Назначение вспомогательной аппаратуры и схемы зажигания люминисцентных ламп

Люминисцентные лампы предназначены для работы в сетях напряжением 127 В или 220 В. Данный вид ламп не может быть зажжен без вспомогательной аппаратуры. Это связано с тем, что при подключении ее в сеть в начальный момент времени сопротивление внутри люминисцентной лампы очень высоко. Обусловлено это незначительной ионизацией газовой среды, приводящей к значительному сопротивлению и, как следствие, очень малому току. Для того, чтобы люминисцентная лампа зажглась необходимо повышенное напряжение, значение которого примерно в два раза выше, чем рабочее напряжение между электродами.


Содержание:

После зажигания процесс ионизации газа нарастает, отчего сопротивление уменьшается, а ток в цепи увеличивается до величины, характерной для короткого замыкания.

Поэтому после зажигания люминисцентной лампы, с целью снижения напряжения между ее электродами и ограничения тока, необходимо в цепь включать токоограничивающие сопротивление (дроссель).

На практике применяется несколько способов зажигания люминисцентных ламп, которые мы рассмотрим ниже.

Импульсное зажигание люминисцентной лампы

Для включения люминисцентной лампы в электрическую сеть по импульсной схеме используется дополнительная аппаратура – конденсаторы, дроссель и стартер, включаемые по схеме, показанной ниже:

Схема включения люминисцентной лампы в сеть

Стартер, который подключается параллельно к лампе, служит для автоматического включения и выключения цепи предварительного накала электродов. Представляет он из себя тепловое реле, у которого есть два электрода: один из них биметаллическая пластина, к которой приваривается молибденовый крючок, а второй имеет форму буквы Г и изготовлен из никелевой проволоки.

Реле размещено в небольшой колбе, наполненной неоном. Таким образом, стартер представляет собой маленькую неоновую газоразрядную лампу. В холодном состоянии между электродами теплового реле существует зазор величиной порядка 2 – 3 мм. Величина данного зазора строго калибрована и обусловлена напряжением зажигания неоновой лампы, которое должно быть меньше, чем напряжение сети, и меньше напряжения зажигания люминисцентной лампы с холодными электродами.

Ниже на рисунке показано в схематическом виде устройство стартера:

Схема стартера люминисцентной лампы

Подключаемый последовательно с лампой дроссель, представляющий собой катушку со стальным сердечником из изолированной проволоки. В схеме включения дроссель улучшает процесс зажигания лампы, ограничивает ток и поддерживает устойчивую работу люминисцентной лампы.

Для улучшения коэффициента мощности в цепь питания лампы подключают конденсатор С3. При подключении в цепь дросселя, коэффициент мощности снижается до 0,5 – 0,6, а при подключении конденсатора С3 он повышается до 0,9 – 0,95.

Назначение конденсатора С4 – устранение радиопомех.

Процесс зажигания протекает следующим образом. В момент подключения лампы в сеть электроды и стартеры оказываются под полным напряжением сети. Однако этого напряжения недостаточно, чтоб зажечь лампу. К тому же на момент включения электроды не могут быть нагреты, так как цепь разомкнута. Но подводимое напряжение сети к зазору между электродами стартера достаточно, чтобы вызвать в нем разряд. Тогда по электродам начинает протекать ток. Под действием тлеющего разряда биметаллическая пластина нагревается и, изгибаясь, приходит в соприкосновение с другим электродом стартера. Цепь стартера замыкается и начинается процесс нагрева электродов лампы. В результате нагрева электродов возникает термоэлектронная эмиссия, которая создает все условия для зажигания люминисцентной лампы. Между тем разряд в стартере прекратится, и биметаллическая пластина остывает, выпрямляется и затем размыкает электрическую цепь.

Наличие в цепи дросселя с большой индуктивностью приводит к возникновению импульса повышенного напряжения в момент размыкания стартера, который вызывает мощный дуговой разряд и зажигание лампы. При этом напряжение на лампе становится меньше, чем напряжение в сети. Это связано с возникновением на дросселе противодействующей ЭДС.

Стартер, подключенный параллельно лампе, оказывается под тем же уменьшенным напряжением, которое недостаточно, чтобы вызвать в нем новый разряд. Поэтому в процессе нормальной работы люминисцентной лампы стартер бездействует. Если процесс зажигания по каким-либо причинам оказался неудачным, стартер снова оказывается под полным напряжением сети, и процесс зажигания повторяется снова.

Импульсная схема зажигания люминисцентной лампы наряду с ее экономичностью и простотой имеет и ряд недостатков:

  • Невозможность мгновенного зажигания, так как изгиб биметаллической пластины стартера начинается по истечении некоторого времени;
  • Мигание лампы при зажигании;
  • Частые повреждения стартеров;

Быстрое зажигание люминисцентной лампы

В схемах быстрого зажигания люминисцентной лампы, в отличии от импульсных схем, отсутствует стартер. Именно поэтому такие схемы еще иногда называют бесстартерными. Принцип ее работы показан на рисунке ниже:

Схема быстрого зажигания люминесцентной лампы

При подключении лампы к сети ее электроды сразу начинают разогреваться от вторичных обмоток трансформатора накала. Быстрый разогрев электродов обеспечивается благодаря тому, что до момента зажигания потеря напряжения на балластном дросселе незначительна и накальные обмотки трансформатора имеют повышенное напряжение. Согласно этой схеме напряжение зажигания будет состоять из напряжения сети и напряжения накальных обмоток. Данное напряжение для устройств с номинальным напряжением в 127 В будет составлять 150 В, а для 220 В – 240 В. Быстрый разогрев электродов и повышенное напряжение обеспечивают надежное зажигание люминисцентной лампы.

Для получения повышенных напряжений применяют резонансные схемы и трансформаторы.

Ниже на рисунке приведен пример трансформаторной схемы быстрого зажигания с повышающим дросселем – автотрансформатором, который в период зажигания создает повышенное напряжение, а после зажигания в результате потери напряжения в его обмотках снижает напряжение до величины, обеспечивающей нормальный режим работы лампы:

Схема быстрого зажигания люминесцентной лампы с дроссель автотрансформатором

В резонансных схемах используют явление резонанса напряжения, при котором возникает скачок напряжения. На рисунке ниже приведена схема быстрого зажигания, в которой применено явление резонанса:

Резонансная схема быстрого зажигания люминесцентной лампы

Принцип работы данной схемы сводится к тому, что в момент включения лампы в сеть, пока она еще не зажглась, правильно подобранные дроссели Д1, Д2 и емкость конденсатора С реализуют резонансный контур, в котором пусковой ток достигает величины, достаточной для быстрого разогрева электродов. Одновременно на последовательно включенных дросселе Д2 и конденсаторе С возникает напряжение, в 1,5 – 2 раза превышающее напряжение сети, которое после разогрева электродов мгновенно зажигает лампу. В этот момент лампа становится проводником тока и оказывается параллельно включенной с дросселем Д2 и конденсатором С.

Условия резонанса нарушаются и ток в цепи СД2, а следовательно и ток в цепи разогрева электродов падает примерно в 4 раза по сравнению с пусковым. При этом ток накала становится меньше рабочего тока люминисцентной лампы, и электроды начинают работать в основном режиме самонакала. После чего зажженная лампа переходит в нормальный режим работы.

В схемах быстрого зажигания при нормальной работе электроды не отключаются от накальных обмоток трансформатора, следствием чего является потеря дополнительной мощности на частичный подогрев электродов.

По сравнению с импульсными схемами схемы быстрого зажигания имеют определенные преимущества:

  • Большая надежность работы пуско-регулирующей аппаратуры (ПРА);
  • Лучшие условия зажигания при низких температурах;
  • Продолжительность зажигания не превышает 1 – 1,5 сек;

Однако имеется и недостаток, а именно:

  • меньше коэффициент мощности;
  • выше потери в ПРА;

Мгновенное зажигание люминисцентных ламп

Данные схемы имеют особенность в том, что в них не производится предварительный накал электродов, а напряжение зажигания превосходит рабочее в 6 – 7 раз.

Если во всех ранее рассмотренных схемах электронная эмиссия происходила за счет нагревания электродов, то в схеме мгновенного зажигания она происходит за счет электрического поля повышенного напряжения. Для получения повышенного напряжения используют резонансные схемы.

На рисунке ниже приведена принципиальная схема мгновенного зажигания, в которой используется емкость и дроссель – трансформатор:

Схема мгновенного зажигания люминисцентных ламп

В момент включения лампы в электрическую сеть в резонансном контуре, образованном из индуктивности обмотки Б и емкости С, создается повышенное напряжение, способное зажечь люминисцентную лампу мгновенно. В процессе горения лампа своей проводимостью шунтирует емкость С, что приводит к нарушению условий резонанса и потере напряжения в обмотках Б и В, следствием чего становится падение напряжения на клеммах люминисцентной лампы и снижение его до номинальной величины.

Из-за отсутствия раскаленных электродов схемы мгновенного зажигания получили очень большое распространение во взрывоопасных помещениях, а также в помещениях с круглосуточным горением света без частых включений и отключений. В следствии высоких, хотя и кратковременных напряжений, в момент зажигания эти лампы несут угрозу для людей и требуют особых мер предосторожности при обслуживании. Процесс включения люминисцентных ламп с «холодными» электродами более тяжелый, чем с разогретыми, поэтому для подобных схем во избежание быстрого износа оксидного слоя электродов необходимо иметь лампы с усиленными электродами.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой: