Дроссель для люминесцентных ламп: схема подключения люминесцентной лампы с дросселем

Что такое дроссель и для чего он предназначен?

Вне зависимости от типовых особенностей осветительного электрического прибора, на стадии их запуска появляется очень большое сопротивление.

Розжиг искусственного источника дневного света сопровождается своеобразным электрическим пробоем внутри атмосферы инертных газов, которые насыщены ртутными и натриевыми парами.

Отсутствие ограничения тока может спровоцировать чрезмерное выделения тепла и резкий перегрев газовых паров, что и становится причиной взрыва лампы дневного света.

Именно по этой причине в цепь добавляется сопротивление, представленное дроссельным устройством.

Чтобы минимизировать расходы электрической энергии на активное сопротивление, используется дроссельное устройство, не потребляющее мощность, а накапливающее и отдающее энергию в цепь.

Назначение дросселя

Принципиальные схемы электронных балластов разные. Но все они поддерживают фактическую типовую структурную схему:

1. Сначала подключается последовательный резистор. Он подключен для ограничения тока перегрузки и короткого замыкания. В некоторых электронных балластах вместо последовательного резистора используется предохранитель. Этот резистор имеет очень низкое значение до 22 Ом.
2. Затем подключается схема фильтра электромагнитных помех, который состоит из одного последовательного индуктора и одного параллельного конденсатора.
3. Затем используется выпрямительная схема для преобразования переменного тока в постоянный. Схема мостового выпрямителя состоит из четырех PN диодов.
4. Конденсатор подключен параллельно для фильтрации постоянного тока, поступающего из выпрямительной цепи.

Применяется инверторная схема с использованием двух транзисторов. Эти транзисторы создают высокочастотный переменный ток и повышающий трансформатор. С частотой в электронном балласте от 20.0 кГц до 8.00 кГц. Как правило, транзистор создает прямоугольный токовый сигнал. Повышающий трансформатор повышает уровень напряжения до 1000.0 В. В начальный момент и после того, как лампочка накаливания загорается, напряжение на ней снижается до 230 В. Таким образом главное назначение дросселя в люминесцентной лампе — сдерживать ток при работе осветительного прибора.

Принцип работы электромагнитного дросселя для люминесцентных ламп

• в подготовке катодов к эмиссии электронов, то есть, их подогреве;
• в создании напряжения для стартового разряда;
• в ограничении тока, протекающего по устройству, после старта.

Схема дросселя для люминесцентных ламп выглядит следующим образом.

1. После включения лампы ток попадает в стартер, представляющий собой группу из баллона и конденсатора, запаянную в отдельный кожух. Баллон заполнен инертным газом. Внутри него размещены биметаллические контакты. Конденсатор прикреплён к выходам этих контактов. Его основное предназначение – подавление помех.

В точечных светильниках для подвесного потолка используются галогенные, светодиодные или обычные лампы накаливания. От выбранного вида источника света будет зависеть порядок установки светильников в потолок.

В аналогичном порядке, но со своими особенностями, проводят монтаж точечных светильников в гипсокартон.

Газ внутри баллона ионизируется. Ток протекает по цепи дросселя. Контакты разогреваются вместе с газом — сила тока увеличивается до 0,5 Ампера. Затем нагреваются катоды и электроны, высвободившиеся в процессе, подогревают ртутные пары в трубке лампы.
Ионизация завершается вместе с замыканием контактов. Стартер охлаждается и контакты размыкаются. Происходит это мгновенно. Ток перестаёт проходить через цепь стартера и катод.

Возникающая в ПРА самоиндукция накладывается на амплитудные колебания сети – происходит пробивание газового наполнения трубки – ток вновь устремляется через цепь дросселя и катод.

Возникший в ртутных парах разряд вызывает свечение в ультрафиолетовом спектре. Под его воздействием люминофор производит видимый человеку свет.
Сопротивление работающей лампы снижается. Это вызывает понижение напряжения на обмотке ПРА (до 110 Вольт).
Стартер отключается (его рабочее напряжение 220 Вольт) и остывает.

Пускорегулирующий аппарат электронного типа (ЭПРА)

Массово ЭПРА появились не так давно, около тридцати лет назад, в настоящее время они практически вытеснили электромагнитные устройства. Этому способствовали многочисленные преимущества перед классической схемой включения, назовем основные из них:

• повышение световой отдачи ламп люминесцентного типа благодаря высокочастотному разряду;
• отсутствие шума, характерного для низкочастотных электромагнитных дросселей;
• снижение эффекта стробирования значительно расширило сферу применения;
• отсутствие фальстарта увеличивает срок эксплуатации люминесцентных источников;
• КПД может достигать 97%;
• по сравнению с ПРА электромагнитного типа, энергопотребление снижено на 30%;
• нет необходимости компенсировать реактивную нагрузку;
• в некоторых моделях электронных устройств предусмотрено управление мощностью источника освещения, это производится регулировкой частоты в преобразователе напряжения.

ЭПЛА внешний вид и внутренне устройство

Стоит также отметить: благодаря отсутствию громоздкого дросселя, стало возможным уменьшить размеры электронного балласта, что позволило разместить его в цоколе. Это существенно расширяет сферу применения, делая возможным использование в осветительных приборах вместо источников, в которых используется нить накала.

ЭПРА, размещенный в цоколе

В качестве примера приведем схему простого электронного балласта, типичную для большинства недорогих устройств.

Схема типичного ЭПРА

• номиналы резисторов: R1 и R2 -15 Ом, R3 и R4 – 2,2 Ом, R5 – 620 кОм, R6 – 1,6 Мом;
• используемые конденсаторы: C1 – 47 нФ 400 В, С2 – 6800 пФ 1200 В, С3 – 2200пФ, С4 – 22 нФ, С5 – 4,7 мкФ 350 В;
• диоды: VD1-VD7 – 1N400;
• транзисторы: Т1 и Т2 – 13003;
• диодный симистор VS – DB3.

Завершая тему ЭПРА, необходимо заметить — их существенным недостатком является относительно высокая стоимость качественных устройств. Что касается недорогих моделей, надежность таковых оставляет желать лучшего.

Определяем оптимальную схему включения люминесцентных ламп

Энергосберегающие люминесцентные светильники все больше вытесняют с прилавков устаревшие лампы накаливания. И не удивительно, ведь они позволяют значительно сэкономить на оплате электроэнергии, да и покупать и менять их нужно не так часто. При этом свечение люминесцентной лампы обладает гораздо лучшими эргономичными показателями: оно приятнее глазу, не так вредно для него, как желтый свет от ламп накаливания.

Там, где необходимо регулярно освещать рабочую область и длительное время работать при искусственном освещении, оптимальным вариантом будет лампа дневного света, схема подключения которой имеет свои особенности. Кому-то может показаться недостатком то, что подключение таких ламп имеет некоторые нюансы, но ознакомившись с подробными инструкциями и изображениями, подключить такой светильник сможет практически каждый.

Для чего нужен

Для нормальной работоспособности источника света, чего нельзя сказать про обычные разрядные лампы, нужен дроссель, роль которого будет заключаться в выполнении пускорегулирующей функции в люминесцентных лампах.

Такой светильник при помощи одного электроснабжения включить не получится. Для него требуется вспомогательный пускорегулирующий элемент – дроссель.Поэтому в модель включения обязательно в качестве балласта добавляют сопротивление. Роль сопротивления заключается в ограничении тока. При излишнем нагревании светильника, у дросселя срабатывает реактивное сопротивление, которое как раз и ограничивает подачу тока. Сопротивление дросселя, можно сказать, сбавляет обороты лавинообразного нарастания тепла при включении источника света в электросеть.

Дроссель является неотъемлемым элементом люминесцентного устройства, функции которого состоят в следующем:

• создает безопасное и достаточное поступления тока, для дальнейшего разогрева электродов лампочки при ее включении;
• за счет импульса высокого напряжения, который образуется в обмотке, появляется разряд в колбе люминесцента;
• стабилизирует разряд электротока;
• предоставляет бесперебойное функционирование лампы даже в ситуации периодические случающихся отклонений напряжения в сети.

Одной из важнейших характеристик дросселя является его индуктивность или индуктивное сопротивление, благодаря которому функционируют люминесцентные источники света. При покупке ограничителя необходимо внимательно ознакомиться с его техническими характеристиками, которые полностью должны отвечать характеристикам лампы.

Недостатки ПРА — анализируем особенности конструкции

У электромагнитных ПРА немало приверженцев. Люминесцентные светильники с этим устройством просты в использовании и стоят недорого. После покупки не требуется никакой дополнительной настройки. Лампа подключается к питанию и начинает работать. А «маленькие недостатки» хозяева ей прощают, так как ценят такие осветительные приборы, прежде всего, за бюджетную цену.

Но, если проанализировать качество работы лампы с дросселем, выясняется – экономия для домашнего бюджета с таким приобретением весьма сомнительная.

Подключают терморегулятор для инфракрасного обогревателя с целью контроля и поддержания в автоматическом режиме установленных пользователем температур. Порядок монтажа зависит от количества обогревательных приборов.

Для защиты постоянно включенного в сеть холодильника применяют стабилизаторы напряжения. О способах подключения другого бытового электроприбора — плиты — можно прочитать тут.

Дроссельный пусковой механизм очень чувствителен к нестабильности сети. Малейшее колебание напряжения тут же сказывается на лампе. Она начинает мерцать, раздражая зрение и потреблять больше электроэнергии. А ещё в этот момент явственно слышится характерное гудение.

При такой работе срок эксплуатации оказывается меньшим, чем был заявлен производителем изначально.

Не меньшее влияние на продолжительность службы оказывают и другие технические особенности конструкции:

• При вспышках перед зажиганием лампы, происходящих из-за несинхронной с частотой сети работы дросселя, его изнашиваемость ускоряется в несколько раз.
• Четверть мощности осветительного прибора расходуется на разогревание электромагнитного балласта для люминесцентных ламп, что помимо потерь электроэнергии повышает опасность возникновения пожара. Ведь греется стартер иногда до 100 и больше градусов.
• Вышедший из строя конденсатор ПРА невозможно определить на глаз. Внешне всё выглядит как прежде, хотя коррекция коэффициента мощности в лампе уже не происходит.

В таком случае потребуются дополнительные знания — как проверить дроссель люминесцентной лампы.

Факт запрета Европейской комиссией двух классов ПРА из четырёх весьма красноречив. Класс D запрещён в 2004, C – в 2006 году. Сейчас на рынке можно встретить только класс B1 и В2. Это классы с пониженными потерями электроэнергии.

Конечно, каждый решает для себя сам, отдать ли предпочтение такой классике, как электромагнитный ПРА, или не пожалеть денег и найти ему альтернативу — электронный балласт для люминесцентной лампы. Без сомнения, в определённых случаях технология, отработанная в течение десятилетий, обеспечивает достаточную надёжность и является заслуженно востребованной.

Как заменить?

Иногда при выходе дросселя из строя его начинают ремонтировать. Для этого требуются особые знания и навыки. Чаще всего деталь заменяется. Установку нового дросселя может сделать каждый:

• полностью отключить подачу электроэнергии в доме;
• снять дроссель;
• разъединить крепежи и провода, проводящие к светильнику ток;
• подключить к ним новый дроссель, вставляя на место старого.

Выполнять замену нельзя при простом отключении лампы, так как напряжение от этого не исчезнет.

Дроссель в люминесцентной лампе – это простой, но необходимый для создания свечения элемент. Имея представление о работе такого устройства можно подключать светильник и заменять в нем нерабочие детали без помощи специалиста.

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

Принцип работы люминесцентной лампы

Подается питающее напряжение. В начальный момент электрический ток не протекает, так как среда обладает высоким сопротивлением. Ток движется по спиралям, нагревает их и подается на стартер. Появляется тлеющий разряд. После нагрева контактов биметаллические пластины замыкаются. Температура на биметаллической части падает и контакт в сети размыкается. Это приводит к тому, что дроссель создает необходимый импульс в результате самоиндукции, и лампа начинает светить. Дуговой разряд поддерживается за счет термоэлектронной эмиссии, происходящей на на поверхности катода. Электроны разогреваются под действием тока, величину которого ограничивает балласт.

Свет появляется за счет того, что на лампу нанесено специальное вещество – люминофор. Он поглощает ультрафиолетовое излучение и дает свечение определенной гаммы. Цвет можно менять, нанося на колбу различные по составу люминофоры. Они могут быть из галофосфата кальция, ортофосфата кальция-цинка.

Устройство дуговой ртутной лампы

Первые горелки, которые применялись в этом типе световых источников имели 2 электрода, это требовало наличия дополнительного устройства, которое генерирует мощные импульсы для зажигания дуги. Напряжения горения ламп ниже, чем напряжение запуска. Первым устройством было ПУРЛ-220 – Пусковое Устройство Ртутных Ламп. 220 – это рабочее напряжение в вольтах. ПУРЛ-220 было недолговечным, так как базировалось на газовом разряднике. В семидесятые годы двухэлектродные лампы были сняты с производства. На смену пришли горелки с четырьмя электродами. Им не требовалось внешнего устройства для запуска. Запуск происходит намного проще.

