Принцип роботи люмінесцентної лампи: схеми підключення та їх особливості
Незважаючи на поширення збережених та світлодіодних джерел, люмінесцентні лампи продовжують залишатися популярним способом освітлення. І хоча принцип роботи люмінесцентної лампи та її конструкція мало змінилися з моменту її появи, схеми підключення періодично допрацьовуються. Згадуємо, як влаштована лампа денного світла (ЛДС), знаємо, як працює схема підключення, якою вона буває, і яку роль виконує дросель.
пристрій LDS
Прототип сучасних люмінесцентних світильників було продемонстровано публіці далекого 1938 року. Це сталося у Нью-Йорку, на Всесвітній виставці, а розробником нововведення виступила компанія General Electric.
З того часу трубчасті ЛДС перетворилися на друге за поширеністю джерело світла. Конкуренція з більш прогресивною світловою технікою не вплинула на їхню популярність, варто лише згадати, яке освітлення використовується в офісах та лікарнях, у громадських, промислових та торгових приміщеннях.
Статистика стверджує, що щорічне виробництво газорозрядних світильників перевищує мільярд штук, а, наприклад, у Японії їх використовується більше, ніж решти всіх світлових приладів, разом узятих. Пристрій люмінесцентної лампи слідує наступному принципу:
- Конструктивно прилад є герметичну скляну колбу. Найчастіше це довгастий циліндр, прямий або вигнутий у вигляді кільця чи іншої фігури. Зовнішній діаметр трубки становить 12, 16, 26 чи 38 мм.
- У процесі виробництва з колби відкачують повітря і заповнюють простір інертним газом і парами ртуті. Внутрішню поверхню скла покривають люмінофором: речовиною, здатною перетворювати поглинену енергію на світло.
- У торцеві кінці колби впаюють електроди, виготовлені з дроту вольфрамового. З зовнішнього боку до електродів (вони є анодом та катодом) припаяні штирі, на які подається напруга.
Принцип роботи простої схеми з ЛДС
Зрозуміти, як працює люмінесцентна лампа, можна розглянути найпростішу схему її підключення. Крім самого пристрою у схемі присутні ще три елементи: стартер, дросель (пускорегулюючий апарат) та ємність (плівковий конденсатор).
Щоб пробити газовий проміжок у колбі, потрібний стартовий високовольтний розряд. Але спіральки всередині колби не розраховані на пряму напругу 220 В і перегорять, якщо його подати. Тому на практиці реалізується двоступінчаста (у логіці роботи) схема, що складається з наступних елементів:
- Для отримання стартового розряду потрібний дросель (баласт). Але він виконує дві функції: не тільки генеруючу пробивний імпульс, а й обмежувальну.
- Стартер працює на старті: він створює початковий імпульс для дроселя, запускає лампу, а потім перебуває у неактивному стані; продовжує функціонувати тільки лампа, дросель і ємність, що фільтрує.
- Внаслідок електричного розряду в парах ртуті утворюється УФ-випромінювання. Воно потрапляє на люмінофор, змінює спектр випромінювання і перетворюється на видиме світло.
- Коли на ланцюг подається напруга мережі (220 В), на вході його зустрічає конденсатор.
Справа в тому, що дросель при роботі віддає в мережу електроенергію, зрушену по фазі, яка негативно впливає на мережу (навантажує її і створює перешкоди). Для цього в схему вводиться конденсатор невеликої ємності, що компенсує реактивну потужність, що генерується дроселем, і згладжує ці перешкоди.
Іншими словами, для стійкої роботи люмінесцентного джерела схема повинна забезпечити дві умови: створити початковий пробивний імпульс у колбі (запустити її), а потім стабілізувати струм через колбу, щоб розряд, що тліє, не став дуговим.
Підключення люмінесцентної лампи з дроселем стає можливим внаслідок наступних процесів у ланцюгу:
- Мережева напруга через внутрішню спіраль колби йде на стартер. Він у початковий момент не проводить струму (перебуває в розімкнутому стані).
- Потім на стартері утворюється різницю потенціалів (електрична напруженість). Розімкнені контакти всередині стартера починають нагріватися і уривчасто контактувати один з одним.
- Створюється ефект, ніби встановлений перемикач, що виробляє короткі імпульси, що замикають ланцюг. На кінцях дроселя в такому переривчастому режимі (коли струм подається з перервами) утворюються сплески напруги, що по своїй амплітуді перевищують мережну напругу.
- У момент розриву стартера імпульс високої напруги від дроселя йде не стартер (там вже немає контакту), а потрапляє в лампу. Енергії імпульсу вистачає, щоб пробити газовий проміжок. При пробої напруга різко зменшується, а збільшується струм, і лампа починає світити.
- Виконавши перше завдання (забезпечивши імпульс високої напруги), дросель починає виконувати друге. Коли лампа вже пробилася, струм починає текти через колбу, минаючи стартер.
- Лампі для роботи потрібно напруга менше, ніж 220 в мережі, і надлишок осідає на дроселі. Він, як реактивний компонент схеми, переводить цей надлишок над тепло, а електромагнітне полі, яке, за принципом трансформатора, створює електромагнітний опір, і цим обмежує силу струму в ланцюга.
Порівняння можливостей баластів різних типів
Струм, що проходить через ЛДС, регулюється за допомогою баластів (пускорегулюючих апаратів) двох типів:
- Електромагнітні (дросельні) баласти, ЕмПРА. Апарат є котушкою (дросель), що використовує принцип електромагнітної індукції для опору струму.
- Електронні баласти, ЕПРА. Вони обмежують струм за допомогою електронної схеми.
Перед тим, як підключити люмінесцентну лампу до мережі 220 вольт, необхідно проаналізувати можливості кожного пристрою, щоб вибрати найкраще. У дросельних баластів виділяють такі переваги:
- ЕмПРА надійніша за електронні аналоги.
- Вони привабливіші за ціною.
- До пристрою можна підключити два джерела світла половинної потужності.
Електронний баласт є більш сучасною технологією, тому він демонструє більш довгий список плюсів:
- Більш компактні габарити.
- Продовжений термін експлуатації (на 50% довше, ніж дросельні аналоги).
- Запуск відбувається миттєво, без дратівливого очі мерехтіння.
- Після запуску лампа не мерехтить частотою мережі, працює безшумно (котушка ЕмПРА гуде).
- У схемі з ЕПР можна використовувати диммер (пристрій для плавного регулювання яскравості освітлення).
- Споживання енергії знижено на 20%, нагрівання практично відсутнє за тієї ж світловіддачі.
Однак усі ці переваги доводиться оплачувати як більш відчутним цінником, так і підвищеною чутливістю ЕПРА. Підключення люмінесцентної лампи з дроселем виявляється більш надійним та стійким під час роботи; електронні аналоги поступаються їм за цим параметром. Крім того, ЕПР повинні точно відповідати характеристикам (потужності) лампи, але, з іншого боку, вони нерідко піддаються ремонту.
Баласти в різних схемах з ЛДС
Схема з двома джерелами світла будується за тим самим принципом; конденсатор і дросель виконують самі функції. Лампи підключаються послідовно, кожна оснащується стартером. При включенні обидва стартери починають замикатися та розмикатися. Дросель створює загальний імпульс, що розподіляється між лампами; відбувається пробою, після чого лампи спалахують.
Описана схема є класичною; вона використовує стартер та електромагнітний (стандартний) дросель. Схема з електронним пускорегулюючим автоматом працює без стартера, але не підходить для всіх моделей ламп.
У будь-якому випадку перед тим, як підключити люмінесцентну лампу, потрібно переконатися в правильності вибору баласту. Класичний дросель має такі особливості:
- Пристрій по потужності повинен відповідати лампі, тобто для ЛДС на 40 Вт набувають такий же електромагнітний баласт.
- Деякі різновиди дроселя можна використовувати по-різному, наприклад, для однієї лампи на 36 Вт, або двох ламп по 18 Вт. Така можливість вказується у маркуванні, розташованому на корпусі пристрою.
- Якщо дросель розрахований на роботу з однією ЛДС, у схемі з двома світильниками він не працюватиме або запуститься, але робота буде нестабільною (навіть якщо вони відповідають за потужністю).
Електронні баласти містять електронну схему, що забезпечує стартовий імпульс для пробою лампи, а після пробою виконує обмежувальну функцію. Електронні дроселі мають складніший пристрій, і напівпровідники нерідко виходять з ладу. Тому стара схема на електромагнітному баласті часто виявляється надійнішою.
Корисне відео
Плюси та мінуси використання ЛДС
Повсюдне використання люмінесцентних джерел світла пояснюється такими сильними сторонами:
- Вони перевершують лампи розжарювання (порівняння йде саме з ними) за терміном експлуатації (у 6-8 разів) та ККД (світловій віддачі). Різниця особливо відчутна для ЛДС останнього покоління: при потужності 20 Вт вони дають освітленість, як 100-ватні лампочки розжарювання.
- Світловому потоку можна надавати різних відтінків або робити його розсіяним.
- Вони мають хороше співвідношення ціна/якість і ціна/тривалість служби.
У той же час у люмінесцентних джерел світла є й слабкі сторони:
- Вони потребують більш стійких умов: якості електроживлення та баласту.
- Щоб термін служби був тривалим, слід обмежувати кількість включень та вимкнень. Саме тому ЛДС вигідно використовувати там, де світло потрібне постійно (в цеху, в аеропорту), і невигідно там, де є великий потік людей та встановлені датчики руху.
- Використання ртуті робить люмінесцентні джерела потенційно небезпечними під час експлуатації та утилізації.
- Мерехтіння та нерівномірний спектр деяких моделей викликає втому очей.
- Люмінофор, що покриває колбу зсередини, згодом деградує, що обертається зниженням ККД та зміною спектру.
- Для роботи люмінесцентних світильників необхідне додаткове обладнання: шумний Емпра або дорогий електронний баласт.
Корисне відео
Підключення без стартера та/або баласту
Іноді в старих лампах виходить з ладу баласт та/або стартер, і тоді постає закономірне питання, як підключити лампу денного світла без дроселя та стартера. Світильник можна повернути до життя, якщо в господарстві знайдеться паяльник, кілька діодів та конденсаторів.
На діодах збирається міст, який служитиме найпростішим помножувачем, здатним збільшити напругу вдвічі. Існує кілька схем; величину напруги підбирають на основі параметрів лампи та мережі. Цікаво, що спіралі в процесі запалення не беруть участі, тому схема підходить для ЛДС зі спіралями, що згоріли.
Саморобне рішення може позначитися на світловіддачі, або з'явиться помітне мерехтіння, але для освітлення, наприклад коридору або підсобного приміщення це не критично. Саморобка може стати небезпечною для майстерні, якщо в ній розташований верстат. Мерехтіння здатне викликати зорову ілюзію: деталі, що обертаються, здадуться нерухомими, а це загрожує нещасним випадком.
Корисне відео
Висновок
Лампи денного світла – економний варіант освітлення із нескладною схемою підключення. Як усі газорозрядні прилади, люмінесцентні світильники потребують додаткових пристроїв для включення до мережі, а запуск проводиться за допомогою стартового розряду.
У стандартну схему, крім ЛДС, входить пускорегулюючий апарат (баласт) та конденсатор. Баласти поділяються на два типи: електромагнітні (дросельні) та електронні; для ланцюга з дроселем потрібний додатковий елемент: стартер. Щоб люмінесцентна лампа працювала без перебоїв, важливо підібрати баласт, який відповідає їй за параметрами.
