Aviatreid.ru

Прокат металла "Авиатрейд"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работают люминесцентные лампы

Как работают люминесцентные лампы

В статье "Советы по настройке монитора и освещению рабочего места" я писал об одной нехорошей особенности люминесцентных ламп. Это невидимые глазу пульсации света от них. Почему это происходит? Попробуем разобраться.

Из физики известна вольт — амперная характеристика электрического разряда в газе. Она показана на рис. 1.

Для разных газов участок B-C вольт — амперной характеристики имеет разную протяженность и разное напряжение в точке B (UB) .

Газовая среда в люминесцентной лампе представляет собой откаченную до некоторого давления (порядка

0,7 н/м 2 ) воздушную среду в которую добавлена ртуть, которая при рабочей температуре распределяется в парообразном виде по внутреннему объему лампы.

Люминесцентная лампа работает на участке B-C-D , вольт — амперной характеристики. Для удержания ее на данном участке (что бы разряд не перешел в дуговой D-E ) применяются пассивные и активные (электронные) балласты.

В результате работы балласта, напряжение на лампе 220 вольт поддерживается на уровне 102 -110 вольт для разной мощности и моделей.

Переменный ток дважды за период меняет направление тока при переходе напряжения через ноль. Кроме того, в районе перехода через ноль, напряжение на люминесцентной лампе ниже напряжения горения. Это дает погасание разряда в лампе на время составляющее порядка 10-15% от периода питающего напряжения (для 50 Гц это 20 мсек). А как известно люминофор светится под действием УФ света генерируемого в электрическом разряде в лампе.

Нет разряда — нет ультрафиолета.

Поэтому при работе на переменном токе, дважды в течение периода питающего напряжения происходят погасание и перезажигание разряда. При питании как током промышленной частоты, так и при высокочастотном питании.

П ри изменении направления тока лампы напряжение на ней изменяет знак и быстро (в зависимости от формы питающего напряжения) нарастает до напряжения перезажигания Uz, происходит перезажигание лампы, напряжение на ней устанавливается равным напряжению горения U Г, которое лишь незначительно изменяется в течение времени горения. При уменьшении тока до нуля происходит погасание лампы и далее перезажигание при изменении знака тока.

В России, на промышленных предприятиях и во многих офисах, в настоящее время преобладают люминесцентные источники света переменного тока с электромагнитными балластами на лампах низкого давления. Они имеют существенные недостатки:

  1. высокие пульсации светового потока (до 57% для одноламповых светильников и до 25% для двухламповых светильников с «расщеплённой фазой»),
  2. большой вес,
  3. высокий уровень акустических шумов,
  4. вредность для зрения.

Все справочники по светотехнике, изданные в советское время, запрещали применение люминесцентного освещения в детских учреждениях и ограничивали его применение в быту.

Применение качественных (импортных электромагнитных балластов) снижает уровень шума, но ничего не меняет в режиме горения разряда. Включение светильников по схеме с «расщеплённой фазой» или в трехфазной схеме включения (каждый светильник в свою фазу) только снижает интегральную пульсацию света на контролируемой поверхности (до 4-8%), которая остается на грани европейской нормы.

Европейская норма по пульсации светового потока — до 5%.

Желая избавиться хотя бы от части недостатков современного люминесцентного освещения, многочисленные исследователи в СССР и за рубежом обратили внимание на питание люминесцентных ламп низкого давления выпрямлённым током промышленной частоты. Наиболее весома по этому вопросу выступили в журналах «Светотехника» № 2, 1987 г., «Светотехника» № 8, 1988 Г. Специалисты Каунасского политехнического института Р.Й.Бальсис, С.В.Думскис и Й.Ю.Коразна. В журнале «Светотехника» № 8, 1988 г. Были также опубликованы результаты обсуждения статей этих авторов с ведущими специалистами советской светотехнической науки из ВНИСИ.

В результате обсуждения было отмечено, что авторы статей подняли актуальный для светотехники вопрос, что для светильников, работающих на выпрямленном токе, нужны специальные безкатафорезные люминесцентные лампы и зажигающие лампу устройства, которые ещё нужно создать. Что массовое применение светильников выпрямленного тока приведёт к искажению формы синусоидального напряжения питающей сети переменного тока и к перегрузке нулевого провода высшими гармониками частоты сети 50 Гц. Было заявлено, что по обсуждаемому вопросу ВНИСИ готов лишь возглавить группу специалистов чтобы сформулировать постановку задачи. Вопросы реализации светильников выпрямленного тока и их усовершенствования не рассматривались. После распада СССР и установления рыночных отношений вопрос об усовершенствовании люминесцентных светильников выпрямленного тока не поднимался.

