admin / 23.09.2018

Пускорегулирующая аппаратура

Устройство ЭПРА

Мостовая схема инвертора

    Полумостовая схема инвертора

    Типичный ЭПРА состоит из следующих блоков:

    1. Фильтр электромагнитных помех — отфильтровывает как входящие в ЭПРА из сети помехи, так и проникающие из ЭПРА в электросеть.
    2. Выпрямитель.
    3. Схема коррекции коэффициента мощности (опционально).
    4. Сглаживающий фильтр.
    5. Инвертор.
    6. Балласт (дроссель).

    Инвертор может оснащаться устройством плавного регулирования яркости, требующим использования внешнего светорегулятора, специально предназначенного для управления электронным балластом.

    Схема ЭПРА может быть мостовой и полумостовой. Первая имеет вдвое большее количество ключевых элементов (как правило это мощные полевые транзисторы) и используется при больших мощностях ламп (сотни Ватт). Вторая схема применяется намного чаще и, хотя она имеет более низкий КПД по сравнению с мостовой, использование специальных микросхем-драйверов, управляющих ключевыми элементами ЭПРА (например, марки ICB1FL02G) в значительной степени компенсирует этот недостаток. Нужно отметить, что указанные микросхемы применяются и в мощных ЭПРА.

    Качественные ЭПРА, помимо перечисленных выше элементов, содержат встроенную защиту от перепадов напряжения сети, импульсных помех и запуска в отсутствие лампы. Линейка продукции включает в себя: стандартные, аналоговые (1-10В) и цифровые (DALI) ЭПРА. Возможности энергосбережения с управляемыми ЭПРА до 85 % по сравнению с традициональными ПРА.

    Работа ЭПРА

    Запуск лампы с ЭПРА.

    Работа ЭПРА делится на три фазы:

    1. Предварительный разогрев электродов лампы. Делает запуск лампы мгновенным, мягким (продлевает срок службы лампы) и возможным при низких температурах окружающей среды.
    2. Поджиг — ЭПРА генерирует импульс высокого (до 1,6 кВ) напряжения, вызывающего пробой газа, наполняющего колбу лампы.
    3. Горение — на электродах лампы поддерживается небольшое напряжение, достаточное для поддержания её горения.

    Принципиальная схема ЭПРА

    Схема ЭПРА для люминесцентной лампы чаще представляет собой двухтактный полумостовой преобразователь напряжения (реже встречается мостовая схема). В начале напряжение сети выпрямляется двухполупериодным диодным мостом и сглаживается фильтрующим конденсатором до постоянного напряжения 300…310 вольт (амплитудное значение сети 220·√2 вольт для синусоиды). Далее двухтактный полумостовой инвертор на двух n-p-n-транзисторах преобразует постоянное напряжение с диодного моста в высокочастотное напряжение. Нагрузкой преобразователя является тороидальный трансформатор с тремя обмотками, две из которых являются управляющим элементом, противофазно открывающим транзисторные ключи, а третья — рабочей, подающей на люминесцентную лампу переменное резонансное напряжение (значительно превышающее напряжение питающей сети). Следовательно, перед зажиганием люминесцентной лампы максимальный ток в резонансной цепи разогревает обе нити накала, а большое резонансное напряжение на конденсаторе, включённом параллельно лампе, зажигает её. Зажжённая лампа резко уменьшает своё сопротивление, закорачивая конденсатор — резонанс напряжений в цепи прекращается, однако уже зажженная лампа продолжает светиться. Преобразователь продолжает работать в автоматическом режиме, не меняя частоты с момента запуска, ограничивая своей индуктивностью ток в зажжённой лампе. Весь процесс зажигания длится меньше 1 с.

    Особенности люминесцентных ламп

    Создание этих необычных ламп (в простонародии — ламп дневного света) и начиная с 1938 года широкое их коммерческое применение внесли существенные изменения во всю мировую светотехническую действительность. Достаточно сказать, что на смену обычным лампам накаливания со средним сроком службы в 1000 часов пришли светильники, которые могут работать 12−15 тысяч часов и лучше освещать помещение. Переоценить это изобретение невозможно. Но нет ничего идеального.

    Кто не сталкивался с ситуацией, когда после нажатия на выключатель приходится какое-то время ждать полноценного освещения помещения? Вместо ровного свечения люминесцентных ламп, сначала происходит несколько вспышек. И лишь через несколько секунд получается желаемый результат — относительно ровное свечение. Но и дальше мерцание, пусть более спокойное и равномерное, продолжается.

    При этом от светильника исходит постоянный раздражающий шум. А если процесс включения освещения сопровождается заметным «гудением» и резкими непроизвольными вспышками, то даже неспециалисты с сознанием дела определяют, это «сгорел» стартер или «полетел» дроссель. Но зачастую менять ничего не спешат.

    Электроника на замену электромагниту

    Довольно тяжелый и внушительный по размеру аппарат уже давно устарел и технически и морально. На смену ему пришел электронный пускорегулирующий аппарат ЭПРА для люминесцентных ламп. Это электронное плато, состоящее из нескольких электронных элементов. Гораздо компактнее и легче, чем его предшественник, но, к сожалению, дороже. Хотя более высокая изначальная цена компенсируется экономией в ходе последующей эксплуатации.

    В общих чертах, предназначение ЭПРА не отличается от задач, выполняемых ЭМПРА. Главное для них — обеспечить условия для того, чтобы лампа могла бесперебойно работать. Но в достижении этой цели есть у ЭПРА и ЭМПРА отличие. Это их инструменты, посредством которых и осуществляется пуск. Понятно, что электроника выигрывает.

    Электронная составляющая ЭПРА позволяет запускать лампу буквально за полсекунды и обеспечивает ровный свет с минимальным мерцанием. Частота электронного механизма — 50000 Герц. ЭМПРА же обеспечивает частоту в 50 Герц. Глаз человека не может уловить скорости мерцания, но через некоторое время недостатки второго варианта становятся заметными.

    Плюсы и минусы электронного пускового механизма

    Если продолжать сравнение двух видов ПРА, то акцентировать внимание стоит на цифрах, понятных обычному потребителю, как правило, не сильно искушенному в технических тонкостях. А электрические схемы, порядок и специфику соединений, правильность заземления и прочие нюансы — это уже для специалистов.

    Итак, к преимуществам электронного механизма можно отнести следующее:

    • Расходной частью светильников с ЭПРА являются только лампы (причем срок службы у них в такой комплектации в два раза больше). В комплекте с электромагнитным пусковым устройством замене по срокам службы подлежат и стартер, и дроссель.
    • Электронный пусковой аппарат обеспечивает ровный, без мигания и вспышек, свет. Не раздражают светильники и постоянным шумом, который издает дроссель на старых вариантах.
    • Новый пусковой блок имеет несколько видов защиты лампы, что обеспечивает должный уровень пожарной безопасности.
    • За счет увеличения светоотдачи ЭПРА способствует экономии электроэнергии от 20 до 30%.
    • Светильники с электронным пусковым аппаратом возможно использовать в качестве аварийного освещения, т. к. предусмотрена его работа от постоянного тока, т. е. от аккумулятора.
    • Учитывая, что холодный пуск в несколько раз сокращает работу лампы, электронные пусковые блоки изготавливаются и в теплом варианте.

    Как у любого предмета, механизма, процесса, у электронного пускорегулирующего аппарата существует и обратная сторона, т. е. он не лишен недостатков. Причем эти недостатки не столько технического, сколько экономического характера. Главным образом пугает цена: если ЭМПРА в сборе стоит от 40 до 500 рублей, то комплект ЭПРА обойдется в 700−3000 р.

    На российском рынке можно встретить два варианта электронного пускового механизма:

    • Экономичный вариант (производство России, Китая, Беларуси, Турции), сопоставимый по цене с ЭМПРА, страдает серьезными недоработками. Например, у него отсутствует предохранитель от аномальных режимов работы сети.
    • Ко второму варианту относятся качественные, но дорогие ЭПРА финского и немецкого производства. Парадоксально, но именно в этом скрывается серьезный недостаток. Учитывая менталитет российского потребителя (дешевизна — первична, качество — вторично), стоит опасаться формирования принципиально негативного отношения к новому ЭПРА, как к техническому новшеству вообще.

    Трудно убедить человека принять такой алгоритм: купи дороже сейчас, а преимущества оценишь позже. Нужны весомые доводы. Последующая экономическая выгода — хорошо. Но здесь убедительнее будет информация о ЭПРА как о гаранте более комфортного и безопасного использования привычных люминесцентных ламп.

    Назначение и преимущества современных ПРА

    Назначение ПРА

    Лампа без дополнительных приспособлений не может быть зажжена. Для зажигания лампы необходимо повышенное напряжение, превышающее при­мерно вдвое рабочее напряжение между электродами лампы. После зажига­ ния лампы, в момент, когда процесс ионизации в ней резко возрастает, в цепь лампы должно включиться (автоматически) токоограничивающее со­ противление (дроссель).

    Преимущества современных ПРА

    Электронные ПРА преобразовывают сетевое напряжение в ВЧ колебания с частотой 35,..50 кГц. Вследствие этого 100-герцевое мерцание, возникаю­ щее как стробоскопический эффект, например, при вращающихся деталях машин, будет практически невидимым.

    Еще одним преимуществом работы с ЭПРА является дополнительная экономия энергии (около 25%) при равных световых потоках, складываю­щаяся из увеличенной на 10% световой отдачи лампы при работе с высокой частотой и сокращения потерь более чем в 2 раза, при использовании ЭПРА по сравнению с использованием электромагнитных ПРА.

    Определение и принцип действия классического ПРА

    Пускорегулирующий аппарат (ПРА) — это светотехническое изделие, с помощью которого осуществляется питание люминесцентной (и всякой другой) газоразрядной лампы от электрической сети, обеспечиваются необходимые режимы зажигания, разгорания и работы газоразрядной лампы, конструктивно оформленное в виде единого аппарата, либо в нескольких отдельных блоках.

    В цепях люминесцентных ламп используют аппараты для зажигания импуль­сом напряжения. Схема такого включения люминесцентной лампы со стартером тлеющего разряда показана на рис. 14.12.а, а сам стартер — на рис. 14.12.в.

    При подаче напряжения сети в инертном газе, наполняющем баллон стартера, зажигается разряд, в результате нагреваются биметаллические кон­ такты стартера и они замыкают цепь. Этим обеспечивается подогрев элект­родов люминесцентной лампы током. Тлеющий разряд при этом прекраща­ ется. После остывания контакты стартера размыкаются.

    За счет энергии, запасенной в магнитном поле дросселя, возникает им­пульс напряжения, обеспечивающий пробой межэлектродного промежутка лампы и ее зажигание. Конденсатор в стартере увеличивает длительность импульса напряжения и содействует более надежному зажиганию лампы. Он также подавляет радиопомехи.

    Одна из применяемых на практике схем включения люминесцентной лампы показана на рис. 14.12.5.

    Но есть и исключения. Например, лампы с горелкой и нитью накала в колбе не требуют специальных устройств для включения и могут включать­ ся прямо в сеть. Такие лампы называются ртутно-вольфрамовыми.

    Пускорегулирующие аппараты со стартерным зажиганием для ламп ЛЛНД

    Рассмотрим более подробно пускорегулирующие аппараты. Люминесцент­ные лампы включаются в сеть совместно с пускорегулирующими аппаратами. Стартерный пускорегулирующий аппарат (ПРА) состоит из дросселя и стар­ тера, иногда могут применяться конденсаторы. Дроссель служит для стабили­зации режима работы лампы. Срок службы дросселей и конденсаторов в ПРА примерно 10 лет. Наиболее ненадежная часть установки — стартер. Потери мощности в ПРА значительны — они достигают 30% мощности лампы.

    При зажигании лампы стартер не размыкает свои контакты в течение време­ни, необходимого для разогрева электродов лампы до температуры термоэлект­ ронной эмиссии, быстро размыкает контакты после разогрева электродов, под­ держивает контакты разомкнутыми во время горения лампы.

    На рис. 14.13 представлена схема устройства стартера тлеющего разряда. Он представляет собой баллон из стекла, наполненный инертным газом, в котором находятся металлический и биметаллический электроды, выводы которых соединены с выступами в цоколе для контакта со схемой лампы.

    При включении лампы согласно схеме (рис. 14.13.а) на электроды лампы и стартера подается напряжение сети Uc , которого достаточно для образова­ния тлеющего разряда между электродами стартера. Поэтому в цепи проте­кает ток тлеющего разряда стартера 1ТЛ = 0,01…0,04 А.

    Тепло, выделяемое при протекании тока через стартер, нагревает биме­ таллический электрод, который выгибается в сторону другого электрода. Через промежуток времени тлеющего разряда tra = 0,2…0,4 с контакты стартера замыкаются (момент tj на рис. 14.13.в) и по цепи начинает течь пусковой ток 1пусю величина которого определяется напряжением сети и сопротивлениями дросселя и электродов лампы.

    Этого тока недостаточно для нагревания электродов стартера, и биметал­лический электрод стартера разгибается, разрывая цепь пускового тока. Предварительно пусковой ток разогревает электроды лампы. Благодаря на­ личию в цепи индуктивности, при размыкании контактов стартера в цепи возникает импульс напряжения в момент времени t 2 , зажигающий лампу. Время разогрева электродов лампы составляет 0,2…0,8 с, его в большинстве случаев недостаточно, лампа может не загореться с первого раза, и весь процесс может повториться.

    Общая длительность пускового режима лампы 1пуск составляет 5…15 с. Дли­ тельность пускового импульса при размыкании контактов стартера составляет 1…2 мкс. Этого недостаточно для надежного зажигания лампы, поэтому парал­лельно контактам стартера включают конденсатор емкостью 5…10 пФ.

    ЭЛЕКТРОННЫЙ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЙ АППАРАТ

    ЭПРА ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП — И СВЕТОДИОДНЫХ

    Включение газоразрядных ламп, в чисто которых входят всем известные люминесцентные лампы, имеет ряд особенностей. Для возникновения разряда между электродами в среде газа требуется импульс высокого напряжения между предварительно прогретыми электродами.

    Во время работы ток разряда должен ограничиваться специальным балластом, функции которого выполняет дроссель – катушка с большой индуктивностью.

    Пускорегулирующая аппаратура, разработанная для включения люминесцентных ламп имела множество существенных недостатков:

    • низкая надежность стартера из-за наличия контактной группы;
    • громоздкий тяжелый и шумный дроссель;
    • мерцание ламы с частотой питающей сети;
    • длительный процесс зажигания ламп;
    • затрудненный пуск при низкой температуре;
    • низкий КПД;
    • высокий уровень электромагнитных помех.

    На смену устаревшим пусковым агрегатам были разработаны электронные устройства, которые не содержат механических контактов и тяжелого и габаритного дросселя.

    Малые габариты современных электронных пускорегулирующих устройств (ЭПРА) дали толчок дальнейшему развитию и широкому распространению малогабаритных люминесцентных ламп, которые в народе прозвали «экономками».

    Новое оборудование полностью свободно от перечисленных недостатков и, к тому же, увеличивает продолжительность работы источников света за счет плавного разогрева нитей накаливания.

    Кроме того, ЭПРА имеет следующие достоинства:

    • отсутствуют механические контакты;
    • питание производится высокочастотным напряжением, что полностью исключает мерцание;
    • малые габариты и вес;
    • высокий КПД за счет введения цепей коррекции мощности;
    • минимум сетевых помех и практически полное отсутствие электромагнитных.

    Работа лампы с электронным запуском включает несколько последовательных стадий:

    1. Разогрев нитей накаливания.
    2. Инициирование разряда в среде газа между электродами.
    3. Поддержание горения.

    Все этапы включения полностью контролируются электронной схемой ЭПРА, которая состоит из следующих элементов:

    Входной фильтр. Не пропускает помехи от ЭПРА в сеть и наоборот. Корректор мощности. Устанавливается, в основном в дорогих и мощных пускателях. Сглаживающий фильтр. Исполняется в виде электролитического конденсатора большой емкости.

    Также в состав устройства входят инверторная схема преобразования напряжения и малогабаритный дроссель.

    В инверторе используются мощные высоковольтные транзисторные ключи, которые включены в мостовую схему с автогенерацией или управляются специальной микросхемой. В диагональ моста включен многообмоточный резонансный трансформатор, одна из обмоток которого включена последовательно с нитями накала и резонансным конденсатором.

    При включении лампы напряжение обмотки трансформатора разогревает нити накала, а затем, за счет резонанса, происходит разряд конденсатора между электродами.

    Межэлектродный разряд уменьшает сопротивление рабочей среды лампы, в результате чего резонансный конденсатор оказывается закороченным и резонанс пропадает. Оставшегося значения напряжения достаточно для нормального горения. Ток разряда ограничивается дросселем, включенным последовательно с электродами.

    ЭПРА ДЛЯ ПИТАНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП

    Первоначально конструкции ЭПРА разрабатывались для замены старых дроссельно-стартерных устройств для установки в классические светильники с люминесцентными лампами. Для облегчения перехода на новую аппаратуру, ее габаритные размеры, как говорилось выше, делали схожими со старыми устройствами.

    Такой подход позволял без изменения технологических линий по производству светильников устанавливать электронные пускатели.

    Использование миниатюрных SMD компонентов и совершенствование схемотехники позволили создавать ЭПРА с минимальными габаритами. Такие устройства помещаются в стандартный цоколь типоразмера Е27 или даже Е14, что привело к широкому распространению энергосберегающих люминесцентных ламп обладающих большим разнообразием:

    • форм;
    • мощностей;
    • цветов и оттенков свечения.

    Основными характеристиками электронного пускателя для люминесцентных ламп является допустимая мощность светильника и количество одновременно подключаемых источников. Некоторые типы имеют режим плавного пуска. При этом после нажатия клавиши включения освещения светильник загорается через время от одной до нескольких секунд.

    В подобных устройствах за счет схемотехнических решений разряд резонансного конденсатора происходит только после полного прогрева нитей накаливания. Лампы, включаемые через такой пускатель меньше изнашиваются, поэтому срок их службы возрастает.

    Некоторые модели дешевых пускорегулирующих аппаратов имеют низкое качество изготовления. Особенно это касается параметров электролитического конденсатора фильтра. Малая емкость приводит к заметным пульсациям света, а низкое граничное напряжение увеличивает вероятность выхода конденсатора из строя.

    Очень опасны модели, в которых мощные ключевые транзисторы крепятся радиатором к металлическому корпусу устройства через пластиковую изоляцию. Через некоторое время работы пластик под действием нагрева транзистора деформируется и радиатор замыкается на корпус.

    Прикосновение к такому блоку во время его работы приводит к удару электрическим током.

    В начало

    ЭПРА ДЛЯ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ И ПАНЕЛЕЙ

    Сразу следует заметить, что пускорегулирующая аппаратура для светодиодных ламп и других LED источников света не существует! Как бы не утверждали продавцы магазина или консультанты в интернет-сервисах, это свидетельствует лишь о их некомпетентности.

    Светодиодные источники света в пусковых устройствах типа ЭПРА не нуждаются. Необходим источник постоянного напряжения, а в идеальном варианте – стабилизатор тока.

    Такие устройства называются драйверами. Они формируют напряжение на выходных клеммах в соответствии с подключаемым источником света и ограничивают или стабилизируют значение выходного тока в определенных пределах.

    Дело в том, что светодиоды нормально функционируют только в узком диапазоне протекающего через них тока. Меньшее значение снижает яркость, а высокое вызывает резкое снижение срока службы вплоть до мгновенного перегорания излучающего диода. Светодиод, как полупроводниковый элемент, обладает ярко выраженной зависимостью величины сопротивления от температуры, поэтому ее изменение всего на несколько градусов способно вызвать критический рост тока.

    Чем отличается стабилизатор напряжения от стабилизатора тока?

    Если выразить простыми словами, то стабилизатор напряжения имеет на выходе стабильное напряжение при том, что ток потребления подключенных устройств может меняться в широких пределах.

    Иная ситуация в случае стабилизатора тока. Здесь обеспечивается стабильное значение тока при различных сопротивлениях нагрузки. При этом значение напряжения стабилизатора может изменяться в достаточно широком диапазоне.

    Данная характеристика накладывает ограничение на совместимость устройств различных типов. К источнику тока нельзя подключать светодиодные светильники иной мощности, чем той, что указана в спецификации. Нельзя подключать параллельно несколько ламп. В крайнем случае возможно последовательное подключение, но это если позволяет диапазон выходных напряжений.

    Пример.

    Драйвер (именно так именуется в настоящее время стабилизатор тока) рассчитан на выходной ток 100 мА и 12 — 24 В выходного напряжения. Можно подключать:

    • светодиодную лампу 100 мА 12 В или 100 мА 24 В;
    • две лампы 100 мА 12 В, соединенные последовательно;
    • две лампы 50 мА 12 – 24 В, соединенные параллельно.

    Схема драйвера может быть выполнена быть выполнена как на основе трансформатора, так и при помощи инвертора, что в настоящее время составляет подавляющее большинство устройств. Драйверы с изменяемым значением выходного тока используются для регулировки яркости LED светильников.

    Большинство компактных ламп выпускаются со встроенными драйверами, освобождая покупателя от мук выбора. Использование отдельных драйверов необходимо только в случае использования светодиодных лент или изготовления светильников из отдельных светодиодов или матриц.

    Приобретая светодиодные панели с фиксированными размерами, желательно сразу же рассчитывать на драйвер с рекомендуемыми параметрами.

    В начало 

FILED UNDER : Справочник

Страницы