Дроссель для люминесцентных ламп: зачем нужен, принцип работы

Согласитесь: лишние приборы, без которых вполне может работать система освещения, покупать и устанавливать ни к чему. К таким устройствам, вызывающим сомнение, относится дроссель для люминесцентных ламп. Вы не знаете, нужен ли он в схеме подключения или без него можно обойтись?

Мы поможем вам разобраться с возникшим вопросом. В статье подробно рассмотрены особенности, назначение дросселя и выполняемые им функции. Приведены фото и схема подключения, которая поможет самостоятельно собрать люминесцентный светильник и выполнить его запуск, правильно подключив все компоненты в электроцепь.

В помощь домашнему мастеру мы подобрали ряд видеороликов, содержащих рекомендации по подключению люминесцентных лампочек, а также по выбору нужного дросселя в зависимости от типа лампы.

Принцип работы

В классическом виде ЛЛ (люминесцентная лампа) представляет собой стеклянную трубку с нанесенным на ее внутреннюю поверхность люминофором. Внутри трубки при пониженном давлении помещают инертный газ, смешанный с парами ртути. На концах изделия впаиваются электроды (катоды) из вольфрама.

Принцип работы и строения люминесцентной лампы

В рабочем состоянии после пробоя газа высоким напряжением через лампу протекает ток, в результате воздействия которого появляется невидимое для человеческого глаза УФ излучение. Под воздействием этого излучения люминофор генерирует световой поток в видимом диапазоне, цветовые оттенки которого может меняться в зависимости от типа люминофора.

Ток при газовом разряде меняется лавинообразно и для его ограничения используется последовательно включенная нагрузка.

Примечание! Для запуска и поддержания рабочего режима ЛЛ используется специальная пускорегулирующая аппаратура (ПРА). Такая аппаратура часто называется балластом.

Основные функции

Люминесцентные источники света не представляется возможным напрямую включить в электрическую сеть. На это имеются следующие причины:

• чтобы создать стойкий разряд в лампе люминесцентного типа, необходимо предварительно разогреть ее электроды и подать на них стартовый импульс;
• поскольку источники света газоразрядного типа обладают отрицательным дифференциальным сопротивлением, для них характерно после выхода в рабочий режим возрастание силы тока. Его необходимо ограничивать, чтобы не допустить выхода источника света из строя.

Исходя из описанных выше причин, необходимо использовать ПРА.

ПРА электромагнитного типа

ПРА электромагнитного типа

Электрическая схема питания ЛЛ с использованием обычной ПРА приведена на рис. 1.

Рис.1. Электрическая схема питания ЛЛ с использованием обычной ПРА

Стартер представляет собой устройство, предназначенное для кратковременного автоматического включения и выключения электроцепи.

Существуют различные конструкции стартеров – тлеющего разряда, тепловые, электронные, электромагнитные. Наиболее распространенными являются стартеры тлеющего разряда, в которых используются биметаллические пластины.

Рис.2. Стартер для запуска люминесцентных ламп

Такие пластины при возникновении в стартере тлеющего разряда нагреваются и замыкают цепь. После замыкания разряд прекращается, электроды остывают и размыкаются. Параметры стартера выбираются таким образом, чтобы напряжение тлеющего разряда было выше рабочего напряжения ЛЛ и ниже минимального сетевого напряжения.

Цены на стартер для люминесцентных ламп

Цены на стартер для люминесцентных ламп

Дроссель представляет собой обычную катушку индуктивности, намотанную на сердечник. Для предотвращения появления в сердечнике вихревых токов он собран из отдельных тонких пластин. Допустимая мощность дросселя должна соответствовать мощности ЛЛ. В противном случае лампа не включится.

Рис.3. Дроссель для люминесцентных ламп

При кратковременном замыкании стартера через электроды ЛЛ проходит большой ток, нагревающий нити этих электродов. и вызывающий термоэлектронную эмиссию. В результате этой эмиссии около электродов образуются электронные облачка, способствующие пробою и появлению разряда.

При размыкании контактов стартера согласно явлению самоиндукции в цепи генерируется мощный импульс напряжения, величина которого пропорциональна индуктивности дросселя. Под действием этого импульса происходит пробой газа и возникает тлеющий разряд, который может перейти в дуговой. Но наличие балансного сопротивления в виде дросселя ограничивает величину протекающего через прибор тока.

Таким образом, дроссель играет двойную роль:

1. Образуемый дросселем при размыкании стартером электрической цепи высоковольтный импульс напряжения обеспечивает пробой газа и зажигание лампы.
2. В режиме горения ЛЛ индуктивное сопротивление дросселя обеспечивает поддержание на электродах лампы рабочего напряжения, обеспечивающего тлеющий разряд.

На рис.1 компенсирующий конденсатор С1, включенный на входе схемы питания ЛЛ, предназначен для повышения коэффициента мощности (cos φ ). Для уменьшения влияния радиопомех параллельно контактам стартера включен конденсатор небольшой емкости (С2). Этот конденсатор позволяет также изменить переходный процесс в схеме и увеличить мощность импульса напряжения.

