Для чего нужен стартер в люминесцентных лампах
Стартер и дроссель - это два наиболее важных компонента в конструкции люминесцентной лампы с электромагнитным ПРА. В этой статье я расскажу как устроены и каким образом работают эти элементы.
Устройство стартера и дросселя
Конструктивно стартер представляет из себя стеклянную колбу, внутренний объем которой заполнен инертным газом. В эту запаянную область также вмонтированы два электрода, причем один из них или же оба имеют специальную биметаллическую пластину и вся эта конструкция помещена в защитный корпус (чаще всего из пластика).
При этом данные изделия выпускаются на 110 В и 220 В.
Также обязательным элементом любого стартера является конденсатор, обеспечивающий снижение импульса, который образуется во время размыкания контактов, а также увеличивает его продолжительность.
А дроссель, по своей сути, самая обычная катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником.
Как запускается люминесцентная лампа
Итак, теперь давайте подробно разберем алгоритм включения лампочки, и какую роль при этом играют дроссель и стартер.
Сразу по факту подачи напряжения на светильник начинает работать стартер, то есть все напряжение уходит на его контакты.
Поэтому на пластинах возникает эффект тлеющего разряда (величина тока в 30- 50 мА), который разогревает электроды из биметаллического материала и под действием температуры они изгибаются.
Изгибающиеся пластины замыкают цепь и теперь по ней протекает ток, начинающий разогревать электроды, находящиеся в лампе. Причем величина этого тока ограничивается дросселем.
Это происходит до того момента пока они не разогреются до 800 - 900 градусов по Цельсию. В результате этого процесса возрастает электронная эмиссия, которая значительно облегчает пробой газового промежутка.
В это же время электроды стартера остывают (потому что теперь там нет тлеющего разряда, ранее нагревавшего их) и биметаллическая пластина начинает возвращаться в исходное состояние.
И в тот самый момент когда контакты разрываются в дросселе возникает ЭДС самоиндукции с повышенным напряжением, достигающим 1 кВ, которое в виде импульса прикладывается к лампе.
А так как до этого электроды были предварительно разогреты, то происходит пробой газа и лампочка начинает светиться.
Теперь, когда лампа светится, через стартер проходит лишь половина первоначального уровня напряжения, а этого недостаточно чтобы вновь запустить работу стартера.
Таким образом, зная как протекает весь процесс, можно точно сказать какие задачи исполняют стартер и дроссель.
Какие задачи исполняют стартер и дроссель
Итак, стартер служит для:
1. Замыкания цепи и для предварительного прогрева электродов лампы с целью обеспечить более легкий процесс розжига лампы.
2. Разрывает цепь после успешного прогрева электродов и тем самым провоцирует образование ЭДС самоиндукции в дросселе с повышенным напряжением, который и запускает процесс свечения лампы.
А у дросселя уже три функции:
1. Выполняет функцию ограничителя тока при замыкании контактов стартера.
2. Выполняет роль генератора импульса высокого напряжения (в момент размыкания контактов стартера).
3. И играет функцию стабилизатора горения дугового разряда в период работы люминесцентной лампы освещения.
Заключение
Это все, что я хотел вам рассказать о назначении стартера и дросселя, а также каким образом они запускают процесс свечения в люминесцентной лампе. Если статья оказалась полезной, то оцените ее. Спасибо за ваше внимание!
Люминесцентные лампы, которые являются представителями типа газоразрядных ламп, невозможно зажечь как обычные лампы накаливания, просто подключив к ним напряжение питающей сети. Просто не произойдет ничего. Чтобы выполнить зажигание такой лампы необходима специальная схема или электронный пускорегулирующий аппарат.
В случае применения простейшей схемы для запуска тлеющего разряда в колбе газоразрядной лампы потребуется стартер и дроссель. Со стартером все понятно. Он требуется только для запуска, после чего он отключается. В работе всегда участвует дроссель. Его задача ограничивать ток, протекающий через лампы. Может показаться, что достаточно резистора. Он и меньшие размеры имеет. Теоретически, в цепи на переменном токе можно ограничивать ток резистором, конденсатором, катушкой индуктивности. Но в отличие от резистора, она обладает реактивным сопротивлением. И это делает его наиболее уместным вариантом, для его использования в качестве балластного элемента. В схеме он подключается последовательно с лампой.
Благодаря реактивному сопротивлению и выполняется защита от лавинообразного нарастания тока.
Устройство дросселя (ПРА).
Внешний вид дросселя
На фотографии представлен дроссель для люминесцентных ламп дневного света. По большому счету он является катушкой индуктивности с металлическим сердечником в корпусе (кожухе) из листового металла. Более современные изготавливаются в термоустойчивом пластиковом корпусе, имеют более низкие массо-габаритные показатели. Это промышленное название (максимально близкий перевод — ограничитель). Его сопротивление по постоянному току порядка 60 Ом. При проверке мультиметром, в случае индикации бесконечного сопротивления – дроссель неисправен, в обрыве. Если сопротивление менее 55 Ом, это также означает неисправность дросселя. В этом случае он, скорее всего, имеет межвитковое замыкание. Это случалось со старыми ПРА, когда начинает рассыпаться компаунд и происходит отслоение лака с проволоки. В простейшей схеме он выполняет функцию балласта.
Дроссель в разрезе
Сердечник дросселя обычно изготавливается из трансформаторной стали, при этом пластины, входящие в его набор, электрически не контактируют между собой. Это сделано для уменьшения вихревых токов.
Принцип работы дросселя.
Основное, что делает дроссель – это производит сдвиг фазы переменного тока в момент перехода через ноль. За счет этого поддерживается тлеющий разряд в колбе газоразрядной лампы. Для ограничения тока, проходящего через электроды лампы выбран дроссель так как он имеет реактивное сопротивление. Кроме того, любая катушка индуктивности может накапливать энергию.
Для зажигания тлеющего разряда необходим импульс электрического тока, это тоже обеспечивается дросселем.
При подаче питания на схему происходит следующее:
- Ток идет по схеме через каушку, электроды лампы и стартер. Он сравнительно не велик, не более 50 мА.
- В колбе стартера происходит ионизация газа, температура растет.
- Биметаллические контакты замыкаются, сила тока возрастает до 600 мА. Дальнейший ток ограничивается дросселем
- Этого тока вполне достаточно для разогрева электродов лампы EL
- В лампе EL1 начинает протекать тлеющий разряд, образуется ультрафиолетовое излучение.
- Люминофорное покрытие под действием образовавшегося ультрафиолета начинает испускать свет с видимой длиной волны.
Важно помнить, что параметры лампы и дросселя коррелируют. Обычно самостоятельное изготовление дросселя лишено смысла. Сейчас на рынке очень много различной пуско-регулирующей аппаратуры. Дополнительно дроссель снижает помехи и сглаживает пульсации.
Классификация и разновидности дросселей.
В разных схемах дроссели могут выполнять разные функции. Допустим в схеме осветителя на люминесцентной лампе у него одни задачи, в электронике при помощи катушки можно, допустим, произвести развязку разночастотных электронных схем, или использовать в LC-фильтре. Это и определяет классификацию.
Вид дросселя зависит от его назначения в каждой конкретной схеме. Это могут быть фильтрующие, сглаживающие, сетевые, моторные, особого назначения. В любом случае, их объединяет общее свойство: высокое сопротивление по переменному току и низкое – по постоянному. Этим можно добиться снижения электромагнитных помех и наводок. В однофазных цепях катушку индуктивности можно применить в качестве ограничителя (предохранителя) от бросков напряжения. Функцию сглаживания дроссель выполняет в фильтрах выпрямителей. Обычно применяется LC-фильтр.
Схема подключения дросселя для люминесцентных ламп.
Схема подключения дросселя для люминесцентной лампы
Это простейшая схема для одного источника света. В случае использования двух ламп можно ограничится одним дросселем, но в этом случае, он должен выдерживать суммарную мощность двух ламп.
Схема подключения дросселя для двух люминесцентных ламп
В данной схеме конденсатор С1 желателен, но он не является обязательной частью схемы. Теоретически вместо стартеров можно поставить обычные кнопки без фиксации. После зажигания светильника эти кнопки необходимо отпустить.
