фильтром на R4 и С6. Поскольку минимальный уровень димминга находится в точке, где диммер еще способен проводить через себя ток на выход для нормального функционирования балласта, то это напряжение на самом деле никогда не опустится до нуля. Для этого уровень постоянного напряжения дополнительно смещается стабилитроном D6 и делится резисторами R5 и R6, и только после этого используется как опорное напряжение для установки яркости.

    Эпра – что это такое, и как работает

    Люминесцентные лампы напрямую от сети в 220 вольт не работают. Им необходим специальный переходник, который будет стабилизировать напряжение и сглаживать пульсацию тока.

    Этот прибор носит название пускорегулирующая аппаратура (ПРА), состоящая из дросселя, с помощью которого сглаживается пульсация, стартер, используемый как пускатель, и конденсатор для стабилизации напряжения. Правда, ПРА в этом виде – это старый блок, который постепенно выводится из оборота.

    Все дело в том, что ему на смену пришла новая модель – ЭПРА, то есть, тот же пускорегулирующий аппарат, только электронного типа. Итак, давайте разберемся в ЭПРА – что это такое, его схема и основные составляющие.

    Конструкция и принцип работы ЭПРА

    По сути, ЭПРА – это электронное плато, небольшого размера, в состав которого входит несколько специальных электронных элемента. Компактность конструкции дает возможность установить плато в светильник вместо дросселя, стартера и конденсатора, которые все вместе занимают больше места, чем ЭПРА. При этом схема подключения достаточно проста. О ней чуть ниже.

    Преимущества

    • Люминесцентная лампа с ЭПРА включается быстро, но плавно.
    • Она не моргает и не шумит.
    • Коэффициент мощности – 0,95.
    • Новый блок практически не греется по сравнению с устаревшим, а это прямая экономия электрического тока до 22%.
    • Новый пусковой блок снабжен несколькими видами защиты лампы, что повышает ее пожарную безопасность, безопасность эксплуатации, а также продлевает в несколько раз срок службы.
    • Обеспечение плавного свечения, без мерцания.
    Читайте также:  Потолок из досок своими руками: обустройство

    Внутреннее устройство ЭПРА

    Схема устройства

    Начнем с того, что люминесцентные лампы – это газоразрядные источники света, которые работают по следующей технологии. В стеклянной колбе находятся пары ртути, в которые подается электрический разряд.

    Он-то и образует ультрафиолетовое свечение. На саму колбу изнутри нанесен слой люминофора, который преобразует ультрафиолетовые лучи в видимый глазами свет.

    Внутри лампы всегда находится отрицательное сопротивление, вот почему они не могут работать от сети в 220 вольт.

    Но тут необходимо выполнить два основных условия:

    1. Разогреть две нитки накала.
    2. Создать большое напряжение до 600 вольт.

    Теперь сама схема ЭПРА.

    Начнем с того, что люминесцентные лампы, к примеру, ЛВО 4×18, со старым блоком всегда мерцали и издавали неприятный шум. Чтобы этого избежать, необходимо подать на нее ток частотой колебания более 20 кГц.

    Для этого придется повысить коэффициент мощности источника света. Поэтому реактивный ток должен возвращаться в специальный накопитель промежуточного типа, а не в сеть.

    Кстати, накопитель с сетью никак не связан, но именно он питает лампу, если случиться сетевой переход напряжения через ноль.

    Эпра – что это такое, и как работает

    Люминесцентные лампы напрямую от сети в 220 вольт не работают. Им необходим специальный переходник, который будет стабилизировать напряжение и сглаживать пульсацию тока.

    Этот прибор носит название пускорегулирующая аппаратура (ПРА), состоящая из дросселя, с помощью которого сглаживается пульсация, стартер, используемый как пускатель, и конденсатор для стабилизации напряжения. Правда, ПРА в этом виде – это старый блок, который постепенно выводится из оборота.

    Все дело в том, что ему на смену пришла новая модель – ЭПРА, то есть, тот же пускорегулирующий аппарат, только электронного типа. Итак, давайте разберемся в ЭПРА – что это такое, его схема и основные составляющие.

    Конструкция и принцип работы ЭПРА

    По сути, ЭПРА – это электронное плато, небольшого размера, в состав которого входит несколько специальных электронных элемента. Компактность конструкции дает возможность установить плато в светильник вместо дросселя, стартера и конденсатора, которые все вместе занимают больше места, чем ЭПРА. При этом схема подключения достаточно проста. О ней чуть ниже.

    Преимущества

    • Люминесцентная лампа с ЭПРА включается быстро, но плавно.
    • Она не моргает и не шумит.
    • Коэффициент мощности – 0,95.
    • Новый блок практически не греется по сравнению с устаревшим, а это прямая экономия электрического тока до 22%.
    • Новый пусковой блок снабжен несколькими видами защиты лампы, что повышает ее пожарную безопасность, безопасность эксплуатации, а также продлевает в несколько раз срок службы.
    • Обеспечение плавного свечения, без мерцания.

    Внутреннее устройство ЭПРА

    Схема устройства

    Эпра – что это такое, и как работает

    Начнем с того, что люминесцентные лампы – это газоразрядные источники света, которые работают по следующей технологии. В стеклянной колбе находятся пары ртути, в которые подается электрический разряд.

    Он-то и образует ультрафиолетовое свечение. На саму колбу изнутри нанесен слой люминофора, который преобразует ультрафиолетовые лучи в видимый глазами свет.

    Внутри лампы всегда находится отрицательное сопротивление, вот почему они не могут работать от сети в 220 вольт.

    Но тут необходимо выполнить два основных условия:

    1. Разогреть две нитки накала.
    2. Создать большое напряжение до 600 вольт.

    Теперь сама схема ЭПРА.

    Начнем с того, что люминесцентные лампы, к примеру, ЛВО 4×18, со старым блоком всегда мерцали и издавали неприятный шум. Чтобы этого избежать, необходимо подать на нее ток частотой колебания более 20 кГц.

    Для этого придется повысить коэффициент мощности источника света. Поэтому реактивный ток должен возвращаться в специальный накопитель промежуточного типа, а не в сеть.

    Кстати, накопитель с сетью никак не связан, но именно он питает лампу, если случиться сетевой переход напряжения через ноль.