Основными элементами схемы включения люминесцентной лампы с электромагнитным ПРА являются дроссель и стартер. Стартер это миниатюрная неоновая лампа, один или оба электрода которой выполнены из биметалла. При возникновении тлеющего разряда внутри стартера биметаллический электрод нагревается и, затем изгибаясь, накоротко смыкается со вторым электродом.
После подачи напряжения на схему ток через люминесцентную лампу не течет, так как газовый промежуток внутри лампы это изолятор, и для пробоя его нужно напряжение, превышающее напряжение питающей сети. Поэтому загорается только лампочка стартера, напряжение зажигания которой ниже сетевого. Ток величиной 20 — 50 мА течет по дросселю, электродам люминесцентной лампы, неоновой лампе стартера.
Стартер состоит стеклянного баллона, наполненного инертным газом. В баллон впаяны металлический неподвижный и биметаллический электроды, имеющие выводы, проходящие через цоколи. Баллон заключен в металлический или пластмассовый корпус с отверстием в верхней части.
Схема устройства стартера тлеющего разряда: 1 — выводы, 2 — металлический подвижный электрод, 3 — стеклянный баллон, 4 — биметаллический электрод, 6 — цоколь
Стартеры для включения люминесцентных ламп в сеть выпускаются на напряжение 110 и 220 В.
Под воздействием тока электроды стартера разогреваются и замыкаются. После замыкания по цепи течет ток, превышающий в 1,5 раза номинальный ток лампы. Величина этого тока ограничена в основном сопротивлением дросселя, так как электроды стартера замкнуты, а электроды ламп имеют незначительное сопротивление.
Элементы схемы с дросселем и стартером: 1 — зажимы сетевого напряжения; 2 — дроссель; 3, 5 — катоды лампы, 4 — трубка, 6, 7 — электроды стартера, 8 — стартер.
За 1 — 2 с электроды лампы разогреваются до 800 — 900 °С, вследствие этого увеличивается электронная эмиссия и облегчается пробой газового промежутка. Электроды стартера остывают, так как разряда в нем нет.
При остывании стартера электроды возвращаются в исходное состояние и разрывают цепь. В момент разрыва цепи стартером возникает э. д. с. самоиндукции в дросселе, величина которой пропорциональна индуктивности дросселя и скорости изменения тока в момент разрыва цепи. Образовавшееся за счет э. д. с. самоиндукции повышенное напряжение (700 — 1000 В) импульсом прикладывается к лампе, подготовленной к зажиганию (электроды разогреты). Происходит пробой, и лампа начинает светиться.
К стартеру, который включен параллельно лампе, прикладывается приблизительно половина напряжения сети. Этой величины недостаточно для пробоя неоновой лампочки, поэтому она больше не зажигается. Весь период зажигания длится меньше 10 с.
Рассмотрение процесса зажигания лампы позволяет уточнить назначение основных элементов схемы.
Стартер выполняет две важные функции:
1) замыкает накоротко цепь для того, чтобы повышенным током разогреть электроды лампы и облегчить зажигание,
2) разрывает после разогрева электродов лампы электрическую цепь и тем самым вызывает импульс повышенного напряжения, обеспечивающего пробой газового промежутка.
Дроссель выполняет три функции:
1) ограничивает ток при замыкании электродов стартера,
2) генерирует импульс напряжения для пробоя лампы за счет э. д. с. самоиндукции в момент размыкания электродов стартера,
3) стабилизирует горение дугового разряда после зажигания.
Схема импульсного зажигания люминесцентной лампы в работе:
Конструкция и принцип работы
Прежде всего поговорим о том, из чего состоит данный элемент цепи и как он работает. На схемах обозначение дросселя следующее:
Внешний вид изделия может быть таким, как на фото:
Это катушка из провода намотанного на сердечник с магнитопроводом, или без корпуса в случае высоких частот. Похож на трансформатор только с одной обмоткой. Краткий экскурс в физику, ток в катушке не может мгновенно измениться. Проведем мысленный эксперимент — у нас есть источник переменного тока, осциллограф, дроссель.
Во время начала полу волны мы наблюдаем нарастание тока с запозданием, это вызвано индуцированием магнитного потока в сердечнике. Происходит постепенное нарастание тока в обмотках, когда с источника переменного тока сигнал уходит на спад, мы наблюдаем спад тока в дросселе, опять же с некоторым опозданием, поскольку магнитное поле в магнитопроводе продолжает толкать ток в катушке и не может быстро изменить свое направление. Получается в какой-то момент ток из внешнего источника противодействует току, наведенному магнитопроводом дросселя. В цепях переменного тока назначение дросселя — выступать ограничителем или индуктивным сопротивлением.
Для постоянного тока данный элемент схемы не является сопротивлением или регулирующим элементом. Этот эффект используют для устройств, в электрических цепях, где нужно ограничить ток до нужной величины, при этом избежать излишней громоздкости и выделения тепла.
Интересное пояснение по данному вопросу вы также можете просмотреть на видео:
Область применения
Дроссель предназначен для того, чтобы сделать нашу жизнь светлее. Конкретно в люминесцентных лампах он ограничивает ток через колбу, до нужной величины, избегая его чрезмерное увеличение через лампу.
Люминесцентный светильник в основном состоит из дросселя, стартера, люминесцентной лампы. В двух словах описание работы люминесцентного светильника происходит так:
Из сети ток через дроссель проходит на одну из нитей накала люминесцентной лампы, далее попадает на стартерное устройство, далее на вторую нить накала и уходит в сеть. В стартерном устройстве пластина из биметалла нагревается тлеющим разрядом газа, выпрямляется под действием тепла и замыкает цепь. В этот момент начинают работать нити накала, на концах лампочки, разогревая пары ртути в колбе люминесцентной лампы. Через короткий промежуток времени, пластина в стартере остывает и возвращается в исходное положение. Во время разрыва цепи происходит резкий всплеск напряжения в дросселе, происходит пробой газа в колбе люминесцентной лампы, и возникает тлеющий разряд, лампочка начинает светить, работающая лампа шунтирует стартер, выключая его из цепи более низким сопротивлением.
В электронных схемах современных экономических люминесцентных ламп тоже есть рассматриваемый в статье элемент, но из-за более высоких частот он имеет миниатюрные размеры. А принцип работы и назначение остались те же.
Также дроссель обязательный элемент в схемах ламп ДРЛ, натриевых ламп ДНАТ, металлогалогеновых лампочек CDM.
В импульсных блоках питания в схемах преобразователях назначение дросселя — блокировать резкие всплески от трансформатора, пропуская сглаженное напряжение. Грубо говоря в этом случае он играет роль фильтра.
В электрических сетях они также устанавливаются, но называются реакторами. Назначение дугогасительного реактора — предотвращать появление самостоятельной дуги во время однофазного короткого замыкания на землю, также как и прочих реакторов, которые так или иначе регулируют или же ограничивают величину тока через них, специально или в случае нештатной ситуации.
С помощью дросселя можно улучшить дешевый или самодельный сварочный аппарат, установив его во вторичную цепь. Сварочный трансформатор собранный с дросселем будет варить не хуже фирменных аппаратов, дуга станет ровной и не будет рваться, шов будет равномерно залит.
Поджог дуги станет происходить намного легче и просадка сетевого напряжения будет меньше влиять на появление и горение дуги. Даже неспециалист сможет быстро достичь хороших результатов в сварке, делая всевозможные поделки у себя дома.
Вот мы и рассмотрели устройство дросселя, принцип работы и назначение. Надеемся, что теперь вы полностью разобрались, для чего нужен данный элемент схемы!
Будет интересно прочитать:
Для освещения улиц, промышленных и архитектурных объектов, сельскохозяйственных комплексов, не требующих высокого качества цветопередачи, применяется светильник ДРЛ (дуговая ртутная лампа высокого давления). Особенность прибора заключается в высоком КПД, экономичности, длительной эксплуатации.
Существует множество разновидностей осветительного устройства: дневного, ультрафиолетового света, вольфрамные, натриевые варианты. Все газоразрядные изделия объединяет непостоянство сопротивления (соответственно тока). Ограничить рабочий ток источников света помогает электронный (ЭПРА) или электромагнитный (ЭмПРА) пускорегулирующий аппарат, выполненный в виде катушки индуктивности — дросселя.
Преимущества и недостатки
Главным достоинством люминесцентной лампы выступает высокая светоотдача, относительно типовых светильников. Если ртутная ДРЛ 250 обеспечивает световой поток 12000 лм при расходе энергии 250 Вт, обычное устройство будет потреблять 1000 Вт. Размеры мощных лампочек (более 400 Вт) отличаются от стандартных устройств компактностью. Спектр излучения прибора естественный, свет интенсивный, далеко излучается.
Отрицательными характеристиками приборов высокого давления выступают:
- Выделение озона в ходе эксплуатации, важно позаботиться о вентиляции помещения.
- Стоимость люминесцентных светильников в 5–7 раз дороже обычных ламп высокой мощности.
- Размеры отдельных модификаций (например, ДРЛ 125 Е40) превышают аналогичные устройства с вольфрамовой нитью.
- Спустя 2-3 месяца эксплуатации неизбежно изменение спектра излучения. Недостаток вызван техническими характеристиками люминофора.
- Светильник ДРЛ чувствителен к перепадам напряжения и требует подключения через пускорегулирующий аппарат.
- Неприятное гудение и моргание световых лучей определяет ощутимые неудобства в жилых помещениях. Применять приборы высокого давления в цехах с вращающимися предметами нежелательно в силу стробоскопического эффекта (подвижные устройства кажутся неподвижными).
- Нормальная рабочая высота для светильника ДЛР — четыре метра.
Важно помнить! Ртутный состав горелки требует отдельной утилизации прибора.
Характеристики
Рабочие параметры светильников ДРЛ:
- Мощность лампочек 80-1000 Вт. Определяется количеством электродов: два электрода — 250…1000 Вт, четыре электрода — 80…1000 Вт. Особой популярностью пользуются приборы мощностью 250 Вт.
- Цоколь. Зависит от мощности: приборы до 250 Вт оснащают цоколем е27, свыше 250 Вт подойдет вариант е40.
- Тактовая нагрузка сети достигает 8 ампер. Показатель взаимосвязан с мощностью осветительного прибора.
- Световой поток ртутных устройств составляет минимум 3 2 00 люмен. Значение характерно для источника света на 80 Вт. Дроссельные лампы уличного освещения с максимальной мощностью 1 кВт излучает световой поток близко 52 000 люмен.
Интересно! Срок эксплуатации дроссельного светильника достигает 20 000 часов. Однако лампочка перестает работать раньше на 30-50 %.
Сфера использования
Люминесцентные лампы эффективно используются на автодорогах, улицах и в скверах, производственных цехах и объектах технического назначения (АЗС, стоянках, складах). Часто встречаются в качестве декоративных источников освещения архитектурных сооружений и административных зданий. Разнообразие конструктивных особенностей продукции ДРЛ позволяет подобрать оптимальный вариант для привлечения косяков рыб и планктона в процессе промысла, обеспечить холодным светом медицинское оборудование для обеззараживания помещений.
Разновидности светильников
Светильники типа ДРЛ характеризуются широким разнообразием. Отличия составляет область применения (внутренние, наружные), типы конструкций и мощность устройств.
Внутренние
Светильники с люминесцентными лампами рекомендованы для освещения производственных объектов с повышенным уровнем пыли и влаги, а также прачечных, автомоек, закрытых складов, гаражей. Приборы работают от сети переменного тока с частотой 50 Гц и номинальным напряжением 220 В. Температура окружающей среды при эксплуатации —20°С до +50°С.
Уличные
Наружные лампы используются для прямого, рассеянного, местного освещения, удачно сочетаются с симметричными или асимметричными отражателями. Светильник уличный типа ДРЛ заключен во влагозащищенный прочный корпус, способен противостоять сильному ветру, заморозкам и ливням.
Классификация светильников по типу ламп:
- ДРЛ. Изделия характеризуются небольшим индексом цветопередачи, выделением тепла, 5-х минутным выходом на требуемый уровень светового потока. При выборе ртутной продукции также стоит учитывать необходимость стабильного источника энергии и термостойких проводников.
- ДРЛФ. Лампы с фокусированным светом отличаются способностью стимулировать фотосинтез у растений.
- ДРВЭД. Серия дуговых ртутных эритемных вольфрамовых лампочек не требует подключения ПРА. Активация происходит под действием балласта, аналогично обычным лампам накаливания. В основе конструкции лежат йодиды металлов, позволяющие обеспечить желаемый уровень цветности. Лампы испускают УФ (эритемное) излучение, эффективно работают при переменном токе. Работают без ПРА, достигая максимального индекса светоотдачи и длительного периода эксплуатации. Мощность ламп составляет диапазон 125-1000 Вт.
- ДНаТ. Принцип действия дуговой натриевой трубчатой лампы аналогичен лампам ДРЛ. Однако светильникам ДНаТ свойственно специфическое свечение и свет оранжево-желтого или золотисто-белого оттенка. Приборы потребляют 70-400 Вт мощности и считаются наиболее экономичными источниками света.
Важно! Самыми популярными и широко применяемыми являются лампы ДРЛ мощностью 250 и 400 Вт.
Конструкция
Лампа дуговая представлена стеклянным баллоном 1 с резьбовым цоколем 2. По центру колбы размещена ртутно-кварцевая горелка (трубка) 3, наполненная аргоном и одной каплей ртути. Четырех электродные лампы располагают главными катодами 4 и дополнительными электродами 5. Электроды подключены к катоду противоположной полярности посредством добавочного угольного резистора 6.
Подробное описание элементов позволяет выделить следующие особенности дроссельной лампы:
- Цоколь — простейшее устройство, принимающее энергию от электросети за счет контакта токоведущей части лампы ДРЛ (резьбовой и точечной) с контактами патрона. Полученная энергия поступает на электроды горелки.
- Горелка служит главным функциональным элементом ДРЛ лампы. Внешне деталь представлена кварцевой колбой, оснащенной с обеих сторон по два электрода (основные и дополнительные). Внутреннее пространство горелки заполнено газом аргоном для изоляции теплообмена между горелкой и средой, а также одной каплей ртути.
- Внешняя колба содержит кварцевую горелку светильника, подключенную к проводникам от контактного цоколя. Также стеклянная емкость содержит азот и два ограничителя сопротивления (подсоединены к дополнительным электродам), покрыта изнутри люминофором.
Первые лампы ДРЛ оснащали двумя электродами. Для поджога светильника приходилось дополнительно включать в схему пусковой элемент (высоковольтный импульсный пробой промежутка горелки). Более затратный вариант ДРЛ был снят с производства, заменен 4-х электродным вариантом. Для бесперебойной работы достаточно дросселя.
Принцип работы
Принцип действия электроприбора основан на использовании светящегося тела в качестве столба дугового разряда. Особенность достигается особой технологией запуска устройства:
- При подаче электроэнергии на светильник между электродами образуется разряд, сразу принимает дуговую форму.
- На протяжении 10 минут после разряда технические параметры устройства достигают номинальных значений. Время пускового периода определяется внешней температурой — в теплых условиях лампа разгорается быстрее.
- От разряда внутри колбы образуется голубое (фиолетовое) свечение и ультрафиолетовые лучи, заставляющие светиться люминофор. Потоки смешиваются, лампа получается белой.
Обратите внимание! Напряжение сети в процессе горения лампы способствует колебаниям светового потока в диапазоне 20–30 %. Приборы нагреваются, возникает необходимость применять термостойкие проводники и надежные контакты для патронов.
Для чего необходим дроссель в светильнике
Дроссель стабилизирует работу ДРЛ. Запуск светильника напрямую, без дополнительного устройства не рекомендуется — лампа сгорит. Причиной выступает пусковой ток, превышающий номинальный в 2,5 раза. Розжиг лампы сопровождается электрическим пробоем в атмосфере инертных газов, заполненных парами ртути или натрия, затем следует тлеющий или дуговой разряд. Сопротивление газа снижается в десятки раз, ток увеличивается. Отсутствие ограничений для тока грозит чрезмерным выделением тепла, в доли секунд газы внутри лампы сгорят, светильник выйдет из строя. Во избежание поломок, последовательно в систему добавляют сопротивление.
Применять активное сопротивление нецелесообразно, ввиду повышенных потерь энергии на теплоотдачу. Более эффективным решением станет добавление электронной схемы или дроссели. Активного сопротивления ограничитель не имеет, мощности не расходует, энергию накапливает и отдает в цепь.
Как правильно подключить
С дросселем. Схема предусматривает последовательное соединение дросселя с лампой ДРЛ, подключенных к переменной сети
220 вольт. Полярность подключения не имеет значения.
Без дросселя. Эксплуатация дуговой лампы без дополнительных приспособлений возможна при соблюдении ряда условий:
- Использования источника света типа ДРВ. Лампы, способные работать без дросселя, оснащены дополнительной вольфрамовой спиралью, выполняющей роль пускателя. Характеристики спирали соответствуют параметрам горелки.
- Запуска светильника ДРЛ посредством импульса напряжения, исходящего от конденсатора.
- Розжига лампы ДРЛ при последовательном подключении лампы накаливания.
Важно! При включении ДРЛ разгорается не сразу — процесс занимает близко 5 минут, при повторном запуске работающего светильника — лампа должна остыть (5 — 15 мин).
Знание параметров и принципа работы ртутных ламп позволяет правильно подобрать светильник и подключить.
