Электронный балласт: устройство, ремонт и схема подключения для люминисцентных ламп

Схемы со стартером

Самыми первыми появились схемы со стартерами и дросселями. Это были (в некоторых вариантах и есть) два отдельных устройства, под каждое из которых имелось свое гнездо. Также в схеме есть два конденсатора: один включен параллельно (для стабилизации напряжения), второй находится в корпусе стартера (увеличивает длительность стартового импульса). Называется все это «хозяйство» — электромагнитным балластом. Схема люминесцентного светильника со стартером и дросселем — на фото ниже.

Схема подключения люминесцентных ламп со стартером

Вот как она работает:

При включении питания, ток протекает через дроссель, попадает на первую вольфрамовую спираль. Далее, через стартер попадает на вторую спираль и уходит через нулевой проводник. При этом вольфрамовые нити понемногу раскаляются, как и контакты стартера. Стартер состоит из двух контактов. Один неподвижный, второй подвижный биметаллический. В нормальном состоянии они разомкнуты. При прохождении тока биметаллический контакт разогревается, что приводит к тому, что он изгибается. Согнувшись, он соединяется с неподвижным контактом. Как только контакты соединились, ток в цепи мгновенно вырастает (в 2-3 раза). Его ограничивает только дроссель. За счет резкого скачка очень быстро разогреваются электроды. Биметаллическая пластина стартера остывает и разрывает контакт. В момент разрыва контакта возникает резкий скачок напряжения на дросселе (самоиндукция). Этого напряжения достаточно для того, чтобы электроны пробили аргоновую среду. Происходит розжиг и постепенно лампа выходит на рабочий режим. Он наступает после того, как испарилась вся ртуть.

Рекомендуем: Не греет батарея в частном доме

Рабочее напряжение в лампе ниже сетевого, на которое рассчитан стартер. Потому после розжига он не срабатывает. В работающем светильнике его контакты разомкнуты и он никак в ее работе не участвует.

Эта схема называется еще электромагнитный балласт (ЭМБ), а схема работы электромагнитное пускорегулирующее устройство — ЭмПРА . Часто это устройство называют просто дросселем.

Один из ЭмПРА

Недостатков у этой схемы подключения люминесцентной лампы достаточно:

пульсирующий свет, который негативно сказывается на глазах и они быстро устают; шумы при пуске и работе; невозможность запуска при пониженной температуре; длительный старт — от момента включения проходит порядка 1-3 секунд.

Две трубки и два дроссели

В светильниках на две лампы дневного света два комплекта подключаются последовательно:

фазный провод подается на вход дросселя; с выхода дросселя идет на один контакт лампы 1, со второго контакта уходит на стартер 1; со стартера 1 идет на вторую пару контактов той же лампы 1, а свободный контакт соединяют с нулевым проводом питания (N);

Так же подключается вторая трубка: сначала дроссель, с него — на один контакт лампы 2, второй контакт этой же группы идет на второй стартер, выход стартера соединяется со второй парой контактов осветительного прибора 2 и свободный контакт соединяется с нулевым проводом ввода.

Схема подключения на две лампы дневного света

Та же схема подключения двухлампового светильника дневного света продемонстрирована в видео. Возможно, так будет проще разобраться с проводами.

Схема подключения двух ламп от одного дросселя (с двумя стартерами)

Практически самые дорогие в этой схеме — дросселя. Можно сэкономить, и сделать двухламповый светильник с одним дросселем. Как — смотрите в видео.

Схемы подключения

Разработка такого электронного устройства  велась для минимизации конструкции светильника и замещения крупногабаритного дросселя и стартера одним единственным модулем, который подключается к сети питания переменного тока и к электродам люминесцентного источника света.

ЭПРА лишены всех минусов классических схем подключения.

Существуют модули, предназначенные для одновременного подключения четырех ламп.

Подключение ЭПРА к четырем лампам

Как в случае с одной или двумя лампами, схема не требует никаких дополнительных элементов. Модуль ЭПРА соединяется напрямую с лл.

Схема подключения ЭПРА 4х18 Вт (Пример:Navigator NB-ETL-418-EA3)

Схема подключения ЭПРА 2х36 Вт (Пример:ELECTRONIC BALLAST ETL-236)

Схема подключения ЭПРА 2х18 Вт (Пример:Navigator NB-ETL-218-EA3)

Во всех случаях выключатель рекомендовано ставить именно на фазовый провод. При наличии нуля потенциал может сохраняться. Об этом будет говорить слабое мерцание ламп в выключенном положении. С рабочими, но дешевыми ЭПРА иногда тоже наблюдается такое явление. Возможно, что причина в том, что с электролитического конденсатора не ушел полностью заряд. В этом случая поможет простая доработка: достаточно зашунтировать электролитический конденсатор резистором на сотню килоом.

