Для чего нужен дроссель в люминесцентных лампах

Для чего нужен дроссель для люминесцентных ламп?

Подключение лампы с электромагнитным дросселем

Электромагнитный дроссель находит применение в цепях коммутации люминесцентной лампы.

Назначение дросселя – формирование импульса для пробоя газонаполненной среды и поддержание необходимого напряжения и тока в схеме и на контактах элементов работающего светильника. Принцип работы дросселя основан на способности катушки индуктивности извлекать энергию из источника тока и сохранять ее в виде магнитного поля.

Чтобы выяснить, как работает дроссель, нужно рассмотреть свойства катушки индуктивности. Она плохо проводит переменный ток или совсем не проводит его. Индуктивность измеряется в Генри (Гн) и ее значение можно увеличить путем применения сердечника, оно таким образом повышается в несколько раз.

Во время замыкания контактов выключателя величина тока на катушке постепенно возрастает, а при размыкании сначала растет многократно, а затем плавно уменьшается. В соленоиде этот параметр не изменяется мгновенно.

Дроссель для люминесцентных ламп – это катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником. Он находит применение только в электрических цепях, в которых предусмотрено наличие электромагнитного ПРА.

На картинках показана схема подключения газоразрядной лампы низкого давления с использованием электромагнитного дросселя.

• 2 – электроды лампы;
• 1 – колба (трубка);
• Ст – стартер;
• С1 – конденсатор, находящийся в одном корпусе со стартером;
• С2 – конденсатор, повышающий коэффициент мощности;
• Д – дроссель.

При замыкании выключателя ток протекает по следующему пути: «дроссель – электрод лампы – стартер – второй электрод лампы – сеть».

Величины этого тока очень мало для зажигания лампы. Но его значения хватает для нагревания электродов стартера и появления в нем тлеющего разряда. Напряжение этого разряда меньше напряжения сети, но больше напряжения работающей лампы.

Разогретый биметаллический электрод в стартере замыкается со вторым, после чего тлеющий разряд между ними гаснет, электроды остывают и занимают первоначальное положение.

В момент замыкания электродов в стартере ток в схеме значительно возрастает и электроды люминесцентной лампы начинают нагреваться. В то же время при размыкании цепи на дросселе (в результате самоиндукции) происходит скачок напряжения, который, складываясь с входным напряжением сети, создает условия для включения лампы.

К этому моменту температура на электродах лампы успевает повыситься до значения, необходимого для эмиссии, а дросселирующее устройство создает высоковольтный импульс. Поэтому в лампе создаются условия для возникновения тлеющего разряда, который сначала происходит в аргоновой среде до тех пор, пока ртуть, помещенная в колбу, не перейдет полностью в парообразное состояние. После этого разряд будет происходить в ртутных парах, и лампа войдет в стабильный рабочий режим.

Напряжение на работающей лампе меньше сетевого за счет его падения на дросселе. Поскольку для срабатывания стартера напряжение на нем должно превышать величину напряжения на включенной лампе, повторно разряд в этом приборе не зажжется.

Зажигание лампы происходит при условии совпадения по фазе импульса дросселируемого напряжения и напряжения сети. Но поскольку совпадения этих значений относительно разбросаны по времени, стартер может срабатывать неоднократно перед тем, как лампа войдет в рабочий режим. В этом случае наблюдается мигание лампы в процессе включения. Одновременно в стартере создаются радиопомехи, для подавления которых служит конденсатор, находящийся в общем со стартером футляре.

Так выглядит электромагнитный дроссель

Это означает, что кроме зажигания этого осветительного прибора дроссель необходим для ограничения возрастания тока разряда до величины, при достижении которой лампа выходит из строя.

Все, изложенное выше, объясняет, для чего нужен дроссель.

В результате того, что он ограничивает ток в схеме работающей лампы, он представляет собой дополнительную нагрузку (балласт) и на нем теряется какая-то часть мощности. По уровню этих потерь дроссели делятся на следующие классы: D – с обычными; C – с пониженными; B – с особо низкими.

Дроссель для люминесцентных ламп: схема подключения

Опубликовал(а): Николай Афанасьев
Обновлено: 12.01.2021

Люминесцентные лампы (лампы дневного цвета), которые широко используются и на производствах, и в общественных учреждениях, и в быту не могут подключаться в электросеть так же просто, как и лампы накаливания. Для обеспечения их пуска и работы существуют специальные устройства, одним из которых является дроссель для люминесцентных ламп. О нем и пойдет речь.

Дроссель для люминесцентных ламп

Дроссель для люминесцентных ламп

Независимо от победоносного «наступления» светодиодных ламп ведут, еще очень большое количество светильников с люминесцентными лампами будут работать, пока не выработают свой ресурс. Вдобавок на складах есть хороший запас ламп на смену вышедшим из строя. Скорее всего, переход на полностью светодиодное освещение займет не один десяток лет. И тема эксплуатации и ремонта светильников с газоразрядными ртутными лампами низкого давления (ГРЛНД – именно так по-научному называются люминесцентные лампы) будет еще актуальной очень долго.

Как происходит запуск и работа люминесцентных ламп при помощи дросселя

Для того чтобы понять для чего нужен дроссель стоит кратко рассмотреть устройство люминесцентной лампы, самый распространенный вид которой – это линейная люминесцентная лампа цилиндрической формы. Устройство люминесцентной лампы показано на следующем рисунке

Устройство люминесцентной лампы

Линейная люминесцентная лампа – это герметичный цилиндр из тонкого стекла (1) из которого выкачан воздух и закачан инертный газ (чаще всего это аргон) или смесь газов под давлением примерно 400 Па, что в 250 раз меньше атмосферного давления. Именно из-за сниженного давления лампа разбивается с характерным хлопком. Кроме этого, в колбу лампы строго дозировано помещено некоторое количество ртути, которая при таком разрежении находится преимущественно в газообразном виде.

