Что такое электронный балласт для люминесцентных ламп и его виды

Принцип работы и устройство ЛЛ

Люминесцентный прибор представляет собой газозарядный источник света, где в ртутных парах электрический разряд создает интенсивное ультрафиолетовое излучение.

Компактные модули люминесцентного типа имеют стандартный цоколь, благодаря которому становятся удобной заменой ярких, но более энергозатратных ламп накаливания.

Как работает люминесцентная лампочка?

В видимый человеческому глазу свет его преображает специальный состав под названием люминофор, состоящий из галофосфата кальция, смешанного с дополнительными элементами.

После подключения к центральной электросети люминесцентной лампы, внутри стеклянной колбы требуется поддерживать так называемый тлеющий разряд.

Он дает возможность обеспечить свечение люминофорного слоя в постоянном режиме и даже в период кратковременного отключения центрального электропитания.

Раньше классическая лампа люминесцентного типа имела вид запаянной с двух сторон трубки, внутри которой находятся пары ртути. Сейчас приборы выпускаются в более разнообразных формах и конфигурациях

Конструкционные особенности прибора

Традиционная лампа люминесцентного типа — это стеклянный цилиндр с внешним диаметром 12, 16, 26 и 38 мм, обычно представленный как:

• прямая удлиненная трубка;
• изогнутый U-образный модуль;
• кольцо;
• сложная фигура.

В торцевые края герметично впаяны ножки. На их внутренней стороне размещены вольфрамовые электроды, конструктивно напоминающие биспиральные тела накала, встроенные в лампочки «Ильича».

В отдельных типах люминесцентных ламп используются более прогрессивные триспирали, представляющие собой закрученную биспираль. Оснащенные ими приборы имеют повышенный уровень КПД и более низкий порог теплопотери, существенно поднимающие общую эффективность светопотока

С наружной части электродные элементы подпаяны к металлическим штырькам металлического цоколя, на которые подается рабочее напряжение.

U-подобные и прямые приборы обычно оснащены цоколями G5 и G13, где буквенная кодировка означает штырьковый тип цокольного элемента, а цифровая показывает, на каком расстоянии друг от друга располагаются рабочие элементы.

Электропроводная среда, располагающаяся внутри стеклянной колбы, обладает отрицательным сопротивлением. Когда между двумя противоположными электродами возникает рост тока, требующий ограничения, оно проявляется и снижает рабочее напряжение.

В схему цепи включения обычной люминесцентной лампочки входит дроссель или балластник. Он отвечает за создание высокоуровневого импульсного напряжения, необходимого для корректной активации лампы.

Рисунок показывает внутреннее обустройство лампы люминесцентного типа и наглядно объясняет базовый принцип работы ее основных составных элементов

Помимо этой детали, ЭмПРА комплектуется стартером. Он представляет собой элемент тлеющего разряда, внутри которого располагаются два электрода, окруженные средой инертного газа.

Один из них состоит из биметаллической пластины. В спящем режиме оба электрода находятся в разомкнутом состоянии.

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.

На железной дороге

В железнодорожном путевом хозяйстве речь идет о минеральном сыпучем материале, который используется для сооружения верхней части путевого строения, так называемой балластной призмы.

Примеры употребления:

• Балласт служит для заполнения пространства, находящегося между такими компонентами, как постель шпал, прочие рельсовые опоры и основная площадка земляного полотна, а еще в шпальных ящиках и за торцами шпал.
• Балласт, являясь одним из самых важных элементов верхнего строения пути, служит для обеспечения его вертикальной и горизонтальной устойчивости, сопротивляясь воздействию изменяющихся температур и поездных нагрузок.

Схема включения люминисцентной лампы со стартером (preheat start)

Традиционная схема, используемая очень давно, в случае
когда напряжение сети достаточно для зажигания лампы. В ней используется балласт,
представляющий собой большое индуктивное сопротивление — дроссель, и стартер —
маленькая неоновая лампа, служащая для предварительного подогрева электродов лампы.
Параллельно неоновой лампе в стартере стоит конденсатор для уменьшения радиопомех.
Также в схему может включатся и конденсатор для улучшения коэффициента мощности.

