Различные схемы подключения люминесцентных ламп при помощи электромагнитного и электронного балластов

Люминесцентные лампы напрямую от сети в 220 вольт не работают. Им необходим специальный переходник, который будет стабилизировать напряжение и сглаживать пульсацию тока. Этот прибор носит название пускорегулирующая аппаратура (ПРА), состоящая из дросселя, с помощью которого сглаживается пульсация, стартер, используемый как пускатель, и конденсатор для стабилизации напряжения. Правда, ПРА в этом виде – это старый блок, который постепенно выводится из оборота. Все дело в том, что ему на смену пришла новая модель – ЭПРА, то есть, тот же пускорегулирующий аппарат, только электронного типа. Итак, давайте разберемся в ЭПРА – что это такое, его схема и основные составляющие.

Что такое ЭПРА

ЭПРА – это электронная пускорегулирующая аппаратура, позволяющая значительно продлить срок службы осветительных приборов и сделать их работу более эффективной. Компонент представляет модуль с контактами, к которым подсоединяются клеммы входного напряжения, а также нагрузка в виде ламп.

Вот так выглядит ЭПРА.

Блок ЭПРА стал эффективной заменой морально устаревшим стабилизаторам с использованием дросселей и стартеров. Именно электронный модуль устанавливается во все современные приборы.

Стоимостные показатели

Стоимостные показатели на ЭПРА могут быть заниженными в случае уменьшения надежности, функциональности и прочностных свойств материалов. Последствия:

• уменьшенный срок службы, причем вполовину от обычного срока службы подобных деталей;
• каждый запуск еще более сокращает указанное время службы;
• может отсутствовать функция автоматической подрегулировки выходных мощностей во время колебания напряжения сети. В то время как стандартные модели обусловлены в функционировании колебаний напряжения до от 200 до 250 ватт при равномерном световом потоке;
• в некоторых моделях отсутствует автоматическое отключение от электросети;
• некоторые ЭПРА со сниженной ценой могут подпитываться лишь переменным током.

Преимущества и недостатки

Рассматривая электронный пускорегулирующий аппарат, можно выделить некоторые особенности. Присутствуют как преимущества, выделяющие блок среди конкурентов, так и недостатки.

Плюсы:

1. Использование ЭПРА в схемах подключения люминесцентных ламп значительно продляет срок службы элементов.
2. Высокий КПД, потери во время работы сводятся к минимуму за счет отказа от дросселя.
3. Экономия электроэнергии.
4. Отсутствуют выбросы или помехи в сети питания и подключенной аппаратуре.
5. Осветительный прибор работает стабильно без пульсаций.
6. В случае неисправности лампы система сразу же перестает подавать напряжение на контакты.
7. Электроды нагреваются плавно, без резких скачков или перепадов температур.
8. Даже серьезные перепады напряжения в питающей сети не влияют на стабильность светового потока.
9. Некоторые модели могут функционировать от постоянного тока.
10. Предусмотрена надежная защита от короткого замыкания или пробоя.
11. В процессе работы схема не издает посторонних звуков.
12. С помощью ЭПРА можно запустить прибор освещения даже при низких температурах.

Подключение к люминесцентной лампе.

Не обошлось и без минусов:

1. В продаже много дешевых низкокачественных приборов с малым ресурсом работы.
2. Добротные модели стоят дорого.
3. Значительная часть моделей не может быть использована со светодиодными лампами.

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.

Конструкция и принцип работы ЭПРА

Любой электронный пускорегулирующий аппарат состоит из элементов:

• устройство для выпрямления тока;
• фильтр отсеивания электромагнитного излучения;
• блок корректировки коэффициента мощности цепи;
• сглаживающий фильтр напряжения;
• инвертор;
• дроссель или балласт для ламп.

Конструкция может быть мостовая или полумостовая. Первый вариант имеет улучшенные характеристики и применяется в светильниках высокой мощности, от 100 Вт. Схема эффективно поддерживает показатели свечения и подаваемого на катоды напряжения.

ЭПРА в разобранном виде.

Более популярны полумостовые схемы, т.к. подходят для большинства бытовых люминесцентных ламп мощностью до 50 Вт. Конструкции с маркировкой 2х36 поддерживают подключение двух ламп мощностью 36 В.

Работа устройства состоит из шагов:

1. Включение и предварительный прогрев нитей накала. Это важная манипуляция, значительно продлевающая срок службы источников освещения. Без предварительного нагрева светильник не включится при пониженных температурах.
2. Генерация импульса высоковольтного импеданса с напряжением около 1,5 кВ, что вызывает пробой газовой среды внутри колбы и запуск свечения.
3. Стабилизация напряжения и поддержание его на необходимом уровне. Напряжение для поддержки горения небольшое, что делает схему безопасной.

Устройство люминесцентной лампы

Люминесцентная лампа относится к категории классических разрядных источников освещения низкого давления. Стеклянная колба такой лампы всегда имеет цилиндрическую форму, а наружный диаметр может составлять 1,2см, 1,6см, 2,6см или 3,8см.

Цилиндрический корпус чаще всего прямой или U-изогнутый. К торцевым концам стеклянной колбы герметично припаиваются ножки с электродами, выполненными из вольфрама.

Устройство лампочки

Внешней стороной электроды подпаиваются к цокольным штырям. Из колбы осуществляется тщательное откачивание всей воздушной массы через специальный штенгель, расположенный в одной из ножек с электродами, после чего происходит заполнение свободного пространства инертным газом с ртутными парами.

На некоторые типы электродов в обязательном порядке производится нанесение специальных активирующих веществ, представленных окислами бария, стронцием и кальцием, а также незначительным количеством тория.

Схема подключения

ЭПРА стали эффективной заменой традиционным схемам с дросселями и стартерами, уменьшив конструкцию светильника и расширив возможности.

Схема подключения одной лампы к ЭПРА.

Все минусы дросселей у ЭПРА отсутствуют. К одному ЭПРА можно подсоединять более одной лампы, а к некоторым моделям до четырех, без дополнительных элементов. Конструкция работает со стандартными источниками освещения мощностью 18W, 36W и т.д.

Схема подключения нескольких ламп к ЭПРА.

Блок лучше ставить на фазовый провод. При наличии нуля потенциал сохраняется, что выражается небольшими мерцаниями источника света при отключении питания. Явление характерно для дешевых пускорегулирующих аппаратов.

Для сглаживания мерцаний конденсатор шунтируется резистором с сопротивлением 100 кОм.

Как подключить ЭмПРА

Пара слов о конструкционных особенностях ЭмПРА. Электромагнитный ПРА состоит как минимум из индуктивного балласта и импульсного зажигающего устройства ИЗУ. Индуктивный балласт служит для накопления электродвижущей силы (ЭДС) перед запуском лампы. ИЗУ обеспечивает непосредственно процесс запуска лампы. Если в комплект входит компенсирующий конденсатор, то эффективность ЭмПРА повышается. Конденсатор сдвигает и сглаживает пиковые значения потребляемой мощности, компенсирует реактивную мощность (она не расходуется на выполнение полезной работы и фактически растрачивается впустую). Т. е. с применением конденсатора повышается коэффициент мощности светильника.

Безопасность, сфера применения и типы запуска

Также это создает потенциальную опасность, что при замене лампочки вы или электрик можете получить разряд тока, если хотя бы случайно коснетесь цоколя лампы, металлического корпуса (если есть утечка) и так далее.

В аналогичной ситуации в ЭПРА сработает автоматика, и автоматически будет заблокирована подача электроэнергии к неисправным элементам цепи. Это то, что касается безопасности.

Ещё одна отличительная особенность и преимущество от ЭмПРа в том, что он может подключаться к источнику постоянного тока, то есть от аккумулятору. Потому оно широко используется в охранных системах и аварийном освещении. То есть сфера применения электронных аппаратов гораздо шире, и они используются даже на важных объектах 1 категории электроснабжения.

По принципу запуска ЭПРА разделяется на — холодный и теплый пуск. Устройство с теплым пуском сперва подает сигнал на электроды лампы для разогрева. При достижении требуемой для запуска температуры, она загорается. На весь процесс уходят миллисекунды. Аппараты теплого пуска служат в 3-4 раза дольше. Поэтому при выборе это тоже неплохо бы запомнить и учесть.

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

Блок питания из ЭПРА — схема

В качестве силовых ключей используются импортные транзисторы MJE13003, MJE13007, в редких случаях MJE13009 и их аналоги. Транзисторы можно сказать,что создавались специально для работы в сетевых ИБП. Аналогичные транзисторы используются и в компьютерных блоках питания. Итак, для начала хочу представить основные достоинства такого блока питания.

1. Компактные размеры и легкий вес
2. Малые затраты и низкая стоимость
3. Надежность работы

Это лишь основные достоинства нашего самодельного блока, но у него есть и другие (скрытые) достоинства. Некоторые ИБП работают только под определенной нагрузкой, иными словами блок питания не сможет работать в холостую или с маломощной нагрузкой. Таким свойством обладают достаточно популярные ЭТ (электронные трансформаторы), которые предназначены для питания галогенных ламп с мощностью 12 вольт. Наш блок питания включается при подачи сетевого напряжения, способен питать нагрузки с мощностью от долей ватта (светодиоды и т.п.) до 40-50 ватт. Такой блок может использоваться в качестве лабораторного блока питания для начинающего радиолюбителя.

Блок питания не боится коротких замыканий на выходе (взамен электронный трансформатор выходит из строя после секундного КЗ), обладает высокой стабильностью работы и может работать в течении очень долгого времени без выключения. Суть переделки балласта заключается в ее доработке. Нам нужно мотать импульсный трансформатор, который обеспечивает гальваническую развязку от сети 220 вольт и понижает напряжение до нужного нам уровня.

Трансформатор можно мотать практически на любом ферритовом сердечнике (кольца, броневые чашки или Ш-образный сердечник). Сетевая обмотка содержит 130 витков провода 0,3-0,6 мм, понижающая должна содержать 8-9 витков, что соответствует выходному напряжению 12 Вольт.

Напряжение от балласта подается на обмотку трансформатора через конденсатор ( напряжение конденсатора подобрать в пределах 1000-3000 вольт, емкость 3300-6600 пкФ). Вторичную обмотку трансформатора желательно мотать несколькими жилами тонкого провода (4 жилы провода 0,5мм), на выходе получается порядка 3,5-4 Ампер. Возможно также применение готовых трансформаторов из ЭТ с мощностью 50-150 ватт.

Для выпрямления напряжения следует использовать мощные импульсные диоды или диодные сборки от компьютерных блоков питания. Из отечественного интерьера можно использовать КД213. При подборе диодов для блока питания из ЭПРА следите, чтобы максимально допустимый ток диода был в районе 8-12 Ампер, сам диод должен работать на частотах 100-150 кГц.

Очень часто причиной поломки электроприбора становится неисправность аккумулятора. Вследствие этого нужен ремонт или же покупка нового оборудования. Но можно избежать больших затрат, сделав блок питания из энергосберегающей лампы своими руками. Все необходимые детали можно взять из обычной люминесцентной лампы, стоимость которой невелика.

Что такое электронный балласт 4х18 (электронное пусковое устройство)

Балласт в схемах используется для ограничения величины тока. В момент появления заряда в газе лампы его величина возрастает мгновенно, а сопротивление падает. Это вызывает нагрев контактов светильника и их вероятное перегорание. Для предотвращения этого и применяются данные устройства.

Электронное пусковое устройство для люминесцентных ламп 4×18

К сведению! Наиболее широко распространены электронные и электромагнитные балласты. Электромагнитный модуль создает регулируемое индуктивное сопротивление катушки. Электронное устройство изменяет и регулирует сам сигнал.

Электромагнитный балласт

Электронное пусковое устройство для люминесцентных лампочек имеет несколько преимуществ:

• предотвращает мерцание;
• намного меньше в размерах и весе;
• не создает постороннего шума;
• имеет режим «горячего старта», при котором контакты светильника предварительно нагреваются, что увеличивает срок их службы.

Устройство электронного модуля

Как выбрать драйвер для LED-лампы?

Стабилизаторы напряжения для светодиодных светильников продаются в комплекте с самим прибором и производятся для конкретной модели, но при необходимости их можно приобрести отдельно. ЭПРА постоянно испытывает на себе перепады электроэнергии, поэтому он обычно изнашивается раньше, чем LED-элемент лампы, и рано или поздно требуется его замена. Наиболее часто используемыми являются стабилизаторы для ламп 36w и 40w с силой тока 350 или 700А.

Выполняя свою работу (преобразование переменного тока в постоянный), ЭПРА потребляет некоторое количество электроэнергии – примерно 20% от мощности лампы. Поэтому, выбирая устройство, необходимо умножать мощность светильника на коэффициент 1,2 – это будет оптимальная мощность драйвера для данной модели. При несоответствии мощности и светодиода их работа будет некорректной, ЭПРА может перегреваться и быстро выйдет из строя, или испортится светодиод.