Ремонт дросселя.
Неисправность дросселя можно установить с помощью замены стартера и/или люминесцентной лампы на заведомо исправные. Если в этом случае освещения нет, то причина в нем. Неисправность дросселя можно определить и при помощи мультиметра в режиме измерения сопротивления. Работоспособный электромагнитный дроссель имеет сопротивление около 60 Ом. Допустимое отклонение составляет около 10 процентов. Если сопротивление мало, то это указывает на межвитковое замыкание. Это случается на дросселе, который достаточно долго эксплуатируется. Причина заключается в отслоении лакокрасочной изоляции и замыкании витков. Бесконечное сопротивление указывает (либо вообще нет прозвонки) на обрыв, отсутствие контакта. Скорее всего он просто сгорел, так был скачок напряжения.
Ремонт дросселя для люминесцентной лампы заключается в разборке: снятии кожуха при его присутствии, разборке пластин сердечника и перемотке катушки. Однако, это нецелесообразный процесс в следствие его трудоемкости и низкой цены нового. Его проще заменить на заведомо исправный. При замене необходимо соблюсти мощностные параметры.
Выводы.
Хоть схема и имеет полувековую историю, она до сих пор остается актуальной. ПРА необходим для работы люминесцентной лампы. Все компоненты производятся и стоят недорого. К достоинствам этой схемы можно отнести ее простоту и доступность компонентов. Обычно дроссель является самым долгоживущим компонентом схемы.
Из минусов отмечено, что при использовании классической схемы при включении освещения несколько секунд наблюдается мерцание. Это плохо отражается на сроке полезной эксплуатации самого источника света. Т.е. Лампа проработает меньше в такое схеме, чем при использовании электронного пускателя.
В плане экономической целесообразности, при частом включении и выключении света использовать такую элементную базу не выгодно, проще приобрести электронный пускатель, хоть его покупка и обойдется дороже, но это будут одномоментные затраты.
Вся планета давно уже обеспокоена вопросом экономии электроэнергии. Обычные лампы накаливания уже можно признать морально устаревшими. Низкий КПД, а об энергосбережении вопрос можно и не поднимать. При их работе экономии электроэнергии просто не существует. Поэтому одним из вариантом будут газоразрядные излучатели. Они созданы в России под руководством С.И. Вавилова в 1936 году.
Лампы люминесцентные (газоразрядные) — это колба с парой электродов. Им можно придать любую форму. При подаче напряжения между электродами начинается эмиссия электронов (тлеющий разряд), создающая излучение света. Свет этот мы не можем видеть. Спектр в ультрафиолетовом диапазоне. Чтобы мы могли получить видимый свет (длина волны должна быть в пределах видимого нами спектра) внутреннюю поверхность колбы покрывается веществом, которое может излучать видимый свет – люминофором. При разряде люминофор начинает светиться. Герметичная колба заполнена инертным газом и парами ртути. Ее наличие необходимо для тлеющего разряда. Жидкий металл его усиливает. Инертный газ безвреден для человека, так как он не вступает ни в какие химические реакции. Но, ртуть – метал опасный для человека. Поэтому возникают проблемы утилизации и вопросы о том, как избежать ртутного заражения.
Принцип работы источника дневного света
Принцип работы и устойство ламп
Показатели спектральной цветопередачи существенно выше, чем у раскаленной вольфрамовой нити. Их свет дает натуральные оттенки, для глаз такое освещение более полезно, а глаза устают меньше.
Условно выделено три типа газоразрядных источников света – низкого (не более 0,01 МПа), высокого (0,1 МПа до 1 МПа) и сверхвысокого давления (более 1МПа). Они имеют значительные различия в конструкции.
Устройство люминесцентной лампы
При подаче напряжения электроды (катоды) разогреваются, между ними возникает тлеющий разряд, который вызывает свечение люминофорного покрытия.
Для создание ультрафиолетового излучения применяется газоразрядные источники . Их отличие состоит лишь в том, что применяется кварцевое стекло для изготовления колбы. Люминофорное покрытие отсутствует.
Обычное стекло его не пропускает. Такие приборы применяются часто в соляриях и для обеззараживания помещений.
Как подключить люминесцентную лампу
Классическая схема подключения одной ЛЛ
В традиционной схеме всего три элемента:
- Сам люминесцентный источник света,
- Стартер,
- Дроссель.
Дроссель представляет собой обычную катушку индуктивности с наборным сердечником из пластин. Стартер – устройство, состоящее из малогабаритной неоновой лампы и конденсатора. Внутри ее колбы находятся подвижные биметаллические контакты. В момент подачи напряжения между биметаллическими контактами стартера возникает разряд, его электроды изменяют свою геометрию и замыкают цепь. Дроссель играет роль балласта. Электроды источника света прогреваются, стартер отключается, возникает тлеющий разряд, вызывающий свечение люминофора, нанесенного на внутреннюю сторону колбы. Согласно ГОСТам, схема должна включиться в течение максимум 10 секунд.
Для включения двух ламп не нужно дублировать схему. Можно использовать только один дроссель.
Схема подключения двух люминесцентных ламп (ЛЛ)
Обе этих схемы можно дополнить конденсатором, включенным параллельно к источнику питания. Это улучшит режим. В первой схеме параметры мощности источника света, дросселя, стартера должны совпадать. Во второй схеме параметры дросселя должны быть равны сумме мощностей двух ламп, а параметры стартеров должны соответствовать мощности каждой из ламп.
Выбор конденсатора осуществляется исходя из номинала мощности ЛЛ. Конденсатор в таком источнике света служит для компенсации реактивной мощности, и при отсутствии её учёта как бы не обязателен. Есть — хорошо, нет — ничего страшного. Не редко, при перепадах напряжения или некачественном конденсаторе происходит его возгорание.
Люминесцентные лампы (ЛЛ)
Мощность лампы, Вт
Параллельно включенный конденсатор 250 В, мкФ
Существует и так называемая схема холодного старта. Она позволяет запустить даже лампу со сгоревшими электродами. Кроме того, схема с умножителем напряжения увеличивает период эксплуатации источника света.
Принципиальная схема питания лампы постоянным током
Этот вариант несколько сложнее и применяется при мощностях не более 40 Вт. Здесь лампа питается постоянным током и включение происходит практически мгновенно, так как выпрямленное напряжение суммируется. Довольно быстро ртуть будет скапливаться в районе одного из электродов, при этом яркость падает. В этом случае достаточно поменять полярность. Конденсаторы С1 и С2 должны иметь напряжение порядка 900 В. А С3 и С4 – от 1000 В. Обычно применяют слюдяные конденсаторы. На электроды прикладывается напряжение порядка 900 Вольт. Со временем люминофор конечно же выгорит, и лампа будет подлежать замене и утилизации. Эта хороша тем, что позволят применять лампы с электродами, находящимися в обрыве.
Существуют и полностью готовые решения – ЭПРА. Это полностью полупроводниковое устройство, которое пришло на смену электромагнитной классике.
Внешний вид ЭПРА
Собрать готовый светильник с ним очень просто.
На входные клеммы устройства подается напряжение питания. Выходные клеммы предназначены для непосредственного подключения лампы.
- Простота подключения.
- Повышает срок эксплуатации лампы.
- Снижает время включения лампы.
- Отсутствует мерцание при запуске.
- Долговечность.
Осветители на лампах высокого давления имеют такую схему.
Схема питания ДРЛ
Дроссель выполняет роль балластного устройства. Предохранитель защищает лампу и дроссель от скачка напряжения.
Как проверить люминесцентную лампу
Неисправности могут визуально проявляться таким образом.
- Лампа не зажигается совсем.
- Наблюдается мерцание при работе.
- Мерцание перед выходом на рабочий режим.
- Гудение.
- Мерцание при горении.
Во время эксплуатации газоразрядные лампы могу потерять работоспособность. При сборке осветительного прибора на основе люминесцентных ламп иногда источник света желательно проверить до установки.
