Что такое балласт в электрике

Что такое электронный балласт для люминесцентных ламп и его виды

Источники освещения, называемые люминесцентными, в отличие от снабженных нитью накала аналогов, для работы нуждаются в пусковых устройствах, называемых балластом.

Что представляет собой балласт

Балласт для ЛДС (ламп дневного света) относится к категории пускорегулирующих устройств, которые используются в качестве ограничителя тока. Необходимость в них возникает, если электрической нагрузки недостаточно для эффективного ограничения потребляемого тока.

В качестве примера можно привести обычный источник света, относящийся к категории газоразрядных. Он представляет собой устройство, у которого отрицательное сопротивление.

В зависимости от реализации, балласт может представлять собой:

• обычное сопротивление ;
• емкость (обладающую реактивным сопротивлением), а также дроссель;
• аналоговые и цифровые схемы.

Рассмотрим варианты реализации, получившие наибольшее распространение.

Виды балласта

Наибольшее распространение получили электромагнитная и электронная реализация балласта. Расскажем подробно о каждой из них.

Электромагнитная реализация

В этом варианте работа основывается на индуктивном сопротивлении дросселя (он подключается последовательно лампе). Вторым необходимым элементом является стартер, регулирующий процесс, необходимый для «зажигания». Этот элемент представляет собой компактных размеров лампу, относящуюся к категории газоразрядных. Внутри ее колбы имеются электроды, изготовленные из биметалла (допускается один из них делать биметаллическим). Подключают стартер в параллель к лампе. Ниже показаны два варианта ПРА.

Работа осуществляется по следующему принципу:

• при поступлении напряжения внутри лампы стартера производится разряд, что приводит к разогреву биметаллических электродов, в следствие чего они замыкаются;
• замыкание электродов стартера приводит к возрастанию рабочего тока в несколько раз, поскольку его ограничивает лишь внутренне сопротивление катушки дросселя;
• в следствие повышения уровня рабочего тока лампы, разогреваются ее электроды;
• стартер остывает, и его электроды из биметалла размыкаются;
• размыкание цепи стартером приводит к возникновению в катушке индуктивности импульса высокого напряжения, благодаря которому происходит разряд внутри колбы источника, что приводит к его «зажиганию».

После перехода осветительного прибора в штатный режим работы, напряжение на нем и стартере будет меньше сетевого примерно в половину, что недостаточно для срабатывания последнего. То есть он будет находиться в разомкнутом состоянии и не оказывать влияние на дальнейшую работу осветительного устройства.

Такой тип балласта отличается простотой реализацией и низкой стоимостью. Но не следует забывать о том, что данный вариант пускорегулирующих устройств обладает рядом недостатков, таких как:

• на «зажигание» уходит от одной до трех секунд, причем, в ходе эксплуатации это время будет неуклонно расти;
• источники с электромагнитным балластом мерцают в процессе работы, что вызывает усталость глаз и может стать причиной головной боли;
• расход электроэнергии у электромагнитных устройств значительно выше, чем у электронных аналогов;
• в процессе работы дросселем издается характерный шум.

Эти и другие недостатки электромагнитных пусковых устройств для ЛДС привели к тому, что в настоящее время такие ПРА практически не применяются. Им на смену пришли «цифровые» и аналоговые ЭПРА.

Электронная реализация

Балласт электронного типа, по своей сути, является преобразователем напряжения, при помощи которого осуществляется питание ЛДС. Изображение такого устройства показано на картинке.

Существует множество вариантов реализации электронных балластов. Можно представить характерную для многих устройств этого типа общую блок- схему, которая за небольшими исключениями, используется во всех ЭПРА. Ее изображение представлено на рисунке.

Многие производители добавляют в устройство блок коррекции коэффициента мощности, а также схему управления яркостью.

Существует два наиболее распространенных способа запуска источников, представляющих собой ЛДС, при помощи электронной реализации балласта:

1. перед подачей на катоды ЛДС зажигающего потенциала их предварительно подвергают разогреванию. Благодаря высокой частоте поступающего напряжения, достигается две задачи: существенное увеличение КПД и устраняется мерцание. Заметим, что в зависимости от конструкции балласта, зажигание может быть моментальным или постепенным (то есть яркость источника будет постепенно нарастать);
2. комбинированный метод, он характерен тем, что в процессе «зажигания» принимает участие колебательный контур, который должен войти в резонанс до того, как в колбе ЛДС произойдет разряд. Во время резонанса происходит повышение напряжения, поступающего на катоды, а рост тока обеспечивает их подогрев.

В большинстве случаев при комбинированном методе запуска схема реализована таким образом, что нить накала катода ЛДС (после последовательного подключения через емкость) представляет собой часть контура. Когда происходит разряд в газовой среде люминесцентного источника, это приводит к изменению параметров колебательного контура. В результате он выходит из состояния резонанса. Соответственно, происходит падение напряжения до штатного режима. Пример схемы такого устройства показан на рисунке.

В данной схеме автогенератор построен на двух транзисторах. На ЛДС поступает питание с обмотки 1-1 (которая является повышающей у трансформатора Тр). При этом такие элементы как емкость С4 и дроссель L1 являются последовательным колебательным контуром, с резонансной частотой, отличной от генерируемой автогенератором. Подобные схемы электронного балласта широко распространены во многих бюджетных настольных светильниках.

Видео: как сделать балласт для ламп

Говоря об электронном балласте, нельзя не упомянуть про компактные ЛДС, которые рассчитаны под стандартные патроны Е27 и Е14. В таких устройствах балласт встроен в общую конструкцию.

В качестве примера реализации ниже показана схема балласта энергосберегающей ЛДС Osram мощностью 21Вт.

Необходимо заметить, что в связи с особенностями конструкции, к электронным элементам таких устройств предъявляются серьезные требования. В продукции неизвестных изготовителей, может использоваться более простая элементная база, что становится частой причиной выхода компактных ЛДС из строя.

Преимущества

Электронные устройства имеют много преимуществ перед электромагнитными ПРА, перечислим основные из них:

• электронные пускорегулирующие устройства не вызывают мерцание ЛДС при ее работе и не создают постороннего шума;
• схема на электронных элементах потребляет меньше энергии, легче весит и более компактна;
• возможность реализации схемы, производящей «горячий старт», в этом случае происходит предварительный нагрев катодов ЛДС. Благодаря такому режиму включения срок службы источника значительно продлевается;
• электронное пускорегулирующее устройство не нуждается в стартере, поскольку оно само отвечает за формирование необходимого для старта и работы уровней напряжения.

Электронный и электромагнитный дроссель для люминесцентных ламп

Несмотря на повышение спроса на светодиодные источники света, люминесцентные лампы все еще остаются на пике популярности. Во многом это объясняется относительно небольшой стоимостью осветительного устройства и пускорегулирующего аппарата (далее ПРА), необходимого для его работы. Рассмотрим функциональное назначение и принцип работы последних.

Основные функции

Люминесцентные источники света не представляется возможным напрямую включить в электрическую сеть. На это имеются следующие причины:

• чтобы создать стойкий разряд в лампе люминесцентного типа, необходимо предварительно разогреть ее электроды и подать на них стартовый импульс;
• поскольку источники света газоразрядного типа обладают отрицательным дифференциальным сопротивлением, для них характерно после выхода в рабочий режим возрастание силы тока. Его необходимо ограничивать, чтобы не допустить выхода источника света из строя.

Исходя из описанных выше причин, необходимо использовать ПРА.

Принцип работы

Рассмотрим принцип работы электромагнитного дросселя на примере типичной схемы подключения для ламп газоразрядного типа .

На схеме обозначены:

• EL – лампа газоразрядного (люминесцентного) типа;
• SF – стартер, он представляет собой устройство состоящее из колбы, наполненной инертным газом, внутри нее находятся контакты из биметалла. Параллельно к колбе установлен конденсатор;
• LL –дроссель (электромагнитный);
• спирали лампы (1 и 2);
• C – конденсатор (компенсирует реактивную мощность), его емкость зависит от мощности лампы, ниже показана таблица соответствия.

Мощность газоразрядного источника (Вт)	Емкость конденсатора (мкФ)
15	4,50
18	4,50
30	4,50
36	4,50
58	7,00

Встречаются устройства, в схемах которых отсутствует компенсирующий конденсатор, это недопустимо, поскольку реактивная нагрузка приводит к следующим негативным последствиям:

• происходит увеличение потребляемой мощности, что приводит к повышенному расходу электроэнергии;
• существенно сокращается ресурс оборудования.

Теперь перейдем непосредственно к принципу работы, приведенной выше типовой схемы. Условно ее можно разделить на следующие этапы:

• при подключении к электросети, через цепь дроссель «LL» – спираль « 1» – стартер «SF» – спираль «2» начинает проходить ток, сила которого от 40 до 50 мА;
• под воздействием этого процесса в колбе стартера ионизируется инертный газ, что приводит к повышению силы тока и разогреву биметаллических контактов;
• нагревшиеся электроды в стартере замыкаются, это вызывает резкое повышение силы тока, примерно до 600 мА. Дальнейший его рост ограничивает индуктивность дросселя;
• за счет увеличившейся силы тока в цепи происходит разогрев спиралей (1 и 2), в результате чего ими излучаются электроны, разогревается газовая смесь, что приводит к разряду ;
• под воздействием разряда возникает ультрафиолетовое излучение, которое попадает на покрытие из люминофора. В результате он светится в видимом спектре;
• когда источник света «зажигается», его сопротивление уменьшается, соответственно, понижается напряжение на дросселе (до 110 В);
• контакты стартера остывают и размыкаются.

Тандемное подключение

Ниже показана схема, где две лампы люминесцентного типа включены последовательно.

Принцип работы у представленной схемы не отличается от типового подключения, единственная разница — в параметрах стартеров. При двухламповом подключении применяются стартеры, у которых «пробивное» напряжение 110 В (тип S2), для однолампового – 220 В (тип S10).

Особенности дросселей электромагнитного типа

Говоря об особенностях электромагнитных ПРА, необходимо заметить, что единственные преимущества этих устройств – относительно невысокая цена, простая эксплуатация и несложный монтаж. Недостатков у классической схемы подключения значительно больше:

• наличие громоздкого и «шумного» дросселя;
• стартеры, к сожалению, не отличаются надежностью;
• наличие эффекта стробирования (лампа мерцает с частотой 50 Гц) вызывает повышенную утомляемость у человека, что приводит к снижению его работоспособности;
• при вышедших из строя стартерах проявляется фальстарт, то есть лампа, перед тем как «зажечься», несколько раз мигает, это снижает рабочий ресурс источника света;
• примерно около 25% мощности расходуется на электромагнитный балласт, в результате существенно снижается КПД.

Использование электронного ПРА позволяет избавиться от большинства из перечисленных выше недостатков.

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.

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.

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

Перечень элементов:

• 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.

Подключение без балласта

При необходимости газоразрядные источники света возможно включить в сеть питания без электромагнитного или электронного балласта. Схема такого включения показана ниже.

