Зачем нужен дроссель для люминесцентных ламп

До настоящего времени дроссель для ламп был незаменимым узлом люминесцентного светильника (ЛЛ), выпущенная английской компанией General Electric в 1934 году. Она создала первые трубки с горячим катодом, в которых использовался положительный разряд в колонке в ртутной атмосфере низкого давления, для генерации коротковолнового УФ-излучения. Последнее стимулировало флуоресцентное порошковое покрытие на внутренней поверхности разрядной трубки. Хотя в той конструкции еще отсутствовали многие современные функции, но именно General Electric стал первопроходцем на рынке флуоресцентных ламп.

Дроссель для лампочек

Популярность люминесцентных ламп подтверждается тем фактом, что она и сегодня вырабатывает больше количества света на планете, чем любой другой источник. Пик производства был достигнут к 1970-му году. По современным оценкам, сегодня на их долю приходится около 80% мирового искусственного освещения.

Люминесцентный вид освещения предлагает низкую стоимость системы, очень большой срок службы. Он полностью диммируемый и простой в использовании, и, кроме того, достигает высокой световой отдачи. Большая площадь трубки хорошо подходит для эффективного и безбликового освещения больших пространств.

Флуоресцентная лампа использует электричество, чтобы ртутный газ смог излучать ультрафиолетовый (УФ) свет. Когда этот свет, который невидим невооруженным глазом, взаимодействует с покрытием порошка люминофора внутри трубки, он начинает светиться и излучать яркий свет. Для того чтобы контролировать пропускаемое электричество, используют дроссель или в западной терминологии — дроссель балласт или механизм управления. Он представляет собой небольшое устройство, подключенное к электрической цепи источника света, которое ограничивает количество тока, проходящего через него.

Поскольку напряжение в бытовой сети имеет более высокое значение, чем необходимо для работы светильника, дроссель первоначально дает источнику скачок напряжения для запуска, а затем только поддерживает минимальное количество для безопасной работы.

Процесс, который происходит внутри флуоресцентного света, вовлекает молекулы ртутного газа, нагреваемые электричеством. Без дросселя, контролирующего этот процесс, на лампу поступало бы много тока, который вывел бы ее из строя.

Флуоресцентные лампы используют два вида балластов:

1. Магнитные, которые устарели и сегодня уже не используются в новых моделях ламп. Работа их построена на принципах электромагнетизма, когда электрический ток проходит через провод, он генерирует вокруг себя магнитную силу. Балласт содержит катушку из медной проволоки. Магнитное поле, создаваемое проводом, задерживает большую часть тока. Это количество может колебаться в зависимости от толщины и длины медной проволоки.
2. Электронный дроссель для люминесцентных ламп использует более сложные схемы и компоненты, может с большей точностью контролировать ток, проходящий через люминесцентные лампы. По сравнению со своими магнитными аналогами они меньше, легче, эффективнее и, благодаря подаче энергии на гораздо более высокой частоте, практически не вызывают мерцание или жужжание.

Характеристики

Базовые функции балластов: обеспечивает процесс подогрева катодов для старта процесса электронной эмиссии, создает напряжение стартового разряда и последующее ограничение рабочего тока. В режиме переменного тока, он обеспечивает сдвиг фаз (cos f) между I и U, называемым коэффициент мощности. Эта величина обозначается в паспорте и маркировки балласта. Активная мощность рассчитывается по соотношению: P = U х I х cosf, очевидно, что низкий cos f дает рост использования реактивной энергии.

В связи, с чем балласты группируются по уровню мощности:

• С— низкий показатель;
• В— супернизкий;
• D — средняя возможность поглощения.

Классификация и по уровню шума:

• С — очень низкий шумовой эффект;
• А — особо низкий показатель;
• П — пониженный шум;
• Н — норма.

Технические характеристики балласта должны соответствовать показателям мощности лампы, иначе она работать не будет.

Люминесцентные ламы требуют установку дросселей различной мощности:

• Вт до 15.0 Вт — небольшие настольные светильники;
• 16.0 Вт до 36.0 Вт — потолочные и настенные бытовые осветительные устройства;
• 37.0 Вт до 80.0 Вт — мощные промышленные осветительные системы с несколькими единичными точками света.

На территории России выпуск люминесцентных ламп и комплектующих производятся достаточно большими партиями — от миллиона ламп в год. Производство организовано на предприятиях: «ЛИСМА-ВНИИС» им. Лодыгина, «Фотон», Саранский завод точных приборов, компании «СЭПО-ЗЭМ». Среди западных производителей популярностью пользуются греческая компания Schwabe Hellas и финская Helvar. Считается, что балласты и стартеры лучше приобретать известных марок, таких как Navigator или Luxe.

Как работает

Первоначально, подается переменное напряжение, которое пройдя через дроссель, попадает на лампу. Так как мощность передается через балласт, который является индуктором, он ограничивает ток и препятствует возникновению короткого замыкания в лампе. Далее ток проходит через нити накаливания и нагревает их, а также присутствующие в трубке газы.

Разрядная трубка заполнена газообразным аргоном и имеет внутри фосфорное покрытие, а также содержит небольшое количество ртути. Затем ток поступает на стартер, внутри которого есть биметаллическая полоса, расширяемая при нагревании и замыкающая цепи, минуя лампу и создавая короткое замыкание. Когда цепь замкнута, напряжение падает до нуля. После того биметаллическая полоса остынет, она возвращается в исходное положение, открывая цепь. Так как в балласте имеется индуктор и собственное магнитное поле.

Во время размыкания цепи, магнитное поле разрушается и это создается «индуктивный удар с всплеском высокого напряжения, проходящего через нить накала, создавая дугу, для возбуждения фотонов в газовой среде аргона. Их эмиссия вызывает излучение ультрафиолетового света, который, проходя через фосфорное покрытие лампы, преобразуется в видимый свет.

Назначение дросселя

Принципиальные схемы электронных балластов разные. Но все они поддерживают фактическую типовую структурную схему:

1. Сначала подключается последовательный резистор. Он подключен для ограничения тока перегрузки и короткого замыкания. В некоторых электронных балластах вместо последовательного резистора используется предохранитель. Этот резистор имеет очень низкое значение до 22 Ом.
2. Затем подключается схема фильтра электромагнитных помех, который состоит из одного последовательного индуктора и одного параллельного конденсатора.
3. Затем используется выпрямительная схема для преобразования переменного тока в постоянный. Схема мостового выпрямителя состоит из четырех PN диодов.
4. Конденсатор подключен параллельно для фильтрации постоянного тока, поступающего из выпрямительной цепи.

Применяется инверторная схема с использованием двух транзисторов. Эти транзисторы создают высокочастотный переменный ток и повышающий трансформатор. С частотой в электронном балласте от 20.0 кГц до 8.00 кГц. Как правило, транзистор создает прямоугольный токовый сигнал. Повышающий трансформатор повышает уровень напряжения до 1000.0 В. В начальный момент и после того, как лампочка накаливания загорается, напряжение на ней снижается до 230 В. Таким образом главное назначение дросселя в люминесцентной лампе — сдерживать ток при работе осветительного прибора.

Конструкция

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

Типовая структура дросселя:

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

Катушка

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

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

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

Сердечник для балласта

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

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

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

Как подобрать

В паспортной документации для дросселя указывается, какие типы, и конфигурации ламп предназначены для работы с ним. Для правильного выбора нужно обратить внимание на следующие данные:

1. Контрольный список параметров выбора дросселя ЛЛ.
2. Тип запуска — мгновенный или запрограммированный.
3. Обычный балластный коэффициент (от 0,77 до 1,1) является значением по умолчанию для большинства ламп.
4. Входное напряжение — 120/230/380В.
5. Минимальная начальная температура от −17С до 20С.
6. Схема — параллель это норма. Это позволяет другим лампам оставаться зажженными, даже если одна лампа в приборе гаснет.
7. Контроль анти-стратификации — нежелательные яркие и тусклые области, которые могут образовывать структуру стоячей волны по всей длине лампы. Полоски более вероятны, когда лампа работает при низких температурах.
8. Оценка звука: балласт с рейтингом «А» будет тихо гудеть; балласт с рейтингом «D» вызовет ярко выраженный шум.
9. Гарантия производителя.

Как подключить дроссель

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

Алгоритм установки дросселя на ЛЛ:

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

Как заменить

В последнее время очень часто такая операция вызвана необходимостью замены магнитных дросселей на электронные. Этот процесс довольно прост и понятен, но также должен выполнятся специалистами электриками.
Процесс замены балласта с магнитного на электронный:

1. Отключают питание на прибор.
2. Открывают светильник, снимают колбу и балластный кожух.
3. С помощью кусачек обрезают силовые (коричневые) и нейтральные (синие) провода, идущие в прибор.
4. Закрывают провода проволочными гайками.
5. Кусачками, отрезают провода и снимают магнитный балласт.
6. Присоединяют электронный балласт в место, где был магнитный.
7. Подключают провода питания и нейтрали к соответствующим балластным проводам.
8. Закрепляют провода проволочными гайками.
9. Возвращают колбу лампы и дроссельный кожух обратно.
10. Включают питание на лампу.

Правильно установленные и функционирующие электрические осветительные балласты должны долго проработать, обеспечивая безопасный, хорошо регулируемый ток для ламп освещения без раздражающего мерцания и гудения.

Дроссель, хоть и выполняет сегодня важную роль в установке ЛЛ, но уже не является незаменимым, его место занял электронный пускорегулирующий аппарат ЭПРА (электронный балласт). Собственникам помещений,планирующим устанавливать такое освещение нужно учитывать, что 1 июля 2018 года в России запрещено применение трубчатых ЛЛ, а также ртутных ламп, а с начала 2020 года будут запрещены люминесцентные и натриевые светильники.