Бесстартерные схемы включения люминесцентных ламп

Импульсное (или стартерное) зажигание люминесцентной лампы, несмотря на его относительную простоту, имеет ряд недостатков. Основной из них — невозможность быстрого зажигания лампы, так как для изгибания биметаллического контакта стартера требуется время. Оно различно для разных стартеров даже одного типа. Нередко получается, что лампа зажигается с предварительным миганием после нескольких срабатываний стартера, так как продолжительность замыкания контакта стартера оказывается недостаточной для должного нагрева электродов лампы.
Другой существенный недостаток — сокращение срока службы ламп из-за неустойчивой работы стартера. Но этой причине лампы чаще выходят из строя, чем из-за недостатков самих ламп.
Недостатки импульсного зажигания явились причиной разработки бесстартерных схем, в основу которых положено то обстоятельство, что прогрев электродов лампы перед ее зажиганием, помимо автоматизированного (стартерного) включения и выключения пусковых нитей, возможен без применения стартера. В этом случае нити накала начинают нагреваться сразу с момента включения лампы в питающую сеть и при наличии достаточного напряжения зажигание происходит сразу посыле прогрева электродов. По этим признакам подобные Схемы называют бесстартерными или схемами быстрого зажигания. В бесстартерных схемах (быстрого зажигания) лампа зажигается повышенным переменным напряжением; зажигание должно производиться при подогретых электродах.
Напряжение зажигания Дампы существенно зависит от температуры накала электродов лампы или тока их подогрева, что иллюстрируется рис. 1. При горении лампы большой ток подогрева нежелателен, так как он ухудшает условия работы электродов и уменьшает срок их службы. Поэтому пока электрод холодный, напряжение зажигания очень велико (напряжение мгновенного или Голодного зажигания U3,x). При увеличении тока подогрева электродов напряжение зажигания снижается до некоторого значения и далее остается постоянным (напряжение горячего зажигания U3, г). Чтобы при горячих электродах люминесцентная лампа зажигалась при сравнительно невысоком напряжении, на лампе для бесстартерного зажигания может быть использована металлическая полоска, которая электрически соединяется с одним из электродов лампы.

Рис. 1. Зависимость напряжения Uз от тока подогрева /п (в долях рабочего тока лампы
Up).
Для того чтобы максимально снизить вероятность холодных зажиганий ламп, технические условия на люминесцентные лампы ограничивают верхний предел напряжения зажигания подогретой лампы и нижнюю границу
зажигания холодной лампы. Регламентируется напряжение накала электродов, при котором гарантируется зажигание ламп. Основные технические требования, предъявляемые к бесстартерным ПРА, приведены в табл. 2.
Таблица 2. Основные технические требования, предъявляемые к бесстартерным ПРА

Кроме бесстартерных схем быстрого зажигания (с подогревом электродов лампы) разработаны схемы холодного зажигания (мгновенного). Так как люминесцентные лампы холодного зажигания редко применяются, эти схемы здесь не рассматриваются.

Примеры бесстартерных схем.

В бесстартерных схемах напряжение на лампу подается одновременно с током подогрева электродов и остается постоянным до момента зажигания лампы. По мере нагрева электродов напряжение зажигания снижается и, когда оно достигает напряжения, поданного на негорящую лампу, лампа зажигается. Таким образом, зажигание происходит только после некоторого разогрева электродов лампы. Напряжение зажигания различных ламп имеет довольно значительный разброс, что вынуждает увеличивать напряжение холостого хода, т. е. напряжение на негорящей лампе. Однако чрезмерное увеличение напряжения холостого хода может вызвать холодное зажигание части ламп или зажигание при недостаточно прогретых электродах. Это нежелательно, так как холодное зажигание люминесцентных ламп сокращает срок их службы.

Схема простейшего бесстартерного люминесцентного светильника приведена на рис. 2, а. Электроды лампы подогреваются от вторичных обмоток накального трансформатора Тр. После зажигания лампы за счет падения напряжения в балластном реакторе Р снижается напряжение на первичной обмотке накального трансформатора и уменьшается ток подогрева электродов лампы. К недостаткам такой схемы относится сравнительно низкое напряжение холостого хода — лампа может не загореться. Это объясняется следующим образом. Дело в том, что при включении светильника в электрическую сеть последний оказывается под суммарным напряжением (напряжение сети складывается с напряжением вторичных обмоток накального трансформатора).

