Принцип работы стартера люминесцентной лампы

Устройство люминесцентной лампы и принцип работы

Применение светильников дневного света позволяет экономить электроэнергию по сравнению с использованием обыкновенных осветительных приборов накаливания. О принципе работы люминесцентной лампы необходимо знать специалистам, занятым работой с электричеством.

Историческая справка

Газоразрядная колба появилась еще в 1856 году и называлась трубкой Гейслера. Использование высоковольтной катушки позволило возбудить в ней свечение газа зеленого цвета. Через несколько лет предложено было покрыть внутреннюю поверхность колбы люминофором.

Изделия более яркого белого спектра появились лишь в 1926 году благодаря исследованиям Эдмунда Гермера. По своему устройству они уже стали похожи на те, которые можно видеть сегодня.

Устройство люминесцентной лампы

Для того чтобы понять принцип работы однолампового светильника, надо познакомиться с его схемой. Светильник состоит из следующих элементов:

• стеклянная цилиндрическая трубка;
• два цоколя с двойными электродами;
• стартер, работающий на начальном этапе поджига;
• электромагнитный дроссель;
• конденсатор, подключенный параллельно питающей сети.

Колба изделия выполнена из кварцевого стекла. На начальном этапе ее изготовления из нее откачан воздух и создана среда, состоящая из смеси инертного газа и паров ртути. Последняя находится в газообразном состоянии за счет избыточного давления, созданного во внутренней полости изделия. Стенки покрыты изнутри фосфоресцирующим составом, он превращает энергию ультрафиолетового излучения в видимый человеческому глазу свет.

К выводам электродов на торцах устройства подводится переменное напряжение сети. Внутренние вольфрамовые нити покрыты металлом, который при разогреве испускает со своей поверхности большое количество свободных электронов. В качестве таких металлов могут применяться цезий, барий, кальций.

Электромагнитный дроссель представляет собой катушку, намотанную для повышения индуктивности на сердечнике из электротехнической стали с большой величиной магнитной проницаемости.

Стартер работает на начальном этапе процесса тлеющего разряда, протекающего в газовой смеси. В его корпусе находятся два электрода, один из которых биметаллический, способный под действием температуры изгибаться и изменять свои размеры. Он выполняет роль замыкателя и размыкателя электрической цепи, в которую включен дроссель.

Принцип работы люминесцентного светильника

Как работает люминесцентная лампа? Сначала образуются свободно движущиеся электроны. Это происходит в момент включения питающего переменного напряжения в областях вокруг вольфрамовых нитей накаливания внутри стеклянного баллона.

Эти нити за счет покрытия их поверхности слоем из легких металлов по мере нагрева создают эмиссию электронов. Внешнего напряжения питания пока недостаточно для создания электронного потока. Во время движения эти свободные частицы выбивают электроны с внешних орбит атомов инертного газа, которым заполнена колба. Они включаются в общее движение.

На следующем этапе в результате совместной работы стартера и электромагнитного дросселя создаются условия для увеличения силы тока и образования тлеющего разряда газа. Теперь наступает время организации светового потока.

Движущиеся частицы обладают достаточной кинетической энергией, необходимой для перевода электронов атомов ртути, входящей в состав лампы в виде небольшой капли металла, на более высокую орбиту. При возвращении электрона на прежнюю орбиту высвобождается энергия в виде света ультрафиолетового спектра. Преобразование в видимый свет происходит в слое люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность колбы.

Для чего нужен дроссель в люминесцентной лампе

Это устройство работает с момента старта и на протяжении всего процесса свечения. На разных этапах задачи, выполняемые им, различны и могут быть разделены на:

• включение светильника в работу;
• поддержание нормального безопасного режима.

На первом этапе используется свойство катушки индуктивности создавать импульс напряжения большой амплитуды за счет электродвижущей силы (ЭДС) самоиндукции при прекращении протекания переменного тока через ее обмотку. Амплитуда этого импульса напрямую зависит от величины индуктивности. Он, суммируясь с переменным сетевым напряжением, позволяет кратковременно создать между электродами напряжение, достаточное для разряда в лампе.

