Початок arrow Освітлення arrow Схема включения люминесцентной лампы

Схема включения люминесцентной лампы

Для возникновения разряда в лампе необходимо: либо на время включения подогреть ее электроды, либо создать временное повышение напряжения на электродах, либо использовать совместно оба эти приема. Соответственно различают три группы схем: а) импульсного зажигания (подогревают электроды и создают мгновенный импульс напряжения); б) быстрого зажигания (сильно разогревают электроды и незначительно повышают напряжение); в) мгновенного зажигания (резко повышают напряжение без подогрева электродов).
При импульсном зажигании электроды должны прогреться, на что требуется 2—10 с. Кроме того, нужно подать импульс повышенного напряжения. При мгновенном зажигании напряжение повышается столь значительно, что предварительного прогревания электродов не требуется. И, наконец, при быстром зажигании создаются условия, при которых зажигание лампы облегчено. Поэтому хотя оно и требует некоторого времени, но происходит быстрее, чем при импульсном зажигании. Объясняется это следующим образом. Снизить значение зажигающего напряжения, помимо предварительного подогрева электродов лампы, можно создавая искусственные условия, увеличивающие напряженность электрического поля между электродами лампы. Это достигается при помощи дополнительного электрода, который помещают либо внутри лампы, либо снаружи в непосредственной близости к ее колбе.
Дополнительный электрод внутри лампы действует сильнее внешнего. Однако внутренний электрод усложняет производство ламп и применяется сравнительно редко. Дополнительный электрод представляет собой металлическую полоску шириной 3—5 мм (толщина роли не играет) или проволоку диаметром 0,8—1,0 мм (рис. 1) и присоединяется к штырьку одного из электродов лампы, через сопротивление 3—5 МОм (на рис. 1 не показано). При таком включении исключается опасность прикосновения к лампе, находящейся под напряжением, так как столь большое сопротивление ограничивает ток, проходящий через тело человека, до безопасного значения.
Лампа с дополнительным электродом (полоской) зажигается быстрее потому, что при подаче напряжения на лампу увеличивается напряженность электрического поля между полоской и электродом лампы, не присоединенным с ней, что приводит к более интенсивной ионизации газового промежутка. Иными словами, металлическая полоска как бы уменьшает расстояние между электродами лампы.
Действие зажигающей полосы
Рис. 1. Действие зажигающей полосы (стрелками Р показан район возникновения разряда).

Необходимое напряжение для возникновения разряда у лампы с полоской меньше, чем при ее отсутствии. Это обстоятельство дает возможность использовать лампы с металлической полоской в схемах включения (с незначительным повышением напряжения) без импульса зажигающего напряжения. Такие схемы быстрого зажигания называют бесстартерными, а лампы, приспособленные для этого способа зажигания, называют лампами бесстартерного зажигания.
Не во всех случаях, однако, требуется применение металлической полоски. Дело в том, что при питании светильника от сети 380/220 В с расположением ламп на расстоянии 10—15 мм от заземленного рефлектора могут применяться лампы без металлической полоски, так как сам заземляемый рефлектор в данном случае заменяет металлическую полоску с меньшей, конечно, эффективностью.

Простейшая схема импульсного зажигания.

Прежде чем перейти к рассмотрению схем включения люминесцентных ламп, необходимо подчеркнуть следующее. Чтобы зажечь лампу, нужно на время зажигания повысить
напряжение на ее электродах, а после зажигания — снизить напряжение. Это объясняется особенностями газового разряда. Дело в том, что при включении лампы возникает начальная ионизация: газовая среда приобретает некоторую проводимость, и в лампе возникает небольшой ток. Наличие тока увеличивает степень ионизации, т. е. уменьшает сопротивление лампы, что, в свою очередь, приводит к увеличению тока. Если этот процесс не ограничить, то ток недопустимо возрастет и лампа выйдет из строя.
Обе задачи (т. е. повышение напряжения на время зажигания и снижение напряжения на горящей лампе) решаются с помощью индуктивного балластного сопротивления — реактора (дросселя) РБ, который включают последовательно с лампой, как показано на рис. 2, а. Действительно, при замыкании кнопки К ток проходит через реактор РБ и электроды Э и разогревает их: электроды начинают испускать электроны. Затем кнопку размыкают — ток в реакторе резко снижается. При уменьшении тока согласно закону Ленца в реакторе возникает кратковременное значительное напряжение, стремящееся поддержать исчезающий ток. Это напряжение самоиндукции складывается с напряжением сети, в результате чего к электродам оказывается приложенным импульс напряжения больший, чем напряжение сети. Под действием этого импульса в лампе возникает разряд в аргоне: лампа начинает разогреваться.
Под действием тепла испаряется капля ртути и создает в лампе ртутные пары, ионизирующиеся значительно легче аргона, поэтому в дальнейшем разряд происходит в ртутных парах. Когда лампа горит, через реактор снова проходит значительный переменный ток. Поэтому в реакторе индуктируется ЭДС самоиндукции, но теперь она направлена навстречу напряжению сети и, следовательно, вычитается из него. В результате на лампу приходится уже не полное напряжение сети (см. табл. 1), а разность между ним и напряжением самоиндукции. Реактор является своеобразным автоматическим регулятором тока и не дает току безгранично возрастать, как это имело бы место при непосредственном включении люминесцентной лампы в сеть.
В схеме импульсного зажигания вместо кнопки применяют пускатель, называемый стартером Ст (см. пунктир на рис. 2, а). Стартер в сочетании с реактором позволяет осуществить импульсную схему зажигания лампы. Предварительный нагрев электродов вызывает сильную электронную эмиссию, что значительно облегчает зажигание лампы; при этом напряжение, необходимое для зажигания лампы, значительно снижается.
схема импульсного зажигания
Рис. 2. Простейшая схема импульсного зажигания (а); включение компенсирующего конденсатора (б); временная диаграмма импульсного зажигания (в).
После зажигания предварительный накал должен быть выключен, так как в процессе работы лампы электроды нагреваются разрядным током. Включение и выключение предварительного накала осуществляются с помощью стартера, представляющего собой миниатюрную газоразрядную неоновую лампочку, параллельно которой присоединен конденсатор С емкостью 0,004—0,01 мкФ, снижающий радиопомехи, создаваемые лампой. Для снижения радиопомех кроме конденсатора, установленного в стартере на выходе схемы (см. рис. 2, а и б), подключают еще два конденсатора С2 и СЗ емкостью по 0,005 мкФ с заземленной средней точкой. Для этой же цели обмотка реактора делится на две части с одинаковым количеством витков, включаемых в оба подводящих провода сети. Стартеры изготавливаются двух типов: 15-20/СК-127 для люминесцентных ламп мощностью 15 и 20 Вт и 15-80/СК-220 для люминесцентных ламп мощностью 15, 20, 30, 40 и 80 Вт.
Процесс импульсного зажигания люминесцентной лампы показан на рис. 4, в. При включении люминесцентной лампы в сеть (момент времени fi) на электроды стартера (и одновременно на электроды лампы) подается напряжение Ucr=Un—Uc, равное напряжению на лампе ил и напряжению сети Uc. Этого напряжения недостаточно, чтобы пробить промежуток между холодными электродами лампы, но его хватает для образования тлеющего разряда в стартере. При этом по цепи «реактор— электроды лампы—стартер» протекает ток тлеющего разряда стартера /тл.  Этот ток (примерно 0,01—0,04 А) слишком мал для нагрева электродов лампы, но тепло, образуемое тлеющим разрядом, заставляет изгибаться биметаллическую пластинку стартера. По истечении времени Ттл (2—5 с) контакты стартера замыкаются (момент времени t2), и по той же цепи начинает проходить пусковой ток /„, значение которого, зависящее от индуктивного сопротивления реактора, значительно превышает ток тлеющего разряда.
Проходя через электроды лампы, пусковой ток нагревает их. Одновременно охлаждается биметаллический контакт стартера, так как тепла, выделяемого пусковым током при прохождении через замкнутые контакты стартера, недостаточно, чтобы поддержать их в нагретом состоянии. За время Т3=0,2-^-0,8 с биметаллический контакт стартера выпрямляется, электрическая цепь размыкается, возникает импульс напряжения (момент t3). Если электроды лампы достаточно прогреты (примерно до 800°С), то при этом импульсе напряжения происходит пробой промежутка между электродами: лампа загорается, на ней устанавливается напряжение горения или и через нее проходит рабочий ток /л, Р.
Во многих случаях, однако, время Т3 слишком мало, чтобы обеспечить достаточный прогрев электродов и тем самым снизить напряжение зажигания лампы. Поэтому весь описанный выше цикл повторяется. Это происходит  до тех пор, пока электроды лампы не нагреются до температуры, при которой напряжение зажигания лампы станет меньше, чем импульс напряжения, возникающий при размыкании контакта стартера. Именно такой случай — зажигание от третьего импульса — иллюстрирует рис. 4, в.
Общая длительность пускового режима лампы Тп зависит от параметров стартера и лежит в пределах 5— 10с.
Основным недостатком выпускаемых стартеров является разброс их характеристик: напряжения Uтл и времени Т3.
Если Uтл>Uс, то стартер не срабатывает и лампа не зажигается. Если Uтл< Uл.г, то стартер периодически срабатывает при горящей лампе и лампа мигает, что ведет к интенсивному износу электродов лампы и снижению срока ее службы, а также к перегрузке пускорегулирующего аппарата (ПРА). Если Uтл>Uл,г. то лампа горит нормально и повторный разряд в стартере возникнуть не может.
Если Т3 слишком мало, то за один или два цикла срабатывания стартера электроды лампы не успевают достаточно прогреться и до момента зажигания происходит ряд срабатываний, снижающих срок службы лампы.
Повышение коэффициента мощности. Показанная на рис. 4, а схема включения люминесцентной лампы имеет низкий коэффициент мощности. Его значение тем меньше, чем больше отношение UPIUC, где Uv — напряжение на реакторе; Uc — напряжение сети. Поэтому в схемах, где напряжение на лампе мало по сравнению с напряжением сети, коэффициент мощности составляет 0,25—0,35 (например, для ламп мощностью 15 и 20 Вт). Для ламп мощностью 40 и 80 ВТ коэффициент мощности около 0,5.

Низкий коэффициент мощности вызывает увеличение потребляемого светильником тока и, следовательно, повышает потери в питающей сети. Коэффициент мощности улучшают включением в схему конденсатора С, компенсирующего индуктивность реактора. В простейшем случае конденсатор С включают на входе схемы параллельно сети (рис. 4,6).
Современные пускорегулирующие аппараты для люминесцентных ламп, как правило, содержат необходимое количество специально подобранных конденсаторов, включенных параллельно или последовательно с лампой, емкость которых обеспечивает доведение коэффициента мощности до требуемого значения. Максимальный коэффициент мощности практически лежит в пределах 0,95—0,96 и не может быть доведен до единицы, так как из-за несинусоидальности тока люминесцентной лампы и наличия в нем высших гармоник их реактивная мощность остается некомпенсированной.

В монтажной практике бывают случаи, когда светильники поставляются заводами-изготовителями без конденсаторов, следовательно, с низким коэффициентом мощности. Чтобы укомплектовать такие светильники конденсаторами, требуется определить значение необходимой емкости для повышения коэффициента мощности от cos ф0 до cos фк, где cos ф0— коэффициент мощности светильника без конденсаторов; cos фк — с конденсаторами. Необходимая емкость может быть найдена с помощью номограммы (рис. 3), характеризующей зависимость С//л=/г(созфк), где С — емкость компенсирующего конденсатора; /л — ток лампы.
Номограмма для расчета емкости компенсирующих конденсаторов для светильников переменного тока
Рис. 3. Номограмма для расчета емкости компенсирующих конденсаторов для светильников переменного тока напряжением 220 В.

 
< Снижение радиопомех и уровня шума от люминесцентных ламп   Схемы включении люминесцентных ламп с импульсным зажиганием >