Схемы зажигания люминесцентных ламп

Для зажигания ЛЛ необходимо кратковременно подать на неё напряжение, превышающее напряжение сети. Напряжение зажигания можно снизить, если предварительно разогреть электроды ЛЛ. Различают следующие разновидности схем зажигания:

1. Импульсные схемы зажигания.

Зажигание осуществляется за счёт предварительного прогрева электродов и подачи импульса напряжения, превышающего напряжение сети.

2. Схемы быстрого зажигания.

Зажигание осуществляется при более интенсивном прогреве и относительно небольшого превышения напряжения над сетевым.

3. Схемы мгновенного зажигания.

Зажигание осуществляется при холодных электродах благодаря подаче на ЛЛ импульса напряжения во много раз превышающего напряжение сети.

4. Электронные схемы зажигания обеспечивают пуск и работу ЛЛ при повышенной частоте питающего напряжения.

Стартерная компенсированная схема зажигания люминесцентной лампы

Эта схема (рис. 47) является схемой импульсного зажигания и в России наиболее распространена.

Основными элементами схемы наряду с ЛЛ являются балластный дроссель ДрБ, включённый последовательно с электродами ЛЛ, и так называемый стартер Ст тлеющего разряда..

Стартер представляет собой небольшое термоионное реле, созданное на основе неоновой лампы (рис. 48). Основными частями стартера являются колба, заполненная неоном, цоколь, контакты для подвода напряжения и два электрода. Один электрод неподвижный, а второй – подвижный биметаллический из двух спаянных металлических пластин с разными коэффициентами линейного расширения (иногда снабжается крючком). В холодном состоянии электроды между собой не соединены.

После подачи на контакты стартера напряжения сети в нём возникает разряд в атмосфере неона, так как напряжение зажигания стартера U_ЗСТ меньше напряжения сети. Разрядный промежуток имеет некоторое сопротивление и разряд в стартере сопровождается выделением тепла. При этом биметаллический электрод разогревается, начинает изгибаться и через некоторое время приходит в соприкосновение с другим электродом. Возникает цепь с нулевым сопротивлением и выделение тепла прекращается. Через некоторое время t_КОН, называемое «временем контактирования», биметаллический электрод остынет и электроды стартера разомкнуться. Таким образом, стартер характеризуется двумя параметрами: U_ЗСТ и t_КОН.

Зажигание ЛЛ в стартерной схеме происходит следующим образом:

После включения схемы в сеть переменного напряжения (первый участок временных диаграмм рис. 49), оно будет приложено, как к ЛЛ, так и к стартеру. Разряд в ЛЛ не возникнет, так как напряжение зажигания лампы U_ЗЛЛ больше напряжения сети. Зато зажжётся разряд в стартере: U_ЗСТ < U_С. По цепи «сеть – дроссель –электроды ЛЛ – стартер» начнёт протекать ток (около 0,1 А), разогревающий электроды ЛЛ. Через некоторое время (2…5 с), биметаллический электрод стартера, разогревшись, замкнётся с неподвижным электродом – начнётся второй этап (рис. 49). Длительность этого этапа равна времени контактирования электродов стартера (0,2…0,8 с). При этом напряжении на ЛЛ близко к нулю, а ток через его электроды заметно возрастает (до 1 А), так как сопротивление цепи минимально. Этот ток интенсивно разогревает электроды ЛЛ (до 800…1000 °С), готовя её к пуску.

По окончании времени контактирования электроды стартера разомкнутся – начнётся третий этап. Произойдёт разрыв цепи с индуктивностью (её роль исполняет балластный дроссель). По второму закону коммутации ток в такой цепи мгновенно измениться не может, но возникнет всплеск (импульс) напряжения в несколько раз превышающий сетевое. Благодаря этому всплеску тлеющий разряд в ЛЛ, возникший в результате интенсивного прогрева электродов, перейдёт в дуговой – лампа зажжётся. Ток через ЛЛ существенно возрастёт, что вызовет рост падения напряжения на дросселе и напряжение на ЛЛ снизится до рабочего (около 50 % сетевого). Это напряжение U_РАБ меньше U_ЗСТ, разряд в стартере погаснет, и он в дальнейшем не будет оказывать влияния на работу схемы. Для правильной работы схемы важно, чтобы выполнялось соотношение между напряжениями:

U_ЗЛЛ > U_С >U_ЗСТ >U_РАБ.

Общая длительность пуска зависит от типа стартера и составляет 5…10 с.

Стартер в схеме необходим для автоматического замыкания и последующего размыкания цепи. В случае его отсутствия или неисправности то же самое можно сделать, используя обычную кнопку с самовозвратом.

Дроссель в этой схеме выполнят следующие функции:

1. Является балластным сопротивлением, т.е. стабилизирует ток ЛЛ. При этом

потери в дросселе составляют около 20 % мощности ЛЛ.

2. Обеспечивает всплеск напряжения на лампе в момент её зажигания.

3. Обеспечивает уменьшение радиопомех (высокочастотных колебаний), источником которых является ЛЛ из-за постоянного перезажигания в ней разряда. Радиопомехи распространяются в эфире и по сетевым проводам. Уменьшение радиопомех достигается симметрированием дросселя, то есть делением его на две части. Индуктивность в каждом из сетевых проводов для высокочастотных колебаний является большим сопротивлением (Х_L = wL). Кроме того, две полуобмотки дросселя образуют взаимную ёмкость, закорачивая высокочастотные колебания, для которых является сопротивлением близким к нулю (Х_С = 1 /wС).

Конденсатор С₁ ( 0,004…0,01 мкФ ):

– уменьшает радиопомехи, создаваемые стартером;

– облегчает размыкание контактов стартера, снижает вероятность их приваривания;

– увеличивает длительность импульса напряжения, приложенного к ЛЛ при зажигании.

Конденсатор С₂ предназначен для повышения коэффициента мощности (поэтому схема называется компенсированной) не менее, чем до 0,85. При отсутствии этого конденсатора Cos φ схемы.равнялся бы 0,5 (при ЛЛ 36…80 Вт) или даже 0,25…0,35 (при ЛЛ 15 и 20 Вт).

Недостатком данной схемы является её невысокая надежность, объясняемая нестабильностью параметров стартера:

1. Расстояние между электродами стартера постепенно уменьшается. Это приводит, в конечном счёте, к уменьшению напряжения зажигания U_заж ниже рабочего напряжения на лампе U_раб. В результате после зажигания ЛЛ зажигается разряд в стартере, который замыкает свои контакты, что вызывает погасание ЛЛ, и так до тех пор, пока ЛЛ не выйдет из строя.

2. Уменьшение времени контактирования приводит к тому, что после первого импульса повышенного напряжения ЛЛ может не зажечься. Потребуется 2-3 срабатывания стартера, т.е. 2-3 цикла зажигания лампы. Это существенно уменьшает продолжительность её горения.

С целью устранения этого недостатка могут быть использованы созданные в последнее время электронные стартеры, единственным минусом которых является существенно большая стоимость, чем у стартеров тлеющего разряда.

Схемы быстрого зажигания ЛЛ

Разработка таких схем была произведена с целью устранения главного недостатка стартерных схем – их низкой надёжности. В схемах быстрого зажигания стартер отсутствует, их часто называют бесстартерными. В этих схемах электроды ЛЛ перед зажиганием интенсивно разогреваются, что в совокупности с повышением напряжения на ЛЛ обеспечивает её зажигание за время до 2 с..

В схемах быстрого зажигания наиболее часто используются принципы являющиеся основой двух разновидностей этих схем: с трансформатором накала и резонансной. Для облегчения зажигания в этих схемах рекомендуется использовать ЛЛ с внешней полоской (ЛЛ быстрого пуска), соединённой с одним из электродов.

В дальнейшем с целью упрощения на всех схемах включения ЛЛ указывается только одна обмотка балластного дросселя (фактически он всегда симметрирован) и не указываются конденсаторы.

Схема с трансформатором накала

В этой схеме (рис. 50) наряду с ЛЛ и балластным дросселем используется трансформатор накала ТрН, имеющий две вторичные обмотки, в цепь которых включены электроды ЛЛ.

Напряжение вторичных обмоток, составляет 20…30 В. В результате в момент пуска на ЛЛ подаётся напряжение около 250 В, которое и обеспечивает ее зажигание, так как электроды хорошо разогреваются (сопротивление в цепи вторичных обмоток минимально), а ЛЛ снабжена дополнительным внешним электродом.

После зажигания ЛЛ напряжение на ней, а следовательно, и на первичной обмотке ТрН снижается вдвое. В результате снижается ток обогрева электродов в рабочем режиме ЛЛ.

Достоинствами схемы являются её большая надёжность, меньшее время зажигания, большая продолжительность горения ЛЛ.

Недостатками такой схемы являются её большая стоимость, большие потери мощности – 30 % от мощности лампы.

Резонансная схема зажигания люминесцентных ламп

В схеме (рис. 51) наряду с ЛЛ и балластным дросселем ДрБ используются конденсатор С и резонансный дроссель ДрР.

При подаче напряжения по цепи «сеть – ДрБ – контакт ЛЛ –ДрР – С – контакт ЛЛ – сеть» протекает ток. Параметры последовательно включённых дросселей и конденсатора подобраны таким образом, чтобы выполнялось условие резонанса напряжения: Х_LБ + Х_LР = Х_C,

где Х_LБ, Х_LР – индуктивные сопротивления балластного и резонансного дросселей соответственно;

Х_C – ёмкостное сопротивление.

Модуль полного сопротивления в последовательной цепи

Z = (R² + (X_L – X_C)²)^1/2.

При резонансе напряжений Z = R, т.е. сопротивление цепи минимально, а ток в ней максимален. Этот ток способствует интенсивному разогреву электродов ЛЛ.

Кроме того, при резонансе напряжений, как известно, частичные напряжения (т.е. напряжения на индуктивности и на ёмкости) значительно превышают напряжение, поданное в схему. Хотя в этой схеме к ЛЛ подводится не частичное напряжение, а его часть (рис.52), оно, тем не менее, существенно больше сетевого, что и обеспечивает зажигание ЛЛ.

После зажигания ЛЛ условия резонанса нарушаются, напряжение на ЛЛ снижается до рабочего и ток прогрева электродов уменьшается. При горении ЛЛ большой ток через электроды нежелателен, так как он снижает продолжительность горения лампы.

Необходимость использования в схеме двух дросселей объясняется следующим: балластный дроссель нельзя убрать, так как ЛЛ без балласта неработоспособен. Если объединить резонансный дроссель с балластным, то из-за изменения тока через ЛЛ её световой поток существенно уменьшится (рис. 34).

Достоинства и недостатки у резонансной схемы те же, что и у схемы с трансформатором накала.

Схема мгновенного зажигания

В схемах мгновенного зажигания предварительный прогрев электродов ЛЛ не осуществляется. Пуск ЛЛ производится при холодных электродах. Напряжение холодного зажигания ЛЛ в 2…3 раза выше напряжения горячего зажигания. Поэтому в таких схемах на ЛЛ в первоначальный момент подаётся напряжение до 1,5 кВ. Один из возможных вариантов схемы представлен на рис. 53.

Электроды ЛЛ в схеме закорочены. Поэтому в ней могут быть использованы ЛЛ с оборванной цепью электродов.

Основным элементом схемы является дроссель - автотрансформатор ДрАТ. Он представляет собой автотрансформатор с повышенным рассеянием магнитного потока. Увеличение рассеяния достигнуто за счёт особой конструкции магнитопровода, на котором путём ввёртывания специального болта (отросток на магнитопроводе схемы) создаётся дополнительный путь для замыкания магнитного потока. Обмотка Б автотрансформатора и конденсатор С настроены на резонанс напряжений, что в совокупности с повышенным напряжением на выходе ДрАТ и обеспечивает подачу высокого напряжения на ЛЛ в момент включения в сеть.

После того, как лампа зажигается, через обмотки автотрансформатора протекает рабочий ток ЛЛ и благодаря высокому рассеянию напряжение на его выходе резко уменьшается. Напряжение на ЛЛ снижается до рабочего.

Достоинством схемы является отсутствие разогретых частей, поэтому она используется в пожароопасных помещениях.

Недостатками, наряду с высокой стоимостью и повышенными потерями мощности в процессе работы, являются:

– значительное снижение средней продолжительности горения (примерно в три раза) из-за холодного зажигания (поэтому схема используется при редких пусках);

– необходимость в повышенном внимании с позиций электробезопасности.

Электронные схемы зажигания

Основные элементы схем включения ЛЛ выпускаются серийно и в комплексе называются пускорегулирующими аппаратами (ПРА). ПРА, применяемые в уже рассмотренных схемах, называются электромагнитными.

В настоящее время наиболее перспективными и прогрессивными являются электронные ПРА (ЭПРА).

ЭПРА стремительно вытесняют электромагнитные аппараты: в США, Японии, Германии их доля составляет 40…55 % всех ПРА, в Китае и Европе – 25 %. Внедрение ЭПРА в России идёт с заметным отставанием.

Причина этого явления заключается в ряде достоинств ЭПРА:

1. Экономичность:

– близкий к единице коэффициент мощности;

– снижение примерно на 20 % электропотребления за счёт роста световой отдачи ЛЛ при работе с повышенной частотой питающего напряжения и меньших потерь мощности (на 30…35 %) в самом ПРА;

– уменьшение установленной мощности ОУ, благодаря снижению коэффициента запаса и меньшим потерям;

– увеличение примерно на 50 % продолжительности горения ЛЛ благодаря щадящим режимам пуска и горения (отсутствие подогрева электродов после зажигания ЛЛ);

– пониженный уровень высших гармоник при горении ЛЛ;

– высокая безотказность, обеспечивающая продолжительность эксплуатации равную периоду использования светильника (например, во франкфуртском аэропорте за 150 тыс. часов эксплуатации вышли из строя только 4 % из 30 тыс. установленных ЭПРА);

– снижение эксплуатационных расходов, благодаря менее частой замене ЛЛ и отсутствию замен стартеров, которых в ЭПРА нет;

– меньшая масса и габариты, пониженный расход материалов как ЭПРА, так и светильников.

2. Хорошие экологические и медицинские характеристики:

– практическое отсутствие пульсации светового потока, в том числе и при колебаниях питающего напряжения;

– надёжное и быстро зажигание ЛЛ;

– отсутствие шума при работе;

– слабое электромагнитное поле, значительное снижение выброса в атмосферу двуокиси углерода;

– возможность регулирования светового потока;

– меньшее количество утилизируемых ЛЛ за счёт их более длительной эксплуатации.

Все эти преимущества достигаются главным образом за счёт того, что ЛЛ с ЭПРА работают при высокой частоте питающего напряжения 40…60 кГц.

ЭПРА используются с ЛЛ нового поколения – серии Т5 (именно к ней, в первую очередь, относятся вышеперечисленные преимущества), а так же с компактными ЛЛ (для них эти преимущества проявляются в меньшей мере).

Со схемами ЭПРА можно познакомиться в специальной литературе [10].

Единственным недостатком ЭПРА является их высокая стоимость – от 15 до 20 $ за четырёхламповый светильник с ЛЛ по 20 Вт (2005 г.). Однако как и для всякой новой техники она быстро снижается – примерно в 4…5 раз за период с 1999 по 2005 г.

Дата добавления: 2014-01-07