1 – основной электрод.

2 — поджигающий электрод.

3 – выводы электродов из горелки.

4 – аргон.

5 – резистор (сопротивление).

6 – ртуть.

В основе работы лежит два процесса:

• Электрическая дуга между электродами.
• Процесс люминесценции.

Внешний корпус изготавливают из специального жаропрочного стекла. Из колбы – внешнего корпуса откачан воздух. Вместо него закачан азот, либо инертный газ.  Его предназначение – предотвращение теплообмена между горелкой и колбой. Тем не менее температура баллона может достигать 120 градусов. Цоколь предназначен для фиксации в патроне подключения. Внутренняя часть колбы покрыта изнутри люминофорным слоем. Люминофор – вещество, которое способно светиться в видимом нами спектре при облучении ультрафиолетом, либо при бомбардировке электронами. В случае с ДРЛ лампами – ультрафиолетовым излучением. Светящимся телом является электрическая дуга между электродами. Из-за наличия люминофорного покрытия колба непрозрачная.

В момент, когда лампа не подключена и холодная, ртуть может быть либо в виде шарика, может быть в виде тонкого слоя на стенках горелки.

Горелка представляет собой трубку из кварцевого стекла (либо специальной тугоплавкой прозрачной керамики), так как оно термостойкое и пропускает ультрафиолетовое излучение. Внутри находится строго дозированные порции инертного газа. Ультрафиолет вызывает свечение люминофорного слоя. Это самая главная часть — излучатель.

Резисторы необходимы для ограничения пусковых токов.

Характеристики

Базовые функции балластов: обеспечивает процесс подогрева катодов для старта процесса электронной эмиссии, создает напряжение стартового разряда и последующее ограничение рабочего тока. В режиме переменного тока, он обеспечивает сдвиг фаз (cos f) между I и U, называемым коэффициент мощности. Эта величина обозначается в паспорте и маркировки балласта. Активная мощность рассчитывается по соотношению: P = U х I х cosf, очевидно, что низкий cos f дает рост использования реактивной энергии.

Маркировка балласта

В связи, с чем балласты группируются по уровню мощности:

• С— низкий показатель;
• В— супернизкий;
• D — средняя возможность поглощения.

Классификация и по уровню шума:

• С — очень низкий шумовой эффект;
• А — особо низкий показатель;
• П — пониженный шум;
• Н — норма.

Технические характеристики балласта должны соответствовать показателям мощности лампы, иначе она работать не будет.

Люминесцентные ламы требуют установку дросселей различной мощности:

• Вт до 15.0 Вт — небольшие настольные светильники;
• 16.0 Вт до 36.0 Вт — потолочные и настенные бытовые осветительные устройства;
• 37.0 Вт до 80.0 Вт — мощные промышленные осветительные системы с несколькими единичными точками света.

На территории России выпуск люминесцентных ламп и комплектующих производятся достаточно большими партиями — от миллиона ламп в год. Производство организовано на предприятиях: «ЛИСМА-ВНИИС» им. Лодыгина, «Фотон», Саранский завод точных приборов, компании «СЭПО-ЗЭМ». Среди западных производителей популярностью пользуются греческая компания Schwabe Hellas и финская Helvar. Считается, что балласты и стартеры лучше приобретать известных марок, таких как Navigator или Luxe.

Принцип работы

Дроссель функционирует в лампе вместе со стартером. Принцип их действия имеет такую последовательность:

• при возникновении напряжения в лампе электрические заряды поступают в стартер, который состоит из заполненного инертным газом баллона с контактами и конденсатора;
• за счет напряжения газ ионизируется и по цепи дросселя проходит ток;
• происходит возрастание силы тока до 0,5 Ампер за счет разогрева контактов из биметалла и газа;
• далее происходит нагревание катодов, и освобождаются электроды, подогревая в трубке светильника ртутные пары;
• ионизация завершается при мгновенном замыкании контактов завершение ионизации происходит при мгновенном замыкании контактов;
• при понижении температуры стартера осуществляется их быстрое размыкание и прекращение подачи тока к катоду и стартеру.

Заряд, сформировавшийся в ртутных парах, обеспечивает ультрафиолетовое излучение, под воздействием которого возникает освещение видимое человеком.

Для чего нужен дроссель

Дроссель отвечает за правильную работу источника света. Нередко мощные устройства требуют внушительных показателей напряжения сети. Это в свою очередь приводит к перегреву и перегоранию прибора. Компонент позволяет избежать подобных последствий. При этом его нужно включать в электрическую цепь последовательно.

Таким образом дроссель ограничивает напряжение и силу тока во время работы.

Рисунок 1. Дроссель ДРЛ

Чтобы ограничить перепады тока, реализуется подключение через элемент сопротивления. Он представляет собой балласт из нескольких катушек индуктивности с высоким сопротивлением, которое не дает лампе сгореть. В газовой среде ДРЛ происходит электрический пробой, приводящий к появлению дугового разряда. Ионизированный газ при этом теряет сопротивление, что становится причиной возрастания тока и выделения значительного количества тепла. Если ток не ограничивать специальными дросселями, прогретая газовая среда выведет лампу из строя.

Если ДРЛ напрямую подключить в сеть, то поломка в большинстве случаев вопрос времени. Чаще перегрев проявляется мгновенно. На скорость поломки влияют конкретные показатели электрической цепи, величина напряжения, внешние факторы (температура воздуха, влажность и т.д.). Это касается только обычных ртутных светильников, которые составляют большую часть рынка.

Главный параметр для дросселя номинальный ток. Именно по нему подбирают оборудование с учетом мощности осветительного прибора. Можно воспользоваться следующей таблицей.

Несмотря на полезность дросселя он все больше уходит в прошлое. На смену приходят современные блоки электронной стабилизации дуги. С их помощью можно точно настраивать параметры работы, контролировать рабочие нагрузки. Выставленные показатели будут сохраняться даже при значительных перепадах напряжения в сети.

Рисунок 2. Дроссели разных параметров

Реактивное сопротивление дросселя связано с параметрами катушки индуктивности. 1 генри индуктивности пропускает 1 А тока при напряжении 1 В. При рассмотрении катушек стоит учесть:

• площадь поперечного сечения медного проводника;
• количество витков;
• материал сердечника;
• поперечное сечение магнитопровода.

Катушка также обладает активным сопротивлением, что надо учитывать при подборе деталей для конкретных осветительных приборов. К каждому типу ДРЛ подойдут дроссели определенных размеров.

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 2018 года в России запрещено применение трубчатых ЛЛ, а также ртутных ламп, а с начала 2020 года будут запрещены люминесцентные и натриевые светильники.

Как проверить исправность?

Дроссель является достаточно прочным и надежным составным элементом люминесцентной лампы. Поэтому выходит из строя устройство очень редко.

Но все же иногда может возникать обрыв его обмотки или перегорание. Также при нарушении изоляционного слоя между витками дроссель перестает функционировать. Как определить исправность дросселя?

Проверка проводится мультиметром. Прибор, настроенный на величину сопротивления подключают к выводам дросселя. При нарушениях в обмотке на измерительном приборе высвечивается бесконечное сопротивление. Минимальные показатели этого значения свидетельствуют о непригодности изоляции или замыкании между витками.

При перегорании обмотки в катушке ощущается характерный паленый запах, который изначально исходит от детали в процессе ее работы. Все описанные характеристики неисправности дросселя в основном относятся к устройствам электромагнитного типа.

Как подобрать

В паспортной документации для дросселя указывается, какие типы, и конфигурации ламп предназначены для работы с ним

Для правильного выбора нужно обратить внимание на следующие данные:

1. Контрольный список параметров выбора дросселя ЛЛ.
2. Тип запуска — мгновенный или запрограммированный.
3. Обычный балластный коэффициент (от 0,77 до 1,1) является значением по умолчанию для большинства ламп.
4. Входное напряжение — 120/230/380В.
5. Минимальная начальная температура от −17С до 20С.
6. Схема — параллель это норма. Это позволяет другим лампам оставаться зажженными, даже если одна лампа в приборе гаснет.
7. Контроль анти-стратификации — нежелательные яркие и тусклые области, которые могут образовывать структуру стоячей волны по всей длине лампы. Полоски более вероятны, когда лампа работает при низких температурах.
8. Оценка звука: балласт с рейтингом «А» будет тихо гудеть; балласт с рейтингом «D» вызовет ярко выраженный шум.
9. Гарантия производителя.

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.