Первоначально требуется провести осмотр на наличие повреждений. Если колба имеет повреждения, то использовать такую лампу нельзя. То же самое касается и сеточки трещин. Такая колба во время работы однозначно разрушится, а ртуть может привести к заражению помещения.
Вторым моментом следует осмотреть колбу в районе расположения электродов, там не должно быть потемнений на внутренней стороне.
Обратимся к устройству самой лампы. С двух сторон у нее размещены электроды, они делаются из вольфрама, так как это тугоплавкий металл. Для увеличения срока службы эти электроды покрываются щелочным соединением. Это способствует облегчению зажигания тлеющего разряда и защищает электроды. Часты включения и выключения влекут за собой частое нагревание и остывание защитного покрытия. Таким образом со временем оно просто отслаивается, образуются незащищенные участки на вольфрамовом электроде. В момент запуска вольфрамовая нить разогревается неравномерно. Открытые участки разогреваются сильнее происходит сначала точечное выгорание, со временем произойдёт разрушение электрода. О начале выгорания и свидетельствует такое потемнение. Это — щелочные соединения, которые осаждаются на люминофорном слое. Но даже если электрод находится в обрыве, а колба лампы цела и люминофор не обсыпался, то лампу еще возможно какое-то время использовать. При этом применяется схема умножителя.
Если на контактах электродной нити, либо по краям самой газоразрядной лампы видно оранжевое свечение, при этом освещение не включается, то это говорит о разгерметизации колбы, внутри уже присутствует воздух.
Довольно часто причина отсутствия освещения банальна: отсутствие контакта. Дело в том, что контактные пластины и контактные штырьки для подключения электродов окисляются. Иногда они могут просто быть ослаблены. Восстанавливается это достаточно быстро, их следует почистить при помощи мелкозернистой наждачки, либо жидкости на основе спирта. Отлично подходит для этих целей изопропиловый спирт (он же изопропанол). Также не произойдет розжига при низких температурах (менее минус 50 градусов Цельсия) и при скачках напряжения свыше семи процентов.
Целостность электродов можно проверить еще и мультиметром. Режим прозвонки (значок диода на приборе). В случае целостности контактов, Вы услышите писк, как при замыкании щупов. Можно воспользоваться режимом омметра, прибор должен показать сопротивление 3-16 Ом. В случае индикации бесконечного сопротивления электрод находится в обрыве и в традиционных схемах (также как и с ЭПРА) использование принципиально невозможно.
Типы цоколей ламп дневного света
Вне зависимости от конструкции лампы, она в любом случае будет оборудована цокольными элементами. Это обязательный элемент. Они служат для подключения и подачи электрического тока на электроды осветительного прибора. Цоколь предназначен для надежного крепления и обеспечения контакта. При покупке обязательно надо обратить внимание на тип цоколя, в противном случае просто не удастся установить лампу. Цоколь и патрон обязательно должны взаимно соответствовать.
Классифицировать их можно на две большие категории: резьбовые и штыревые. В последнее время резьбовые имеют более широкое распространение. Их можно назвать классикой. В быту они используются без каких-либо переделок патрона, т.е. люминесцентную лампу с цоколем Е14 и Е27 можно применить вместо обычных ламп накаливания. Основными техническими показателями являются диаметр и расстояние между витками.
Штыревые цоколи люминесцентных ламп расположены как правило у торцов источника света. Это могут быть и прямые, и U-образные лампы.
Маркировка и технические характеристики
Напряжение в сети питания переменного тока в разных странах различается. К примеру, в странах бывшего СССР принято значение 220 Вольт, в США, Японии и других странах – 110 Вольт.
Е14 – самый маленький из упомянутых. Обычно для небольших лампочек в виде свечи. Может применяться для подсветки и маленьких светильников.
Е27 – основной для нашей страны. Сейчас он применяется и для ламп накаливания, энергосберегающих и светодиодных.
Е40 – в быту практически не встречаются и предназначены для мощных осветителей. В основном он принят на производственных предприятиях, где света должно быть много. Или, например, уличное освещение.
