Балластники для люминесцентных ламп: подключения и принципы работы
Люминесцентная лампа (ЛЛ) – это источник света из стеклянной герметичной колбы, внутри которой создается электрический электродный разряд, протекающий в газовой среде. На ее внутренней поверхности находится фосфорсодержащий слой (люминофор). Внутри лампы находится инертный газ и 1% паров ртути. При действии на них электрического разряда они излучают невидимый визуально ультрафиолетовый свет, который заставляет светиться люминофор.
Балластники для люминесцентных ламп
Если в помещении разобьется даже одна люминесцентная лампа, пары ртути превысят допустимые показатели в 10 раз. Ее вредное влияние сохраняется в течение 1-2 месяцев.
Применение
Электропроводная газовая среда внутри ламп дневного света обладает отрицательным сопротивлением, проявляющимся в том, что с увеличением тока напряжение между электродами снижается.
Схема работы люминесцентной лампы
Поэтому в схему подключается ограничитель тока LL1 – балластник, как видно из рисунка. Устройство также служит для создания кратковременного повышенного напряжения зажигания ламп, которого недостаточно в действующей сети. Еще его называют дросселем.
Пускорегулирующее устройство также содержит небольшую лампу тлеющего разряда E1 – стартер. Внутри нее расположены 2 электрода, один из которых подвижный, он выполнен из биметаллической пластины.
В исходном состоянии электроды разомкнуты. При подаче на схему напряжения сети замыканием контакта SA1 в начальный момент через лампу дневного света ток не проходит, а внутри стартера между электродами образуется тлеющий разряд. От него нагреваются электроды, и биметаллическая пластина изгибается, замыкая контакт внутри стартера. В результате ток через балласт LL1 увеличивается и нагревает электроды люминесцентной лампы.
После замыкания разряд внутри стартера E1 прекращается, и электроды начинают остывать. При этом происходит их размыкание, и в результате самоиндукции дроссель создает значительный импульс напряжения, зажигающий ЛЛ. При этом через нее начинает проходить ток, равный по величине номинальному, который затем уменьшается в 2 раза из-за падения напряжения на дросселе. Этого тока недостаточно, чтобы в стартере появился тлеющий разряд, поэтому его электроды остаются разомкнутыми, пока горит лампа дневного света. Конденсаторы С1 и С2 позволяют уменьшить реактивные нагрузки и увеличить кпд.
Электромагнитный дроссель
Балласт ограничивает протекающий ток. Часть мощности нагревает устройство, что приводит к потерям энергии. По уровням потерь балласт для ламп может быть следующим:
При включении балласта в сеть переменное напряжение опережает ток по фазе. В его обозначении всегда указывается косинус угла этого отставания, называемый коэффициентом мощности. Чем меньше его величина, тем больше потребляется реактивная энергия, являющаяся дополнительной нагрузкой. Чтобы увеличить коэффициент мощности до величины 0.85, параллельно сети подключается конденсатор с емкостью 3-5 мкф.
Любой электромагнитный дроссель создает шум. В зависимости от того, насколько его можно уменьшить, выпускают балласты с нормальным (Н), пониженным (П), очень низким (С, А) уровнями шума.
Мощности ламп и балластов должны подбираться в соответствии друг с другом (от 4 до 80 Вт), иначе светильник преждевременно выйдет из строя. Они поставляются в комплекте, но можно подобрать своими руками.
Классическое устройство запуска из электромагнитного балласта и пускателя (ЭмПРА) имеет следующие достоинства:
- относительная простота;
- высокая надежность;
- небольшая цена;
- не требуется ремонт, поскольку даже своими руками он обойдется дороже нежели, чем купить новый блок.
Кроме того, ему присуща целая масса недостатков:
- длительный запуск;
- потери энергии (до 15 %);
- шум при работе дросселя;
- большие габариты и вес;
- неудовлетворительный запуск при низкой температуре среды;
- моргание лампы.
Недостатки дросселей привели к необходимости создать новое устройство. Электронный балласт – это инновационное решение, повышающее качество работы ЛЛ и делающее ее долговечной. Схема ЭПРА (электронное пускорегулирующее устройство) – это единый электронный блок, формирующий последовательность изменения напряжения для зажигания.
Блок-схема запуска ламп с помощью ЭПРА
Преимущества электронных схем следующие:
- запуск может быть моментальным и с задержкой;
- нет необходимости в стартере для запуска;
- за счет высокой частоты отсутствует «моргание», а светоотдача выше;
- конструкция легче и компактней;
- долговечность за счет оптимальных режимов пуска и работы.
Внешне ЭПРА выглядит, как показано на рисунке ниже.
ЭПРА для люминесцентных ламп
Недостатком ЭПРА является высокая цена из-за сложности схемы.
Запуск ламп
Электроды лампы разогреваются, после чего на них подается высокое напряжение через пускорегулирующее устройство. Его частота составляет 20-60 кГц, что дает возможность исключить мерцание и повысить кпд. В зависимости от схемы запуск может быть мгновенным или плавным – с нарастанием яркости до рабочей.
При холодном пуске период эксплуатации люминесцентных ламп значительно снижается.
К процессу разогрева электродов добавляется колебательный контур в цепи питания лампы, входящий в электрический резонанс перед разрядом. При этом значительно повышается напряжение, более интенсивно подогреваются катоды и в результате зажигание происходит легко. Как только начинается разряд в лампе, колебательный контур сразу выходит из резонанса и устанавливается рабочее напряжение.
У дешевых ЭПРА или собранных своими руками принцип действия аналогичен варианту с дросселем: зажигание ламп производится большим напряжением, а удерживание разряда – малым.
Схема электронного балласта
Как и на всех схемах ЭПРА, выпрямление напряжения производится диодами VD4-VD7, которое затем фильтруется конденсатором C1. Емкость фильтра выбирается из расчета 1 мкФ на 1 Вт мощности ламп. При меньших номиналах конденсатора свечение будет более тусклым.
Как только происходит подключение к сети, сразу начинает заряжаться конденсатор С4. При достижении 30 В пробивается динистор CD1 и импульсом напряжения открывается транзистор T2, затем начинает работать полумостовой автогенератор из транзисторов T1, T2 и трансформатора TR1 c двумя противофазно включенными первичными и одной вторичной обмотками. Резонансная частота последовательного контура из конденсаторов С2, С3, дросселя L1 и генератора близки по величине (45-50 кГц). Когда напряжение на конденсаторе С3 поднимется до величины пуска, лампа зажигается. При этом снижаются частота генератора и напряжения, а дроссель ограничивает ток. Из-за высокой частоты его габариты небольшие.
Неисправности и ремонт
Сгоревшие детали в схеме часто видно. Как проверить электронный балласт? Чаще всего из строя выходят транзисторы. Перегоревшую деталь можно обнаружить визуально. Когда производится ремонт своими руками, рекомендуется проверить парный с ним транзистор и расположенные рядом резисторы. По ним не всегда видно сгоревшие. Вздутый конденсатор обязательно меняется. Если сгоревших деталей несколько, ремонт балласта не делается.
Иногда после выключения ЭПРА лампа продолжает слабо мерцать. Одной из причин может быть наличие потенциала на входе при отключении нуля. Схему надо проверить и сделать подсоединения своими руками, чтобы выключатель был установлен на фазу. Возможно, что остается заряд на конденсаторе фильтра. Тогда к нему следует подключить параллельно сопротивление для разрядки на 200-300 кОм.
Из-за скачков напряжения в сети часто необходим ремонт светильников с электронным балластом. При неустойчивом электроснабжении лучше применять электромагнитный дроссель.
Компактная лампа (КЛЛ) содержит ЭПРА, встроенный в цоколь. Ремонт ЛЛ низкой цены и качества производится по следующим причинам: сгорание нити накала, пробой транзисторов или резонансного конденсатора. Если сгорела спираль, ремонт своими руками ненадолго продлит срок службы и лампу лучше заменить. Ремонт ЛЛ, у которых обгорел слой люминофора (почернение колбы в области электродов), также производить нецелесообразно. При этом исправный балласт можно использовать как запасной.
Обгорание люминофора на люминесцентной лампе
Ремонт электронного балласта долго не потребуется, если модернизировать КЛЛ, установив своими руками NTS-термистор (5-15 Ом) последовательно с резонансным конденсатором. Деталь ограничивает пусковой ток и надолго защищает нити накала. Целесообразно также сделать вентиляционные отверстия в цоколе.
Устройство вентиляции своими руками для отвода тепла от балласта
Аккуратно сверлятся отверстия рядом с трубкой для ее лучшего охлаждения, а также около металлической части цоколя, чтобы отвести тепло от деталей балласта. Подобный ремонт возможен только в сухих помещениях. Посередине можно сделать третий ряд отверстий сверлом большего диаметра.
Ремонт с установкой термистора производится с выпаиванием проводника на нижней площадке с припоем. Затем отгибается выпуклая часть цоколя от стеклянной колбы и освобождается второй провод. После цоколь снимается и обеспечивается доступ к печатной плате. После того как ремонт будет закончен, цоколь устанавливается в обратной последовательности.
Изготовить своими руками
Трубчатые ЛЛ длиной 1200 мм недорого стоят и могут освещать большие площади. Светильник можно изготовить своими руками, например, из 2 ламп по 36 Вт.
- Корпус – основание прямоугольной формы из негорючего материала. Можно использовать бывший в употреблении светильник, для которого ремонт уже не требуется.
- ЭПРА подбирается под мощность светильников.
- На каждую из ламп понадобится по 2 патрона G13, многожильный провод и крепеж.
- Патроны для ламп крепятся на корпусе после выбора расстояния между ними.
- ЭПРА устанавливается в зоне минимального нагрева от ламп (обычно ближе к центру) и подключается к патронам. Каждый блок выпускается со схемой подключений на корпусе.
- Светильник крепится на стене или потолке с подключением к сети питания на 220 В через выключатель.
- Для защиты ламп желательно применять прозрачный колпак.
Замена. Видео
Как заменить электронный балласт в светильнике, наглядно расскажет это видео.
ЛЛ следует питать током высокой частоты, для чего хорошо подходит электронный балластник. Они содержат мало паров ртути, здесь требуется нормированный по времени и току подогрев нитей накала для выхода в рабочий режим.
Ремонт электронного балласта
Один, транзистор горит редко. Обычно, второй, так же, оказывается подпаленным и (или) пробиты (оборваны) диоды (когда один, а когда и все 4) выпрямителя.
Заодно, пробой транзистора тянет перегорание резисторов в базовой и (если стоят) в эммитерной цепи транзисторов.
В общем, ремонт ЭПРА, в первую очередь, заключается в проверке исправности ВСЕХ его элементов. Благо, их там не много и все «звонятся» без выпаивания.
Такого, как у Вас, транзистора я тоже не знаю.
Но, как правило, используются типа MJE13001(3, 5) или подобные.
Указанные транзисторы достаточно распространены, по этому, если возьмёте их, то не ошибётесь. Рекомендую менять сразу пару.
Даташиты на эти транзисторы легко отыскиваются в сети.
По этому, определиться будет не сложно.
При мощности Вашей ЛДС в 15Вт, вполне достаточно MJE13001. При правильной настройке инвертора, они даже греться не должны.
Можете поставить с запасом — MJE13003.
Остаётся вопрос, почему сгорел Ваш ЭПРА?
Если причины неочевидны (взял, и сгорел), то нужно приянть меры — обязательно поставить резистор, примерно, на 10Ом на входе ЭПРА. То есть, питание 220В подавать на на ЭПРА через этот резистор.
Ну, и раз залезли в схему, то грех не усовершенствовать её, увеличив ёмкость электролитического конденсатора фильтра до 10мкФ, и установив либо позистор параллельно ЛДС, либо термистор на 100-700Ом последовательно с резонансным конденсатором контура.
Очень полезно замерить режимы работы ЛДС, осциллограммы её тока и напряжения, а так же, токи транзисторов.
После этого, у Вашего ЭПРА появится шанс работать, как минимум, до расходования ресурса ЛДС.
Большое Вам спасибо за такой детальный и доступный для моего понимания ответ.
В суботу ждет радиобазар, а позже отпишу что получилось.
Еще раз спасибо.
vistv. судя по фото — ЭПРА «знакомый».
Всё, что я рекомендовал, к нему относится в полной мере.
Только меня смущает поплывшая изоляционная лента на дросселе, что говорит о его сильном нагреве.
Как бы там межвиткового не было.
Стоит проверить до включения после ремонта.
Теперь моя очередь
В субботу, наконец-то, дошли руки до лампы. Еще раз проверил спирали. ОБРЫВ Одна из спиралей в непосотянном обрыве: то звонится, то нет. Отсюда вопрос: можно ли что-нибудь сделать? Раньше, помню, ЛДС запускали с помощью умножителя напряжения. Может что-то можно сделать с ЭПРА?
Естественно, если обе спирали закоротить, то получится бомба замедленного действия.
Стоит ЛДС случайно не зажечься в течение пары секунд, и транзисторы постреляют.
Не стоит заведомо обрекать на гибель исправный ЭПРА.
Лучше его использовать для ремонта другой энергосберегайки или заменить им стандартный дроссель в светильнике с линейными ЛДС.
Ещё можно купить обычную стандартную ЛДС на 5-7-9-11Вт и приклеить вместо перегоревшей трубки. Получится самопальная энергосберегайка. Хотя и довольно корявая, но рабочая. Для помещений, типа «склад» или для коридора — подойдёт.
ChA. А транзисторы от этого не выгорят?
Ну, на этот предмет в нормальном балласте существует токовая защита. Ну и потом — не от хорошей же жизни такой вопрос возник. Правильное решение здесь — купить новую лампу
DWD. Не стоит заведомо обрекать на гибель исправный ЭПРА
Вот и я так думаю. Но лампу хочется зажечь. Наверное попробую поставить в прикроватный светильник — там можно будет тыкать в нее пальцем Если вообще перестанет зажигаться, попробую собрать умножитель. 4 диода и 4 конденсатора в корпус ЭПРА влезут. А плату отправлю в коробку к другим исправным — у меня их сейчас штук пять лежат разной мощности — про знакомого из магазина я писал выше
DWD. Ещё можно купить обычную стандартную ЛДС на 5-7-9-11Вт
Сгоревшвя лампа — 23Вт. И стояла в ванной комнате. Так что ЛДС надо тоже ватт на 20. Вообще, надо будет подумать, может соорудить для ванной комнаты такой светильник.
В данной статье я расскажу распространенные поломки современных «балластов» люминесцентных ламп, способы их ремонта, приведу аналоги радиодеталей, которые можно использовать для ремонта. Т.к. данные лампы еще довольно распространены в быту (например, у меня ежедневно используется 5 таких ламп), думаю, тема более чем актуальна.
Если у Вас перестала светить люминесцентная лампа, первым делом необходимо заменить саму люминесцентную «колбу». В ней может быть две неисправности: выход из строя одного из каналов (обрыв спирали накала) или банальный эффект «старения».
Если в темноте на включенной лампе наблюдается еле заметное свечение нитей накала, то, вероятней всего, поломка электронного «балласта» заключается в пробое конденсатора, соединяющего нити накаливания (см. рис. п.2). Его емкость 4,7n, рабочее напряжение 1,2kV. Лучше заменить на такой же, только с рабочим напряжением – 2kV. В дешевых балластах встречаются конденсаторы на 400 или даже 250V. Они и выходят первые из строя.
Когда действия из предыдущего абзаца не помогли, нужно начинать проверку радиодеталей с предохранителя на схеме. Он часто есть в наличии, но у меня на плате он отсутствует (см. рис. п.1).
Следующее на что следует обратить внимание – транзисторы (см. рис. п.1). Они могут выйти из строя из-за скачков напряжения, например, если дома стоит релейный стабилизатор напряжения, или часто Вами или соседями используется сварка. Данные транзисторы для замены можно найти в блоках питания энергосберегающих ламп. Т.к. такие лампы часто выходят из строя из-за поломок колбы, то схема и, соответственно, транзисторы, остаются рабочими.
Если таких лам нет, то можно заменить транзисторы аналогами. Аналоги транзисторов 13001, 13003, 13005, 13007, 13009 приведены в таблице ниже. Самими популярными заменами являются такие аналоги как КТ8164А и КТ872А.
Иногда нужно прозвонить остальные радиодетали и заменить их, в случае, если найдены поврежденные. После каждого этапа ремонта балласта люминесцентных ламп, первое их включение рекомендуется производить через последовательно включенную лампочку накаливания в 40 Ватт. По ее свечению можно будет увидеть наличие короткого замыкания.
Важно помнить, что современные электронные балласты – это импульсные устройства, которые включать без нагрузки (в нашем случае – люминесцентной лампы) строго запрещается, т.к. это приведет к выходу их из строя.
В случае если Вы все перепробовали, но ничего не помогло, или возиться с балластом нет желания, то можно использовать импульсный блок питания от энергосберегающей лампы. Его размеры настолько малы, что легко помещаются в некоторых корпусах для люминесцентных ламп. В таком случае нити накала люминесцентной лампы подключаются к контактам на плате, куда подключались контакты колбы энергосберегающей лампы. Мощность блока питания должна приблизительно соответствовать мощность лампы. Лично у меня 36W люминесцентную лампу питает блок питания от лампы 32W.
Источники: http://elquanta.ru/lampa/ballastniki-lyuminescentnykh-lamp.html, http://www.pro-radio.ru/repair/2616-3, http://best-chart.ru/remont-kompyuterov-telefonov-bytovoj-texniki/remont-elektronnyx-ballastov-lyuminescentnyx-lamp.html