При созданном постоянном свечении дроссель выполняет роль ограничивающего электромагнитного балласта для цепи дуги с низким сопротивлением. Его цель теперь – стабилизация работы для исключения дугового замыкания. При этом используется высокое индуктивное сопротивление обмотки для переменного тока.

Принцип работы стартера люминесцентной лампы

Устройство предназначено для управления процессом запуска светильника в работу. При первоначальном подключении сетевого напряжения оно полностью прикладывается к двум электродам стартера, между которыми существует небольшой промежуток. Между ними возникает тлеющий разряд, в котором температура увеличивается.

Один из контактов, выполненный из биметалла, имеет возможность под действием температуры изменять свои размеры, изгибаться. В этой паре он выполняет роль подвижного элемента. Возрастание температуры приводит к быстрому замыканию электродов между собой. По цепи начинает протекать ток, это приводит к понижению температуры.

Через небольшой промежуток времени происходит разрыв цепи, что является командой для вступления в работу ЭДС самоиндукции дросселя. Последующий процесс был описан выше. Стартер понадобится только на этапе следующего включения.

Варианты исполнения

Существует большое разнообразие электролюминесцентных ламп, но все они могут иметь различие по:

• форме исполнения;
• виду балласта;
• внутреннему давлению.

Форма исполнения может быть как у обычных люминесцентных ламп – линейная трубка либо трубка в виде латинской буквы U. К ним добавились компактные варианты, выполненные под привычный цоколь с использованием различных спиральных колб.

Балласт является приспособлением, стабилизирующим работу изделия. Электронный и электромагнитный виды являются самыми распространенными схемами включения.

Внутреннее давление определяет область использования изделий. В бытовых целях или общественных местах нашли применение лампы низкого давления или энергосберегающие образцы. В промышленных помещениях или местах с пониженными требованиями к цветопередаче используют экземпляры высокого давления.

Для оценки способности освещения применяют показатель мощности лампы и ее светоотдачи. Можно привести еще много различных параметров классификации и вариантов исполнения, но их количество постоянно увеличивается.

Стартер для люминесцентных ламп

Лампы газоразрядного типа уже давно используются в системах внутреннего и наружного освещения. Их конструкция обеспечивает стабильное и устойчивое свечение, а срок эксплуатации по сравнению со стандартными лампочками накаливания значительно выше. Вся работа этих устройств осуществляется с помощью специальной аппаратуры, в состав которой входит и стартер для люминесцентных ламп.

Совместно с дросселем он принимает участие в запуске, защищает источник света от перенапряжения из-за высоких токов. Без стартера лампа не будет работать, поэтому нужно регулярно контролировать его состояние, осуществлять своевременный ремонт или замену.

Функции стартера в лампах газоразрядного типа

Независимо от модификации ламп дневного света, основной функцией стартера является их запуск. Он входит в общую структуру пускорегулирующего устройства, питается от сетевого переменного тока с рабочей частотой 50 Гц.

Активация осветительного прибора заключается в подаче на его контактные клеммы повышенного напряжения. Стандартное пусковое устройство внешне выглядит в виде небольшой стеклянной колбы, заполненную изнутри смесью инертных газов. Сама колба защищена от возможных повреждений пластиковым или металлическим корпусом. Снизу к подведены два электрода, которые и обеспечивают контакт с проводами лампы. Некоторые корпуса оборудуются смотровым окошком.

По мнению специалистов, стартеры для люминесцентных ламп обладает повышенной чувствительностью и чаще чем другие компоненты выходит из строя. В таких случаях лампу становится невозможно запустить, и она не будет работать. В случае необходимости этот компонент легко заменить своими руками.

Основными функциями стартера в системе ПРА являются следующие:

• Немедленное включение в работу при подаче питающего напряжения.
• Прогревает электроды.
• Замыкает и размыкает биметаллическую пластину.
• Передает повышенный ток к местам образования дуги.
• Через него ток поступает к дросселю.

Следует помнить, что прямое включение лампы без стартера приводит к снижению срока службы и преждевременному выходу из строя. Эти компоненты бывают электромагнитными или электронными и выбираются в зависимости от конструкции источника света.

Устройство стартера

Различные виды и модификации стартеров в целом имеют одни и те же конструктивные элементы. Они отличаются лишь параметрами, поскольку используются во многих типах ламп. Зная общее устройство стартера, можно легко проверить его работоспособность, выявить неисправности и принять решение о возможности дальнейшего использования.

Итак, любое пусковое устройство состоит из следующих деталей и компонентов:

• Корпус, изготовленный из металла или пластика, в котором размещаются все составляющие. Он защищает стеклянные детали от повреждений. В верхней части имеется отверстие, снизу выведены наружу ножки контактов.
• Колба. Сделана из стекла и наполнена газом. Обычно используется неон или смесь водорода и гелия.
• Электроды – анод и катод. Могут быть исполнены в двух вариантах: симметричные с двумя подвижными контактами или несимметричные, с одной движущейся частью. Каждый из них выведен наружу через цоколь. В практической деятельности чаще всего применяется первый вариант – с симметричной электродной системой.
• Конденсатор. Играет важную роль в сглаживании высоких токов. Одновременно участвует в размыкании электродов и гасит дугу, возникающую между токоведущими частями. Отсутствие конденсатора может вызвать спайку контактов при появлении дуги, вызывая тем самым преждевременный износ стартера.

Надежная работа стартера обеспечивается биметаллическими электродами, нагрев которых связан с напряжением конкретной электрической сети. Если ток понизился до 80% от номинала, то стартер может не сработать и лампа не загорится. Современный электронный стартер для люминесцентной лампы, применяемый в ЭПРА, практически не подвержен перепадам напряжения и всегда находится в готовности к работе. Поэтому они устанавливаются во всех современных светильниках, а старые пускатели постепенно заменяются приборами нового образца.

При замене следует учесть, что каждой марке люминесцентной лампы требуется соответствующее ей пусковое устройство.

Принцип действия

Действие стартера неразрывно связано с работой всей люминесцентной лампы и происходит в следующем порядке:

• Перед началом работы электроды разомкнуты.
• После подачи напряжения из сети, внутри колбы возникает тлеющий разряд с параметрами тока 20-50 мА.
• Разряд начинает воздействовать на биметаллические электроды, постепенно выполняя их разогрев.
• Под действием нагрева электроды изгибаются, после чего тлеющий разряд прекращается и далее происходит замыкание электрической цепи внутри лампы.
• По замкнутой цепи начинается движение электрического тока, разогревающего дроссель и катоды самой лампы.
• После прекращения тлеющего разряда начинается постепенное остывание биметаллических электродов. В результате, они размыкаются, разгибаются и цепь разрывается.
• Все предыдущие действия привели к появлению высокого импульсного напряжения, воздействующего на дроссель. Сам дроссель обладает индуктивностью, под влиянием котором лампа начинает зажигаться.
• Постепенно свечение лампы возрастает и достигает нормы. Поскольку стартер подключен параллельно с лампой, ему уже недостаточно напряжения для создания нового тлеющего разряда, поскольку весь ток уходит на поддержку свечения. Поэтому электроды остаются разомкнутыми, а лампа все равно продолжает работать.

Схема подключения

Независимо от конструкции лампы, каждая схема подключения использует стартер. Обычно используются источники света на 36-40 Вт с соответствующим пусковым устройством.

Порядок действий будет одинаковым для всех люминесцентных ламп:

• Каждый осветительный прибор оборудуется выходными контактами, установленными с торцов и соединенными с нитями накаливания. Снаружи они выглядят в виде небольших штырьков, к которым параллельно подключается стартер.
• Для подключения пускового устройства используется один из контактов, расположенных на обеих сторонах лампы.
• К контактам, оставшимся свободными, параллельно с электрической сетью подключается дроссель.
• Конденсатор подключается в последнюю очередь параллельно с питающими контактами. Он защищает от сетевых помех и компенсирует реактивную мощность.

Различия в подключении становятся заметными при использовании разного количества источников света, для которых используется отдельная схема. Их особенности проявляются в следующем:

• При использовании одной лампы стартер подключается параллельно, а дроссель – последовательно между лампой и источником питания. На входных контактах может быть установлен конденсатор, улучшающий параметры электрического тока.
• В случае использования нескольких лампочек, они последовательно подключаются к питанию вместе с дросселем. Далее, к каждой лампе параллельно подключается стартер. Важным условием является равенство суммарной мощности всех подключенных компонентов, мощности используемого дросселя.

Параметры и маркировка

Выбирая пусковое устройство, необходимо обратить особое внимание на его параметры и технические характеристики:

• Сроки эксплуатации, установленные производителями. По этому показателю лидируют компании Osram и Phillips, чья продукция способна выдерживать не менее 6 тысяч циклов включения и выключения. Однако, на практике этот параметр не всегда соблюдается по объективным причинам, например, из-за скачков сетевого напряжения.
• Температурный диапазон рабочего режима. Обычно устанавливается в пределах 5-55 0 С. Если требуется использовать светильники за пределами установленных норм, то для этих случаев понадобятся специальные стартеры с гораздо более высокой стоимостью.
• Временной промежуток, при котором катоды полноценно прогреваются. Этим фактором определяется период нахождения биметаллических электродов в замкнутом положении. У разных производителей данный показатель может существенно отличаться.
• Разновидности и модификации конденсаторов, задействованных в том или ином устройстве. От его конструкции во многом зависит срок эксплуатации прибора.
• Номинальное рабочее напряжение. Данная характеристика должна обязательно проверяться, поскольку прибор, рассчитанный на 127 В и подключенный к светильнику на 220 В, сразу же выйдет из строя.

Все параметры отображаются в маркировке устройства. У отечественных приборов она выглядит следующим образом:

• Буква «С» указывает на принадлежность к категории стартеров.
• Цифры, стоящие впереди буквы «С», обозначают мощность лампы, для которой предназначен данный стартер.
• Цифры, нанесенные позади буквы «С», соответствуют параметрам рабочего напряжения, например, 127 или 220.

Таким образом, маркировка 60С-220, приведенная в качестве примера, указывает на устройство, которое является стартером для люминесцентной лампы мощностью 60 Вт, работающей от сети 220 В.

Проверка технического состояния стартера

В случае каких-либо неисправностей осветительного прибора с лампами дневного света, очень часто требуется отдельно проверить работоспособность стартера. В общей конструкции он определяется как довольно простая деталь с небольшими размерами. Поломка пускателя приносит массу проблем, в первую очередь связанных с прекращением работы всей лампы.

Частой причиной неисправности служит изношенная лампа тлеющего разряда или биметаллическая контактная пластина. Внешне это проявляется отказом при запуске или миганием во время работы. Устройство не запускается ни со второй попытки, ни с последующих, поскольку для пуска всей лампы недостаточно напряжения.

Наиболее простым способом проверки является полная замена стартера другим устройством такого же типа. Если после этого лампа нормально включится и заработает, значит причина была именно в пускателе. В данной ситуации измерительные приборы не требуются, однако при отсутствии запасной детали придется создавать простейшую проверочную схему с последовательным соединением стартера и лампы накаливания. После этого через розетку подключить питание 220 В.

Для подобной схемы лучше всего подойдут маломощные лампочки на 40 или 60 ватт. После включения они загораются, а затем со щелчком периодически отключаются на короткое время. Это указывает на исправность стартера и нормальную работу его контактов. Если же лампочка горит постоянно и не моргает или она не зажглась вовсе, следовательно пускатель нерабочий и его необходимо заменить.

В большинстве случаев можно обойтись одной лишь заменой, и лампа вновь заработает. Однако, если стартер точно исправен, а светильник все равно не работает, необходимо последовательно проверять дроссель и другие компоненты схемы.

Стартеры для ламп. Устройство и работа. Замена и как выбрать

Стартеры для ламп являются частью пускорегулирующей аппаратуры, которая служит для зажигания люминесцентных ламп при подключении к сети 220В с частотой 50 Гц. Помимо стартеров в состав ЭМПРА входит конденсатор и дроссель.