Описание устройства

Светильник дневного света имеет стеклянный корпус, внутри которого находится горелка. По обеим краям расположены электроны, образующие дугу. После включения лампы происходит импульс большого напряжения, который вызывает дуговой разряд. Именно из-за такого разряда лампа может перегреться и даже взорваться.

Как выглядит дроссель

К сведению! Чтобы избежать перепада напряжения и взрыва используют дроссель. Он ограничивает величину тока, который поступает в лампу при включении, тем самым предотвращая перегрев и взрыв. Также ограничитель обеспечивает стабильное напряжение в цепи, таким образом освещение перестает мерцать и работает стабильно.

Подключение через современный электронный балласт

Подключение источника света с электронным балластом

Особенности схемы

Современный вариант подключения. В схему включается электронный балласт – это экономное и усовершенствованное устройство обеспечивает гораздо более длительный срок службы люминесцентных ламп по сравнению с вышерассмотренным вариантом.

В схемах с электронным балластом люминесцентные лампы работают на повышенном напряжении (до 133 кГц). Благодаря этому свет получается ровным, без мерцаний.

Современные микросхемы позволяют собирать специализированные пусковые устройства с низким энергопотреблением и компактными размерами. Это дает возможность помещать балласт прямо в цоколь лампы, что делает реальным производство малогабаритных осветительных приборов, вкручивающихся в обыкновенный патрон, стандартный для ламп накаливания.

При этом микросхемы не только обеспечивают светильники питанием, но и плавно подогревают электроды, повышая их эффективность и увеличивая срок службы. Именно такие люминесцентные лампы можно использовать в комплексе с диммерами – устройствами, предназначенными для плавного регулирования яркости света лампочек. К люминесцентным лампам с электромагнитными балластами диммер не подключишь.

По конструкции электронный балласт является преобразователем электронапряжения. Миниатюрный инвертор трансформирует постоянный ток в высокочастотный и переменный. Именно он и поступает на нагреватели электродов. С повышением частоты интенсивность нагрева электродов уменьшается.

Включение преобразователя организовано таким образом, чтобы сначала частота тока находилась на высоком уровне. Люминесцентная лампочка, при этом, включается в контур, резонансная частота которого значительно меньше начальной частоты преобразователя.

Далее частота начинает постепенно уменьшаться, а напряжение на лампе и колебательном контуре увеличиваться, за счет чего контур приближается к резонансу. Интенсивность нагрева электродов также увеличивается. В какой-то момент создаются условия, достаточные для создания газового разряда, в результате возникновения которого лампа начинает давать свет. Осветительный прибор замыкает контур, режим работы которого при этом изменяется.

При использовании электронных балластов схемы подключения ламп составлены так, что у регулирующего устройства появляется возможность подстраиваться под характеристики лампочки. К примеру, спустя определенный период использования люминесцентные лампы требуют более высокого напряжения для создания начального разряда. Балласт сможет подстроиться под такие изменения и обеспечить необходимое качество освещения.

Таким образом, среди многочисленных преимуществ современных электронных балластов нужно выделить следующие моменты:

• высокую экономичность эксплуатации;
• бережный прогрев электродов осветительного прибора;
• плавное включение лампочки;
• отсутствие мерцания;
• возможность использования в условиях низких температур;
• самостоятельную адаптацию под характеристики светильника;
• высокую надежность;
• небольшой вес и компактные размеры;
• увеличение срока эксплуатации осветительных приборов.

Недостатков всего 2:

• усложненная схема подключения;
• более высокие требования к правильности выполнения монтажа и качеству используемых комплектующих.

Взрывозащищенные люминесцентные светильники серии EXEL-V из нержавеющей стали

Принцип работы пускателя

Какая бы ни была применена схема для пуска люминесцентной лампы. Общий принцип работы остается неизменным. В принципе, сходные процессы происходят при использовании дросселя и стартера. Всего три фазы:

• Первоначальный прогрев электродов. В электронном баласте это происходит достаточно мягким повышением напряжения на вольфрамовые нити.
• Поджиг. В этот момент схема подает высоковольтный импульс (обычно около полутора киловольт). Этого достаточно для электрического пробоя газа и паров ртути. Напряжение поджига у люминесцентных ламп существенно выше напряжения горения.
• Горение. После высоковольтного импульса схема снижает напряжение до необходимого для поддержания тлеющего разряда. Частота переменного тока на электродах может достигать 38 кГц в зависимости от схемы.

