Дроссели (ПРА) для люминесцентных ламп:устройство,принцип работы и ремонт
Что такое дроссель и для чего он нужен.
Люминесцентные лампы, которые являются представителями типа газоразрядных лам, невозможно зажечь как обычные лампы накаливания, просто подключив к ним напряжение питающей сети. Просто не произойдет ничего. Чтобы выполнить зажигание такой лампы необходима специальная схема или электронный пускорегулирующий аппарат.
В случае применения простейшей схемы для запуска тлеющего разряда в колбе газоразрядной лампы потребуется стартер и дроссель. Со стартером все понятно. Он требуется только для запуска, после чего он отключается. В работе всегда участвует дроссель. Его задача ограничивать ток, протекающий через лампы. Может показаться, что достаточно резистора. Он и меньшие размеры имеет. Теоретически, в цепи на переменном токе можно ограничивать ток резистором, конденсатором, катушкой индуктивности. Но в отличие от резистора, она обладает реактивным сопротивлением.
И это делает его наиболее уместным вариантом, для его использования в качестве балластного элемента. В схеме он подключается последовательно с лампой.
Благодаря реактивному сопротивлению и выполняется защита от лавинообразного нарастания тока.
Устройство дросселя (ПРА).
Внешний вид дросселя
На фотографии представлен дроссель для люминесцентных ламп дневного света. По большому счету он является катушкой индуктивности с металлическим сердечником в корпусе (кожухе) из листового металла. Более современные изготавливаются в термоустойчивом пластиковом корпусе, имеют более низкие массо-габаритные показатели. Это промышленное название (максимально близкий перевод — ограничитель). Его сопротивление по постоянному току порядка 60 Ом. При проверке мультиметром, в случае индикации бесконечного сопротивления – дроссель неисправен, в обрыве. Если сопротивление менее 55 Ом, это также означает неисправность дросселя. В этом случае он, скорее всего, имеет межвитковое замыкание.
Дроссель в разрезе
Сердечник дросселя обычно изготавливается из трансформаторной стали, при этом пластины, входящие в его набор, электрически не контактируют между собой. Это сделано для уменьшения вихревых токов.
Принцип работы дросселя.
Основное, что делает дроссель – это производит сдвиг фазы переменного тока в момент перехода через ноль. За счет этого поддерживается тлеющий разряд в колбе газоразрядной лампы. Для ограничения тока, проходящего через электроды лампы выбран дроссель так как он имеет реактивное сопротивление. Кроме того, любая катушка индуктивности может накапливать энергию.
Для зажигания тлеющего разряда необходим импульс электрического тока, это тоже обеспечивается дросселем.
При подаче питания на схему происходит следующее:
- Ток идет по схеме через каушку, электроды лампы и стартер.
Он сравнительно не велик, не более 50 мА. - В колбе стартера происходит ионизация газа, температура растет.
- Биметаллические контакты замыкаются, сила тока возрастает до 600 мА. Дальнейший ток ограничивается дросселем
- Этого тока вполне достаточно для разогрева электродов лампы EL
- В лампе EL1 начинает протекать тлеющий разряд, образуется ультрафиолетовое излучение.
- Люминофорное покрытие под действием образовавшегося ультрафиолета начинает испускать свет с видимой длиной волны.
Важно помнить, что параметры лампы и дросселя коррелируют. Обычно самостоятельное изготовление дросселя лишено смысла. Сейчас на рынке очень много различной пуско-регулирующей аппаратуры. Дополнительно дроссель снижает помехи и сглаживает пульсации.
Классификация и разновидности дросселей.
В разных схемах дроссели могут выполнять разные функции. Допустим в схеме осветителя на люминесцентной лампе у него одни задачи, в электронике при помощи катушки можно, допустим, произвести развязку разночастотных электронных схем, или использовать в LC-фильтре.
Это и определяет классификацию.
Вид дросселя зависит от его назначения в каждой конкретной схеме. Это могут быть фильтрующие, сглаживающие, сетевые, моторные, особого назначения. В любом случае, их объединяет общее свойство: высокое сопротивление по переменному току и низкое – по постоянному. Этим можно добиться снижения электромагнитных помех и наводок. В однофазных цепях катушку индуктивности можно применить в качестве ограничителя (предохранителя) от бросков напряжения. Функцию сглаживания дроссель выполняет в фильтрах выпрямителей. Обычно применяется LC-фильтр.
Схема подключения дросселя для люминесцентных ламп.
Схема подключения дросселя для люминесцентной лампы
Это простейшая схема для одного источника света. В случае использования двух ламп можно ограничится одним дросселем, но в этом случае, он должен выдерживать суммарную мощность двух ламп.
Схема подключения дросселя для двух люминесцентных ламп
В данной схеме конденсатор С1 желателен, но он не является обязательной частью схемы.
Теоретически вместо стартеров можно поставить обычные кнопки без фиксации. После зажигания светильника эти кнопки необходимо отпустить.
Ремонт дросселя.
Неисправность дросселя можно установить с помощью замены стартера и/или люминесцентной лампы на заведомо исправные. Если в этом случае освещения нет, то причина в нем. Неисправность дросселя можно определить и при помощи мультиметра в режиме измерения сопротивления. Работоспособный электромагнитный дроссель имеет сопротивление около 60 Ом. Допустимое отклонение составляет около 10 процентов. Если сопротивление мало, то это указывает на межвитковое замыкание. Это случается на дросселе, который достаточно долго эксплуатируется. Причина заключается в отслоении лакокрасочной изоляции и замыкании витков. Бесконечное сопротивление указывает (либо вообще нет прозвонки) на обрыв, отсутствие контакта. Скорее всего он просто сгорел, так был скачок напряжения.
Помните что при работе с любыми электроприборами необходимо соблюдать технику безопасности!
Ремонт дросселя для люминесцентной лампы заключается в разборке: снятии кожуха при его присутствии, разборке пластин сердечника и перемотке катушки.
Однако, это нецелесообразный процесс в следствие его трудоемкости и низкой цены нового. Его проще заменить на заведомо исправный. При замене необходимо соблюсти мощностные параметры.
Выводы.
Хоть схема и имеет полувековую историю, она до сих пор остается актуальной. ПРА необходим для работы люминесцентной лампы. Все компоненты производятся и стоят недорого. К достоинствам этой схемы можно отнести ее простоту и доступность компонентов. Обычно дроссель является самым долгоживущим компонентом схемы.
Из минусов отмечено, что при использовании классической схемы при включении освещения несколько секунд наблюдается мерцание. Это плохо отражается на сроке полезной эксплуатации самого источника света. Т.е. Лампа проработает меньше в такое схеме, чем при использовании электронного пускателя.
В плане экономической целесообразности, при частом включении и выключении света использовать такую элементную базу не выгодно, проще приобрести электронный пускатель, хоть его покупка и обойдется дороже, но это будут одномоментные затраты.
Подключение люминесцентных ламп с дросселем
Люминесцентные светильники намного экономнее ламп накаливания по электропотреблению, поскольку меньше тратят на образование тепла. Свет от них более рассеянный и может быть выбран по цвету в широком диапазоне, хотя наиболее популярны светильники белого дневного спектра.
Что касается недостатков люминесцентных ламп, то для их работы необходимы дополнительные устройства, обеспечивающие высокое напряжение до и ограничение тока после розжига.
Внутри лампы имеется азот, а как известно любой газ является плохим проводником электрического тока. Чтобы облегчить ионизацию газа внутрь закачивают небольшое количество паров ртути. Но для начального пробоя всё равно требуется напряжение выше сетевого. Также для облегчения пробоя внутри делаются спирали, которые во время первых секунд пуска накаляются и испускают массовый поток электронов из металла в газ.
Простое подключение лампы дневного света к сети 220 В не подойдет. Так как при таком подключении, во-первых, не может создаться импульс повышенного напряжения, необходимый для стартового розжига этого источника света; во-вторых, даже если лампа запустится, при искрении в розетке, то сразу же перегорит.
Светящаяся лампа с плазмой внутри имеет отрицательное дифференциальное сопротивление, и за неимением в цепи другого импеданса, через неё течет ток короткого замыкания. Поэтому уже давненько придумали простую и надежную схему подключения с дросселем и стартером. Первым по этой схеме срабатывает стартер.
Стартер
Маленький бочонок внутри представляет собой газоразрядную лампу с нормально разомкнутыми биметаллическими электродами с параллельно соединенным конденсатором малой емкости 0,003–0,1 мкФ. Крошечный конденсатор растягивает скачок напряжения по фронту, чтобы хватило времени на создание газового разряда в лампе, а также он подавляет радиопомехи от замыкания электродов стартера.
Для запуска люминесцентной лампы требуется создать тлеющий разряд внутри неё. Тлеющий разряд случается при нагреве нитей лампы до температуры 800–900 градусов, когда через газ начинает проходить электрический ток порядка 30 мА. Только благодаря стартеру и происходит кратковременный накал спиралей при замыкании его внутренних электродов.
При размыкании биметаллических электродов стартера в работу подключается дроссель.
Дроссель
Катушка, включенная как электромагнитный балласт, ограничивает силу переменного тока, протекающего через неё за счет индуктивного сопротивления. Что спасает люминесцентную лампу от короткого замыкания, после того как в ней произойдет зажигание плазмы.
Дроссель крайне важен для запуска лампы, поскольку в предложенных схемах только он может повысить напряжение. Всё благодаря внутренней самоиндукции катушки. После того как электроды стартера размыкаются, дроссель выдает накопленную ЭДС импульсом на концы лампы.
Конденсатор
Электрическая емкость, подключенная на входе питания светильника, гасит реактивную мощность, которую всегда при работе тянет дроссель. Светильник без этого сетевого фильтра заработает, но будет потреблять больше электроэнергии из сети.
Конденсатор по напряжению следует подбирать с запасом выше сетевого, по емкости его выбор производится в зависимости от мощности люминесцентной лампы:
- 2 мкФ — от 4 до 15 Вт;
- 4 мкФ — от 15 до 58 Вт;
- 7 мкФ — от 58 Вт до 100 Вт.
Подключение двух ламп
В случае подсоединения одной люминесцентной лампы подбирать элементы просто: лампа мощностью 40 Вт, значит и дроссель на 40 Вт, а стартер на напряжение 220 В.
При подсоединении двух ламп до одного дросселя, к работе нужно отнестись повнимательнее. В этом случае для двух 40 ваттных ламп нужен дроссель мощностью не ниже 80 Вт, также следует найти два стартера на напряжение 127 В. Если детально разобрать схему, то станет очевидно, что оба стартера соединены последовательно, следовательно, на каждый из них приходится лишь половина сетевого напряжения.
Предложенное тандемное подключение имеет лишь один недостаток — при выходе из строя одной лампы, вторая тоже перестанет работать.
Как сделать дроссель на лампу ДРЛ 250
Так как лампы высокого давления ДРЛ 250 имеют довольно долгий срок службы и высокую экономичность по сравнению с лампами накаливания, их с успехом применяют для освещения дачных участков, двора частного дома, а иногда даже гаражей внутри.
Они годами доказали свою надежность, качество освещения, и все это за небольшую сумму. Приобрести лампу ДРЛ 250 не составит особого труда. Она есть в продаже как специализированных магазинах, так и на рынках.
Проблему может составить дроссель, который входит в схему питания лампы. Так как он состоит из медной проволоки, стоимость его, даже бывшего в употреблении довольно высока. Поэтому в этой статье будет описано — как сделать дроссель для этой лампы из других часто встречающихся материалов. Например, из трех дросселей распространенных некогда светильников дневного света. Такие дроссели применялись в светильниках на лампы ЛД 40, соответственно дроссель у них был 40 Ватт. Также светильники на лампы ЛД 80 в которых дросселя рассчитаны на 80 Ватт. Для замены дросселя под лампу ДРЛ 250 ватт, вам понадобится два дросселя на 80 Ватт и один на 40 Ватт. Схемы их соединения можно видеть на рисунке.
Здесь видно, что все дроссели соединяются в параллель, то есть соединенные в параллель дроссели образуют один общий балласт.
Один провод, идущий от розетки 220 соединяется с одним концом дросселей, а другой провод в розетке 220 идет прямо на лампу. Провод с выхода дросселей идет на второй контакт лампы. Вариант монтажа дросселей на корпусе светильника можно увидеть на фотографиях.
Здесь также видно как подключаются провода. Очень важно позаботиться, чтобы контакты на клеммах дросселей имели хорошее соединение, иначе они будут искрить и нагреваться. На фото можно видеть, как работает такой дроссель и запускает лампу ДРЛ 250.
Такая конструкция была сделана и испытана, показавши хорошие результаты. Помимо монтажа дросселей на светильники, можно сделать отдельный ящик в котором они будут располагаться, а провода с него вывести на лампу. Такой вариант сборки обойдется гораздо дешевле покупки специального дросселя. Хотелось бы напомнить, что по правилам монтажа ламп ДРЛ, они должны находиться на высоте не менее трех метров. Так как считается, что они излучают достаточно много ультрафиолета, а это нежелательно для человеческой кожи.
На этом все. Пробуйте, и у вас получиться.
История люминесцентных ламп
Пионеры: Джордж Инман и Ричаред Тайер
Инженеры по исследованиям и разработкам: Уильям Л. Энфилд и Филип П. Притчард
Инженер по приложениям: Уорд Харрисон
ПРИМЕЧАНИЕ: В январе 1931 г. (27 января 31 г., если быть точным) доктор Альберт
W. Hull из лаборатории GE Schenectady labs, получает патент на низкое давление.
пароразрядные лампы — это большой шаг к развитию
люминесцентные лампы в ближайшие годы
1934: Др.Артур Х. Комптон во время визита в Оксфорд, Англия, пишет
письмо доктору Уильяму Л. Энфилду, в котором рассказывается об английских производителях ламп.
показал ему интересную экспериментальную лампу. Это было трубчатое, около
2 фута длиной, а центральная часть была покрыта флуоресцентным материалом.
Он излучал желтовато-зеленый свет и оказался очень эффективным.
В ноябре 1934 года в парке НЕЛА начинаются исследования. Под руководством Dr.
Уильям Энфилд, Джордж Инман приступили к разработке.Также в
В группе были Ричард Тайер, Юджин Леммерс, доктор Уиллард А. Робертс. В
В декабре группа изготовила первую лампу. Это было 10 дюймов в длину,
дюйм в диаметре и имел электроды на каждом конце. Группа изготовила лампы
которые использовали различные люминофоры, в том числе силикат цинка.
1934-35: Доктор Клифтон Г. Фаунд присоединяется к группе исследований и разработок. Доктор Уиллард
Робертс, химик разрабатывает люминофоры при содействии доктора Г.Фонда и
К. А. Никель из Скенектади и Гарри М. Фернберджер из отдела проволоки.
В первые несколько лет производства люминесцентных ламп самое важное
люминофоры — силикат цинка-бериллия и вольфрамат магния («белый»
и «дневные» лампы соответственно).
В июле 1935 года инженеры и научные сотрудники отдела ламп провели
закрытая встреча в парке НЕЛА с группой офицеров ВМС США.
Образец
были показаны люминесцентные лампы, и моряки были первыми
за пределами GE, чтобы увидеть новые лампы.В начале сентября 1935 г.
инженерное общество (I.E.S.) провело свой ежегодный съезд в Цинциннати,
Огайо. На стенде GE была представлена одна из новых ламп «F» в г.
операция. Присутствующие инженеры по свету были заинтересованы, но не
подавляюще впечатлен. Лампа выглядела как узкоспециализированная
вещь. Он был 2 фута в длину, излучал яркий зеленый свет. Дисплей
карточка гласила: «Люмилиновая лампа — лабораторная разработка.
Как предотвратить возгорание люминесцентного балласта
Автор: Фрэнк С.Johnson
Все мы выросли на лампах накаливания. Когда они перегорели, свет погас, поэтому мы их заменили. Нет проблем!
Люминесцентные лампы, которые можно найти в пожарных депо и большинстве других зданий, которые только можно вообразить, совершенно разные.
На самом деле их нужно заменить, прежде чем они полностью прекратят работу — и представляют опасность пожара — но, похоже, никто об этом не знает, и немногие этому учат.
Понимание опасности
Люминесцентные лампы необходимо заменить, прежде чем они станут причиной возгорания.Люминесцентная лампа была изобретена в 1930-х годах, поэтому магнитный балласт существует уже довольно давно. Сейчас их быстро заменяют гораздо более легкими и более эффективными электронными балластами.
Между тем, в настоящее время по всей стране ежедневно возникают балластные пожары, особенно в потолочных светильниках старых зданий. Старые люминесцентные светильники, особенно F96T12 («8 футов»), устанавливаемые непосредственно на потолки из деревянных панелей, склонны к возгоранию, но это также происходит в относительно новых зданиях и с лампами F40T12 (4 фута).
Итак, что происходит и как это предотвратить? Флуоресцентная технология действительно очень проста. Во-первых, люминесцентная лампа должна соответствовать установленному балласту. Например, это означает, что нельзя устанавливать 40-ваттные лампы в светильнике с балластом, рассчитанным на 34-ваттные лампы. Во-вторых, у ламп действительно есть «ожидаемый срок службы». Производимая сегодня стандартная лампа рассчитана на срок службы около 3000 часов. При использовании восьми часов в день пять дней в неделю они рассчитаны на работу около шести месяцев.
По истечении этого времени происходит выгорание, называемое испарением катода. Это проявляется в потемнении концов ламп. В этот момент световой люмен, излучаемый лампой, падает на 40-50%, так что у вас есть только часть ранее подаваемого света. Затем лампу необходимо заменить, иначе она начнет перегружать и в конечном итоге испортит балласт.
Когда вы видите черную лампу на концах, срок ее службы уже истек. Вы можете подумать, что экономите деньги, не покупая новые лампы, но на самом деле это будет стоить больше денег, если их оставить на месте, чтобы испортить балласт.Помните, что плохие лампы могут испортить хороший магнитный балласт, а плохой магнитный балласт может испортить хорошие лампы.
Вот что происходит с балластом, когда старые лампы остаются на месте, пытаясь «работать», вне зависимости от того, очень старый балласт или относительно новый. После того, как балласт, находящийся под напряжением, проработал в течение часа или более, он становится очень горячим, а смола внутри, заполненная печатными платами, расплавляется, замыкая цепь, и прибор перестает работать.
Режим запуска
Через некоторое время балласт остынет достаточно, чтобы расплавленная смола превратилась в гель, и приспособление начинает или, по крайней мере, пытается снова работать.
Но поскольку балласт уже не балансирует, напряжение остается в «пусковом режиме». Этот цикл повторяется снова и снова, пока не произойдет одно из двух: либо температура в потолке, чему способствует накопление тепла на чердаке, наконец, достигнет точки, при которой потолок загорится, либо сам балласт взорвется. пламя, проливая расплавленную и пылающую смолу на пол.Затем здание горит сверху и снизу.
Многие люди по всей стране сообщили, что видели это. Общественность должна быть осведомлена о том, что что-то не так, если прибор сильно нагревается.
Когда я провожу аудит мощности с использованием линейных люминесцентных ламп, я использую устройство для проверки балласта, чтобы определить, магнитное оно или электронное.Затем я визуально проверяю, не перегревается ли магнитный балласт. Если потолок слишком высок для ручной проверки, я использую термолазер для измерения температуры крышки балласта и ламп.
Затем я пытаюсь рассказать владельцам об опасности балластных пожаров.
В дополнение к предложению регулярной программы замены лампы, мы обсуждаем замену балласта, если необходимо, по сегментам на электронный балласт. При использовании с электронным балластом люминесцентные лампы просто гаснут, не повреждая лампы и не вызывая возгорания.Поддержание работы неэффективного балласта обходится дороже, и можно сэкономить энергию, поддерживая их работу с максимальной производительностью.
Существует безопасная альтернатива замене ламп каждые шесть месяцев — хотя они не получили широкого распространения в нашем обществе одноразового использования и изначально стоят дороже, существуют люминесцентные лампы, которые рассчитаны на более длительный срок службы, дают более яркий свет и имеют более высокий световой поток. поддержание.
Это означает, что они сохранят такое же количество света в течение срока службы лампы, как и в новые.
Эти долговечные люминесцентные лампы рассчитаны на работу от 30 000 до 40 000 часов. Учитывая целостность балласта, лампы могут легко прослужить пять-семь лет, в зависимости от ежедневного использования. Хотя первоначальные вложения в эти лампы могут быть больше, в течение их срока службы они сэкономят деньги и избавят от необходимости часто менять лампы, а также предотвратят возможность возгорания.
Конечно, сегодня лучший выбор — это электронный балласт.Каждый должен двигаться в этом направлении в своем планировании. Если вы решите приобрести долговечные лампы с низким содержанием ртути, вам понадобится балласт с коэффициентом 0,9 или выше. Я стараюсь поддерживать балластный коэффициент 1,15 для максимальной производительности и долгого срока службы.
Об авторе
Фрэнк С.
Джонсон является соучредителем EnviroLight. EnviroLight специализируется на полном спектре освещения, эквивалентном естественному дневному свету.Для получения более подробной информации посетите сайт www.envirolightusa.com.
Эта статья, первоначально опубликованная в 2007 году, была обновлена.
Люминесцентная лампа — определение люминесцентной лампы по The Free Dictionary
Тип B: Модернизация типа B удаляет люминесцентную лампу и балласт, оставляя существующий светильник, но требует, чтобы лампа была подключена напрямую. Если ваш бюджет позволяет, вы можете полностью избежать периодических обновлений стандартов люминесцентных ламп, установив светодиодное освещение.Экспериментальные результаты, разработанные для люминесцентной лампы 32 Вт, показали, что SRI предложила улучшенный КПД на 6% по сравнению с классическим SPRI, это связано с тем, что SRI не использует конденсатор, параллельный лампе, что снижает потери в меди индуктивности в цепи резервуара LC.
Предлагаемая схема SRI также демонстрирует уменьшение потерь на переключение или проводимость на полевых МОП-транзисторах. Затем пришли инженеры по освещению и разработали трубчатую люминесцентную лампу с галофосфором. В качестве примера воздействия этого можно привести строительство нового офисного здания на западе, которое оснащалось новейшим экономичным освещением и окрашиванием ковровых покрытий в бежевый цвет.Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ), также называемая компактной люминесцентной лампой, энергосберегающим светом и компактной люминесцентной лампой, представляет собой люминесцентную лампу, предназначенную для замены лампы накаливания; некоторые типы подходят для осветительных приборов, ранее использовавшихся для ламп накаливания. Официальных рекомендаций по обращению с люминесцентными лампами в государственных школах Гаутенга нет. * Компактная люминесцентная лампа мощностью 20 Вт равна 1200 люменам. Начиная с июня, более 150 новых магазинов Walmart по всей стране будут установите люминесцентные лампы Philips ALTO с низким содержанием ртути.
Лампа ALTO с 80% меньшим содержанием ртути по сравнению с обычными люминесцентными лампами и без потери производительности стала первой люминесцентной лампой, которая прошла испытание Агентства по охране окружающей среды на предмет неопасных отходов. Обычную лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить люминесцентной лампой мощностью 15 Вт. Официальные источники со ссылкой на экспертов заявили, что, по словам экспертов, экономия 45 Вт в час, в то время как в случае лампы накаливания на 100 Вт потребители могут сэкономить 75 Вт в час, установив люминесцентные лампы мощностью 25 Вт. лампы для более эффективных люминесцентных ламп на заключительном этапе Кубо-Ямайского проекта создания компактных люминесцентных ламп (CFL), также известного как программа кубинских ламп.С целью повышения энергоэффективности при низких температурах были разработаны специальные светильники с так называемыми теплоаккумулирующими трубками [1-6] для размещения трехполосных люминесцентных ламп. Здесь люминесцентные лампы оснащены по крайней мере одной концентрической полупрозрачной защитной трубкой во всю длину, которая устанавливается параллельно люминесцентной лампе в кожухе лампы и накапливает тепло, излучаемое люминесцентной лампой.
В области фармацевтического производства простое использование подходящей люминесцентной лампы соответствующего типа может способствовать повышению стандартов и поддержанию безопасной рабочей среды.Некоторые измерения флуоресцентной лампы и ее магнитного балласта
Некоторые измерения флуоресцентной лампы и ее магнитного балластаВведение
Люминесцентные лампы повсюду; они надежны и энергоэффективны. Даже если сегодня (2017) светодиоды заменяют многие источники света, лампы все еще остаются рентабельны и имеют почти такой же хороший КПД, если не лучше. Старый магнитный (индуктивный) балласт в настоящее время часто заменяют на электронный для большей эффективности, но есть еще так много старых балласты, которые я думаю, стоит взглянуть на этот простой и эффективная схема.
Подземный паркинг с большим количеством люминесцентных ламп (нажмите для увеличения).
Найти подробные данные о люминесцентных лампах очень сложно и удивительно.
достаточно, поисковые машины в Интернете мало помогают.
Несмотря на то, что подавляющее большинство электронных компонентов
производители детально указывают все электрические характеристики,
для люминесцентных ламп трудно найти какое-либо техническое описание с более чем
номинальная мощность и механические размеры.Поэтому очень сложно ответить на такие вопросы, как: что бросается в глаза?
вольтаж?
Какое напряжение горения лампы?
Как выглядит ток при включенной лампе?
Эти вопросы были у меня в голове много лет, пока я не решил подключить
лампу к пробнику высоковольтного осциллографа и сам посмотрю, что
продолжается.
Чтобы выполнить эти измерения с помощью осциллографа, некоторые необычные
оборудование чрезвычайно полезно (если не обязательно), например, высокое напряжение
дифференциальный зонд и токовый зонд.Поскольку не у всех есть доступ к этим инструментам, я решил поделиться своими
измерения на этой странице, потому что я думаю, что они могут быть интересны.
Прямое подключение осциллографа к сети крайне плохое и опасная идея, всегда используйте подходящие и безопасные пробники высокого напряжения.
На этой странице вы не найдете никаких технологий ракетостроения, только некоторые измерения и некоторые мысли о люминесцентных лампах, пускателях и их старые индуктивные балласты.
Здесь обсуждаются только люминесцентные лампы с «горячими электродами»; эти лампы в основном используются для освещения. У них есть две клеммы с каждой стороны, чтобы обеспечить циркуляцию тока в электроды для их нагрева. С другой стороны, трубки с «холодными электродами», также называемые CCFL (Cold Катодные люминесцентные лампы) вроде тех, что используются в «неоновых вывесках». имеют только одну клемму с каждой стороны: у них разные электрические характеристики, требуют другой системы питания и не обсуждается на этой странице.
Базовая схема
Базовая схема показана на схеме ниже.
Его поведение много раз описывалось в литературе и в Интернете,
поэтому здесь я дам лишь краткий обзор, чтобы прояснить, о чем я говорю
около.
Принципиальная схема.
Схема очень проста и состоит только из люминесцентной лампы, пускатель и индуктивный балласт.
Важно отметить, что данная схема типична для сети 230 В. В сети 120 В пиковое напряжение обычно недостаточно высокое, чтобы лампы горения и балласты часто представляют собой автотрансформаторы с немного другая схема. Соображения относительно напряжений и токов ламп, вероятно, останутся актуальными, но схема, балласт и возможно также характеристики стартера разные. Поскольку у меня никогда не было возможности поиграть с люминесцентным оборудованием на 120 В, Я не буду обсуждать это здесь, а все соображения на этой странице только действительно для сети 230 В.
В этой схеме отсутствует фазирующий конденсатор и она будет иметь значительную индуктивную
реактивное сопротивление.
Это было сделано специально, чтобы измерить его cos (φ) .
Конечно, в обычных ситуациях добавляется подходящая схема для
компенсация и приведение cos (φ) очень близко к 1.
Часто бывает достаточно конденсатора, подключенного параллельно к сети.
Лампа
Люминесцентная лампа обычно состоит из стеклянной трубки с низким
смесь газов под давлением, обычно паров ртути и некоторого количества аргона.Давление составляет порядка 5 мбар.
Добавление небольшого количества благородного газа к ртути значительно снижает
поражающее напряжение (эффект Пеннинга).
На концах трубки две вольфрамовые нити, похожие на нити обычных
лампы накаливания, которые действуют как электроды для передачи тока в газ
и часто называются катодами.
Нити часто покрываются веществами с высоким коэффициентом излучения электронов, такими как
соединения бария.
Ток, протекающий в этих нитях, будет нагревать их, увеличивая их
способность испускать электроны еще больше и, следовательно, снижение напряжения
требуется для ионизации газа и зажигания лампы.
Вот почему эти элкотроды
есть два терминала.
Когда лампа включена, нити накаливания остаются достаточно горячими, даже если лампа включена.
ток, и нет необходимости форсировать дополнительный ток, поэтому другой
конец каждой нити накала можно отсоединить.
Внутренняя структура люминесцентной лампы хорошо видна в
эта маленькая прозрачная УФ-лампа (щелкните, чтобы увеличить).
Если внимательно посмотреть на большую версию изображения, можно заметить, что маленькие капли
ртуть на внутренней стенке стакана хорошо видна, особенно в
близость электродов.
Ток, протекающий через газ, — очень сложное явление, но вкратце
Короче говоря, если газ не ионизирован, он ведет себя как изолятор.
Если между электродами приложить достаточно большое напряжение, газ ионизируется.
и ток течет за счет свободных электронов и положительных ионов (атомов, потерявших
один электрон) подпрыгивает.
Препятствия между электронами, ионами и нейтральными атомами передают часть кинетической
энергия атомам, которые «возбуждаются».
Затем энергия переизлучается в виде фотонов, когда они вскоре после этого расслабляются.
Активным газом практически любых обычных люминесцентных ламп являются пары ртути:
излучает невидимый и вредный свет в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне
для наших глаз и кожи.
Покрытие из флуоресцентных материалов внутри трубки поглощает УФ-свет и
преобразует его в видимый свет.
Тщательно подобрав подходящее флуоресцентное покрытие, можно получить практически любой цвет
свет можно получить.Кроме того, стекло, из которого состоит трубка, непрозрачно для УФ-излучения.
радиации и не дает ей выйти наружу.
Трубка, использованная для этих тестов, IBV L36W 4200K, (щелкните, чтобы увеличить).
Для этих измерений я использовал трубку IBV T8 (Ø25,4 мм), 4 ‘
(1,2 м) в длину, 36 Вт, холодный белый.
На этой конкретной лампе сопротивление постоянному току двух нитей нити равно
5,9 Ом и 5,3 Ом в холодном состоянии.
Я также измерил кучу других трубок и нашел аналогичные значения: несколько
Ω.
Два следующих графика показывают напряжение и ток в прожиге . фонарь. Это трубка IBV 4 ‘(1,2 м) T8 (Ø25,4 мм) 36 Вт. Конечно, индуктивный балласт включен последовательно. Обратите внимание, что эта лампа уже горит и ее нити горячие (из-за ток лампы).