На торцах трубки есть стеклянные ножки (2) в которые вплавлены электроды (3) – по два с каждой из сторон. Между электродами размещается вольфрамовая спираль, которая покрыта специальным химическим соединением – сочетанием оксидов бария, стронция и кальция (BaO, SrO и CaO) и тугоплавкой присадки на основе циркония (ZrO₂ или MgZrO₃). При нагреве этого состава свободные электроны разгоняются до таких скоростей, что способны покинуть кристаллическую решетку и «выпрыгнуть» в окружающее пространство. Такое явление называют термоэлектронной эмиссией, и оно широко используется как в люминесцентных лампах, так и в вакуумных электронных лампах.

На концах трубки сделаны цоколи (5) с контактными штырьками (4) с помощью которых лампа подключается в светильнике. На внутреннюю поверхность колбы лампы нанесен люминофор (9) — галофосфаты кальция или ортофосфаты кальция-цинка. Если люминофор облучать ультрафиолетовым (невидимым для глаз и вредным) излучением, то он начинает излучать свет уже в видимом диапазоне. Именно от состава люминофора и зависит цветовая температура, спектр и цветопередача люминесцентной лампы.

Чтобы понять роль дросселя для люминесцентных ламп, надо посмотреть, как он устроен. Его еще могут называть балластом или ЭмПРА (электромагнитный пускорегулирующий аппарат). Конструктивно дроссель – это катушка индуктивности, намотанная на сердечнике из ферромагнитных сплавов. Он замкнутый подобный трансформаторному, но только с одной обмоткой, выполненной медным эмаль-проводом. Следующий рисунок наглядно показывает «внутренний мир» дросселя для люминесцентных ламп.

Электромагнитный дроссель для люминесцентных ламп после «вскрытия»

Сердечник дросселя не цельный, а набран из отдельных пластин. Это сделано для того, чтобы в нем не возникали под действием переменного магнитного поля вихревые токи Фуко, которые способны сильно разогреть и даже при определенных условиях расплавить металл. Рассмотрим, как подключается люминесцентная лампа, какие происходят процессы при ее запуске и горении и узнаем про роль дросселя в них.

Схема №1: Подключение одной люминесцентной лампы

Как видно из представленной принципиальной схемы дроссель подключается последовательно лампе. Параллельно лампе подключен стартер с конденсатором C2, а параллельно питающему напряжению также подключен конденсатор C1. Что происходит, когда на такую схему подают сетевое напряжение 220 В?

• Лампа в «холодном» состоянии не имеет в составе газов свободных зарядов, поэтому имеет очень высокое сопротивление. Поэтому, когда подают напряжение, ток через лампу не течет, а он начинает протекать по цепи стартера.

• Стартер представляет собой небольшую неоновую лампу (3), в колбе которой находятся пара электродов – один неподвижный (2), а другой подвижный (1) в виде биметаллической пластины. При нагреве она будет изгибаться и приходить в контакт с неподвижным электродом. Каждая из люминесцентных ламп должна иметь свой стартер, подключаемый ей параллельно. Если светильник двухламповый, то он может иметь один дроссель, но стартер индивидуален для каждой. Двухламповый светильник подключают по следующей схеме.

• Из данной схемы видно, что дроссель имеет мощность – не менее, чем сумма мощностей люминесцентных ламп, а стартеры рассчитаны на напряжение не 220 В, а на 127 В, так как лампы включены последовательно. Очень распространенная ошибка при монтаже люминесцентных светильников – это включение не соответствующего стартера. Рабочее напряжение и мощность подключаемых ламп всегда указывается на корпусе стартера.

• При подключении люминесцентного светильника к сети ток начинает протекать через дроссель, далее через одну из спиралей катода лампы, затем через тлеющий разряд стартера, потом через спираль другого катода лампа и далее уходить в сеть. Величина силы тока в этом случае небольшая (примерно 30—50 мА). Этого недостаточно для разогрева спиралей катодов, но вполне хватает для поддержания тлеющего разряда стартера, который будет подогревать электроды.
• Биметаллический электрод в стартере от нагрева изгибается, приходит в контакт с неподвижным электродом. Ток в цепи резко возрастает до примерно 600 мА, так как он будет определяться только сопротивлением дросселя и спиралей катодов лампы. Тлеющий разряд в колбе стартера гаснет и электроды остывают, так как сопротивление контакта ничтожное. Возросший ток приведет к тому, что спирали в лампе нагреются (за 1—2 секунды до 800 °С), при этом интенсивно испуская электроны из-за явления термоэлектронной эмиссии. В результате возле катодов лампы образуется «электронный газ», который будет способствовать пробою и зажиганию разряда.
• После остывания электродов в колбе стартера биметаллический электрод размыкается и здесь начинается самое интересное. Благодаря явлению самоиндукции при разрыве цепи в дросселе наводится ЭДС (электродвижущая сила) самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока в цепи. Причем наводимая ЭДС совпадает по фазе с ЭДС сети, что приводит к резонансному ее скачку до значений выше 1 тысячи вольт, а это вызывает «пробой» газа в колбе лампы и зажигание дуги.

• Высоковольтный импульс возникшей ЭДС самоиндукции очень непродолжителен по времени, которого может не хватить на запуск лампы. Кроме этого, этот импульс может спровоцировать искровой дуговой разряд в стартере. Для предотвращения этого параллельно лампе стартера установлен конденсатор (C2 на первой схеме). Другой его задачей является увеличение временного промежутка действия ЭДС самоиндукции. Конденсатор, заряжаясь проводит переменный электрический ток, а напряжение на его пластинах возрастает постепенно. Как только напряжение на электродах конденсатора достигнет определенного порогового значения – происходит возникновение дугового разряда в лампе, но искрения электродов стартера при этом не будет.
• Возле катодов лампы присутствуют эмитированные при разогреве спиралей электроны. Когда на лампе появляется повышенное напряжение, электроны приходят в движение, разгоняются до больших скоростей и при столкновении с атомами инертного газа «выбивают» с внешней орбиты электроны. Образуется большое количество электронов и положительно заряженных ионов инертного газа. Этот процесс ударной электронной ионизации лавинообразно нарастает и в колбе лампы начинает протекать переменный электрический ток.