Применение люминесцентных светильников выпрямленного тока [ Л.1 ] обеспечивается высокое качество света – пульсации светового потока составляют от 1% до 3% (у ламп накаливания – менее 5% только при мощности более 250 Вт) при коэффициент мощности которого без входной компенсирующей цепи может доходить до 0,9.

Применение высокочастотных электронных балластов пока тоже не решает проблему. Поскольку они питаются от той сети переменного тока, а лапы имеют те же характеристики — высокое напряжение зажигания. Единственная разница между магнитным и электронным балластом — это использование вместо импульса питающего тока длительностью около 8,5 мсек, пакета импульсов той же длительностью.

Но возможно применение электронных балластов на постоянном токе. Но питание их постоянным током требует применения крупногабаритных электронных компонентов — фильтрующих конденсаторов. Их емкость должна превышать 1 мкФ на каждый ватт потребляемой мощности, при его рабочим напряжении более 250 вольт.

Читайте так же:
Потребляемый ток светодиодной лампы

Не у всякой экономичной лампы они есть, а у мощных ламп они просто не поместятся в цоколь лампы.

Выводы

При работе на ПК на пульсации светового потока на рабочем месте накладываются (суммируются) частота обновления экрана монитора, которые могут образовывать даже видимые глазом изменения (биения, мерцания) яркости экрана монитора. Это создает дискомфорт. Но много хуже изменения яркости которые мы обнаруживаем только через некоторое в виде быстрого утомления нашего зрения.

Пока, чтобы сохранить зрение, остается только ограничить применение люминесцентных ламп при высоких нагрузках на глаза. Это работа на ПК, работа в условиях искусственного освещения с применением люминесцентных ламп.

Длительная нагрузка на глаза в условиях высоких пульсаций светового потока — просто недопустима.

Сейчас когда в мире внедряются технологии экономии энергоресурсов, что возможно только при замене ламп накаливания на экономичные люминесцентные необходимо использовать:

  1. светильники с питанием люминесцентных ламп постоянным током,
  2. применение люминофоров с большим послесвечением (много больше 20 мсек).

Для предотвращения повреждения зрения при работе с ПК, необходимо проверять коэффициент пульсации светового потока на рабочем месте. Для этого нужно использовать приборы для изменения коэффициента пульсации светового потока.

Как например в [ Л.1 ] прибор пульсметр — люксметр ТКА-ПУЛЬС http://www.tka.spb.ru/produkt/08.html или любой другой.

    ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА ВЫПРЯМЛЕННОГО ТОКА. НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ. Иванов Евгений Васильевич

Как устроены и работают ЭПРА для люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы не могут работать напрямую от сети 220В. Для их розжига нужно создать импульс высокого напряжения, а перед этим прогреть их спирали. Для этого используют пускорегулирующие аппараты. Они бывают двух типов — электромагнитные и электронные. В этой статье мы рассмотрим ЭПРА для люминесцентных ламп, что кто такое и как они работают.

Как устроены и работают ЭПРА для люминесцентных ламп

Из чего состоит люминесцентная лампа и для чего нужен балласт?

Люминесцентная лампа этот газоразрядный источник света. Он состоит из колбы трубчатой формы наполненной парами ртути. По краям колбы расположены спирали. Соответственно на каждом краю колбы расположена пара контактов — это выводы спирали.

Устройство люминесцентной лампы

Работа такой лампы основана на люминесценции газов при протекании через него электрического тока. Но ток просто так между двумя металлическими спиралями (электродами) просто так не потечет. Для этого должен произойти разряд между ними, такой разряд называется тлеющим. Для этого спирали сначала разогревают, пропуская через них ток, а после этого между ними подают импульс высокого напряжения, 600 и более вольт. Разогретые спирали начинают эмитировать электроны и под действием высокого напряжения образуется разряд.

