Схема подключения двухлампового люминесцентного светильника. Радиосхемы для дома своими руками. Как работает экономка

Для поддержания и стабилизации процесса разряда последовательно с люминесцентной лампой включается балластное сопротивление в сети переменного тока в виде или дросселя и конденсатора . Эти устройства называют пускорегулирующими аппаратами (ПРА) .

Напряжение сети, при котором работает люминесцентная лампа в установившемся режиме, недостаточно для ее зажигания. Для образования газового разряда, т. е. пробоя газового пространства, необходимо повысить эмиссию электронов путем их предварительного разогрева или подачи на электроды импульса повышенного напряжения. То и другое обеспечивается с помощью стартера, включенного параллельно лампе.

Рассмотрим как происходит процесс зажигания люминесцентной лампы.

Стартер представляет собой миниатюрную лампочку тлеющего разряда с неоновым наполнением, имеющую два биметаллических электрода, которые в нормальном положении разомкнуты.

При подаче напряжения в стартере возникает разряд и биметаллические электроды, изгибаясь, замыкаются накоротко. После их замыкания ток в цепи стартера и электродов, ограниченный только сопротивлением дросселя, возрастает до двухтрехкратного значения рабочего тока лампы и происходит быстрый разогрев электродов люминесцентной лампы. В это же время биметаллические электроды стартера, остывая, размыкают его цепь.

В момент разрыва цепи стартером в дросселе возникает импульс повышенного напряжения, вследствие которого происходят разряд в газовой среде люминесцентной лампы и ее зажигание. После того как лампа зажглась, напряжение на ней составляет около половины сетевого. Такое напряжение будет и на стартере, однако этого оказывается недостаточно для его повторного замыкания. Поэтому при горящей лампе стартер разомкнут и в работе схемы не участвует.

Одноламповая стартерная схема включения люминесцентной лампы: Л - люминесцентная лампа, Д - дроссель, Ст - стартер, С1 - С3 - конденсаторы.

Конденсатор, включенный параллельно стартеру, и конденсаторы на входе схемы предназначены для снижения уровня радиопомех. Конденсатор, включенный параллельно стартеру, кроме того, способствует увеличению срока службы стартера и влияет на процесс зажигания лампы, способствуя значительному снижению импульса напряжения в стартере (с 8000 -12 000 В до 600 - 1500 В) при одновременном увеличении энергии импульса (за счет увеличения его продолжительности).

Недостатком описанной стартерной схемы является низкий cos фи, не превышающий 0,5. Повышение cos фи достигается либо включением конденсатора на вводе, либо применением индуктивно-емкостной схемы. Однако и в этом случае cos фи 0,9 - 0,92 в результате наличия высших гармонических составляющих в кривой тока, определяемых спецификой газового разряда и пускорегулирующей аппаратурой.

В двухламповых светильниках компенсация реактивной мощности достигается при включении одной лампы с индуктивным, а другой с индуктивно-емкостным балластом. В этом случае cos фи = 0,95. Кроме того, такая схема ПРА позволяет сгладить в значительной степени пульсации светового потока люминесценых ламп.

Схема включения люминесцентных ламп с ПРА с расщепленной фазой

Наибольшее распространение для включения люминесцентных ламп мощностью 40 и 80 Вт получила у нас двухламповая импульсная схема стартерного зажигания с применением балластных компенсированных устройств 2УБК-40/220 и 2УБК-80/220, работающих по схеме «расщепленной фазы». Они представляют собой комплектные электрические аппараты с дросселями, конденсаторами и разрядными сопротивлениями.

Последовательно с одной из ламп включается только дроссель-индуктивное сопротивление, что создает отставание тока по фазе от приложенного напряжения. Последовательно со второй лампой, помимо дросселя, включается конденсатор, емкостное сопротивление которого больше индуктивного сопротивления дросселя примерно в 2 раза, создающий опережение тока, в результате чего суммарный коэффициент мощности комплекта получается порядка 0,9 -0,95.

Кроме того, включение последовательно с дросселем одной из двух ламп специально подобранного конденсатора обеспечивает такой сдвиг фаз между токами первой и второй ламп, при котором глубина колебаний суммарного светового потока двух ламп будет существенно уменьшена.

Для увеличения тока подогрева электродов последовательно с емкостью включается компенсирующая катушка, которая отключается стартером.

Монтажная схема включения двухлампового стартерного аппарата 2УБК: Л - люминесцентная лампа, Ст- стартер, С - конденсатор, r - разрядное сопротивление. Корпус ПРА 2УБК показан пунктиром.

Бесстартерные схемы включения люминесцентных ламп

Недостатки стартерных схем включения (значительный шум, создаваемый ПРА при работе, возгораемость при аварийных режимах и др.), а также низкое качество выпускаемых стартеров привели к настойчивым поискам бесстартерных экономически целесообразных рациональных ПРА с тем, чтобы в первую очередь применить их в установках, где достаточно просты и дешевы.

Для надежной работы бесстартерных схем которых рекомендуется применять лампы с нанесенной на колбы токопроводящей полосой.

Наибольшее распространение получили трансформаторные схемы быстрого пуска люминесцентных ламп в которых в качестве балластного сопротивления используется дроссель, а предварительный подогрев катодов осуществляется накальным трансформатором либо .

В настоящее время расчетами установлено, что стартерные схемы для внутреннего освещения более экономичны, и поэтому они имеют преимущественное распространение. В стартерных схемах потери энергии составляют примерно 20 - 25%, в бесстартерных - 35%

В последнее время схемы включения люминесцентных ламп с электромагнитными ПРА постепенно вытесняются схемами с более функциональными и экономичными электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА).

При расчете сетей освещения с люминесцентными лампами, то необходимо учитывать, что даже при компенсированных схемах без пускорегулирующих устройств нельзя полностью уничтожить сдвиг фаз. Поэтому необходимо при определении расчетного тока сетей с люминесцентными лампами принимать для схем с компенсацией реактивной мощности косинус фи = 0,9, а при отсутствие конденсаторов в схемах косинус фи = 0,5. Кроме того, необходимо учесть потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре.

При выборе сечений проводов четырехпроводных сетей с люминесцентными лампами следует учитывать некоторые особенности таких сетей. Дело в том, что нелинейность вольтамперной характеристики люминесцентных ламп, а также наличие в их цели катушки индуктивности со стальным сердечником и конденсаторов выливают несинусопдалькость кривой тока и вследствие этого появление высших гармоник, существенно изменяющих ток нулевого провода даже при равномерной нагрузке фаз.

Ток в нулевом проводе может достигать значений, близких к току в фазном проводе 85-87% от I ф. Отсюда вытекает необходимость выбирать сечение нулевого провода в четырехпроводных сетях люминесцентного освещения равным сечению фазных проводов, а при прокладке проводов в трубах допустимую токовую нагрузку надо принимать как для четырех проводов в одной трубе.

Невзирая на появление более «продвинутых» светодиодных ламп, приборы дневного света продолжают пользоваться спросом благодаря доступной цене. Но есть одна загвоздка: их нельзя просто включить в розетку и зажечь, если не поставить парочку дополнительных элементов. Электрическая схема подключения люминесцентных ламп, куда входят эти детали, довольно проста и служит для запуска светильников данного типа. Вы без проблем сможете собрать ее самостоятельно после прочтения нашего материала.

Устройство и особенности работы лампы

Возникает вопрос, зачем для включения подобных лампочек нужно собирать какую-то схему. Чтобы на него ответить, стоит разобрать их принцип действия. Итак, люминесцентные (иначе – газоразрядные) лампы состоят из следующих элементов:

1. Стеклянная колба, чьи стенки покрыты изнутри веществом на основе фосфора. Этот слой выделяет равномерное белое свечение при попадании на него ультрафиолетового излучения и носит название люминофора.
2. По бокам колбы установлены герметичные торцевые цоколи с двумя электродами каждая. Внутри контакты соединены вольфрамовой нитью накала, покрытой специальной защитной пастой.
3. Источник дневного света наполнен инертным газом вперемешку с парами ртути.

Справка. Стеклянные колбы бывают прямые и выгнутые в форме латинской «U». Изгиб делается для того, чтобы сгруппировать подключаемые контакты с одной стороны и таким образом добиться большей компактности (пример – широко применяющиеся лампочки – экономки).

Свечение люминофора вызывает поток электронов, проходящий сквозь пары ртути в среде аргона. Но вначале между двумя нитями накала должен возникнуть устойчивый тлеющий разряд. Для этого требуется кратковременный импульс высокого напряжения (до 600 В). Чтобы его создать при включении светильника, как раз и нужны вышеупомянутые детали, подключенные по определенной схеме. Техническое название устройства - балласт или пускорегулирующая аппаратура (ПРА).

