Схемы включения ламп.

Схемы включения люминесцентных ламп с помощью балластных сопротивлений.

СТАРТЕРНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП

Одноламповые схемы включения. Простейшая стартерная схема включения приведена на рис. 1. Основные элементы этой схемы: стартер 3, включенный параллельно лампе 2, и дроссель 1, соединенный последовательно с ней.

Об устройстве стартера читайте тут.

При включении схемы напряжение сети полностью окажется приложенным к стартеру 3. Электроды стартера разомкнуты, и в нем возникает тлеющий разряд. В цепи будет проходить небольшой ток (20-50 ма). Этот ток нагревает биметаллические электроды, и они, изгибаясь, замкнут цепь, и тлеющий разряд в стартере прекратится. Через дроссель 1 и последовательно соединенные катоды начнет проходить ток, который будет подогревать катоды лампы 2. Величина этого тока определяется индуктивным сопротивлением дросселя, выбираемым таким образом, чтобы ток предварительного подогрева катодов в 1,5-2,1 раза превышал номинальный ток лампы. Длительность предварительного подогрева катодов определяется временем, в течение которого электроды стартера остаются замкнутыми. Когда электроды стартера замкнуты, они остывают, и по прошествии определенного промежутка времени, называемого временем контактирования, электроды размыкаются. Так как дроссель обладает большой индуктивностью, то в момент размыкания электродов стартера в дросселе возникает большой импульс напряжения, зажигающий лампу.

После зажигания лампы в цепи устанавливается ток, равный номинальному рабочему току лампы. Этот ток обусловит такое падение напряжения на дросселе, что напряжение на лампе станет примерно равным половине номинального напряжения сети. Так как стартер включен параллельно лампе, то напряжение на нем будет равно напряжению на лампе и в связи с тем, что оно недостаточно для зажигания тлеющего разряда в стартере, его электроды останутся разомкнутыми при горении лампы.

Возможность зажигания лампы зависит от длительности предварительного подогрева катодов и величины тока, проходящего через лампу в момент размыкания элекродов стартера. Если разрыв цепи произойдет при малом значении тока, то величина индуктированной в дросселе э.д.с. и, следовательно, приложенного к лампе напряжения может оказаться недостаточной для ее зажигания, и лампа не зажжется. Поэтому, если при первой попытке стартер не зажжет лампу, он сразу же автоматически будет повторять описанный процесс до тех пор, пока не произойдет зажигание ламп. Согласно ГОСТ 8799-58 на стартеры зажигание лампы должно быть обеспечено за время не более 10 сек.

Параллельно электродам стартера включен конденсатор емкостью 0,003-0,1 мкф. Этот конденсатор обычно размещается в корпусе стартера и выполняет две функции: снижает уровень радиопомех, возникающих при контактировании электродов стартера и создаваемых лампой; с другой стороны, этот конденсатор уменьшает величину импульса напряжения, образуемого в момент размыкания электродов стартера, и увеличивает его длительность. При отсутствии конденастора напряжение на лампе очень быстро возрастает, достигая нескольких тисяч вольт, но продолжительность его действия очень небольшая. В этих условиях резко снижается надежность зажигания ламп. Кроме того, включение конденсатора параллельно электродам стартера уменьшает вероятность сваривания или, как говорят, залипания электродов, получающегося в результате образования электрической дуги в момент размыкания электродов. Конденсатор способствует быстрому гашению дуги.

Одним из рекомендуемых способов снижения радиопомех яввляется применение дросселей с симметрированной обмоткой. Обмотка дросселя разделена на две совершенно одинаковые части, имеющие равное число витков, намотанных на один общий сердечник. Каждая часть дросселя соединена последовательно с одним из катодов лампы. При включении такого дросселя с лампой оба ее катода работают в одинаковых условиях, что снижает уровень радиопомех. В настоящее время, как правило, выпускаемые промышленностью дроссели изготовляются с одной обмоткой.

В схеме на рис. 1 из-за наличия дросселя ток через лампу и напряжение сети не будут совпадать по фазе, т.е. они не будут одновременно достигать своих максимальных и нулевых значений. Как известно из теории переменного тока, в этом случае ток будет отставать по фазе от напряжения сети на некоторый угол, величина которого определяется соотношением индуктивного сопротивления дросселя и активного сопротивления всей сети. Такие схемы называются отстающими.

В ряде случаев использования люминесцентных ламп требуется создать такие условия, когда ток через лампу опережал бы по фазе напряжение сети. Такие схемы называются опережающими. Для выполнения этого условия последовательно с дросселем включается конденсатор 4 (см. рис. 2), емкость которого расчитываетмя таким образом, чтобы емкостное сопротивление было больше индуктивного сопротивления дросселя. Так, например, для лампы мощностью 40 Вт необходим конденсатор емкостью 3,75-4 мкф.

В опережающем балласте в период зажигания лампы ток предварительного подогрева катодов имеет недостаточную величину. Для устранения этого явления необходимо на время зажигания лампы увеличиь ток предварительного подогрева, что можно сделать, если частично компенсировать емкость индуктивностью. В цепь стартера включается дополнительная индуктивность в виде компенсирующей катушки (см. рис. 2). При замыкании электродов стартера эта компенсирующая катушка включается последовательно с дросселем и конденсатором, общая индуктивность схемы возрастает, а вместе с ней увеличивается ток предварительного подогрева. После размыкания электродов стартера компенсирующая катушка отключается, и в рабочем режиме лампы она не учавствует. Индуктивность дополнительной катушки компенсирует емкость конденсатора, установленного в стартере. Поэтому в схему вводится дополнительный конденсатор емкостью не менее 0,008 мкф, включаемый параллельно лампе и выполняющий в этом случае роль помехоподавляющего конденсатора.

Один из недостатков рассмотренных схем - низкий коэффиент мощности. Он составляет величину 0,5-0,6. Пускорегулирующие аппараты (ПРА), выполненные на основе этих схем, относятся к группе так называемых некомпенсированных аппаратов.

Так же к недостаткам этих схем можно отнести невозможности уменьшить создаваемую одной люминесцентной лампой пульсацию светового потока.

Двухламповые схемы включения. Применение двухламповых схем включения дает возможность уменьшить пульсацию суммарного светового потока, так как пульсации светового потока каждой лампы происходят не одновременно, а с некоторым сдвигом по времени. Поэтому суммерный световой поток двух ламп никогда не будет равен нулю, а колеблется около некоторого среднего значения с частотой, меньшей, чем при одной лампе. Кроме того, эти схемы обеспечивают высокий коэффициент мощности комплекта лампа - ПРА.

Наибольшее распространение получила двухламповая схема, называемая часто схемой с расщепленной фазой (рис. 3). Схема состоит из двух элементов-ветвей: опережающей и отстающей. В первой ветви ток опережает по фазе напряжение на угол 60°, а во второй - отстает на угол 60°. Благодаря этому ток во внешней цепи будет почти совпадать по фазе с напряжением, и коэффициент мощности всей схемы составит величину 0,9-0,95. Эту схему можно отнести к группе компенсированных, и по сравнению с одноламповой некомпенсированной схемой она обледает тем преимуществом, что не требуется принимать дополнительных мер для повышения коэффициента мощности.

Последовательное включение люминесцентных ламп. В некоторых практических случаях может возникнуть необходимость в последовательном включении люминесцентных ламп, например потребуется включить в сеть с напряжением 220 В две лампы мощностью 15 или 20 Вт, имеющих рабочее напряжение порядка 60 В.

Для последовательного включения должны быть взяты две одинаковые по мощности лампы. Не рекомендуется включать последовательно лампы разной мощности, так как рабочий ток у таких ламп не одинаков по величине. В качестве балластного сопротивления может быть использован стандартный дроссель, рассчитанный на суммарную мощность последовательно включаемых ламп.

На рис. 4 стартеры должны быть взяты на половину напряжения сети, т.е. для сети 220 В стартер выбирается на напряжение 127 В. Недостаток этой схемы - при несимметричной конструкции стартеров возможны случаи их неодновременной работы, что может привести к холодных зажиганиям ламп. Кроме того, увеличивается время зажигания ламп.

В схеме на рис. 5 предварительный подогрев двух катодов ламп осуществляется специальным накальным трансформатором, отключаемым стартером после размыкания его электродов. В этой схеме используется стартер, расчитанный на номинальное напряжение сети.

БЕССТАРТЕРНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП

Низкая надежность стартерных схем зажигания люминесцентных ламп привела к разработке большой группы схем, в которых не применяется стартер для предварительного подогрева катодов ламп и получения требуемого импульса напряжения для их зажигания. Эта группа схем получила общее название - бесстартерные схемы.

На рис. 6 приведены простейшие бесстартерные схемы, в которых в качестве балластного сопротивления используется дроссель, а предварительный подогрев катодов осуществляется накальным трансформатором (рис. 6,а) либо автотрансформатором (рис. 6,б).

Трансформатор имеет две накальные обмотки, которые обычно соединяются таким образом, чтобы напряжение накала суммировалось с напряжением, поданным на первичную обмотку накального трансформатора. Это несколько увеличивает напряжение на лампе в пусковой период (0,85-1,05U_н), однако оно все же может оказаться недостаточным для уверенного зажигания ламп, что является недостатком этой схемы.

В схеме с автотрансформатором (рис. 6,б) возможно получение более высокого напряжения холостого хода (1-1,2U_н), чем при схеме с трансформатором.

Зажигание лампы в этих схемах происходит в тот момент, когда напряжение зажигания, снижаясь, становится равным напряжению, приложенному к лампе. После зажигания лампы через дроссель проходит ее рабочий ток. Этот ток создает на дросселе падение напряжения, вследствие чего снижается примерно в 2 раза напряжение на первичной обмотке трансформатора или автотрансформатора и соответственно на лампе. Также в 2 раза уменьшается напряжение накала катодов, что снижает ток накала катодов. Схемы, в которых предусматривается автоматическое уменьшения напряжения накала катодов после зажигания лампы, называются компенсированными.

Следует обратить внимание на то обстоятельство, что при горении лампы через ее катоды постоянно проходит ток накала. Это вызывает дополнительные потери мощности, и по сравнению со стартерными схемами любая бесстартерная обладает меньшей экономичностью. Однако эти схемы повышают надежность осветительных установок, и срок службы ламп при бесстартерном зажигании на 50-70% выше, чем при стартерном. Кроме того, эти схемы обладают рядом эксплуатационных преимуществ.

В отдельных случаях выгодно применять бесстартерную схему с трансформатором или автотрансформатором с большим рассеянием (рис. 7), где в одном приборе объединяются функции дросселя и накального трансформатора. Такое объединение создает преимущество в смысле уменьшения веса, размеров и общих потерь в ПРА, но имеет недостатки: низкий коэффициент мощности и ухудшение формы кривой тока через лампу.