Стартерная схема включения люминесцентных ламп

Одноламповые схемы включения

Простейшая стартерная схема включения приведена на рис. 1. Основные элементы этой схемы: стартер, включенный параллельно лампе, и дроссель, соединенный последовательно с ней.

Схема детекторного приемника с одноламповым усилителем низкой частоты.

Стартер представляет собой небольшую газоразряд­ную лампу тлеющего разряда (рис. 2).

Стеклянная кол­ба наполняется инертным газом (неон или смесь гелий-водород) и помещается в металлический или пластмас­совый корпус, на верхней крышке которого имеется смо­тровое окно.

В некоторых конструкциях стартеров смотровое окно отсутствует. Стартер имеет 2 электро­да. Различают несимметричную и симметричную кон­струкции стартеров. В несимметричных стартерах 1 электрод неподвижный, а 2-ой – подвижный, изготовлен из биметалла.

Рисунок 1. Простейшая стартерная схема включения.

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.

При включении схемы (рис. 1) 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 ипоследовательно соединенные катоды  начнет проходить ток, который будет подогревать катоды ламп. 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 индуктивностыо, то в момент размыкания электродов стар­тера в дросселе возникает большой импульс напряже­ния, зажигающий лампу.

Рисунок 2. Стартеры тлеющего разряда.

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.

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. Параллельно электродам стартера включен конден­сатор емкостью 0,003—0,1 мкф. Этот конденсатор обыч­но размещается в корпусе стартера.

Конденсатор выпол­няет 2 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.

Рисунок 3. Схема компенсирующей катушки.

Применение конденсаторов в стартёре не обеспечивает полного подавления радиопомех, создаваемых люминесцентной лампой. Поэтому необходимо дополнительно на входе схемы (рис. 1) установить 2 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 (рис. 1). Обмотка дросселя разделена на 2 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 на рис. 1 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, величин которого определяется соотношением индуктивного сопротивления дросселя и активного сопротивления всей сети. Такие схемы называются отстающими.

В ряде случаев использования люминесцентных лам, 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.

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 (рис. 3). 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.

Схемы подключения двух люминесцентных ламп.

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 0,85–0,90 (рис. 1). ПРА, изготовленный по этой схеме, называют компенсированным. Расчеты показывают, что при напряжении 127 в для ламп мощностью 15 и 20 вт конденсатор должен иметь емкость 3,5-4 мкф, для ламп мощностью 30 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.

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 результат 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 вызываемой 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 лампе 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 2-3 ламп, включенных в разные фазы сети.

Двухламповые схемы включения

Применение двух­ламповых схем включения дает возможность уменьшить пульсацию суммарного светового потока, так как пуль­сации  каждой лампы происходят не одновременно, а с некоторым сдвигом по времени. По­этому суммарный световой поток 2-х ламп никогда не будет равен 0, а колеблется около некоторого сред­него значения с частотой, меньшей, чем при одной лам­пе. Кроме того, эти схемы обеспечивают высокий коэф­фициент мощности комплекта лампа-ПРА

Рисунок 4. Схема с расщепленной фазой

Наибольшее распространение получила двухлампо­вая схема, называемая часто схемой с расщепленной фазой (рис. 4). Схема состоит из 2-х элементов-ветвей, отстающей и опережающей. В 1-ой ветви ток отстает по фазе от напряжения на угол 60°, а во 2-ой – 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 одноламповых аппаратов. В настоящее время выпускается большое количество различных типов аппаратов, выполненных по этой схеме.

Схема последовательного включения люминесцентных ламп.

Последовательное включение люминесцентных ламп, в некоторых практических случаях может возникнуть необходимость в последовательном включении люминесцентных ламп: например, потребуется включить в сеть с напряжением 220 В две лампы мощностью 15 или 20 Вт, имеющие рабочее напряжение порядка 60 В.

Для последовательного включения должны быть взяты 2 одинаковые по мощности лампы. Не рекомендуется включать последовательно лампы разной мощности, так как рабочий ток у таких ламп неодинаков по величине. В качеств балластного сопротивления может быть использован стандартный дроссель, рассчитанный на суммарную мощность последовательно включаемых ламп.

В схеме на рис. 5а стартеры должны быть взяты на половину напряжения сети, т. е. для сети 220 В стартер выбирается на напряжение 127 В. Недостаток этой схемы — при несимметричной конструкции стартера возможны случаи их неодновременной работы, что может привести к холодным зажиганиям ламп.

В схеме на рис. 56 предварительный подогрев 2-х катодов ламп осуществляется специальным накальным трансформатором, отключаемым стартером после размыкания его электродов. В этой схеме используете 1 стартер, рассчитанный на номинальное напряжение сети.