В ЭПРА поджигающей импульс обеспечивается электронной схемой. В классической схеме – за счет энергии, накопленной дросселем. Прогрев электродов также обеспечивает ЭПРА. При стартерной схеме включения, электроды прогреваются в момент замыкания контактов стартера. Его можно заменить кнопкой без фиксации.

Радио-как хобби

Ремонтируем люминесцентную лампу

Несколько лет пользуюсь светильником с трубчатой 18-ти ваттной люминесцентной лампой. Особых нареканий он ( светильник) не вызывл… Кроме замены сгоревших люминесцентных ламп, никаких отказов в работе не было. Но, как говорится, ничто не вечно…

Некоторое время назад при попытке включить светильник внутри него раздался хлопок, сопровождавшийся вспышкой. Светильник был немедленно обесточен, снят и задвинут на дальнюю полку в кладовой. Учитывая его солидный возраст первым решением было выбросить светильник на свалку. Позже все-таки было решено попытаться отремонтировать его.

Приступаем к ремонту.

Разбираем светильник и извлекаем люминесцентную лампу. Первым дело проверяем омметром нити накала лампы на предмет обрыва. Нити накала оказались целыми, соответственно и лампа оказалась исправной и пригодной к дальнейшей эксплуатации.

После вскрытия светильника сразу бросилось в глаза ужасное состояние заводского сетевого шнура, который находился внутри корпуса светильника. Изоляция шнура потрескалась во многих местах, утратила эластичность и крошилась прямо под пальцами.

Вот такой вид имеет сетевой шнур после десяти лет эксплуатации

Такое состояние провода таит в себе следующие опасности:

-возможность поражения электрическим током;

-возможность возникновения замыкания и, как следствие, возгорания;

Поэтому этот шнур меняем в первую очередь!

Продолжаем работу… Хлопок внутри светильника явно указывал на отказ электронного балласта.

Извлекаем электронный балласт

Визуальный осмотр не выявил сгоревших резисторов. Сетевой предохранитель также был исправен. Сетевой предохранитель –это крайняя левая деталь на платке балласта и обозначена как F1.

А вот электролитический конденсатор номиналом 4,7мкФ х 400V оказался вздутым

Чтобы проводить дальнейший ремонт не вслепую, пришлось поискать в сети схемы электронных балластов. Их есть великое множество, и они очень похожи друг на друга. Различие состоит только в номиналах некоторых деталей, наличии/отсутствии дополнительных защитных элементов и типе транзисторов.

Попытка сверить схему балласта из моей лампы с схемами из сети показала что, в нашем случае в схему балласта включены дополнительные элементы. Поэтому чтобы не ломать голову пришлось составить схему по печатной плате.

Первым делом в таких случаях проверяем транзисторы. Оба транзистора оказались негодными с пробитыми переходами Б-К. В данном балласте применены транзисторы типа ЕВ13003, которые являются аналогами транзистора MJE13003, но имеют отличную от оригинала цоколевку. Это нужно учитывать при замене вышедших из строя транзисторов.

Дальнейшая проверка выявила пришедшие в негодность резисторы R2,R3,R4,R5,R6,R7. Характер неисправности у всех резисторов аналогичен-увеличение сопротивления до 1МОм и больше.

Вышедшие из строя элементы помечены красными кружками на принципиальной схеме

Все конденсаторы ( кроме вышеуказанного электролита С2) оказались исправными.

Вместо негодных впаиваем резисторы типа МЛТ-0,125 необходимых номиналов.

Вместо транзисторов ЕВ13003 запаиваем какие-то китайские типа S13003.

Собираем светильник в обратном порядке.

Пробное включение…. Все заработало. ))

Всегда интересен вопрос выяснения причины выхода из строя радиодеталей

Применительно к этому светильнику, а точнее, к его электронному балласту, мои соображения следующие… Уже после ремонта обратил внимание на то, что корпус светильника в зоне установки электронного балласта ощутимо нагревается. Раньше на это как-то внимания не обращал

Нагрев указывает на то, что радиоэлементы работают в тяжелых температурных условиях. На мой взгляд-это одна из главных причин отказа радиоэлементов. Первым от перегрева видимо вышел из строя электролитический конденсатор 4,7мкФ х 400В, который является фильтром после диодного мостика. Ухудшение подавления пульсаций выпрямленного напряжения увеличило уровень напряжений, приложенных к переходам транзисторов. Следующим вылетел один из транзисторов, а дальше по принципу домино-вылетел и другой, попутно сгорели резисторы в базовых и эмиттерных цепях.. И все..Дальше был ремонт.

