Zasada działania świetlówki: schematy połączeń i ich cechy
Pomimo mnożenia się energooszczędnych i LED-owych źródeł światła, świetlówki nadal są popularnym sposobem oświetlenia. I chociaż zasada działania świetlówki i jej konstrukcja niewiele się zmieniły od czasu jej powstania, schematy połączeń są okresowo dopracowywane. Przypominamy sobie, jak ułożona jest świetlówka (LDS), rozumiemy, jak działa schemat połączeń, co to jest i jaką rolę odgrywa dławik.
Urządzenie LDS
Prototyp nowoczesnych świetlówek zademonstrowano publiczności w 1938 roku. Stało się to w Nowym Jorku, na Wystawie Światowej, a General Electric Company działał jako twórca innowacji.
Od tego czasu tubularne LDS stały się drugim najpowszechniejszym źródłem światła. Konkurencja z bardziej zaawansowaną technologią oświetleniową nie wpłynęła na ich popularność, należy tylko pamiętać, jakie oświetlenie stosuje się w biurach i szpitalach, w obiektach użyteczności publicznej, przemysłowych i handlowych.
Statystyki mówią, że roczna produkcja lamp wyładowczych przekracza miliard sztuk i na przykład w Japonii są one używane częściej niż wszystkie inne urządzenia oświetleniowe razem wzięte. Urządzenie lampy fluorescencyjnej kieruje się następującą zasadą:
- Strukturalnie urządzenie jest szczelną szklaną kolbą. Najczęściej jest to walec podłużny, prosty lub zakrzywiony w formie pierścienia lub innej figury. Średnica zewnętrzna rury wynosi 12, 16, 26 lub 38 mm.
- Podczas procesu produkcyjnego z kolby wypompowywane jest powietrze, a przestrzeń wypełnia się gazem obojętnym i parami rtęci. Wewnętrzna powierzchnia szkła pokryta jest luminoforem: substancją zdolną do przekształcania pochłoniętej energii w światło.
- Do końcówek kolby wlutowane są elektrody z drutu wolframowego. Z zewnątrz szpilki są przylutowane do elektrod (są to anoda i katoda), na które podawane jest napięcie.
Zasada działania prostego obwodu z LDS
Możesz zrozumieć, jak działa lampa fluorescencyjna, jeśli weźmiesz pod uwagę najprostszy schemat jej podłączenia. Oprócz samego urządzenia w obwodzie znajdują się jeszcze trzy elementy: rozrusznik, dławik (statecznik) i pojemność (kondensator filmowy).
Aby przebić się przez szczelinę gazową w kolbie, potrzebne jest początkowe wyładowanie wysokonapięciowe. Ale spirale wewnątrz kolby nie są przystosowane do napięcia stałego 220 V i wypalą się, jeśli zostaną zastosowane. Dlatego w praktyce realizowany jest schemat dwustopniowy (w logice działania), składający się z następujących elementów:
- Aby uzyskać rozładowanie początkowe, potrzebny jest dławik (balast). Pełni jednak dwie funkcje: nie tylko generowanie impulsu przebicia, ale także restrykcyjną.
- Rozrusznik działa na starcie: wytwarza początkowy impuls dla przepustnicy, uruchamia lampę, a następnie jest w stanie nieaktywnym; tylko lampa, cewka indukcyjna i zbiornik filtra nadal działają.
- W wyniku wyładowania elektrycznego w oparach rtęci powstaje promieniowanie UV. Uderza w luminofor, zmienia widmo emisji i zamienia się w światło widzialne.
- Po przyłożeniu do obwodu napięcia sieciowego (220 V) na wejściu spotyka się kondensator.
Faktem jest, że dławik podczas pracy oddaje do sieci przesuniętą fazowo energię elektryczną, co negatywnie wpływa na samą sieć (ładuje ją i powoduje zakłócenia). W tym celu do obwodu wprowadzany jest mały kondensator, który kompensuje moc bierną generowaną przez cewkę indukcyjną i wygładza te szumy.
Innymi słowy, dla stabilnej pracy źródła luminescencyjnego obwód musi zapewnić dwa warunki: wytworzyć w żarówce początkowy impuls przebicia (uruchomić go), a następnie ustabilizować prąd płynący przez żarówkę, aby wyładowanie jarzeniowe nie stało się łuk.
Połączenie świetlówki z dławikiem staje się możliwe w wyniku następujących procesów w obwodzie:
- Napięcie sieciowe przez wewnętrzną cewkę żarówki trafia do rozrusznika. W momencie początkowym nie przewodzi prądu (jest w stanie otwartym).
- Wtedy na rozruszniku powstaje różnica potencjałów (natężenie elektryczne). Otwarte styki wewnątrz rozrusznika zaczynają się nagrzewać i nawiązywać ze sobą przerywany kontakt.
- Efekt powstaje tak, jakby był zainstalowany przełącznik, który wytwarza krótkie impulsy, które zamykają obwód. Na końcach cewki indukcyjnej w takim trybie przerywanym (gdy prąd jest dostarczany z przerwami) powstają przepięcia, których amplituda przekracza napięcie sieciowe.
- W momencie zerwania rozrusznika impuls wysokiego napięcia z przepustnicy nie trafia do rozrusznika (nie ma tam już kontaktu), tylko wchodzi do lampki. Energia impulsu wystarcza do przebicia się przez szczelinę gazową. Podczas awarii napięcie gwałtownie spada, a prąd wzrasta, a lampa zaczyna świecić.
- Po wykonaniu pierwszego zadania (dostarczenie impulsu wysokiego napięcia) cewka zaczyna wykonywać drugie. Gdy lampa już się przebiła, prąd zaczyna płynąć przez kolbę, omijając rozrusznik.
- Lampa do pracy potrzebuje napięcia poniżej 220 w sieci, a nadmiar osadza się na przepustnicy. On, jako reaktywny składnik obwodu, przenosi ten nadmiar nie na ciepło, ale na pole elektromagnetyczne, które zgodnie z zasadą transformatora wytwarza opór elektromagnetyczny, a tym samym ogranicza natężenie prądu w obwodzie.
Porównanie możliwości różnych typów stateczników
Prąd przepływający przez LDS regulowany jest za pomocą dwóch rodzajów stateczników (stateczników):
- Stateczniki elektromagnetyczne (dławiące), EMPRA. Urządzenie jest cewką (dławikiem), która wykorzystuje zasadę indukcji elektromagnetycznej do oporu prądu.
- Stateczniki elektroniczne, stateczniki elektroniczne. Ograniczają prąd za pomocą obwodu elektronicznego.
Zanim podłączysz świetlówkę do sieci 220 V, musisz przeanalizować możliwości każdego urządzenia, aby wybrać najbardziej odpowiednie. Stateczniki przepustnicy mają następujące zalety:
- EMPRA jest bardziej niezawodna niż analogi elektroniczne.
- Są bardziej atrakcyjne cenowo.
- Do urządzenia można podłączyć dwa źródła światła o połowie mocy.
Statecznik elektroniczny to bardziej zaawansowana technologia, więc pokazuje dłuższą listę korzyści:
- Bardziej kompaktowe wymiary.
- Wydłużona żywotność (50% dłuższa niż w przypadku odpowiedników z dławikiem).
- Uruchomienie jest natychmiastowe, bez denerwującego migotania.
- Po uruchomieniu lampa nie migocze z częstotliwością sieci, pracuje cicho (buczy cewka EMPRY).
- W obwodzie ze statecznikami elektronicznymi można użyć ściemniacza (urządzenia do płynnej regulacji jasności oświetlenia).
- Zużycie energii jest zmniejszone o 20%, ogrzewanie praktycznie nie występuje przy tej samej mocy świetlnej.
Za wszystkie te zalety trzeba jednak zapłacić – zarówno bardziej namacalną ceną, jak i zwiększoną czułością stateczników elektronicznych. Podłączenie świetlówki z dławikiem jest bardziej niezawodne i stabilne podczas pracy; analogi elektroniczne są od nich gorsze w tym parametrze. Ponadto stateczniki elektroniczne muszą dokładnie odpowiadać charakterystyce (mocy) lampy, ale z drugiej strony często można je naprawić.
Stateczniki w różnych schematach z LDS
Na tej samej zasadzie zbudowany jest obwód z dwoma źródłami światła; kondensator i cewka indukcyjna pełnią te same funkcje. Lampy są połączone szeregowo, każda wyposażona jest w rozrusznik. Po włączeniu oba rozruszniki zaczynają się zamykać i otwierać. Przepustnica wytwarza wspólny impuls, który jest rozprowadzany między lampami; następuje awaria, po której zapalają się lampy.
Opisany schemat jest klasyczny; wykorzystuje rozrusznik i elektromagnetyczny (standardowy) dławik. Obwód ze statecznikiem elektronicznym działa bez rozrusznika, ale nie jest odpowiedni dla wszystkich modeli lamp.
W każdym razie przed podłączeniem świetlówki należy upewnić się, że statecznik jest prawidłowo wybrany. Klasyczny dławik ma następujące cechy:
- Urządzenie zasilające musi pasować do lampy, to znaczy dla LDS o mocy 40 W uzyskują ten sam statecznik elektromagnetyczny.
- Niektóre odmiany dławików mogą być używane na różne sposoby, na przykład dla jednej lampy 36W lub dla dwóch lamp 18W. Ta możliwość jest wskazana w oznaczeniu umieszczonym na obudowie urządzenia.
- Jeśli dławik jest zaprojektowany do pracy z jednym LDS, w obwodzie z dwiema lampami nie będzie działał lub uruchomi się, ale działanie będzie niestabilne (nawet jeśli ich moc jest taka sama).
Stateczniki elektroniczne zawierają obwód elektroniczny, który zapewnia impuls startowy do awarii lampy, a po awarii pełni funkcję ograniczającą. Dławiki elektroniczne są bardziej złożone, a półprzewodniki często zawodzą. Dlatego stary obwód statecznika elektromagnetycznego jest często bardziej niezawodny.
Przydatne wideo
Plusy i minusy korzystania z LDS
Powszechne stosowanie fluorescencyjnych źródeł światła tłumaczy się następującymi zaletami:
- Są lepsze od żarówek (w porównaniu z nimi) pod względem żywotności (6-8 razy) i wydajności (moc światła). Różnica jest szczególnie zauważalna w przypadku LDS najnowszej generacji: przy mocy 20 watów zapewniają oświetlenie jak żarówki 100-watowe.
- Strumień świetlny może mieć różne odcienie lub być rozproszony.
- Charakteryzują się dobrym stosunkiem ceny do jakości i żywotnością.
Jednocześnie fluorescencyjne źródła światła mają również słabe strony:
- Potrzebują bardziej zrównoważonych warunków: jakości zasilania i balastu.
- Aby żywotność była długa, liczba włączeń i wyłączeń powinna być ograniczona. Dlatego warto stosować LDS tam, gdzie światło jest stale potrzebne (w warsztacie, na lotnisku), a nieopłacalne tam, gdzie jest duży przepływ ludzi i zainstalowane są czujniki ruchu.
- Stosowanie rtęci sprawia, że źródła fluorescencyjne są potencjalnie niebezpieczne podczas eksploatacji i utylizacji.
- Migotanie i nierówne widmo niektórych modeli powoduje zmęczenie oczu.
- Zakrywający kolbę od wewnątrz luminofor z czasem ulega degradacji, co skutkuje spadkiem wydajności i zmianą widma.
- Do działania lamp fluorescencyjnych wymagane jest dodatkowe wyposażenie: głośny EKG lub drogi statecznik elektroniczny.
Przydatne wideo
Połączenie bez rozrusznika i/lub balastu
Od czasu do czasu w starych lampach zawodzi statecznik i/lub rozrusznik i wtedy pojawia się logiczne pytanie, jak podłączyć świetlówkę bez dławika i rozrusznika. Lampę można przywrócić do życia, jeśli w gospodarstwie będzie lutownica, kilka diod i kondensatorów.
Na diodach montowany jest mostek, który posłuży jako najprostszy mnożnik zdolny do podwojenia napięcia. Istnieje kilka schematów; wartość napięcia dobierana jest na podstawie parametrów lampy i sieci. Co ciekawe, cewki nie biorą udziału w procesie zapłonu, więc obwód nadaje się do LDS ze spalonymi cewkami.
Domowe rozwiązanie może wpłynąć na strumień świetlny lub pojawi się zauważalne migotanie, ale nie jest to krytyczne dla oświetlenia np. korytarza czy pomieszczenia gospodarczego. Domowe wykonanie może stać się niebezpieczne dla warsztatu, jeśli znajduje się w nim maszyna. Migotanie może powodować złudzenie optyczne: obracające się części będą wydawać się nieruchome, a to jest obarczone wypadkiem.
Przydatne wideo
Podsumowanie
Świetlówki to ekonomiczna opcja oświetlenia z prostym schematem połączeń. Podobnie jak wszystkie urządzenia wyładowcze, lampy fluorescencyjne wymagają podłączenia dodatkowych urządzeń do sieci, a uruchomienie odbywa się za pomocą wyładowania początkowego.
Oprócz LDS standardowy obwód zawiera statecznik (statecznik) i kondensator. Stateczniki dzielą się na dwa typy: elektromagnetyczne (przepustnica) i elektroniczne; w przypadku obwodu z przepustnicą potrzebny jest dodatkowy element: rozrusznik. Aby świetlówka działała bez przerwy, ważny jest dobór statecznika, który odpowiada jej parametrom.
