Дроссель (балласт) является обязательным атрибутом практически любого люминесцентного светильника. В этой статье мы рассмотрим, что это за прибор, как он работает и для чего вообще нужен дроссель в люминесцентных лампах.

Для чего нужна пускорегулирующая аппаратура

Прежде чем мы начнем разговор о дросселе, разберемся, что такое пускорегулирующая аппаратура и для чего она нужна. Для того чтобы ответить на эти вопросы, необходимо понять, как работает люминесцентная лампа (ЛДС). Взглянем на ее схематическое изображение.

Перед нами стеклянная колба в виде трубки, в концы которой впаяны две спирали из вольфрама – анод и катод. Сама трубка заполнена инертным газом с небольшим добавлением ртути. Если на анод и катод подать рабочее напряжение, то лампа не засветится – слишком велико сопротивление инертного газа, и тока между электродами не будет.

Для того чтобы прибор запустить, необходимо разогреть спирали. Как только они разогреются, начнется термоэлектронная эмиссия, такая же, как в обычной электронной вакуумной лампе для радиоприемников. Между электродами начнет течь ток, а пары ртути станут излучать ультрафиолет. Попадая на люминофор, ультрафиолет заставляет его ярко светиться. Само же УФ излучение практически полностью поглощается стеклом и люминофором.

Пуск ДЛС обеспечивает специальный прибор – стартер, который кратковременно подает на спирали напряжение (о схеме его включения поговорим позже). Он является пусковой частью пускорегулирующей аппаратуры.

Стартеры для запуска ДЛС

Заставить лампу работать (как говорят, «запустить») можно и другим способом, кратковременно подав на электроды повышенное напряжение. Именно так и работают электронные пускорегулирующие аппараты, о которых поговорим позже.

Но после пуска ЛДС начинаются новые проблемы: тлеющий разряд в колбе переходит в дуговой и мгновенно приводит к короткому замыканию. Чтобы этого не произошло, ток через лампу во время ее работы необходимо ограничивать. Эту роль исполняет еще один прибор – электромагнитный балласт. Он является регулирующей частью пускорегулирующей аппаратуры.

ЭмПРА для ЛДС мощностью 36 Вт

Таким образом, без стартера лампа не запустится, без балласта – сгорит. Комплекс этих двух устройств и называют пускорегулирующим. Теперь, я думаю, тебе понятно, для чего пускорегулирующая аппаратура нужна, и что без нее никак не обойтись.

Важно! Мощность дросселя должна соответствовать мощности лампы. В противном случае лампа либо тут же погаснет, либо не запустится вовсе, либо сгорит.

Конструкция

Лампа дуговая представлена стеклянным баллоном 1 с резьбовым цоколем 2. По центру колбы размещена ртутно-кварцевая горелка (трубка) 3, наполненная аргоном и одной каплей ртути. Четырех электродные лампы располагают главными катодами 4 и дополнительными электродами 5. Электроды подключены к катоду противоположной полярности посредством добавочного угольного резистора 6.

Конструктивные особенности ртутного светильника

Подробное описание элементов позволяет выделить следующие особенности дроссельной лампы:

  • Цоколь — простейшее устройство, принимающее энергию от электросети за счет контакта токоведущей части лампы ДРЛ (резьбовой и точечной) с контактами патрона. Полученная энергия поступает на электроды горелки.
  • Горелка служит главным функциональным элементом ДРЛ лампы. Внешне деталь представлена кварцевой колбой, оснащенной с обеих сторон по два электрода (основные и дополнительные). Внутреннее пространство горелки заполнено газом аргоном для изоляции теплообмена между горелкой и средой, а также одной каплей ртути.
  • Внешняя колба содержит кварцевую горелку светильника, подключенную к проводникам от контактного цоколя. Также стеклянная емкость содержит азот и два ограничителя сопротивления (подсоединены к дополнительным электродам), покрыта изнутри люминофором.

Дуговой источник освещения в разрезе

Первые лампы ДРЛ оснащали двумя электродами. Для поджога светильника приходилось дополнительно включать в схему пусковой элемент (высоковольтный импульсный пробой промежутка горелки). Более затратный вариант ДРЛ был снят с производства, заменен 4-х электродным вариантом. Для бесперебойной работы достаточно дросселя.