Включение приборов со сгоревшими спиралями

Если в вашей кладовке покрываются пылью сгоревшие люминесцентные лампы, которые вы никак не соберетесь утилизировать, не торопитесь их выбрасывать. Такие устройства смогут послужить еще, если вы умеете держать в руках паяльник. Для реализации этой идеи понадобятся два абсолютно недефицитных диода и два конденсатора:

Схема включения ЛДС со сгоревшими спиралями

Как работает такая схема? Мост, собранный на диодах VD1, VD2, С1, С2 представляет собой простейший умножитель, увеличивающий напряжение вдвое. Для того чтобы при 400 – 450 В начался тлеющий разряд, совсем необязательно разогревать электроды. Как только светильник запустится, балласт L1 ограничит ток через лампу до рабочего уровня.

Если вы решили повторить эту схему, то обратите внимание на то, что конденсаторы должны быть бумажными неполярными, а диоды рассчитаны на обратное напряжение не ниже 300 В. В качестве балласта используется обычный дроссель, мощность которого равна мощности светильника. В случае если с дросселем совсем туго, но освещение нужно организовать любой ценой, можно в качестве балласта применить обычную лампочку накаливания, мощность которой равна мощности ЛДС. Но такая замена сильно снизит КПД всего устройства, а потому не всегда оправдана.

Следующий вариант светильника пригодится на тот случай, если в вашем распоряжении оказалось две однотипные ЛДС, у которых сгорело по одной спирали (обычно так и бывает). Для его реализации вам понадобятся дроссель, имеющий мощность вдвое большую, чем номинал каждой лампочки, и стандартный стартер на 220 В:

Включение двух ЛДС со сгоревшими спиралями

Здесь стартер подогревает по одной спирали в каждой лампе, которые включены последовательно. Этого вполне достаточно для пуска большинства газоразрядных приборов. Есть и еще одно применение такой схемы. Она удобна в том случае, если у вас нет двух дросселей на нужную мощность, зато есть один на удвоенную. Вполне очевидно, что в этой схеме будут работать и ЛДС с исправными спиралями.

ЭПРА

Электронный балласт (ЭПРА) является сложным устройством со множеством электронных элементов. Блок – схема такого устройства приведена на рис. 4.

Рис.4. Блок – схема электронного балласта (ЭПРА)

Основное отличие ЭПРА от обычного ПРА – это наличие инвертора, который с помощью транзисторных ключей преобразует сетевое напряжение 50 Гц в напряжение с частотой в 30- 40 кГц. Благодаря этому уменьшаются размеры и габариты этого устройства. При включении схемы происходит прогрев катодов ЛЛ, образование вблизи них электронных «облаков», а на конденсаторе, включенном параллельно лампе, возникает резонансное напряжение около 600 В, которого достаточно для поджига лампы.

Рис.5. Устройство ЭПРА для люминесцентных ламп

После включения ЛЛ напряжение на ней падает до рабочего, а ток ограничивается балансным дросселем.

Как заменить

В последнее время очень часто такая операция вызвана необходимостью замены магнитных дросселей на электронные. Этот процесс довольно прост и понятен, но также должен выполнятся специалистами электриками. Процесс замены балласта с магнитного на электронный:

1. Отключают питание на прибор.
2. Открывают светильник, снимают колбу и балластный кожух.
3. С помощью кусачек обрезают силовые (коричневые) и нейтральные (синие) провода, идущие в прибор.
4. Закрывают провода проволочными гайками.
5. Кусачками, отрезают провода и снимают магнитный балласт.
6. Присоединяют электронный балласт в место, где был магнитный.
7. Подключают провода питания и нейтрали к соответствующим балластным проводам.
8. Закрепляют провода проволочными гайками.
9. Возвращают колбу лампы и дроссельный кожух обратно.
10. Включают питание на лампу.

Правильно установленные и функционирующие электрические осветительные балласты должны долго проработать, обеспечивая безопасный, хорошо регулируемый ток для ламп освещения без раздражающего мерцания и гудения.

Схема дневного освещения

Дроссель, хоть и выполняет сегодня важную роль в установке ЛЛ, но уже не является незаменимым, его место занял электронный пускорегулирующий аппарат ЭПРА (электронный балласт). Собственникам помещений,планирующим устанавливать такое освещение нужно учитывать, что 1 июля 2022 года в России запрещено применение трубчатых ЛЛ, а также ртутных ламп, а с начала 2022 года будут запрещены люминесцентные и натриевые светильники.

Достоинства и недостатки

Сравнительные характеристики двух видов ПРА приведены в таблице.

Цены на Электронные ПРА для люминесцентных ламп

Цены на электронные ПРА для люминесцентных ламп

Подключить своими руками

Электромагнитный дроссель можно изготовить и своими руками. Но делается это редко. Гораздо чаще умельцы самостоятельно восстанавливают ПРА, так как приобрести нужную модель не всегда удается (особенно трудно найти ее в «глубинке»).

С устройства снимается защитный чехол и две половинки сердечника (они имеют Г-образную форму). Затем снимается обмотка. Если по каким-то причинам снятие витков провода затруднено, их можно срезать, используя ножовку по металлу.

Для новой обмотки можно использовать медный провод диаметром 0,64-0,8 мм. Тысячу витков наматывают без межслойной изоляции внавал.

Чем больше мощность дросселя, тем проще его восстановить. Маломощные (следовательно, и малогабаритные) дроссели заливаются компаундом, что делает процесс их восстановления весьма проблематичным.

На перемотку дросселя уходит не более двух часов.

Сравнение двух видов дросселей позволяет сделать вывод, что несомненное преимущество имеют ЭПРА. Они легче и меньше по габаритам. Такие характеристики облегчают создание миниатюрных осветительных приборов, потребность в которых неуклонно возрастает.

Ремонт

При выходе из строя светильника с ЛЛ, питаемого с помощью ПРА, наряду с другими элементами схемы необходимо проверить работоспособность дросселя. При этом возможны следующие неисправности:

• перегрев;
• обрыв обмотки;
• замыкание (полное или межвитковое).

Для проверки дросселя надо собрать схему, приведенную на рис. 6.

Рис.6. Схема для проверки дросселя

При включении схемы возможны три варианта – лампа горит, лампа не горит, лампа моргает.

В первом случае, по-видимому, в дросселе имеется короткое замыкание. Во втором случае, очевидно, имеется обрыв в обмотке. В третьем случае, возможно, что дроссель цел и надо искать неисправность в другом элементе схемы. Для полной уверенности необходимо дать схеме поработать в течение 0,5 часа. Если при этом окажется, что дроссель сильно нагрелся, то это свидетельствует о замыкании между витками обмотки.

Технические характеристики

Технические особенности дросселей, на которые стоит обязательно обращать внимание при выборе источника света, следующие:

• Назначение. В люминесцентном устройстве катушка индуктивности создает нужный импульс для того, чтобы пары металла могли в устройстве гореть, также она поддерживает нужное значение мощности во время функционирования устройства.
• Мощность. Главным техническим параметром ограничителя является значение его мощности. Именно от него зависит работоспособность всех других параметров и лампы в целом. Исходя из показателей мощности, эти параметры у каждого ограничителя светильника будут разные. По уровню мощности ограничители разделяются на три больших категории: B, C, и D. От того, к какой категории они относятся, зависит наименование ограничителей.
• Коэффициент самоиндукции. За счет индуктивности дросселя мощность электроэнергии, которая приходиться на проводящие контакты лампы.

Коэффициент самоиндукции.

Запуск ЛЛ без дросселя

Схемы для включения ЛЛ без дросселя, как правило, представляют собой источник питания постоянного тока в виде умножителя. Одна из схем такого источника приведена на рис.7. В качестве ограничителя тока в схеме используется обыкновенная лампа накаливания.

Рис.7. Схема для включения люминесцентных ламп без дросселя

В такой схеме напряжение на ЛЛ достигает 700 В приблизительно за 25 мс.

Подключение без балласта

При необходимости газоразрядные источники света возможно включить в сеть питания без электромагнитного или электронного балласта. Схема такого включения показана ниже.

Бездроссельный способ подключения

Для реализации такого подключения понадобится:

• лампа люминесцентного типа – 40 Вт и накаливания – 60 Вт (последняя будет работать как балластное сопротивление);
• два конденсатора 0,47 мкФ 400 В (играют роль умножителя);
• диодный мост КЦ404А или аналогичный, можно использовать четыре диода, рассчитанных под ток не менее 1 А и обратное импульсное напряжение 600 В.

Данная схема проигрывает по своим параметрам подключению при помощи электромагнитного дросселя и ЭПРА. Она приведена для ознакомления.

Сравнение дросселей для различных типов ламп

Дроссели применяются в газоразрядных лампах различного типа. В любом случае они служат для ограничения рабочего тока светильника. При этом такие дроссели не всегда взаимозаменяемы.

Так лампы Днат и ДРЛ работают в режиме дугового разряда, тогда как ЛЛ работают при тлеющем разряде. Разные режимы работы требуют разных характеристик дросселей. Кроме того, отличие состоит в том, что дроссель в качестве источника напряжения для поджига используется только в ЛЛ.

Примечание! В лампах Днат для запуска применяется специальное импульсное устройство (ИЗУ), а лампы ДРЛ запускаются непосредственно от сети 220 В.

Цены на дроссель для люминесцентных ламп

Цены на дроссель для люминесцентных ламп

Тандемное подключение

Ниже показана схема, где две лампы люминесцентного типа включены последовательно.

Схема тандемного подключения

Принцип работы у представленной схемы не отличается от типового подключения, единственная разница — в параметрах стартеров. При двухламповом подключении применяются стартеры, у которых «пробивное» напряжение 110 В (тип S2), для однолампового – 220 В (тип S10).

Стартеры S10 и S2 на 220 и 110 В соответственно