Если не вдаваться в подробности – то описание процесса достаточно для постановки задачи для источника питания таких ламп, он должен:

1. Разогреть спирали;

2. Сформировать зажигающий импульс;

3. Поддерживать напряжение и ток на достаточном уровне для работы лампы.

Интересно: Компактные люминесцентные лампы, которые чаще называют «энергосберегающими», имеют аналогичную структуру и требования для их работы. Единственное отличие состоит в том, что их габариты значительно уменьшены благодаря особой форме, по сути это такая же трубчатая колба, на форма не линейная, а закрученная в спиралевидную.

Устройство компактной люминесцентной лампы

Устройство для питания люминесцентных ламп называется пускорегулирующим аппаратом (сокращенно ПРА), а в народе просто — балластом.

Различают два вида балласта:

1. Электромагнитный (ЭмПРА) — состоит из дросселя и стартера. Его преимущества — простота, а недостатков масса: низкий КПД, пульсации светового потока, помехи в электросети при его работе, низкий коэффициент мощности, гудение, стробоскопический эффект. Ниже вы видите его схему и внешний вид.

Стартер

Дросель

2. Электронные (ЭПРА) — современный источник питания для люминесцентных ламп, он представляет собой плату, на которой расположен высокочастотный преобразователь. Лишен всех перечисленных выше недостатков, благодаря чему лампы выдают больший световой поток и срок службы.

Схема включения люминесцентной лампы с электронным ПРА

Схема ЭПРА

Типовой электронный балласт состоит из таких узлов:

2. Высокочастотный генератор выполненный на ШИМ-контроллере (в дорогих моделях) или на авто генераторный схеме с полумостовым (чаще всего) преобразователем.

3. Пусковой пороговый элемент (обычно динистор DB3 с пороговым напряжением 30В).

4. Разжигающей силовой LC-цепи.

Типовая схема изображена ниже, рассмотрим каждый из её узлов:

Схема ЭПРА

Переменное напряжение поступает на диодный мост, где выпрямляется и сглаживается фильтрующим конденсатором. В нормальном случае до моста устанавливают предохранитель и фильтр электромагнитных помех. Но в большинстве китайских ЭПРА нет фильтров, а ёмкость сглаживающего конденсатора ниже необходимой, от чего бывают проблемы с поджигом и работой светильника.

Диодный мост в ЭПРА

Совет: если вы ремонтируете ЭПРА, то прочтите статью «Как проверить диодный мост» на нашем сайте.

После этого напряжение поступает на автогенератор. Из названия понятно, что автогенератор — это схема, которая самостоятельно генерирует колебания. В этом случае она выполнена на одном или двух транзисторах, в зависимости от мощности. Транзисторы подключены к трансформатору с тремя обмотками. Обычно используются транзисторы типа MJE 13003 или MJE 13001 и подобные, в зависимости от мощности лампы.

Схема автогенератора

Хоть и этот элемент называется трансформатором, но выглядит он не привычно — это ферритовое кольцо, на котором намотано три обмотки, по несколько витков каждая. Две из них управляющие, в каждой по два витка, а одна — рабочая с 9 витками. Управляющие обмотки создают импульсы включения и выключения транзисторов, соединены одним из концов с их базами.

Так как они намотаны в противофазе (начала обмоток помечены точками, обратите внимание на схеме), то импульсы управления противоположны друг другу. Поэтому транзисторы открываются по очереди, ведь если их открыть одновременно, то они просто замкнут выход диодного моста и что-нибудь из этого сгорит. Рабочая обмотка одни концом подключена к точке между транзисторами, а вторым к рабочим дросселю и конденсатору, через нее происходит питание лампы.

Часть схемы ЭПРА

При протекании тока в одной из обмоток в двух других наводится ЭДС соответствующей полярности, которое и приводит к переключениям транзисторов. Автогенератор настроен на частоту выше звукового диапазона, то есть выше 20 кГц. Именно этот элемент является преобразователем постоянного тока в ток переменой частоты.

Для запуска генератора установлен динистор, он включает схему после того как напряжение на нем достигнет определённого значения. Обычно устанавливают динистор DB3, который открывается в диапазоне напряжений около 30В. Время, через которое он откроется, задается RC-цепью.

Более продвинутые варианты ЭПРА, строятся не на автогенераторной схеме, а на базе ШИМ-контроллеров. Они имеют более устойчивые характеристики. Однако, за более чем пять лет занятий электроникой мне не разу не попался такой ЭПРА, все с которыми работал, были автогенераторными.

Выше неоднократно упоминалось об LC цепи. Это дроссель, установленный последовательно со спиралью, и конденсатор, установленный параллельно лампе. По этой цепи сначала протекает ток, прогревающий спирали, а затем образуется импульс высокого напряжения на конденсаторе её зажигающий. Дроссель выполняется на Ш-образном ферритовом сердечнике.

Эти элементы подбираются так, чтобы при рабочей частоте они входили в резонанс. Так как дроссель и конденсатор установлены последовательно на этой частоте наблюдается резонанс напряжений.

При резонансе напряжений на индуктивности и ёмкости начинает сильно расти напряжение в идеализированных теоретических примерах до бесконечно большого значения, при этом ток потребляется крайне малый.

В результате мы имеем подобранные по частотам генератор и резонансный контур. По причине роста напряжения на конденсаторе происходит зажигание лампы.

Ниже изображен другой вариант схемы, как вы можете убедиться – все в принципе аналогично.

Схемы ЭПРА для включения люминсцентных ламп

Благодаря высокой рабочей частоте удаётся достигнуть малых габаритов трансформатора и дросселя.

Для закрепления пройденной информации рассмотрим реальную плату ЭПРА, на картинке выделены основные узлы описанные выше:

Плата ЭПРА

А это плата от энергосберегающей лампы:

Плата от энергосберегающей лампы

Заключение

Электронный балласт значительно улучшает процесс розжига ламп и работает без пульсаций и шума. Его схема не очень сложна и на её базе можно построить маломощный блок питания. Поэтому электронные балласты от сгоревших энергосберегаек – это отличный источник бесплатных радиодеталей.

Люминесцентные лампы с электромагнитным пускорегулирующим аппаратом запрещено использовать в производственных и бытовых помещениях. Дело в том, что у них сильные пульсации, и возможно появление стробоскопического эффекта, то есть если они будут установлены в токарной мастерской, то при определенной частоте вращения шпинделя токарного станка и другого оборудования – вам может казаться, что он неподвижен, что может вызвать травмы. С электронным балластом такого не произойдет.

Как устроены и работают пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп

Класс газоразрядных источников света, к которому относятся люминесцентные лампы, требует использования специальной аппаратуры, осуществляющей прохождение дугового разряда внутри стеклянного герметичного корпуса.

Устройство и принцип работы люминесцентной лампы

Ее форма изготавливается в виде трубки. Она может быть прямой, изогнутой или закрученной.

Устройство и принцип работы люминесцентной лампы

Поверхность стеклянной колбы внутри покрыта слоем люминофора, а на ее концах расположены вольфрамовые нити накала. Внутренний объем герметичен, заполнен инертным газом невысокого давления с парами ртути.

Свечение люминесцентной лампы происходит за счет создания и поддержания разряда электрической дуги в инертном газе между нитями накала, которые работают по принципу термоэлектронной эмиссии. Для ее протекания через вольфрамовую проволоку пропускается электрический ток, обеспечивающий нагрев металла.

Одновременно межу нитями накала прикладывается высокая разность потенциалов, обеспечивающая энергию протекания электрической дуги между ними. Пары ртути улучшают путь тока для нее в среде инертного газа. Слой люминофора преобразовывает оптические характеристики потока исходящих световых лучей.

Обеспечением прохождения электротехнических процессов внутри люминесцентной лампы занимается пускорегулирующая аппаратура . Ее сокращенно называют аббревиатурой ПРА.

Типы пускорегулирующих аппаратов

В зависимости от используемой элементной базы устройства ПРА могут быть выполнены двумя способами:

1. электромагнитной конструкцией;

2. электронным блоком.

Первые модели люминесцентных ламп работали исключительно за счет первого метода. Для этого применялись:

Электронные блоки появились не так давно. Их стали выпускать после массового, бурного развития предприятий, производящих современный ассортимент электронной базы на основе микропроцессорных технологий.

Электромагнитные пускорегулирующие аппараты

Принцип работы люминесцентной лампы с электромагнитным ПРА (ЭМПРА)

Стартерная схема запуска с подключением электромагнитного дросселя считается традиционной, классической. Благодаря относительной простоте и дешевизне она остается популярной, продолжает массово использоваться в схемах освещения.

Принцип работы люминесцентной лампы

После подачи сетевого питания на лампу напряжение через обмотку дросселя и вольфрамовые нити накала подводится к электродам стартера. Он создан в виде малогабаритной газоразрядной лампы.

Поступившее на ее электроды напряжение сети вызывает между ними тлеющий разряд, формирующий свечение инертного газа и нагрев его среды. Находящийся рядом биметаллический контакт воспринимает его, изгибается. изменяя свою форму, и замыкает промежуток между электродами.

В цепи электрической схемы образуется замкнутый контур и по нему начинает течь ток, нагревая нити накала люминесцентной лампы. Вокруг них образуется термоэлектронная эмиссия. Одновременно происходит разогрев паров ртути, находящихся внутри колбы.

Образовавшийся электрический ток примерно наполовину снижает напряжение, приложенное от сети на электроды стартера. Тлеющий между ними разряд снижается, а температура падает. Биметаллическая пластина уменьшает свой изгиб, разъединяя цепь между электродами. Ток через них прерывается, а внутри дросселя создается ЭДС самоиндукции. Она мгновенно создает кратковременный разряд в подключенной к ней схеме: между нитями накала люминесцентной лампы.

Его величина достигает нескольких киловольт. Ее хватает для создания пробоя среды инертного газа с подогретыми парами ртути и разогретыми нитями накала до состояния термоэлектронной эмиссии. Между концами лампы возникает электрическая дуга, являющаяся источником света.

В то же время величины напряжения на контактах стартера не хватает для пробоя его инертного слоя и повторного замыкания электродов биметаллической пластины. Они так и остаются в разомкнутом состоянии. Стартер в дальнейшей схеме работы участие не принимает.

После запуска свечения ток в цепи необходимо ограничивать. Иначе возможно перегорание элементов схемы. Эта функция тоже возложена на дроссель. Его индуктивное сопротивление ограничивает возрастание тока, предотвращает выход лампы из строя.

Схемы подключения электромагнитных ПРА

На основе изложенного выше принципа работы люминесцентных ламп для них создаются различные схемы подключения через пускорегулирующую аппаратуру.

Самой простой является включение дросселя и стартера на одну лампу.

Схема индуктивного однолампового соединения

При таком способе в схеме питания возникает дополнительное индуктивное сопротивление. Чтобы уменьшить реактивные потери мощности от его действия используют компенсацию за счет включения на входе схемы конденстора, сдвигающего угол вектора тока в противовположную сторону.

Схема индуктивного однолампового соединения с параллельной компенсацией

Если мощность дросселя позволяет использовать его для работы нескольких люминесцентных ламп, последние собирают в последовательные цепочки, а для запуска каждой используют индивидуальные стартеры.

Схема индуктивного последовательного соединения ламп

Когда требуется компенсировать действие индуктивного сопротивления, то применяют тот же прием, что и раньше: подключают компенсационный конденсатор.

Схема последовательного соединения ламп

Вместо дросселя можно использовать в схеме автотрансформатор, который обладает тем же индуктивным сопротивлением и позволяет регулировать величину выходного напряжения. Компенсацию потерь активной мощности на реактивной составляющей осуществляют подключением конденсатора.

Схема параллельно компенсируемого однолампового соединения с автотрансформатором

Автотрансформатор может использоваться для освещения несколькими лампами, подключаемыми по последовательной схеме.

Схема с автотрансформатором

При этом важно создавать резерв его мощности для обеспечения надежной работы.

Недостатки эксплуатации электромагнитных ПРА

Габариты дросселя требуют создания отдельного корпуса для пускорегулирующей аппаратуры, занимающего определенное пространство. При этом он издает хоть и небольшой, но посторонний шум.

Конструкция стартера не отличается надежностью. Периодически лампы гаснут из-за его неисправностей. При отказе стартера происходит фальстарт, когда можно визуально наблюдать несколько вспышек до начала стабильного горения. Это явление влияет на ресурс нитей накала.

Электромагнитные ПРА создают относительно высокие потери энергии, снижают КПД.

Умножители напряжения в схемах запуска люминесцентных ламп

Эта схема часто встречается в любительских разработках и не используется в промышленных образцах, хотя не требует сложной элементной базы, проста в изготовлении, работоспособна.