Принцип работы

Принцип действия электроприбора основан на использовании светящегося тела в качестве столба дугового разряда. Особенность достигается особой технологией запуска устройства:

  • При подаче электроэнергии на светильник между электродами образуется разряд, сразу принимает дуговую форму.
  • На протяжении 10 минут после разряда технические параметры устройства достигают номинальных значений. Время пускового периода определяется внешней температурой — в теплых условиях лампа разгорается быстрее.
  • От разряда внутри колбы образуется голубое (фиолетовое) свечение и ультрафиолетовые лучи, заставляющие светиться люминофор. Потоки смешиваются, лампа получается белой.

Запуск светильника в работу

Обратите внимание! Напряжение сети в процессе горения лампы способствует колебаниям светового потока в диапазоне 20–30 %. Приборы нагреваются, возникает необходимость применять термостойкие проводники и надежные контакты для патронов.

Преимущества и недостатки

Главным достоинством люминесцентной лампы выступает высокая светоотдача, относительно типовых светильников. Если ртутная ДРЛ 250 обеспечивает световой поток 12000 лм при расходе энергии 250 Вт, обычное устройство будет потреблять 1000 Вт. Размеры мощных лампочек (более 400 Вт) отличаются от стандартных устройств компактностью. Спектр излучения прибора естественный, свет интенсивный, далеко излучается.

Ртутный светильник 250 Вт

Отрицательными характеристиками приборов высокого давления выступают:

  1. Выделение озона в ходе эксплуатации, важно позаботиться о вентиляции помещения.
  2. Стоимость люминесцентных светильников в 5–7 раз дороже обычных ламп высокой мощности.
  3. Размеры отдельных модификаций (например, ДРЛ 125 Е40) превышают аналогичные устройства с вольфрамовой нитью.
  4. Спустя 2-3 месяца эксплуатации неизбежно изменение спектра излучения. Недостаток вызван техническими характеристиками люминофора.
  5. Светильник ДРЛ чувствителен к перепадам напряжения и требует подключения через пускорегулирующий аппарат.
  6. Неприятное гудение и моргание световых лучей определяет ощутимые неудобства в жилых помещениях. Применять приборы высокого давления в цехах с вращающимися предметами нежелательно в силу стробоскопического эффекта (подвижные устройства кажутся неподвижными).
  7. Нормальная рабочая высота для светильника ДЛР — четыре метра.

Сравнение ДРЛ светильников в процессе работы

Важно помнить! Ртутный состав горелки требует отдельной утилизации прибора.

Характеристики

Рабочие параметры светильников ДРЛ:

  • Мощность лампочек 80-1000 Вт. Определяется количеством электродов: два электрода — 250…1000 Вт, четыре электрода — 80…1000 Вт. Особой популярностью пользуются приборы мощностью 250 Вт.
  • Цоколь. Зависит от мощности: приборы до 250 Вт оснащают цоколем е27, свыше 250 Вт подойдет вариант е40.
  • Тактовая нагрузка сети достигает 8 ампер. Показатель взаимосвязан с мощностью осветительного прибора.
  • Световой поток ртутных устройств составляет минимум 3 2 00 люмен. Значение характерно для источника света на 80 Вт. Дроссельные лампы уличного освещения с максимальной мощностью 1 кВт излучает световой поток близко 52 000 люмен.

Интересно! Срок эксплуатации дроссельного светильника достигает 20 000 часов. Однако лампочка перестает работать раньше на 30-50 %.

Параметры ртутной лампы мощностью 150 Вт

Сфера использования

Люминесцентные лампы эффективно используются на автодорогах, улицах и в скверах, производственных цехах и объектах технического назначения (АЗС, стоянках, складах). Часто встречаются в качестве декоративных источников освещения архитектурных сооружений и административных зданий. Разнообразие конструктивных особенностей продукции ДРЛ позволяет подобрать оптимальный вариант для привлечения косяков рыб и планктона в процессе промысла, обеспечить холодным светом медицинское оборудование для обеззараживания помещений.

Схема подключения люминесцентной лампы

Теперь пора узнать, как подключить ЛДС к дросселю и стартеру.

Как это работает? При подаче на светильник напряжения практически все оно, протекая через дроссель, прикладывается к стартеру, поскольку тока через саму лампу нет. За счет тлеющего разряда биметаллическая пластина в стартере разогревается и замыкает цепь, подавая на спирали полное напряжение сети. Тлеющий разряд в стартере гаснет, биметаллическая пластина остывает и размыкает цепь, но к этому времени спирали лампы уже разогреты. За счет обратной самоиндукции дроссель формирует короткий высоковольтный (около 1 кВ) разряд и зажигает лампу.

Важно! Если старта не произошло, то процесс пуска повторяется. Ты наверняка видел старые ЛДС, которые часами «моргают», не могут зажечься.

Теперь напряжение на стартере недостаточно для начала в нем тлеющего разряда, и в дальнейшей работе светильника он не участвует. В работу включается балласт, который ограничивает ток через газоразрядный прибор на заданном уровне. Величина его зависит от мощности дросселя. Именно поэтому я упоминал выше, что мощность дросселя должна соответствовать мощности ЛДС. В противном случае ток будет слишком мал или слишком велик.

Пару слов по поводу конденсатора, стоящего на входе схемы. Имея большую индуктивность, балласт потребляет не только активную, но и реактивную энергию, причем последняя расходуется впустую – на нагрев самого дросселя. Конденсатор, который называют компенсирующим, уменьшает расход реактивной энергии, увеличивая КПД конструкции и облегчая режим работы самого дросселя.

Можно ли подключить к одному дросселю две ЛДС? Тут все будет зависеть от рабочего напряжения самих ламп. Если они рассчитаны на напряжение 220 В, то придется собрать схему с двумя дросселями, точнее, собрать две схемы, которые я привел выше. Но если лампы рассчитаны на напряжение 110 В, то такое вполне возможно.

Схема подключения двух люминесцентных ламп к одному дросселю

Принцип работы этой схемы такой же, как и предыдущей, только каждый стартер отвечает за пуск своей ЛДС.

Мнение эксперта Алексей Бартош Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задать вопрос эксперту Собирая такую схему, нужно взять стартеры на 110 В и выбрать дроссель, мощность которого равна суммарной мощности ламп. Кроме того, мощность используемых ламп должна быть одинаковой. Именно такая схема используется в растровых светильниках, которые применяются в офисах. В них установлено 4 лампы по 18 Ватт. Лампы запитаны попарно, установлено 2 дросселя.

Нередко на дросселе отечественного производства можно увидеть аббревиатуру ЭмПРА. Именно так правильно называется электромагнитный дроссель – Электромагнитный Пускорегулирующий Аппарат.

Зачем нужен дроссель в схеме

В принципе, зачем нужен дроссель для ламп, мы выяснили: чтобы ограничить через них ток на рабочем уровне. Как он включается, мы тоже знаем. Осталось узнать, как и за счет чего он ограничивает ток, поэтому пора поговорить об устройстве дросселя и принципе его работы.

Дросселем в радиотехнике называют обмотку, навитую на сердечник того или иного типа. Но такой дроссель при частоте 50 Гц имеет относительно низкую индуктивность. Чтобы повысить индуктивность дросселя для люминесцентных ламп без увеличения его габаритов, применяют разомкнутый магнитопровод, оставляя между секциями пластин небольшие зазоры.

Почему дроссель оказывает сопротивление току? Проходя через катушку дросселя, переменный ток намагничивает сердечник, запасая в нем магнитную энергию. Причем при одной полуволне она запасается с одним знаком, при другой – с другим. Но чтобы запасти энергию с другим знаком, нужно сначала «уничтожить» предыдущий: перемагнитить сердечник, который, конечно, “сопротивляется” и не дает это сделать быстро. Именно за счет такого постоянного перемагничивания ток ограничивается.

Вполне очевидно, что дроссель будет выполнять свои функции только в цепи переменного тока.

