Імпульсне запалювання люмінесцентної лампи

Схеми запалювання люмінесцентних ламп

1 Призначення схем запалювання.

2 Основні види схем запалювання:

2.1 Імпульсне запалювання люмінесцентної лампи

2.2 Швидке запалювання люмінесцентної лампи.

2.3 Миттєве запалювання

1 Люмінесцентні лампи призначені для роботи в мережах змінного струму напругою 127 або 220. Лампа без додаткових пристосувань не може бути запалена, тому що при підключенні лампи до мережі в початковий момент внаслідок незначної іонізації газового середовища, опір якого великий, струм, котрий протікає в лампі, має дуже малу величину. Для запалювання лампи потрібна підвищена напруга, що перевищує приблизно вдвічі робочу напругу між електродами лампи.

Після запалювання лампи процес іонізації газу зростає, отчого опір лампи зменшується, а струм ній збільшується до величини, характерної для короткого замикання.

Тому після запалювання лампи, з метою зниження напруги між її електродами та обмеження струму, необхідно в коло лампи вмикати струмообмежувальний опір (дросель).

2 На практиці для запалювання люмінесцентних ламп застосовуються наступні методи:

Імпульсне запалювання люмінесцентної лампи

Для вмикання люмінесцентної лампи в електричну мережу за імпульсною схемою вводиться додаткова апаратура, дросель, стартер (запалювач) і конденсатори, які підключаються згідно рис. 1.2.4.

Стартер, який підключається паралельно лампі, служить для автоматичного вмикання і вимикання кола попереднього нагрівання електродів. Він являє собою теплове реле, у якого є два електроди: один з яких – біметалічна пластина, до якої приварений молібденовий гачок; інший має форму букви Г, виготовлений з нікелевого дроту рис. 1.2.5.

Реле розміщається в невеликій колбі, яка наповнена неоном. Таким чином, стартер являє собою маленьку неонову газорозрядну лампу. У холодному стані між електродами теплового реле є зазор величиною 2 … 3 мм. Величина зазору точно калібрована та обумовлюється напругою запалювання неонової лампи, яка повинна бути меншою, ніж напруга мережі, і менше напруги запалювання люмінесцентної лампи з холодними електродами.

Дросель, що вмикається послідовно з лампою, являє собою котушку з ізольованого дроту зі сталевим осердям. У схемі вмикання лампи він поліпшує процес запалювання лампи, обмежує струм і підтримує усталену роботу лампи.

Конденсатор С₂ призначений для поліпшення коефіцієнта потужності в колі живлення лампи. Дросель, який увімкнений у коло лампи, знижує коефіцієнт потужності до 0,5 … 0,6, а при вмиканні конденсатора С₂ він підвищується до 0,9 … 0,95. Конденсатор С₁ призначений для усунення радіозавад.

Процес запалювання лампи протікає так. У момент вмикання лампи в електричну мережу електроди лампи і стартера опиняються під повною напругою мережі. Однак ця напруга мережі недостатня для запалювання лампи і до того ж у момент вмикання її електроди не можуть бути нагріті, оскільки коло розімкнуте. Але підведеної повної напруги мережі до зазору між електродами стартера досить, щоб викликати в ньому розряд. Тоді по електродах починає протікати електричний струм. Під дією тліючого розряду біметалічна пластина нагрівається і, згинаючи, приходить у зіткнення з іншим електродом стартера. Коло стартера замикається і починається процес нагрівання електродів лампи. У результаті нагрівання електродів виникає термоелектронна емісія, що створює умови для запалювання лампи. Тим часом розряд у стартері припиниться, і біметалічна пластина охолоджується, випрямляється, розмикаючи електричне коло.

Завдяки наявності в колі дроселя з великою індуктивністю в момент розмикання стартера виникає імпульс підвищеної напруги, що викликає потужний дуговий розряд і запалювання лампи. При цьому напруга на лампі стає меншою, ніж напруга мережі, оскільки в дроселі виникає протидіюча ЕРС.

Стартер, увімкнений паралельно лампі, опиняється під тією же зменшеною напругою, якої недостатньо, щоб викликати в ньому новий розряд. Тому під час нормальної роботи лампи стартер не діє. Якщо лампа через якісь причини не запалилася, стартер знову виявляється під повною напругою мережі, і процес запалювання повторюється. Імпульсна схема запалювання поряд з її простотою й економічністю має і деякі недоліки:

а) неможливість миттєвого запалювання, тому що вигинання біметалічної пластинки стартера починається через деякий час;

б) миготіння лампи при запалюванні;

в) часті ушкодження стартерів.

2.2 Швидке запалювання люмінесцентної лампи.

У схемах швидкого запалювання люмінесцентної лампи, на відміну від імпульсних схем, відсутній стартер. Тому такі схеми називаються без стартерними. Принцип роботи схеми швидкого запалювання наведений на рис. 1.2.6.

При вмиканні лампи в електричну мережу її електроди відразу починають розігріватися від вторинних обмоток трансформатора розжарення. Швидкий розігрів електродів лампи забезпечується завдяки тому, що до моменту її запалювання втрата напруги в баластовому дроселі незначна і розжарювальні обмотки трансформатора мають підвищену напругу. За цією схемою напруга запалювання складається з напруги мережі та напруги розжарювальних обмоток і складає 150 В у мережі напругою 127 В і 240 В для мережі 220 В.Швидкий розігрів електродів підвищеною напругою забезпечують надійне запалювання лампи.

Для одержання підвищених напруг застосовують трансформаторні і резонансні схеми.

На рис. 1.2.7 наведено приклад трансформаторної схеми швидкого запалювання з підвищувальним автотрансформатором, який у період запалювання створює на лампі підвищену напругу, а після запалювання в результаті втрати напруги в його обмотках знижується напруга на лампі до величини, що забезпечує нормальний режим її роботи. При цьому внаслідок зменшення струму знижується також розжарення електродів і вони переходять у режим саморозжарення.

В резонансних схемах використовується явище резонансу напруги, при якому виникають більш високі напруги, чим напруга мережі живлення. На рис. 1.2.8 наведена принципова схема швидкого запалювання, у якій застосоване явище резонансу. Принцип роботи цієї схеми зводиться до того, що в момент вмикання лампи у мережу, поки вона ще не запалилася, підібрані у схемі ємність конденсатора С та індуктивності L1 і L2створюють резонансний контур, в якому пусковий струм досягає величини, достатньої для швидкого розігріву електродів. Одночасно на послідовно з’єднаних конденсаторі С та дроселі L1 виникає напруга, котра у 1,5 … 2 рази перевищує напругу мережі живлення, яка після розігріву електродів миттєво запалює лампу. У цей момент, коли лампа стає провідником електричного струму і опиняється паралельно увімкненою з конденсатором С та дроселем L1. Умови резонансу порушуються, і струм у колі С, L1, а отже, і струм розігріву електродів спадає приблизно в 4 рази в порівнянні з пусковим струмом. При цьому струм розжарення електродів стає менше робочого струму лампи, і вони починають працювати в основному режимі саморозжарювавання. Потім запалена лампа переходить у нормальний режим роботи.

У схемах швидкого запалювання при нормальній роботі лампи електроди не відключаються від розжарювальних обмоток трансформатора, внаслідок чого на частковий підігрів електродів витрачається деяка додаткова потужність.

Схеми швидкого запалювання мають наступні переваги у порівнянні з імпульсними схемами: велика надійність роботи пускорегулювальної апаратури, кращі умови запалювання при низьких температурах, тривалість запалювання не перевищує 1 … 1,5 с. Однак коефіцієнт потужності цих схем трохи нижчий, а втрати в пускорегулювальній апаратурі вищі, ніж в імпульсних схемах.

2.3 Миттєве запалювання

Схеми миттєвого запалювання відрізняються від схем швидкого запалювання тим, що запалювання лампи здійснюється при холодних електродах, тобто без попереднього розжарення, але напруга запалювання перевершує робочу в 6…7 разів.

Якщо в усіх раніше розглянутих схемах електронна емісія в лампі відбувалася за рахунок нагрівання електродів, то в схемі миттєвого запалювання вона відбувається за рахунок електричного поля підвищеної напруги. Для одержання настільки підвищених напруг на лампі використовується так само, як і в схемах швидкого запалювання, резонансне підвищення напруги.

На рис. 1.2.9 наведена принципова схема миттєвого запалювання, у якій використовуються автотрансформатор Т1 і ємність С1. В момент вмикання лампи у мережу в резонансному контурі, який утворений з ємності С1 и індуктивності обмотки В, створюється підвищена напруга, що запалює лампу миттєво. При горінні лампа своєю провідністю шунтує ємність С1, що призводить до порушення умови резонансу і втраті напруги в обмотках В и С, внаслідок чого напруга на затискачах лампи спадає і доходить до номінальної величини.

Схеми миттєвого запалювання завдяки відсутності розпечених електродів одержали найбільше розповсюдження у вибухонебезпечних приміщеннях, а також у приміщеннях із цілодобовим горінням ламп без частих вмикань і відключень. Внаслідок дуже високих, хоча і короткочасних напруг у момент запалювання, вони небезпечні для людей і вимагають спеціальних запобіжних заходів при обслуговуванні. Процес увімкнення лампи з „холодними” електродами важчий, ніж з розігрітими, тому для подібних схем, щоб уникнути швидкого зносу оксидного шару електродів необхідно мати лампи з посиленими електродами.

Безстартерне запалювання ламп забезпечує більш надійну роботу люмінесцентного освітлення, тому воно частіше застосовується.