40. Схемы включении газоразрядной лампы
Схема включении люминесцентной лампы со стартером (preheat start)
Традиционная схема, используемая очень давно, в случае когда напряжение сети достаточно для зажигания лампы. В ней используется балласт, представляющий собой большое индуктивное сопротивление — дроссель, и стартер — маленькая неоновая лампа, служащая для предварительного подогрева электродов лампы. Параллельно неоновой лампе в стартере стоит конденсатор для уменьшения радиопомех. Также в схему может включатся и конденсатор для улучшения коэффициента мощности.
При включении лампы в сеть, вначале, Возникает разряд в стартере и через электроды лампы проходит небольшой ток, который подогревает их, тем самым уменьшая напряжение зажигания лампы. При возникновении разряда в лампе, напряжение между электродами падает. отключая цепь стартера. В старых схемах вместо стартера использовалась кнопка, которую надо было держать в течении нескольких секунд.
Балласт используется только для ограничения тока. Параметры балласта рассчитать несложно самим (в случае, если вы нашли на помойке дроссель и хотите его использовать).
Определить параметры индуктивного балласта можно очень несложно пользуясь правилами расчета цепей переменного тока. Для примера рассмотрим лампу мощностью 40Вт (F40T2) длиной 48” (122 см), включенную в сеть напряжением 230В.
Рабочий ток лампы составляет около 0.43А. Коэффициент мощности лампы равен примерно 0.9 (в принципе, можно считать лампу активной нагрузкой). Напряжение на лампе равно: 40Вт/(0.43А*0.9)=102В. Активная составляющая напряжения равна: 102В*0.9=923, реактивная равна 102В*sqrt(1 - 0.92)=44В.
Потери мощности в балласте составляют 9-10 Вт. Отсюда, суммарный коэффициент мощности равен: (40Вт+10Вт)/(230В*0.43А)=0.51 (сюда явно просится корректирующий конденсатор). Активная составляющая падения напряжения на балласте равна: 230В*0.51-102В=15В, реактивная составляющая 230В* sqrt(1 - 0.512)-44В=154В. Активное сопротивление балласта равно 15В/0.43А=35 Ом, реактивное 154В/0.43=358 Ом. Индуктивность балласта на частоте 50 Гц равна 358/(2*31.4*50)=1.1Гн
Аналогичный расчет для лампы мощностью 30Вт (F30Т12) длиной 36” (91 см), у которой рабочий ток 0.37А, дает параметры балласта — активное сопротивление равно 59 Ом, реактивное 450 Ом. Суммарный коэффициент мощности равен 0.45. Индуктивность балласта 1.4 Гн.
Отсюда, вообщем-то понятно, что произойдет, если использовать балласт для 40 Вт лампы в схеме с 30 Вт лампой — ток будет превышать номинальное значение, что приведет к более быстрому выходу лампы из строя. И наоборот, использование балласта от менее мощной лампы в схеме с более мощной лампой приведет к ограничению тока и пониженной светоотдачей.
Для улучшения коэффициента мощности можно использовать конденсатор. Например, в первом примере, для лампы 40 Вт, конденсатор, включенный параллельно, рассчитывается след
Схема включения люминесцентной лампы без стартера
Недостатки
схемы со стартером (долгое время
прогревания электродов, необходимость
замены стартера и т.д.) привели к тому,
что появилась другая схема, где подогрев
электродов осуществляется со вторичной
обмотки трансформатора, который
одновременно является и индуктивным
сопротивлением.
Отличительной внешней особенностью такого балласта является, то что оба сетевых провода подключаются к балласту, четыре провода из балласта подключаются к электродам лампы.
Существует много разновидностей такой схемы, например, когда электронная схема отключает цепь подогрева электрода после включения лампы и т.д. Балласты такого типа используются и в схеме с несколькими лампами.
Нельзя в такой схеме использовать лампу, предназначенную для стартерной схемы включения, поскольку она рассчитана на более длительный подогрев электродов, и выйдет раньше времени из строя в такой схеме. Следует использовать только лампы с обозначениями RS (Rapid start). В схеме должен быть предусмотрен заземленный рефлектор вдоль лампы (иногда на лампе имеется металлическая полоска). Это облегчает зажигание лампы.
Рисунок показывает внутренний вид такого балласта. Он состоит из дросселя, конденсатора для коррекции коэффициента мощности и термопредохранителя. Внутри корпуса все заливается терморассеиващим материалом.
Схема включения люминесцентной лампы без подогрева электродов
Эта схема стала использоваться в последнее время. В ней зажигание лампы производится подачей высоковольтного импульса на электроды лампы. В этой схеме используется специальный балласт, который может быть рассчитан на несколько ламп.
Отличительной внешней особенностью подобных ламп и балласта является наличие только одного электрода с каждой стороны лампы, вместо двух.
Достоинством такой схемы включения является меньшее потребление мощности балластом (1-2 на лампу) по сравнению с другими магнитными балластами, возможность независимого параллельного включения ламп, возможностью более удаленной установки балласта от лампы.
Электронные балласты
Эти балласты бывают как низкочастотными, так и высокочастотными. Низкочастотные питают лампу с частой сети, например гибридные балласты (hybrid), которые представляют собой бесстартерный балласт (rapid start), в котором добавлена электронная схема, отключающая вторичную цепь подогрева электродов после зажигания лампы, что дает некоторое повышении эффективности балласта.
Высокочастотные электронные балласты подают напряжение на лампу с частотой около 20000 Гц и выше (не надо их путать с высокочастотными индукционными лампами, которые работают на мегагерцовом диапазоне). Такие балласты представляют собой Выпрямитель и транзиторный (или тиристорный) прерыватель. Балласт имеет много преимуществ по сравнению с магнитным:
Повышается эффективность лампы. Коэффициент балласта увеличивается на 20-30%. те, лампа производит больше света
• Уменьшены потери в балласте в несколько раз — отсутствует огромный кусок железа, Соответственно, уменьшается расход энергии и уменьшается температура, что важно для работы лампы.
• Балласт становится компактным, что важно при размещении его в тесном месте.
• Балласт не производит шум в звуковом диапазоне.
• Уменьшаются пульсации лампы
• Многие балласты допускают возможность изменения светового потока лампы (dimming)
Рисунок показывает увеличение эффективности лампы при увеличении частоты тока, относительно к частоте сети 60НzЭлектронный балласт имеет и свои недостатки:
• Относительно высокую стоимость по сравнению с магнитными.
• Некоторые балласты старых конструкций имели небольшую утечку тока на земляной провод, что приводило к срабатыванию системы защиты (GFCI).
• Эти балласты (особенно дешевые) могут иметь повышенный коэффициент искажения гармоник. Они могут оказывать влияние на работающий рядом радиоприемник (хотя и маловероятно — в радиусе не более полуметра)
Однако, при покупке новой системы ламп, особенно НО, VНО ламп, имеет смысл подумать об использовании электронного балласта
Балласт для газоразрядной лампы
Газоразрядная лампа — ртутная или металло-галоидная, аналогично люминесцентной, обладает падающей вольт-амперной характеристикой. Поэтому необходимо использовать балласт для ограничения тока в сети и поджига лампы. Балласты для этих ламп во многом аналогичны балластам люминесцентных ламп и будут здесь описаны очень кратко.
Самый простейший балласт (reactor ballast) представляет собой индуктивный дроссель, включенный последовательно лампе для ограничения тока. Параллельно включается конденсатор для улучшения коэффициента мощности. Такой балласт можно рассчитать легко аналогично сделанном выше для люминесцентной лампы. Необходимо учесть, что ток газоразрядной лампы в несколько раз превышает ток люминесцентной. Поэтому нельзя использовать дроссель от люминесцентной лампы. Иногда используется импульсное зажигающее устройство (ИЗУ, inginitor) для поджига лампы.
Если напряжение сети недостаточно для поджига лампы, то дроссель может быть совмещен с автотрансформатором для увеличения напряжения.
Этот тип балласта обладает тем недостатком, что при изменении напряжения сети изменяется световой поток лампы, который зависит от мощности, пропорциональной квадрату напряжения.
Такой тип балласта с постоянной мощностью (constant wattage) получил наибольшее распространение сейчас среди индуктивных балластов. Изменение напряжения питающей сети на 13% приводит к изменению мощности лампы на 2%.
В этом схеме конденсатор играет роль ограничивающего ток элемента. Поэтому конденсатор обычно ставиться достаточно большой.
Лучшими являются электронные балласты, которые аналогичны электронным балластам люминесцентных ламп. Все что сказано про те балласты справедливо для и для газоразрядных ламп. К тому же в таких балластах можно регулировать ток лампы, уменьшая количества света. Поэтому если вы собираетесь использовать газоразрядную лампу для освещения аквариума, то вам имеет смысл приобрести электронный балласт.
Включение люминесцентной лампы на постоянном токе