Рис. 2. Бесстартерные схемы.
в — с накальным трансформатором; б — с автотрансформатором; в — с накальным трансформатором и пусковым конденсатором; г — с дополнительной обмоткой; д — двухламповая схема; е — трехламповая схема.
Однако падение напряжения на реакторе, вызванное током первичной обмотки накального трансформатора, может оказаться больше, чем напряжение вторичных обмоток накального трансформатора. Поэтому общее напряжение на лампе будет недостаточным для ее зажигания. Несколько лучшие результаты дает схема с автотрансформатором (рис. 2,6). В этой схеме возможно получить более высокое напряжение холостого хода, чем в схеме с трансформатором.
Увеличение напряжения холостого хода обеспечивает схема, приведенная на рис. 2, в, благодаря включению в первичную обмотку накального трансформатора конденсатора, который создает емкостный сдвиг тока в этой цепи. В результате напряжение на индуктивном сопротивлении накального трансформатора, складываясь с напряжением на конденсаторе, создает на лампе увеличенное напряжение, под действием которого лампа зажигается при достаточно прогретых электродах.
Это можно показать на конкретном примере с отвлеченными данными. Допустим, что индуктивное сопротивление балластного реактора ХР=60 Ом; индуктивное сопротивление первичной обмотки накального трансформатора ХгР=40 Ом; емкостное сопротивление конденсатора Хс=320 Ом (активным сопротивлением пренебрегаем), тогда ток в цепи «реактор—конденсатор — первичная обмотка накального трансформатора» при негорящей лампе равен
где I — ток в цепи; Uc — напряжение питающей сети.
Ток, проходящий в цепи, создает падение напряжения: на реакторе AUa=IXp—l Х60=60 В; на первичной обмотке накального трансформатора Д<7тр==/Хтр=1Х Х40=40 В; на конденсаторе MJC=IXC= 1X320=320 В. Так как напряжения на конденсаторе и первичной обмотке накального трансформатора имеют разные знаки, то напряжение на негорящей лампе составит 320— —40=280 В.

После зажигания лампа, превратившаяся из диэлектрика в проводник, шунтирует цепь конденсатора и первичную обмотку накального трансформатора. Ток в этой цепи уменьшается. В такой же степени уменьшается ток, проходящий через электроды лампы. Кроме того, при горящей лампе напряжение на ее электродах уменьшится за счет падения напряжения в реакторе.
Конденсатор кроме основного назначения, рассмотренного выше, защищает обмотку накального трансформатора от перегрева. Дело в том, что при отсутствии конденсатора при выходе из строя одного из электродов лампы появляется выпрямляющий эффект, из-за которого через первичную обмотку накального трансформатора проходит постоянный ток. Он перегревает трансформатор и может привести к выходу его из строя. Конденсатор не пропускает постоянного тока и, следовательно, предохраняет трансформатор от перегорания обмотки.
На рис. 2, г показан другой вариант схемы. Здесь конденсатор включен между лампой и балластным реактором и последовательно с первичной обмоткой накального трансформатора включена дополнительная обмотка дод, расположенная на балластном реакторе. Повышенное напряжение на негорящей лампе создается за счет трансформации напряжения из дополнительной в балластную обмотку реактора. В рабочем режиме лампы дополнительная обмотка снижает ток первичной обмотки накального трансформатора. Соответственно снижается ток во вторичных обмотках накального трансформатора, и электроды лампы слабее подогреваются. Конденсатор защищает первичную обмотку накального трансформатора так же, как описано выше.
Рассмотренные одноламповые схемы обладают общим недостатком — имеют низкий коэффициент мощности. Для его повышения (в схемах, где отсутствует конденсатор, создающий опережающий ток) необходимо включать параллельно лампе соответствующую емкость или применять двухламповую схему (рис. 2, д). В этой   схеме объединены в одном светильнике отстающая и опережающая ветви. Схема обладает такими же положительными свойствами, как антистробоскопическая схема однофазного питания (см. рис. 1), рассмотренная в разделе.

  Определенные преимущества для бесстартерного зажигания люминесцентных ламп имеет трехфазная сеть. На рис. 2, е приведена схема включения трех ламп в сеть 380/220 В. Все три лампы с балластными реакторами включены звездой в трехфазную сеть. Одна из ламп шунтируется конденсатором небольшой емкости, который обеспечивает подачу напряжения на нулевую точку схемы от одной из фаз. Такая схема дает возможность получить на лампах повышенное зажигающее напряжение (равное линейному напряжению). После зажигания двух ламп третья лампа оказывается почти под линейным напряжением и зажигается.
Из изложенного выше вытекает, что для каждой схемы зажигания необходим соответствующий ПРА.
На рис. 3 приведены развернутые схемы включения ПРА некоторых типов. На рис. 3,6 приведена схема совместного включения ПРА типов 1УБЕ и 1УБИ, образующих двухламповый антистробоскопический компенсированный аппарат типа 2УБК в поэлементном исполнении. На рис. 2 и 3 приняты следующие условные обозначения: Л — люминесцентная лампа; Тр — трансформатор; Р — реактор; С — конденсатор; R — резистор; Ст — стартер.
Обозначения ПРА для люминесцентных ламп. Пус- корегулирующие аппараты разделяются в обозначении по следующим признакам:
По количеству ламп, назначению и фазе потребляемого из сети тока при горящей лампе:
1УБИ — одноламповый, стартерный, ток отстает по фазе от напряжения сети;
1УБЕ — одноламповый, стартерный, ток опережает по фазе напряжение сети;
1УБК — одноламповый, стартерный с компенсацией реактивной мощности;
2УБК — двухламповый, стартерный, компенсированный, практически ток совпадает по фазе с напряжением сети;
1АБИ — одноламповый, бесстартерный, ток отстает по фазе от напряжения сети;
1АБЕ — одноламповый, бесстартерный, ток опережает по фазе напряжение сети;
2АБК — двухламповый, бесстартерный, компенсированный, ток практически совпадает по фазе с напряжением сети.
По типу, мощности и напряжению включенных ламп. В условном обозначении аппарата указываются мощность лампы, напряжение питающей сети и символ лампы в том случае, если она отличается от прямолинейной (кольцевая—К, U-образная — U),
3. По сдвигу фаз между токами двух и более ламп, включенных с одним многоламповым аппаратом;

Рис. 3. Схемы включения ПРА для люминесцентных ламп.
а — одноламповая типа 1УБИ-40/220-ВП-03-У4; б —схема совместного включения ПРА типов 1УБЕ-80/220-ВП-03 и 1УБИ-80/220-ВП-03-У4; в — двухламповая антистробоскопическая типа 2УБК-20/220-АВП-ОВ-У4; г — одноламповая кольцевая типа 1УБИ-20К/220-НП-03-У4.
имеющие сдвиг фаз — А; не имеющие сдвиги фаз не обозначаются.
4. В зависимости от класса защиты от поражения электрическим током: аппараты класса защиты 0, в которых доступные для прикосновения части изолированы от токоведущих частей при помощи рабочей изоляции, не обозначаются; аппараты класса защиты 01, в которых доступные для прикосновения части изолированы от токоведущих частей при помощи рабочей изоляции и, кроме того, электрически соединены с заземляющим контактом, не обозначаются; аппараты класса защиты II, в которых доступные для прикосновения части изолированы от токоведущих частей при помощи двойной усиленной изоляции, 2.
По уровню шума создаваемого аппаратами: аппараты с нормальным уровнем шума не обозначаются, с пониженным уровнем шума —П; с особо низким уровнем шума —ПП.
По конструктивному исполнению: встроенные, предназначенные для установки в корпусе светильника,— В; независимые, предназначенные для установки отдельно от светильника, —Н.
По климатическому исполнению: для районов с умеренным климатом — У; для районов с тропическим климатом — Т.
По категории размещения: аппараты для закрытых отапливаемых помещений — 4; аппараты для закрытых неотапливаемых помещений —3; аппараты, устанавливаемые под навесом и в установках наружного освещения —2.
По степени защиты оболочки: открытые, защищенные, пылезащищенные, закрытые.
В условном обозначении типа аппарата по порядку указываются: цифра, обозначающая число ламп, включенных с аппаратом; трехбуквенное обозначение типа аппарата по назначению и фазе потребляемого из сети тока; далее дробь, в числителе которой указана номинальная мощность и символ лампы, а в знаменателе — номинальное напряжение сети; буква А указывается при наличии сдвига фаз; далее следует обозначение конструктивного исполнения; обозначение аппарата по уровню шума; условный номер разработки (трехзначное число); климатическое исполнение и категория размещения.
Условное обозначение встроенного двухлампового компенсированного стартерного аппарата с особо низким уровнем шума для прямой люминесцентной лампы 40 Вт для включения в сеть 220 В со сдвигом фаз между токами ламп, номер разработки 060, для установки в отапливаемом помещении в районах с умеренным климатом: аппарат пускорегулирующий 2УБК.-40/220-АВПП- 060-У.