В экономках ПРА уже встроена в цоколь

Традиционная схема с электромагнитным балластом

В данном случае ключевую роль играет катушка с сердечником – дроссель, который благодаря явлению самоиндукции способен обеспечить импульс требуемой величины для создания тлеющего разряда в люминесцентной лампе. Как ее подключить к питанию через дроссель, изображено на схеме:

Второй элемент ПРА – это стартер, представляющий собой цилиндрическую коробочку с конденсатором и маленькой неоновой лампочкой внутри. Последняя снабжена биметаллической пластиной и действует как прерыватель цепи. Подключение через электромагнитный балласт работает по такому алгоритму:

1. После замыкания контактов главного выключателя ток проходит дроссель, первую спираль накала лампы и стартер, а возвращается через вторую вольфрамовую нить.
2. Биметаллическая пластина в стартере разогревается и замыкает цепь напрямую. Возрастает ток, отчего начинают накаляться вольфрамовые нити.
3. После охлаждения пластина принимает первоначальную форму и снова размыкает контакты. В этот момент в дросселе и образуется импульс высокого напряжения, вызывающий разряд в лампе. Дальше для поддержания свечения хватает 220 В, поступающих из электросети.

Так выглядит начинка стартера — всего 2 детали

Справка. Принцип подключения с дросселем и конденсатором похож на систему автомобильного зажигания, где мощная искра на свечах проскакивает в момент разрыва цепи высоковольтной катушки.

Конденсатор, установленный в стартере и присоединенный параллельно биметаллическому прерывателю, выполняет 2 функции: продлевает действие высоковольтного импульса и служит защитой от радиопомех. Если же необходимо подключить 2 люминесцентных лампы, то одной катушки будет достаточно, а вот стартеров потребуется два, как показано на схеме.

Подробнее о работе газоразрядных лампочек с ПРА рассказано в видеоролике:

Электронная система включения

Электромагнитный балласт постепенно вытесняется новой электронной системой ЭПРА, лишенной таких недостатков:

• длительный запуск лампы (до 3 секунд);
• треск или щелчки во время включения;
• нестабильная работа при температуре воздуха ниже +10 °С;
• мерцание низкой частоты, пагубно влияющее на зрение человека (так называемый эффект стробоскопа).

Справка. Установка источников дневного света запрещена на производственном оборудовании с вращающимися деталями именно из-за эффекта стробоскопа. При таком освещении происходит обман зрения: рабочему кажется, что шпиндель станка неподвижен, а на самом деле он крутится. Отсюда – несчастные случаи на производстве.

ЭПРА представляет собой единый блок с контактами для присоединения проводов. Внутри стоит электронная плата преобразователя частоты с трансформатором, заменяющая устаревшую ПРА электромагнитного типа. Схемы подключения люминесцентных ламп с электронным балластом обычно изображаются на корпусе блока. Здесь все просто: на клеммах стоят обозначения, куда подсоединить фазу, ноль и заземление, а также провода от светильника.

Запуск лампочек без стартера

Эта деталь электромагнитного балласта выходит из строя довольно часто, а в запасе не всегда есть новая. Чтобы и дальше пользоваться источником дневного света, можно вместо стартера поставить ручной прерыватель – кнопку, как это продемонстрировано на схеме:

Суть в том, чтобы вручную имитировать работу биметаллической пластины: сначала замкнуть цепь, обождать 3 секунды, пока прогреются нити лампы, а потом разомкнуть. Здесь важно правильно подобрать кнопку под напряжение 220 В, чтобы вас не ударило током (подойдет от обычного дверного звонка).

В процессе эксплуатации люминесцентной лампы покрытие вольфрамовых нитей постепенно осыпается, отчего они могут сгореть. Явление характеризуется почернением краевых зон около электродов и говорит о том, что светильник скоро выйдет из строя. Но даже с перегоревшими спиралями изделие остается работоспособным, только его надо подключить к электросети по такой схеме:

При желании газоразрядный источник света можно зажечь без дросселей и конденсаторов, используя готовую мини-плату от сгоревшей энергосберегающей лампочки, работающей по такому же принципу. Как это сделать, показано в следующем видео.

Так называемые лампы «дневного света» (ЛДС) безусловно более экономичны, чем обычные лампы накаливания, к тому же они намного долговечнее. Но, к сожалению, у них та же «ахиллесова пята» - нити накала. Именно подогревные спирали чаще всего отказывают при эксплуатации - попросту перегорают. И лампу приходится выбрасывать, неизбежно загрязняя окружающую среду вредной ртутью. Но далеко не все знают, что такие лампы вполне еще пригодны для дальнейшей работы.

Чтобы ЛДС, у которой перегорела всего лишь одна нить накала, продолжала работать, достаточно просто перемкнуть те штырьковые выводы лампы, которые соединяются с перегоревшей нитью. Выявить, которая нить сгорела, а которая цела, легко обычным омметром или тестером: перегоревшая нить покажет по омметру бесконечно большое сопротивление, если же нить цела, сопротивление будет близко к нулевому. Чтобы не возиться с пайкой, на штырьки, идущие от перегоревшей нити, нанизывают несколько слоев фольгированной (от чайной обертки, молочного пакета или сигаретной упаковки) бумаги, а после аккуратно подрезают ножницами весь «слоеный пирог» по диаметру цоколя лампы. Тогда схема подключения ЛДС получится такая, как показано на рис. 1. Здесь люминесцентная лампа EL1 имеет только одну (левую по схеме) целую нить, вторая же (правая) замкнута накоротко нашей импровизированной перемычкой. Другие же элементы арматуры люминесцентного светильника - такие, как дроссель L1, неоновый, (с биметаллическими контактам) стартер ЕК1, а также помехоподавляющий конденсатор СЗ (с номинальным напряжением не менее 400 В), могут оставаться прежними. Правда, время зажигания ЛДС при такой доработанной схеме может возрасти до 2...3 секунд.

Простая схема включения ЛДС с одной перегоревшей нитью накала

Схема включения ЛДС с дополнительными электродами

Простая схема включения ЛДС с двумя перегоревшими нитями накала посредством учетверителя напряжения

Свечением люминесцентных ламп, имеющих отношение к газоразрядным, является УФ-излучение, возникающее в результате воздействия электрического разряда на пары ртути в колбе.

Это излучение является невидимым для человеческого глаза; видимым его делает слой люминофора, нанесенный на внутренней поверхности колбы.

Для создания электрического разряда в лампе дневного света, имеющей довольно высокое сопротивление, соответственно требуется импульс высокого напряжения, после которого в цепь питания, во избежание ее перегорания необходимо включить сопротивление для ограничения тока.

Для реализации данной задачи используется специальная пускорегулирующая аппаратура (ПРА) или так называемый балласт.

В настоящее время существует два вида ПРА: ЭПРА - электронный балласт и ЭМПРА - электромагнитный. Каждый из них, разумеется имеет свои преимущества и недостатки в использовании. В этой статье приведено подробное описание и схемы подключения ламп дневного света с использованием ЭМПРА.

Схемы подключения ламп дневного света

Помимо самой люминесцентной лампы (L) схема содержит выключатель , дроссель (Dr) и стартер (St). Дроссель - устройство, обеспечивающее импульс высокого напряжения для зажигания и ограничения ее тока (потери мощности - собственно, это балласт), во избежание перегорания спиралей.

Стартер конструктивно представляет собой газоразрядную лампочку с одним или двумя подвижными контактами, колба которого содержит инертный газ, чаще всего неон. Рабочее напряжение стартера всегда ниже сетевого, но превышать напряжения свечения лампы дневного света.

Описание работы схемы . При подаче напряжения на спирали лампы через последовательно включенный с ней дроссель, оно поступает на контакты параллельно включенного стартера. В результате возникновения тлеющего разряда между электродами происходит замыкание последних вследствие их изгибания.

Замыканием контактов стартера, как видно из схемы увеличивается напряжение на контактах лампы, обеспечивая прогрев ее паров ртути и спиралей. По аналогии происходит и их размыкание: остывание контактов приводит к разгибанию.

Это размыкание вызывает возникновение броска высокого напряжения дросселя - импульса, достаточного для зажигания лампы. Таким образом, происходит включение, а напряжение, приложенное к стартеру будет недостаточным для возникновения в нем разряда и замыкания электродов.

Пунктиром выделено подключение конденсатора C. Он не является обязательным элементом схем и предназначен для снижения уровня радиопомех, вызываемых замыканием контактов стартера в момент включения.