Устройство люминесцентной лампы и принцип работы

Принцип работы люминесцентного светильника

Особенность работы люминесцентных светильников заключается в том, что их нельзя напрямую подключать в сеть питания. Сопротивление между электродами в холодном состоянии большое, и величина тока, протекающего между ними, недостаточна для возникновения разряда. Для зажигания требуется импульс высокого напряжения.

Лампа с зажженным разрядом характеризуется низким сопротивлением, которое имеет реактивную характеристику. Для компенсации реактивной составляющей и ограничения протекающего тока последовательно с люминесцентным источником света включается дроссель (балласт).

Многим непонятно, для чего нужен стартер в люминесцентных лампах. Дроссель, включенный в цепь питания совместно со стартером, формирует импульс высокого напряжения для запуска разряда между электродами. Так получается потому, что при размыкании контактов стартера на выводах дросселя формируется импульс ЭДС самоиндукции величиной до 1кВ.

Для чего нужен дроссель

Использование дросселя для люминесцентных ламп (балласта) в цепях питания необходимо по двум причинам:

• формирование напряжения запуска;
• ограничение тока через электроды.

Принцип работы дросселя основан на реактивном сопротивлении катушки индуктивности, которой является дроссель. Индуктивное сопротивление вносит сдвиг фаз между напряжением и током, равный 90º.

Из того, что ограничивающей ток величиной, является индуктивное сопротивление, следует, что дроссели, предназначенные для ламп одной мощности, нельзя использовать для подключения более или менее мощных устройств.

В некоторых пределах возможны допуски. Так, ранее отечественная промышленность выпускала люминесцентные светильники с мощностью 40 Вт. Дроссель 36W для люминесцентных ламп современного производства можно без опасений использовать в цепях питания устаревших светильников и наоборот.

Отличия дросселя от ЭПРА

Дроссельная схема включения люминесцентных источников освещения отличается простотой и высокой надежностью. Исключение составляет регулярная замена стартеров, поскольку в их состав входит группа размыкающих контактов для формирования импульсов запуска.

В то же время схема имеет существенные недостатки, которые заставили искать новые решения включения ламп:

• длительное время запуска, которое увеличивается по мере износа лампы или снижения напряжения питания;
• большие искажения формы напряжения питающей сети (cosф
• мерцание свечения с удвоенной частотой питающей сети из-за малой инерционности светимости газового разряда;
• большие массо-габаритные характеристики;
• низкочастотный гул из-за вибрации пластин магнитной системы дросселя;
• низкая надежность запуска при отрицательных температурах.

Проверка дросселя ламп дневного света затрудняется тем, что приборы для определения короткозамкнутых витков распространены мало, а при помощи стандартных приборов можно только констатировать факт наличия или отсутствия обрыва.

Для устранения указанных недостатков разработаны схемы электронной пуско-регулирующей аппаратуры (ЭПРА). Работа электронных схем основана на другом принципе формирования высокого напряжения запуска и поддержания горения.

Высоковольтный импульс генерируется электронными компонентами, а для поддержки разряда используется высокочастотное напряжение (25-100 кГц). Работа ЭПРА может осуществляться в двух режимах:

• с предварительным подогревом электродов;
• с холодным запуском.

В первом режиме на электроды подается низкое напряжения в течение 0.5-1 секунды для первоначального нагрева. По истечении времени подается высоковольтный импульс, из-за которого происходит зажигание разряда между электродами. Данный режим технически реализуется сложнее, но увеличивает срок службы ламп.

Режим холодного запуска отличается тем, что напряжение запуска подается на непрогретые электроды, вызывая быстрое включение. Такой способ запуска не рекомендован для частого использования, поскольку сильно сокращает срок работы, но его можно использовать даже с лампами с неисправными электродами (с перегоревшими нитями накала).

Схемы с электронным дросселем имеют такие преимущества:

полное отсутствие мерцания; широкий температурный диапазон использования; малые искажения формы напряжения сети; отсутствие акустических шумов; увеличение срока службы источников освещения; малые габариты и вес, возможность миниатюрного исполнения; возможность диммирования — изменения яркости путем управления скважности импульсов питания электродов

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.

Принцип работы люминесцентного светильника

Особенность работы люминесцентных светильников заключается в том, что их нельзя напрямую подключать в сеть питания. Сопротивление между электродами в холодном состоянии большое, и величина тока, протекающего между ними, недостаточна для возникновения разряда. Для зажигания требуется импульс высокого напряжения.

Лампа с зажженным разрядом характеризуется низким сопротивлением, которое имеет реактивную характеристику. Для компенсации реактивной составляющей и ограничения протекающего тока последовательно с люминесцентным источником света включается дроссель (балласт).

Многим непонятно, для чего нужен стартер в люминесцентных лампах. Дроссель, включенный в цепь питания совместно со стартером, формирует импульс высокого напряжения для запуска разряда между электродами. Так получается потому, что при размыкании контактов стартера на выводах дросселя формируется импульс ЭДС самоиндукции величиной до 1кВ.

Watch this video on YouTube

Для чего нужен дроссель

Использование дросселя для люминесцентных ламп (балласта) в цепях питания необходимо по двум причинам:

• формирование напряжения запуска;
• ограничение тока через электроды.

Принцип работы дросселя основан на реактивном сопротивлении катушки индуктивности, которой является дроссель. Индуктивное сопротивление вносит сдвиг фаз между напряжением и током, равный 90º.

Из того, что ограничивающей ток величиной, является индуктивное сопротивление, следует, что дроссели, предназначенные для ламп одной мощности, нельзя использовать для подключения более или менее мощных устройств.

В некоторых пределах возможны допуски. Так, ранее отечественная промышленность выпускала люминесцентные светильники с мощностью 40 Вт. Дроссель 36W для люминесцентных ламп современного производства можно без опасений использовать в цепях питания устаревших светильников и наоборот.

Отличия дросселя от ЭПРА

Дроссельная схема включения люминесцентных источников освещения отличается простотой и высокой надежностью. Исключение составляет регулярная замена стартеров, поскольку в их состав входит группа размыкающих контактов для формирования импульсов запуска.

В то же время схема имеет существенные недостатки, которые заставили искать новые решения включения ламп:

• длительное время запуска, которое увеличивается по мере износа лампы или снижения напряжения питания;
• большие искажения формы напряжения питающей сети (cosф<0.5);
• мерцание свечения с удвоенной частотой питающей сети из-за малой инерционности светимости газового разряда;
• большие массо-габаритные характеристики;
• низкочастотный гул из-за вибрации пластин магнитной системы дросселя;
• низкая надежность запуска при отрицательных температурах.

Проверка дросселя ламп дневного света затрудняется тем, что приборы для определения короткозамкнутых витков распространены мало, а при помощи стандартных приборов можно только констатировать факт наличия или отсутствия обрыва.

Для устранения указанных недостатков разработаны схемы электронной пуско-регулирующей аппаратуры (ЭПРА). Работа электронных схем основана на другом принципе формирования высокого напряжения запуска и поддержания горения.

Watch this video on YouTube

Высоковольтный импульс генерируется электронными компонентами, а для поддержки разряда используется высокочастотное напряжение (25-100 кГц). Работа ЭПРА может осуществляться в двух режимах:

• с предварительным подогревом электродов;
• с холодным запуском.

В первом режиме на электроды подается низкое напряжения в течение 0.5-1 секунды для первоначального нагрева. По истечении времени подается высоковольтный импульс, из-за которого происходит зажигание разряда между электродами. Данный режим технически реализуется сложнее, но увеличивает срок службы ламп.

Режим холодного запуска отличается тем, что напряжение запуска подается на непрогретые электроды, вызывая быстрое включение. Такой способ запуска не рекомендован для частого использования, поскольку сильно сокращает срок работы, но его можно использовать даже с лампами с неисправными электродами (с перегоревшими нитями накала).

Схемы с электронным дросселем имеют такие преимущества:

полное отсутствие мерцания;
широкий температурный диапазон использования;
малые искажения формы напряжения сети;
отсутствие акустических шумов;
увеличение срока службы источников освещения;
малые габариты и вес, возможность миниатюрного исполнения;
возможность диммирования — изменения яркости путем управления скважности импульсов питания электродов.

Проверка работоспособности энергосберегающей лампы

По истечение определенного временного промежутка лампа дневного света выходит из строя не всегда по объяснимым причинам. Случается, что прекращается ее работоспособность благодаря различным факторам. Вот что может повлиять на нарушение рабочего механизма:

• перенапряжение;
• подача сверхтоков;
• выход из строя дросселя или стартера;
• игнорирование схемой подключения дневной лампы.

Дисфункция работы люминесцентной лампы происходит за счет нарушения целостности электродов по выше указанным причинам. Известно, что эти элементы представляют собой вольфрамовую нить, покрытую металлическим опылением. За счет неблагоприятного воздействия, это покрытие начинает осыпаться и постепенно выгорать.

Иногда напряжение проходит только по некоторой части электродов, это приводит к потемнению на концах прибора. Для точной проверки лучше всего использовать мультиметр. Установите его в режим измерения проводников прибора, проверяйте сопротивление обеих сторон. Если хоть один контакт покажет ноль, следовательно, лампа не дееспособна.

Люминесцентная лампа в разобранном виде

Как подключить дроссель

Установка люминесцентного дросселя не сложная, но, как и всегда, при работе с электрическими цепями, лучше доверить ее квалифицированному специалисту, если у пользователя не соответствующей группы допуска по электробезопасности.

Алгоритм установки дросселя на ЛЛ:

1. При установке люминесцентного осветительного прибора сначала отключают питание от сети.
2. Снимают пластину рассеивателя, закрывающую лампу и удаляют саму лампу.
3. При получении доступа к дросселю снимают с него крышку и отсоединяют все провода. Перед этим рекомендуется удостовериться, что питание прибора не выполняется, используя тестер напряжения.
4. После приобретения необходимого балласта выполняют зачистку проводов для подсоединяют по указанной схеме.
5. Включают электропитание только тогда, когда все вышеперечисленные шаги были выполнены в обратном порядке ибалласт будет полностью установлен.

Обратите внимание! Согласно европейским нормам старые дросселя утилизируют, поскольку они содержат токсины, вредные для окружающей среды

Выявление неполадок и их устранение

Неисправность лампы дневного света выражается в:

1. Полном отсутствии включения.
2. Кратковременных мерцаниях лампы с дальнейшим включением.
3. Продолжительном мерцании без дальнейшего включения.
4. Гудении.
5. Мерцании в режиме горения.

Это может неблаготворно сказаться на зрении человека, поэтому следует незамедлительно диагностировать поломку и приступить к ремонту светильника. Для этой цели понадобится мультиметр или тестер сопротивления.

Часто ЛЛ не горит из-за плохого контакта между штырьками лампы и контактами патрона. Держатели со временем изнашиваются и окисляются. Следует почистить их спиртосодержащей жидкостью, ластиком, мелкой шкуркой, а при необходимости подогнуть или заменить пластинки контактов для лучшего соприкосновения со штырьками. Следует помнить, что ЛДС не работает при температуре ниже –50 ˚С и при скачках напряжения более 7 %.

Целостность спиралей-электродов

Лампа не загорается. Проверяется при помощи мультиметра или индикатора на наличие сопротивления с мини-лампочкой. Переключатель устанавливают на измерение сопротивления – минимальный диапазон, щупами прикасаются к штырькам сначала с одной, потом с другой стороны. Неисправная спираль покажет нулевое сопротивление (нить порвалась). Целая нить покажет незначительное сопротивление – от 3 до 16 Ом. Если даже одна из спиралей покажет обрыв, лампа подлежит замене. Восстановить работоспособность с такой поломкой не получится.

Неисправности в электронном балласте

В лампах нового поколения используется электронная пускорегулирующая аппаратура (ЭПРА). Чтобы понять, исправен ли балласт, заменяют его на заведомо рабочий. Если светильник включился, это означает, что поломка была в нем. Старый балласт можно починить в домашних условиях. Сначала можно попробовать заменить предохранитель на аналогичный с таким же диаметром и плавкой вставкой. Если спиральные нити слабо светятся – пробит конденсатор между ними. Его нужно заменить на аналогичный, но с рабочим напряжением 2 кВ. В дешевых балластах ставят конденсаторы на 250–400 В, которые часто сгорают.

Устройство электронного балласта

Транзисторы могут перегореть из-за скачков напряжения. При работе сварочного агрегата или любой мощной техники ЛДС желательно выключать. Транзисторы можно взять из списанных балластов или подобрать по таблице. После замены любого элемента нужно проверить исправность светильника, вставив в него лампу мощностью 40 Вт.

Как проверить дроссель люминесцентного светильника

Признаки неисправности дросселя:

• гудение светильника из-за дребезжания пластин;
• лампа зажигается нормально, потом темнеет по краям и гаснет;
• перегрев ЛДС;
• после включения внутри колбы бегают змейки;
• сильное мерцание.

Проверка дросселя

Для проверки дросселя на исправность из светильника вынимают стартер и замыкают накоротко контакты в его патроне. Вынимают лампу и закорачивают контакты в патронах с обеих сторон. Мультиметр устанавливается в режим измерения сопротивления, щупы присоединяются к контактам в патроне лампы. Обрыв обмотки покажет бесконечное сопротивление, а межвитковое замыкание – значение (стрелка) около нуля.

Как проверить стартер

Если при включении ЛДС мерцает, но не загорается, – неисправен стартер. Отдельно от светильника прозвонить стартер мультиметром не удастся, так как без напряжения его контакты разомкнуты. Схема проверки данного элемента включает в себя лампочку 60 Вт и стартер, подключенные последовательно к сети 220 В.

Как проверить емкость конденсатора тестером

Неисправный конденсатор, находящийся между проводами сети питания, снижает КПД светильника до 40%. В рабочем состоянии КПД составляет 90%, что более экономично. Для ЛЛ до 40 Вт подойдет конденсатор емкостью 4,5 мкФ. Слишком низкая емкость снижает КПД, высокая – вызовет мерцание. Исправность конденсатора проверяют мультиметром с соответствующей функцией.

Подключение лампы дневного света

Схема подключения лампы дневного света довольно проста в понимании, но иногда ее приходится выстраивать для отдельной индивидуальной электрической сети, по которой включить люминесцентный источник будет просто. Перейдем к порядку действий, которые обеспечат правильную работу экономной лампочки.

Схема подключения одной и двух ламп дневного света

• Первое, что нужно произвести, это как обычно обезопасить себя от поражения электрическим током, а значит, обесточить всю цепь.
• Приступаем к техническим пунктам алгоритма, выбираем фазу и ее соединяем с контактом лампы.
• Берем нулевой провод и соединяем его с дросселем.
• От дросселя подводим проводник ко второму контакту дневной лампы и замыкаем их между собой.

Чтобы лампа работала стабильно, без миганий, достаточно установки стартера, другими словами электрического балласта, работа которого специализируется на сбалансировании напряжения, подаваемого к лампе.

Что вызывает опасность в энергосберегающей лампе?

Многие люди задаются этим вопросом, и ввиду собственной безопасности продолжают игнорировать данные источники освещения, даже пренебрегая тем качеством, которое обеспечивает экономию электроэнергии.

Известно, что внутренний механизм лампы содержит долю ртути, и при нарушении целостности колбы, может произойти отравление парами химического вещества. В связи с этим, люди стараются не приобретать люминесцентные источники света. Однако, существует ряд правил безопасности при работе с этим прибором, о которых мы говорили в предыдущих статьях.

Дроссель в лампах такого типа служит для формирования электроимпульса для поджига газоразрядной лампы. Суть в том, что в отличии от обыкновенной лампы накаливания, люминесцентную лампу просто так в сеть не включишь, ей нужны специфические условия.

Принцип работы

Главный принцип работы дросселя – производить сдвиг фазы переменного тока на 90 градусов, в момент перехода через 0. Это обеспечивает поддержание необходимого тока для горения паров металла в лампе.

Технические характеристики

Самая главная характеристика дросселя – коэффициент потерь мощности на поддержания нужных параметров электропитания лампы. Обозначаются параметры тока, мощности, и емкости конденсатора. Для всех дросселей в зависимости от мощности параметры разные.

Виды

Дроссели для ламп подразделяются по точно таким же характеристикам, что и лампы, которые будут подключаться к этому дросселю. Подключение дросселя, не соответствующего характеристикам лампы приведут либо к поломке, либо к поломке. Дроссели имеют следующие разграничения по мощности:

Смотрите на видео принцип работы люминесцентной лампы:

Устройство

Дроссель состоит из наборного сердечника из электротехнической стали, на которую намотан медный провод. Все это заключено в кожух.

Разборка дросселя для люминесцентных ламп сводится к:

1. удалению кожуха с дросселя,
2. размотке провода,
3. после чего остается один сердечник
4. Сердечник состоит из пластин, набранных в виде параллелепипеда.

Читайте что такое гофра для кабеля и проводов и как выбрать .

Расчёт дросселя необходим, когда выполняется подключение нескольких ламп или дроссель изготавливается исходя из заданных параметров.

Подключение

Подключение к сети люминесцентной лампы с дросселем выполняется квалифицированным электриком. Само подключение не представляет из себя ничего сложного, если лампа с дросселем уже в сборе.

Схема подключения люминесцентной лампы через дроссель проста:

1. Напряжение поступает последовательно ко всем точкам сборки, начиная с конденсатора,
2. Затем поступает на катушку дросселя,
3. После выхода из которой, последовательно соединяет все клеммы дампы и через стартер,
4. После чего соединяется со вторым сетевым контактом.

Запуск дросселем от энергосберегающих ламп возможен лишь в том случае, если мощность дросселя и мощность лампы соответствуют. Эффект от этого взаимодействия позволяет получить ровное свечение без мерцания.