Есть еще и Е10, но он применяется для низковольтных ламп накаливания, например может применяться в елочных гирляндах. Лампы с таким цоколем не применяются для освещения, только для декоративных целей.
На лампах со штыревым цоколем маркировка в обязательном порядке содержит латинскую букву G. После идут цифры, которые означают дистанцию между центрами штырьков в миллиметрах. Перед цифрами может дополнительно размещаться одна из букв U, X, Y, Z.
Жизнь современного человека немыслима без электрического освещения. В качестве источников искусственного света применяются различные светильники, основные среди которых - лампы накаливания, лампы дневного света и светодиодные лампы. Каждый из таких источников имеет свой перечень достоинств и недостатков и, соответственно, свою фокусную область применения.
Люминесцентные лампы дополнительно делят на устройства высокого и низкого давления. Последние из них по состоянию на сегодняшний день занимают доминирующее положение в системах освещения общественных зданий. Этому способствует, в первую очередь, существенно большей светоотдачи, рассеянный характер генерируемого излучения и близость его спектрального состава к обычному дневному свету.
Необходимость применения стартера для люминесцентной лампы
Принцип действия люминесцентной лампы, как это прямо следует из ее наименования, основан на преобразовании в видимый свет УФ-излучения. Последнее появляется в результате дугового разряда в газовой среде из ртутных паров в смеси с аргоном или иным инертным газом. Источником электронов, под действием которых происходит дуговой разряд, служит катод.
Эффективность его функционирования в момент включения до достижения рабочей температуры невысока. Ускорить выход на рабочий режим можно резким увеличением тока до т.н. пускового. Элементом, который автоматически управляет этим процессом, служит стартер (другое широко распространенное наименование этого элемента – пускатель).
Устройство и функционирование стартера
Стартер может иметь несколько вариантов исполнения. Наибольшее распространение получили стартеры с биметаллическим подвижным электродом изгибного типа. Стартер конструктивно выполнен в виде малогабаритной лампы тлеющего разряда, стеклянная колба которой защищена от механических повреждений алюминиевым или пластиковым защитным кожухом. Для подключения использованы хорошо видные на рисунке 1 цилиндрические контакты.
Стартер рассчитывают на номинальное сетевое напряжение 220 В (популярность 127-вольтовых стартеров сошла на нет после повсеместного перевода отечественных бытовых сетей на 220 В). Схемно его включают последовательно с катодом и анодом лампы, электрически он оказывается включенным параллельно лампе, рисунок 2.
В момент запуска начинает разогреваться подвижный биметаллический электрод стартера. В результате он изгибается и входит в контакт с неподвижным электродом. Сопротивление цепи резко падает и ток через анод и катод люминесцентной лампы увеличивается скачком, что способствует ее зажиганию.
Конструктивные параметры стартера подобраны таким образом, чтобы сопротивление люминесцентной лампы в зажженном состоянии было ниже сопротивления стартера. Это приводит к уменьшению тока через цепь запуска, биметаллический контакт остывает и отходит от неподвижного, что означает завершение цикла запуска.
В тех случаях, когда лампа не может запуститься при первом токовом скачке, процесс срабатывания стартера повторяется. Обычно разработчик подбирает параметры этого элемента таким образом, чтобы запуск лампы происходил при однократном срабатывании. Нарушение этого условия обычно приводит к сокращению срока службы светильника.
В некоторых случаях допустимо включать электролюминесцентные лампы последовательно, что показано на рисунке 3. В этом случае каждая лампа все равно снабжается индивидуальным стартером.
Дополнительные элементы стартера
Стартер блокируют конденсатором (элемент С2 на рисунке 2), который включен параллельно его контактам. Наличие конденсатора обеспечивает увеличение длительности токового импульса в момент срабатывания контактов, что снижает электромагнитные помехи и подавляет процессы деградации контактов. Одновременно с этим уменьшается амплитуда импульса, что защищает контакты от спаивания.
Для уменьшения тока в цепи последовательно с соединенными параллельно лампой и стартером включают дроссель. Вне зависимости от количества ламп в цепи в ней всегда устанавливается один дроссель, рисунок 3.
Читайте также: