Зачем нужен эпра (электронный балласт) для люминесцентных ламп

Электронный балласт

Недостатки схемы ЭмПРА вызвали необходимость поиска более оптимального способа подключения. В ходе изысканий был изобретен способ с участием электронного балласта. В данном случае используется не сетевая частота (50 Гц), а высокие частоты (20 – 60 кГц). Удается избавиться от вредного для глаз мигания света.

Внешне электронный балласт — это блок с выведенными наружу клеммами. Внутренняя часть устройства содержит печатную плату, на основе которой можно собрать всю схему. Блок малогабаритен, благодаря чему помещается в корпусе даже небольшого прибора освещения. Включение осуществляется гораздо быстрее по сравнению со стандартом ЭмПРА. Работа устройства не доставляет акустического дискомфорта. Данный способ подключения называется бесстартерным.

Разобраться в принципе функционирования устройства такого типа не сложно, поскольку на его обратной стороне есть схема. На ней показано количество ламп для подключения и поясняющие надписи. Имеется информация о мощности лампочек и других технических параметрах устройства.

Подключение осуществляется следующим образом:

1. Первый и второй контакт соединяют с парой ламповых контактов.
2. Третий и четвертый контакты направляют на оставшуюся пару.
3. На вход подают электропитание.

Использование умножителей напряжения

Данный вариант позволяет подключать люминесцентную лампу без применения электромагнитного баланса. Используется обычно для увеличения периода эксплуатации лампочек. Схема подключения сгоревших ламп дает возможность работать источникам света еще какое-то время при условии, что их мощность не более 20 – 40 Вт. Нити накала допускаются как пригодные для работы, так и перегоревшие. В любом случае выводы нитей необходимо закоротить.

В результате выпрямления напряжение увеличивается в два раза, поэтому лампочка включается почти мгновенно. Конденсаторы C1 и С2 подбираются исходя из рабочего напряжения 600 Вольт. Недостаток конденсаторов состоит в их больших размерах. В качестве конденсаторов С3 и С4 отдают предпочтение слюдяным устройствам на 1000 Вольт.

Люминесцентные лампы несовместимы с постоянным током. Очень скоро ртути в устройстве накапливается столько, что свет становится ощутимо слабее. Чтобы восстановить яркость свечения, меняют полярность путем переворачивания лампочки. Как вариант, можно установить переключатель, чтобы каждый раз не снимать лампу.

Подключение без стартера

Метод с использованием стартера сопряжен с длительным разогревом лампочки. К тому же эту деталь необходимо часто менять. Обойтись без стартера позволяет схема, где подогрев электродов осуществляется с помощью старых трансформаторных обмоток. Трансформатор выступает в роли балласта.

На лампочках, используемых без стартера, должна быть надпись RS (быстрый старт). Источник света с запуском через стартер не подходит, так как его проводники долго греются, а спирали быстро сгорают.

Последовательное подключение двух лампочек

В данном случае необходимо соединить две люминесцентные лампы с одним балластом. Все устройства подключают последовательным образом.

Для проведения электромонтажных работ понадобятся такие детали:

• индукционный дроссель;
• стартеры (2 единицы);
• люминесцентные лампочки.

Подключение выполняется в следующем порядке:

1. Присоединяем к каждой лампочке стартеры. Соединение выполняем параллельно. Место соединения — штыревой вход на торцах прибора освещения.
2. Свободные контакты направляем в электрическую сеть. Для соединения используем дроссель.
3. К контактам источника света присоединяем конденсаторы. Позволят снизить интенсивность помех в сети и компенсировать реактивность мощности.

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.

От чего зависит срок службы люминесцентной лампы и как его продлить?

В первую очередь, от качества технологии производства товаропроизводителя. Если проанализировать причины недолговечности отдельных компактных ЛЦЛ, посмотреть на их небрежно сделанные монтажные платы, на быстро сгораемые накальные нити колб, не покрытые окисью бария, то убеждаешься, что совести у производителей явно нет. Они в корне хоронят саму идею энергосбережения, ведь компактные ЛЦЛ стоят недешево. Единственный способ повлиять на товаропроизводителя. не покупать их ЛЦЛ.

В Интернете есть положительные отзывы о ЛЦЛ фирмы Philips, изготовленных в Германии, Голландии, но стоят они дороже. Много отрицательных отзывов о ЛЦЛ, изготовленных в Китае, не зависимо от того, какую фирму они представляют, но китайские лампы стоят дешевле. Дешевле стоят и ЛЦЛ отечественного производства. Вот и выбирайте.

Дольше служат ЛЦЛ, которые зажигаются не мгновенно, а с задержкой в 1 …3 с. В них применена микросхема, контролирующая многие параметры лампы и этим продлевающая им «жизнь». Микросхемы в схемах ЛЦЛ применяют более солидные фирмы, но и стоят такие лампы дороже.

Долговечность ЛЦЛ зависит и от того, как часто вы их включаете-выключаете, это показано на графике рис.9 (см РА 6/2009), но это касается ЛЦЛ, зажигающихся «холодным стартом», лампы, зажигающиеся с задержкой в 1 …3 с, мало зависят от количества включений-выключений, об этом упоминалось выше.

Быстро сгорают ЛЦЛ, которые имеют плохой контакт в старых патронах или в их старых выключателях. Напряжение, в таком случае, подается на электронный балласт хаотически, от чего балласты быстро выходят из строя.

Не следует пользоваться ЛЦЛ во время грозы и сильных ветров, именно в это время, в электросетях, бывают скачки напряжений, повреждающие электронные балласты. Не используйте компактную ЛЦЛ в ванной, так как из-за повышенной влажности она быстро выйдет из строя. Говорят, что нельзя прикасаться к стеклянной колбе компактной люминесцентной лампы.

Те, кто это говорит, видимо, имели в виду галогенную лампу. К стеклянной колбе такой лампы, действительно нельзя прикасаться даже в холодном состоянии, так как от прикосновения рук на колбе остаются жировые пятна, влияющие на ее работу из-за высокой температуры стекла в рабочем состоянии.

Что касается ЛЦЛ, то здесь нет ограничений. Единственно, что просят товаропроизводители, это при закручивании лампы в патрон держаться не за ее стеклянною колбу, а за пластмассовый стакан. Это связано с тем, что тонкие стеклянные стенки колбы могут треснуть, а сама колба может оторваться от пластмассового стакана (цоколя) из-за непрочности термоклея.

ЭПРА для люминесцентных ламп: основы подбора

Выбирать необходимо по техническим показателям

Но цена — далеко не все, на что стоит обращать внимание. Необходимо отслеживать следующие показатели:

• Для одной или для двух ламп предназначен электронный балласт. Этот параметр отображается рисунком на корпусе. Обычно показано и как их надо подключать.
• Мощность ЭПРА. Она должна совпадать с мощностью ламп. Иначе функционировать светильник не будет.
• С какими лампами работает этот электронный балласт (типы ламп — Т4, Т5 и Т8).
• Степень защиты корпуса IP. Если светильник установлен в жилых комнатах, достаточно обычного исполнения — IP23. Для ванных комнат нужна повышенная влагозащита — IP 44  и выше.

Для уличных светильников важен температурный диапазон. Стоит заметить, что далеко не все лампы, да и далеко не любой ЭПРА может работать при низких температурах. Может случиться так, что лампа просто не разогреется до достаточной для старта температуры

Так что обращайте внимание на этот показатель

Электронный балласт для люминесцентных ламп: устройство

Стандартные электронные балласты – своеобразные преобразователи напряжения, посредством которых происходит питание люминесцентных осветительных приборов. На сегодняшний день известно большое количество видов электронных балластов, но наибольшую популярность, вполне заслуженно, получили:

• Устройства, в которых осуществляется предварительный подогрев перед передачей зажигающего потенциала на катоды. Высокая частота подающегося напряжения существенно увеличивает КПД и устраняет мигание, а зажигание – нарастающее или моментальное.
• Устройства комбинированного типа, характеризующиеся участием колебательного контура при «зажигании» и резонансом до момента разряда, сопровождающегося повышением показателей напряжения и подогревом катодов.

Как правило, схема запуска в условиях комбинированного метода предполагает наличие в контуре катодной нити накала.

Важно отметить, что особенностью компактных люминесцентных ламп, рассчитанных на установку в стандартные патроны «Е-14» и «Е-27», является наличие встроенного в общую конструкцию, электронного балласта.

Назначение балласта

Обязательные электрические характеристики светильника дневного света:

1. Потребляемый ток.
2. Пусковое напряжение.
3. Частота тока.
4. Коэффициент амплитуды тока.
5. Уровень освещённости.

Дроссель обеспечивает высокое начальное напряжение для инициирования тлеющего разряда, а затем быстро ограничивает ток для безопасного поддержания нужного уровня напряжения.

Основные функции балластного трансформатора рассматриваются далее.

Безопасность

Балласт регулирует мощность переменного тока для электродов. При прохождении переменного тока через дроссель напряжение повышается. Одновременно ограничивается сила тока, чем предотвращается короткое замыкание, которое приводит разрушению люминесцентного светильника.

Подогрев катодов

Для работы светильника необходим всплеск высокого напряжения: именно тогда происходит пробой межэлектродного промежутка, и загорается дуга. Чем холоднее лампа, тем выше необходимое напряжение. Напряжение «проталкивает» ток через аргон. Но у газа есть сопротивление, которое тем выше, чем холоднее газ. Поэтому требуется создать более высокое напряжение при максимально низких температурах.

Для этого требуется реализовать одну из двух схем:

• с помощью пускового выключателя (стартёра), содержащего небольшую неоновую или аргоновую лампу мощностью 1 Вт. Она нагревает биметаллическую полосу в стартёре и облегчает инициирование газового разряда;
• вольфрамовыми электродами, через которые проходит ток. При этом электроды нагреваются и ионизируют газ в трубке.

Обеспечение высокого уровня напряжения

При разрыве цепи магнитное поле прерывается, импульс высокого напряжения посылается через светильник, и возбуждается разряд. Используются следующие схемы создания высокого напряжения:

1. Предварительный подогрев. В этом случае электроды нагреваются до инициирования разряда. Пусковой выключатель замыкается, позволяя току протекать через каждый электрод. Переключатель стартера быстро охлаждается, размыкая переключатель и запуская напряжение питания на дуговой трубке, в результате чего и возникает разряд. Во время работы вспомогательное питание на электроды не подаётся.
2. Быстрый запуск. Электроды нагреваются постоянно, поэтому балластный трансформатор включает две специальные вторичные обмотки, которые обеспечивают низкое напряжение на электродах.
3. Мгновенный запуск. Электроды перед началом работы не нагреваются. Для устройств мгновенного пуска трансформатор обеспечивает относительно высокое пусковое напряжение. Вследствие этого разряд легко возбуждается между «холодными» электродами.

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

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.

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.

Типовая схема балласта

В конструкции ЭПРА применяется активный корректор коэффициента мощности, обеспечивающий совместимость с электрической сетью. Основой корректора  является мощный повышающий импульсный преобразователь, управляемый специальной интегральной микросхемой. Это обеспечивает номинальный режим с коэффициентом мощности, близким к 0,98. Высокое значение данного коэффициента сохраняется в любых режимах работы. Изменение напряжения допускается в диапазоне 220 вольт + 15%. Корректор обеспечивает стабильную освещенность даже при значительных перепадах напряжения сети. Для его стабилизации используется промежуточная цепь постоянного тока.

Важную роль играет сетевой фильтр, сглаживающий высокочастотные пульсации питающего тока. В совокупности с корректором этот прибор жестко регламентирует все составляющие потребляемого тока. Вход сетевого фильтра оборудован защитным узлом с варистором и предохранителем. Это позволяет эффективно устранять сетевые перенапряжения. С предохранителем последовательно соединяется терморезистор, имеющий отрицательный температурный коэффициент сопротивления, обеспечивающий ограничение броска входного тока, во время подключения ЭПРА от инвертора к сети.

Кроме основных элементов, схема балласта для люминесцентных ламп предполагает наличие специального узла защиты. С его помощью происходит контроль за состоянием ламп, а также их отключение в случае неисправности или отсутствия. Данный прибор следит за током, который потребляет инвертор, и напряжением, поступающим на каждую из ламп. Если в течение определенного промежутка времени заданный уровень напряжения или тока превышает установленное значение, то защита срабатывает. То же самое происходит во время обрыва контура нагрузки.

Исполнительным элементом защитного узла является тиристор. Его открытое состояние поддерживается током, проходящим через резистор, установленный в балласте. Значение балластного сопротивления позволяет тиристорному току поддерживать включенное состояние до того момента, пока с ЭПРА не будет снято питающее напряжение.

Узел управления ЭПРА питается через сетевой выпрямитель при прохождении тока в балластном резисторе. Сокращение мощности электронного балласта и улучшение его коэффициента полезного действия позволяет использовать ток сглаживающей цепи. Данная цепь подключается к точке, где соединяются транзисторы инвертора. Таким образом, происходит питание системы управления. Построение схемы обеспечивает запуск системы управления на начальной стадии, после чего, с небольшой задержкой запускается цепь питания.

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.