Определить параметры индуктивного балласта можно очень
несложно пользуясь правилами расчета цепей перменного тока. Для примера рассмотрим
лампу мощностью 40Вт (F40T12) длиной 48″ (122 см), включенную в сеть напряжением
230В

Рабочий ток лампы составляет около 0.43A. Коэффициент
мощности лампы равен примерно 0.9 (в принципе, можно считать лампу активной нагрузкой).
Напряжение на лампе равно: 40Вт/(0.43А*0.9)=102В. Активная составляющая напряжения
равна: 102В*0.9=92В, реактивная равна 102В*sqrt(1-0.9^2)=44В.
Потери мощности в балласте составляют 9-10Вт. Отсюда, суммарный коэффициент мощности
равен: (40Вт+10Вт)/(230В*0.43A)=0.51 (сюда явно просится корректирующий конденсатор).
Активная составляющая падения напряжения на балласте равна: 230В*0.51-102В=15В,
реактивная составляющая 230В*sqrt(1-0.51^2)-44В=154В. Активное сопротивление балласта
равно 15В/0.43А=35 Ом, реактивное 154В/0.43=358 Ом. Индуктивность балласта на
частоте 50Гц равна 358/(2*31.4*50)=1.1Гн

Аналогичный расчет для лампы мощностью 30Вт (F30T12) длиной
36″ (91 см), у которой рабочий ток 0.37А, дает параметры балласта — активное
сопротивление равно 59 Ом, реактивное 450 Ом. Суммарный коэффициент мощности равен
0.45. Индуктивность балласта 1.4Гн

Отсюда, вообщем-то понятно, что произойдет если использовать
балласт для 40Вт лампы в схеме с 30Вт лампой — ток будет превышать номинальное
значение, что приведет к более быстрому выходу лампы из строя. И наоборот, использование
балласта от менее мощной лампы в схеме с более мощной лампой приведет к ограничению
тока и пониженной светоотдачей.

Для улучшения коэффициента мощности можно использовать
конденсатор. Например, в первом примере, для лампы 40Вт, конденсатор, включенный
параллельно, рассчитывается следующим образом. Ток через конденсатор 0.43А*sqrt(1-0.51^2)=0.37A,
реактивное сопротивление конденсатора равно 230В/0.37А=622Ом, емкость для сети
50Гц равняется: 1/(2*3.14*50*622)=5.1мкФ. Конденсатор должен быть на 250В. Его
можно включить и последовательно (рассчитывается аналогично), но при этом надо
использовать конденсатор на 450В.

Классическая схема c использованием электромагнитного балласта

Совокупность дросселя и стартера также называют электромагнитным балластом. Схематически такой вид подключения можно представить в виде нижерасположенного рисунка.

Для увеличения коэффициента полезного действия,a также уменьшения реактивных нагрузок в схему вводятся два конденсатора – они обозначены С1 и С2.

• Обозначение LL1- дроссель, иногда его называют балластником.
• Обозначение Е1 – стартер, как правило он представляет собой небольшую лампочку тлеющего разряда c одним подвижным биметаллическим электродом.

Изначально, до подачи тока эти контакты разомкнуты, поэтому ток в схеме напрямую на лампочку не подается, а нагревает биметаллическую пластину, которая нагреваясь выгибается и замыкает контакт. В результате возрастает ток, нагревающий нити нагрева в люминесцентной лампе, а самом стартере ток уменьшается и электроды размыкаются. В балласте начинается процесс самоиндукции, приводящий к созданию высокого импульса напряжения, обеспечивающего образование заряженных частиц, которые взаимодействуя с люминофором покрытия, обеспечивают возникновение светового излучения.

Такие схемы с использованием балласта имеют ряд достоинств:

• небольшая стоимость требуемого оборудования;
• простота в использовании.

К недостаткам таких схем можно отнести:

• «мерцающий» характер светового излучения;
• значительный вес и крупные габариты дросселя;
• долгое зажигание люминесцентной лампы;
• гудение работающего дросселя;
• почти 15% потерь энергии.
• невозможно использовать совместно с устройствами, которые плавно регулируют яркость освещения;
• на холоде включение значительно замедляется.

Дроссель выбирают строго в соответствии c инструкцией к конкретному виду люминесцентных ламп. Это обеспечит полноценное выполнение им своих функций:

• ограничивать в требуемых значениях величину тока при замыкании электродов;
• генерировать достаточное для пробоя газовой среды в колбе лампы напряжение;
• обеспечивать поддержку горения разряда на стабильном постоянном уровне.

Несоответствие выбора приведет к преждевременному износу ламп. Как правило, дроссели имеют ту же мощность, что и лампа.

Среди наиболее распространенных неисправностей светильников, в которых используют люминесцентные лампы, можно выделить такие:

• отказ дроселля, внешне это появляется в почернении обмотки, в оплавлении контактов: проверить его работоспособность можно самостоятельно, для этого понадобится омметр – сопротивление исправного балласта составляет порядка сорока Ом, если омметр показывает менее тридцати Ом – дроссель подлежит замене;
• отказ стартера – в этом случае лампа начинает светиться только по краям, начинается мигание, иногда лампочка стартера светится, нол сам светильник не зажигается, устранить неисправность можно только заменой стартера;
• иногда все детали схемы исправны, но светильник не включается, как правило, причиной является потеря контактов в ламподержателях: в некачественных светильниках они изготавливаются из некачественных материалов и поэтому плавятся – устранить такую неисправность можно только заменой гнезд ламподержателей;
• лампа мигает по типу стробоскопа, по краям колбы наблюдается почернение, свечение очень слабое – устранение неисправности замена лампы.

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.

Схема принципиальная

Это большая часть данного ЭПРА, дроссель и конденсатор у китайцев сюда не вошли.

Собственно добросовестно срисованная с печатной платы схема. Номинал электронных компонентов, позволяющих это сделать, определялся не только «по внешнему виду», но и при помощи замеров, с предварительным выпаиванием компонентов из платы. На схеме номинал резисторов указан в соответствии с цветовой маркировкой. Только в отношении дросселя позволил себе не разматывать имеющийся для определения количества витков, а замерил сопротивление намотанного провода (1,5 Ом при диаметре 0,4 мм) — сработало.

Первая сборка на монтажной плате. Номиналы компонентов подбирал скрупулёзно, невзирая на габариты и количество, и был вознаграждён — лампочка зажглась с первого раза. Ферритовое кольцо (10 х 6 х 4,5 мм) от энергосберегающей лампочки, его магнитная проницаемость неизвестна, диаметр провода катушек на него намотанных 0,3 мм (без изоляции). Первый пуск в обязательнейшем порядке через лампочку накаливания в 25 Вт. Если она горит а люминесцентная первоначально мигает и тухнет — увеличивайте (постепенно) номинал С4, когда всё заработало и ничего подозрительного обнаружено не было, и убрал лампу накаливания, то уменьшил его номинал до первоначального значения.

В какой-то мере ориентируясь на печатную плату первоисточника, нарисовал печатку под имеющийся подходящий корпус и электронные компоненты.

Протравил платку и собрал схему. Уже предвкушал момент, когда буду доволен собой и рад бытию. Но, схема, собранная на печатной плате отказалась работать. Пришлось вникать и заниматься подбором резисторов и конденсаторов. На момент установки ЭПРА по месту эксплуатации С4 имел ёмкость 3n5, С5 — 7n5, R4 сопротивление 6 Ом, R5 — 8 Ом, R7 — 13 Ом.

Светильник «вписался» не только в дизайн, лампа, поднятая до упора вверх, дала возможность комфортно пользоваться полочкой внутри ниши секретера. Уют в «помещении» наводил Babay.

Как работает ЛЛ с электромагнитным балластом?

Схема подключения балластника к ЛЛ

Обратите внимание на эту схему подключения. Маркировка LL1 – это балластник. Внутри ламп дневного света находится газовая среда

С увеличением тока напряжение между электродами в лампе постепенно падает, а сопротивление отрицательное. Балласт используется как раз для того, чтобы ограничивать ток, а также создает повышенное кратковременное напряжение зажигания ламп, так как в обычной сети его не хватает. Этот элемент еще называют дросселем

Внутри ламп дневного света находится газовая среда. С увеличением тока напряжение между электродами в лампе постепенно падает, а сопротивление отрицательное. Балласт используется как раз для того, чтобы ограничивать ток, а также создает повышенное кратковременное напряжение зажигания ламп, так как в обычной сети его не хватает. Этот элемент еще называют дросселем.

В подобном устройстве используется стартер – небольшая лампа тлеющего разряда (Е1). В ней находятся два электрода. Один из них – биметаллический (подвижный).

В исходном положении они разомкнуты. Замыкая контакт SA1 и подавая напряжение на схему, ток сначала не проходит через источник освещения, а вот в стартере между двумя электродами появляется тлеющий разряд. Происходит нагрев электродов, и биметаллическая пластина в результате выгибается, замыкая контакт. Проходящий через балласт ток возрастает, нагревая электроды люминесцентной лампы.

Далее электроды в стартере размыкаются. Возникает процесс самоиндукции. Дроссель создает высокий импульс напряжения, который и зажигает ЛЛ. Через нее проходит номинальный ток, но затем он падает в два раза из-за снижения напряжения на дросселе. Электроды стартера остаются в разомкнутом положении до того, пока горит лампочка. А конденсаторы С2 и С1 увеличивают КПД и уменьшают реактивные нагрузки.

Подключение люминесцентных ламп

Плюсы классического электромагнитного балласта:

• низкая стоимость;
• простота в использовании.

• шум работающего дросселя;
• мерцание ЛЛ;
• долгое зажигание лампы;
• вес и крупные габариты;
• до 15 % потерь энергии из-за опережения переменного напряжения тока по фазе (коэффициент мощности);
• плохое включение в среде с низкой температурой.

На заметку! Проблему энергопотерь можно решить подключением (параллельно сети) конденсатора с емкостью 3-5 мкФ.

Совет! Балласт надо подбирать строго в соответствии с мощностью лампы. В противном случае ваш светильник может сломаться преждевременно.

Подключение

Электронное балластное устройство внешним видом похоже на небольшой блок с клеммами снаружи и печатной платой внутри, от типа которой зависит количество подключаемых источников света.

Принцип самостоятельного подключения одного источника света достаточно прост и не требует особых познаний:

• подключение первого и второго коннектора на выходе балластного устройства к паре контактов на осветительном приборе;
• подключение третьего и четвертого коннектора на выходе балластного устройства к другой паре контактов на осветительном приборе;
• подача электропитания на входе.

Соединение лампы с балластным устройством

Самостоятельное подключение пары источников света осуществляется в соответствии со следующими рекомендациями:

• подсоединение дросселя на разрыв в питающей нити цепи;
• параллельное ведение стартера к электродам.

Соединение электронного балластного устройства, стартерных коннекторов и нитей накала обязательно должно быть последовательным.

Как показывает практика, очень удобным является замена традиционного стартера обычной кнопкой стандартного электрического звонка. При этом нажим на кнопку вызывает подачу напряжения к осветительному прибору.

Ремонт ЭПРА

Если модуль ЭПРА вышел из строя, то для его ремонта потребуются определенные знания электроники и умение пользоваться мультиметром. Если базовых знаний электроники нет, то лучше всего просто произвести замену блока целиком, либо отдать в мастерскую на ремонт. Чтобы рассмотреть подробности ремонта ЭПРА не хватит многотомника.

Поиск неисправности необходимо начинать с осмотра платы. Неисправные электронные элементы имеют характерную черному. Корпуса деталей могут почернеть, а на плате будет заметно темное пятно. Обязательно нужно просмотреть и токоведущие дорожки.

Как и любом ремонте, часто, перегоревший элемент – это не причина, а следствие.

Инструментальную диагностику начинаем с проверки предохранителя. Как правило на плате он обозначается латинской буквой F и цифрой – порядковым номером.

Прозвонка элементов ЭПРА с помощью мультиметра

При ремонте балласта для люминесцентных источников света обратите внимание на электролитические конденсаторы. Если конденсатор деформирован – вздулся, он подлежит замене

Здесь важно использовать конденсатор с напряжением не ниже того, который был установлен. Больше – можно, меньше – нет

Емкость не желательно менять. Обязательно соблюсти полярность. Неправильная полярность – основная причина взрыва конденсатора.

Далее стоит произвести прозвонку полупроводников. Диоды не должны быть в пробое – при любой полярности щупов мультиметра Вы не должны слышать писк. Тоже касается и униполярных транзисторов. Затвор, исток, сток не должны прозваниваться накоротко в любых позициях.

Большинство мастеров сервисных центров предпочитают не браться за ремонт схемы пускателя. Да и потребителю могут выставить счет на сумму большую, чем стоит новый аппарат. Мастера считают, что при выходе более одного компонента на плате, ремонт считается экономически нецелесообразным.

Электронные балласты

Эти балласты бывают как низкочастотными, так и высокочастотными. Низкочастотные
питают лампу с частой сети, например гибридные балласты (hybrid), которые представлют
собой бесстартерный балласт (), в котором
добавлена электронная схема, отключающая вторичную цепь подогрева электродов после
зажигания лампы, что дает некоторое повышении эффективности балласта.

Высокочастотные электронные балласты подают напряжение
на лампу с частотой около 20000Гц и выше (не надо их путать с высокочастотными
индукционными лампами, которые работают на мегагерцовом диапазоне). Такие балласты
представляют собой выпрямитель и транзиторный (или тиристорный) прерыватель. Балласт
имеет много преимуществ по сравнению с магнитным:

Повышается эффективность лампы. увеличвается на 20-30%, т.е. лампа производит больше света
Уменьшены потери в балласте в несколько раз – отсутвует огромный кусок железа

Соответсвенно, ументшается расход энергии и уменьшается температура, что важно
для работы лампы.
Балласт становится компактным, что важно при размещении его в тесном месте.
Балласт не производит шум в звуковом диапазоне.
Уменьшаются пульсации лампы
Многие балласты допускают возможность изменения светового потока лампы (dimming)

Электронный балласт имеет и свои недостатки:

• Относительно высокую стоимость по сравнению с магнитными.
• Некоторые балласты старых конструкций имели небольшую утечку тока на земляной
  провод, что приводило к срабатыванию системы защиты (GFCI).
• Эти балласты (особенно дешевые) могут иметь повышенный . Они могут оказывать
  влияние на работающий рядом радиоприемник (хотя и маловероятно – в радиусе не
  более полуметра)

Однако, при покупке новой системы ламп, особенно ламп, имеет смысл подумать об использовании электронного балласта

 
назад к оглавлению 

Похожие записи:

Последовательность в открытии электричества Установка дин рейки. монтаж электооборудования на din-рейке. что такое дин-рейка в электрике, согласно гост: особенности крепления счетчика и других приборов Повторное заземление вли Как подключить варочную панель к электросети Проверка (прозвонка) светодиода мультиметром Диэлектрики: определения, формулы, примеры