Как устроены и работают стартеры для ламп

Стартер представляет собой небольшую газоразрядную лампу, в которой поддерживается тлеющий разряд. Ее корпус состоит из стеклянной колбы, которая заполняется инертным газом. В качестве него может применяться неон или гелий-водород. В колбе размещено два электрода чаще всего биметаллических. Один электрод закреплен, а второй установлен подвижно. Может применяться два подвижных электрода, что повышает надежность и быстродействие системы. В случае снижения эффективности изгиба одного электрода, это компенсирует второй.

При подаче напряжения на стартер происходит тлеющий разряд. Он поддерживается незначительным током в пределах 20-50 мА. Тлеющий разряд поднимает температуру внутри колбы, от чего происходит разогрев подвижного биметаллического электрода, в результате чего он изгибается и прикасается ко второму. При замыкании цепи разряд переходит на соединительный дроссель и в последующем на саму лампу, вызывая ее подогрев. В это время ток заряда в самом стартере прекращается, поэтому его электроды охлаждаются и разгибаются. В результате в электрической цепи создается импульс высокого напряжения, который передается на дроссель и зажигает люминесцентную лампу, провоцируя ее стойкое белое свечение.

Цель стартера заключается в подогреве лампы, поскольку в противном случае она просто не зажжется при подаче напряжения. Подобный эффект можно наблюдать пытаясь включить низкокачественную люминесцентную лампочку на морозе. Если в тепле она работает безотказно, то в холоде не светит.

Для обеспечения продолжительного ресурса эксплуатации пускателя требуется наличие конденсатора. Его задача заключается в сглаживании экстра токов, благодаря чему осуществляется размыкание электродов прибора. Без наличия конденсатора электроды просто спаяются между собой. Конденсатор имеет емкость от 0,003 до 0,1 мкФ. Зачастую в конструкции люминесцентных ламп, особенно с патроном Е27, предусматривается подключение двух последовательно соединенных конденсаторов емкостью каждого по 0,01 мкФ. Это необходимо для компенсации создания радиопомех, которые обычно наблюдаются при работе ламп дневного света.

Специфика работы стартера требует соблюдение определенного напряжения. В случае его падения до уровня 80% лампочка не загорится, поскольку пускатель не сможет правильно ее прогреть. Дело в том, что напряжение зажигания самого стартера должно быть ниже, чем напряжение в сети, к которой он подключен. При этом рабочее напряжение вызывающее свечение самой люминесцентной лампы должно быть ниже, чем у пускателя.

Срок службы стартера и признаки его скорого выхода из строя

Стартеры для ламп выходят из строя чаще, чем непосредственно сама лампочка. По мере применения пускового устройства напряжение образующее тлеющий разряд снижается. Как следствие может наблюдаться замыкание между электродами стартера даже при работе лампы, когда она уже издает свет. Как следствие лампочка гасится и снова зажигается, что человеческим глазом воспринимается как мерцание. Симптомом начала таких проблем является легкое мигание при длительной работе, или вначале до набора максимального свечения.

В это время внутри стартера электроды то присоединяются, то разъединяются. Как только контакт между ними прекращается лампа горит. Подобные блики не только мешают, но и опасны для других элементов лампы, в первую очередь наблюдается перегрев дросселя. Может выйти из строя и сама колба.

Люминесцентные лампочки предлагаются в различных форматах. Лампы, применяемые в обыкновенных люстрах и светильниках, сделаны под цоколь Е14 и Е27. В этом случае стартер прячется прямо в корпусе лампочки, поэтому как только он выходит из строя, то меняется весь механизм. Для вытянутых ламп, устанавливаемых в потолочные светильники, применяются отдельные пусковые устройства. Такие стартеры для ламп нужно своевременно менять, чтобы предотвратить выход из строя всей осветительной системы.

Фактический ресурс стартера позволяет осуществлять не менее 6000 включений. Это довольно много, ведь даже пользуясь светом дважды в день, ресурс израсходуется только через 8 лет. Конечно, свет может включаться и отключаться гораздо чаще, поэтому стартеры для ламп на практике служат намного меньше.

Стартеры для ламп являются довольно специфической конструкцией, главный недостаток которой в низкой надежности. Зачастую устройство отказывает, в результате чего возникает фальстарт в виде несколько вспышек света при нажатии на включатель. Как следствие после короткого мерцания полноценное свечение так и не происходит. Любые неполадки пускателя негативно сказываются на ресурсе самой лампочки. Проблемы с запуском снижают и коэффициент полезного действия осветительного оборудования, увеличивая потребление энергии, что сопровождается малым количеством выделяемого света.