Как зажечь без дросселя?

Если дроссель вышел из строя, то зажечь лампу можно с помощью постоянного тока, более высокого номинала. Подробная схема ниже. В этом варианте есть и недостатки, но в критических ситуациях это один из выходов. Для понимания механизма работы такого метода нужно понимать механизм розжига люминесцентной лампы.

Подключение люминесцентных ламп без дросселя проводится с предварительно замкнутыми попарно контактами лампы с двух сторон, вне зависимости от того – целая спираль или нет.

На одну сторону лампы подается плюс, на другой – минус. Срок службы лампы от этого ниже, но и используется этот способ на уже сгоревших лампах, так что этот метод более похож на реинкарнацию лампы. Смотрите руководство как правильно паять паяльником здесь: .

Схемы включения люминесцентных ламп без дросселя не отличаются разнообразием. Все сводится к подаче повышенного напряжения в момент пуска, и это напряжение зависит от характеристик лампы и питающей сети.

Схема запуска

Когда подключение лампочки произведено, необходимо убедиться в ее правильности и в исправности пускорегулирующих аппаратов. Для проведения тестов нужно иметь мультиметр, при помощи которого можно проверить катодные тела накала.

Разрешенный уровень сопротивления не превышает 10 Ом. Если мультиметр указал сопротивление как бесконечное, то не нужно торопиться выбрасывать лампу. Это устройство еще сохраняет работоспособность, но применять его необходимо в системе холодного запуска. Теперь можно пробовать запустить светильник.

Внимание! В обычных условиях провода стартера разомкнуты, а его конденсатор не позволяет постоянному току проходить. Проще говоря, мультиметр должен показывать достаточно высокое сопротивление, которое может быть больше 100 Ом

В заключении нужно отметить, что схема люминесцентной лампы достаточно тяжелая, которая не под силу обычному человеку. Но существует множество вариантов, благодаря которым работа значительно упрощается

Важно помнить о том, что детей нельзя допускать к этому виду деятельности. При монтаже светильника нужно обесточить все помещение. https://www.youtube.com/embed/PPN2VXjBMbQ

Конструкция

Конструктивно он выполнен из индуктивной катушки, намотанной на ферримагнитный сердечник, имеющего сходство с трансформатором, но с одной обмоткой из медного эмаль-провода.

Типовая структура дросселя:

• Проволока с изолированным покрытием;
• сердечник ферритовой конструкции, обеспечивающий индуктивность;
• компаунд для заливки — негорючее вещество, для дополнительного обеспечения межвитковой изоляции;
• корпус из термоустойчивых полимеров для размещения функциональных узлов.

Катушка

Дроссель в схеме ЛЛ должен выполнить скачок, чтобы возникло ЭДС самоиндукции катушки по правилу Ленца. Чтобы увеличить эти свойства, провод накручивают на сердечник, тем самым увеличивая электромагнитный поток.

Таким образом, по устройству балласт — это обыкновенная катушка, работающая по типу электротрансформатора.

Катушка дросселя

Обратите внимание! Перед применением нужно их точно рассчитать, чтобы обеспечить работоспособность ламп. Особенно в момент старта свечения, когда потребуется разряд достаточно высокого напряжения, чтобы пробить газовую среду

После чего балласт, примет на себя функции гасящего устройства. Поскольку для того чтобы ЛЛ светилась, больших параметров тока не требуется, в связи с чем этот класс светильников обладает повышенной экономичностью.

Сердечник для балласта

Индуктивность дросселя люминесцентных ламп обеспечивается сердечником, поэтому он выполняется из пластин с ферромагнитными свойствами, изолированные друг от друга, чтобы препятствовать токам Фуко, создающим недопустимые помехи в работе. Он служит мощным функциональным барьером, как при снижении входного напряжения, так и при его подъеме.

Сердечник

Конструкция относится к низкочастотным схемам. Переменный ток в бытовых электросетях имеет большой диапазон колебаний: от 1.0 до миллиарда Гц и выше и группируется по таким градациям:

1. Звуковые низкие частоты с диапазоном от 20.1 Гц до 20.1 кГц.
2. Ультразвуковые от 20.1 кГц до 100.1 кГц.
3. Сверхвысокие свыше 100.1 кГц.

Дополнительная информация. Сердечник присутствует только у низкочастотных дросселей, в высокочастотных вариантах сердечники не устанавливаются. Для намотки медного провода, применяют пластиковые каркасы или обыкновенные резисторы. В этом случае трансформатор выполнен в форме секционной, многослойной намотки.