В зависимости от настроек электронного пускорегулирующего аппарата (ЭПРА) может подключаться одна или несколько ламп. Обычно на корпусе устройства любой мощности, предназначенного для подключения определенного количества светильников, присутствует принципиальная схема подключения.
Электронный балласт для люминесцентных ламп (ЭПРА), отличие от ЭмПРА
Несмотря на широкое распространение светодиодов, все еще существует значительное количество светильников, использующих люминесцентные лампы с штыревой конструкцией. Эти лампы тоже обладают экономичностью, особенно если в конструкции светильника предусмотрен электронный балласт — ЭПРА, обеспечивающий эффективную работу люминесцентных ламп.
Электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА, также известный как электронный балласт) – это электронное устройство, которое выполняет функции пуска и поддержания рабочего состояния газоразрядных осветительных ламп.
Как работает люминесцентная лампа с дросселем (ЭмПРА)
ЭмПРА представляет собой электромагнитный пускорегулирующий аппарат или, проще говоря, дроссель. Поняв принцип действия ЭмПРА, станет легче разобраться в конструкции и принципах работы ЭПРА.
Начнем с устройства лампы дневного света, прежде всего, поговорим о длинных лампах типа Т-8. Она состоит не только из источника света, но и из стартера (газоразрядной лампы) и пускорегулирующего устройства (дросселя и конденсаторов).
Устройство лампы дневного света
Люминесцентная лампа: устройство и условия для работы
Обратим внимание на люминесцентные лампы трубчатого типа. Это стеклянная трубка, заполненная инертными газами с парами ртути и покрытая изнутри слоем люминофора. На концах трубки находятся металлические колпачки с двумя штырьками, которые являются выводами для катодов. Эти катоды соединены в пару с вольфрамовой спиралью, имеющей специальное эмиссионное покрытие. Чтобы люминофор начал светиться, необходимы:
- Наличие переменного электрического поля.
- Свободные заряженные частицы.
Строение люминесцентной лампы
Когда имеется переменное электрическое поле, электроны и ионы активно перемещаются, сталкиваясь со стенками колбы, и вызывая свечение люминофора. На первый взгляд, это простая задача. Однако перед включением необходимо создать условия для появления свободных заряженных частиц в инертной среде. В неработающем состоянии такая среда не может обеспечить наличие свободных частиц. Даже если на катоды подать напряжение в 220 В, ничего не произойдет. Переменное электрическое поле даст себя знать, но несвязанными ионами и электронами оно не обеспечит, и свет не появится.
Как заставить люминесцентную лампу светиться
Таким образом, чтобы лампа начала светиться, требуется обеспечить появление свободных заряженных частиц. Инициацию высвобождения таких частиц можно осуществить двумя способами:
- Подключив короткосрочное высокое напряжение к катодам (холодный пуск);
- Разогрев катоды до температуры, при которой начинается эмиссия.
Как добиться свечения люминофора
Обычно применяется второй метод, так как он требует больше времени и энергии, но влияет на продолжительность службы лампы. Холодный запуск популярный среди энтузиастов, однако этот метод негативно влияет на срок службы лампы, так как может привести к быстрому выходу из строя катодов. Холодный запуск позволяет использовать лампы с перегоревшими спиралями, но это нерационально, так как катоды быстро выходят из строя.
Как работает светильник дневного света с ЭмПРА (электромагнитным балластом)
Для гарантированного появления свободных заряженных частиц применяются дроссели (известные также как электромагнитные балласты) и стартеры. Для стабилизации работы системы используются конденсаторы (в схеме ниже обозначены как С1 и С2). Дроссель представляет собой набор ферромагнитных пластин, обмотанных медным проводом с электронной изоляцией. Он по своей сути схож с трансформатором, однако в нем имеется лишь одна обмотка. Стартер же — это газоразрядная лампа с подвижным биметаллическим контактом.
Конструкции пускорегулирующих модулей
Современные промышленные и бытовые люминесцентные лампы, как правило, оснащены модулями ЭПРА. Аббревиатура звучит как «электронный пускорегулирующий аппарат».
Электромагнитное устройство старого образца
При анализе конструкции старых электромагнитных устройств следует отметить значительный их недостаток — громоздкость. Несмотря на все усилия конструкторов, направленные на миниатюризацию, развитие технологий дало лишь ограниченные успехи, в отличие от современных ЭПРА.
На изображении представлены функциональные элементы электромагнитного пускорегулирующего устройства. Как видно, его составными элементами являются всего два компонента — дроссель (балласт) и стартер (схема формирования разряда).
Громоздкость электромагнитных конструкций возникает от необходимости использования крупногабаритного дросселя, который необходим для выравнивания сетевого напряжения и выполнения функции балласта.
В дополнение к дросселю, в схему ЭМПРА обычно входят один или два стартера. Качество их работы непосредственно влияет на долговечность лампы: неисправный стартер может привести к ложному старту, вызывая перегрузку по току на нитях накала.
Фото одного из конструктивных вариантов стартера пускорегулирующего электромагнитного модуля люминесцентных ламп. Существует множество других вариантов конструкций, которые отличаются размерами и материалами корпуса.
Недостаток стартерного пуска заключается в том, что люминесцентные лампы подвержены эффекту стробирования, который проявляется в виде мерцания с частотой, близкой к 50 Гц.
Кроме того, пускорегулирующие аппараты приводят к значительным потерям электроэнергии, что в конечном итоге ухудшает эффективность работы люминесцентных ламп.
Усовершенствование конструкции до ЭПРА
С начала 1990-х годов схемы люминесцентных ламп все чаще дополнялись существенно доработанными конструкциями пускорегулирующих модулей.
Основной частью модернизированной конструкции стали полупроводниковые электронные компоненты. Это уменьшило габариты устройства и повысило качество работы.
В результате модификации электромагнитных регуляторов появились электронные полупроводниковые устройства, предназначенные для запуска и регулировки люминесцентных ламп. Такие устройства характеризуются значительно более высокими эксплуатационными показателями.
Использование полупроводниковых ЭПРА фактически исключило недостатки, присущие старым схемам. Электронные модули демонстрируют стабильную работу и увеличивают срок службы люминесцентных светильников.
К тому же, они обладают высоким КПД, способны осуществлять плавное регулирование яркости и предлагают повышенный коэффициент мощности — все это является очевидными преимуществами современных ЭПРА.
Из чего состоит приспособление?
Основными элементами схемы электронного модуля являются:
- выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный;
- фильтр для снижения электромагнитного излучения;
- корректор коэффициента мощности;
- фильтр для сглаживания напряжения;
- инверторная схема;
- дроссельный элемент.
Схема может быть выполнена в одной из двух вариаций – мостовой или полумостовой. Мостовые схемы обычно используются для более мощных ламп.
Подобные пускорегулирующие модули, рассчитанные на мощность свыше 100 ватт, часто строятся по мостовой схеме, что положительно сказывается на характеристиках питающего напряжения.
Большинство люминесцентных светильников использует полумостовую схему, которая чаще встречается на рынке, так как для обычных светильников достаточно мощности до 50 Вт.
Особенности работы аппарата
Функционирование электронных модулей условно можно разбить на три основных этапа. В самом начале включается функция предварительного прогрева катодов, что имеет важное значение для долговечности газовых источников освещения.
Эта функция особенно необходима в условиях низкой температуры окружающей среды.
На изображении представлено внутреннее содержимое одной из моделей пускорегулирующего модуля на полупроводниковых элементах. Эта маленькая легкая плата полностью заменяет массивный дроссель и добавляет ряд улучшенных характеристик.
Затем схема модуля генерирует импульс высокого напряжения — до 1,5 кВ.
Такое напряжение между электродами вызывает пробой газовой среды внутри люминесцентной лампы и ее зажигание.
Наконец, на третьем этапе работы схемы модуля создается стабилизированное напряжение для горения газа внутри лампы.
В этом случае уровень напряжения остается на низком уровне, что приводит к малому потреблению энергии.
Принципиальная схема пускорегулятора
Наиболее распространенной конструкцией является модуль ЭПРА, собранный по полумостовой схеме с двухтактным преобразованием.
На графике представлена принципиальная схема полумостового устройства для запуска и регулировки параметров люминесцентных светильников. Это не единственное возможно схемное решение, применяемое для изготовления ЭПРА.
Работа данной схемы происходит в следующей последовательности:
- Сетевое напряжение 220 В поступает на диодный мост и фильтр.
- На выходе фильтра образуется постоянное напряжение 300-310 В.
- Частота напряжения увеличивается инверторным модулем.
- После инвертора напряжение передается на симметричный трансформатор.
- Трансформатор, благодаря управляющим ключам, формирует необходимое рабочее напряжение для люминесцентной лампы.
Как выбрать и проверить ПРА для ламп
Каждый пуско-регулирующий аппарат (ЭПРА или ЭмПРА) должен соответствовать мощности используемой лампы. К примеру, для подключения лампы мощностью 400 Вт потребуется ПРА не менее на 400 Вт.
При выборе ПРА также важно обратить внимание на тип ламп, для работы с которыми он предназначен, так как аппараты для натриевых (ДНаТ/ДНаЗ) и металлогалогенных (ДРИ/ДРИЗ) ламп могут существенно отличаться. Более того, случается, что ЭПРА, предназначенный для запуска ДНаТ, не сможет разжечь такую лампу при подключении. Поэтому рекомендуется приобретать ЭПРА и лампы одновременно в надежном магазине с квалифицированными консультантами. Перед покупкой обязательно узнайте у консультанта о возможных проблемах совместимости выбранных вами изделий, поскольку опытные продавцы обычно знают о таких нюансах. Кроме того, вы можете попросить продавца (в интернет-магазине или оффлайн) провести тестирование и подключение лампы к ЭПРА перед покупкой.
Если вы собираетесь покупать лампу в одном магазине, а ЭПРА или ЭмПРА в другом (например, на рынке либо в магазине электротехники), возможность узнать о совместимости вы получите уже только дома, когда будете подключать оборудование.
Как подключить ЭмПРА
Немного о конструктивных особенностях ЭмПРА. Электромагнитные ПРА как минимум состоят из индуктивного балласта и импульсного зажигающего устройства (ИЗУ). Индуктивный балласт служит для накопления электродвижущей силы (ЭДС) перед запуском лампы, в то время как ИЗУ отвечает за сам процесс ее запуска. Наличие компенсирующего конденсатора в комплекте также повышает эффективность ЭмПРА, так как он улучшает сглаживание пиковых значений потребляемой мощности и компенсирует реактивную мощность (которая не используется для выполнения полезной работы и фактически теряется). Таким образом, применение конденсатора повышает коэффициент мощности светильника.
Как правило, ЭмПРА не поставляются с проводами, поэтому вам придется самостоятельно провести монтаж выходов на сеть (трехжильный провод с вилкой) и выход на патрон лампы (также трехжильный провод длиной не более 1,5 м с патроном). ЭмПРА может быть как закрытого типа, где все элементы скрыты в корпусе, так и открытого.
Схема монтажа проводов для ЭмПРА закрытого типа:
Сначала открутите крышку ЭмПРА.
На выходах для подключения к лампе и сети есть подписи, чтобы избежать ошибок при подключении.
Теперь монтируем сетевой провод с вилкой к ЭмПРА.
Далее подключаем провод для выхода на лампу.
Для этого понадобится трехжильный провод длиной, соответствующей расстоянию от патрона до ЭмПРА. ВАЖНО: расстояние между ИЗУ и лампой должно быть минимальным, так как оно влияет на качество розжига лампы. Максимально допустимая длина провода составляет 1,5 м. Превышать ее не рекомендуется, так как это может повлечь за собой невозможность запуска лампы.
Не забудьте зачистить провода. Рекомендуется использовать специальные наконечники, что облегчит монтаж и убережет вас от рисков, связанных с коротким замыканием. В этой схеме синий и коричневый провода – это отрицательный и положительный полюсы электрического тока, а желтый провод (иногда зеленый или полосатый желто-зеленый) – заземление.
Один конец провода с наконечниками подключите в патрон лампы.
Второй конец провода с наконечниками подключите к ЭмПРА. Убедитесь, что вы закрутили крышку ЭмПРА. Установка завершена.
Монтаж ЭмПРА открытого типа
Если у вас открытый ЭмПРА, схема монтажа будет выглядеть аналогичным образом:
Причины неисправностей
Итак, почему люминесцентная лампа может не загораться?
- Трещины в местах пайки на плате. Дело в том, что при включении светильника плата нагревается, а после выключения остывает. Перепады температуры негативно влияют на места пайки, что может привести к обрыву схемы. Решить проблему можно с помощью пайки или простой чистки.
- Если произошел обрыв нити накаливания, то сам блок ЭПРА остается исправным, что позволяет легко решить проблему — достаточно просто заменить перегоревшую лампу.
- Скачки напряжения — основная причина выхода из строя элементов электронного ПРА. Обычно страдает транзистор. Производители не усложняют схемы, так что в ней не предусмотрены варисторы, отвечающие за защиту от скачков. Даже предохранитель в цепи не поможет защитить от скачков напряжения. Он сработает только в случае, если какой-либо элемент схемы окажется пробитым. Поэтому совет — избегать включения люминесцентной лампы во время сильного дождя или ветра, когда скачки напряжения наиболее вероятны.
- Ошибки при подключении аппарата к лампам.
Это интересно
В настоящее время ЭПРА используются не только с газоразрядными источниками света, но и с галогенными и светодиодными лампами. Однако нельзя использовать один и тот же аппарат для разных типов ламп. Во-первых, это ошибка в параметрах. Во-вторых, у них разные конструкции.
При выборе ЭПРА важно учитывать мощность лампы, в которую он будет устанавливаться.
Наилучший вариант — это устройства с защитой от нестандартных режимов работы источника света.
Обязательно обратите внимание на спецификации в паспорте или инструкции, в каких климатических условиях электронный пускорегулирующий аппарат может функционировать. Это напрямую влияет на качество эксплуатации и срок службы.
Промышленное освещение
Подвесные светильники для промышленного применения
Встраиваемые светильники с классом защиты IP65
Накладные светильники с классом защиты IP65
Светильники для применения в экстремальных условиях
Коэффициент мощности всех электронных аппаратов запуска составляет минимум 0,95.
Бюджетные ЭПРА
На российском рынке светотехнических устройств в последнее время начали появляться относительно недорогие аппараты, производимые в основном в странах Азиатско-Тихоокеанского региона.
Существенное снижение цен на электронные аппараты возможно благодаря исключению определенных функций в их схемах. Такие устройства позволяют запустить люминесцентные источники света, но у них имеется несколько значительных недостатков:
- Запуск ламп, как правило, происходит без предварительного нагрева электродов, что при частых включениях приводит к сокращению срока службы ламп.
- В таких устройствах отсутствует возможность стабилизации режима работы при колебаниях напряжения в сети.
- Часто за счет снижения стоимости электронных аппаратов убирается функция компенсации реактивной мощности, что приводит к необходимости использования дополнительных компенсирующих конденсаторов.
- Отсутствует коррекция формы потребляемого тока, из-за чего такие аппараты могут не соответствовать современным требованиям, изложенным в европейских и российских нормативных документах по электромагнитной совместимости.
- Практически все недорогие электронные аппараты не могут работать в сетях постоянного тока, что ставит под сомнение их применение в системах аварийного освещения.
- Срок службы аспектов подобного рода аппаратов может составлять почти в два раза меньше, чем у качественных изделий европейского производства.
Эти недостатки увеличивают эксплуатационные затраты на осветительные системы, основанные на таких устройствах, сводят к минимуму экономию средств на их приобретение. Более того, компании-производители светотехнической продукции часто сталкиваются с проблемами, связанными с несоответствием их изделий различным нормативным актам (чаще всего по электромагнитной совместимости и коэффициенту мощности).
ЭПРА в значительной степени может улучшить качество работы газоразрядных ламп. Это, в свою очередь, ведет к повышению их эффективности и продолжительности использования. Однако экономия при покупке бюджетных моделей нередко приводит к увеличению эксплуатационных расходов.