Выбирать дроссель трансформатор надо по нескольким характеристикам, главная из которых – индуктивность (измеряется в генри Гн). Но кроме этого еще есть и другие:

  • Сопротивление. Учитывается при постоянном токе.
  • Изменение напряжения (допустимого).
  • Ток подмагничивания, применяется номинальное значение.

Обмотки из литцендрата

Другая работа, проведенная West Coast Magnetics совместно с Thayer School of Engineering, позволила найти способы решения ряда проблем, связанных с применением обмоток из литцендрата в силовых дросселях с сердечниками с зазором. Дело в том, что поле в зоне зазора бывает довольно сильным, что может привести к возникновению локальных потерь в части обмотки, расположенной близко к нему. Было показано, что для заданной геометрии сердечника и каркаса существует оптимальное соотношение параметров обмотки из литцендрата и ее расположения внутри каркаса, позволяющее минимизировать потери в обмотке.

  • ширина и высота окна внутри сердечника;
  • ширина и высота окна каркаса дросселя;
  • амплитуда и частота пульсаций тока;
  • длина зазора;
  • коэффициент заполнения каркаса;
  • диаметр жил литцендрата;
  • длина витка;
  • количество витков.

Материал в тему: все о переменном конденсаторе.

Используя эти данные, программа рассчитывает напряженность поля внутри каркаса, а также идеальное расположение в нем обмотки. Кроме того, программа определяет суммарные потери в обмотке и выбирает количество жил, требуемое для заполнения доступного внутреннего пространства. Для примера рассмотрим дроссель индуктивностью 10,6 мкГн, работающий на частоте 250 кГц со среднеквадратичным значением пульсаций тока 4 А.

В дросселе используется сердечник E19/8/5 с зазором 0,65 мм и обмотка из 13 витков. Для обмотки выбран литцендрат 44 AWG с диаметром жил 0,05 мм. Программа ShapeOpt выдала результат, что при оптимальном суммарном количестве жил (314) полные потери в обмотке дросселя составят 0,28 Вт. На рисунке 3 показано оптимальное расположение обмотки внутри каркаса: зеленым показана область, занимаемая обмоткой, а белым — свободное пространство.

Как понизить напряжение сопротивлением?

Сопротивление ограничивает ток и при его протекании падает напряжение на сопротивление (токоограничивающий резистор). Такой способ позволяет понизить напряжение для питания маломощных устройств с токами потребления в десятки, максимум сотни миллиампер. Примером такого питания можно выделить включение светодиода в сеть постоянного тока 12 (например, бортовая сеть автомобиля до 14.7 Вольт). Тогда, если светодиод рассчитан на питание от 3.3 В, током в 20 мА, нужен резистор R:

R=(14.7-3.3)/0.02)= 570 Ом

Но резисторы отличаются по максимальной рассеиваемой мощности:

P=(14.7-3.3)*0.02=0.228 Вт

Ближайший по номиналу в большую сторону – резистор на 0.25 Вт. Именно рассеиваемая мощность и накладывает ограничение на такой способ питания, обычно мощность резисторов не превышает 5-10 Вт. Получается, что если нужно погасить большое напряжение или запитать таким образом нагрузку мощнее, придется ставить несколько резисторов т.к. мощности одного не хватит и ее можно распределить между несколькими. Способ снижения напряжения резистором работает и в цепях постоянного тока и в цепях переменного тока. Недостаток – выходное напряжение ничем нестабилизировано и при увеличении и снижении тока оно изменяется пропорционально номиналу резистора.

Установка дросселя.

Преимущества и недостатки электромагнитного дросселя

Теперь поговорим о преимуществах и недостатках. К преимуществам электромагнитного дросселя можно отнести:

  1. Относительно невысокую стоимость.
  2. Простоту конструкции.
  3. Долговечность.

Недостатков у этого прибора, увы, немного больше. Это:

  1. Большие массогабаритные показатели.
  2. Мерцание лампы с удвоенной частотой питающей сети.
  3. Гудение.
  4. Низкий КПД из-за большого индуктивного сопротивления.
  5. При отрицательных напряжениях может не запустить лампу.
  6. Долгий запуск (от 1 до 3 сек.).
  7. При тяжелом пуске лампа может долго «моргать», из-за чего у нее перегорают спирали.

Можно ли обойтись без него

Выше я писал, что дроссель – неотъемлемая часть пускорегулирующей аппаратуры, а значит, обойтись без него нельзя. Но дроссель дросселю рознь. Существуют приборы, которые ограничивают ток другим, электронным методом. Их называют ЭПРА – Электронный Пускорегулирующий Аппарат.

ЭПРА для люминесцентных ламп

Как видно из схемы, нанесенной на корпус прибора, этот может обслуживать сразу 4 ЛДС, причем для их пуска стартеры не потребуются. Оправдана ли замена ЭмПРА на ЭПРА? Безусловно, поскольку ЭПРА:

  1. Имеет небольшие массогабариты.
  2. Не гудит.
  3. Не вызывает мерцания лампы с частотой сети.
  4. Имеет высокий КПД (на 30-50% выше, чем у ЭмПРА).
  5. Запускает ЛДС практически мгновенно.

Электронный дроссель сложнее и дороже электромагнитного, но цена вполне компенсируется достоинствами.

Электронные аналоги

Основная масса дросселей – это достаточно габаритные приборы. Чтобы уменьшить их размеры, но при этом не изменять параметров, необходимо заменить катушку индуктивности полупроводниковым стабилизатором, который, в принципе, собой представляет высокой мощности транзистор. То есть в конечном итоге получается электронный дроссель.

По сути, установленный транзистор стабилизирует скачки (колебания) напряжения, уменьшают его пульсацию. Но придется учитывать тот факт, что электронный дроссель является все-таки полупроводниковым устройством. Так что в высокочастотных приборах его использовать нет смысла.

Полезные советы

Как и многие электронные приборы, дроссели маркируются в зависимости от своих параметров. Это достаточно сложная аббревиатура, которая неопытным электрикам будет непонятна. Поэтому была введена цветовая маркировка. То есть, на приборе нанесено несколько цветных колец, которые определяют индуктивность устройства. Первых два кольца – это номинальная индуктивность, третье – это множитель, четвертое – это допуск.

Внимание! Если на дросселе всего три цветных кольца, то по умолчанию принимается, что его допуск составляет 20%.

Цветовая маркировка

Цветовая маркировка удобна, особенно для тех, кто начинает разбираться в области электрики. С ее помощью можно точно подобрать параметры устанавливаемых приборов (транзистор, электронный дроссель, резистор и так далее).

Типовые неисправности — замыкание, перегрев, обрыв

А теперь рассмотрим возможные неисправности электромагнитных дросселей и научимся их (дроссели) проверять. Самые распространенные неисправности ЭмПРА:

  1. Перегрев. Обычно вызывается неправильной эксплуатацией (светильник не имеет вентиляции или стоит в жарком помещении), напряжением сети выше нормального и производственным браком (межвитковое замыкание).
  2. Обрыв обмотки. Может быть вызван перегревом, механическим повреждением или просто производственным браком.
  3. Замыкание. Может быть как межвитковое, так и полное. Причины те же: брак, перегрев, механическое повреждение.

Как проверить электромагнитный дроссель

Сделать это несложно, причем никаких измерительных приборов не потребуется. Достаточно собрать простую схему прямо на коленках, подключив лампу накаливания параллельно стартеру и через дроссель запитанную от розетки:

Важно! Мощность лампы для проверки должна примерно равняться мощности проверяемого дросселя (балласта).

Итак, собираем схему, включаем. В результате видим:

  1. Лампа не горит. В балласте обрыв.
  2. Горит на полную яркость. Замыкание.
  3. Моргает или горит вполнакала. Балласт, возможно, исправен.

Пусть теперь схема поработает хотя бы с полчаса. Если балласт нагрелся выше 70 градусов Цельсия, то, скорее всего, он имеет межвитковое замыкание. Такой прибор просто не запустит ЛДС, а если и запустит, то из него в скором времени пойдет дым.

Мнение эксперта Алексей Бартош Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задать вопрос эксперту Возможен еще один тип неисправности – пробой на корпус. Тут уже понадобится мультиметр, который поставлен в режим измерения максимально больших сопротивлений. Измеряем сопротивление между клеммами и корпусом дросселя, мультиметр должен показывать «бесконечность».

Вот и подошла к концу беседа об электромагнитных дросселях. Теперь ты знаешь, для чего они нужны, как устроены и даже сможешь самостоятельно проверить этот простой, но такой необходимый прибор.

Предыдущая ЛюминесцентныеОсобенности энергосберегающих люминесцентных ламп

Перегрев дросселя и возможные последствия

Использование лампочек, у которых вышел срок службы и периодически возникают различные поломки, может обернуться пожаром. О том, как утилизировать отслужившие люминесцентные приборы, подробно .

Избежать возникновения пожароопасной ситуации поможет регулярное инспектирование состояния осветительных приборов – визуальный осмотр, проверка основных узлов.

К концу службы лампы можно заметить существенный перегрев ПРА – конечно, водой проверять температуру нельзя, для этого следует воспользоваться измерительными приборами. Нагрев способен достигать 135 градусов и выше, что чревато печальными последствиями

При неправильной эксплуатации может произойти взрыв колбы ртутной лампочки. Мельчайшие частицы в состоянии разлететься в радиусе трех метров. Причем они сохраняют свои зажигательные способности, даже упав с высоты потолка на пол.

Опасность представляет перегрев обмотки дросселя – аппарат состоит из различных типов материалов, каждый из которых имеет свои характеристики. Например, изоляционные прокладки производители пропитывают сложными составами, отдельные элементы которых имеют неодинаковую горючесть и способность к образованию дыма.

Даже семь витков дросселя, в которых случилось замыкание, способны стать пожароопасными. Хотя большую вероятность возгорания представляет замыкание не менее 78 витков – этот факт был установлен опытным путем

Помимо перегрева дросселирующего элемента, существуют и другие ситуации с люминесцентными светильниками, представляющие пожарную опасность.

Это могут быть:

  • проблемы, обусловленные нарушением технологии изготовления ПРА, что повлияло на конечное качество аппарата;
  • плохой материал рассеивателя осветительного прибора;
  • схема зажигания – со стартером или без него пожарная опасность одинакова.

Следует помнить, что к проблемам может привести небрежность при выполнении подключения, плохое качество контактов или составляющих цепи, что чаще всего происходит при использовании совсем дешевых аппаратов, приобретенных у неизвестных производителей.

Добросовестные компании дают гарантию на свою продукцию, а технические параметры приборов, указанные на корпусе или упаковке, соответствуют действительности. Этот факт прямо влияет на срок службы как самого ПРА, так и газоразрядных лампочек, с особенностями устройства и работы которых ознакомит рекомендуемая нами статья.

Использование мультиметра

На определенном этапе проведения ремонтных работ, можно воспользоваться мультиметром.

С его помощью можно определить:

  1. Целостность обмотки катушки индуктивности и ее электрическое сопротивление.
  2. Наличие межвиткового замыкания.
  3. Наличие обрыва в обмотке катушки индуктивности.

Однако, ремонт обмотки катушки индуктивности – дело не простое и также требует определенных навыков. Поэтому, в случае необходимости, проведение таких работ лучше поручить специалистам.

Советы

Выбирая новый ПРА:

  1. Необходимо обратить особое внимание на бренд изготовителя. Как правило, приобретение дешевого изделия неизвестного производителя гарантирует низкое качество изготовления. Надежный ПРА должен обеспечить надежную работу в течение не менее 3-х лет.
  2. На рынке можно случайно приобрести бракованное изделие. Поэтому, если позволяет бюджет, лучше приобрести несколько штук и договориться с продавцом о последующем возврате оставшихся.
  3. Лучше посоветоваться с людьми, имеющими определенный опыт работы с люминесцентными осветительными приборами.

В настоящее время, электронные ПРА, несмотря на относительно высокую цену, приобретают все большую популярность.

Ведь их использование позволяет:

  1. Увеличить срок службы ламп дневного света за счет применения щадящих режимов запуска и дальнейшего функционирования. Кроме того, в схеме подключения отсутствует часто ломающийся стартер.
  2. Полностью избавиться от шума и “моргания” в процессе эксплуатации.
  3. Получить до 20% экономии электроэнергии.

Рубрики: Статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *