Как работают стартеры люминесцентных ламп

Стартер представляет собой небольшую газоразряд­ную лампу тлеющего разряда. Стеклянная кол­ба наполняется инертным газом (неон или смесь гелий-водород) и помещается в металлический или пластмас­совый корпус, на верхней крышке которого имеется смо­тровое окно.

Схемы включения люминесцентных ламп

Схемы включения люминесцентных ламп: а-стартерная с дросселем; б—с лампой накаливания в качестве балласта; EL1 — лампа люминесцентная; КК — стартер; С — конденсатор; LL — дроссель; EL2 — лампа накаливания.

В некоторых конструкциях стартеров смотровое окно отсутствует. Стартер имеет два электро­да. Различают несимметричную и симметричную кон­струкции стартеров. В несимметричных стартерах один электрод неподвижный, а второй подвижный, изготовлен
из биметалла.

В настоящее время наибольшее распро­странение получила симметричная конструкция старте­ров, у которых оба электрода изготовляются из биметалла. Эта конструкция имеет ряд преимуществ по сравнению с несимметричной.

Напряжение зажигания в стартере тлеющего разряда выбирается таким образом, чтобы оно было меньше номинального напряжения сети, но больше рабочего на­пряжения, устанавливающегося на люми­несцентной лампе при ее горении.

Схема подключения двух люминесцентных ламп через стартер

Схема подключения двух люминесцентных ламп через стартер.

При включении схемы на на­пряжение сети оно полностью окажется приложенным к стартеру. Электроды стар­тера разомкнуты, и в нем возникает тлеющий разряд. В цепи будет проходить небольшой ток (20-50 мА). Этот ток на­гревает биметаллические электроды, и они, изгибаясь, замкнут цепь, и тлеющий разряд в стартере прекратится.

Через дроссель и последовательно соединенные катоды начнет проходить ток, который будет подогревать катоды лампы. Величина этого тока определяется индуктивным сопротивлением дросселя, выбираемым таким образом, что­бы ток предварительного подогрева като­дов в 1,5 2,1 раза превышал номинальный ток лампы. Длительность предваритель­ного подогрева катодов определяется вре­менем, в течение которого электроды стар­тера остаются замкнутыми.

Когда элек­троды стартера замкнуты, они остывают, и по прошествии определенного промежутка времени, называемого временем контактирования, электроды раз­мыкаются. Так как дроссель обладает большой индуктивностью, то в момент размыкания электродов стар­тера в дросселе возникает большой импульс напряже­ния, зажигающий лампу.

После зажигания лампы в цепи установится ток, рав­ный номинальному рабочему току лампы. Этот ток обу­словит такое падение напряжения на дросселе, что на­пряжение на лампе станет примерно равным половине номинального напряжения сети. Так как стартер вклю­чен параллельно лампе, то напряжение на нем будет равно напряжению на лампе и в связи с тем, что оно недостаточно для зажигания тлеющего разряда в стар­тере, его электроды останутся разомкнутыми при горе­нии лампы.

Стартеры тлеющего заряда

Стартеры тлеющего заряда.

Возможность зажигания лампы зависит от длитель­ности предварительного подогрева катодов и величины тока, проходящего через лампу в момент размыкания электродов стартера. Если разрыв цепи произойдет при малом значении тока, то величина индуктированной в дросселе э. д. с. и, следовательно, приложенного к лампе напряжения может оказаться недостаточной для ее зажигания, и лампа не зажжется. Поэтому, если при первой попытке стартер не зажжет лампу, он сразу же автоматически будет повторять описанный процесс до тех пор, пока не произойдет зажигание лампы. Со­гласно ГОСТ на стартеры зажигание лампы должно быть обеспечено за время до 10 сек.

Параллельно электродам стартера включен конден­сатор емкостью 0,003-0,1 мкф. Этот конденсатор обыч­но размещается в корпусе стартера. Конденсатор выпол­няет две функции: снижает уровень радиопомех, возни­кающих при контактировании электродов стартера и создаваемых лампой; с другой стороны, этот конденса­тор оказывает влияние на процессы зажигания лампы. Конденсатор уменьшает величину импульса напряже­ния, образуемого в момент размыкания электродов стар­тера, и увеличивает его длительность.

При отсутствии конденсатора напряжение на лампе очень быстро воз­растает, достигая нескольких тысяч вольт, но продолжи­тельность его действия очень небольшая. В этих усло­виях резко снижается надежность зажигания ламп. Кро­ме того, включение конденсатора параллельно электро­дам стартера уменьшает вероятность сваривания или, как говорят, залипания электродов, получающегося в ре­зультате образования электрической дуги в момент размыкания электродов. Конденсатор способствует быстрому гашению дуги.

Принципиальная схема включения люминесцентной лампы

Принципиальная схема включения люминесцентной лампы.

Применение конденсаторов в стартёре не обеспечи­вает полного подавления радиопомех, создаваемых лю­минесцентной лампой. Поэтому необходимо дополни­тельно на входе схемы установить два конденсатора емкостью не менее 0,008 мкф каждый, соединен­ных последовательно, и среднюю точку заземлить.
Одним из рекомендуемых способов снижения уровня радиопомех является применение дросселей с симметри­рованной обмоткой где обмотка дросселя разделе­на на две совершенно одинаковые части, имеющие рав­ное число витков, намотанных на один общий сердеч­ник.

Каждая часть дросселя соединена последовательно с одним из катодов лампы. При включении такого дрос­селя с лампой оба ее катода работают в одинаковых условиях, что снижает уровень радиопомех. В настоящее время, как правило, выпускаемые промышленностью дроссели изготовляются с симметрированными обмот­ками.

В схеме из-за наличия дросселя ток через лампу и напряжение сети не будут совпадать по фазе, т. е. они не будут одновременно достигать своих нулевых и максимальных значений. Как известно из теории переменного тока, в этом случае ток будет отставать по фазе от напряжения сети на некоторый угол, величина которого определяется соотношением индуктивного со­противления дросселя и активного сопротивления всей сети. Такие схемы называются отстающими.

В ряде случаев использования люминесцетных ламп требуется создавать такие условия, когда ток через лам­пу опережал бы по фазе напряжение сети. Такие схемы называются опережающими. Для выполнения этого условия последовательно с дросселем включается кон­денсатор, емкость которого рассчитывается таким обра­зом, чтобы его емкостное сопротивление было больше индуктивного сопротивления дросселя.

Устройство люминесцентной лампы

Устройство люминесцентной лампы.

В опережающем балласте в период зажигания лампы ток предварительного подогрева катодов имеет недостаточную величину. Для устранения этого явления необходимо на время зажигания лампы увеличить ток предварительного подогрева, что можно сделать, если частично компенсировать емкость индуктивностью. В цепь стартера включается дополнительная индуктивность в виде компенсирующей катушки.

При замыкании электродов стартера эта компенсирующая катушка включается последовательно с дросселем и конденсатором, общая индуктивность схемы возраста­ет, а вместе с ней увеличивается ток предварительного подогрева. После размыкания электродов стартера ком­пенсирующая катушка отключается, и в рабочем режиме лампы она не участвует. Индуктивность дополнительной катушки компенсирует емкость конденсатора, установ­ленного в стартере. Поэтому в схему вводится дополни­тельный конденсатор емкостью не менее 0,008 мкф, включаемый параллельно лампе и выполняющий в этом случае роль помехоподавляющего конденсатора.

Один из недостатков рассмотренных схем - низкий коэффициент мощности. Он составляет величину 0,5-0,6. Пускорегулирующие аппараты (ПРА), выполненные на основе этих схем, относятся к группе так называемых некомпенсированных аппаратов. При использовании та­ких аппаратов согласно правилам устройства электро­установок (ПУЭ) для повышения низкого коэффициента мощности необходимо предусматривать групповую ком­пенсацию коэффициента мощности, обеспечивающую до­ведение его для всей осветительной установки до вели­чины 0,9-0,95.

При невозможности или экономической неэффектив­ности применения групповой компенсации коэффициента мощности используют схемы, в которых дополнительно параллельно лампе включается конденсатор достаточной емкости, выбранный таким образом, чтобы коэффициент мощности схемы повысился до величины 0,85 -0,9 . ПРА, изготовленный по этой схеме, называют компенсированным. Расчеты показывают, что для ламп мощ­ностью 20 и 40 вт при напряжении 220 в емкость кон­денсатора составляет 3-5 мкф.

Основной недостаток стартерных схем зажигания - их низкая надежность, которая обусловлена ненадежно­стью работы стартера. Надежная работа стартера также зависит от уровня напряжения в питающей сети. Со сни­жением напряжения в питающей сети увеличивается время, необходимое для разогрева биметаллических элек­тродов, а при уменьшении напряжения более чем на 20% номинального стартер вообще не обеспечивает кон­тактирования электродов, и лампа не будет зажигаться. Значит, с уменьшением напряжения в питающей сети время зажигания лампы увеличивается.

Схема запуска сгоревшей люминисцентной лампы

Схема запуска сгоревшей люминисцентной лампы.

У люминесцентной лампы по мере старения наблю­дается увеличение ее рабочего напряжения, а у старте­ра, наоборот, с ростом срока службы напряжение зажи­гания тлеющего разряда уменьшается. В результате этого возможно, что при горящей лампе стартер начнет срабатывать и лампа гаснет.

При размыкании электродов стартера лампа вновь загорается и наблюдается мига­ние лампы. Такое мигание лампы, помимо вызываемого им неприятного зрительного ощущения, может привести к перегреву дросселя, выходу его из строя и порче лам­пы. Подобные же явления могут иметь место при ис­пользовании старых стартеров в сети с пониженным уровнем напряжения. При появлении миганий лампы необходимо заменить стартер на новый.

Стартеры имеют значительные разбросы времени кон­тактирования электродов, и оно очень часто недостаточ­но для надежного предварительного подогрева катодов ламп. В результате стартер зажигает лампу после не­скольких промежуточных попыток, что увеличивает дли­тельность переходных процессов, снижающих срок служ­бы ламп.

Общий недостаток всех одноламповых схем - невоз­можность уменьшить создаваемую одной люминесцент­ной лампой пульсацию светового потока. Поэтому такие схемы можно применять в помещениях, где устанавли­вается несколько ламп, а в случае их использования для группы ламп рекомендуется с целью уменьшения пульса­ции светового потока лампы включать в различные фазы трехфазной цепи. Необходимо стремиться к тому, чтобы освещенность в каждой точке создавалась не менее чем от двух-трех ламп, включенных в разные фазы сети.

Двухламповые схемы включения. Применение двух­ламповых схем включения дает возможность уменьшить пульсацию суммарного светового потока, так как пуль­сации светового потока каждой лампы происходят не одновременно, а с некоторым сдвигом по времени. По­этому суммарный световой поток двух ламп никогда не будет равен нулю, а колеблется около некоторого сред­него значения с частотой, меньшей, чем при одной лам­пе. Кроме того, эти схемы обеспечивают высокий коэф­фициент мощности комплекта лампа - ПРА.

http://youtu.be/7Oq93eAsDy0

Наибольшее распространение получила двухлампо­вая схема, называемая часто схемой с расщепленной фазой. Схема состоит из двух элементов-ветвей: отстающей и опережающей. В первой ветви ток отстает по фазе от напряжения на угол 60°, а во второй - опе­режает на угол 60°. Благодаря этому ток во внешней цепи будет почти совпадать по фазе с напряжением, и коэффициент мощности всей схемы составит величину 0.9-0.95.

Эту схему можно отнести к группе компенси­рованных, и по сравнению с одноламповой некомпенси­рованной схемой она обладает тем преимуществом, что не требуется принимать дополнительных мер для повы­шения коэффициента мощности. При изготовлении ПРА по этой схеме общий расход конструкционных материалов меньше, чем для двух и одноламповых аппаратов. В настоящее время выпускается большое количество различных типов аппаратов, выполненных по этой схеме.

КОММЕНТАРИИ
  1. Сергей

    спасибо Михаил. просто и очень полезно.

    Ответить
  2. Игорь

    какое напряжение зажигания описанной неоновой лампы?

    Ответить
  3. электрик

    - хорошая статья и нужная для тех, кто не имеет своей лаборатории и времени на исследование, а пробелы имеются.
    Хотелось бы еще понять такое действие, если оно, конечно, имеет место.
    Стартер в начальный момент через свой конденсатор закорачивает цепь, как бы шунтирует контактную колбу, до момента 1/4 по времени периода пока не зарядится до максимального напряжения и, что, Ведь, пока конденсатор не зарядится, весь потенциал будет приложен к нему и лишь потом к разомкнутым контактам, после чего начнется как бы ионизация газа в колбе, соответственно ток-нагрев и замыкание контактов.
    Но когда конденсатор зарядится, то амплитудный потенциал сети и конденсатора равны и приложены к контактам.
    Вопрос, а зачем тогда нужен в этот момент конденсатор с таким же амплитудным напряжением, если сеть и так его будет иметь такое максимальное напряжение.
    Если не брать во внимание, что эта емкость как бы еще нужна и для подавления радиопомех, то получается, её удел только ещё чтобы не пригорели контакты во время размыкания и, сохранить долговечность стартера от ложных срабатываний при переходных процессах удвоенной частоты амплитуды напряжения.

    Ответить
  4. Анатолий

    Прозрел – спасибо.

    Ответить
  5. Арыслан

    В одноламповых схемах на 40Вт в качестве компенсирующего конденсатора (увеличиние cos фи) обычно вроде применяется неполярный бумажный или стеклянный конденсатор емкостью 0,05 мкФ на 400Вт.

    “Расчеты показывают, что для ламп мощ­ностью 20 и 40 вт при напряжении 220 в емкость кон­денсатора составляет 3-5 мкф.”

    Прошу прокомментировать специалистов.

    Ответить
  6. Арыслан

    Очень ценная информация! Спасибо!

    Ответить
  7. Williamml

    Довольно доходчиво и понятно. Спасибо автору.

    Ответить
  • Добавить комментарий

×
Top