Умножитель напряжения для запуска люминесцентных ламп

Принцип ее работы заключается в ступенчатом увеличении питающего напряжения сети до значительно бо́льших значений, вызывающих пробой изоляции среды инертного газа с парами ртути без их разогрева и обеспечения термоэлектронной эмиссии нитей накала.

Такое подключение позволяет использовать даже баллоны ламп с перегоревшими нитями накала. Для этого в их схеме с обеих сторон колбы просто шунтируют внешними перемычками.

Подобные схемы обладают повышенной опасностью к поражению человека электрическим током. Ее источником является выходящее с умножителя напряжение, которое можно довести до киловольта и больше.

Мы не рекомендуем эту схему к использованию и публикуем ее для разъяснения опасности создаваемых ею рисков. Заостряем на этом вопросе ваше внимание специально: сами не применяйте этот способ и предупреждайте своих коллег об этом главном недостатке.

Электронные пускорегулирующие аппараты

Особенности работы люминесцентной лампы с электронным ПРА (ЭПРА)

Все физические законы, происходящие внутри стеклянной колбы с инертным газом и парами ртути для образования разряда дуги и свечения остались без изменений в конструкциях ламп, управляемых электронными пускорегулирующими устройствами.

Поэтому алгоритмы работы ЭПРА остались теми же, что и у их электромагнитных аналогов. Просто старая элементная база заменена современной.

Это обеспечило не только высокую надежность пускорегулирующей аппаратуры, но и ее маленькие габариты, позволяющие устанавливать ее в любом подходящем месте, даже внутри цоколя обычной лампочки Е27, разработанного еще Эдисоном для ламп накаливания.

По этому принципу работают малогабаритные энергосберегающие светильники с люминесцентной трубкой сложной закрученной формы, которые по габаритам не превышают лампы накаливания и создаются для подключения к сети 220 через старые патроны.

В большинстве случаев для электриков, занимающихся эксплуатацией люминесцентных ламп, достаточно представлять простую схему подключения, выполненную с большим упрощением из нескольких составных частей.

Схема подключения электронного блока с люминесцентной лампе

Из электронного блока ЭПРА для эксплуатации выделяются:

входная цепь, подключаемая к сети питания 220 вольт;

две выходных цепи №1 и №2, присоединяемые к соответствующим нитям накала.

Обычно электронный блок выполняется с высокой степенью надежности, длительным ресурсом. На практике чаще всего у энергосберегающих ламп при эксплуатации происходит разгерметизация корпуса колбы по разным причинам. Из него сразу уходит инертный газ и пары ртути. Такая лампа уже не загорится, а электронный блок у нее остается в исправном состоянии.

Его можно использовать повторно, подключить на колбу соответствующей мощности. Для этого:

цоколь лампы аккуратно разбирают;

из него извлекают электронный блок ЭПРА;

помечают пару проводов, задействованных в схеме питания;

маркируют проводники выходных цепей на нити накала.

Дальше остается только переподключить схему электронного блока на целую, исправную колбу. Она будет работать дальше.

Устройство электромагнитных ПРА

Конструктивно электронный блок состоит из нескольких частей:

фильтра, устраняющего и блокирующего электромагнитные помехи, поступающие из питающей сети в схему или создаваемые электронным блоком при работе;

выпрямителя синусоидальных колебаний;

схемы коррекции мощности;

электронного балласта (аналог дросселя).

Электрическая схема инвертора работает на мощных полевых транзисторах и создается по одному из типовых принципов: мостовой или полумостовой схеме их включения.

Мостовая схема подключения транзисторов для инвертора

В первом случае работает четыре ключа в каждом плече моста. Такие инверторы создаются для преобразования больших мощностей у осветительных систем в сотни ватт. Полумостовая схема содержит всего два ключа, обладает меньшим КПД, используется чаще.

Полумостовая схема подключения транзисторов для инвертора

Обе схемы управляются от специального электронного блока — микродрайвера.

Как работает электронная ПРА

Для обеспечения надежного свечения люминесцентной лампы алгоритмы ЭПРА разбиты на 3 технологических этапа:

1. подготовительный, связанный с первоначальным нагревом электродов с целью увеличения термоэлектронный эмиссии;

2. поджигание дуги подачей импульса высоковольтного напряжения;

3. обеспечение стабильного протекания дугового разряда.

Такая технология позволяет быстро включать лампу в работу даже при отрицательной температуре, обеспечивает мягкий запуск и выдачу минимально необходимого напряжения между нитями накала для хорошего свечения дуги.

Одна из простых принципиальных схем подключения электронного ПРА к люминесцентной лампе показана ниже.

Принципиальная схема электронного ПРА

Диодный мост на входе выпрямляет переменное напряжение. Его пульсации сглаживаются конденсатором С2. После него работает двухтактный инвертор, включенный по полумостовой схеме.

В его состав входят 2 n-p-n транзистора, создающие колебания высокой частоты, которые управляющими сигналами подаются в противофазе на обмотки W1 и W2 трехобмоточного тороидального в/ч трансформатора L1. Его оставшаяся обмотка W3 выдает высокое резонансное напряжение на люминесцентную лампу.

Таким образом, при включении питания до начала зажигания лампы в резонансном контуре создается максимальный ток, который обеспечивает нагрев обеих нитей накала.

Параллельно лампе подключен конденсатор. На его обкладках создается большое резонансное напряжение. Оно запускает электрическую дугу в среде инертных газов. Под ее действием обкладки конденсатора закорачиваются и резонанс напряжений прерывается.

Однако свечение лампы не прекращается. Она продолжает работать автоматически за счет оставшейся доли приложенной энергии. Индуктивное сопротивление преобразователя регулирует ток, проходящий через лампу, поддерживает его в оптимальном диапазоне.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Электронные драйверы для люминесцентных ламп: как осуществляется преобразование постоянного тока в переменный?

Почти все (несколько неточно названные) электронные балласты для люминесцентных ламп работают от постоянного напряжения и должны преобразовывать его в переменный ток для работы лампы.

Источник постоянного тока может поступать от выпрямленной сети переменного тока (как видно из стандартных компактных люминесцентных ламп) или от низковольтной шины или батареи (как видно из внутреннего освещения автомобилей кемпинга, подсветки экрана ноутбука или аварийных ламп).

Как строятся схемы, которые обеспечивают преобразование постоянного тока в переменное?

В книге « Практическая экологическая электрическая электроника для дома», опубликованной Elektor, есть глава, посвященная инверторам CFL, с некоторыми принципиальными схемами инверторов с обратной инженерией и инженерным объяснением их работы. См. Практическая Эко-Электрическая Домашняя Силовая Электроника, изданная Elektor.

Флуоресцентная лампа имеет разные модели контуров, когда она освещена и не освещена, и они соответствуют двум различным резонансным режимам, которые должен учитывать инвертор в своей конструкции. После разрыва нескольких КЛЛ я обнаружил, что конструкция хорошо стандартизирована, как указано в предыдущем ответе для освещения от батарей, и в качестве полумоста (которому иногда предшествует удвоитель напряжения) для КЛЛ с линейным управлением.

Все эти инверторы являются резонансными, и когда колба не горит, зависит от ее емкости для установки резонансной частоты. После того, как лампа загорелась, она имеет низкое значение сопротивления, и конденсатор, включенный последовательно с лампой, определяет последовательную резонансную частоту.

Подавляющее большинство используемых схем представляют собой резонансные преобразователи (также известные как преобразователи Ройера; см. Брайт, Питтман и Ройер, «Транзисторы как переключатели включения-выключения в цепях с насыщаемым сердечником», Electrical Manufacturing, декабрь 1954 г.). Импульсный ток, проходящий через трансформатор, подается обратно на соединения базы управляющих транзисторов через вспомогательные обмотки на том же трансформаторе.

Этот ответ на вопрос о специальных трансформаторах, используемых в этих резонансных преобразователях, дает множество ссылок на хорошие источники для дальнейшего чтения. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) используют очень простой, но элегантный тип этих схем, где характеристики насыщения сердечника определяют выходную мощность лампы, в то время как большинство схем подсветки ЖК-дисплея компьютерных мониторов или ноутбуков используют эту схему с помощью электронных средств. предварительное регулирование, разработанное Джимом Уильямсом (1948-2011) и задокументированное как патенты США № 5408162 и 6 127 785 и примечания по применению Linear Technology AN49 , AN55 и AN65 . Эта концепция получила дальнейшее развитие с использованием пьезоэлектрических преобразователей, ср. AN81 .

Существуют также схемы, использующие генератор, работающий на фиксированной частоте, и трансформатор для повышения напряжения в соответствии с требованиями лампы. Часто 555 (таймер IC) используется в качестве элементарного низкочастотного генератора, обеспечивая импульсную последовательность для транзисторов, которые переключают первичную обмотку трансформатора, давая вам выход переменного тока от его вторичной обмотки. Пример такого рода схемы понравился здесь .

Примечание: я позаимствовал эту информацию из ответа Мадмангурумана на закрытый вопрос о ремонте не потому, что я хочу украсть его известность / репутацию, а потому, что я считаю, что информация ценна и должна быть сохранена в закрытом вопросе.

Кроме того, существуют схемы, которые находятся между концепциями резонансного генератора и генератора с фиксированной частотой. Глядя на плату имеющейся в продаже аварийной лампы, . Изображение табло аварийного фонаря

. Я пытался извлечь эту схему. Обратите внимание, что оно не является полным и охватывает только компоненты между ИС генератора (таймер 555) и трансформатором: Извлеченная схема инвертора для люминесцентной лампы

Выходной каскад выглядел бы проще, если бы использовалась комплементарная пара транзисторов (npn и pnp) или если одно прямоугольное управляющее напряжение пойдет на один силовой транзистор npn и, инвертированный другим небольшим транзистором, на второй силовой транзистор npn, но кажется, что дизайнеры решили придерживаться только одного типа транзистора или не использовать дополнительный фазоинверторный транзистор — за счет использования дополнительной обмотки на трансформаторе. Вот что делает схема:

Выход с открытым коллектором микросхемы управляет транзистором Q6 через резистор 2k4. Я предполагаю, что напряжение на коллекторе Q6 спроектировано достаточно прямоугольным, то есть переходы от высокого к низкому и обратно к высокому не должны быть медленными. Пока транзистор внутри IC все еще выключен, Q6 выключен, потому что его основание вытянуто высоко. Как только транзистор в микросхеме включается, Q6 также включается и подает базовый ток в Q8. Это вызывает две вещи: ток течет через 1-ю обмотку трансформатора (S1 становится низким по отношению к F1) и Q7 остается в выключенном состоянии, потому что так же, как S1 ниже, чем F1, S3 ниже, чем F3. Следовательно, в то же самое время, когда база Q8 становится высокой, база Q7 становится низкой.

Если после всего этого выход IC снова станет высоким, Q6 отключится, и ток коллектора через Q8 тоже отключится. Однако энергия, запасенная в трансформаторе, хочет куда-то уйти, и это заставит все (!) Обмотки изменить свою полярность: S1 начинает высокий с F1, S3 также начинает с высокого F3, Q7 включается, потому что его S3-F3 поднимает основание, F2 опустится ниже S2, и, конечно, выходная обмотка (S4-F4) также изменит свое напряжение, создавая тем самым выход переменного тока для лампы.

Похоже, что это состояние поддерживается энергией, запасенной в трансформаторе и в индуктивности выше и в конденсаторах под первичными обмотками.

Оттуда процесс начинается снова, так как soos IC запускает следующий цикл выходного сигнала переменного тока; Похоже, что частота на выходе ИС должна быть спроектирована так, чтобы соответствовать тому, для чего предназначены трансформатор и компоненты вокруг него.

Похоже, что схема работает где-то между чисто импульсным режимом, где IC таймера будет единственной частью, которая говорит, когда силовые транзисторы Q7 и Q8 включены или выключены, и чисто резонансным режимом, где трансформатор и конденсаторы вокруг него имеют право управлять Q7 и Q8, потому что тогда нам понадобится еще одна обмотка, управляющая базой Q8. Насколько я понимаю, 555 запускает каждый цикл, и резонансные компоненты (L, C, трансформатор) определяют, когда цикл останавливается, если IC все равно не быстрее. Используя LT Spice, я обнаружил, что эта схема может работать на частоте, возможно, 500 Гц . 3 кГц.

Примечание. Несмотря на то, что SE странны в смысле традиционных сайтов вопросов и ответов , SE рекомендует создавать и отвечать на ваши собственные вопросы, чтобы получить полезную информацию на сайте, в смысле вики.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector