Принцип работы и схемы балласта для люминесцентных ламп

Происхождение

В заключение изучения вопроса о том, что означает слово «балласт», для лучшего понимания стоит рассмотреть его этимологию. По мнению исследователей, оно происходит от северогерманского существительного barlast. Последнее образовалось путем соединения двух слов: прилагательного bar, что значит «голый», и существительного last, обозначающего «груз».

В русском языке слово впервые обнаруживается на страницах изданного Петром Великим в 1720 году Морского устава. Считается, что оно является заимствованным из нидерландского языка, будучи образованным от существительного ballast.

Выбор ЭПРА.

Если Вы решились на модернизацию светильников путем замены дросселя и стартера на современный электронный пускатель для люминесцентных ламп, то первый фактор который нужно учесть, это производитель. От неизвестных марок и подозрительно дешевых устройств лучше отказаться. Но и нельзя сразу сказать, что дешево – это плохо и недолговечно. Информация сегодня открыта вся, желательно ознакомиться и с отзывами по конкретной модели в Интернете. Среди производителей внимания заслуживают:

• Helvar,
• Philips,
• Osram,
• Tridonic

Виды ЭПРА

При выборе важно изучить документацию. Наиболее важны следующие характеристики:

• Тип источника света,
• Мощность источников света,
• Условия и режимы эксплуатации.

У некоторых моделей марок Tridonic, Philips, Helvar  имеется возможность подключения как переменного напряжения (~220), так и постоянного (=220).

Ремонт и замена ЭПРА

Неисправностей светильников два вида: сгоревшая лампа и неисправный блок. Лампочка подлежит замене, а неисправный электронный баластник можно отремонтировать или заменить новым.

Ремонт ЭПРА

Для того чтобы выполнить ремонт люминесцентных светильников и устранение неполадок в ЭПРА, необходимы начальные навыки ремонта электронной аппаратуры:

1. Проверить и заменить предохранитель. В некоторых моделях для этого используется резистор номиналом 1-5 Ом. Вместо него припаивается кусочек тонкой проволоки;
2. Производятся визуальный осмотр и проверка тестером элементов платы;
3. Оценить стоимость неисправных деталей. При условии, что она ниже цены нового ЭПРА, произвести ремонт электронного балласта.

Замена электронного ПРА

Неисправный электронный дроссель меняется на новый. Это может быть готовая плата или схема из сгоревшей энергосберегающей лампочки. Используя такую плату, можно выполнить ремонт светильников с люминесцентными лампами или сделать люминесцентный светильник своими руками.

Принцип работы и запуск компактной люминесцентной лампы аналогичен обычным трубчатым ЛДС. Плата, которая находится внутри неё, без проблем управляет обычной лампой дневного света.

Важно! Мощность энергосберегающей лампы должна быть равна или больше мощности люминесцентного светильника. Как проверить плату КЛЛ:

Как проверить плату КЛЛ:

1. Разобрать пластмассовый корпус. Он состоит из двух половин, соединённых защёлками. В щель просовывается нож и проводится по кругу;
2. На плате находятся четыре штырька с намотанными проволочками, расположенные парами. Это нити накала. Они прозваниваются тестером;
3. Если нити целые, то поломка в плате. Проводки разматываются, и колба отсоединяется для использования с платой от другой КЛЛ;
4. Если одна из нитей накала оборвана, то плата отсоединяется и подключается вместо сгоревшего электронного баластника в люминесцентный светильник. При установке её необходимо изолировать от металлического корпуса и зафиксировать клеевым пистолетом или силиконовым герметиком.

Подключение ЭПРА от КЛЛ к лампе дневного света

Важно! Ремонт люминесцентных ламп выполняется при отключенном напряжении. Использование электронных баластников в люминесцентных лампах увеличивает их срок службы и делает освещение более приятным

Это альтернатива замене таких светильников на КЛЛ

Использование электронных баластников в люминесцентных лампах увеличивает их срок службы и делает освещение более приятным. Это альтернатива замене таких светильников на КЛЛ.

Основные характеристики балластов

Принцип работы люминесцентной лампы

ПРА – пускорегулирующие аппараты – бывают двух типов: электронные и электромагнитные.

Электромагнитные устройства

Агрегат работает благодаря индуктивному сопротивлению дросселя. Его встраивают в схему последовательно лампе.

Для включения осветительного прибора также необходим стартер. Это небольшое устройство, напоминающее лампу, из категории газоразрядных. Внутри него находятся электроды из биметалла.

Стартер подключают к прибору параллельным способом.

При наличии электромагнитного балласта люминесцентная лампа работает по следующей схеме:

1. При поступлении напряжения в стартере появляется разряд. В результате происходит разогрев электродов, вследствие чего они замыкаются.
2. Рабочий ток увеличивается в несколько раз. Этот процесс ограничивает только внутреннее сопротивление дросселя.
3. На фоне роста показателей тока разогреваются электроды лампы.
4. При остывании стартера происходит размыкание цепи.
5. Происходящие процессы приводят к появлению относительно высокого напряжения. В результате происходит «зажигание» источника внутри колбы.

Когда осветительный прибор перейдет в обычный режим работы, его напряжение будет существенно ниже сетевого, чего недостаточно для активации стартера. Поэтому он находится в разомкнутом виде и не влияет на функционирование лампы.

Электронные агрегаты

Электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА) являются своеобразными преобразователями напряжения. В схеме устройств отсутствует стартер. Чтобы понять, что такое ЭПРА для светодиодного или люминесцентного светильника, необходимо разобрать принцип его работы.

Магнитный балласт для компактных ламп (ПРА)

Перед подачей на катоды лампы зажигающего потенциала они подвергаются нагреву. При этом высокая частота напряжения, которое поступает к устройству, увеличивает его КПД и предупреждает мерцание. Также в процесс зажигания может быть задействован колебательная цепь. Она входит в резонанс до того момента, пока в колбе лампы отсутствует разряд. Это приводит к увеличению напряжения и к росту тока, что провоцирует разогрев катодов.

Балласты для компактных ламп

Сравнительно недавно на рынке появились люминесцентные лампы, адаптированные под стандартные плафоны. Это позволяет использовать их в качестве осветительных приборов в помещениях любого назначения без замены светильников.

Балласт компактных ламп размещается внутри патрона. Поэтому их ремонт теоретически возможен, но на практике не осуществляется.

Виды

Сегодня на рынке широко представлены такие виды балластных устройств, как:

• электромагнитные;
• электронные;
• балласты для компактных ламп.

Представленные категории отмечены надёжной работой и обеспечивают длительное функционирование и простоту эксплуатации всех люминесцентных ламп. Все эти приборы имеют идентичный принцип действия, однако отличаются по некоторым пунктам.

Электромагнитные

Данные балласты применимы для ламп, подключенных к электросети при помощи стартера. Первично возникающий разряд интенсивно разогревает и замыкает биметаллические электродные элементы. Происходит резкое увеличение рабочего тока.

Электромагнитный балласт легко узнать по внешнему виду. Конструкция более массивная, по сравнению с электронным прототипом.

При выходе из строя стартера, в схеме электромагнитного балласта, возникает фальстарт. При поступлении питания лампа начинает мигать, впоследствии идёт ровная подача электроэнергии. Эта особенность значительно снижает рабочий ресурс источника освещения.

Электронные

Сегодня применяются магнитные и электронные балластники, которые состоят в первом случае из микросхемы, транзисторов, динисторов и диодов, а во втором – из металлических пластин и медного провода. Посредством стартера лампы запускаются, причем в качестве единой функции этого элемента с балластником в одной схеме организовано явление в электронном варианте детали.

• малый вес и компактность;
• плавное быстрое включение;
• в отличие от электромагнитных конструкций, которым для работы требуется сеть 50 Гц, высокочастотные магнитные аналоги функционируют без шумов от вибрации и мерцания;
• снижены потери на нагревание;
• коэффициенты мощности в электронных схемах достигают 0,95;
• продленный срок эксплуатации и безопасность применения обеспечиваются несколькими видами защиты.

Для компактных люминесцентных ламп

Компактные типы ламп дневного света представлены приборами, аналогичным лампой накаливания типов Е27, Е40 и Е14. В таких схемах электронные балласты встраиваются вовнутрь патрона. В данной конструкции исключён ремонт в случае поломки. Дешевле и практичнее будет приобрести новую лампу.

Что такое

Электронный балласт использует твердотельные электронные схемы, чтобы обеспечить надлежащие пусковые и рабочие электрические условия для питания газоразрядных лампочек. Они часто основаны на топологии SMPS, сначала выпрямляя входную мощность, а затем прерывая ее с высокой частотой. Усовершенствованные ЭБ могут позволить регулировать яркость с помощью широтно-импульсной модуляции или путем изменения частоты на более высокое значение. Балласты, включающие микроконтроллер или цифровые схемы могут предлагать дистанционное управление и мониторинг через сети или простое аналоговое управление с использованием сигнала управления яркостью 0-10 В постоянного тока.

Конструкция ЭБ

Применение электронных балластов для HID освещения становится все более популярным. Большинство ЭБ нового поколения могут работать как с натриевыми (HPS) лампами высокого давления, так и с металлогалогенными устройствами, что снижает затраты систем освещения, которые используют оба типа ламп. Первоначально балласт работает как пускатель для дуги, подавая импульс высокого напряжения, а затем он функционирует как ограничитель/регулятор электрического потока внутри цепи. ЭБ работают намного холоднее и легче, чем их магнитные аналоги.

Схема включения люминисцентной лампы без подогрева электродов (instant start)

Эта схема стала использоваться в последнее время. В ней
зажигаение лампы производится подачей высоковольтного импульса на электроды лампы.
В этой схеме используется специальный балласт. который может быть рассчитан на
несколько ламп.

Отличительной внешней особенностью подобных ламп и балласта
является наличие только одного электрода с каждой стороны лампы, вместо двух.

Достоинством такой схемы включения является меньшее потребление
мощности балластом (1-2 на лампу) по сравнению с другими магнитными балластами,
возможность независимого параллельного включения ламп (обычно в схеме с preheat,
rapid start балластами выход одной лампы из строя приводит к тому, что остальные
перестают гореть), возможностью более удаленной установки балласта от лампы (для
preheat, rapid start обычно длина провода от балласта до лампы не должна превышать
метр, хотя есть и специальные балласты)

Параметры балласта

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 
назад к оглавлению 

Хитрые значки на балласте

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

Разновидности пускорегулирующих устройств

В настоящее время в лампах дневного света используются электромагнитные пускорегулирую-щие устройства – ЭмПРА и более современные – электронные (ЭПРА). Каждый из них выполняет одну и ту же функцию и отличаются лишь конструкцией. Поэтому действие приборов происходит по-разному.

Схема ЭмПРА состоит из дросселя, поддерживающего лампу в рабочем режиме, стартера, производящего пуск и конденсатора, снижающего реактивные потери. Основные детали и дополнительные компоненты соединяются в общий блок, представляющий собой довольно громоздкую конструкцию, оказывающую заметное влияние на массу светильника в целом.

Электромагнитное пускорегулирующее устройство подключается очень просто. Каждая люминесцентная лампа оборудована с торцов четырьмя электродами. Первая пара имеет контакты 1 и 2, а вторая пара – 3 и 4. Подключение стартера выполняется к контактам 1 и 3, обмотка дросселя соединяется с контактом 2, к 4-му контакту подключается один из проводов питания. Другой провод соединяется со второй обмоткой дросселя.

В отличие от электромагнитной аппаратуры, электронная схема является достаточно сложным устройством, с множеством рабочих элементов. Принцип действия ЭПРА остался точно таким же, поскольку конструкция самих ламп не изменилась. Просто сам рабочий процесс выполняется совершенно по-другому. Благодаря легким и компактным деталям, заметно снизился общий вес и размеры прибора.

Подключение устройства осуществляется с помощью специальных контактных колодок, разделенных между собой. К первой группе колодок подключается внешнее питание, а ко второй – сама лампа. Все компоненты ЭПРА располагаются на специальной плате и включают в себя:

• Выпрямитель. Выполняет преобразование постоянного тока в переменный.
• Фильтр, ограничивающий электромагнитные помехи.
• Сглаживающий фильтр, защищающий от скачков и перепадов напряжения.
• Дроссель.
• Корректор коэффициента мощности.
• Инвертор, выполненный по полумостовой схеме.

Как работает люминесцентный светильник

В момент подключения схемы к электрической цепи все напряжение подается на . В нормальном положении электроды находятся в разомкнутом положении. На электродах стартера начинает возникать тлеющий разряд. По цепи проходит ток небольшой величины (30-50 мА).

Этого тока достаточно для нагрева электродов. При достижении определенной температуры они начинают изгибаться и замыкают цепь. После того как контакты замкнуться тлеющий разряд прекращается.

Давайте по ходу рассмотрим из каких основных деталей состоит сам светильник.

При замыкании цепи (через электроды стартера) по ней начинает проходить ток, величина которого в 1,5 раза больше от номинального тока лампы. Величина тока ограничивается сопротивлением дросселя. Электроды лампы и стартера не могут выполнять эту функцию, так как первые имеют недостаточное сопротивление, а вторые находятся в замкнутом положении.

Нагрев электродов до 8000С происходит в течение 1-2 секунд. В результате повышения температуры происходит увеличение электронной эмиссии, что способствует упрощению процесса пробоя газового промежутка. Разряд в электродах стартера отсутствует и они постепенно остывают.

После остывания стартера электроды размыкаются, принимая исходное положение, и разрывают цепь. Разрыв цепи сопровождается появлением в дросселе ЭДС самоиндукции. Ее величина прямо пропорциональна индуктивности дросселя и скорости изменения величины тока при разрыве цепи.

Возникновение ЭДС самоиндукции является причиной создания повышенного напряжение
величиной 800-1000 В, которое в виде импульса подается на лампу. Ее электроды предварительно разогреты и она готова к зажиганию. В этот момент происходит пробой и начинается свечение.

На стартер который подключен параллельно лампе теперь прикладывается напряжение, величина которого в два раза ниже напряжения сети. Оно не способно пробить неоновую лампочку, следовательно, ее зажигание больше не осуществляется. Весь цикл зажигания длится не более 10 секунд.

Как проверить стартер люминесцентной лампы

Данный вопрос очень часто возникает перед специалистами в процессе ремонта люминесцентных светильников. Хоть деталь и мелкая, но способна вызвать серьезные проблемы.

Выявить поломку стартера можно заменой его на исправный, если таковой имеется под рукой. А вот что делать в случаях, когда по близости больше нет светильников, а до ближайшего специализированного магазина не один километр пути? Как проверить стартер люминесцентной лампы
в домашних условиях? Проверить работоспособность данного устройства можно по стандартной схеме.

Последовательно со стартером в сеть подключается обыкновенная лампа с нитью накаливания. Желательно, чтобы ее мощность не превышала 40 Вт.

Собрать такую схему не составит труда. Если стартер находится в исправном состоянии, то лампа будет гореть и периодически на мгновение гаснуть. Этот процесс будет сопровождаться характерными щелчками, которые свидетельствуют о работе контактов. Если лампочка не горит или светится постоянно (без моргания), то можно констатировать поломку стартера.

Таким вот нехитрым способом можно проверить стартер для люминесцентных ламп
. Хотя, по правде сказать, я еще не видел, чтобы на производстве их где либо проверяли. Это наверное связано с их незначительной стоимостью. Обычно бывает как, если лампа не работает или начинает мигать просто меняют стартер на новый, получилось устранить причину хорошо, нет значить проблема в другом.

Почему мигает люминесцентная лампа

Дорогие друзья Вы наверное замечали что светильники с люминесцентными лампами со временем начинают мигать. И связано это не с использованием выключателей с подсветкой которые являются причиной мигания энергосберегающих лампах .

В процессе эксплуатации светильников рабочее напряжение зажигания тлеющего разряда в стартере падает. Это является причиной того, что стартер будет срабатывать даже при горящей лампе. После размыкания электродов свечение восстанавливается. Человеческий глаз воспринимает это как процесс мигания. Подобное явление является причиной порчи лампы и выхода из строя дросселя в результате его перегрева.

Поэтому если вы замечаете постоянное мигание лампы
необходимо заменить стартер на новый
. В 90 % случаев именно он является причиной такого феномена.

При возникновении мигания необходимо как можно раньше произвести замену стартера, так как в таком режиме работы ресурс составляющих светильника уменьшатся и из строя могут выйти уже колба или дроссель.

Люминесцентные лампы сейчас на пике популярности. Их используют в больницах, школах, детских садах и прочих общественных учреждениях. У люминесцентных ламп масса преимуществ перед обычными лампами:

Общий принцип работы элемента

По сути, балласт для люминесцентных ламп представляет собой дроссель. Он регулирует силу подачи тока, ограничивая или разделяя разночастотные электрические сигналы. Ликвидирует пульсации постоянного тока. Происходит нагрев катодов люминесцентных ламп.

Далее, на них производится подача необходимого количества напряжения, которое активирует работу осветительного прибора. Напряжение корректируется с помощью особого регулятора, который впаян в инверторную схему. Именно он отлаживает диапазон напряжений. За счет вышеперечисленных особенностей работы балласта мерцание в источнике света полностью исключается.

В схему встроен и стартер. Его функции – трансляция напряжения и зажигание. При включении лампы, на микросхеме балласта происходит снижение силы тока. Данная особенность позволяет выстроить необходимый режим работы осветительного прибора.

Принцип работы пускателя

Какая бы ни была применена схема для пуска люминесцентной лампы. Общий принцип работы остается неизменным. В принципе, сходные процессы происходят при использовании дросселя и стартера. Всего три фазы:

• Первоначальный прогрев электродов. В электронном баласте это происходит достаточно мягким повышением напряжения на вольфрамовые нити.
• Поджиг. В этот момент схема подает высоковольтный импульс (обычно около полутора киловольт). Этого достаточно для электрического пробоя газа и паров ртути. Напряжение поджига у люминесцентных ламп существенно выше напряжения горения.
• Горение. После высоковольтного импульса схема снижает напряжение до необходимого для поддержания тлеющего разряда. Частота переменного тока на электродах может достигать 38 кГц в зависимости от схемы.

В ЭПРА поджигающей импульс обеспечивается электронной схемой. В классической схеме – за счет энергии, накопленной дросселем. Прогрев электродов также обеспечивает ЭПРА. При стартерной схеме включения, электроды прогреваются в момент замыкания контактов стартера. Его можно заменить кнопкой без фиксации.