Стабилизатор напряжения может размещаться как внутри светильника (в специально отведённом для него месте корпуса), так и отдельно. При размещении внутри корпуса важно подобрать драйвер нужного размера.

Источник: lt-electro.ru

Как изготовить светильник своими руками?

Сделать простейший светильник из двух ламп можно следующим образом:

• выбираем подходящие по цветовой температуре (оттенку белого цвета) лампы по 36 Вт;
• изготавливаем корпус из материала, который не воспламенится. Можно задействовать корпус от старого светильника. Подбираем ЭПРА под данную мощность. На маркировке должно быть обозначение 2 х 36;
• подбираем к лампам 4 патрона с маркировкой G13 (зазор между электродами составляет 13 мм), монтажный провод и саморезы;
• патроны необходимо закрепить на корпусе;
• место установки ЭПРА выбирают из соображения минимизации нагрева от работающих ламп;
• патроны подключаются к цоколям ЛДС;
• для предохранения ламп от механического воздействия желательно установить прозрачный или матовый защитный колпак;
• светильник закрепляется на потолке и подключается к сети питания 220 В.

Простейший светильник из двух ламп

Эффективный синхронный выпрямитель. Или вторая жизнь электронному хламу

Выпрямление тока при помощи диода и транзистора: преимущества и недостатки.

Речь пойдет о схеме выпрямителя с применением транзисторов с изолированным затвором, англ. сокращённо Mosfet.

В схеме применён самый распространённый Mosfet с индуцированным каналом N-проводимости. Главным преимуществом из за которого широко применяются такие ключи в современных электронных устройствах в схемах питания – это малое сопротивление и падение напряжения в открытом состоянии (не более 0.1 В).

Вот классическая схема включения для проверки и изучения работы транзистора с N-каналом:

Схема включения для проверки транзистора Mosfet

Открытие ключа с N-каналом происходит когда приложить (зарядить затвор) положительное напряжение к затвору (Gate) относительно истока (Source), соответственно чтобы закрыть транзистор, нужно разрядить затвор, то есть потенциал на нём должен быть ниже напряжения открывания перехода. В открытом состоянии ключ проводит ток в обе стороны.

Напоминаю, что схема такого транзистора и цоколевка выводов такая:

Есть особенности, которые нужно учитывать при выпрямлении тока при помощи такого транзистора:

1. наличие паразитного диода между стоком и истоком.
2. затвор имеет емкость, что влияет на скорость срабатывания при повышении частоты.

Возникает вопрос: в чём заключается эффективность выпрямителя на этих транзисторах и зачем все эти сложности? Давно придуманы диоды Шоттки, прямое падение на переходе металл-полупроводник которых в два раза меньше чем на P-N переходе у обычного кремниевого диода, но когда необходимо питание с низким напряжением и большим током потребления, потери КПД даже на диодах Шоттки уже значительные!

Таблица потерь мощности на диодах Шоттки в при работе на разных напряжениях:

В современной компьютерной технике, где напряжения питания процессоров могут быть в пределах 1 В, блок питания всего компьютера делается на более высокое напряжение, при этом не страдает КПД из за потерь на выпрямителе, а уже в самой схеме напряжение блока питания преобразуется импульсными понижающими преобразователями с использованием схем синхронных выпрямителей на Mosfet.

Ниже приведена известная схема блока питания с низким выходным напряжением и с использованием Mosfet в качестве выпрямителя.

Выпрямитель с низким выходным напряжением с использованием Mosfet транзистора

Верхняя обмотка трансформатора – обмотка управления транзистора, нижняя – силовая, количеством её витков определяется выходное напряжение такого выпрямителя, а площадью сечения – ток. Подробности разберём ниже.

Вторая жизнь электронных балластов КЛЛ

Радиолюбители давно широко используют платы сгоревших “экономок” (КЛЛ) со схемой электронного балласта, а также похожих по схеме электронных трансформаторов для питания галогенных ламп в своих проектах. Сейчас это актуально из за перехода на более эффективное освещение на светодиодах, такие электронные трансформаторы и балласты становятся не нужны, а их можно применить как источник питания для других целей после несложной переделки.

Электронный балласт энергосберегающих ламп можно отремонтировать, об этом есть статья Ремонт энергосберегающих ламп.

В схеме стандартного балласта от КЛЛ, переделка состоит в том, чтобы поставить перемычку как показано по схеме:

Разновидности балласта

Различные типы балластов группируются по типам реализации: электронная и электромагнитная реализация. Кроме того модели классифицируются по области применения для устройств освещения, среди которых выделяют:

• Высокочастотный электронный балласт для люминесцентных светильников, с предварительным и без предварительного нагрева. Первая модель повышает производительность и срок службы устройства, а также снижает шумовой эффект. Балласт без предварительного нагрева потребляет меньше энергии. Высокочастотный балласт для натриевых ламп. Это менее громоздкий балласт, чем обычные модели, установленные на светильниках низкого давления, простой в установке, с небольшим расходом энергии на собственные нужды.
• Электронный балласт для газоразрядных устройств. Эта модель обычно предназначена для натриевых и металлических ламп высокого давления, что увеличивает их срок службы до 20% по сравнению со стандартом. Время запуска уменьшается, как и мигающие эффекты. Следует отметить, что эти балласты подходят не для всех светильников.
• Многоламповый балласт. Он обладает тем преимуществом, что его можно использовать с несколькими типами люминесцентных устройств, в том числе в аквариумном освещении, создавая оптимальный праймер. Он имеет функцию записи всех параметров освещения в своей памяти.
• Балласт с цифровым управлением. Это модель последнего поколения, предлагающая множество возможностей гибкости и модульности при установке светильников. Это улучшает экономический аспект светодиодной лампы и комфорт яркости. При этом, он является самой дорогой моделью.

Электромагнитная реализация

Магнитные балласты (МБ) — это устройства со старой технологией. Они используются для семейства флуоресцентных ламп и некоторых металлогалогенных устройств. Они, как правило, являются причиной гудения и мерцания, потому что регулируют ток постепенно. МБ используют трансформаторы для преобразования и контроля электроэнергии. Когда ток образует дугу через светильник, он ионизирует больший процент молекул газа. Чем больше их ионизировано, тем ниже сопротивление газа. Таким образом, без МБ ток будет подниматься так высоко, что лампа будет нагреваться и разрушаться.

Трансформатор, который в МБ называют «дросселем», представляет собой проволочную катушку — индуктор, создающий магнитное поле. Чем больше протекает ток, тем больше магнитное поле, тем больше замедляет рост тока. Поскольку процесс протекает в среде переменного тока, ток течет в одном направлении только в течение 1/60 или 1/50 секунды, а затем падает до нуля, прежде чем будет протекать в противоположном направлении. Следовательно, трансформатор должен только замедлять течение тока на мгновение.

Электронная реализация

Производительность электронных балластов измеряется по разным параметрам. Наиболее важным является балластный фактор. Это отношение светоотдачи светильника, управляемой рассматриваемым ЭБ, к светоотдаче того же устройства, управляемой эталонным балластом. Это значение находится в диапазоне от 0,73 до 1,50 для ЭБ. Значимость такого широкого диапазона заключается в уровнях светоотдачи, которые могут быть получены с использованием одного ЭБ. Это находит большое применение в схемах диммирования. Однако установлено, что слишком высокий и слишком низкий балластные факторы ухудшают срок службы светильника из-за износа люмена в результате высокого и низкого тока соответственно.

Вам это будет интересно Особенности подключения ИЗУ для ДНАТ

Электронная реализация

Когда ЭБ должны сравниваться внутри одной и той же модели и производителя, часто используется коэффициент эффективности балласта, который представляет собой отношение коэффициента балласта выраженного в процентах к мощности и дает относительное измерение эффективности системы всей комбинации. Мера эффективности работы балласта с параметром коэффициент мощности (PF) — это мера эффективности, с которой ЭБ преобразует напряжение питания и ток в полезную мощность, подаваемую на лампу с идеальным значением 1.

Выводы и полезное видео по теме

Видеоматериал, сделанный на основе практики электромонтера, рассказывает и показывает — какой прибор из двух должен быть признан конечным пользователем более качественным и практичным.

Этот сюжет лишний раз подтверждает, что простые решения выглядят надёжными и долговечными:

Между тем ЭПРА продолжают совершенствоваться. На рынке периодически появляются новые модели таких приборов. Электронные конструкции тоже не лишены недостатков, но по сравнению с электромагнитными вариантами, явно показывают лучшие технические и эксплуатационные качества.

Вы разбираетесь в вопросах принципа работы и схем подключения ЭПРА и хотите дополнить изложенный выше материал личными наблюдениями? Или хотите поделиться полезными рекомендациями по нюансам ремонта, замены или выбора пускорегулирующего аппарата? Пишите, пожалуйста, свои комментарии к этой записи в блоке ниже.