Принцип действия

Электронный балласт для люминесцентных ламп схема 36w получает питание при 50 — 60 Гц. Сначала он преобразует напряжение переменного тока в постоянный. После этого фильтрация этого постоянного напряжения осуществляется с помощью конфигурации конденсатора. Теперь отфильтрованное напряжение подается на каскад высокочастотных колебаний, они обычно представляют собой прямоугольные волны, а диапазон частот составляет от 20 кГц до 80 кГц.

Следовательно, выходной ток имеет очень высокую частоту. Небольшая индуктивность обеспечена, чтобы быть связанной с высокой скоростью изменения тока на большой частоте. Как правило, более 400 В требуется для запуска процесса газового разряда в свете люминесцентных светильников. Когда переключатель включен, начальное напряжение на лампе становится равным 1000 В из-за высокого значения, следовательно, разряд газа происходит мгновенно.

Как только процесс разрядки начат, напряжение на светильнике падает с 230 В до 125 В, балласт для ламп позволяет ограниченному току течь через нее. Это управление напряжением и током осуществляется блоком управления ЭБ. В рабочем состоянии люминесцентного светильника ЭБ действует, как диммер для ограничения тока и напряжения.

Простейший ЭБ использует общий принцип выпрямления входной мощности и сглаживания формы волны, пропуская его через простой фильтр, такой как электролитический конденсатор. Схемы электронных балластов для люминесцентных ламп демонстрируют принцип их работы.

Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный сигнал. Первым шагом является выпрямление входной мощности, а затем сигнал прерывается для увеличения частоты. Этот тип балластов работает от 20 до 60 кГц. Другие типы, такие как магнитные балласты, обычно работают на частоте линии, которая составляет около 50-60 Гц. Они страдают от таких проблем, как мерцание и жужжащий звук, который иногда создает неудобства для окружающих.

Обоснование увеличения частоты в ЭБ заключается в том, что эффективность лампы быстро возрастает при изменении частоты от 1 кГц до 20 кГц, а затем постепенно повышается до 60 кГц. По мере того как рабочая частота устройства увеличивается, величина тока, необходимого для создания такого же количества света, уменьшается по сравнению с линейной частотой. Таким образом, повышая эффективность лампы.

Важно! Повышенная производительность на более высоких частотах заключается в том, что период времени цикла переменного тока становится короче, чем время релаксации между последовательной ионизацией и деионизацией газа переменным током. Таким образом, плотность ионизации в лампе поддерживается практически постоянной вблизи оптимальных условий работы в течение всего периода переменного тока. Следовательно, он действует как омический резистор, который увеличивает коэффициент мощности

В то время как на низких частотах плотность ионизации колеблется больше относительно оптимального уровня, вызывая плохие средние условия разряда

Следовательно, он действует как омический резистор, который увеличивает коэффициент мощности. В то время как на низких частотах плотность ионизации колеблется больше относительно оптимального уровня, вызывая плохие средние условия разряда.

Принцип работы люминесцентного светильника

Особенность работы люминесцентных светильников заключается в том, что их нельзя напрямую подключать в сеть питания. Сопротивление между электродами в холодном состоянии большое, и величина тока, протекающего между ними, недостаточна для возникновения разряда. Для зажигания требуется импульс высокого напряжения.

Лампа с зажженным разрядом характеризуется низким сопротивлением, которое имеет реактивную характеристику. Для компенсации реактивной составляющей и ограничения протекающего тока последовательно с люминесцентным источником света включается дроссель (балласт).

Многим непонятно, для чего нужен стартер в люминесцентных лампах. Дроссель, включенный в цепь питания совместно со стартером, формирует импульс высокого напряжения для запуска разряда между электродами. Так получается потому, что при размыкании контактов стартера на выводах дросселя формируется импульс ЭДС самоиндукции величиной до 1кВ.

Для чего нужен дроссель

Использование дросселя для люминесцентных ламп (балласта) в цепях питания необходимо по двум причинам:

• формирование напряжения запуска;
• ограничение тока через электроды.

Принцип работы дросселя основан на реактивном сопротивлении катушки индуктивности, которой является дроссель. Индуктивное сопротивление вносит сдвиг фаз между напряжением и током, равный 90º.

Из того, что ограничивающей ток величиной, является индуктивное сопротивление, следует, что дроссели, предназначенные для ламп одной мощности, нельзя использовать для подключения более или менее мощных устройств.

В некоторых пределах возможны допуски. Так, ранее отечественная промышленность выпускала люминесцентные светильники с мощностью 40 Вт. Дроссель 36W для люминесцентных ламп современного производства можно без опасений использовать в цепях питания устаревших светильников и наоборот.

Отличия дросселя от ЭПРА

Дроссельная схема включения люминесцентных источников освещения отличается простотой и высокой надежностью. Исключение составляет регулярная замена стартеров, поскольку в их состав входит группа размыкающих контактов для формирования импульсов запуска.

В то же время схема имеет существенные недостатки, которые заставили искать новые решения включения ламп:

• длительное время запуска, которое увеличивается по мере износа лампы или снижения напряжения питания;
• большие искажения формы напряжения питающей сети (cosф
• мерцание свечения с удвоенной частотой питающей сети из-за малой инерционности светимости газового разряда;
• большие массо-габаритные характеристики;
• низкочастотный гул из-за вибрации пластин магнитной системы дросселя;
• низкая надежность запуска при отрицательных температурах.

Проверка дросселя ламп дневного света затрудняется тем, что приборы для определения короткозамкнутых витков распространены мало, а при помощи стандартных приборов можно только констатировать факт наличия или отсутствия обрыва.

Для устранения указанных недостатков разработаны схемы электронной пуско-регулирующей аппаратуры (ЭПРА). Работа электронных схем основана на другом принципе формирования высокого напряжения запуска и поддержания горения.

Высоковольтный импульс генерируется электронными компонентами, а для поддержки разряда используется высокочастотное напряжение (25-100 кГц). Работа ЭПРА может осуществляться в двух режимах:

• с предварительным подогревом электродов;
• с холодным запуском.

В первом режиме на электроды подается низкое напряжения в течение 0.5-1 секунды для первоначального нагрева. По истечении времени подается высоковольтный импульс, из-за которого происходит зажигание разряда между электродами. Данный режим технически реализуется сложнее, но увеличивает срок службы ламп.

Режим холодного запуска отличается тем, что напряжение запуска подается на непрогретые электроды, вызывая быстрое включение. Такой способ запуска не рекомендован для частого использования, поскольку сильно сокращает срок работы, но его можно использовать даже с лампами с неисправными электродами (с перегоревшими нитями накала).

Схемы с электронным дросселем имеют такие преимущества:

полное отсутствие мерцания; широкий температурный диапазон использования; малые искажения формы напряжения сети; отсутствие акустических шумов; увеличение срока службы источников освещения; малые габариты и вес, возможность миниатюрного исполнения; возможность диммирования — изменения яркости путем управления скважности импульсов питания электродов

Для чего нужен балласт?

Ток в газовом разряде растет лавинообразно, что приводит к резкому падению сопротивления. Для того чтобы электроды люминесцентной лампы не вышли из строя от перегрева, последовательно включается дополнительная нагрузка, ограничивающая величину тока, так называемый балластник. Иногда для его обозначения употребляют термин дроссель.

Используются два вида балластников: электромагнитный и электронный. Электромагнитный балласт имеет классическую, трансформаторную комплектацию: медный провод, металлические пластины. В электронных балластниках (electronic ballast) применяются электронные компоненты: диоды, динисторы, транзисторы, микросхемы.

Лампы накаливания

Для первоначального поджига (пуска) разряда в лампе в электромагнитных устройствах дополнительно используется пусковое устройство – стартер. В электронном варианте балластника эта функция реализована в рамках единой электрической схемы. Устройство получается легким, компактным и объединяется единым термином – электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Массовое применение ЭПРА для люминесцентных ламп обусловлено следующими достоинствами:

• эти аппараты компактны, имеют небольшой вес;
• лампы включаются быстро, но при этом плавно;
• отсутствие мерцания и шума от вибрации, поскольку ЭПРА работает на высокой частоте (десятки кГц) в отличие от электромагнитных, работающих от сетевого напряжения с частотой 50 Гц;
• снижением тепловых потерь;
• электронный балласт для люминесцентных ламп имеет значение коэффициента мощности до 0,95;
• наличие нескольких, проверенных видов защиты, которые повышают безопасность использования и продлевают срок службы.