Для реализации такого подключения понадобится:

• лампа люминесцентного типа – 40 Вт и накаливания – 60 Вт (последняя будет работать как балластное сопротивление);
• два конденсатора 0,47 мкФ 400 В (играют роль умножителя);
• диодный мост КЦ404А или аналогичный, можно использовать четыре диода, рассчитанных под ток не менее 1 А и обратное импульсное напряжение 600 В.

Данная схема проигрывает по своим параметрам подключению при помощи электромагнитного дросселя и ЭПРА. Она приведена для ознакомления.

Электронный балласт: устройство, ремонт и схема подключения для люминисцентных ламп

Люминесцентные лампы в свое время произвели настоящую революцию в освещении, так как по своей светоотдаче они превосходят обычные лампы накаливания в несколько раз. Например, одна лампа дневного света (это еще одно название люминесцентных ламп) мощностью 20 Вт дает такой световой поток, который доступен только лампе 100 Ваттной лампе накаливания. Если лампу накаливания просто можно подключить в сеть, используя только патрон выключатель и провода, то люминесцентной лампе, как «капризной даме», надо создать особые «комфортные условия». Ее надо вначале подготовить к пуску, потом запустить, а после того, как она загорится постоянно следить за ее «самочувствием». Этим занимаются пускорегулирующие аппараты (ПРА). Самым современным и эффективным ПРА является электронный ПРА (ЭПРА), который принято называть электронный балласт.

Электронный балласт

Слово «балласт» в названии этого устройства может вызвать у некоторых читателей определенный диссонанс, так как одним из его значений является бесполезный груз, который приходится нести. Однако, балласт не всегда бывает бесполезным, а иногда и необходимым. Например, без балласта любое судно не имело бы нужную посадку и остойчивость, а дирижабли и аэростаты не могут регулировать высоту своего полета. Кстати, происхождение слова «балласт» лингвисты отдают голландцам – нации мореплавателей и судостроителей. Поэтому мы предлагаем понятие электронного балласта воспринимать сугубо в положительном ключе, как то, что действительно необходимо.

Условия, необходимые для запуска и горения люминесцентной лампы

Рассмотрим кратко устройство лампы и узнаем какие процессы в ней происходят.

Люминесцентные лампы могут быть различной формы, но самыми распространенными являются линейные, которые имеют вид вытянутого герметичного цилиндра, сделанного из тонкого стекла. Воздух изнутри откачивают, но закачивают инертные газы и пары ртути. Смесь газов в лампе находится под пониженным давлением (приблизительно 400 Па).

С одного и другого конца лампы есть по электроду (катоду) сложной конструкции. Каждый катод имеет два штырьковых разъема снаружи, а внутри между ними размещена вольфрамовая спираль с особым эмиссионным покрытием. Если к противоположным катодам приложить напряжение в 220 В, то в лампе ничего не произойдет, так как разреженный газ просто так не проводит электрический ток. Известно, что для протекания электрического тока необходимо два условия:

• Наличие свободных заряженных частиц (электронов и ионов).
• Наличие электрического поля.

Когда мы подаем на катоды переменное напряжение в 220 В, то с электрическим полем в колбе будет все в порядке, так как оно существует в любой среде, даже в вакууме. Но основная «трудность» — это наличие свободных заряженных частиц. Газ в колбе нейтрален и на изменения поля никак не реагирует. Для получения тлеющего газового разряда существуют два способа:

• Первый способ заключается в том, что на катоды лампы сразу подают очень высокое напряжение, которое принудительно «вырывает» электроны с катодов и «пробивает» газ в лампе, что вызывает его ионизацию и появление разряда. Такой пуск называется «холодным», он позволяет стартовать лампам очень быстро. Мало того, такой способ может заставить светиться те лампы, которые уже не работают в стандартных светильниках из-за перегоревших спиралей катодов (одной и даже двух).
• Второй способ предполагает плавный нагрев спиралей, что вызывает электронную эмиссию (появление свободных зарядов), а затем поднятие напряжения на катодах до того порога, пока в лампе не возникнет разряд. Свободные электроны при этом разгоняются и ионизируют газ внутри колбы лампы.

Второй способ зажигания ламп предпочтительнее, так как при это срок их службы возрастает в разы. Метод быстрого холодного пуска очень популярен у радиолюбителей, которые делают, по их словам, «девайсы, реанимирующие дохлые лампы». Это, конечно, очень интересное экспериментальное поле для любителей посидеть с паяльником, но с точки зрения экономической целесообразности, такое занятие обычному человеку может показаться очень странным при цене новой лампы максимум в 100 рублей и сроке службы 12 000 часов. Не лучше ли новой лампе обеспечить плавный пуск и долгую службу, вместо «воскрешения» тех, что требуют утилизации. Если холодный пуск применять к новым лампам, то их катоды от «шокового» воздействия повышенным напряжением очень быстро станут негодными для работы в нормальных светильниках.

После того, как в лампе возникнет тлеющий разряд, ее сопротивление будет резко падать, и если оставить этот вопрос бесконтрольным, ток возрастет настолько, что в лампе зажжётся самая настоящая высокотемпературная плазменная электрическая дуга, которая приведет к быстрому выходу лампы из строя, которое может быть и с неприятными последствиями. Поэтому ПРА должны после зажигания лампы еще и ограничивать протекающий ток, сохраняя его таким, чтобы происходил именно тлеющий разряд.

На нашем портале есть статья, где подробно описываются все процессы, происходящие в люминесцентной лампе как во время старта, так и во время горения. Также в статье рассказано, как правильно подключить лампы с использованием электромагнитного балласта (ЭмПРА). Читаем: «Дроссель для люминесцентных ламп».

Исходя из всего вышеизложенного, можно отметить какие функции должны выполнять ПРА:

• Плавный разогрев нитей накаливания катодов лампы, инициирующий термоэлектронную эмиссию.
• Инициирование появления тлеющего разряда путем увеличения напряжения на катодах.
• После появления разряда отключение накала, ограничение тока лампы и поддержание процесса горения даже при нестабильном сетевом напряжении.

В принципе, электромагнитные ПРА выполняют те же функции, но они очень чувствительны к сетевому напряжению и окружающей температуре.

Устройство электронного балласта для люминесцентных ламп

Электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) – это сложное электронное устройство, работу которого по принципиальной схеме поймет не каждый. Поэтому мы вначале покажем структурную схему, объясним назначение всех элементов, а потом уже кратко рассмотрим принципиальную.

На входе ЭПРА должен присутствовать фильтр электромагнитных помех задача которого подавлять электромагнитные помехи, которые генерируются в электронном балласте. Если фильтра не будет, то помехи могут нарушить работу электронных устройств, находящихся рядом. Кроме этого, от ЭПРА в электросеть могут «просачиваться» высокочастотные помехи. Некоторые производители из страны с самым большим населением не впаивают на печатной плате элементы, относящиеся к фильтру, хотя места для них предусмотрены. Такое «жульничество» трудно заметить, так как ЭПРА работать будет. Только «вскрытие» и осмотр специалистом поможет выяснить – есть в электронном балласте фильтр или нет? Поэтому стоит выбирать ЭПРА только известных производителей.

После фильтра помех следует выпрямитель, собранный по обычной диодной мостовой схеме. Для питания лампы сетевая частота в 50 Гц нас не устраивает, так как она вызывает мерцание лампы и хорошо слышимый шум дросселей. Для того чтобы этих неприятных вещей не происходило, в ЭПРА генерируют напряжение высокой частоты 35—40 кГц. Но для того чтобы можно было его получить необходимо иметь «исходное сырье» в виде постоянного напряжения. С ним легче делать различные преобразования.

Схема коррекции коэффициента мощности нужна для того, чтобы уменьшить влияние реактивной мощности. ЭПРА имеет индуктивный характер нагрузки, следовательно, ток отстает от напряжения на некоторый угол φ. Коэффициент мощности — это не что иное, как cosφ. Если отставания по фазе нет, то нагрузка активная, ток и напряжения полностью синфазны и поэтому φ=0°. А значит cosφ=1. Мощность вычисляется по формуле P=I*U* cosφ (I – это ток в Амперах, а U – это напряжение в Вольтах). Чем больше будет отставание по фазе тока, тем меньше будет коэффициент мощности cosφ и тем меньше будет полезная активная мощность и больше реактивная, которая бесполезна. Для того чтобы скорректировать отставание тока в схеме коррекции применяются конденсаторы, емкость которых точно рассчитана. В результате cosφ способен в хороших ЭПРА достигать значения 0,95. Это достаточно много!

Фильтр постоянного тока предназначен для сглаживания пульсаций, которые неизменно присутствуют после выпрямления диодным мостом. В результате получается постоянное напряжение 260—270 В, которое не совсем идеальное, так как небольшие пульсации все равно присутствуют, но совершенно достаточное для дальнейшего преобразования. Фильтр постоянного тока – это чаще всего электролитический конденсатор большой емкости, который подключается параллельно. Графики напряжения в зависимости от времени показаны на рисунке.

Цены на электронный балласт

электронный балласт

Далее, постоянное напряжение поступает на самую сложную часть ЭПРА – инвертор. Именно в нем постоянное напряжение преобразуется в высокочастотное переменное. Большинство электронных балластов собраны по полумостовой схеме, обобщенный вид которой показан на следующем рисунке.

Между входными клеммами с выпрямителя и фильтра на инвертор подается постоянное напряжение примерно 300 В. На схеме обозначена нижняя клемма 300 В. Одними из главных элементов являются ключи К1 и К2, которые управляются с логического блока управления БУ. Когда замкнут один ключ, то другой разомкнут, они не могут находиться в одинаковом состоянии. Например, БУ подал команду на замыкание К1 и размыкание К2. Тогда ток потечет по следующему пути: верхняя клемма входа, Ключ К1, дроссель, нить накала одного катода лампы, конденсатор (параллельно лампе), блок защиты, конденсатор C2 и минусовая нижняя клемма. Затем замыкается ключ К2, а К1 размыкается и ток потечет по следующему пути (от плюса к минусу): верхняя клемма, конденсатор C1, блок защиты, спираль одного катода лампы, конденсатор (параллельный лампе), спираль другого катода лампы, дроссель, ключ К2 и нижняя клемма. Переключение ключей происходит с частотой примерно 40 кГц, то есть 40 000 раз в 1 секунду.

Электрический ток, протекая по таким траекториям, вызывает прогрев спиралей лампы и термоэлектронную эмиссию у катодов. Емкость конденсатора, подключенного параллельно лампе, подбирают такой, чтобы частота колебательного контура, образованного совместно с дросселем, совпадала с частотой переключения ключей. От этого возникает резонанс и на катодах лампы появляется повышенное напряжение – около 600 В, которого при такой частоте вполне достаточно, чтобы лампа зажглась. После того как это произошло, сопротивление лампы резко уменьшается и ток через конденсатор и спирали катодов уже не протекает. Лампа шунтирует конденсатор. Ключи продолжают работать, но на лампу уже подается более низкое напряжение, так как резонанса нет. Дроссель ограничивает ток в лампе, а блок защиты следит за всеми параметрами. Если в светильнике не будет лампы или она окажется неисправной, то блок защиты остановит генерацию переменного напряжения ключами К1 и К2, так как без нагрузки инверторы выходят из строя.

Обратная связь и управление яркостью есть не во всех ЭПРА, а только в самых лучших. Назначение обратной связи – следить за состоянием нагрузки и реагировать на это. Например, предпринята попытка запустить ЭПРА без лампы. Импульсные блоки питания от этого выходят из строя, но при наличии обратной связи просто на инвертор не будет дана команда о запуске. А также обратная связь позволяет менять частоту генерации инвертора. При запуске лампы она может быть 50 кГц, а после этого снижаться до 38—40 кГц.

Примерно по такому алгоритму работают все ЭПРА. В качестве ключей применяются высоковольтные биполярные транзисторы. В самых лучших инверторах применяют полевые транзисторы, которые еще называют MOSFET. Они имеют лучшие характеристики, но и цена на них существенно выше. Представим типичную принципиальную схему простого ЭПРА.

Подробно разбирать работу этой схемы не будем, понимая, что большинство читателей не поймет. Просто проведем аналогию с предыдущей схемой. Роль ключей К1и К2 выполняют транзисторы Т1 и Т2. Частоту переключения определяет симметричный динистор DB3, конденсатор C2 и резистор R1. Когда на вход устройства подается напряжение 220 В, то оно после выпрямления начинает заряжать конденсатор С2. Скорость заряда определяет резистор R1, чем больше его сопротивление, тем дольше будет заряжаться конденсатор. Как только напряжение на конденсаторе превысит порог открывания динистора (примерно 30 В), он открывается и подает импульс на базу транзистора T2. Он открывается и через него начинает протекать ток. Как только конденсатор C2 разрядится и напряжение на нем упадет ниже 30 В, динистор закроется, соответственно и транзистор T2, но откроется транзистор T1, так как его база подключена к трансформатору TU38Q2, который согласует синхронную работу ключей и нагрузки. Если открыт один транзистор, то будет закрыт другой. Как только транзистор закрывается, возникающее в обмотке другого транзистора ЭДС самоиндукции открывает его. Так происходит автогенерация переменного напряжения в инверторе.

В самых лучших современных моделях ЭПРА кроме MOSFET транзисторов также используются интегральные микросхемы (ИМС), которые специально предназначены для управления лампами. От их применения габариты устройства уменьшаются, а функциональные возможности сильно увеличиваются. Приведем пример схемы ЭПРА с ИМС.

Главной деталью этого ЭПРА является интегральная микросхема UBA2021, «отвечающая» абсолютно за все происходящие в лампе и электронном балласте процессы. Лампы, которые будут работать с таким ЭПРА с такой ИМС будут служить очень долго.

Видео: Электронный балласт

Преимущества и недостатки электронного балласта

В настоящее время объем выпуска ЭПРА уже превысил выпуск электромагнитных балластов. И дальнейшая тенденция четко обозначена – электронные устройства заменят электромагнитные. В продаже уже практически невозможно найти светильники с классическими дросселями и стартерами и при ремонте чаще отдают предпочтение именно ЭПРА. Разберемся в чем же их преимущества?

• Запуск лампы с ЭПРА производится по правильному и щадящему алгоритму, но тем не менее очень быстро – не более 1 секунды.
• Частота, генерируемая ЭПРА, составляет 38—50 кГц, поэтому у люминесцентных ламп нет мерцания, утомляющего зрение, а также отсутствует стробоскопический эффект, характерный для электромагнитных ПРА.
• Срок службы ламп, работающих с ЭПРА, увеличивается вдвое.
• При перегорании люминесцентной лампы качественный ЭПРА сразу перестает генерировать переменное напряжение, что влияет на экономию и безопасность.
• Применение ЭПРА исключает холодный пуск люминесцентных ламп, а это предотвращает эрозию катодов.
• Электронные балласты работают абсолютно бесшумно, поэтому в жилых помещениях, больницах и школьных классах следует применять только ЭПРА.
• Подключить ЭПРА очень легко, так как на них всегда есть очень понятная схема, с которой разберутся даже те, кто ни разу в жизни ничего не делал по электрике.
• ЭПРА при работе не так сильно нагреваются, как электромагнитные балласты. Благодаря этому экономится электроэнергия. Экономия составляет примерно 30%.
• Коэффициент мощности (cosφ) хороших ЭПРА может достигать 0,98. Для такого рода нагрузки — это очень хороший показатель.
• Качественные ЭПРА могут работать при сниженном или завышенном напряжении в сети (160—260 В).
• Электронные балласты имеют более высокий КПД, чем электромагнитные. Он может достигать 95%.
• Для работы ЭПРА не требуются стартеры и конденсаторы, все необходимое для запуска и работы ламп уже предусмотрено в схеме.
• ЭПРА по сравнению с ЭмПРА имеют сравнимые габариты, но гораздо меньшую массу.

При таком внушительном перечне достоинств мы можем сказать только о двух недостатках. Это более высокая цена и бо́льшая, чем у ЭмПРА вероятность выхода из строя при скачках напряжения в сети. Правда, последний недостаток относится только к тем электронным балластам, которые низкие как по качеству, так и по цене.

Как выбрать качественный электронный балласт

Электронные ПРА привыкли воспринимать отдельными блоками – коробочками прямоугольной формы, на которых имеются клеммы или разъемы для подключения ламп и сетевого напряжения. но не стоит забывать, что электронные балласты есть в каждой компактной люминесцентной лампе (КЛЛ) или как их любят называть – энергосберегающей лампе. Всю схему ЭПРА конструкторы ламп умудряются разместить на круглой монтажной плате, которую каким-то образом «запихивают» в корпус между светящейся частью и цоколем. Конечно, в такой тесноте этим балластам приходится несладко. Очень сильно стоит проблема отвода тепла от платы ЭПРА, которую каждый производитель решает по-разному. Точнее, можно сказать, что пока одни решают, другие не решают вовсе.

Проконтролировать что находится в корпусе лампы, естественно, никто до покупки не даст, а сам вид платы и наличие на ней определенных элементов может многое рассказать специалисту. Некоторые производители, пользуясь скрытностью ЭПРА в КЛЛ, желают сэкономить на каких-то элементах, что отражается на работе лампы и сроке ее службы. Получается, что покупка КЛЛ по своей сути идентична покупке «кота в мешке»? К сожалению, это в большинстве случаев так. Известные мировые бренды, конечно, «грешат» этим меньше, но на них много подделок, поэтому стоит найти продавца, которому делают официальные поставки от производителя.

Существует способ, позволяющий судить о качестве ЭПРА в КЛЛ. Он не объективный, а субъективный, то, тем не менее им давно пользуются и уже он доказал свою состоятельность. В чем он заключается?

В хороших КЛЛ запуск лампы делают плавным, на катоды подают повышенное напряжение для зажигания тлеющего разряда только после прогрева. Эти процессы занимают какое-то время, поэтому при включении хорошей лампы всегда есть пауза между включением и ее зажиганием. Она небольшая, но ощутимая. Если же лампа зажигается холодной, то высокое напряжение, подают сразу и это вызывает мгновенный пробой и зажигание. Если пауза после включения не ощущается, то с большой долей вероятности можно сказать, что электронный балласт «упрощенный» и такую лампу лучше не приобретать. Некоторые производители «совершенствуют» схему ЭПРА, «выкидывая» с их точки зрения «лишние» детали.

При покупке электронного балласта в виде отдельного блока прежде всего надо узнать для каких именно ламп он предназначен. Все линейные люминесцентные лампы выпускаются с различными диаметрами трубок: T4 – 12,7 мм, T5 – 15,9 мм и T8 – 25,4 мм. Лампы T4 и T5 имеют цоколь G5 (расстояние между контактными штырьками 5 мм), а лампы T8 имеют цоколю G13 (расстояние 13 мм). от размеров люминесцентной лампы зависит ее мощность: чем она длиннее, тем мощность больше:

• Лампе длиною в 450 мм соответствует мощность 15 Вт;
• Лампе длиною в 600 мм, которые широко используются в подвесных потолках типа «Армстронг», соответствует мощность 18—20 Вт;
• Лампе длиною 900 мм – 30 Вт
• Лампе длиною в 1200 мм – 36 Вт;
• И лампе длиною в 1500 мм соответствует мощность 58 Вт или 70 Вт.

О том соответствует ли электронный балласт какому-либо светильнику, предназначенному для определенного вида ламп узнать очень легко, так как вся необходимая информация уже есть в маркировке ЭПРА. Рассмотрим конкретный пример и узнаем, что означают те или иные цифры и символы. В общем виде маркировка образца ЭПРА выглядит так.

«Расшифруем» общую информацию об устройстве, которая находится в левой части ЭПРА.

Эта модель ЭПРА произведена компанией Vossloh-Schwabe Group, штаб-квартира которой находится в Германии. Однако Vossloh-Schwabe Group входит в состав японской группы Panasonic Electric Works. Продукция этого производителя выгодно отличается безупречным качеством и надежностью. А также из маркировки видно, что этот ЭПРА предназначен для работы с лампами T8, произведен в Сербии, где у Vossloh-Schwabe Group есть филиал. Рассмотрим еще то, что является важным в маркировке.

Цены на светодиодные светильники

светодиодный светильник

Вход сетевого напряжения 220 В 50 Гц обозначается на корпусе откуда можно понять где расположены клеммы. Полярность не указана, значит, к этому ЭПРА фазу и ноль можно подключать произвольно. Провод заземления должен подключаться к корпусу, для этого на нем должен быть специальный винт. Переходим ближе к центру ЭПРА и смотрим на обозначения.

Приятно, что на корпусе этого ЭПРА присутствует информация о проводе, которым можно делать коммутацию, его площади поперечного сечения и на какую длину снимать изоляцию, чтобы он хорошо расположился в клеммах.

Индекс энергоэффективности EEI является оценкой того насколько полно расходуется входная мощность именно на получение света от лампы. Вычисляется показатель КПД, который определяется отношением мощности лампы ко входной мощности Pл/Pвх, а затем по таблице 6.3, размещенной на странице 61 в документе, ссылка на который находится ниже, находится соответствие ЭПРА индексу энергоэффективности.

В Европе действует определенный свод правил и норм, которому должны отвечать все применяемые устройства и материалы. Как в России действуют СНиПы, ПУЭ, СанПин, так «за бугром» у соседей действуют правила, которые обозначаются буквами EN и цифровым кодом. Этот список недаром присутствует в маркировке, так как при сдаче какого-либо объекта в эксплуатацию требуется документальное подтверждение оправданности применения того или иного устройства.

Основные характеристики этого ЭПРА прямо на корпусе напечатаны в виде таблицы:

Вся информация, представленная в таблице максимально точная и лаконичная, не требующая никаких пояснений, кроме положения точки tc, где максимальная температура не должна превышать в этом ЭПРА 60°C. Эта точка обозначена на корпусе балласта (справа от верхней части таблицы), она находится как раз в месте расположения транзисторных ключей – самых нагреваемых деталей электронного балласта.

Если нет в распоряжении электронного балласта, но есть светильник с известным типом ламп, применяемым в нем, то можно подобрать ЭПРА по каталогам производителей, которые легко найти в интернете. Приведем выдержку из каталога электромагнитных дросселей компании Helvar из Финляндии, продукция которой качественная и надежная. Для примера возьмем электронные балласты для ламп T8 из серии EL-ngn. Эти ЭПРА характеризуются: энергоэффективностью, «теплым» запуском люминесцентных ламп, отсутствием мерцания, хорошей электромагнитной совместимостью, малыми помехами, минимальными потерями и стабильными режимами работы.

Электронные балласты для T8 люминесцентных ламп Helvar EL-ngn

Кроме того, что показано в таблице, электронные балласты серии Helvar EL-ngn еще обладают общими для всех характеристиками. Перечислим их в следующей таблице.

Характеристика	Показатель
Максимальная температура точки «tc», °С	75
Максимальная окружающая температура, °C	-20…+50
Температура хранения, °C	-40…+80
Максимально допустимая влажность	Без конденсации
Минимальное число пусков лампы	>50 000
Переменное напряжение, В	198—264
Постоянное напряжение (для старта >190 В)	176—280
Максимальное перенапряжение, В	320 В, 1 час
Коэффициент мощности (λ, cosφ)	0,98
Ток утечки на землю, мА	Оцените:

Дроссель для люминесцентных ламп: устройство, назначение + схема для подключения

Согласитесь: лишние приборы, без которых вполне может работать система освещения, покупать и устанавливать ни к чему. К таким устройствам, вызывающим сомнение, относится дроссель для люминесцентных ламп. Вы не знаете, нужен ли он в схеме подключения или без него можно обойтись?

Мы поможем вам разобраться с возникшим вопросом. В статье подробно рассмотрены особенности, назначение дросселя и выполняемые им функции. Приведены фото и схема подключения, которая поможет самостоятельно собрать люминесцентный светильник и выполнить его запуск, правильно подключив все компоненты в электроцепь.

В помощь домашнему мастеру мы подобрали ряд видеороликов, содержащих рекомендации по подключению люминесцентных лампочек, а также по выбору нужного дросселя в зависимости от типа лампы.

Назначение и устройство дросселя

Разрядные лампы, представителем которых является люминесцентная разновидность, нельзя зажечь как обычные, обеспечив электроснабжение. Они попросту не будут работать. Чтобы получить свечение такого типа источника, потребуется дополнительно использовать пуско-регулирующий аппарат.

Назначение балласта в схеме включения

Выходит, что для функционирования люминесцентной лампочки необходимо не только обеспечить протекание тока, но и приложить к ней напряжение.

Поэтому в схеме включения задействуют балласт – сопротивление. Оно включается последовательно с лампой и предназначено для ограничения тока, протекающего через ее электроды.

Его роль могут выполнять различные электротехнические компоненты:

• в случае постоянного тока – это резисторы;
• при переменном – дроссель, конденсатор и резистор.

Среди этих приспособлений наиболее удачным вариантом является дроссель. Он обладает реактивным сопротивлением без выделения излишнего тепла. Способен ограничить ток, предотвратив его лавинообразное нарастание при включении в электросеть.

Галерея изображений

Дроссель ограничивает величину переменного тока до нужных параметров. В импульсных схемах питания его назначение – блокировать резкие всплески от трансформатора, пропуская сглаженное напряжение

Применяется для реализации высокочастотных электрических схем. Причем в них часто сердечники не используются. Исполнение может быть одно или многослойным

Применение магнитных сердечников неслучайное. Оно позволяет ощутимо уменьшить размер самого дросселя при тех же параметрах индуктивности. На высоких частотах используются ферритовые и магнитодиэлектрические составы. Сердечники в виде кольца позволяют получить большую индуктивность

В диапазоне длинных и средних волн, чтобы обеспечить требуемые/заданные параметры электроцепи, используется специальное исполнение элемента – секционная намотка провода

Дроссель в импульсных схемах питания
Ограничитель в высокочастотных электрических схемах
Сердечник в виде кольца
Секционная намотка провода

Дроссель не только является неотъемлемым элементом в стартерной схеме включения, он выполняет такие функции:

• способствует созданию безопасного и достаточного для конкретной лампочки тока, который обеспечивает оперативный разогрев ее электродов при разжигании;
• импульс повышенного напряжения, образующийся в обмотке, способствует возникновению разряда в колбе люминесцента;
• обеспечивает стабилизацию разряда при номинальном значении электротока;
• способствует беспроблемной работе лампочки вопреки отклонениям напряжения, периодически возникающим в сети.

Важное значение для функционирования люминесцентных источников света имеет индуктивность дросселя. Поэтому при покупке этого электромеханического компонента следует обращать внимание на технические параметры, которые должны соответствовать характеристикам лампочки.

При выборе электромеханического ПРА, который еще называют дросселем или ограничителем тока, имеют значение не только техпараметры, но и репутация производителя – неизвестные китайские фирмы могут предложить ограничитель, реальные характеристики которого значительно ниже заявленных

Из чего состоит пускорегулятор?

Дроссель, используемый в схемах включения лампочек люминесцентного типа, – это не что иное, как намотка провода на сердечнике – катушка индуктивности. Именно ее промышленное исполнение и носит название дросселя в электротехнике, что дословно переводится как «ограничитель».

Различные типы обмоток с разнообразными сердечниками, отличающиеся размерами, формой и внешним видом. Индуктивность конкретного изделия напрямую зависит толщины провода, плотности расположения витков в намотке и их количества, формы сердечника и прочих параметров

Дроссель с нужными техническими характеристиками производят в промышленных условиях, поэтому у потребителя не возникнет проблем при подборе нужного варианта, соответствующего параметрам подключаемой лампочки.

Более того, имея навыки сбора различных электротехнических приспособлений, соответствующие комплектующие и электроинструменты, можно попытаться самостоятельно соорудить катушку с нужной индуктивностью.

На схемах изображение дросселя может отличаться. В цепях подключения люминесцентных лампочек чаще всего можно встретить вариант L6 – обмотка с магнитопроводом ферритовым сердечником

Дроссель состоит из следующих элементов:

• проволока в изоляционном материале;
• сердечник – чаще всего ферритового типа или из прочего материала;
• заливочная масса, компаунд – в ее состав входят вещества, устойчивые к горению, что обеспечивает дополнительную изоляцию витков обмоточного провода;
• корпус, в который помещена намотка – его производят из термоустойчивых полимеров.

Наличие последнего элемента зависит от особенностей и характеристик конкретной модели ограничителя тока.

Участвуя в схеме розжига разрядной лампочки вместе со стартером, индуктивное сопротивление в виде дросселя ограничивает силу тока в момент подачи напряжения на лампу, а генерация ЭДС самоиндукции в размере 1000 В обеспечивает ее зажигание и стабилизирует горение дуги

Стартерная схема несовершенна, хотя и показывает отличный результат. Но мерцание лампочки, шумность дросселя и его большие размеры, а также фальшьстарт из-за ненадежного стартера привели к изобретению более совершенной версии пускорегулятора – электронной.

ЭПРА в процессе функционирования способствуют снижению мощности по­терь до 50%, избавляют от миганий лампочки. Их использование позволило уменьшить массу дросселей, а также существенно повысить отдачу осветительного прибора.

Правда стоимость электронного балласта существенно выше ЭМПРА, да и приобретать нужно у производителей с отличной репутацией – таких как Philips, Osram, Tridonic, прочие.

Схема + самостоятельное подключение

Люминесцентную лампочку просто так не включишь – ей требуется зажигатель и ограничитель тока. В миниатюрных моделях производитель все эти элементы предусмотрительно встроил в корпус и потребителю остается лишь вкрутить изделие в подходящий патрон светильника/люстры и щелкнуть выключателем.

А для более габаритных изделий потребуется пускорегулирующая аппаратура, которая бывает как электромеханического, так и электронного типа. Чтобы ее правильно подсоединить, обеспечив беспроблемную работу прибора, предстоит знать порядок подключения отдельных элементов в электроцепь.

Схема подключения люминесцентной лампочки (EL) с использованием дросселирующего аппарата, где LL – это дроссель, SV – стартер, C1, C2 – конденсаторы

Правда имея схему, но не имея практического опыта по выполнению подобного рода работ, сложно будет справиться с задачей. Более того, если подключение требуется выполнить вне дома – в коридоре учебного учреждения или прочего общественного заведения – то самовольное вмешательство в работу электросети может обернуться проблемами.

Для этого в штате учреждений должен быть электрик, работающий на постоянной основе или же обслуживающий заведение по мере возникновения потребностей в его услугах.

На схеме реализовано подключение двух лампочек люминесцентного типа последовательно. Существенная проблема – если сломается/перегорит одна из них, то вторая тоже работать не будет

Рассмотрим пошаговое подключение двух трубчатых ЛЛ к электросети с использованием стартерной схемы. Для чего понадобится 2 стартера, дросселирующий компонент, тип которого должен обязательно соответствовать типу лампочек.

А также следует обратить внимание на суммарную мощность пускателей, которая не должна превышать этот параметр у дросселя.

Галерея изображений

Сначала в корпус светильника ставят держатели для ламп – по 2 для каждой. И такие же механизмы для крепления 2 стартеров. Эти детали оснащены разъемами – клеммниками

В держатели нужно аккуратно поставить каждую из ЛЛ трубчатого типа, стараясь не разбить колбу. Все действия следует выполнять при отключении светильника от сети

Для сборки электроцепи потребуется запастись короткими и более длинными проводками. Короткую жилу предстоит вставить в разъем держателя, предназначенного для стартера

Второй конец подсоединяют в одно из отверстий крепления первой лампочки люминесцентного типа. Важно обеспечить надежный контакт при этом

Во второе гнездо держателя для первого стартера нужно вставить длинный проводок, хорошо его там зафиксировав. Чтобы жила не мешала, ее следует аккуратно уложить в полости светильника

Второй конец этого длинного проводка предстоит поместить и зафиксировать в одном из гнезд второго держателя первой ЛЛ. Причем разъем этот должен быть симметричным отверстию на противоположной стороне лампочки, в котором уже закреплена жила, идущая от стартера

Теперь предстоит соединить между собой первую ЛЛ со второй. Для этого нужно взять еще один короткий проводок – один его конец крепится в свободном разъеме первой лампочки, а второй подсоединяется в ближайшее отверстие второго держателя ЛЛ

У первой лампочки с обратной стороны остался еще один свободный разъем. Его предстоит использовать, чтобы запитать схему – нужно подключить жилу питающего кабеля, который в дальнейшем будет включаться в электросеть