• Разогнанные электроны сталкиваются в том числе и с атомами ртути, при этом происходит их «возбуждение». Электроны с внутренних орбит после получения «порции» кинетической энергии от «бомбардировки» переходят на внешние орбиты. Но в таком состоянии атом не может существовать долго, поэтому электроны возвращаются на свои «родные» орбиты, но при этом выделяют энергию в виде квантов ультрафиолетового излучения, которые облучают люминофор, а он уже излучает свет в видимом диапазоне.
• С появлением электрического разряда в колбе лампы резко падает ее электрическое сопротивление. Если этот процесс оставить бесконтрольным, то это приведет к росту тока до недопустимых величин. Ток ограничивает именно дроссель, который имеет и активное (оно незначительное) и реактивное сопротивление. Так как сопротивление лампы падает, то падение напряжения на ней будет недостаточное для того, чтобы в стартере зажегся тлеющий разряд. Специалисты говорят, что лампа шунтирует стартер. Поэтому во время работы исправной лампы он бездействует.
• Конденсатор C1, подключенный параллельно питающему напряжению, служит для того, чтобы компенсировать реактивную мощность дросселя, так как ток отстает по фазе от напряжения на определенную величину, характеризуемую коэффициентом мощности (cosφ), который указывается на дросселе. О правилах подбора конденсатора C1 мы расскажем ниже.

• Если отключить напряжение питания на светильнике, то разряд в лампе погаснет, все ионизированные атомы опять обретут свои электроны и станут нейтральными – произойдет рекомбинация. Сопротивление в колбе лампы опять вырастет и для ее запуска опять нужно задействовать стартер и дроссель.

Видео: Принцип работы люминесцентной лампы

Достоинства и недостатки электромагнитных дросселей для люминесцентных ламп

Электромагнитные дроссели самыми первыми стали использоваться совместно с люминесцентными лампами. Применяются они и до сих пор. Преимуществами ЭмПРА (балластов) являются:

• Простота конструкции дросселя и его подключения.
• Высокая надежность в случае применения с соответствующими лампами.
• Долговечность – срок службы дросселя составляет не менее 10 лет. В старых светильниках некоторые дроссели работают уже по 40—50 лет.
• Низкая цена, которая является следствием простоты конструкции.

Однако, электромагнитные дроссели не лишены и недостатков. К ним можно причислить:

• Продолжительный по времени процесс запуска лампы. Он составляет примерно 1—10 сек и зависит от степени износа лампы.
• ЭмПРА сам является потребителем энергии, так как ее часть тратится на разогрев. Потери могут составлять 15—20%. Дроссель может нагреваться до 100°C и выше, что делает его пожароопасным.
• Небольшой коэффициент мощности (cosφ), который без компенсирующих конденсаторов находится в пределах 0,35—0,50. Это очень мало.
• Дроссели при работе могут издавать низкочастотный гул дискомфортный для слуха. Особенно это касается низкокачественных и старых ЭмПРА.
• При работе с электромагнитным дросселем лампы мигают с частотой 100 Гц. Это утомляет зрение и опасно для освещения движущихся механизмов, так как стробоскопический эффект может создать иллюзию их неподвижности.
• Дроссель хоть и способен сглаживать пульсации напряжения в сети, но только незначительные. При нестабильном напряжении возможно мерцание лампы и повышенная шумность дросселя.
• Лампы, работающие с ЭмПРА, изнашиваются скорее, чем с современными электронными устройствами запуска.
• Дроссели имеют большие габариты и значительную массу (до нескольких килограмм).
• При низких температурах светильники со стартерно-дроссельной схемой подключения могут не зажигаться. Это ограничивает их применение в уличном освещении.

Современные схемы включения люминесцентных ламп предполагают применение электронного балласта, называемого также ЭПРА, что означает Электронный Пускорегулирующий Аппарат. Качественный ЭПРА лишен всех недостатков, характерных для ЭмПРА, но имеет единственный – высокую цену. Этому устройству обязательно будет посвящена отдельная статья на нашем портале.

Как подбирать электромагнитный дроссель

Естественно к какой-то определенной люминесцентной лампе не может подключаться любой дроссель, его надо подбирать по следующим характеристикам:

• Рабочее напряжение и частота. Для наших электросетей нас должны интересовать дроссели с напряжением 220—240 В и частотой 50 Гц.
• Мощность дросселя, которая должна соответствовать мощности лампы. Если к ЭмПРА будет подключаться две лампы по Схеме 2, то мощность дросселя должна соответствовать сумме мощностей ламп. Это всегда указывается на маркировке дросселя и чаще всего указывается как типы и количество ламп, так и приведены принципиальные схемы подключения.
• Ток лампы или группы ламп, который протекает в том числе и через дроссель. Он указывается в Амперах на корпусе дросселя.
• Коэффициент мощности, который может обозначаться или cosφ, или греческой буквой λ (лямбда). Чем он больше – тем лучше, но в ЭмПРА он редко превышает порог в 0,5, поэтому однозначно требуется конденсаторная компенсация.
• Превышение температуры дросселя над окружающей температуройΔt(°C) и максимальная температура ЭмПРА, которая при длительной работе не приведет к перегреву и выходу из строя. Эти два показателя регламентируются европейскими нормами EN На дросселе указываются в виде дроби, где в числителе Δt(°C), а в знаменателе максимальная температура.
• Энергетическая эффективность ПРА, обозначаемая индексом EEI (Energy Efficiency Index), который разделен на 7 классов: A1, A2, A3, B1, B2, C, D. Этот показатель характеризует уровень рассеиваемой мощности на дросселе. Самая малая – классы A1— A3 (A1 – это регулируемые ЭПРА), которые «отданы» электронным ПРА. Средняя – это B1 и B2, и высокая – C, D, которые, кстати, уже запрещены в Европе. Градацию по классам можно увидеть в таблице.

• Параметры конденсатора, компенсирующего реактивную мощность электромагнитного дросселя. Здесь указывается рабочее напряжение и емкость конденсатора, подключаемого параллельно напряжению питающей сети.

Вся необходимая информация почти всегда указана в маркировке дросселя. Кроме этого, производители светотехнического оборудования публикуют на своих сайтах всю необходимую информацию, которая поможет правильно сочетать люминесцентную лампу (или две лампы) с ЭмПРА. Приведем пример из каталога известного производителя электрооборудования – финской компании Helvar, где указаны рекомендуемые дроссели к лампам T8 различной мощности. Лампы Т8 – являются самыми распространенными, они имеют диаметр колбы 26 мм, а на их цоколе G13 контактные штырьки расположены на расстоянии 13 мм друг от друга. В столбце «Схема №» идет ссылка на выше рассмотренные нами схемы подключения одной или двух люминесцентных ламп через один дроссель.

Светильники для люминесцентных ламп всегда уже продаются оборудованными под конкретные типы ламп, а дроссель идет в комплектации по умолчанию. В случае выхода из строя ЭмПРА можно легко купить новый, с такими же характеристиками. Выбирать лучше дроссели известных брендов: Helvar, Vossloh-Schwabe, Philips, Osram, Tridonik, HEP, ELT и другие. Продукцию No Name лучше игнорировать. В настоящее время очень велико предложение качественных ЭмПРА бывших в употреблении. Это происходит на фоне массового внедрения светодиодных ламп того же форм-фактора, что и люминесцентных. «Модернизация» светильников при этом выглядит как установка одной перемычки и «выкидывание» стартера и ПРА – они в LED лампах не нужны.

Типичные неполадки дросселя их диагностика и устранение

Причин неисправности светильников люминесцентных ламп может быть много, но как узнать какая именно деталь подлежит замене. Причем сделать это в домашних условиях без применения специального инструмента и аппаратуры? На самом деле это очень просто, понадобятся набор отверток с изолированными ручками, нож монтажный, кусачки, пассатижи, мультиметр, индикаторная отвертка, съемник изоляции (опционально) и моток медного провода ПВ-1 поперечным сечением 0,75—1,5 мм² (примерно 2-3 метра). Кроме этого желательно сразу иметь заведомо исправный стартер, лампу и дроссель тех же номиналов, что и в проверяемом светильнике. Благо, что стоят они «сущие копейки» и продаются в любом магазине электротоваров.

Какая «симптоматика болезней» может быть у люминесцентных светильников?

• Лампа не включается вообще и при этом никак не реагирует стартер и вольфрамовые спирали лампы. Такая неисправность может быть обусловлена как дросселем, так и лампой, и стартером или проблемой с коммутацией в светильнике. Для выявления проблемного элемента вначале меняется стартер, затем лампа. Если это не приносит никаких результатов, то после проверки коммутации проводов в светильнике и надежности контактов можно делать вывод о неисправности дросселя.
• Внутри лампы наблюдается разряд в виде огненной змейки, которая постоянно перемещается. Такой эффект происходит из-за возрастания тока до недопустимых величин из-за чего стабильность разряда нарушается. Это однозначно говорит о неисправности дросселя или применении к лампе ЭмПРА несоответствующей мощности. Лампа и дроссель в таком режиме не прослужат долго.
• Неустойчивое свечение или мерцание лампы быстро выведут ее из строя. «Слабым звеном» в этой ситуации может быть и лампа, и стартер, и дроссель. Если после замены лампы и стартера на заведомо исправные это явление не прекратилось – то «виноват» дроссель. Частое включение или отключение лампы приводит к быстрой деградации вольфрамовых спиралей и визуально это определяется как почернения на концах лампы.

Для проверки дросселя без каких-либо приборов можно собрать самостоятельно простой испытательный стенд по такой схеме.

Простой стенд для проверки стартеров и дросселей сможет собрать любой домашний мастер

Лампу следует выбирать мощностью максимально близкой к мощности дросселя. После подключения такой конструкции к розетке могут наблюдаться такие явления:

• Лампа не загорается вообще. Это явно свидетельствует о неисправности дросселя. Скорее всего, в нем обрыв.
• Лампа загорается и горит очень ярко. Такое «поведение» лампы говорит о том, что сопротивление дросселя ниже паспортного вследствие межвиткового замыкания.
• Лампа светит вполнакала или моргает при срабатываниях стартера. Это самый лучший случай, говорящий об исправном дросселе.

Видео: Проверка дросселя лампы дневного света

Дроссель можно проверить и без сборки стенда, но используя мультиметр, который надо настроить для проверки сопротивления в Омах. Этот способ удобен при покупке нового ЭмПРА в магазине. Повреждения дросселя могут быть разными:

Обрыв обмоток

Наиболее неприятная неисправность диагностируется легче всего. Обрыв может произойти по причине перегорания эмаль-провода обмотки ЭмПРА из-за недопустимо высоких токов или механического повреждения. Для того, чтобы проверить дроссель на обрыв надо:

• Включить мультиметр и перевести его в режим измерения сопротивления (желательно в Омах).
• Взять щупы и приложить их к клеммам дросселя. При этом недопустимо касаться щупов пальцами.
• Если мультиметр показывает бесконечное сопротивление, то это однозначно говорит об обрыве.

Обрыв может быть не в самой обмотке, а у клеммы дросселя, к которой припаяны два вывода эмаль-провода. Пайка может быть некачественной (холодной) и со временем отвалиться. Если это так, то можно аккуратно припаять эмаль провод паяльником мощностью не более 25 Ватт и восстановить работоспособность ЭмПРА. Если обрыв произошел внутри дросселя, то его перемотка – это довольно сомнительное по вложению труда и экономической целесообразности занятие при цене нового в 150—200 рублей (не нового 50—100 рублей). Лучший выход из такой ситуации – замена.

Замыкание обмоток

Некоторые схемы подключения люминесцентных ламп предполагают использование двух дросселей, которые собраны в одном корпусе. При этом две обмотки намотаны на одном сердечнике, что делает дроссель уже трансформатором. Обмотки «общаются» между собой только через магнитный поток, который они сами генерируют, но гальванически они должны быть полностью изолированными друг от друга.

Варианты подключения люминесцентных ламп. В схеме III применены сдвоенные дроссели L1 и L2

Бывают случаи, когда происходит пробой изоляции обмоток, что приводит к их гальваническому контакту. Это нарушает режимы работы, либо исключает вообще способность лампы зажигаться и гореть. Для проверки таких сдвоенных дросселей, которые являются редкостью, также надо использовать мультиметр. При этом последовательность действий такова:

• Мультиметр включается и устанавливается на измерение сопротивления в Омах.
• Щупами прозваниваются на обрыв каждая обмотка отдельно.
• Прозваниваются обмотки между собой. Сопротивление должно быть бесконечным. Если это не так, то налицо замыкание двух обмоток.

Разумеется, дроссель с замкнутыми обмотками подлежит замене.

Межвитковое замыкание

Эту неисправность определить бывает очень сложно даже при помощи мультиметра. Межвитковое замыкание чаще всего происходит при перегреве дросселя. Тогда многослойное эмаль-лаковое покрытие провода высыхает, твердеет, покрывается трещинами и, в конце концов, на каком-то участке происходит пробой и выгорание изоляции. Этот пробой возникает чаще всего тогда, когда дроссель генерирует высоковольтный импульс. На участке, где произошел пробой происходит спекание провода, причем это может коснуться нескольких слоев обмотки.

Типичная картина спекания обмоточных проводов дросселя при межвитковом замыкании

Как диагностировать эту проблему?

• Сперва надо визуально рассмотреть дроссель. При замыкании обмотки и горении лака, которым покрыты провода выделяется едкий дым с характерным запахом, который оставляет черные следы от копоти. И также и дроссель надо понюхать, так как запах горелого лака остается надолго. При малейших признаках – немедленная замена.
• Всегда хорошо иметь заведомо исправный дроссель той же модели. Тогда померив мультиметром сопротивление «эталона» и сравнив его с «подопытным» можно судить о межвитковом замыкании. Разумеется, если такая неприятность произошла, то сопротивление «подопытного» дросселя будет отличаться в меньшую сторону.
• Качественные дроссели известных производителей имеют примерно равные сопротивления при равенстве мощностей. Приведем справочные данные: ЭмПРА мощностью 20 Вт имеют сопротивление 55—60 Ом, мощностью 40 Вт – от 24 до 30 Ом, а мощностью 80 Вт – от 15 до 20 Ом. Сравнив измеренное мультиметром сопротивление со справочными данными можно судить с какой-то долей вероятности об исправности дросселя.

Следует отметить, что если «закоротило» всего несколько соседних витков, то мультиметр может ничего и не показать. Но в очень недалеком будущем эта проблема все равно проявится.

Пробой на корпус

Это встречающаяся в жизни неисправность, которая не только может нарушить режим работы лампы, но и быть опасной для жизни человека. Поэтому всегда при прозвонке обмотки дросселя мультиметром надо еще и проверить не существует ли гальваническая связь с самим корпусом. Если сопротивление отличается от бесконечного, то это однозначно говорит о пробое.

Проверка пробоя на корпус должна производиться всегда

Мультиметр измеряет сопротивление при помощи встроенной батарейки на 9 В, а сетевое напряжение – 220 В. Соответственно и токи в дросселе протекают разные. Бывает, что замер мультиметром ничего не дал, но именно при подаче сетевого напряжения и происходит пробой. Поэтому очень полезно при работающем светильнике проверить наличие фазы на корпусе дросселя. Если она есть, то это тоже говорит о пробое и такой ЭмПРА подлежит немедленной замене.

Проверка фазы на клеммах и на корпусе дросселя индикатором

Неисправности магнитопровода

Магнитопровод электромагнитного дросселя только с первого взгляда может показаться исключительно прочной конструкцией, но на самом деле все далеко не так. он набран из отдельных пластин из электротехнической стали (сплав железа с кремнием), которая имеет хорошие магнитные свойства, но очень посредственные прочностные. Электротехническая сталь очень хрупкая и при механических воздействиях на ней могут легко образовываться трещины или сколы, которые влияют на индуктивность.

Состояние этого магнитопровода очень далеко от идеального

Когда по обмотке дросселя протекает электрический ток, возникающее в сердечнике сильное переменное магнитное поле также оказывает механическое воздействие на пластины. А также не забываем, что ЭмПРА может в процессе работы нагреваться до высоких температур, а это приводит к температурному расширению и сжатию, а это просто громадные силы. Производители принимают меры для неизменности положения пластин и обмоток, делая в качественных дросселях вакуумную пропитку полиэфирным или полиэфирно-эпоксидным компаундом, который застывает и повышает электроизоляционные свойства и помогает зафиксировать пластины, сохраняя неизменность индуктивности. А также сердечник с обмоткой помещают в прочный металлический корпус, который «обхватывает» пластины и заодно является экраном, препятствующим распространению магнитного поля вне дросселя. Однако, со временем компаунд все равно теряет свои свойства, пластины «разбалтываются», начинают издавать гул с удвоенной частотой сети 100 Гц, индуктивность дросселя становится нестабильной, а это сильно влияет на работу лампы.

Как же диагностировать неисправности магнитопровода или какие принимать профилактические меры?

• Некоторые дроссели неизвестного происхождения имеют «врожденный» недостаток магнитопровода. Если они даже новые издают сильный гул, то лучше сразу такой дроссель поменять на что-то более «приличное».
• Любое устройство, даже самое надежное, имеет свой срок службы. И электромагнитные дроссели здесь не исключение. Поэтому, когда проходит заявленный производителем срок службы, ЭмПРА лучше поменять.
• Опять отмечаем полезность наличия в запасе нового и исправного ЭмПРА точно такого же, который работает в светильнике. Для того чтобы сравнить рабочий и эталонный образцы потребуется мультиметр с функцией измерения индуктивности. Сравнив эти показатели можно принять решение оставить дроссель еще поработать или поменять на новый.

Главное правило при эксплуатации светильников с люминесцентными лампами – это своевременная диагностика при малейших признаках «болезни» и немедленная замена неисправных элементов. К сожалению, это соблюдается не всегда и не везде, поэтому нередко мы можем наблюдать не горящие или мерцающие лампы и слышать не самый приятный для уха шум от изношенных дросселей в длинных коридорах, офисах, производственных помещениях и даже в школьных классах.

Как заменить дроссель в светильнике с люминесцентными лампами

После диагностирования проблем светильника следующим этапом идет замена неисправных элементов. В большинстве светильников самые «слабые» звенья (лампа и стартер), которые чаще требуют замены находятся в легкодоступных местах и не требуют демонтажа светильника. Замена же электромагнитного дросселя доставляет больше хлопот и сделать это на потолочном светильнике очень трудно, часто просто невозможно без полного демонтажа светильника или его части, в которой расположена вся электрическая «начинка». Гораздо удобнее и безопаснее делать это на столе. Какие действия надо для этого предпринять?

• Работу проводить только с напарником, так как в случае поражения электрическим током должен быть кто-то способный оказать первую помощь.
• Обесточивается светильник, отверткой индикатором проверяется отсутствие фазы на входных клеммах.
• Питающий провод отсоединяется от входных клемм, демонтируется светильник и дальнейшие работы производятся на подготовленном столе.

• Проверяется состояние проводов внутри светильника, при малейшем намеке на повреждение изоляции или применении в светильнике алюминиевых проводов принимается решение на их замену медным проводом ПВ-1.
• Отсоединяются провода со входной клеммы дросселя, которая может быть винтовой, пружинной самозажимной или иметь плоские ножевые контакты, которые раньше использовались во времена СССР.
• Демонтируется дроссель. Он может крепиться винтами в резьбовые отверстия, гайками с шайбами к резьбовым шпилькам или саморезами по металлу.
• Новый дроссель примеряется на посадочное место, в случае необходимости сверлятся новые отверстия под саморезы.
• Дроссель монтируется на свое место, проверяется надежность его крепления.

• Если и в старом, и в новом дросселе используются клеммы с ножевыми разъёмами, то штекера можно оставить при условии их хорошего состояния. Если на старом дросселе были винтовые или пружинные клеммы, то концы оголенные концы проводов удаляются кусачками и затем снимается изоляция на длину примерно 10 мм.
• Оконцованные провода зажимаются в клеммах.
• Проверяется правильность и надежность всех электрических соединений.
• В светильник устанавливаются новые стартеры и лампы и производится пробный запуск прямо на столе. Если все работает, то лампы снимают и светильник монтируется на свое место.
• Устанавливаются лампы и проверяется работоспособность светильника уже на своем месте.

Процесс замены дросселя довольно простой, но мы все же рекомендуем тем, кто не имеет опыта электромонтажа, обратиться к специалистам, а самому поработать напарником.

Видео: Подключение двух ламп на один дроссель

Видео: Замена электромагнитного балласта в люминесцентном светильнике

Заключение

В настоящее время идет массовый переход на новые электронные ПРА для люминесцентных ламп и этот процесс остановить невозможно. Некоторые производители светотехнического оборудования сознательно отказались от выпуска электромагнитных ПРА и все новые светильники оборудованы только ЭПРА. И это совершенно логично, так как при этом в школьных классах или в больничных палатах не будет неприятного шума и мерцания, а срок службы ламп вырастет в разы. Но есть еще достаточно мест, где применение «шумных» ЭмПРА не вызовет никакого дискомфорта. Это различные производства, места массового посещения людей, мастерские и другие помещения, где шум от дросселей просто не слышен.

Поэтому «списывать со счетов» электромагнитные дроссели для люминесцентных ламп еще пока рановато. Они еще долго будут работать даже по той простой причине, что срок службы у них большой и надежность находится на высоте. И это доказано многолетней работой электромагнитных дросселей.

Для чего нужны дроссели (ПРА) для люминесцетных ламп

Люминесцентные лампы, которые являются представителями типа газоразрядных ламп, невозможно зажечь как обычные лампы накаливания, просто подключив к ним напряжение питающей сети. Просто не произойдет ничего. Чтобы выполнить зажигание такой лампы необходима специальная схема или электронный пускорегулирующий аппарат.

В случае применения простейшей схемы для запуска тлеющего разряда в колбе газоразрядной лампы потребуется стартер и дроссель. Со стартером все понятно. Он требуется только для запуска, после чего он отключается. В работе всегда участвует дроссель. Его задача ограничивать ток, протекающий через лампы. Может показаться, что достаточно резистора. Он и меньшие размеры имеет. Теоретически, в цепи на переменном токе можно ограничивать ток резистором, конденсатором, катушкой индуктивности. Но в отличие от резистора, она обладает реактивным сопротивлением. И это делает его наиболее уместным вариантом, для его использования в качестве балластного элемента. В схеме он подключается последовательно с лампой.

Благодаря реактивному сопротивлению и выполняется защита от лавинообразного нарастания тока.

Устройство дросселя (ПРА).

Внешний вид дросселя

На фотографии представлен дроссель для люминесцентных ламп дневного света. По большому счету он является катушкой индуктивности с металлическим сердечником в корпусе (кожухе) из листового металла. Более современные изготавливаются в термоустойчивом пластиковом корпусе, имеют более низкие массо-габаритные показатели. Это промышленное название (максимально близкий перевод — ограничитель). Его сопротивление по постоянному току порядка 60 Ом. При проверке мультиметром, в случае индикации бесконечного сопротивления – дроссель неисправен, в обрыве. Если сопротивление менее 55 Ом, это также означает неисправность дросселя. В этом случае он, скорее всего, имеет межвитковое замыкание. Это случалось со старыми ПРА, когда начинает рассыпаться компаунд и происходит отслоение лака с проволоки. В простейшей схеме он выполняет функцию балласта.

Дроссель в разрезе

Сердечник дросселя обычно изготавливается из трансформаторной стали, при этом пластины, входящие в его набор, электрически не контактируют между собой. Это сделано для уменьшения вихревых токов.

Принцип работы дросселя.

Основное, что делает дроссель – это производит сдвиг фазы переменного тока в момент перехода через ноль. За счет этого поддерживается тлеющий разряд в колбе газоразрядной лампы. Для ограничения тока, проходящего через электроды лампы выбран дроссель так как он имеет реактивное сопротивление. Кроме того, любая катушка индуктивности может накапливать энергию.

Для зажигания тлеющего разряда необходим импульс электрического тока, это тоже обеспечивается дросселем.

При подаче питания на схему происходит следующее:

1. Ток идет по схеме через каушку, электроды лампы и стартер. Он сравнительно не велик, не более 50 мА.
2. В колбе стартера происходит ионизация газа, температура растет.
3. Биметаллические контакты замыкаются, сила тока возрастает до 600 мА. Дальнейший ток ограничивается дросселем
4. Этого тока вполне достаточно для разогрева электродов лампы EL
5. В лампе EL1 начинает протекать тлеющий разряд, образуется ультрафиолетовое излучение.
6. Люминофорное покрытие под действием образовавшегося ультрафиолета начинает испускать свет с видимой длиной волны.

Важно помнить, что параметры лампы и дросселя коррелируют. Обычно самостоятельное изготовление дросселя лишено смысла. Сейчас на рынке очень много различной пуско-регулирующей аппаратуры. Дополнительно дроссель снижает помехи и сглаживает пульсации.

Классификация и разновидности дросселей.

В разных схемах дроссели могут выполнять разные функции. Допустим в схеме осветителя на люминесцентной лампе у него одни задачи, в электронике при помощи катушки можно, допустим, произвести развязку разночастотных электронных схем, или использовать в LC-фильтре. Это и определяет классификацию.

Вид дросселя зависит от его назначения в каждой конкретной схеме. Это могут быть фильтрующие, сглаживающие, сетевые, моторные, особого назначения. В любом случае, их объединяет общее свойство: высокое сопротивление по переменному току и низкое – по постоянному. Этим можно добиться снижения электромагнитных помех и наводок. В однофазных цепях катушку индуктивности можно применить в качестве ограничителя (предохранителя) от бросков напряжения. Функцию сглаживания дроссель выполняет в фильтрах выпрямителей. Обычно применяется LC-фильтр.

Схема подключения дросселя для люминесцентных ламп.

Схема подключения дросселя для люминесцентной лампы

Это простейшая схема для одного источника света. В случае использования двух ламп можно ограничится одним дросселем, но в этом случае, он должен выдерживать суммарную мощность двух ламп.

Схема подключения дросселя для двух люминесцентных ламп

В данной схеме конденсатор С1 желателен, но он не является обязательной частью схемы. Теоретически вместо стартеров можно поставить обычные кнопки без фиксации. После зажигания светильника эти кнопки необходимо отпустить.

Ремонт дросселя.

Неисправность дросселя можно установить с помощью замены стартера и/или люминесцентной лампы на заведомо исправные. Если в этом случае освещения нет, то причина в нем. Неисправность дросселя можно определить и при помощи мультиметра в режиме измерения сопротивления. Работоспособный электромагнитный дроссель имеет сопротивление около 60 Ом. Допустимое отклонение составляет около 10 процентов. Если сопротивление мало, то это указывает на межвитковое замыкание. Это случается на дросселе, который достаточно долго эксплуатируется. Причина заключается в отслоении лакокрасочной изоляции и замыкании витков. Бесконечное сопротивление указывает (либо вообще нет прозвонки) на обрыв, отсутствие контакта. Скорее всего он просто сгорел, так был скачок напряжения.

Ремонт дросселя для люминесцентной лампы заключается в разборке: снятии кожуха при его присутствии, разборке пластин сердечника и перемотке катушки. Однако, это нецелесообразный процесс в следствие его трудоемкости и низкой цены нового. Его проще заменить на заведомо исправный. При замене необходимо соблюсти мощностные параметры.

Выводы.

Хоть схема и имеет полувековую историю, она до сих пор остается актуальной. ПРА необходим для работы люминесцентной лампы. Все компоненты производятся и стоят недорого. К достоинствам этой схемы можно отнести ее простоту и доступность компонентов. Обычно дроссель является самым долгоживущим компонентом схемы.

Из минусов отмечено, что при использовании классической схемы при включении освещения несколько секунд наблюдается мерцание. Это плохо отражается на сроке полезной эксплуатации самого источника света. Т.е. Лампа проработает меньше в такое схеме, чем при использовании электронного пускателя.

В плане экономической целесообразности, при частом включении и выключении света использовать такую элементную базу не выгодно, проще приобрести электронный пускатель, хоть его покупка и обойдется дороже, но это будут одномоментные затраты.

Особенности дросселя для люминесцентных ламп

Все люминесцентные лампы имеют в конструкции элемент, ограничивающий силу тока — дроссель, или балласт. Он стабилизирует сеть от неконтролируемого нарастания показателей, исключая пульсации.

Что такое дроссель

Дроссель представляет собой катушку индуктивности (если быть точным в терминах, то в данном случае индуктивную катушку), расположенную на ферромагнитном сердечнике (обычно из магнитомягкого сплава). Эта катушка, как любой проводник, обладает омическим сопротивлением, а также реактивным сопротивлением индуктивного характера, которое проявляется в цепях переменного тока. Конструкция дросселя (балласта) такова, что реактивное сопротивление преобладает над активным. Вся конструкция помещена в корпус из металла или пластика.

Классификация дросселей

В люминесцентных лампах применяются дроссели электронного или электромагнитного типа (ЭмПРА). Оба вида обладают своими особенностями.

Электромагнитный дроссель представляет собой катушку с металлическим сердечником и обмоткой из медного или алюминиевого провода. Диаметр провода влияет на функциональность светильника. Модель достаточно надежна, однако потери мощности до 50% ставят под сомнение ее эффективность.

Лампы с электромагнитными дросселями дешевые и не требуют специальной настройки перед использованием. Но они чувствительны к перепадам напряжения и даже незначительные колебания могут привести к мерцаниям или неприятному гудению.

Электромагнитные конструкции не синхронизируются с частотой сети. Это приводит к появлению вспышек непосредственно перед зажиганием лампы. Вспышки практически не мешают комфортно использовать светильник, однако негативно воздействуют на пускорегулирующий аппарат.

Несовершенство электромагнитных технологий и значительные потери мощности при их использовании приводят к тому, что на смену таким приборам приходят электронные пускорегулирующие аппараты.

Электронные дроссели конструктивно сложнее и включают в себя:

• Фильтр для устранения электромагнитных помех. Эффективно гасит все нежелательные колебания внешней среды и самой лампы.
• Устройство для изменения коэффициента мощности. Контролирует сдвиг переменного тока по фазе.
• Сглаживающий фильтр, снижающий уровень пульсаций переменного тока в системе.
• Инвертор. Преобразовывает постоянный ток в переменный.
• Балласт. Катушка индукции, которая подавляет нежелательные помехи и плавно регулирует яркость свечения.

Иногда в современных ЭПРА можно встретить встроенную защиту от перепадов напряжения.

Для чего он нужен

Любой дроссель выполняет функции последовательного резистора. Однако в отличие от обычного сопротивления он обеспечивает лучшую фильтрацию без пульсаций переменного тока или гудения электроприбора.

В современной технике используются две конфигурации питания: конденсаторная и дроссельная. В первом случае дроссель не обязателен для подачи напряжения, однако в качестве дополнительного фильтра ему нет равных.

Как подбирать электромагнитный дроссель

При выборе электромагнитного дросселя обращайте внимание на параметры:

1. Рабочее напряжение. Для стандартных домашних сетей требуются устройства на 220 – 240 В с частотой 50 Гц.
2. Мощность. Должна соответствовать мощности лампы. Если требуется подключить две или более лампы, мощность дросселя должна соответствовать сумме их мощностей.
3. Ток. Допустимый показатель указывается в Амперах на корпусе.
4. Коэффициент мощности. Желательно подбирать устройства с максимальными значениями параметра. Для ЭмПРА он обычно не превышает 0,5, так что потребуется дополнительный конденсатор.
5. Рабочая температура. Диапазон температур окружающей среды и дросселя, при котором все элементы оставются исправными.
6. Энергетическая эффективность. Определяется классом в соответствии с принятой градацией. Для ЭмПРА характерны средние классы B1 и B2.
7. Параметры конденсатора. Рабочее напряжение и емкость конденсатора, который подключается параллельно к питающей сети.

Как происходит запуск и работа ламп

Люминесцентная лампа, в отличие от обычной, включается в сеть не напрямую. Это связано с ее устройством и принципом работы.

Для ее зажигания надо:

• обеспечить эмиссию электронов из катодов, выполненных в виде нитей накаливания;
• ионизировать межэлектродный промежуток, заполненный парами ртути, с помощью высоковольтного импульса.

Дальше работа лампы будет продолжаться до снятия питания за счет дугового разряда между электродами. В исходном положении выключатель питания разомкнут, контакты стартера также разомкнуты.

В первый момент, после подачи напряжения на схему небольшой ток (в пределах 50 мА) течет по цепи дроссель – нить 1 лампы – тлеющий разряд в колбе стартера – нить 2 лампы. За счет этого слабого тока нагреваются и замыкаются контакты стартера, и ток течет через нити накаливания, нагревая их и создавая эмиссию электронов.

Этот ток ограничивается сопротивлением дросселя. Без такого ограничения нити накаливания сгорят от сверхтока.

После остывания контактов стартера они размыкаются. За счет разрыва цепи с большой индуктивностью формируется импульс напряжения (до 1000 вольт), который ионизирует разрядный промежуток между двумя нитями лампы. Через ионизированный газ начинает течь ток, который вызывает свечение паров ртути. Это свечение инициирует зажигание люминофора. Этот ток также ограничивается комплексным сопротивлением стартера. А стартер на дальнейшую работу светильника влияния не оказывает.

Очевидно, что стартер играет в процессе работы светильника важную роль:

• ограничивает ток при разогреве нитей лампы;
• формирует зажигающий импульс высокого напряжения;
• ограничивает ток газового разряда.

Для выполнения этих функций балласт должен обладать достаточной индуктивностью, чтобы создать положенное реактивное сопротивление переменному току и чтобы сформировать высоковольтный импульс за счет явления самоиндукции.

В некоторых случаях стартер не может с первого раза зажечь газ в колбе лампы и повторяет процедуру подачи тока около 5-6 раз. При этом наблюдается эффект моргания при включении.

Схема подключения к лампе

Схема подключения проста: цепь с последовательно соединенным дросселем и лампой. Система подключается к сети 220 В на частоте 50 Гц. Дроссель выполняет функции корректировщика и стабилизатора напряжения.

Неполадки дросселя и их диагностика

Люминесцентные лампы иногда выходят из строя. Причины разные: от заводского брака до неправильной эксплуатации. В ряде случаев ремонт можно сделать своими силами и простыми инструментами.

Рекомендуем к просмотру: Ремонт электронного балласта люминесцентной лампы

Перед ремонтом необходимо точно идентифицировать узел поломки. Для этого лампу и всю сопутствующую аппаратуру придется разобрать.

• набор отверток с полностью изолированными рукоятками;
• монтажный нож;
• кусачки;
• пассатижи;
• мультиметр;
• индикаторная отвертка;
• моток медного провода (сечением от 0,75 до 1,5 мм²).

Дополнительно может потребоваться новый стартер, исправная лампа или дроссель. Все зависит от того, какой именно узел вышел из строя.

Наиболее распространенные проблемы:

• Лампа не включается и не реагирует на стартер. Причина может быть в любом из элементов, поэтому нужно поменять сначала стартер, затем лампу, попутно проверяя работоспособность схемы. Если не помогло, значит проблема в дросселе.
• Наличие в колбе небольшого разряда в виде змейки говорит о неконтролируемом возрастании тока. Причина неисправности точно в дросселе, который надо заменить. Иначе лампа быстро перегорит.
• Пульсации и мерцания во время работы. Замените последовательно сначала лампу, затем стартер. Чаще виновником оказывается дроссель, который перестает стабилизировать напряжение.

Обычно неисправность дросселя устраняется его заменой. Однако при желании можно разобрать элемент и попытаться восстановить работоспособность. Здесь нужны серьезные познания в электротехнике и много времени. Учитывая небольшую стоимость нового дросселя, это нецелесообразно.

Инженер-электрик. Специалист по проектированию и эксплуатации электротехнических изделий.