По мере эксплуатации рабочее напряжение стартера снижается, в то время как у самой лампы повышается. Такая несовместимость провоцирует возникновение тлеющего разряда даже в том случае, если лампочка уже светит, что тоже провоцирует мигание. Со временем стартер может терять в уровне эффективности разогрева лампы. В результате нажимая на выключатель, свет просто не зажигается. Чтобы все заработало, приходится по несколько раз жать на клавишу. При каждом срабатывании лампа понемногу прогревается, пока не достигнет достаточной температуры для свечения. При этом создается впечатление, что вся проблема в самом выключателе, а точнее его контактами. По этой причине осуществляется сильное надавливание на его клавишу.

Критерии выбора

Выбирая стартер под определенный тип ламп, требуется в первую очередь обращать внимание на следующие показатели:

• Ток зажигания.
• Напряжение.
• Уровень мощности.
• Тип применяемого конденсатора.

Что касается тока зажигания, он должен быть выше рабочего напряжение лампы, но не ниже напряжения в сети питания. Только при соблюдении таких условий освещение будет работать корректно.

Базисное напряжение может составлять 127 или 220В. При включении в одноламповую схему применяется устройство на 220В. Для двухламповых систем используются стартеры на 127В.

Одним из самых важных критериев выбора стартера является уровень его мощности. Он измеряется в ваттах (Вт) и прописывается на боковой части корпуса стартера. В отдельных случаях мощность может изображаться на торцевой части стартера выдавленной в пластике. Подавляющее большинство представленных в продаже пускателей производятся с мощностью 60, 90 и 120 Вт. Также бывают стартеры для ламп с диапазоном мощности 4-22 Вт, 4-65 Вт и так далее.

В некоторых странах, в том числе и России, для обозначения параметров стартера применяется маркировка. На поверхность корпуса устройства наносится буквенно-цифровая надпись ХХ-С-ХХХ. Сначала идут две цифры, которые указывают на мощность устройства. Потом указывается буква «С», обозначающая что применяемый прибор это стартер. Дело в том, что при незнании пускатель можно спутать с конденсатором или другими устройствами, поэтому присутствие в маркировке «С» позволяет избежать подобных ошибок. Сразу после буквы идет трехзначное число, которое указывает на напряжение, применяемое для работы. Это может быть 127 или 220В.

Многие производители, поставляющие свою продукцию на рынки всего мира, применяют свою собственную фирменную маркировку. В этом случае для удобства потребителей помимо собственного буквенно-цифрового обозначения применяется и стандартная расшифровка с указанием параметров мощности и напряжения. Далеко не все бренды указывают на корпусе устройства для скольких лампочек оно может поменяться. При отсутствии нужной информации ее нужно искать в инструкции.

Процесс замены пускателя

Рекомендуется менять стартеры для ламп вместе с самими лампами. В этом случае новые устройства не выйдут из строя в неподходящий момент, из-за износа старых элементов в схеме подключения.

Замену нужно осуществлять не только при полном перегорании лампы, но и в случае:

• Мерцания.
• Длительной задержки при включении.
• Сильного шума при работе.
• Существенного падения яркости.
• Самовольного отключения на продолжительный срок с последующим включением.

В случае с люминесцентными лампами в формате цоколя Е14 и Е27 прибор просто выкручивается, а на его место ставится новая лампочка. Длинные лампы потолочного типа меняются по другой схеме. Колба лампочки поворачивается по своей осина на 45 градусов в направлении часовой стрелки. В результате ее электроды сдвигаются до выходного шлица. После этого лампа вытягивается. Стартер скрыт за отражающей крышкой светильника, поэтому ее нужно также демонтировать. Она может крепиться защелками или винтами. После извлечения крышки можно увидеть закрепленный в посадочном гнезде стартер. Он просто поворачивается против часовой стрелки до характерного щелчка и вытягивается как вилка из розетки. На его место ставится новый стартер.

{SOURCE}