На первом графике, где представлены напряжение и ток
отдельно интересно отметить, что оба находятся в фазе, даже если не
идеально синусоидальной формы.Это показывает, что лампа эффективно поглощает активную мощность.
Также стоит отметить, что напряжение близко к прямоугольной.
Это типично для газоразрядных трубок, поведение которых очень похоже на
Стабилитрон, где напряжение примерно постоянное независимо от тока.
Присмотревшись, можно увидеть, что на самом деле напряжение немного падает, поскольку
ток увеличивается (прямоугольная волна не совсем плоская, но немного понижается
посередине, когда ток максимален).Это показывает поведение отрицательного сопротивления, еще одну типичную характеристику
газоразрядная трубка.
В обычном резисторе при увеличении тока падение напряжения также
увеличивается; здесь все наоборот.
Напряжение лампы (Ch2) и ток лампы (Ch3) горящей трубки 4 ‘(1,2 м) T8 (Ø25,4 мм) 36 Вт.
В конце каждого полупериода ток падает до нуля и лампа гаснет.Как только это произойдет, лампа снова загорится, импульс противоположной полярности появляется на графике, и цикл повторяется. Этот импульс не из-за индуктивного балласта (поскольку ток уже был ноль), это просто напряжение сети, которое повторно пробивает лампу: это работает потому что нити еще горячие (подробнее Вот).
Форма волны напряжения не идеально гладкая: есть небольшие колебания
колебания, в данном случае около 20 В pp при 4 кГц.Это еще одно типичное поведение отрицательного сопротивления и газа.
разрядная трубка.
Даже если я не буду проводить никаких дальнейших измерений, это не должно быть
проблема для этой схемы как амплитуда и частота
колебания достаточно низки, чтобы беспокоить электромагнитные
совместимость.
То же самое измерение может быть показано в режиме XY (ниже), где по оси X есть напряжение лампы, а по оси Y — ток лампы.Точка с нулевым напряжением и нулевым током находится в центре сетки. Когда лампа горит, напряжение составляет около 100 В (положительное или отрицательное). Также видны паразитные колебания.
Следует отметить один интересный факт: ток лампы немного увеличивается. еще до того, как загорится лампа. На сюжете не идеально горизонтальная линия, а скорее наклонная. «S»: при увеличении напряжения небольшой ток течет прямо прочь.Я не уверен в этом, но думаю, что это из-за горячих электродов и газ все еще частично ионизирован, что позволяет протекать току. Затем, конечно, когда загорается лампа, ток внезапно увеличивается, и напряжение падает примерно на 100 В.
Зависимость тока лампы (по вертикали) от напряжения (по горизонтали) горящей трубки 4 ‘(1,2 м) T8 (Ø25,4 мм) 36 Вт.
Было бы интересно провести такие же измерения с холодной лампой и
посмотрите, что нужно, чтобы ударить по нему без предварительного нагрева нитей. К сожалению, у меня нет подходящего источника переменного тока высокого напряжения, достаточного для
зажгите лампу.
Индуктивный балласт
Индуктивный балласт — это просто большой индуктор, намотанный на многослойный железный сердечник. Он выполняет две функции: ограничивает ток и генерирует высокое напряжение для зажгите лампу. Люминесцентные лампы имеют отрицательные характеристики сопротивления и, следовательно, нельзя напрямую подключать к электросети.Другими словами, если ток в лампе увеличивается, эквивалент сопротивление уменьшается, дополнительно увеличивая ток. Балласт ограничивает ток и предотвращает саморазрушение лампы.
Индуктивные балласты являются индукторами и поэтому зависят от частоты. Балласт, рассчитанный на 50 Гц, будет иметь слишком большое реактивное сопротивление при 60 Гц. и наоборот.
В лампах малой мощности (несколько ватт) также можно использовать простой резистор; в этом
случай, когда импульс высокого напряжения возникает только из-за сбоя в электросети
индуктивность.
Как ни странно, это работает.
Обратной стороной является то, что резистор преобразует в тепло примерно такое же количество тепла.
мощность как у лампы, что приводит к очень плохому КПД.
Емкостные балласты будут иметь значительно меньшие потери, но из-за нелинейное поведение лампы, это приведет к очень высоким пикам в лампе текущий. Кроме того, конденсаторы не могут генерировать пик высокого напряжения, необходимый для зажгите лампу. Емкостные балласты используются только (и часто) в высокочастотной электронике. балласты.
Изображение используемого здесь индуктивного балласта, IBV 230 В переменного тока 50 Гц 40/36 Вт (2 × 18) 0,43 А (щелкните, чтобы увеличить).
Используемый здесь балласт рассчитан на 230 В, 50 Гц, 40/36 Вт, 0,43 А. Я измерил индуктивность 1,097 Гн и последовательное сопротивление 36,8 Ом в холодном состоянии.
С таким сопротивлением, если короткое замыкание в сети (предполагается, что 230 В
50 Гц), этот балласт ограничит ток на уровне 0.
66 А рассеивающий
16,2 Вт.
Это выходит за рамки технических характеристик и может перегреться, но точно не будет.
мертвый короткий.
Стартер
Куча старых стартеров. Для тестирования здесь используется тот, который находится на
внизу слева, FZ FS-U 180-250V ~ 4-65W (щелкните, чтобы увеличить).
Стартер представляет собой небольшую стеклянную трубку, наполненную смесью низких
благородные газы под давлением, обычно аргон, неон и гелий под давлением
порядка 50 мбар.Внутри трубки два биметаллических электрода, которые изгибаются навстречу друг другу.
когда жарко.
В холодном состоянии два электрода находятся близко друг к другу, но не соприкасаются.
При приложении достаточно высокого напряжения газ ионизируется, ток около
30 мА начинает течь, и газ светится.
Примерно через полсекунды тепло, выделяемое свечением, мягко сгибает
электроды, которые соприкасаются, закорачиваются вместе, и свечение гаснет.
В горячем состоянии стартер ведет себя как при коротком замыкании.
Так как закороченный стартер больше не светится, он остывает и
контакты снова размыкаются примерно через полсекунды.
Посмотрите фильм, показывающий, как стартер светится, а электроды замыкаются:
светящийся-стартер.mp4
(1870811 байт, 14 с, h364,
640 × 480, 15 кадров в секунду).
С помощью стартера и лампочки можно сделать очень красивый и грубый мигалка.
Используемый здесь стартер — FZ FS-U, мощностью 180-250 В ~ 4-65 Вт.Чтобы лучше понять характеристики стартера, его ток как функция приложенного напряжения было измерено и видно на графике ниже:
Зависимость тока стартера (по вертикали) от напряжения (по горизонтали) для пускателя FZ FS-U.
По горизонтальной оси отложено приложенное напряжение, по вертикальной оси —
результирующий ток.
Ноль для обеих осей находится в центре экрана.Начиная с нуля, по мере увеличения напряжения (в положительном или отрицательном
отрицательное направление), ток через пускатель не течет, в результате
горизонтальная линия.
Как только напряжение станет достаточно высоким (скажем, +220 В или –240 В
в этом случае) газ ионизируется и становится проводником; напряжение падает на
около 50 В и начинает течь ток (наклонные участки).
Если теперь напряжение уменьшается, ток также уменьшается до минимума
напряжение горения пересекается (скажем, ± 180 В в этом случае), где
ток падает до нуля (снова на горизонтальной линии).
Для выполнения этого измерения нужно действовать быстро: как только стартер горячий, он замкнется, и вы будете измерять только вертикальную линию. Вы должны сделать снимок экрана, пока стартер еще светится (нагрев вверх).
Поведение этого (и почти любого стартера, которое мне удалось измерить) является не симметричный. Пороговые напряжения и динамическое сопротивление (наклон наклонных участков) не одинаковы для положительной и отрицательной полярностей.Думаю, это из-за несимметричной формы электродов.
Очень часто конденсатор из полистирола подключается параллельно к
стартер, который помогает снизить коммутационный шум.
К сожалению, я ни разу не видел маркировки на этих конденсаторах, но они
обычно измеряют около 5 или 6 нФ.
Для проведения вышеуказанного измерения этот конденсатор был временно удален,
в противном случае сегменты больше похожи на эллипсы.
Поразительная последовательность
Газ в лампе обычно является изолятором.Чтобы включить его, электроды предварительно нагревают в течение нескольких секунд, затем Импульс напряжения ионизирует газ внутри трубки и запускает лампу. Этот процесс состоит из следующих шагов:
Нулевой уровень
Выключатель питания SW1 разомкнут, лампа выключена и холодная. И лампа LN1, и стартер ST1 не ионизируются и ведут себя как изоляторы. Пока не очень интересно … Теперь мы замыкаем SW1 и подаем питание на схему.
Шаг первый
SW1 замыкается и через балласт L1 появляется напряжение сети.
лампа и стартер, находящиеся параллельно (через нагреватель
нити).
Напряжение в сети недостаточно высокое для ионизации газа в лампе, который
по-прежнему ведет себя как изолятор, но этого достаточно, чтобы ионизировать газ внутри
стартер, который ведет себя примерно как неоновое свечение
фонарь.
Теперь в цепи протекает небольшой ток, который нагревает стартер.Это часто можно наблюдать, поскольку стартер обычно светится слабым синим светом.
свет.
Стартер светится при разогреве (нажмите, чтобы увеличить).
На этом этапе был измерен ток 38,5 мА. Слишком низкий для предварительного нагрева электродов в трубке, которые остаются темными; только стартер светится. Из-за индуктивности балласта этот ток является реактивным: cos (φ) из 0.79 было измерено, что соответствует углу φ 38 °. При сетевом напряжении 237 В полная полная мощность составляет 9,1 ВА. а активная мощность — 7,2 Вт.
Продолжительность этой фазы непостоянна и зависит от многих факторов, таких как напряжение в сети, температура окружающей среды, срок службы стартера и т. д., но это полсекунды диапазона. Измеренная здесь длина составила 550 мс.
Напряжение и ток лампы (стартера) при разогреве стартера
(светится).
Кривые выше показывают напряжение на пускателе (и, следовательно, также поперек лампы) на этом этапе. Сбои в синусоиде напряжения указывают на каждом цикле, когда именно стартер начинает светиться и при выключении. Здесь стартер ионизируется примерно при 230 В и деионизируется примерно при 180 В. Конечно, каждую половину цикла переменного тока напряжение падает до нуля, и газ в стартер деионизируется. Он снова будет ионизироваться в следующем полупериоде, как только напряжение станет высоким. довольно.График тока (синий) показывает, что проводимость пускателя не симметричный: положительные пики имеют более высокий ток, чем отрицательные. Я не знаю точно, почему это происходит, полагаю, это из-за несимметричная форма электродов внутри стартера. В любом случае этот ток небольшой и используется только для нагрева стартера: он не обязательно быть симметричным.
Шаг второй
Стартер нагревается, и внутри него биметаллический переключатель в конце концов замыкается.
Теперь у стартера произошло короткое замыкание, он перестает светиться и начинает остывать.
Когда стартер замыкается, через нити лампы протекает больший ток,
теперь подключены последовательно через закороченный стартер и нагреваются.
Нагревание электродов трубки значительно снижает напряжение зажигания лампы.
Кстати, по этой причине запускать холодные лампы в холодной среде не рекомендуется.
намного сложнее, чем повторно зажигать горячие лампы.
Итак, волокна теперь раскалены докрасна, и этот красноватый свет часто может быть
наблюдается на концах трубки во время этой фазы.Из-за высокой излучательной способности электродов (белое) свечение
Также часто наблюдается флуоресцентное покрытие концов трубок.
Во время этой фазы ток составляет 589 мА. Было измерено cos (φ) 0,23, что соответствует углу φ 77 °. При сетевом напряжении 236 В полная полная мощность составляет 139 ВА. и общая активная мощность 31,5 Вт.
Напряжение и ток лампы при нагреве (короткое замыкание стартера), измеренные
через обе нити последовательно.
Обе нити теперь включены последовательно и имеют одинаковый ток и половину вольтаж. Действующее значение напряжения на каждой нити накала составляет около 11 В. Каждая нить накала получает около 6,5 Вт, поэтому из 31,5 Вт 13 Вт нагревают электроды, а 18,5 Вт теряется в балласте. Ток и напряжение в нити совпадают по фазе, низкий общий cos (φ) возникает только из-за реактивного сопротивления балласта.
Как и раньше, продолжительность этой фазы также в какой-то степени непостоянна и зависит от много факторов, но это также в пределах полсекунды.Измеренный здесь был длиной 400 мс.
Шаг третий
Когда стартер остывает, биметаллический переключатель снова размыкается, прерывая
текущий.
Поскольку индукторы не «любят» резкие перепады тока, балласт
отвечает на это прерывание скачком высокого напряжения, который
вероятно, ионизируйте лампу и зажгите ее.
Поскольку точным моментом открытия стартера в этой
контур (определяется охлаждением стартера, его возрастом, общим
температура ,.
..), это может произойти в неподходящий момент цикла переменного тока, когда
ток уже довольно низкий; произойдет скачок низкого напряжения и лампа
может не ударить.
В этом случае на пускателе снова появится полное сетевое напряжение.
и весь процесс начнется снова с первого шага.
Старые и холодные лампы также требуют более высокого напряжения и их сложнее
забастовка.
Пусковой импульс высокого напряжения (–2,78 кВ).
Некоторые паразитные импульсы высокого напряжения также видны перед включением лампы и
возникают из-за плохих контактов стартера.
Яркие плюсы очень разнообразны.
Они не всегда попадают в лампу, могут быть положительными или отрицательными и сильно
зависит от времени изменения фаз при открытии, которое является термомеханическим
процесс и не синхронизирован с частотой сети.
Другими факторами, влияющими на амплитуду импульсов, являются скорость, с которой
биметаллические электроды ломаются, газ, заполняющий стартер, его возраст и
возможно другие.
Показанный здесь составляет –2,78 кВ, но пульсирует от 1 до 3 кВ,
как положительные, так и отрицательные наблюдались с этой же установкой (лампа,
стартер и балласт).
Шаг четвертый
Когда лампа загорается, напряжение на ней падает, и это Трубка держит напряжение около 100 В. Каждую половину цикла переменного тока ток падает до нуля, и лампа должна снова загореться. каждый раз. Из-за фазового сдвига, вносимого индуктивным балластом, когда ток пересекает ноль и меняется на противоположное, напряжение не равно нулю, так что лампа может немедленно возобновить зажигание только с помощью сетевого напряжения, пока лампа горячий и газ не деионизируется слишком долго, нет дополнительного высокого напряжения необходимы импульсы.Если лампу выключить, электроды остынут и почти все ионы в газе рекомбинируют: теперь требуется новая последовательность запуска для снова зажгите лампу.
Напряжение на стартере (а также на лампе) и ток лампы при включенной лампе.
Кривая на рисунке выше показывает, что ток лампы и напряжение лампы находятся в
фаза, что имеет смысл, поскольку лампа потребляет активную мощность.Напряжение сети здесь не указано (к сожалению, у меня нет двух высоких
датчики напряжения), но не в фазе из-за реактивного сопротивления балласта.
Другими словами, ток лампы и напряжение лампы совпадают по фазе, но из-за
балласта, тока лампы и сетевого напряжения нет.
Каждый раз, когда лампы выключаются (ток падает до нуля),
напряжение сразу же подскакивает до значения более 300 В при противоположной полярности.
Это просто напряжение сети, которое появляется на лампе.Из-за значительного фазового сдвига балласта сетевое напряжение
близко к своему пику, когда это происходит, что объясняет внезапный всплеск.
Поскольку трубка теперь горячая (и, вероятно, также имеет более низкое напряжение зажигания, чем
стартер), он сработает первым, быстро вернув напряжение к
напряжение горения (около 100 В) и предотвращение накала стартера.
Если лампа погаснет, напряжение повысится, и стартер ионизируется. начиная с первого шага.Вот что происходит со старыми или поврежденными лампами, которые постоянно мерцают. «надежда» снова включиться однажды.
Напряжение и сила сети при включенной лампе. Фазовый сдвиг хорошо виден.
При сетевом напряжении 236 В общий ток составляет 385 мА и cos (φ) составляет 0,49, что соответствует углу φ 60 °. Полная мощность составляет 90,9 ВА, а активная мощность — 44.9 Вт. Потери мощности в балласте 5,5 Вт, а трубка поглощает 39,4 Вт. приводит к КПД 88%: неплохо для такой простой схемы. Более высокая эффективность может быть достигнута с помощью лучшего индуктивного балласта (встроенный с большим количеством меди и большего количества железа, чтобы минимизировать его потери) или с электронным балласт. Конечно (и к сожалению) лампа не может преобразовать всю энергию в свет.
Краткое описание поразительной последовательности
Теперь, когда мы прошли все этапы поразительной последовательности, давайте
резюмируйте это и посмотрите, что происходит в более общем виде.
На графике ниже видно напряжение на пускателе:
Напряжение на стартере (а также на лампе) при всех пусках
процесс.
Поскольку это измерение проводится на стороне запуска нитей,
напряжение нагрева не видно и появляется как короткое замыкание.
Хорошо видны разные шаги. На нулевом шаге (лампа выключена) нет напряжения. Когда SW1 замкнут (первый шаг), стартер ионизируется и начать нагреваться.Примерно через полсекунды закорачивает стартер (шаг два) и электроды лампы начинают нагреваться, пока стартер остывает вниз. Поскольку лампа закорочена стартером, напряжение на стороне стартера нити, измеренные здесь, показывают ноль. Конечно, на нити накала, которые сейчас светятся, есть напряжение, но они не могут соблюдать здесь. Еще через полсекунды стартер снова остывает и открывается. (шаг 3) создание скачка высокого напряжения, который зажигает и включает лампу (шаг четвертый).
Также интересно посмотреть напряжение на балласте (внизу), где
эти же шаги можно наблюдать снова.
Обратите внимание, что это измерение проводилось на том же оборудовании, но
несколько минут спустя, поэтому продолжительность различных шагов будет
другой.
Напряжение на балласте во время всего процесса пуска.
Амплитуда этого напряжения дает приблизительное представление о токе, протекающем в схема.
Присутствуют паразитные импульсы, когда предполагается короткое замыкание стартера. Это означает, что его контакты не совсем надежны, и иногда он открывается для крошечная доля секунды. Даже если эти импульсы достаточно сильны, чтобы поразить лампу, этого не происходит. потому что при повторном замыкании контактов лампа закорачивается и не может включиться. Он включится только после последнего импульса, когда стартер наконец откроется. и остается открытым.Блуждающие импульсы не вредят, и схема работает нормально.
Посмотрите фильм, в котором показана полная поразительная последовательность:
люминесцентная лампа.