Схема электронного балласта для ламп дневного света: Электронный балласт для люминесцентных ламп

Содержание

Схема ЭПРА для ЛБ-40

на главную

Лампы дневного света (ЛДС) в виде длинной трубки давно применяются как в быту, так и в офисах. Главное их преимущество, по сравнению с лампами накаливания, – большая светоотдача, долговечность и экономия электроэнергии.

В старых светильниках применяли тяжелые дроссели и стартеры, они долго и с миганием зажигали лампы, работали ненадежно, гудели, а лампы мигали. На смену им пришли электронные балласты. Они легче по весу, мгновенно зажигают лампу, не гудят, работают в широком диапазоне питающих напряжений, не мигают, так как работают на больших частотах, и по стоимости приблизились к светильникам с тяжелыми дросселями.

Фото. Внешний вид светильника

Внешний вид такого светильника китайского производства типа DL-3011 для ЛДС мощностью 36 Вт показан на фото. Его номинальное питающее напряжение 220…240 В/50 Гц, но при испытаниях показал работоспособность и в диапазоне напряжений 100…240 B. Сам электронный блок питания (балласт) помещается внутри светильника в пластмассовой коробке. Он смонтирован на монтажной плате размерами 107х27 мм (

рис.1).

Рис 1. Электронный ПРА

Принципиальная схема ЭПРА нарисована по монтажной плате и показана на рис.2 Все элементы на ней обозначены так же, как и на монтажной плате.

Рис 2. Принципиальная схема ЭПРА

Вначале вспомним принцип зажигания люминесцентных ламп, в том числе и при применении электронных балластов. Для этого необходимо выполнить два условия: первое – разогреть обе ее нити накала, второе – приложить большое (около 600 В) напряжение. Величина напряжения зажигания прямо пропорциональна длине стеклянной люминесцентной лампы, т.е. для коротких (18 Вт) ламп оно меньше, а для длинных (36…40 Вт) ламп – больше.

Работа электронного балласта

Вначале сетевое напряжение выпрямляется до постоянного напряжения 260…270 В (измерено на работающем преобразователе при напряжении сети ~220 В) и сглаживается электролитическим конденсатором С1 (15 мкФ/400 В).

Далее двухтактный полумостовой преобразователь, активными элементами которого являются два биполярных высоковольтных транзистора структуры n-p-n (MJE13005), называемыми ключами (рис.2), преобразует постоянное напряжение 260…270 В в высокочастотное напряжение частотой 38 кГц, что позволяет значительно уменьшить габариты и вес балласта. Нагрузкой и одновременно управляющим элементом преобразователя является трансформатор (обозначен на схеме как TU38Q2) со своими тремя обмотками, из них две – управляющие обмотки (каждая по 4 витка) и одна – рабочая, состоящая из двух витков (рис.2 см. прикрепленные данные). Цепь с рабочей обмоткой создает нагрузку на преобразователь.

Первоначальный запуск преобразователя обеспечивает симметричный динистор, обозначенный в схеме DB3. Он открывается, когда после включения электросети напряжение в точках его подключения превысит порог срабатывания. При открытии динистор подает импульс на базу транзистора, после чего преобразователь запускается.

Транзисторные ключи открываются противофазно от импульсов с управляющих обмоток. Для этого обмотки включены в базы транзисторов противофазно (на рис.2 начало обмоток обозначены точками). Открытие каждого ключа вызывает наводку импульсов в двух противоположных обмотках, в том числе и в рабочей обмотке (2 витка). Переменное напряжение с рабочей обмотки L1 подается на люминесцентную лампу через последовательную цепь, состоящую из обмотки L1, первой нити накала лампы, С5 (4700 пФ/1200 В), второй нити накала лампы, С4 (100 нФ/400 В). Величины индуктивностей и емкостей в этой цепи подобраны так, что в ней возникает резонанс напряжений при неизменной частоте преобразователя.

На конденсаторе С5 (470 пФ/1200 В), включенном в резонансную цепь (к лампе), происходит самое большее падение напряжение (так как у С5 самое большое реактивное сопротивление из всех элементов контура), оно зажигает лампу.

Следовательно, максимальный ток в резонансной цепи разогревает обе ее нити накала, а большое резонансное напряжение на конденсаторе С5 зажигает лампу.

Зажженная лампа хотя и уменьшает свое сопротивление, но, как показали измерения, переменное напряжение на ней (и на конденсаторе С5) составляет около 295 В, а на дросселе L1 – около 325 В. Т.е. резонанс напряжений в цепи продолжается, из-за чего уже зажженная лампа и продолжает гореть. Дроссель L1 своей индуктивностью ограничивает ток в зажженной лампе, так как ее сопротивление после зажигания уменьшается. После зажигания лампы преобразователь продолжает работать в автоматическом режиме, не меняя свою частоту с момента запуска. Весь этот процесс зажигания длится менее 1 с.

При испытаниях светильник сохранял работоспособность в диапазоне питающего напряжения переменного тока от 220 В до 100 B, при этом частота преобразования увеличивалась с 38 кГц до 56 кГц, но яркость свечения лампы при напряжении 100 B заметно уменьшилась.

Следует отметить, что на люминесцентную лампу все время подается переменное напряжение, так как это обеспечивает равномерный износ эмиссионных способностей нитей накаливания и этим увеличивает срок службы лампы. При питании лампы постоянным током срок ее службы уменьшается на 50%.

Детали электронного балласта

Типы радиоэлементов указаны в принципиальной схеме (

рис.2 см. прикрепленные данные). В состав устройства входят:

  1. Т1, Т2 – транзисторные ключи MJE13005 китайского производства (аналог КТ8164А), структуры n-p-n, в корпусе TO-220 (400 В/4 A, в импульсе 8 А). Их можно заменить КТ872А (1500 В/8 A, корпус Т26а). Цоколевка MJE13005 показана на рис.2 (см. прикрепленные данные). При установке новых транзисторов всегда определяйте правильность выводов БКЭ, так как в аналогах она может не совпадать.
  2. Трансформатор TU38Q2 с ферритовым кольцом, размер которого 11х6х4,5, его вероятная магнитная проницаемость около 2000. Трансформатор имеет 3 обмотки, две из них (управляющие) содержат по 4 витка и одна (рабочая) – 2 витка.
  3. Диоды D1–D7 типа 1N4007 (1000 В/1 А). D1–D4 – выпрямительный мост, D6, D7 – демпферные диоды, а диод D5 разделяет источники питания.
  4. Цепочка R1C2 обеспечивает задержку пуска преобразователя с целью его «мягкого» пуска и не допущения большого пускового тока.
  5. Симметричный динистор типа DВ3 (Uзс.max=32 B; Uос=5 В; Uнеотп.и.max=5 B) обеспечивает первоначальный запуск преобразователя.
  6. R3, R4 – ограничивающие резисторы в цепи эмиттера транзисторов. При экстремальных условиях сгорают, защищая более дорогие транзисторы.
  7. R5, R6 – гасящие резисторы в цепи базы транзисторов.
  8. D6, С3, R2 – демпферная цепочка, препятствующая выбросам напряжения на ключе в момент его запирания, демпферную функцию выполняет и диод D7, но на втором ключе. Кроме того, С3 уменьшает частоту преобразования.
  9. Дроссель L1 состоит из двух склеенных между собой Ш-образных ферритовых половинок. L1 участвует в резонансе напряжений (совместно с С5 и С4) для обеспечения зажигания лампы и поддержки ее в рабочем состоянии, а также ограничивает ток в светящейся лампе.
  10. С5 (4700 пФ/1200 B), С4 (100 нФ/400 B) – конденсаторы в цепи люминесцентной лампы, участвующие в ее зажигании (через резонанс напряжений), а после зажигания поддерживают ее в рабочем (светящемся) режиме. Максимально допустимое напряжения конденсатора С5=1200 В, такая величина подобрана неслучайно. При зажигании напряжение на С5 может превышать 600…700 В, и конденсатор должен выдержать его.
  11. Конденсаторы 22 нФ/100 В (на схеме производители их не обозначили) предназначены для уменьшения частоты работы преобразователя. Напомним, что она равна 38 кГц при номинальном питающем напряжении.
  12. С1 (15 мкФ/400 В) – единственный оксидный конденсатор в балласте, выполняющий функцию сглаживания выпрямленного напряжения питающей электросети.
  13. F1 – мини-предохранитель в стеклянном корпусе номиналом 1 А.

Ремонт

При ремонте платы под напряжением будьте осторожны, так как ее радиоэлементы находятся под фазным напряжением.

Перегорание (обрыв) накальных спиралей люминесцентной лампы, при этом блок питания остается исправным. Это типичная неисправность. Устраняется она простой заменой стеклянной лампы, которая продается в любом магазине электротоваров и стоит около 1,5 USD. Применять можно лампы мощностью 36 и 40 Вт.

Трещины в пайке монтажной платы

Причины их появления: периодическое нагревание и последующее, после выключения, остывание места пайки, а также низкокачественная пайка платы изготовителем. Нагреваются места пайки от элементов, которые греются, – это транзисторные ключи. Такие трещины могут проявиться после нескольких лет эксплуатации, т.е. после многократного нагревания и остывания места пайки. Устраняется неисправность повторной пайкой трещины. Иногда необходимо предварительно зачистить место пайки.

Повреждение отдельных радиоэлементов

Отдельные радиоэлементы могут повредиться от скачков напряжения в электросети. В первую очередь, это транзисторы MJE13005. Производители не предусмотрели защиты схемы от всплесков напряжений, например, варисторами. Скачки напряжений часто имеют место в сельских электросетях во время сильных ветров и молний, поэтому во время таких атмосферных явлений светильник лучше не включать. Имеющийся в схеме предохранитель (1А) не защитит радиоэлементы от скачков напряжений, а лишь при пробое радиоэлементов.


на главную
.

Как проверить баластник для люминесцентных ламп, ремонт

Балласт для газоразрядной лампы (люминесцентные источники света) применяется с целью обеспечения нормальных условий работы. Другое название – пускорегулирующий аппарат (ПРА). Существует два варианта: электромагнитный и электронный. Первый из них отличается рядом недостатков, например, шум, эффект мерцания люминесцентной лампы.

Второй вид балласта исключает многие минусы в работе источника света данной группы, поэтому и более популярен. Но поломки в таких приборах тоже случаются. Прежде чем выбрасывать, рекомендуется проверить элементы схемы балласта на наличие неисправностей. Вполне реально самостоятельно выполнить ремонт ЭПРА.

Разновидности и принцип функционирования

Главная функция ЭПРА заключается в преобразовании переменного тока в постоянный. По-другому электронный балласт для газоразрядных ламп называется еще и высокочастотным инвертором. Один из плюсов таких приборов – компактность и, соответственно, небольшой вес, что дополнительно упрощает работу люминесцентных источников света. А еще ЭПРА не создает шум при работе.

Балласт электронного типа после подключения к источнику питания обеспечивает выпрямление тока и подогрев электродов. Чтобы люминесцентная лампа зажглась, подается напряжение определенной величины. Настройка тока происходит в автоматическом режиме, что реализуется посредством специального регулятора.

Такая возможность исключает вероятность появления мерцания. Последний этап – происходит высоковольтный импульс. Поджиг люминесцентной лампы осуществляется за 1,7 с. Если при запуске источника света имеет место сбой, тело накала моментально выходит из строя (перегорает). Тогда можно попытаться сделать ремонт своими руками, для чего требуется вскрыть корпус. Схема электронного балласта выглядит так:

Основные элементы ЭПРА люминесцентной лампы: фильтры; непосредственно сам выпрямитель; преобразователь; дроссель. Схема обеспечивает еще и защиту от скачков напряжения питающего источника, что исключает необходимость ремонта по данной причине. А, кроме того, балласт для газоразрядных ламп реализует функцию коррекции коэффициента мощности.

По целевому назначению встречаются следующие виды ЭПРА:

  • для линейных ламп;
  • балласт, встроенный в конструкцию компактных люминесцентных источников света.

ЭПРА для люминесцентных ламп подразделяются на группы, отличные по функциональности: аналоговые; цифровые; стандартные.

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.

Электронный балласт лампы дневного света: схема и ремонт

Электронный балласт лампы дневного света: схема и ремонт

В наличии имелся неисправный драйвер от лампы дневного света 220 вольт 36Вт. Собрано неизвестной китайской конторой :). На плате наблюдались
  • Горелый предохранитель (хорошо, что был).
  • Ряд перемычек вместо деталей и нераспаянные детали.
  • Генератор на 2х высоковольтных MJE13005 и рассыпухе других элементов. Транзисторы сгорели практически в прямом смысле слова - до трещин в корпусе.
  • Феритовое колечко (TV1).
  • Относительно крупный дроссель (L2), этак 8х8, мотаный проводом 0.3 - 0.4. Зазор в сердечнике около 1мм. Индуктивность неизвестна - положимся на китайских товарищей :).
  • Выводы для лампы и никакого позистора для плавного пуска - обычное дело.
  • Другие частые неисправности таких конструкций: обрыв накала лампы, плохая пайка или контакты, пробой конденсаторов.
Донором выступила плата от другого "энергосберегающего" китайца цокольного типа. На ней имелось 2 транзистора MJE13002 - на вид менее мощные, чем MJE13005, но впринципе, ведь и радиатор можно поставить :). Кроме того, у них меньшие допустимые напряжения но... на практике их часто используют. Впринципе, от мощной энергосберегайки можно и дроссель позаимствовать - схема и суть вся та же. Кроме того, решил таки защитить родную сеть от помех и сделать включение чуть плавнее - поставил на вход фильтрующую цепь L1-C1 (из того, что было под рукой).

Схема по итогам обследования и ремонта:

Некоторые пояснения по схеме.

  • Горелый предохранитель заменил просто на тонкий волосок из многожитьного провода (вообще-то так делать на следует).
  • Трансформатор TV1, в отличии от виденных мной рекомендаций, изначально намотан немного по-другому. По обмоткам: 1,3 - 4 витка; 2 - 9 витков. Так и оставил.
  • Вместо R2, R3 у меня стояли перемычки - оставил.
  • Как я понимаю, цепь R1-C3-VD8 - нужна для запуска генератора. R4-C4 - демпферная цепь - в простых модификациях этой схемы ее иногда не ставят.
  • Диоды VD6, VD7 - защитные. Иногда попадаются схемы, где они в цепи баз. Вообще, защитный диод должен сажаться непосредственно на переход КЭ без всяких резисторов (но у меня их и нет :))
  • Конденсаторы C9-C10 образуют "среднюю точку" - в данном случае их емконсть достачто низка (обычно в таких схемах ставят порядка 100nF).
  • Кондесатор C5 задает ток через электроды. В большинстве цокольных "энергосберегаек" его емкость не превышает 4700Пф - здесь выше. По делу, параллельно ему должен стоять позистор (PTC), обеспечивающий прогрев электодов перед стартом, чтобы лампа дольше служила. Но позистора у меня не было, поэтому оставил как есть.
  • Случается вопрос о возможности протекания сквозного тока в этой схеме. Одно из объяснений, которое я слышал - в нормальном режиме транзисторы не успевают сгореть :)

Подключалась лампа OSRAM 36Вт. Без мер предосторожности(!), тк этот балласт уже был когда-то 🙂 рабочий. На практике, при отладке рекомендуется включение ламп накаливания на 40-100 Вт в разрыв провода питания устройства, что-бы видно было где и что горит и сгореть не успело :). Я же включил амперметр переменного тока :).

Зажигиние лампы практически мгновенное. Светит ровно, ярко. Амперметр показывает ~0.2А (от сети), что, вобщем, ожидаемо. Транзисторы после 10 мин работы можно вполне потрогать пальцами, т.е. температура в пределах 50С, такой же примерно и дроссель. Радиаторов ставить не стал.

(!) Описанная схема использует опасные для жизни напряжения. Не проводите самостоятельно ремонт не имея должной квалификации.

Так же для черчения схемы использовалась программа sPlan 4.0 - ничего себе такая программа. Вот схема.

UPD: За несколько лет использования пробился и был заменен конденсатор C5, все остальное живет и здравствует.

3.01.2010 -2015

Схема включения люминесцентных ламп

Лампы дневного света с самых первых выпусков и частично до сих пор зажигаются с помощью электромагнитной пускорегулирующей аппаратуры – ЭмПРА. Классический вариант лампы выполнен в виде герметичной стеклянной трубки со штырьками на концах.

Как выглядят люминесцентные лампы

Внутри она заполнена инертным газом с парами ртути. Ее установка производится в патроны, через которые подается напряжение на электроды. Между ними создается электрический разряд, вызывающий ультрафиолетовое свечение, которое действует на слой люминофора, нанесенный на внутреннюю поверхность стеклянной трубки. В результате появляется яркое свечение. Схема включения люминесцентных ламп (ЛЛ) обеспечивается двумя основными элементами: электромагнитным балластом L1 и лампой тлеющего разряда SF1.

Схема включения ЛЛ с электромагнитным дросселем и стартером

Схемы зажигания с ЭмПРА

Устройство с дросселем и стартером работает по следующему принципу:

  1. Подача напряжения на электроды. Ток через газовую среду лампы сначала не проходит из-за ее большого сопротивления. Он поступает через стартер (Ст) (рис. ниже), в котором образуется тлеющий разряд. При этом через спирали электродов (2) проходит ток и начинает их подогревать.
  2. Контакты стартера разогреваются, и один из них замыкается, так как он выполнен из биметалла. Ток проходит через них, и разряд прекращается.
  3. Контакты стартера перестают разогреваться, и после остывания биметаллический контакт снова размыкается. В дросселе (Д) возникает импульс напряжения за счет самоиндукции, которого достаточно для зажигания ЛЛ.
  4. Через газовую среду лампы проходит ток, после запуска лампы он уменьшается вместе с падением напряжения на дросселе. Стартер при этом остается отключенным, так как этого тока недостаточно для его запуска.

Схема включения люминесцентной лампы

Конденсаторы (С1) и (С2) в схеме предназначены для снижения уровня помех. Емкость (С1), подключенная параллельно лампе, способствует снижению амплитуды импульса напряжения и увеличению его продолжительности. В результате увеличивается срок службы стартера и ЛЛ. Конденсатор (С2) на входе обеспечивает существенное снижение реактивной составляющей нагрузки (cos φ увеличивается с 0,6 до 0,9).

Если знать, как подключить люминесцентную лампу с перегоревшими нитями накала, ее можно использовать в схеме ЭмПРА после небольшого изменения самой схемы. Для этого спирали замыкают накоротко и последовательно к стартеру подключают конденсатор. По такой схеме источник света сможет проработать еще какое-то время.

Широко распространен способ включения с одним дросселем и двумя лампами дневного света.

Включение двух ламп дневного света с общим дросселем

2 лампы подключаются последовательно между собой и дросселем. Для каждой из них необходима установка параллельно подключенного стартера. Для этого используется по одному выводному штырьку с торцов лампы.

Для ЛЛ необходимо применять специальные выключатели, чтобы у них не залипали контакты от высокого пускового тока.

Зажигание без электромагнитного балласта

Для продления жизни сгоревших ламп дневного света можно установить одну из схем включения без дросселя и стартера. Для этого используют умножители напряжения.

Схема включения ламп дневного света без дросселя

Нити накала замыкают накоротко и подают на схему напряжение. После выпрямления оно увеличивается в 2 раза, и этого достаточно, чтобы светильник загорелся. Конденсаторы (С1), (С2) подбирают под напряжение 600 В, а (С3), (С4) – под 1000 В.

Способ подходит также для исправных ЛЛ, но они не должны работать с питанием постоянным током. Через некоторое время ртуть собирается вокруг одного из электродов, и яркость свечения падает. Чтобы ее восстановить, надо перевернуть лампу, тем самым изменив полярность.

Подключение без стартера

Применение стартера увеличивает время разогрева лампы. При этом срок его службы небольшой. Электроды можно подогревать без него, если установить для этого вторичные трансформаторные обмотки.

Схема подключения люминесцентной лампы без стартера

Там, где не используется стартер, на лампе есть обозначение быстрого старта – RS. Если установить такую лампу со стартерным запуском, у нее могут быстро перегореть спирали, так как для них предусмотрено большее время разогрева.

Электронный балласт

Электронная схема управления ЭПРА пришла на смену старым источникам дневного света для устранения присущих им недостатков. Электромагнитный балласт потребляет лишнюю энергию, часто шумит, выходит из строя и при этом портит лампу. Кроме того, светильники мерцают из-за низкой частоты напряжения питания.

ЭПРА представляет собой электронный блок, который занимает мало места. Люминесцентные светильники легко и быстро запускаются, не создавая шума и обеспечивая равномерное освещение. В схеме предусмотрено несколько способов защиты лампы, что увеличивает срок эксплуатации и делает ее работу безопасней.

ЭПРА работает следующим образом:

  1. Разогрев электродов ЛЛ. Запуск происходит быстро и мягко, что увеличивает срок службы лампы.
  2. Поджиг – генерирование импульса высокого напряжения, пробивающего газ в колбе.
  3. Горение – поддержание небольшого напряжения на электродах лампы, которого достаточно для стабильного процесса.

Схема электронного дросселя

Вначале переменное напряжение выпрямляется с помощью диодного моста и сглаживается конденсатором (С2). Следом установлен полумостовой генератор высокочастотного напряжения на двух транзисторах. Нагрузкой служит тороидальный трансформатор с обмотками (W1), (W2), (W3), две из них включены противофазно. Они поочередно открывают транзисторные ключи. Третья обмотка (W3) подает резонансное напряжение на ЛЛ.

Параллельно лампе подключен конденсатор (С4). Резонансное напряжение поступает на электроды и пробивает газовую среду. К этому времени нити накала уже разогрелись. После зажигания сопротивление лампы резко падает, вызывая снижение напряжения до достаточной величины, чтобы поддерживать горение. Процесс запуска продолжается менее 1 с.

Электронные схемы имеют следующие преимущества:

  • пуск с любой заданной задержкой времени;
  • не требуется установка стартера и массивного дросселя;
  • светильник не моргает и не гудит;
  • качественная светоотдача;
  • компактность устройства.

Использование ЭПРА дает возможность установить его в цоколь лампы, которую также уменьшили до размеров лампы накаливания. Это дало начало новым энергосберегающим лампам, которые можно вворачивать в обычный стандартный патрон.

В процессе эксплуатации лампы дневного света стареют, и для них требуется увеличение рабочего напряжения. В схеме ЭмПРА напряжение зажигания тлеющего разряда у стартера уменьшается. При этом может происходить размыкание его электродов, что вызовет срабатывание стартера и отключение ЛЛ. После она снова запускается. Подобное мигание лампы приводит к ее выходу из строя вместе с дросселем. В схеме ЭПРА подобное явление не происходит, поскольку электронный балласт автоматически подстраивается под изменение параметров лампы, подбирая для нее благоприятный режим.

Ремонт лампы. Видео

Советы по ремонту люминесцентной лампы можно получить из этого видео.

Устройства ЛЛ и схемы их включения постоянно развиваются в направлении улучшения технических характеристик. Важно уметь выбирать подходящие модели и правильно их эксплуатировать.

Оцените статью:

Электронный балласт для переносной лампы дневного света (10...15 Вт)

Принципиальная схема самодельного электронного балласта для подключения к лампе дневного света (10...15 Вт) и с питанием от бортовой сети автомобиля.

Технические характеристики

  • Напряжение питания.......................10...15 В (типовое 14,4 В)
  • Ток потребления........................................1 А
  • КПД..............................................................90%
  • Рекомендуемый тип лампы...........................OSRAM 11W/21-840

Предлагаемый набор NK017 позволит радиолюбителю собрать простой и надежный автомобильный переносной электронный балласт для люминесцентной лампы (лампа дневного света, ЛДС). ЛДС обладает более высоким КПД, экономичностью и светоотдачей в отличие от стандартной лампы накаливания.

Рис. 1. Внешний вид электронного балласта для переносной лампы дневного света.

Принципиальная схема

Это устройство заменит вам привычную автомобильную "переноску", поможет в трудную минуту в дороге и пригодится на отдыхе. Общий вид устройства показан на рис.1, схема электрическая - на рис.2.

Электронный балласт выполнен по схеме однотактного обратноходового источника тока. Задающий генератор реализован на таймере 555 (DA1) в типовом включении.

Частота генерации в данной комплектации фиксирована и составляет примерно 25 кГц. Ключевой элемент, коммутирующий первичную обмотку трансформатора TR1, - полевой транзистор VT1 (IRF640). Светодиод HL1 индицирует работу устройства.

Рис. 2. Принципиальная схема электронного балласта для переносной лампы дневного света.

  • С1 - 0,01 мкФ/630 В (тип K73-17 или CAP FILM)
  • С2 - 470 мкФ/25 B (МАХ 10x20)
  • С3 (не устанавливается)
  • C4 - 0,1 мкФ (обозначение 104)
  • С5 - 0,01 мкФ (обозначение 103)
  • С6 - 1000 пФ (обозначение 102)
  • DA1- NE555 (ИМС-таймер, тип 555, DIP-8)
  • HL1 - LED (03 мм, RED/GRN/YEL)
  • R1 - 10 Ом (коричневый, черный, черный) R2 - (не устанавливается)
  • R3 - 1кОм (коричневый, черный, красный) R4 - 2,2 кОм (красный, красный, красный) R5 - 10 кОм (коричневый, черный, оранжевый)
  • R6 - 22 кОм (красный, красный, оранжевый)
  • SW1 - PSW-9AG (9AR) (кнопка квадратная, НР)
  • TR1 - трансформатор (ИТ типа TR017N1) VT1 - IRF640 (транзистор полевой)
  • VD1 - 1N5817 (1N5818, 1N5819)
  • VD2 (не устанавливается)
  • VD3-1N4148 Колодка МС DIP-8 Клеммник 5 мм, 2 контакта Клеммник 7,5 мм, 2 контакта BOX-G025 (корпус)
  • А017 (печатная плата 67x45 мм).

В данном устройстве не предусмотрен автоматический поджиг ЛДС, поэтому после подачи питания необходимо вручную замкнуть SW1 на 0,5.1 с для разогрева нитей. Когда нити прогреются, произойдет поджиг лампы.

Устройство имеет защиту от переполюсовки питания. Напряжение питания подключают к контактам Х1 (+), Х4 (-), лампу - к контактам Х2, Х3 и Х5, Х6 согласно рис.3.

Конструкция

Конструктивно балласт выполнен на печатной плате из фольгиро-ванного стеклотекстолита размерами 67x45 мм. Конструкция предусматривает установку платы в корпус BOX-G025, для этого по краям платы имеются монтажные отверстия под винты 2,5 мм.

Для удобства подключения питающего напряжения и ЛДС на плате предусмотрены посадочные места под клеммные винтовые зажимы.

Рис. 3. Примерная компоновка деталей на печатной плате.

Резисторы R4, R5 и диод VD1 на плату устанавливают вертикально; транзистор VT1 -горизонтально, со стороны печатных проводников; вместо переменного резистора R6 набор комплектуется постоянным резистором. Цоколевка элементов показана на рис. 4, 5.

Рис. 4. Цоколевка деталей.

Трансформатор собран из двух чашек 426 феррита 2000НМ с броневым сердечником с зазором 0,05...0,1 мм (чашки склеивают клеем через бумагу и пропитывают парафином).

Намотку производят проводом ПЭВ-0,3.,.0,4 виток к витку с послойной изоляцией (можно скотчем или трансформаторной бумагой) на двухсекционном каркасе. Первичная обмотка содержит 30 витков, вторичная обмотка - 125 витков.

Рис. 5. Цоколевка транзистора IRF640.

Настройка. Правильно собранный электронный балласт не требует настройки. Однако перед его использованием необходимо проделать несколько операций: проверить правильность монтажа; проверить правильность и надежность подключения источника питания и лампы; подать напряжение питания; замкнуть кнопку SW1 0,5.1 с для поджига лампы.

Внимание! Особенно внимательно проверьте правильность установки микросхемы, транзистора, диодов и электролитического конденсатора. Готовый набор в Мастеркит - NK017.

Ю. Садиков, г. Москва. Электрик-2004-12

Электронный балласт для 18 Вт люминесцентных светильников

В статье рассматривается принципиальная схема балласта, анализируются недостатки как его электрической принципиальной схемы, так и конструкции таких балластов китайского производства.


Фото Плата электронного балласта

На фото показана плата электронного балласта для 18 Вт люминесцентных светильников. Ее принципиальная схема, нарисованная автором из осмотра монтажной платы (рис.1), очень похожа на схемы электронных балластов как для 36 Вт светильников [1], так и для компактных люминесцентных ламп [2].

Принцип работы схемы (рис.1) и назначение ее радиоэлементов, а также ремонт подробно описаны в похожей схеме в [1].

Результаты измерений питающих напряжений данной схемы указаны на рис.1. Частота преобразования при лампе 18 Вт и напряжении сети ~220 В составляет 28 кГц.


Рис.1 Принципиальная схема электронного балласта

 

При испытаниях балласт показал свою работоспособность в диапазоне питающих напряжений ~100…~220 В, но яркость при напряжении ~100 В заметно снижается.

Хорошо выдерживает балласт и более мощную лампу, 36 Вт, его биполярные высоковольтные транзисторы МJE13005 (400 В, 4 A) работают при этом в нормальном режиме и не перегреваются, а частота преобразования увеличивается до 32 кГц.

Если сравнить принципиальною схему этого балласта (рис.1) со схемой, представленной в [1], то между ними есть некоторые различия.

Во-первых, на питающем входе этого балласта установлен фильтр из элементов L0 (1,6 мГн) и С0 (220 нФ). Его назначение в том, чтобы не допустить проникновения продуктов преобразования в электросеть.

Во-вторых, в этом балласте в цепи питания люминесцентной лампы установлен дополнительный конденсатор С41 (47 нФ, 400 В), повышающий, вместе с конденсатором С42 (47 нФ 400 В), КПД балласта, так как лампа в такой схеме получает питание от работы обеих силовых ключей.

«Рисуя» в электронном виде принципиальною схему (рис.1), а также схемы в [1, 2], автор изобразил в них тороидальные трансформаторы нестандартно (не по ГОСТу). Почему? Светильники и компактные люминесцентные лампы с электронными балластами часто не выдерживают заявленное производителями гарантийное время работы, а вернуть в магазин поврежденный светильник (лампу) не всегда удается. Естественно, владельцы поврежденных светильников и компактных люминесцентных ламп хотели бы сами их отремонтировать, но они не являются профессиональными ремонтниками и не знают, как это сделать. Нестандартно нарисованный в схеме тороидальный трансформатор понятнее воспринимается не профессионалами, для них эта статья с рисунком и рассчитана, как, впрочем, и статьи [1, 2].

Людей, желающих своими руками отремонтировать все, что их окружает, много, а профессиональных ремонтников мало. Автору хотелось бы, чтобы эта статья, а также статьи [1, 2] всем им помогли в ремонте.

Недостатки схемы и монтажной платы балласта

Первый недостаток. Как указывалось в [1], схема электронного балласта почти мгновенно зажигает лампу. Плохо это или хорошо? Для пользователя хорошо: включил светильник, и лампа сразу зажглась, но для долговечности лампы все наоборот. За короткое время (долю секунды) нить накала не успевает разогреться, а высокое напряжение, приложенное между ее нитями, вырывает из нити накала требуемое количество электронов, необходимое для зажигания лампы, и этим разрушает накал, понижая его эмиссионную способность.

Результат этого «вырывания электронов» – низкая долговечность ламп, особенно это касается компактных люминесцентных ламп.

Это явление хорошо известно всем тем, кто продлевал долговечность электронно-лучевой трубки телевизоров путем предварительного разогрева ее накала, а после, через несколько секунд или даже десятков секунд, подавал на него рабочие напряжения.

В электронных балластах, в которых применены специально разработанные для этого микросхемы, вышеуказанный недостаток устранен. После подачи питающего напряжения люминесцентная лампа в них зажигается с задержкой в 1…3 с. Некоторые пользователи воспринимают это как недостаток, но в действительности задержка свечения продлевает срок службы ламп.

Второй недостаток касается многих изделий китайского производства.

Для удешевления их производства китайцы часто не устанавливают радиоэлементы, которые разработчики предусмотрели в схеме и на монтажной плате. Результат такой «экономии» – аварийная ситуация.

Например, в электронном балласте, показанном на рис.1, оборвался токопроводящий слой резистора R5, установленного в цепи базы Т1. Причина обрыва – низкое качество его производства. Номинальное значение R5=6…25 Ом. После его обрыва транзистор Т1 перегрелся и взорвался. Взрыв был спровоцирован отсутствием резистора R3 (0,1…2,2 Ом) в цепи эмиттера Т1, вместо него изготовители установили перемычку (см. фото), хотя место на монтажной плате для этого резистора предусмотрено. Если бы этот резистор был установлен, то он сгорел бы, тем самым сохранив «жизнь» более дорогостоящему транзистору. Кстати, после взрыва транзистора Т1, повредился и Т2, изготовители и в его эмиттерной цепи также установили перемычку. При ремонте пришлось комплексно заменять все поврежденные и неустановленные элементы.

На киевском радиорынке транзисторы МJE13005 можно купить за 0,25 USD.

Третий недостаток, связан с нашими запущенными электросетями. Скачки напряжения в них не такие уж редкие случаи, и связаны они как с обрывом нулевого провода в 3-фазных электросетях [3], так и с грозовыми разрядами. Разработчики не предусмотрели защиты от вышеуказанных скачков, например, варисторами или сопрессорами.

Четвертый недостаток имеет уже монтажная плата. Многие из плат имеют низкое качество пайки, в результате теряется контакт радиоэлементов с монтажными дорожками, в итоге происходит повреждение. Перед повторной пайкой необходимо предварительно зачистить место повреждения.

Кроме того, монтажные платы электронных балластов не имеют защиты от конденсации влаги, которая может появиться на них при эксплуатации в зимнее время, в не отапливаемых помещениях. Один из выходов из ситуации – покрытие монтажных плат электронных балластов электроизоляционным лаком. Производители могли бы специально выпускать светильники (компактные лампы), имеющие повышенную защиту от влаги, и хотя это удорожает их стоимость, но такой товар пользовался бы спросом.

Внимание! Если вы решили отремонтировать поврежденный балласт, будьте осторожны, элементы его схемы находятся под опасным для жизни фазным напряжением 220 В/50 Гц.

Литература

  1. Власюк Н.П. Электронный блок питания (балласт) для 36 Вт люминесцентного светильника дневного света//Электрик. – 2009. – №1.
  2. Власюк Н.П. Электронный блок питания (балласт) компактной люминесцентной лампы дневного света фирмы DELUX//Радиоаматор. – 2009. – №1. – С.43.
  3. Власюк Н.П. Что делать, если из-за аварии в электросети у вас вышла из строя бытовая техника//Радиоаматор. – 2005. – №9. – С.27.

Схема люминесцентной лампы

Люминесцентная лампа (ЛЛ) представляет собой стеклянную трубку, заполненную инертным газом (Ar, Ne, Kr) с добавлением небольшого количества ртути. На концах трубки имеются металлические электроды для подачи напряжения, электрическое поле которого приводит к пробою газа, возникновению тлеющего разряда и появлению электрического тока в цепи. Свечение газового разряда бледно-голубого оттенка, в видимом световом диапазоне очень слабое.

Применение низкочастотных триггеров

Триггер на электронный балласт для люминесцентных ламп устанавливается в том случае, когда отрицательное сопротивление в цепи превышает 60 Ом. Нагрузку с трансформатора он снимает очень хорошо. Предохранители при этом устанавливаются очень редко. Трансформаторы для моделей этого типа используются лишь векторные. В данном случае понижающие аналоги неспособны справляться с резкими скачками предельной тактовой частоты.

Непосредственно динисторы в моделях устанавливаются возле дросселей. По компактности электронные балласты довольно сильно отличаются. В данном случае многое зависит от используемых компонентов устройства. Если говорить про модели с регуляторами, то места они требуют очень много. Также они способны работать в электронных балластах только на два конденсатора.

Модели без регуляторов очень компактны, однако транзисторы для них могут использоваться лишь ортогонального типа. Отличаются они хорошей проводимостью. Однако следует учитывать, что данные электронные балласты на рынке покупателю обойдутся недешево.

Но в результате электрического разряда большая часть энергии переходит в невидимый, ультрафиолетовый диапазон, кванты которого, попадая в фосфорсодержащие составы (люминофорные покрытия) вызывают свечение в видимой области спектра. Меняя химический состав люминофора, получают различные цвета свечения: для ламп дневного света (ЛДС) разработаны различные оттенки белого цвета, а для освещения в декоративных целях можно выбрать лампы иного цвета. Изобретение и массовый выпуск люминесцентных ламп – это шаг вперед по сравнению с малоэффективными лампами накаливания.

Применение

Электропроводная газовая среда внутри ламп дневного света обладает отрицательным сопротивлением, проявляющимся в том, что с увеличением тока напряжение между электродами снижается.

Схема работы люминесцентной лампы

Поэтому в схему подключается ограничитель тока LL1 – балластник, как видно из рисунка. Устройство также служит для создания кратковременного повышенного напряжения зажигания ламп, которого недостаточно в действующей сети. Еще его называют дросселем.

Пускорегулирующее устройство также содержит небольшую лампу тлеющего разряда E1 – стартер. Внутри нее расположены 2 электрода, один из которых подвижный, он выполнен из биметаллической пластины.

В исходном состоянии электроды разомкнуты. При подаче на схему напряжения сети замыканием контакта SA1 в начальный момент через лампу дневного света ток не проходит, а внутри стартера между электродами образуется тлеющий разряд. От него нагреваются электроды, и биметаллическая пластина изгибается, замыкая контакт внутри стартера. В результате ток через балласт LL1 увеличивается и нагревает электроды люминесцентной лампы.

После замыкания разряд внутри стартера E1 прекращается, и электроды начинают остывать. При этом происходит их размыкание, и в результате самоиндукции дроссель создает значительный импульс напряжения, зажигающий ЛЛ. При этом через нее начинает проходить ток, равный по величине номинальному, который затем уменьшается в 2 раза из-за падения напряжения на дросселе. Этого тока недостаточно, чтобы в стартере появился тлеющий разряд, поэтому его электроды остаются разомкнутыми, пока горит лампа дневного света. Конденсаторы С1 и С2 позволяют уменьшить реактивные нагрузки и увеличить кпд.

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.

Балластники для люминесцентных ламп

Если в помещении разобьется даже одна люминесцентная лампа, пары ртути превысят допустимые показатели в 10 раз. Ее вредное влияние сохраняется в течение 1-2 месяцев.

Причины неполадок люминесцентных светильников

Стоит коротко описать взаимодействие компонентов люминесцентного светильника – сама лампа не может работать без пускорегулирующего аппарата (балласта), который бывает электромагнитным (ЭмПРА ) в виде дросселя и стартера, и электронным (ЭПРА ), в котором физические условия запуска и свечения источника света обеспечиваются радиоэлектронными составляющими.

Электронный балласт для люминесцентных светильников Osram

Соответственно, причиной неработающего светильника могут быть неполадки, как в электронной схеме пускорегулирующего аппарата, так и старение, износ и перегорание самой лампы. Правильное определение причин позволит осуществить своими руками ремонт неработающей лампы дневного света.

Мигание лампы как признак неполадок

В отличие от обычных лампочек накаливания, которая перестает работать (перегорает) мгновенно и всегда неожиданно, скорый износ лампы дневного света можно определить по тому, как она моргает (мигает) во время запуска. Данный процесс свидетельствует об изменениях в химическом составе светящегося газа (вырождение паров ртути) а также о выгорании электродов.

Мигает, как правило, лампа дневного света, у которой с торцов наблюдается почернение – данный нагар свидетельствует о выгорании спирали и об необратимых химических процессах, происходящих внутри колбы – ремонту такой источник света не подлежит, но можно продлить срок его службы.

Очень часто люминесцентный светильник моргает из-за неполадок в ЭмПРА или ЭПРА. Замена лампы на новую позволит точно определить причину мигания

Но не стоит выбрасывать старую лампу. Во первых, ее нужно утилизировать, согласно государственным законам, так как внутри колбы имеются вредные пары ртути.

Во вторых, даже если перегорели нити накаливания, можно продлить строк эксплуатации данного источника света, при помощи несложной схемы, которую можно спаять своими руками, или подключив лампу к ЭПРА с холодным запуском, замкнув контактные выводы, как показано на видео:

Иногда даже исправный люминесцентный светильник моргает при запуске из-за череды неблагоприятных стартовых обстоятельств – разрыв цепи стартера происходит в момент прохождения синусоидой нуля, из-за чего индукционный всплеск напряжения оказывается недостаточным для ионизации газа внутри колбы.

По аналогичной причине люминесцентная лампа мигает на старте из-за низкого напряжения сети. Во время работы, если скачки напряжения не превышают допустимых пределов, исправный светильник дневного света мигать не должен – пускорегулирующий аппарат поддерживает ток в газе на одном уровне.

Почернение у торцов лампы свидетельствует о потере эмиссии, что влечет мигание при запуске, нестабильную работу и ослабление свечения

Принцип работы люминесцентной лампы и область ее применения

Рабочая способность лампы дневного освещения заключается в свечении люминофоров, которые реагируют на воздействие ультрафиолетовых лучей. Светоотдача этого прибора в 5 раз превышает свойство у ламп накаливания.

Принцип работы люминесцентной лампы и область ее применения

Срок действия может быть достаточно длительным, но на это влияет ряд важных факторов, таких как, соблюдение электрического балласта, исключения скачков напряжения и коротких замыканий.

Лампа дневного освещения сегодня пользуется большим спросом и применяется в домашних условиях. Этот прибор достаточно экономичен в стоимости и в дальнейшей эксплуатации. Не исключено применение люминесцентных ламп в производстве. В этой отрасли они очень практичны и позволяют хорошо освещать помещение в любое время суток. Немного рассмотрев, как работает люминесцентная лампа, перейдем к вопросу утилизации данного приспособления.

Внимание! Хранение в домашних условиях люминесцентной лампы опасно для вашего здоровья!

Изготовить своими руками

Трубчатые ЛЛ длиной 1200 мм недорого стоят и могут освещать большие площади. Светильник можно изготовить своими руками, например, из 2 ламп по 36 Вт.

  1. Корпус – основание прямоугольной формы из негорючего материала. Можно использовать бывший в употреблении светильник, для которого ремонт уже не требуется.
  2. ЭПРА подбирается под мощность светильников.
  3. На каждую из ламп понадобится по 2 патрона G13, многожильный провод и крепеж.
  4. Патроны для ламп крепятся на корпусе после выбора расстояния между ними.
  5. ЭПРА устанавливается в зоне минимального нагрева от ламп (обычно ближе к центру) и подключается к патронам. Каждый блок выпускается со схемой подключений на корпусе.
  6. Светильник крепится на стене или потолке с подключением к сети питания на 220 В через выключатель.
  7. Для защиты ламп желательно применять прозрачный колпак.

Правила поиска неисправности лампы

Каждое дело по работе с электрическими приборами должно начинаться правилами, поэтому рассмотрим, как следует выявить неисправность люминесцентного прибора, при этом не повредив его оболочку и рабочие детали.

  1. Снимаем рассеиватель света. Для этого аккуратно отгибаем все крепежи. Если корпус прикреплен болтами, значит пользуемся фигурной отверткой.
  2. Снимаем из гнезд саму лампу дневного света, рассматриваем внимательно ее внешний вид. Встречаются случаи, когда на белом фоне видны темные пятна. Они говорят о том, что этот прибор навряд ли уже будет годен к применению.

Внимание! Не выбрасывайте дневную лампу, если на ней по краям есть почернение—проверьте ее дополнительно

  1. Теперь проводим механическую диагностику. Берем мультиметр и проверяем работоспособность нитей накала. Значения прибора, указывающие на сопротивление, подскажут, что нити, еще способны работать. Показания электроники равные единице—это знак неисправности одной из нитей.
  2. В случае, когда проверка показала рабочие результаты, но освещение так и не появилось, прибегают к ремонту электронного балласта. Возможно, из-за окислившихся контактов, лампа не способна пропускать электроды.
  3. Далее очищаются контакты, если есть необходимость. В ситуациях, когда прибор не заработал, он заменяется на новый.

Как проверить люминесцентную лампу

Разновидности и принцип функционирования

Главная функция ЭПРА заключается в преобразовании переменного тока в постоянный. По-другому электронный балласт для газоразрядных ламп называется еще и высокочастотным инвертором. Один из плюсов таких приборов – компактность и, соответственно, небольшой вес, что дополнительно упрощает работу люминесцентных источников света. А еще ЭПРА не создает шум при работе.

Балласт электронного типа после подключения к источнику питания обеспечивает выпрямление тока и подогрев электродов. Чтобы люминесцентная лампа зажглась, подается напряжение определенной величины. Настройка тока происходит в автоматическом режиме, что реализуется посредством специального регулятора.

Такая возможность исключает вероятность появления мерцания. Последний этап – происходит высоковольтный импульс. Поджиг люминесцентной лампы осуществляется за 1,7 с. Если при запуске источника света имеет место сбой, тело накала моментально выходит из строя (перегорает). Тогда можно попытаться сделать ремонт своими руками, для чего требуется вскрыть корпус. Схема электронного балласта выглядит так:

Основные элементы ЭПРА люминесцентной лампы: фильтры; непосредственно сам выпрямитель; преобразователь; дроссель. Схема обеспечивает еще и защиту от скачков напряжения питающего источника, что исключает необходимость ремонта по данной причине. А, кроме того, балласт для газоразрядных ламп реализует функцию коррекции коэффициента мощности.

По целевому назначению встречаются следующие виды ЭПРА:

  • для линейных ламп;
  • балласт, встроенный в конструкцию компактных люминесцентных источников света.

ЭПРА для люминесцентных ламп подразделяются на группы, отличные по функциональности: аналоговые; цифровые; стандартные.

Ремонт ЭПРА

В случае отсутствия возможности быстрой замены вышедшего из строя ЭПРА можно попытаться отремонтировать балластник самостоятельно. Для этого выбираем следующую последовательность действий для устранения неисправности:

  • для начала проверяется целостность предохранителя. Эта поломка часто встречается из-за перегрузки (перенапряжения) в сети 220 вольт;
  • далее производится визуальный осмотр электронных компонентов: диодов, резисторов, транзисторов, конденсаторов, трансформаторов, дросселей;
  • в случае обнаружения характерного почернения детали или платы ремонт производится с помощью замены на исправный элемент. Как проверить своими руками неисправный диод или транзистор, имея в наличии обычный мультиметр, хорошо известно любому пользователю с техническим образованием;
  • может оказаться, что стоимость деталей для замены будет выше или сопоставима со стоимостью нового ЭПРА. В таком случае лучше не тратить время на ремонт, а подобрать близкую по параметрам замену.

Инструкция по ремонту

Сейчас мы рассмотрим основные неисправности, которые можно устранить без особых вложений. Начнем с электронного балласта, ведь в его схеме достаточно много элементов, которые могут выйти из строя и к тому же трубчатые люминесцентные лампы с ЭПРА на сегодняшний день встречаются более часто.

Самая распространенная неисправность — это пробой транзисторов. Определить данную поломку можно только, выпаяв из схемы транзисторы и проверив их тестером. В целом транзисторе сопротивление перехода

400-700 Ом. Сгорая, транзистор за собой тянет резистор в цепи базы номиналом 30 Ом.

Также на плате присутствует предохранитель или низкоомный резистор 2-5 Ом, скорее всего его придется заменить, на чем ремонт и закончится. Возможно дополнительно придется поменять диодный мост или его элементы.

Редко встречается пробой пленочных конденсаторов 47n(пол микрофарада) или конденсатора резонанса в цепи накала. Бывали случаи, когда все из выше перечисленного целое и исправно, а светильник не работает, причина кроется в динисторе DB3. Если вы проверили все элементы цепи, то попробуйте заменить динистор.

Возможно решите, что дешевле будет приобрести новый ЭПРА, чем отремонтировать сломанный. Замена пусковой аппаратуры не должна вызывать сложности, ведь схема подключения нанесена на само устройство. При внимательном изучении проста для понимания, L и N это клеммы для подключения к сети 220В.

Также рекомендуем просмотреть видео, на котором наглядно показывается, как самому отремонтировать электронный балласт люминесцентной лампы:

Инструкция по ремонту ЭПРА

Обращаем ваше внимание на то, что по такой технологии можно починить и энергосберегающую лампочку КЛЛ. К примеру, если перегорел один накал, ремонт представляет собой следующий порядок действий:

Стартер + дроссель

Если у вас не зажигается лампа старого образца и вы уверены, что причина кроется именно в ней, первым делом рекомендуем проверить стартер. Проще всего выполнить проверку, имея под рукой рабочий стартер с такими же характеристиками. Однако если для замены нет подходящего устройства, тогда можно осуществить проверку работоспособности, используя лампочку накаливания с патроном. Все достаточно просто — подключаем один провод от патрона напрямую в розетку, а второй через стартер, как показано на фото ниже:

Если лампочка светится не будет, значит причина в нем. Инструкция по замене стартера люминесцентной лампы наглядно предоставлена на видео:

Как заменить стартер?

Дроссель можно проверить мультиметром, прозвонив его обмотку. Если действительно вышел из строя дроссель, то ремонт люминесцентной лампы сводится к тому, что нужно просто поменять дроссель на целый.

Вот перечислены основные неисправности, с которыми лично сталкивались и успешно устраняли. Следуя нашему алгоритму поиск неисправности займет немного времени и вернуть светильник в работу самостоятельно будет пара пустяков. Надеемся, наша инструкция по ремонту люминесцентной лампы своими руками была для вас понятной и полезной! Обязательно просмотрите видео уроки, т.к. в них подробно рассмотрены все этапы, позволяющие починить неработающую лампочку.

Будет интересно прочитать:

Инструкция по ремонту ЭПРА

Возможные неисправности люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы относятся к газоразрядным лампам низкого давления. Они могут быть различной формы: прямые трубчатые, фигурные и компактные (КЛЛ). Люминесцентные светильники по конструкции намного сложнее, чем светильники с лампами накаливания. и у них бывает гораздо больше неисправностей. В нижеприведенной таблице приведены типовые неисправности и способы их устранения.

Схема включения люминесцентной лампы.

Трубчатые лампы имеют двухштырьковые типы цоколей, отличающиеся расстоянием между штырьками: G-13 (расстояние — 13 мм) для ламп диаметром 40 мм и 26 мм и G-5 (расстояние — 5 мм) для ламп диаметром 16 мм.

Особенность устройства компактных люминесцентных ламп в том, что трубка делается специальной формы для уменьшения длины лампы. Многие компактные люминесцентные лампы небольшой мощности (до 20 Вт) предназначены для замены ламп накаливания и сконструированы так, что могут ввертываться в резьбовой патрон непосредственно или через адаптер. Компактные люминесцентные лампы могут быть разных форм, могут быть с электронным пускорегулирующим аппаратом (ЭПРА) и разной длины.

Люминесцентные лампы требуют для работы специального устройства — пускорегулирующего аппарата (дросселя). Большинство зарубежных ламп могут работать как с обычными (с дросселем), так и с электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА). Но некоторые из них предназначены только для одного вида ПРА.

Таблица 1. Типовые неисправности светильников с люминесцентными лампами.

Светильники с ЭПРА имеют следующие преимущества: лампа не мерцает, лучше зажигается, не шумит (шум от дросселя), легче по весу, экономит электроэнергию (потери мощности в ЭПРА намного ниже, чем в ПРА).

Достоинства: по сравнению с лампами накаливания, они экономичнее и долговечнее, обладают хорошей светопередачей. Срок службы до 10000 часов у импортных ламп и до 5000-8000 часов у отечественных. Удобно использовать там, где свет горит много часов.

Недостатки: при температуре ниже 5 градусов тяжело зажигаются и могут гореть более тускло.

Меняя виды люминофора, можно изменять цветовые характеристики ламп. Буквы, входящие в наименование типов таких ламп, означают: Л — люминесцентная, Б — белой цветности, ТБ — тепло-белая, Д — дневной цветности, Ц — с улучшенной цветопередачей. Цифры 18, 20, 36, 40, 65, 80 обозначают номинальную мощность в ваттах. Например, ЛДЦ-18 — лампа люминесцентная, дневная, с улучшенной цветопередачей, мощностью 18 Вт.

Таблица 2. Типовые неисправности светильников с люминесцентными лампами.

Светильник с люминесцентными лампами работает следующим образом. Трубчатая лампа заполнена аргоном и парами ртути. Стартер необходим для пуска лампы, нужно на короткое время прогреть электроды. Ток, текущий через дроссель и стартер, значительно увеличивается, нагревает биметаллическую пластину стартера. Электроды лампы прогреваются, контакт стартера размыкается, ток в цепи уменьшается, на дросселе образуется кратковременное большое напряжение. Его накопленной энергии хватает на то, чтобы пробить газ в колбе лампы. Далее ток идет через дроссель и лампу, при этом 110 Вольт падает на дросселе, а 110 Вольт на лампе. Пары ртути с помощью люминофора создают свечение, воспринимаемое глазом человека.

Дроссель почти не потребляет энергию. Энергию, которую он берет при намагничивании, он почти полностью возвращает при размагничивании, при этом бесполезно загружаются провода. Чтобы разгрузить сеть, используется конденсатор С. Обмен энергией происходит не между сетью и дросселем, а между дросселем и конденсатором. Наличие конденсатора повышает КПД лампы, без него КПД лампы 50-60%, с конденсатором С — 95%. Конденсатор, который подключен параллельно стартеру, используется для защиты от радиопомех.

Неисправность люминесцентного светильника может заключаться в нарушении электрического контакта в схеме светильника или в выходе из строя одного из элементов светильника. Надежность контактов проверяется визуальным осмотром и проверкой тестером.

Работоспособность лампы или пускорегулирующей аппаратуры проверяется путем последовательной замены всех элементов на заведомо исправные.

Светильник с двумя люминесцентными лампами

Для начала рассмотрим схемы таких светильников с люминесцентными лампами:

Схема рис.1 содержит:

  • две люминесцентные лампы;
  • два стартера;
  • один дроссель;
  • конденсатор.

Люминесцентная лампа имеет две спирали накаливания. Лампы, стартера и дроссель в электрическую цепь включены последовательно. Конденсатор подключен параллельно.

Схема рис.2 содержит:

  • конденсатор;
  • два стартера;
  • две люминесцентных лампы;
  • два дросселя.

Подключение люминесцентных ламп рис.2 ни чем не отличаются от схемы подключения ламп рис.1. Два провода фаза, ноль имеют в этой схеме ответвление.

И наиболее простая схема светильника с одной лампой показана на рис.3, где конденсатор, лампа и стартер в схеме, — подключены параллельно. Дроссель подключен в электрической цепи — последовательно.

Подобные светильники встречаются и с тремя лампами. Сама суть дела не в этом,- не в количестве ламп.

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.

% PDF-1.4 % 192 0 объект > эндобдж xref 192 53 0000000016 00000 н. 0000002699 00000 н. 0000002784 00000 н. 0000003005 00000 н. 0000003136 00000 п. 0000003348 00000 п. 0000003896 00000 н. 0000004036 00000 н. 0000004746 00000 н. 0000005303 00000 н. 0000006183 00000 п. 0000006566 00000 н. 0000006832 00000 н. 0000007109 00000 н. 0000007377 00000 н. 0000007480 00000 н. 0000009767 00000 н. 0000010089 00000 п. 0000010475 00000 п. 0000010669 00000 п. 0000010955 00000 п. 0000011917 00000 п. 0000012053 00000 п. 0000012949 00000 п. 0000013086 00000 п. 0000013372 00000 п. 0000014332 00000 п. 0000015184 00000 п. 0000015911 00000 п. 0000016487 00000 п. 0000017041 00000 п. 0000022367 00000 п. 0000022833 00000 п. 0000023206 00000 п. 0000023539 00000 п. 0000024150 00000 п. 0000024917 00000 п. 0000035401 00000 п. 0000044977 00000 п. 0000048236 00000 п. 0000048503 00000 п. 0000048714 00000 п. 0000063675 00000 п. 0000066574 00000 п. 0000066851 00000 п. 0000067065 00000 п. 0000094287 00000 п. 0000097645 00000 п. 0000097918 00000 п. 0000098128 00000 п. 0000098415 00000 п. 0000100788 00000 н. 0000001356 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 244 0 объект > поток x ڬ UmLU @ W> ZB RFřʺ [Rc [AE ֕ eh) P i1, c ".ozhAlWwk8uiN0f? у / o 9T43k1 \ SO6I (F0; b = '@ U : \ Kh: vU & ն +] - LeUvδ {T (϶LX $ 2 = UN, × h4; l ט cJ & 4z, Q 꿞 - 5J1

Как работают люминесцентные лампы

Как работают люминесцентные лампы
Elliott Sound Products Как работают люминесцентные лампы

© 2007 Род Эллиотт (ESP)


Лампы и Индекс энергии
Основной указатель

Содержание
1 Введение

Статья «Традиционные люминесцентные ламповые лампы и их альтернативы» рассматривает работу люминесцентных ламп в довольно простых терминах, но здесь мы рассмотрим лампы и их балласты (как «традиционные» магнитные, так и электронные) и немного углубимся в их внутреннюю часть. выработки.Используются альтернативные схемы балласта (например, схема «опережение / запаздывание»), и это показано в предыдущей статье. Здесь это не рассматривается, потому что речь идет о том, как они работают, а не о способе подключения фитингов.

Принцип работы люминесцентной лампы сильно отличается от простой лампы накаливания, и современные люминесцентные лампы (особенно компактные люминесцентные лампы или КЛЛ) используют электронные балласты для регулирования напряжения на лампе и тока через нее.При первом запуске необходимо обеспечить значительно более высокое напряжение, чем обычно, чтобы вызвать возникновение внутренней дуги, а после запуска ток должен быть ограничен до безопасного значения для трубки.

В этой статье показаны некоторые способы достижения этих целей, начиная с базового индуктивного балласта, который был основой производства люминесцентных ламп на протяжении многих лет.

Обратите внимание, что показанные здесь формы сигналов представляют собой комбинацию моделирования и реальных измерений.При необходимости смоделированные формы сигналов корректируются для соответствия измеренным. Причина этого подхода проста ... симулятор не может представить нагрузку с отрицательным импедансом с соответствующими напряжениями удара и другими характеристиками, которые представляет люминесцентная лампа. Точно так же очень сложно (и потенциально смертельно) пытаться уловить все напряжения и токи, которые существуют в цепях реальных люминесцентных ламп.

Хотя принятый подход действительно вносит некоторые незначительные ошибки в показанные формы сигналов, они относительно незначительны, а конечный результат находится в пределах любого традиционного производственного допуска для балластов, ламп и других компонентов.


2 Индуктивный балласт

Для объяснения индуктивного балласта я использовал старую «компактную» люминесцентную лампу, которая идеально подходит для тестирования. Хотя он по-прежнему работает, световой поток несколько ниже, чем должен быть, но это лишь немного меняет некоторые измеренные значения. Принципы не меняются.

Сама лампа имеет следующие характеристики ...

Диаметр трубки 11,3 мм (нестандартный)
Длина 533 мм (21 дюйм)
Сопротивление нити (в холодном состоянии) 12.8 Ом
Сопротивление накала (горячее) 23 Ом
Балластное сопротивление 105 Ом
Индуктивность балласта 2,11 H
Starter
29 Starter
29 Starter Starter
1,2 нФ

Диаметр люминесцентных ламп обычно обозначается как T8 (например). Это означает, что диаметр составляет 8 x 1/8 дюйма, что составляет 1 дюйм (25.4 мм). Ранние лампы были T12 (1½ дюйма или 38 мм в диаметре), но они были уменьшены в размерах до T8, когда были представлены (тогда) «новые» высокоэффективные типы. Стандартная 4-футовая трубка (1200 мм) раньше рассчитывалась на 40 Вт, но их заменили на 36 Вт, а светоотдача была улучшена. Последнее воплощение - T5 (диаметр 16 мм), в котором используется меньшее расстояние между выводами и другое приспособление для надгробия. Они также короче (1163 мм) и не подходят для стандартного светильника. разработан для более ранних ламп.

В случае моего тестового образца диаметр трубки намного меньше обычного, потому что лампа обозначена как компактная, поэтому ее складывают, чтобы уменьшить общую длину.Упоминается сопротивление нити, потому что оно будет упомянуто позже в этой статье. Схема представлена ​​ниже и является стандартной во всех отношениях.


Рисунок 1 - Схема люминесцентной лампы

Катушка индуктивности - это балласт, и на самом деле это гораздо более важный компонент, чем он может показаться. Он не только ограничивает максимальный ток трубки, но и используется для генерации импульсов высокого напряжения, необходимых для запуска плазменной дуги внутри трубки. Сама люминесцентная лампа имеет на каждом конце нагреватель, небольшое количество ртути и инертный газ (обычно аргон).Стенка трубки покрыта люминофором, излучающим видимый свет при возбуждении интенсивным коротковолновым ультрафиолетовым светом, излучаемым ртутным дуговым разрядом. Дополнительный конденсатор (C2) предназначен для коррекции коэффициента мощности - подробнее об этом позже.

Маленькая лампочка - стартер. Биметаллическая полоса запечатана в стеклянную оболочку с (обычно) неоновым газом внутри. При подаче питания напряжения более чем достаточно, чтобы вызвать дугу в неоновом пускателе, но не настолько, чтобы вызвать дугу в самой лампе.Тепло от неоновой дуги заставляет биметаллическую полосу изгибаться, пока она не замыкает контакты. Затем дуга в неоновом стартере прекращается, и сеть подключается через балласт и нити на каждом конце трубки через выключатель стартера.

Когда в пускателе нет дуги (или накала), биметаллическая полоса охлаждается, и примерно через секунду или около того выключатель размыкается. Прерывание тока через катушку индуктивности вызывает возврат напряжения - импульс высокого напряжения, который (будем надеяться) зажжет дугу в трубке.Если дуга не запускается с первого раза, процесс повторяется до тех пор, пока не начнется. Вот почему стандартные люминесцентные лампы при включении несколько раз мигают. Нити - это нагреватели, которые действуют как катоды (эмиттеры электронов) и необходимы для обеспечения достаточного количества тепла для испарения ртути и обеспечения хорошего потока электронов для возбуждения плазмы. Когда лампа работает нормально, потока электронов достаточно для поддержания приемлемой рабочей температуры нити накала. Обе нити действуют как катоды и аноды поочередно, потому что полярность меняется 50 (или 60) раз в секунду.

Плазма имеет интересную характеристику ... отрицательное сопротивление! Как только начинается дуга, более высокий рабочий ток вызывает падение сопротивления и меньшее напряжение появляется на трубке. Если бы это продолжалось, трубка очень быстро разрушилась бы. Балласт предотвращает это, потому что он вводит последовательный импеданс для ограничения тока. Сопротивление не сработает, потому что оно слишком расточительно и не обеспечивает накопления энергии для генерации всплеска обратного напряжения для повторного зажигания дуги при каждом изменении полярности.


Рисунок 2 - Рабочие осциллограммы

На рисунке 2 вы можете видеть, что когда ток трубки (зеленая кривая) максимален, напряжение (красная кривая) на трубке минимально. Эффект можно увидеть сразу после каждого скачка напряжения. По мере увеличения тока напряжение падает (для этой трубки минимум составлял ± 126 В). Пик в точке пересечения нуля формы волны тока генерируется балластом, и именно он повторно зажигает дугу для каждого полупериода подключенной сети.На рисунке 3 показано напряжение на балласте - быстрые переходы соответствуют пикам, приложенным к лампе, и происходят около пика напряжения, где ток прерывается, когда проходит через ноль.


Рисунок 3 - Напряжение и ток в балласте

Форма волны напряжения на балласте по существу представляет собой разницу между приложенным сетевым напряжением и напряжением на лампе. Для работы на 120 В напряжение явно меньше, но лампе все еще нужно где-то между 300-400 В, чтобы зажигать (или повторно зажигать) дугу, поэтому балласт должен иметь возможность компенсировать разницу с помощью обратного импульса на каждом нуле. -пересечение тока.У меня нет люминесцентной лампы или балласта на 120 В, поэтому я не могу предоставить полную информацию. То, что люминесцентные лампы вообще работают с напряжением 120 В, несколько примечательно, но легко понять, почему электронные балласты так популярны в США. Многие балласты для стран с напряжением 120 В используют «балласт» автотрансформатора, который увеличивает доступное напряжение и действует как ограничитель тока.


3 Системные потери

В системе несколько потерь, причем балласт является одним из основных факторов.Балласт, использованный в моих тестах, имеет сопротивление постоянному току 105 Ом, поэтому расходуется почти 7 Вт. Потери на самом деле выше, потому что стальные листы очень быстро нагреваются, поэтому «потери в железе» значительны. Это можно уменьшить только за счет использования стали более высокого качества и более тонких листов. Оба варианта значительно увеличат стоимость.

Каждая нить накала имеет горячее сопротивление 23 Ом, и при работающей лампе на каждой нити присутствует напряжение почти 6 В. Помните, что во время работы конец нити накала, идущий к стартеру, отключается (за исключением очень маленькой емкости на стартере).Измеренное напряжение представляет собой градиент, вызванный током плазмы, и каждая нить накала рассеивает около 1,5 Вт (всего 3 Вт). Только в этих компонентах люминесцентная лампа расходует 10 Вт подаваемой мощности в виде тепла (7 Вт для балласта, 3 Вт для нити накала).

Хотя балластные отходы можно уменьшить с помощью более качественного блока, потеря накала необходимы для работы лампы. Это относится ко всем люминесцентным лампам, за исключением специализированных типов с холодным катодом, но для них требуется такой же специализированный электронный балласт.CCFL (люминесцентные лампы с холодным катодом) чаще всего встречаются в ЖК-мониторах и телевизорах, но теперь их заменяют светодиоды в новых моделях.

Есть еще одна потеря, которую пользователь не видит и даже не оплачивает. Эти потери являются результатом низкого коэффициента мощности люминесцентных ламп, и это вызвано преимущественно индуктивной нагрузкой. Индуктивная нагрузка вызывает запаздывающий коэффициент мощности, когда максимальный ток возникает после максимального напряжения. Вы также можете рассматривать это как точку, в которой нагрузка (лампа и индуктор) фактически возвращает некоторую мощность источнику питания.Для поставщика электроэнергии это означает, что трансформаторы, кабели и генераторы переменного тока должны выдерживать больший ток, чем должен быть. Это становится очень дорогостоящим, когда очень много нагрузок имеют низкий коэффициент мощности.


Рисунок 4 - Напряжение Vs. Текущие, нескорректированные и исправленные

На рисунке 4 вы можете видеть, что нескорректированная форма волны тока имеет видимые искажения около точки пересечения нуля. Как вы также можете видеть, среднеквадратичный ток также значительно выше, чем указано в номинальной мощности.Реактивные нагрузки имеют разные значения мощности и ВА, но для резистивной (или нереактивной) нагрузки они одинаковы.

В этом случае ток без C2 составляет 256 мА, а при добавлении C2 он падает до 162 мА. При приложенном напряжении 240 В это означает, что ...

Без компенсации Общая мощность = 38 Вт
ВА = 61,4 Коэффициент мощности = 0,62
С компенсацией Общая мощность = 38 Вт
ВА = 38.9 Коэффициент мощности = 0,97

Коэффициент мощности можно рассчитать, используя фазовую задержку или разделив фактическую мощность на ВА (Вольт * Ампер). Что касается фазового угла, ток отстает от напряжения на 57,4 °, а коэффициент мощности рассчитывается путем взятия косинуса фазового угла - 0,53 в данном случае. Цифры разные, потому что форма волны тока не является чистой синусоидой - она ​​имеет искажения. Добавление конденсатора сдвигает фазу искажения, так что скомпенсированный сигнал тока имеет плоскую вершину (что-то вроде ограничения усилителя).Хотя это вносит гармоники в сеть, их влияние далеко не так плохо, как в некомпенсированной цепи, о чем свидетельствует скорректированный коэффициент мощности. Добавление конденсатора правильного номинала в чисто индуктивную цепь (без искажения формы сигнала) даст коэффициент мощности, равный единице - идеальный вариант.

Обратите внимание, что использование косинуса фазового угла (CosΦ) является сокращением, и может использоваться только , когда оба напряжение и ток являются синусоидальными волнами.Он вообще не работает для сильно искаженных сигналов, например, генерируемых электронными нагрузками, и будет давать неверные ответ для индуктивных нагрузок, которые включают искажения (например, люминесцентные лампы). Вы получите , всегда получите правильный ответ, если разделите реальную мощность на ВА.

Также доступны пускорегулирующие аппараты с «быстрым пуском» и пускорегулирующие устройства без пускового устройства. Они выходят за рамки данной статьи, которая предназначена для описания основных принципов, а не для подробного описания всех имеющихся балластов люминесцентного освещения.


4 электронных балласта

Электронные балласты становятся все более распространенными, потому что их можно сделать более эффективными, чем типичный магнитный балласт, и для них требуется гораздо меньше материала. Это делает их дешевле (в изготовлении, но не обязательно для вас), чем люминесцентные лампы с обычным балластом. В частности, теперь во всех компактных люминесцентных лампах (КЛЛ) используется электронный балласт, который обычно поставляется вместе с самой лампой. Хотя это удобно, это ужасная трата ресурсов, потому что все электронные компоненты просто выбрасываются, когда лампа выходит из строя.Лампы T5 в настоящее время становятся стандартом для люминесцентного освещения, и для максимального срока службы электронный балласт является обязательным.

В некоторой степени повышение эффективности по сравнению с магнитным балластом может быть иллюзией - по крайней мере, частично. Поскольку они намного легче, есть реальная и определенная экономия на транспортных расходах, но магнитные балласты могут быть такими же эффективными, как и электронная версия, а может быть, даже больше. Как бы то ни было, переход к электронным балластам сейчас не остановить, и по мере снижения цены их использование будет продолжать расти.У электронных балластов есть и другие преимущества, о которых мы поговорим позже.

Типичная (более или менее) принципиальная схема электронного балласта, используемого в КЛЛ, показана ниже. Те, которые используются для обычных люминесцентных ламп, будут очень похожи, но, как правило, будут использовать обновленные компоненты. В то время как электроника в КЛЛ может прослужить всего 15000 часов, фиксированный электронный балласт, как ожидается, прослужит около 100000 часов или более (более 10 лет непрерывной работы).На самом деле электронный балласт должен быть в состоянии прослужить столько же, сколько и его магнитный аналог, поэтому срок службы 40 лет не так глуп, как может показаться.


Рисунок 5 - Схема электронного балласта [2]

Схема на Рисунке 5 представляет собой немного упрощенную версию схемы, показанной в листе данных Infineon. Он полностью скорректирован по коэффициенту мощности и имеет защиту для обнаружения неисправных (или отсутствующих) ламп. Характерным режимом отказа люминесцентных ламп является «выпрямление», когда одна нить накала (катод) становится значительно слабее другой.Если не обнаружено, смещение постоянного тока приведет к отказу коммутирующих устройств, что сделает балласт бесполезным (маловероятно, что кто-то отремонтирует их, когда они выйдут из строя).

Электронный балласт действительно имеет ряд преимуществ перед магнитной версией. Поскольку дуга полностью погаснет примерно через 1 мс, при использовании более высокой частоты, чем сеть 50 или 60 Гц, дуга останется. Его не нужно наносить повторно, а просто меняет направление [1]. Кроме того, светоотдача увеличивается примерно на 10% выше 20 кГц, поэтому улучшается световая отдача.

До тех пор, пока коэффициент мощности всех этих электронных балластов не будет скорректирован, они будут вызывать проблемы с распределением. К сожалению, во многих странах не требуется, чтобы приборы малой мощности (обычно менее 75 Вт) имели коррекцию коэффициента мощности, но, учитывая распространение КЛЛ и электронных балластов в обычных люминесцентных лампах, это придется изменить. Поскольку освещение используется в каждом доме, проблема неисправленного коэффициента мощности выйдет из-под контроля, если что-то не будет сделано.

В отличие от магнитного балласта (индуктора), коэффициент мощности электронного балласта нельзя скорректировать простым добавлением конденсатора. Как видно на диаграмме выше (хотя это может быть не сразу видно), на выходе входного мостового выпрямителя имеется очень маленький конденсатор емкостью 220 нФ. Первый полевой МОП-транзистор работает как повышающий преобразователь и переключается на протяжении каждого полупериода. Таким образом, среднеквадратичный ток, потребляемый из сети, поддерживается в фазе с напряжением, а форма волны тока является приблизительно синусоидальной.Это дает очень хороший коэффициент мощности - возможно лучше 0,9. Чтобы предотвратить возвращение высокоскоростных коммутационных импульсов в сеть, необходима обширная фильтрация, на что указывает фильтр EMI (электромагнитные помехи) на входе.

Для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) используется несколько более простая схема, так как схемы предназначены для выбрасывания. Лично я считаю это бессмысленным расточительством и надеюсь, что это не будет продолжаться (или, по крайней мере, будет введена переработка, чтобы восстановить как можно больше).Достаточно типичный инвертор CFL показан ниже ...


Рисунок 6 - Типовая схема электронного балласта CFL

Я говорю «достаточно типичный», потому что реальные схемы сильно различаются. Доступны специализированные микросхемы драйверов MOSFET, но большинство дешевых (потребительских) CFL будут использовать вариант вышеупомянутого. Обратите внимание, что резистор 0,47 Ом, показанный на входе, обычно представляет собой плавкий резистор, и он используется в первую очередь в качестве предохранителя. Почему бы не использовать настоящий предохранитель? Резисторы дешевле.Большинство деталей будет выбрано таким образом, чтобы выжить в течение установленного срока службы лампы, поэтому передовые методы проектирования обычно игнорируются, если можно ожидать, что деталь с более низким номиналом (и более дешевая) прослужит около 10 000 часов.

Трансформатор (T1) обеспечивает обратную связь с транзисторами и генерирует базовый ток, необходимый для надежного переключения. Цикл инициируется DIAC - двунаправленным устройством, которое имеет резкий переход из непроводящего состояния в проводящее.Поскольку он имеет характеристики, очень похожие на устройство с отрицательным импедансом, его часто используют в диммерах, люминесцентных балластах и ​​даже в стробоскопах. Для получения дополнительной информации щелкните здесь, чтобы перейти к руководству по DIAC.

Обратите внимание, что схемы, показанные выше, предназначены только для информации и не должны быть построены так, как показано. Некоторые компоненты требуют очень специфических характеристик, трансформаторы и катушки индуктивности имеют решающее значение. В схемах нет ничего неправильного, им просто не хватает всей информации, необходимой для их построения.Речь идет о том, как эти вещи работают, а не о том, как их построить.


5 Коэффициент мощности Коэффициент мощности

не совсем понятен большинству энтузиастов электроники, и это вполне понятно, потому что он мало востребован в общих электронных схемах. Есть аспекты коэффициента мощности, которые даже не понимают многие инженеры, которым следует знать лучше. Когда создаются несинусоидальные формы волны тока, даже многие инженеры делают двойную работу, потому что они не могут использоваться для работы с электронными нагрузками.Я рассмотрю здесь оба случая, а также намереваюсь показать методы пассивной и активной коррекции коэффициента мощности. Хотя пассивный PFC (коррекция коэффициента мощности) привлекает своей простотой, на самом деле он оказывается более дорогим из-за необходимости в большой катушке индуктивности. Активный PFC кажется сложным (и это действительно так, если вам нужно его спроектировать), но однажды спроектированный использует относительно дешевые компоненты.

Самый простой случай - индуктивная нагрузка. Это относится ко многим электрическим машинам, включая двигатели, трансформаторы и (конечно) балласты люминесцентного освещения (магнитные типы).Когда двигатель или трансформатор полностью загружены, он проявляет себя как резистивная нагрузка и имеет отличный коэффициент мощности. При малых нагрузках эта же часть оказывается индуктивной, и это приводит к отставанию тока от напряжения. Если нагрузка работает в этом режиме большую часть своего срока службы, необходимо применить поправку, чтобы вернуть PF как можно ближе к единице.

Коэффициент мощности резистивной нагрузки равен , всегда единицы - это идеально. Каждый вольт и каждый ампер используются для выработки тепла.Распространенными примерами являются электрические обогреватели, тостеры, чайники и лампы накаливания. Не все нагрузки резистивные, поэтому давайте рассмотрим типичный пример (но упрощенный для простоты описания и понимания).

Электрическая машина обычно работает с половинной нагрузкой, но может потребоваться полная мощность при запуске или для того, чтобы выдерживать переходные нагрузки. Это может быть двигатель или трансформатор - две из наиболее распространенных используемых электрических машин (люминесцентная лампа с магнитным балластом немного сложнее).В каждом случае индуктивная и резистивная составляющие нагрузки будут равны (для половинной мощности), а формы сигналов напряжения, тока и мощности выглядят следующим образом ...


Рисунок 7 - Электрическая машина на половинной мощности

Как и ожидалось, когда резистивная и индуктивная составляющие равны, наблюдается сдвиг фазы на 45 °, при этом ток отстает от напряжения (запаздывающий коэффициент мощности). Приложенное напряжение - 240 В, резистивная часть нагрузки - 120 Ом, индуктивное реактивное сопротивление - также 120 Ом, мощность - 240 Вт.Нам следует, чтобы потреблял 1 А от сети (240 В x 1 А = 240 Вт), но вместо этого потреблял 1,414 А. Дополнительный ток необходимо подавать, но он полностью расходуется впустую. Что ж, это не совсем так - его возвращают в сеть. Однако, если многие нагрузки делают то же самое, то оно просто рассеивается в виде тепла в трансформаторах, линиях электропередачи и генераторах электростанций. Очень мало реальных нагрузок являются емкостными, поэтому в схему добавляется конденсатор.

При сдвиге фаз 45 ° коэффициент мощности равен 0.707, и мы получаем 1,42 А от сети вместо 1 А. Чтобы восстановить ток так, чтобы он был в фазе с напряжением, нам нужно добавить в схему конденсатор. Конденсатор фактически противоположен катушке индуктивности и (сам по себе) будет создавать ведущий коэффициент мощности - ток будет предшествовать напряжению. Добавив в схему конденсатор нужного номинала, коэффициент мощности можно восстановить до единицы, что приведет к значительному снижению тока, потребляемого из сети. Для этого примера 13 мкФ почти идеальны, но даже 10 мкФ уменьшат фазовый сдвиг запаздывания до 14.2 °, и это увеличивает коэффициент мощности до 0,96 - обычно считается максимально близким к идеальному.

Весь процесс несколько нелогичен. То, что нагрузка может потреблять больше тока, чем должно быть, достаточно легко понять, но то, что повторное прохождение большего тока через конденсатор уменьшит сетевой ток, кажется, не имеет никакого смысла. Все дело в относительной фазе двух токов, и это действительно работает. В противном случае наша энергосистема оказалась бы в крайне тяжелом положении.


Рисунок 8 - Люминесцентный свет при нормальной работе

На несколько упрощенной диаграмме выше показаны кривые напряжения и тока люминесцентной лампы. Упрощение заключается в том, что симуляторы не включают в себя нелинейные нагрузки с отрицательным сопротивлением, но на основной принцип (и результирующие формы сигналов) это существенно не влияет. Как видите, форма сигнала тока слегка искажена, и это влияет на форму сигнала после применения компенсации. Фактически, гармоники, генерируемые искажением, сдвинуты по фазе, поэтому окончательная форма волны тока выглядит как обрезанная синусоида.Однако после компенсации коэффициент мощности очень хороший, 0,98 - отличный результат.

Без компенсации потребляемый ток составляет 276,5 мА (что дает коэффициент мощности 0,57), а после компенсации он падает до 159,5 мА. Мощность в нагрузке (сама лампа) составляет 29,8 Вт, а резистивный компонент балласта (R1) рассеивает 7,8 Вт - это теряется в виде тепла. Все потраченное впустую тепло снижает общую эффективность, но это неизбежно, поскольку реальные компоненты имеют реальные потери.

Ситуация становится намного хуже, когда используется нелинейная (электронная) нагрузка.На рисунке 9 показаны эквивалентная схема и осциллограммы - ток протекает только на пике приложенного напряжения. Хотя этот ток находится в фазе с напряжением, коэффициент мощности ужасен, потому что форма волны тока не похожа на синусоиду. Резкие пики тока имеют сравнительно высокое среднеквадратичное значение, но мощность, подаваемая и передаваемая в нагрузку, намного меньше.


Рисунок 9 - Осциллограммы мощности электронной нагрузки

Скорректированный ток не показан по той простой причине, что для коррекции формы сигнала необходимы значительные дополнительные компоненты.В отличие от случая, когда ток нагрузки является синусоидальным (или близок к нему), простое добавление конденсатора ничего полезного не принесет. Пики тока таковы, что их можно удалить только с помощью фильтра, предназначенного для пропускания только частоты сети. Как показано, ток составляет 296 мА, но, как видно, пиковое значение составляет почти 2 А. Нагрузка рассеивает 28 Вт, но «полная мощность» (ВА) составляет 71,4 ВА. Это дает коэффициент мощности 0,39 - действительно очень плохо. Если вам интересно, куда пропала разница в 1 Вт между источником и нагрузкой, она теряется в диодах.

Добавив фильтр (пассивный PFC), состоящий из катушки индуктивности и пары конденсаторов, это можно улучшить, но требование относительно большой индуктивности значительно увеличивает вес и стоимость. Один Генри примерно настолько мал, насколько вы можете использовать для определения номинальной мощности нагрузки, и хотя большее значение будет работать лучше, оно также снова будет больше, а также с более высокими потерями. По этим причинам пассивная коррекция коэффициента мощности обычно не используется с импульсными источниками питания.


Рисунок 10 - Пассивная коррекция коэффициента мощности

За счет добавления катушки индуктивности и конденсатора, как показано на рисунке, коэффициент мощности значительно улучшается.Форма волны тока все еще не очень хорошая, но намного лучше, чем схема без коррекции вообще. Среднеквадратичный ток снижен с 296 мА до 136 мА, что дает 32,6 ВА. Мощность нагрузки составляет 29 Вт, поэтому коэффициент мощности теперь 0,88, что гораздо более прилично. Как показано на рисунке 9, электроника считается практически без потерь. Излишне говорить, что это не так, но речь идет скорее о PFC, чем о потерях в цепи.

Катушка индуктивности (L1) представляет собой относительно большой компонент, и из-за этого будет сравнительно дорогим.Электронная схема коррекции коэффициента мощности является лучшим вариантом для снижения стоимости и веса, и она также будет более эффективной. Меньшие потери мощности означают меньше потерь тепла и более прохладную электронику.


Рисунок 11 - Схема активной коррекции коэффициента мощности

Схема, показанная здесь, почти идентична схеме на Рисунке 5, но упрощена, чтобы ее было легче понять. Входящая сеть проходит через фильтр электромагнитных помех, состоящий из C1 и L1. Затем он переходит в мостовой выпрямитель, но вместо большого электролитического конденсатора нужен конденсатор 220 нФ (C2).Выходной сигнал является пульсирующим постоянным током и изменяется от почти нуля до полного пикового напряжения (340 В для источника питания 240 В RMS). Затем он передается на очень умный повышающий преобразователь режима переключения - L2, Q1 и D5. Это увеличивает любое мгновенное напряжение на его входе до пикового напряжения - в этом случае моделируемый преобразователь стабилизируется на уровне 446 В (несколько выше, чем обычно используется).

Время включения и выключения тщательно контролируется для поддержания тока, который пропорционален форме волны входящего переменного тока, поэтому рабочий цикл (отношение включения-выключения) постоянно изменяется для поддержания правильного повышенного напряжения и пропорционального тока.D6 включен для обеспечения быстрой зарядки крышки основного фильтра (C3) от сети, а также обеспечивает подзарядку крышки. Это позволяет упростить схему управления.

Выходное напряжение повышающего преобразователя (обычно) регулируется, но регулирование не обязательно должно быть прекрасным, что опять же в некоторой степени упрощает схему. В схеме, показанной на рисунке 5, вы видите, что катушка индуктивности повышающего преобразователя (1,58 мГн) имеет вторичную обмотку. Это используется, чтобы сообщить IC контроллера, когда был достигнут правильный ток.В упрощенной схеме, показанной на рисунке 11, это не используется - период переключения фиксирован (схема была смоделирована, чтобы я мог получить форму тока, показанную ниже). Хотя эта упрощенная версия не так хороша, как «настоящая», она работает довольно хорошо - по крайней мере, в симуляторе.


Рисунок 12 - Формы сигналов активной коррекции коэффициента мощности

Как видите, форма сигнала тока довольно искажена, но измеренные характеристики симулятора впечатляют, несмотря на его относительную простоту.При 60 Вт в нагрузке (балласт и люминесцентная лампа) фактическая мощность сети составляет 61 Вт (потери в диодах, как и раньше), а при сетевом токе 266 мА он потребляет 64 ВА. Таким образом, коэффициент мощности составляет 0,94 - действительно очень удовлетворительный результат. Это значительно лучше, чем схема пассивной коррекции коэффициента мощности, и этого следовало ожидать. Весь анализ, который я видел, показывает, что активная схема коррекции коэффициента мощности превосходит пассивную схему как с точки зрения общей эффективности, так и коэффициента мощности. Катушки индуктивности имеют небольшие размеры (электрически и физически), а потери будут намного ниже, чем в любой пассивной цепи коррекции коэффициента мощности.

Если вам интересно, мощность лампы в два раза больше, чем в двух предыдущих примерах, из-за того, что повышающий преобразователь имеет более высокое выходное напряжение, чем желаемое. Мне очень не хотелось тратить много времени на попытки подобрать уровни мощности, а моя упрощенная версия не регулируется. Успешно запустить симуляцию для импульсного преобразователя было непросто, а симуляция требует много времени из-за высокочастотного переключения.

Сейчас довольно стандартно, что искажение формы волны обозначается как THD (полное гармоническое искажение), которое в случае активной схемы PFC равно 11.7%. Делайте из этого то, что хотите.


6 Температура

Для правильной работы всех ртутных люминесцентных ламп очень важна температура. Есть относительно узкая полоса над и под которой уменьшается дуга, что приводит к более низкому, чем ожидалось, светоотдаче. Когда трубка холодная, в ней остается меньше паров ртути, поэтому дуга не может достичь полной силы из-за недостатка молекул ртути для поддержания разряда на желаемом уровне.

Когда температура слишком высока, давление пара увеличивается, увеличивая эффективное сопротивление дуги и снова уменьшая ток разряда. Для большинства компактных ламп (а также, вероятно, большинства стандартных люминесцентных ламп) температура трубки должна быть около 40 ° C для максимальной светоотдачи. При 0 ° C светоотдача составляет всего 40% - действительно очень тусклая лампа. Более высокие температуры не так сильны, но слишком горячая лампа все равно будет сильно разряжена.


Рисунок 13 - Светоотдача в зависимости отТемпература

Когда температура приближается к -38,83 ° C, световой поток полностью прекращается. Это температура, при которой ртуть замерзает, поэтому пары ртути не могут поддерживать дугу и излучать УФ-излучение. Кроме того, при понижении температуры напряжение, необходимое для зажигания дуги, увеличивается, и при 0 ° C лампе для зажигания потребуется примерно на 40% больше напряжения по сравнению с напряжением зажигания при нормальной температуре окружающей среды.

Во многих частях мира 0 ° C (или ниже) - это нормальная температура окружающей среды в течение многих месяцев в году, поэтому лампу будет труднее запустить и она будет иметь низкую мощность, пока лампа не нагреется немного. .В таком климате трубку следует закрывать, чтобы защитить ее от ветра, который может значительно снизить температуру и светоотдачу.

0009
Относительная светоотдача (RLO) [3]
Окружающая температура Открытое приспособление Закрытое приспособление *
-10 ° C 25%
0 ° C 50% 80%
10 ° C 80% 100%
25 ° C 100% 98%
Световой поток vs .Температура окружающей среды
* Примечание - закрытый светильник обеспечивает повышение температуры на + 10 ° C по сравнению с окружающей средой.

Как и все материалы по этой теме, существуют различия в способе подачи материала, и разные типы трубок могут существенно отличаться друг от друга. Цифры в основном согласуются с приведенным выше графиком, но небольшое примечание предполагает, что указанные температуры находятся в состоянии теплового равновесия. Для стабилизации может потребоваться некоторое время, поэтому исходная светоотдача при первом включении лампы будет одинаковой для открытых и закрытых светильников.Поскольку объем светильника по отношению к лампе не указан, будут большие отклонения, если размер корпуса больше или меньше (неустановленных) значений, используемых в таблице.


Ссылки
  1. Электронный балласт для люминесцентных ламп, Учебный модуль для студентов - Цзинхай Чжоу, Политехнический институт Вирджинии и Государственный университет
  2. ICB1FL02G Интеллектуальная ИС управления балластом для балластов люминесцентных ламп, техническое описание Версия 1.2, февраль 2006 г., Infineon Technologies AG
  3. Работа флуоресцентных систем при низких температурах (Sylvania)


Лампы и Индекс энергии
Основной указатель
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2007. Воспроизведение или повторная публикация любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.
Страница создана и авторские права © июнь 2007.

(PDF) Конфигурации электронных балластных цепей для люминесцентных ламп

6

открытая нагрузка [17]. После ионизации лампы S2 приводит в действие лампу

. Как только сопротивление лампы падает, напряжение на

S2 становится меньше, чем при запуске. Ток нити

вместе с напряжениями на S1 и S3 уменьшается. Обратная связь

обмоток выходного трансформатора Т1 управляют транзисторами.

На рисунке 10 показаны формы установившихся сигналов балластной цепи, питаемой напряжением

, для различных значений токов индуктивности и коллектора

.

В установившемся режиме пиковое напряжение на транзисторе

Рис. 9. Цепь двухтактного резонансного балласта [17]

Рис. 10. Формы сигналов установившегося режима двухтактного балласта

торцев равны удвоенному значению. пикового напряжения питания из-за отражения

от трансформатора:

Vpeak = 2 × √2 × Vmains (1)

Для сети 220 В это дает значение около 620 В.Добавлен запас прочности

для защиты устройства от переходных процессов

при включении и выключении, и следует использовать устройства с рейтингом около 1400

[17]. В таблице 2 показаны значения тока рабочего коллектора

для различных топологий балласта ламп для различных рабочих напряжений

. Показаны различные топологии

, работающие в своих собственных диапазонах мощности.

IX. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой статье мы представили различные типы схем

конфигураций для люминесцентных ламп, работающих на электронных балластах

.Характеристики электронных балластов также примерно

по сравнению с магнитными балластами. Высокоэффективные электронные балласты

предпочтительнее электромагнитных из-за

Рис. 11. Значения тока рабочего коллектора для топологий балласта ламп

с их особенностями, такими как уменьшение веса, повышение эффективности и уменьшение мерцания

. В частности, это достигается за счет увеличения рабочей частоты

с нормальной рабочей частоты

до гораздо более высокой частоты, таким образом повышая эффективность лампы

примерно на 10%

СПРАВОЧНИКИ

[1] Майкл Байранзаде, «Конструкция электронного балласта лампы. , Примечание по применению

AN1543 / D, 1995.

[2] Азлан Камил Б. Мохаммад Фаузи, «Самоколебательный диммируемый электронный балласт

tronic, март 2006 г.

[3] Спенглер, Джим, и Ануп К. Бехера. «Методы коррекции коэффициента мощности

, используемые для балластов люминесцентных ламп». Общество промышленных приложений An-

Ежегодное собрание, 1991 г., Отчет о конференции 1991 г., IEEE. IEEE, 1991.

[4] Тростл, А., «Самоконфигурируемый интерфейс регулировки яркости для люминесцентных ламп

балластов», Протокол конференции 2001 IEEE Industry Applications

Conference, 2001.Тридцать шестое ежегодное собрание МСФО, том 2, №, стр. 906-

911 том 2, 30 сентября - 4 октября 2001 г.

[5] Бланко, Сесилио, Маркос Алонсо, Эмилио Лопес, Антонио Каллеха , и

Мануэль Рико. «Одноступенчатый балласт для люминесцентных ламп с высокой мощностью

с коэффициентом

». На конференции и выставке прикладной силовой электроники, 1996.

APEC’96. Материалы конференции 1996 г., одиннадцатый ежегодник, т. 2. С.

616-621. IEEE, 1996.

[6] Wu, T-F., M-C. Чан и Э.Б.Чанг. «Анализ и разработка одноступенчатого электронного балласта с высоким коэффициентом мощности

и функцией диммирования». В

Конференция и выставка по прикладной силовой электронике, 1997. APEC’97

Conference Proceedings 1997., Twelfth Annual, vol. 2. С. 1030-1036.

IEEE, 1997.

[7] Сринвасан, Р., Оруганти, Р., «Единичный коэффициент преобразователя мощности с использованием топологии повышения мощности моста Half-

, IEEE, Transactions on Power Electronics», vol.

13, вып.13, 1999.

[8] Фрейтас-Виейра, Дж. К. М., Зорал, Л., «Электронный балласт с высоким коэффициентом мощности

на основе одного каскада обработки мощности», IEEE, PESC'95, стр. 687-

693, 1995.

[9] Alonso, JM, Calleja, AJ, Ferrero, FJ, Lopez, E., Ribas, J., Rico -

Secades, M., «Одноступенчатая установка постоянной мощности высокой мощности. Factor Elec-

tronic Ballast с возможностью диммирования », IEEE, PESC'98, vol 2. 1998.

[10] do Prado, RN, Bonalso, S.А., Грефф, Д.С., «К High Power Fac-

tor Flyback-Half Bridge для преобразователя флуоресцентного освещения», IEEE,

IECON'98, 1998.

[11] Deng, e., Cuk, S. , «Одноступенчатый, высокий коэффициент мощности, балласт лампы»,

IEEE, APEC'94, 1994.

[12] Бриоши, Р. О., Ламего, М. М., Виейра, Л. Ф., «Недорогая электроника высокой мощности

. Ballast, Proceedings of the IEEE Industry Applications

Society Annual Meeting », 1997, pp. 2360-2365.

[13] Алонсо, Дж.M., Calleja, AJ, Ribas, J., Lopez, E., Rico-Secades, M., «A

Новый недорогой интегрированный балласт с высоким коэффициентом мощности для люминесцентных ламп

», Proceedings of the IEEE Конференция по промышленной электронике

IECON97, pp.941-946.

[14] Сюн, Вэй. «Контроль истечения срока службы балласта параллельных ламп». Патент США

8,947,020, выдан 3 февраля 2015 г.

[15] Xiong, Wei. «Непрямое определение угла проводимости линейного напряжения для балласта с регулируемой яркостью прерывателя

.”Патент США 8,947,015, выдан 3 февраля

2015.

[16] Виджаясаратхи, Н. и С. Сантия. «Моделирование и анализ рабочих характеристик параллельного резонансного инвертора для применения в электронных балластах».

Моделирование 4, вып. 2 (2015).

[17] A.Vitanza, R.Scollo, A.Hayes, «Электронный балласт для люминесцентных ламп,

Application Note STMicroelectronics, 1999.

[18] Робертс, Л. Майкл. «Как работают магнитно-индукционные лампы». Интернет, 2011.

Балластные весы - Принцип работы люминесцентных ламп

В предыдущем разделе мы видели, что газы не проводят электричество так же, как твердые тела. Одним из основных различий между твердыми телами и газами является их электрическое сопротивление (сопротивление протекающему электричеству). В твердом металлическом проводнике, таком как провод, сопротивление является постоянным при любой заданной температуре, что определяется размером проводника и природой материала.

В газовом разряде, таком как люминесцентная лампа, ток вызывает уменьшение сопротивления.Это связано с тем, что по мере прохождения большего количества электронов и ионов через определенную область они сталкиваются с большим количеством атомов, что освобождает электроны, создавая больше заряженных частиц. Таким образом, ток будет расти сам по себе в газовом разряде, пока есть соответствующее напряжение (и бытовой переменный ток имеет большое напряжение). Если ток в люминесцентном свете не контролируется, он может перегореть различные электрические компоненты.

Этим управляет балласт люминесцентной лампы.Самый простой тип балласта, обычно называемый магнитным балластом , работает как индуктор. Базовая катушка индуктивности состоит из катушки с проволокой в ​​цепи, которая может быть намотана на кусок металла. Если вы читали, как работают электромагниты, вы знаете, что когда вы пропускаете электрический ток по проводу, он генерирует магнитное поле. Расположение провода концентрическими петлями усиливает это поле.

Поле такого типа влияет не только на объекты вокруг цикла, но и на сам цикл.Увеличение тока в контуре увеличивает магнитное поле, которое прикладывает напряжение, противоположное течению тока в проводе. Короче говоря, намотанный на катушку провод в цепи (индуктор) препятствует изменению тока, протекающего через него (подробности см. В разделе «Как работают индукторы»). Элементы трансформатора в магнитном балласте используют этот принцип для регулирования тока в люминесцентной лампе.

Балласт может только замедлить изменения тока - он не может их остановить. Но переменный ток, питающий флуоресцентный свет, постоянно реверсирует сам , поэтому балласт должен только блокировать увеличение тока в определенном направлении на короткое время.Посетите этот сайт для получения дополнительной информации об этом процессе.

Магнитные балласты модулируют электрический ток с относительно низкой частотой циклов , что может вызвать заметное мерцание. Магнитные балласты также могут вибрировать с низкой частотой. Это источник слышимого жужжания, которое люди ассоциируют с люминесцентными лампами.

Современные конструкции балластов используют передовую электронику для более точного регулирования тока, протекающего через электрическую цепь. Поскольку они используют более высокую частоту цикла, вы обычно не замечаете мерцания или жужжания, исходящего от электронного балласта.Разным лампам требуются специальные балласты, предназначенные для поддержания определенных уровней напряжения и тока, необходимых для различных конструкций ламп.

Люминесцентные лампы бывают всех форм и размеров, но все они работают по одному и тому же основному принципу: электрический ток стимулирует атомы ртути, что заставляет их испускать ультрафиолетовые фотоны. Эти фотоны, в свою очередь, стимулируют люминофор, излучающий фотоны видимого света. На самом базовом уровне это все, что нужно сделать!

Чтобы узнать больше об этой замечательной технологии, включая описания различных конструкций ламп, перейдите по ссылкам ниже.

Связанные статьи HowStuffWorks

Дополнительные ссылки

Электронный балласт для люминесцентных ламп 8

Электронный балласт для люминесцентных ламп 8 - 144 Вт

Я разработал простой и недорогой электронный балласт для одной или нескольких люминесцентных ламп суммарной мощностью до 144Вт.
Электронный балласт имеет гораздо более высокий КПД, чем обычный магнитный балласт, устраняет стробоскопический эффект и мигание, обеспечивает быстрый запуск без мерцания и продлевает срок службы люминесцентных ламп.Также исключается использование стартеров накаливания и проблемы с компенсацией. фазового сдвига. Кроме того, люминесцентная лампа с высокочастотным возбуждением имеет примерно на 10% больше светового потока при той же мощности. Сравнение их традиционных силовых индукторов и электронный балласт для типовых ламп, показанных ниже:

ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ТРУБКИ 18W 2x 18W 3x 18W 4x 18W 36Вт 2x 36Вт 3x 36Вт 4x 36Вт 58Вт 2x 58Вт
Собственное потребление обычного (магнитного) балласта 9W 18W 27W 36W 9 Вт 18 Вт 27 Вт 36 Вт 13 Вт 26 Вт
Собственное потребление электронного балласта 2,5 Вт 2,9 Вт 3,5 Вт 4,3 Вт 2,8 Вт 3,8 Вт 4,9 Вт 6 Вт 3,2 Вт 4,2 Вт

Схема работает как полумост с полевыми МОП-транзисторами.Они питаются от интегральной схемы IR2153. Рабочая частота 35 кГц (идеальная частота для люминесцентных ламп с ВЧ-возбуждением). Этот балласт может питать практически любые люминесцентные лампы. Значения C1 и L1 адаптируются к мощности (т.е. току). желаемой люминесцентной лампы. Для тонких люминесцентных ламп (размер Т5, диаметр 16 мм, 4 - 21 Вт) и Небольшой люминесцентный ДЗ (П-образный или 2U, 5 - 18Вт, без встроенного стартера - 4-контактный) можно использовать конденсатор и дроссель практически от любой энергии. спасательные лампы (КЛЛ). Емкость пускового конденсатора от 2n2 до 3n3.Конвертеры могут быть подключены сломанные ламповые спасательные лампы с оригинальным дросселем и пусковым конденсатором. Выходное напряжение а частота соответствует полубридже, используемому в компактных люминесцентных лампах (прямоугольная форма волны примерно 160 В 35 кГц). Для больших люминесцентных ламп (T8 26 мм или 38 мм и больших люминесцентных T12 DZ, 15 - 65 Вт, от 0,38 до 0,43 А) необходимо намотайте катушку с соответствующей индуктивностью и достаточными размерами или объедините от 2 до 3 дросселей от КЛЛ в параллели. Большие люминесцентные лампы оцениваются от 0.От 38 до 0,43 А. Ток через люминесцентную лампу можно точно настроить, изменив катушки индуктивности (изменение воздушного зазора) или небольшое изменение рабочей частоты. Изменение возможно в диапазоне примерно 30-40 кГц и достигается изменением значения компонентов в генераторе (330p, 68k). Пусковой конденсатор С1, С2 выбирается близким к резонансу с дросселем. Для больших люминесцентных ламп подбираются около 10 нФ. После переключения повышенное напряжение около 500В, лампа загорается.C1, C2 должны быть рассчитаны на 1000 В. Конденсатор C3 защищает полевые МОП-транзисторы от пиков напряжения из-за индуктивности и снижает значение скорости нарастания напряжения (dU / dt). Его мощность выбрана так во избежание резкого переключения (от 5-6 нФ до 1 А тока на люминесцентные лампы). Должен быть пульс, номинальное напряжение 1000 В. Благодаря высокой эффективности, общую мощность люминесцентных ламп можно точно оценить по току, который измеряется на фильтрующем электролите. Напряжение здесь около 300 В. Вычитал собственное потребление балласта около 3Вт.Балласт может добавить еще лампы параллельно. У каждого тогда свои конденсаторы и катушки индуктивности.

Используемые транзисторы (IRF840 или STP9NK50Z) не нуждаются в радиаторе с выходной мощностью до 72 Вт. Собственное потребление контура составляет около 2,5 - 6 Вт (под нагрузкой). Входное питание подключено к фильтру радиопомех и термистору. для ограничения пикового пускового тока при включении. При малой мощности его можно заменить обычным резистором. Напряжение 15В для цепи IR2153 получается силовым резистором от выпрямленного сетевого напряжения 300В.Стабилитрон нет нужно - что уже встроено в IO (Uz = 15V). Устойчивость к атмосферным осадкам 33k имеет потерю около 2,3 Вт и является самым большим рассеивателем в цепи. Но потеря балласта тем не менее намного меньше, чем при использовании обычных индукторов. (Если вы хотите избавиться от этого рассеяния, вы можете использовать микромощный пусковой резистор около 1 МОм и получать мощность для IR2153 от выхода полумост через небольшой конденсатор, как это сделано в большинстве электронных балластов.) Емкость фильтрующего электролитного конденсатора зависит от мощности ламп. Он рассчитан примерно на 0,3 - 1 мкФ на ватт.

Предупреждение! Вся схема гальванически подключена к сети! Все его части должны быть защищенным от случайного контакта. Неправильная конструкция может вызвать взрыв люминесцентных ламп.



Схема электронного балласта для люминесцентных ламп.


Комплектный самодельный ЭПРА для ламп 2х 36Вт.


испытание самодельного ЭПРА на лампах DZ 36W. Катушки имеют 200 витков проволоки диаметром 0,35 мм, они на ферритовом сердечнике EE 40 мм2 и имеют воздушный зазор 1,3 мм между Es. C1 и C2 - 10n 1000V, C3 - 4n7 1000V.

дом

Некоторые измерения флуоресцентной лампы и ее магнитного балласта

Некоторые измерения флуоресцентной лампы и ее магнитного балласта

Введение

Люминесцентные лампы повсюду; они надежны и энергоэффективны.Даже если сегодня (2017) светодиоды заменяют многие источники света, лампы все еще остаются рентабельны и имеют почти такой же хороший КПД, если не лучше. Старый магнитный (индуктивный) балласт в настоящее время часто заменяют на электронный для большей эффективности, но есть еще так много старых балласты, которые я думаю, стоит взглянуть на этот простой и эффективная схема.


Подземный паркинг с большим количеством люминесцентных ламп (нажмите для увеличения).

Найти подробные данные о люминесцентных лампах очень сложно и удивительно. достаточно, поисковые системы в Интернете мало помогают. Несмотря на то, что подавляющее большинство электронных компонентов производители детально указывают все электрические характеристики, для люминесцентных ламп трудно найти какое-либо техническое описание с более чем номинальная мощность и механические размеры. Поэтому очень сложно ответить на такие вопросы, как: что бросается в глаза? Напряжение? Какое напряжение горения лампы? Как выглядит ток при включенной лампе? Эти вопросы были у меня в голове много лет, пока я не решил подключить лампу к пробнику высоковольтного осциллографа и сам посмотрю, что продолжается.

Чтобы провести эти измерения с помощью осциллографа, некоторые необычные оборудование чрезвычайно полезно (если не обязательно), например, высокое напряжение дифференциальный зонд и токовый зонд. Поскольку не у всех есть доступ к этим инструментам, я решил поделиться своими измерения на этой странице, потому что я думаю, что они могут быть интересны.

Прямое подключение осциллографа к сети крайне плохое и опасная идея, всегда используйте подходящие и безопасные пробники высокого напряжения.

На этой странице вы не найдете никаких ракетостроительных технологий, а только некоторые измерения и некоторые мысли о люминесцентных лампах, пускателях и их старые индуктивные балласты.

Здесь обсуждаются только люминесцентные лампы с «горячими электродами»; эти лампы в основном используются для освещения. У них есть по две клеммы с каждой стороны, чтобы обеспечить циркуляцию тока в электроды для их нагрева. С другой стороны, трубки с «холодными электродами», также называемые CCFL (Cold Катодные люминесцентные лампы) вроде тех, что используются в "неоновых вывесках". имеют только одну клемму с каждой стороны: у них разные электрические характеристики, требуют другой системы питания и не обсуждается на этой странице.


Базовая схема

Базовая схема показана на схеме ниже. Его поведение много раз описывалось в литературе и в Интернете. поэтому здесь я дам лишь краткий обзор, чтобы прояснить, о чем я говорю о.


Принципиальная схема.

Схема очень проста и состоит только из люминесцентной лампы, стартер и индуктивный балласт.

Важно отметить, что данная схема типична для сети 230 В. В сети 120 В пиковое напряжение обычно недостаточно велико, чтобы лампы горения и балласты часто проектируются как автотрансформаторы с немного другая схема. Соображения относительно напряжения и тока лампы, вероятно, все еще будут применяться, но схема, балласт и возможно также характеристики стартера разные. Поскольку у меня никогда не было возможности поиграть с люминесцентным оборудованием на 120 В, Я не буду обсуждать это здесь, а все соображения на этой странице только действительно для сети 230 В.

В этой схеме отсутствует фазирующий конденсатор и она будет иметь значительную индуктивную реактивное сопротивление. Это было сделано специально, чтобы измерить его cos (φ) . Конечно, в нормальных ситуациях добавляется подходящая схема для компенсация и приведение cos (φ) очень близко к 1. Часто бывает достаточно конденсатора, подключенного параллельно к сети.

Светильник

Люминесцентная лампа обычно состоит из стеклянной трубки с низким смесь газов под давлением, обычно паров ртути и некоторого количества аргона.Давление составляет порядка 5 мбар. Добавление небольшого количества благородного газа к ртути значительно снижает поражающее напряжение (эффект Пеннинга). На концах трубки расположены две вольфрамовые нити, похожие на нити обычных лампы накаливания, которые действуют как электроды для передачи тока в газ и часто называются катодами. Нити часто покрываются веществами с высоким коэффициентом излучения электронов, такими как соединения бария. Ток, протекающий в этих нитях, будет нагревать их, увеличивая их способность испускать электроны еще больше и, следовательно, снижение напряжения требуется для ионизации газа и зажигания лампы.Вот почему эти элкотроды есть два терминала. Когда лампа включена, нити накаливания остаются достаточно горячими, даже если лампа включена. ток, и нет необходимости форсировать дополнительный ток, поэтому другой конец каждой нити накала можно отсоединить.


Внутренняя структура люминесцентной лампы хорошо видна в эта маленькая прозрачная УФ-лампа (нажмите, чтобы увеличить). Внимательно посмотрев на большую версию изображения, можно заметить, что маленькие капельки ртуть на внутренней стенке стакана хорошо видна, особенно в близость электродов.

Ток, протекающий через газ, - очень сложное явление, но, вкратце, Короче говоря, если газ не ионизирован, он ведет себя как изолятор. Если между электродами приложить достаточно большое напряжение, газ ионизируется. и ток течет из-за свободных электронов и положительных ионов (атомов, потерявших один электрон) подпрыгивает. Препятствия между электронами, ионами и нейтральными атомами передают часть кинетической энергия атомам, которые «возбуждаются».Затем энергия переизлучается в виде фотонов, когда они расслабляются вскоре после этого. Активным газом практически любых обычных люминесцентных ламп являются пары ртути: излучает невидимый и вредный свет в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне для наших глаз и кожи. Покрытие из флуоресцентных материалов внутри трубки поглощает УФ-свет и преобразует его в видимый свет. Тщательно подобрав подходящее флуоресцентное покрытие, можно получить практически любой цвет свет можно получить.Кроме того, стекло, из которого состоит трубка, непрозрачно для ультрафиолета. радиации и не дает ей выйти наружу.


Трубка, использованная для этих тестов, IBV L36W 4200K, (щелкните, чтобы увеличить).

Для этих измерений я использовал трубку IBV T8 (Ø25,4 мм), 4 фута. (1,2 м) в длину, 36 Вт, холодный белый. На этой конкретной лампе сопротивление постоянному току двух нитей нити равно 5,9 Ом и 5,3 Ом в холодном состоянии. Я также измерил кучу других трубок и нашел аналогичные значения: несколько Ω.

Два следующих графика показывают напряжение и ток в горящем фонарь. Это трубка IBV 4 '(1,2 м) T8 (Ø25,4 мм) 36 Вт. Конечно, индуктивный балласт включен последовательно. Обратите внимание, что эта лампа уже горит и ее нити горячие (из-за ток лампы).

На первом графике, где представлены напряжение и ток отдельно интересно отметить, что оба находятся в фазе, даже если не идеально синусоидальной формы.Это показывает, что лампа эффективно поглощает активную мощность. Также стоит отметить, что напряжение близко к прямоугольной. Это типично для газоразрядных трубок, поведение которых очень похоже на поведение газоразрядных трубок. Стабилитрон, где напряжение примерно постоянное независимо от тока. Присмотревшись, можно увидеть, что на самом деле напряжение немного падает, так как ток увеличивается (прямоугольная волна не совсем плоская, но немного понижается посередине, когда ток максимален).Это показывает поведение отрицательного сопротивления, еще одну типичную характеристику газоразрядная трубка. В нормальном резисторе при увеличении тока падение напряжения также увеличивается; здесь все наоборот.


Напряжение лампы (Ch2) и ток лампы (Ch3) горящей трубки 4 '(1,2 м) T8 (Ø25,4 мм) 36 Вт.

В конце каждого полупериода ток падает до нуля и лампа гаснет.Как только это произойдет, лампа снова загорится, импульс противоположной полярности появляется на графике, и цикл повторяется. Этот импульс не из-за индуктивного балласта (поскольку ток уже был ноль), это просто сетевое напряжение, которое перезагружает лампу: это работает потому что нити еще горячие (подробнее здесь).

Форма волны напряжения не идеально гладкая: есть небольшие колебания колебания, в данном случае около 20 В pp при 4 кГц.Это еще одно типичное поведение отрицательного сопротивления и газа. разрядная трубка. Даже если я не буду проводить никаких дальнейших измерений, это не должно быть проблема для этой схемы как амплитуда и частота колебания достаточно низки, чтобы беспокоить электромагнитные совместимость.

То же измерение может быть показано в режиме XY (ниже), где по оси X есть напряжение лампы, а по оси Y - ток лампы.Точка с нулевым напряжением и нулевым током находится в центре сетки. Когда лампа горит, напряжение составляет около 100 В (положительное или отрицательное). Также видны паразитные колебания.

Следует отметить один интересный факт: ток лампы немного увеличивается. еще до того, как загорится лампа. На сюжете не идеально горизонтальная линия, а скорее наклонная. «S»: при увеличении напряжения небольшой ток течет прямо далеко.Я не уверен в этом, но я думаю, что это из-за горячих электродов и газ все еще частично ионизирован, что позволяет протекать току. Затем, конечно, когда загорается лампа, ток внезапно увеличивается, и напряжение падает примерно на 100 В.


Зависимость тока лампы (по вертикали) от напряжения (по горизонтали) горящей трубки 4 '(1,2 м) T8 (Ø25,4 мм) 36 Вт.

Было бы интересно провести такие же измерения с холодной лампой и посмотрите, что нужно, чтобы ударить по нему без предварительного нагрева нитей.К сожалению, у меня нет подходящего источника переменного тока высокого напряжения, достаточного для зажгите лампу.

Индуктивный балласт

Индуктивный балласт - это просто большой индуктор, намотанный на многослойный железный сердечник. Он выполняет две функции: ограничивает ток и генерирует высокое напряжение для зажгите лампу. Люминесцентные лампы имеют отрицательные характеристики сопротивления и, следовательно, нельзя напрямую подключать к сети.Другими словами, если ток в лампе увеличивается, эквивалент сопротивление уменьшается, дополнительно увеличивая ток. Балласт ограничивает ток и предотвращает самоуничтожение лампы.

Индуктивные балласты являются индукторами и поэтому зависят от частоты. Балласт, рассчитанный на 50 Гц, будет иметь слишком большое реактивное сопротивление при 60 Гц. и наоборот.

В лампах малой мощности (несколько ватт) можно также использовать простой резистор; в этом случай, когда импульс высокого напряжения возникает из-за сбоя в электросети индуктивность.Как ни странно, это работает. Обратной стороной является то, что резистор преобразует в тепло примерно такое же количество тепла. мощность как у лампы, что приводит к очень низкому КПД.

Емкостные балласты будут иметь значительно меньшие потери, но из-за нелинейное поведение лампы, это приведет к очень высоким пикам в лампе. Текущий. Кроме того, конденсаторы не могут генерировать пик высокого напряжения, необходимый для зажгите лампу. Емкостные балласты используются только (и часто) в высокочастотной электронике. балласты.


Изображение индуктивного балласта, используемого здесь, IBV 230 В переменного тока 50 Гц 40/36 Вт (2 × 18) 0,43 А (щелкните, чтобы увеличить).

Используемый здесь балласт рассчитан на 230 В, 50 Гц, 40/36 Вт, 0,43 А. Я измерил индуктивность 1,097 Гн и последовательное сопротивление 36,8 Ом в холодном состоянии.

С этим сопротивлением, если короткое замыкание в сети (предполагается, что 230 В 50 Гц), этот балласт будет ограничивать ток на уровне 0.66 А рассеивающий 16,2 Вт. Это выходит за рамки технических характеристик и может перегреться, но наверняка этого не произойдет. мертвая короткая.

Стартер


Куча старых стартеров. Здесь для тестирования используется тот, который находится на внизу слева, FZ FS-U 180-250V ~ 4-65W (щелкните, чтобы увеличить).

Стартер представляет собой небольшую стеклянную трубку, заполненную смесью низких благородные газы под давлением, обычно аргон, неон и гелий под давлением порядка 50 мбар.Внутри трубки два биметаллических электрода, которые изгибаются навстречу друг другу. когда жарко. В холодном состоянии два электрода находятся близко друг к другу, но не соприкасаются. При приложении достаточно высокого напряжения газ ионизируется, ток около 30 мА начинает течь, и газ светится. Примерно через полсекунды тепло, выделяемое свечением, мягко сгибает электроды, которые соприкасаются, закорачиваются вместе, и свечение гаснет. В горячем состоянии стартер ведет себя как при коротком замыкании.Так как закороченный стартер больше не светится, он остывает и контакты снова размыкаются примерно через полсекунды.


Посмотрите фильм, показывающий, как стартер светится, а электроды замыкаются: светящийся-стартер.mp4 (1870811 байт, 14 с, h364, 640 × 480, 15 кадров в секунду).

С помощью стартера и лампочки можно сделать очень красивый и грубый мигалка.

Используемый здесь стартер - FZ FS-U, мощностью 180-250 В ~ 4-65 Вт.Чтобы лучше понять характеристики стартера, его ток как функция приложенного напряжения было измерено и видно на графике ниже:


Зависимость тока стартера (по вертикали) от напряжения (по горизонтали) для пускателя FZ FS-U.

По горизонтальной оси отложено приложенное напряжение, по вертикальной оси - результирующий ток. Ноль для обеих осей находится в центре экрана.Начиная с нуля, по мере увеличения напряжения (в положительном или отрицательном отрицательное направление), ток через пускатель не течет, в результате горизонтальная линия. Как только напряжение станет достаточно высоким (скажем, +220 В или –240 В в этом случае) газ ионизируется и становится проводником; напряжение падает на около 50 В и начинает течь ток (наклонные участки). Если теперь напряжение уменьшается, ток также уменьшается до минимума. напряжение горения пересекается (скажем, ± 180 В в этом случае), где ток падает до нуля (снова на горизонтальной линии).

Для выполнения этого измерения вы должны действовать быстро: как только стартер горячий, он замкнется, и вы будете измерять только вертикальную линию. Вы должны сделать снимок экрана, пока стартер еще светится (нагрев вверх).

Поведение этого (и почти любого стартера, который мне довелось измерить) очень плохое. не симметричный. Пороговые напряжения и динамическое сопротивление (наклон наклонных участков) не одинаковы для положительной и отрицательной полярностей.Думаю, из-за несимметричной формы электродов.

Очень часто конденсатор из полистирола подключается параллельно к стартер, который помогает снизить коммутационный шум. К сожалению, я никогда не видел маркировки на этих конденсаторах, но они обычно измеряют около 5 или 6 нФ. Для проведения вышеуказанного измерения этот конденсатор был временно удален, в противном случае сегменты больше похожи на эллипсы.


Поразительная последовательность

Газ в лампе обычно является изолятором.Чтобы включить его, электроды предварительно нагревают в течение нескольких секунд, затем Импульс напряжения ионизирует газ внутри трубки и запускает лампу. Этот процесс состоит из следующих шагов:

Шаг нуля

Выключатель питания SW1 разомкнут, лампа выключена и холодная. И лампа LN1, и стартер ST1 не ионизируются и ведут себя как изоляторы. Пока не очень интересно ... Теперь мы замыкаем SW1 и подаем питание на схему.

Шаг первый

SW1 замыкается и через балласт L1 появляется напряжение сети. лампа и стартер, которые работают параллельно (через нагреватель нити). Напряжение в сети недостаточно велико для ионизации газа в лампе, который по-прежнему ведет себя как изолятор, но этого достаточно, чтобы ионизировать газ внутри стартер, который ведет себя примерно как неоновое свечение фонарь. Теперь в цепи протекает небольшой ток, который нагревает стартер.Это часто можно наблюдать, поскольку стартер обычно светится слабым синим светом. свет.


Стартер светится при разогреве (нажмите для увеличения).

На этом этапе был измерен ток 38,5 мА. Слишком низкий для предварительного нагрева электродов в трубке, которые остаются темными; только стартер светится. Из-за индуктивности балласта этот ток является реактивным: cos (φ) из 0.79 было измерено, что соответствует углу φ 38 °. При сетевом напряжении 237 В полная полная мощность составляет 9,1 ВА. а активная мощность - 7,2 Вт.

Продолжительность этой фазы непостоянна и зависит от многих факторов, таких как напряжение в сети, температура окружающей среды, возраст стартера и т. д., но это полсекунды диапазона. Измеренная здесь длительность составила 550 мс.


Напряжение и ток лампы (стартера) при разогреве стартера (светится).

Кривые выше показывают напряжение на пускателе (и, следовательно, также поперек лампы) на этом этапе. Сбои в синусоиде напряжения указывают на каждом цикле, когда именно стартер начинает светиться и при выключении. Здесь стартер ионизируется примерно при 230 В и деионизируется примерно при 180 В. Конечно, каждую половину цикла переменного тока напряжение падает до нуля, и газ в стартер деионизируется. Он снова будет ионизироваться в следующем полупериоде, как только напряжение станет высоким. достаточно.График тока (синий) показывает, что проводимость стартера не нарушена. симметричный: положительные пики имеют более высокий ток, чем отрицательные. Я не знаю точно, почему это происходит, полагаю, это из-за несимметричная форма электродов внутри стартера. В любом случае этот ток небольшой и используется только для нагрева стартера: он не обязательно быть симметричным.

Шаг второй

Стартер нагревается, и внутри него биметаллический переключатель в конце концов замыкается.Теперь у стартера произошло короткое замыкание, он перестает светиться и начинает остывать. Когда стартер замыкается, через нити лампы протекает больший ток, который теперь подключены последовательно, хотя пускатель закорочен, и они нагреваются. Нагревание электродов трубки значительно снижает напряжение зажигания лампы. Кстати, по этой причине запускать холодные лампы в холодной среде не рекомендуется. намного сложнее, чем повторно зажигать горячие лампы. Итак, нити теперь раскалены докрасна, и этот красноватый свет часто может быть наблюдается на концах трубки во время этой фазы.Из-за высокой излучательной способности электродов (белое) свечение Также часто наблюдается флуоресцентное покрытие концов трубок.

Во время этой фазы ток составляет 589 мА. Было измерено cos (φ) , равное 0,23, что соответствует углу φ 77 °. При сетевом напряжении 236 В полная полная мощность составляет 139 ВА. и полная активная мощность 31,5 Вт.


Напряжение и ток лампы при нагреве (короткое замыкание стартера), измеренные через обе нити последовательно.

Обе нити теперь включены последовательно и имеют одинаковый ток и половину Напряжение. Среднеквадратичное значение напряжения на каждой нити накала составляет около 11 В. Каждая нить накала получает около 6,5 Вт, поэтому из 31,5 Вт 13 Вт нагревают электроды, а 18,5 Вт теряется в балласте. Ток и напряжение в нити совпадают по фазе, низкий общий cos (φ) возникает только из-за реактивного сопротивления балласта.

Как и раньше, продолжительность этой фазы также в какой-то степени неустойчива и зависит от много факторов, но это также в диапазоне полсекунды.Измеренная здесь длительность составила 400 мс.

Шаг третий

Когда стартер остывает, биметаллический переключатель снова размыкается, прерывая Текущий. Поскольку катушки индуктивности не «любят» резкие изменения тока, балласт отвечает на это прерывание с помощью всплеска высокого напряжения, который вероятно, ионизируйте лампу и зажгите ее. Поскольку точным моментом открытия стартера в этой контура (определяется охлаждением стартера, его возрастом, общим температура ,...), это может произойти в неподходящий момент цикла переменного тока, когда ток уже довольно низкий; произойдет скачок низкого напряжения и лампа может не ударить. В этом случае на пускателе снова появится полное сетевое напряжение. и весь процесс начнется снова с первого шага. Старые и холодные лампы также требуют более высокого напряжения, и их сложнее наносить удар.


Высоковольтный ударный импульс (–2,78 кВ). Некоторые паразитные импульсы высокого напряжения также видны до того, как лампа загорится и возникают из-за плохих контактов стартера.

Яркие плюсы очень разнообразны. Они не всегда попадают в лампу, могут быть положительными или отрицательными и сильно зависят от времени фазового соотношения при открытии, которое является термомеханическим процесс и не синхронизирован с частотой сети. Другими факторами, влияющими на амплитуду импульсов, являются скорость, с которой биметаллические электроды ломаются, газ, заполняющий стартер, его возраст и возможно другие.Показанный здесь - –2,78 кВ, но импульсы от 1 до 3 кВ, как положительные, так и отрицательные стороны наблюдались с помощью одной и той же установки (лампа, стартер и балласт).

Шаг четвертый

Когда лампа загорается, напряжение на ней падает, и именно в этом Трубка держит напряжение около 100 В. Каждую половину цикла переменного тока ток падает до нуля, и лампа должна снова загореться. каждый раз. Из-за фазового сдвига, вносимого индуктивным балластом, когда ток пересекает ноль и меняется на противоположное, напряжение не равно нулю, так что лампа может немедленно возобновить зажигание только с помощью сетевого напряжения, пока лампа горячий и газ не деионизируется слишком долго, нет дополнительного высокого напряжения необходимы импульсы.Если лампу выключить, электроды остынут и почти все ионы в газе рекомбинируют: теперь требуется новая последовательность запуска для снова зажгите лампу.


Напряжение на стартере (а также на лампе) и ток лампы при включенной лампе.

Кривая на рисунке выше показывает, что ток лампы и напряжение лампы находятся в фаза, что имеет смысл, поскольку лампа потребляет активную мощность.Напряжение в сети здесь не показано (к сожалению, у меня нет двух высоких датчики напряжения), но не в фазе из-за реактивного сопротивления балласта. Другими словами, ток лампы и напряжение лампы совпадают по фазе, но из-за балласта, тока лампы и сетевого напряжения нет. Каждый раз, когда лампы выключаются (ток падает до нуля), напряжение сразу же подскакивает до значения более 300 В при противоположной полярности. Это просто напряжение сети, которое появляется на лампе.Из-за значительного фазового сдвига балласта сетевое напряжение составляет близко к своему пику, когда это происходит, что объясняет внезапный всплеск. Поскольку трубка сейчас горячая (и, вероятно, также имеет более низкое напряжение зажигания, чем стартер), он сработает первым, быстро вернув напряжение к напряжение горения (около 100 В) и предотвращение накала стартера.

Если лампа погаснет, напряжение повысится, и стартер ионизируется. начиная с первого шага.Вот что происходит со старыми или поврежденными лампами, которые постоянно мерцают. "надежда" снова включиться в один прекрасный день.


Напряжение и ток сети при включенной лампе. Фазовый сдвиг хорошо виден.

При сетевом напряжении 236 В общий ток составляет 385 мА и cos (φ) составляет 0,49, что соответствует углу φ 60 °. Полная мощность составляет 90,9 ВА, а активная мощность - 44.9 Вт. Мощность, теряемая в балласте, составляет 5,5 Вт, а трубка поглощает 39,4 Вт. приводит к КПД 88%: неплохо для такой простой схемы. Более высокая эффективность может быть достигнута с помощью лучшего индуктивного балласта (встроенный с большим количеством меди и большего количества железа, чтобы минимизировать его потери) или с электронным балласт. Конечно (и к сожалению) лампа не может преобразовать всю энергию в свет.

Резюме поразительной последовательности

Теперь, когда мы прошли все этапы поразительной последовательности, давайте резюмируйте это и посмотрите, что происходит в более общем плане.На графике ниже видно напряжение на пускателе:


Напряжение на стартере (а также на лампе) при всех пусках процесс. Поскольку это измерение проводится на стороне запуска нитей, напряжение нагрева не видно и появляется как короткое замыкание.

Хорошо видны различные шаги. На нулевом шаге (лампа не горит) нет напряжения. Когда SW1 замкнут (первый шаг), стартер ионизируется и начать нагреваться.Примерно через полсекунды происходит короткое замыкание стартера (шаг два) и электроды лампы начинают нагреваться, пока стартер остывает вниз. Поскольку лампа закорочена стартером, напряжение на стороне стартера нити, измеренные здесь, показывают ноль. Конечно, на нити накала, которые сейчас светятся, есть напряжение, но они не могут соблюдать здесь. Еще через полсекунды стартер снова остывает и открывается. (шаг 3) генерирование скачка высокого напряжения, который зажигает и включает лампу (шаг четвертый).

Также интересно посмотреть напряжение на балласте (внизу), где эти же шаги можно наблюдать снова. Обратите внимание, что это измерение было проведено на том же оборудовании, но несколько минут спустя, поэтому продолжительность различных шагов будет разные.


Напряжение на балласте во время всего процесса пуска.

Амплитуда этого напряжения дает приблизительное представление о токе, протекающем в схема.

Присутствуют паразитные импульсы, когда предполагается, что стартер закорочен. Это означает, что его контакты не совсем надежны, и иногда он открывается для крошечная доля секунды. Даже если эти импульсы достаточно сильны, чтобы поразить лампу, этого не происходит. потому что при повторном замыкании контактов лампа закорачивается и не может включиться. Он включится только после последнего импульса, когда стартер наконец откроется. и остается открытым.Блуждающие импульсы не вредят, и схема работает нормально.


Посмотрите фильм, в котором показана полная поразительная последовательность: люминесцентная лампа.mp4 (3781910 байт, 11 с, h364, 960 × 540, 24 кадра в секунду).


Прочие соображения

До сих пор мы обсуждали, как запускается лампа и ее электрические характеристики. Давайте теперь посмотрим на некоторые другие соображения, такие как коэффициент мощности или спектр света.

Фазирующий конденсатор

Из-за индуктивности балласта эта схема имеет плохое питание. коэффициент: я измерил cos (φ) , равный 0,49. Поскольку все нагрузки, подключенные к сети, должны иметь cos (φ) как как можно ближе к 1, нужно что-то улучшить. Есть несколько разных решений этой проблемы, но самый простой. (и единственное, что здесь обсуждается) - просто подключить подходящий конденсатор в параллельно с электросетью.

Чтобы узнать требуемую емкость, нам сначала нужно рассчитать реактивную мощность, которую нам нужно компенсировать. Ранее мы обнаружили, что полная мощность S составляет 90,9 ВА, в то время как активная мощность P составляет 44,9 Вт. Если вам интересно, как их измерить, определение кажущейся мощности довольно просто: просто измерьте среднеквадратичный ток сети (здесь I = 385 мА ) и напряжение (здесь U = 236 V ) мультиметром и умножьте их все вместе: S = U · I = 90.9 ВА . Определить активную мощность сложнее: если у вас есть измеритель мощности переменного тока, он сразу даст вам P , и это то, что я сделал. В противном случае вы можете измерить фазовый угол φ либо с помощью осциллографом (как и я) или кософиометром (если он у вас есть) и затем вычислить P = S · cos (φ) . Но если у вас нет этого модного оборудования, вы все равно можете использовать метод трех вольтметров.

Зная S и P , можно рассчитать реактивную мощность Q по формуле ниже.Жалко, что в электронике le буквенное обозначение Q используется как для реактивная мощность цепи переменного тока и добротность цепи LC: на этой странице Q - реактивная мощность.

Это не что иное, как теорема Пифагора, где S - это гипотенуза и P и Q - две другие стороны правой треугольник. Со значениями S и P , которые были измерены ранее, мы находим Q = 79.0 var .

Напоминаем, что активная мощность P измеряется в ваттах (Вт), полная мощность S измеряется в вольт-амперах (ВА), а реактивная мощность Q измеряется в реактивных вольт-амперах (вар). Это просто, чтобы различить их и избежать путаницы, даже если физически все эти три единицы имеют измерение силы.

Чтобы компенсировать эту индуктивную реактивную мощность, мы вводим равное количество емкостная реактивная мощность, с конденсатором, включенным параллельно сети.Реактивное сопротивление X , создающее такую ​​реактивную мощность, определяется как:

Где U - напряжение сети. Находим X = 705 Ом . Наконец, с определением необходимой емкости C со следующими уравнение:

Где f - частота сети (в данном случае 50 Гц). Находим 4,5 мкФ. Этот конденсатор должен быть рассчитан на прямое подключение к сети: используйте только конденсаторы класса X (или Y).

ПРА прочие

Доступны не только индуктивные балласты. Индуктор простой серии работает только при напряжении сети 230 В. В странах с сетевым напряжением 120 В, в зависимости от длины трубки и мощность, напряжение может быть слишком низким, чтобы лампа продолжала гореть, поэтому балласты немного отличается и работает как автотрансформатор для увеличения напряжения и ограничить ток в то же время.

Некоторые балласты автотрансформаторного типа могут также работать без стартера, с или без подогрева электродов.Импульс высокого напряжения, необходимый для зажигания лампы, может генерироваться резонансный контур, состоящий из дополнительного конденсатора. Дополнительные обмотки в балласте могут использоваться для предварительного нагрева нитей, если обязательный. Запуск трубки без предварительного нагрева нитей возможен, но чем выше требуемое напряжение обычно вызывает разбрызгивание электродов, которое изнашивается преждевременно.

В настоящее время электронные балласты заменяют старые индуктивные, особенно из-за их более высокой эффективности, лучших пусковых характеристик и возможность приглушить свет.Кстати, диммирование люминесцентных ламп индуктивным балластом возможно. до некоторой степени, но когда яркость ниже заданного порога, основной ток слишком низкий, чтобы нити оставались достаточно горячими, и дополнительный ток нагрева должны циркулировать в электродах, например, с дополнительным трансформатор. К сожалению, снижение яркости до 0% невозможно.

Взгляд на спектр света

Как объяснялось выше, свет, излучаемый флуоресцентными трубки обычно преобразуются из ультрафиолетового в видимое излучение за счет сочетания флуоресцентные пигменты.При наблюдении с помощью светового спектрометра излучаемый спектр не меняется. непрерывен, как лампа накаливания, но состоит из несколько пиков, каждый из которых более или менее соответствует определенному пигменту. Это объясняет, почему некоторые объекты при флуоресцентном освещении выглядят другого цвета. освещение.


Спектр излучаемого света, пики различных флуоресцентных материалов хорошо видны. Свет кажется холодным белым и имеет температуру 4 200 К.

По горизонтальной оси отложена длина волны в нанометрах, по вертикальной оси. интенсивность света в произвольной, но линейной единице. Эта конкретная трубка имеет холодное белое покрытие и рассчитана на цветовая температура 4'200 тыс.


Заключение

Некоторые измерения и рекомендации по люминесцентным лампам (с горячим катодом) были представлены.На этой странице нет ракетостроения, но есть только некоторые необычная электрическая информация о люминесцентных лампах и их свечении закуски. Надеюсь, вы сочтете это полезным.


Библиография и дополнительная литература

[1] А. Даешлер, Г. Кампоново. Elettrotecnica. Edizioni Casagrande SA, Беллинцона, 1974 г., sezione 11.3.
[2] Техническое руководство по применению - люминесцентные лампы. Philips Lighting, 2006 г.
[3] Руководство для начинающих. OSRAM GmbH, 2010 г.


Балласты люминесцентных ламп | ASAP Appliance Standard Awareness Project

ПРОДУКТ:

Балласты люминесцентных ламп используются для запуска и работы люминесцентных ламп, обеспечивая высокое напряжение, необходимое для запуска ламп, а затем ограничивая ток до безопасного значения.Есть два основных типа люминесцентных балластов: магнитные (низкочастотные) и электронные (высокочастотные). Большинство люминесцентных балластов в настоящее время являются электронными, которые более эффективны, чем магнитные балласты. Флуоресцентные балласты также различаются по способу запуска: мгновенный запуск (IS), быстрый запуск (RS) и запрограммированный запуск (PS). IS балласты по своей природе более эффективны, чем балласты RS и PS, потому что они полагаются на очень высокое начальное напряжение для инициирования дуги, а не на нагрев электрода.Однако искробезопасные балласты могут привести к значительному сокращению срока службы лампы, если они используются с датчиками присутствия и часто включаются и выключаются. Балласты PS, которые представляют собой усовершенствованные версии балластов RS, могут значительно увеличить срок службы ламп в датчиках присутствия.

СТАНДАРТ:

Стандарты эффективности для люминесцентных балластов T12 были установлены Конгрессом в 1990 г. и изменены Министерством энергетики США в 2000 г. Люминесцентные лампы T12 имеют диаметр 1 1/2 дюйма; Лампы T8 имеют диаметр 1 дюйм; и лампы T5 имеют диаметр 5/8 дюйма.Правило 2000 г. фактически требует наличия электронных балластов для новых люминесцентных светильников T12, изготовленных после 1 июля 2005 г., и фактически требует наличия электронных балластов как для новых светильников T12, так и для заменяемых балластов T12 после 1 июля 2010 г. 11 апреля Министерство энергетики опубликовало обновленные стандарты для балластов для люминесцентных ламп. , 2011, который вступил в силу в ноябре 2014 года.

Правило значительно расширяет сферу действия, включая балласты, которые работают с лампами T8 и T5, балласты для наружных вывесок и балласты для жилых помещений, среди других категорий.DOE разработал новый показатель эффективности, балластную световую отдачу (BLE), которая представляет собой общую мощность дуги люминесцентной лампы, деленную на входную мощность балласта. BLE позволяет сравнивать эффективность балластов независимо от типа балласта или количества ламп, с которыми работает балласт.

Программа NEMA Premium способствует использованию высокоэффективных балластов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *