Зачем нужен дроссель для люминесцентных ламп — устройство схема подключения

 

Несмотря на повышение спроса на светодиодные источники света, люминесцентные лампы все еще остаются на пике популярности. Во многом это объясняется относительно небольшой стоимостью осветительного устройства и пускорегулирующего аппарата (далее ПРА), необходимого для его работы. Рассмотрим функциональное назначение и принцип работы последних.

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.

Устройство стартера для люминесцентных ламп

• 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.

Схема №2: Подключение двух ламп в светильнике с одним электромагнитным дросселем

• 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.

Вся необходимая информация присутствует в маркировке стартеров

• 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.

Графическое отображение появления «всплеска» ЭДС самоиндукции в дросселе в момент размыкания электрической цепи

• 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.

Процессы, происходящие внутри люминесцентной лампы

• 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.

Сдвиг фазы тока в электромагнитном дросселе на угол φ

• 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.

Эот дроссель 1974 года выпуска до сих пор находится в исправном состоянии

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 температурой Δt(°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.

Мощность лампы, ВтПотребляемая мощность (лампа+ПРА) в соответствии с классом, Вт

A1	A2	A3	B1	B2	C	D
15	9	16	18	21	23	25	>25
18	10.5	19	21	24	26	28	>28
30	16.5	31	33	36	38	40	>40
36	19	36	38	41	43	45	>45
38	20	38	40	43	45	47	>47
58	29.5	55	59	64	67	70	>70
70	36	68	72	77	80	83	>83

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

Вся необходимая техническая информация есть в маркировке дросселя

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.

Электромагнитные дроссели для T8 ламп Helvar, 220 В, 50 Гц, 15-58 Вт

Мощн. (Вт)*К-во ламп	Ток лампы, (A)	Тип ЭмПРА	Класс EEI	Размеры Д*Ш*В, (мм)	Масса, (кг)	Схема №	cosφ	Рост темп. Δt(°C)	Емкость компенс. конденс, 230/250В, (мкф)
15*1	0.31	L15A-P	B2	150*42*28	0.55	1	0.35	50/85	4
15*2	0.31	L30A-P	B2	150*42*28	0.56	2	0.5	45/110	4.5
18*1	0.37	L18TL2	B1	150*42*28,8	0.83	1	0.3	35/50	4.5
18*1	0.37	L20A-P	C	150*42*28	0.56	1	0.35	55/85	4.5
18*1	0.37	L18A-L	C	150*42*28	0.51	1	0.35	65/90	4.5
18*2	0.37	L36TL2	B1	150*42*28,8	0.83	2	0.53	35/90	4.5
18*2	0.37	L40A-C	C	150*42*28	0.52	2	0.53	55/150	4.5
18*2	0.37	L40A-P	C	150*42*28	0.56	2	0.53	55/155	4.5
18*2	0.37	L40A-L	C	150*42*28	0.51	2	0.55	65/160	4.5
25*1	0.29	L15A-P	B2	150*42*28	0.55	1	0.5	50/85	3.5
30*1	0.365	L30A-P	B2	150*42*28	0.56	1	0.5	45/110	4.5
36*1	0.43	L36TL2	B1	150*42*28,8	0.83	1	0.43	35/90	4.5
36*1	0.43	L40 A-C	C	150*42*28	0.52	1	0.5	55/150	4.5
36*1	0.43	L40A-P	C	150*42*28	0.56	1	0.5	55/155	4.5
36*1	0.43	L40A-L	D	150*42*28	0.51	1	0.5	65/160	4.5
38*1	0.43	L36TL2	B1	150*42*28,8	0.83	1	0.45	35/90	4.5
38*1	0.43	L40A-P	C	150*42*28	0.56	1	0.49	55/155	4.5
38*1	0.43	L40A-L	D	150*42*28	0.51	1	0.49	65/160	4.5
58*1	0.67	L58TL2	B2	230*42*28,8	1.36	1	0.47	35/95	7

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.

Явный признак «начала конца» лампы — почернение в районе катодов

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.

Проверка обрыва обмоток дросселя

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.

Многофункциональный прибор для измерения индуктивности, емкости и сопротивления

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.

Демонтированная электрическая часть светильника на рабочем 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.

Монтаж нового дросселя в светильник. На потолке это сделать очень трудно

• 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.

Проверка светильника после монтажа

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

Назначение дросселя

Сам термин «дроссель» происходит из немецкого языка. В вольном переводе он означает «фильтр», или «ограничитель». Именно такую функцию и выполняет дроссель для ламп дневного света. Газоразрядные лампы в момент пробоя и стабильного горения газового разряда имеют существенные различия в своих параметрах.

В момент включения этот элемент ведет себя как дополнительное оборудование к стартеру, создавая импульс напряжения для зажигания тлеющего разряда. Потом стартер отключается, а дроссель поддерживает горение лампы и сглаживает пульсацию переменного тока.

Ремонт светильников с перегоревшими дросселями

Светильники с перегоревшими электромагнитными дросселями можно отремонтировать самостоятельно, заменив отказавший элемент другим, например, применяемым в иных вариантах световой аппаратуры.

Например, в настольных светильниках с ЭмПРА можно использовать плату (с элементами, обеспечивающими горение лампы) от энергосберегающей лампы.

Для этого нужно найти экономичную перегоревшую лампочку (той же мощности, что и у ремонтируемой) с сохранившейся в хорошем состоянии электронной «начинкой».

Перегоревшая энергосберегающая лампа с электронной начинкой

Далее необходимо отделить от лампы цоколь вместе с платой и извлечь саму плату. При этом запомнить, где находятся выводы на высоковольтный конденсатор, на лампу и на входное напряжение питания 220 В.

Отделение платы

Все штырьки, расположенные на плате, и конденсатор (на картинке он зеленого цвета) необходимо выпаять.

Он пойдет в нижнюю, пластмассовую часть цоколя настольной лампы.

Снимаем нижнюю пластину

Для этого снимаем нижнюю пластину в месте, отмеченном на рисунке, и вытаскиваем из вскрытого кожуха находящиеся в нем детали, которые были соединены при помощи латунных трубок с электродами лампы.

Вместо удаленных нами элементов к проводам, идущим на электроды, присоединяем конденсатор, выпаянный с платы, и помещаем во вскрытый кожух. После этого отделенную нами пластину возвращаем на место и приклеиваем клеем.

Присоединяем конденсатор

Помещаем во вскрытый кожух

Далее создаем точки соединения штырьковых выводов электродов с проводами, выходящими с преобразующей электронной платы, снятой с энергосберегающей лампы.

Создаем точки соединения штырьковых выводов электродов с проводами

Для этого провода с коммутирующего разъема припаиваем к контактам платы на выходе (на рисунке они находятся слева).

Плату помещаем в защитный корпус.

Зачем это нужно сделать?

Так как элементы на плате находятся под высоким напряжением, в целях электробезопасности нужно закрыть к ним доступ.

Через провода, находящиеся справа на рисунке, в схему подается входное напряжение от сети 220 В.

Для подключения используем вилку и розетку.

Включенная лампа

Включаем созданную конструкцию в сеть. Лампа загорается, светильник работает.

Такие и многие другие самоделки позволяют экономить деньги на покупке товаров, взамен вышедших из строя. При наличии некоторого объема знаний и опыта всегда есть возможность сделать нужные изменения и ремонт светильника своими руками.

Балласт электронного вида

На сегодняшний день наиболее популярным и часто встречаемым видом балласта будет его электронный тип. Поэтому схема подключения электронного дросселя – самая востребованная.

Электронный балласт

Он имеет вид небольшого блока с выведенными клеммами. Внутри такого блока размещена печатная плата. На ней собрана вся система. По ней можно понять, сколько люминесцентных ламп к ней можно подключить.

Образец включения к одной лампе

Чтобы подсоединить электронный тип ограничителя тока необходимо:

• первый и второй коннекторы на выходе блока нужно подключить к одной паре контактов экономки;
• третий и четвертый ведутся к другой паре;
• на вход подается питание.

Как видим, данный вариант достаточно прост в реализации. С ее помощью можно подключить одну лампу дневного света. Несколько сложнее выглядит вариант, используемый для включения двух источников освещения.

Образец включения к двум экономкам

Система, применяемая для запуска двух устройств дневного света к электронному типу балласта, реализуется следующим образом:

• дроссель подсоединяют в разрыв цепи питания нитей, с помощью которых осуществляется накаливание экономки;
• стартеры необходимо вести параллельно к электродам.

Обратите внимание! Соединять электронный балласт, стартерные коннекторы и нити накала необходимо в последовательном порядке.

Некоторые специалисты вместо стартера предлагают применять обычную кнопку от любого электрического звонка. В данной ситуации подача напряжения на прибор будет осуществляться путем нажатия и дальнейшего удерживания кнопки звонка. После того, как экономка зажегся, кнопку можно отпустить.

Виды и модели

По типу питания дроссели бывают однофазными и трехфазными. Первые наиболее распространены и используются как для бытового, так и для промышленного освещения. Вторые менее популярны и используются только в промышленном осветительном оборудовании.

По степени потери мощности выделяют три группы: с низкой, средней и обычной потерей мощности. Их маркируют соответственно символами B, C и D.

Обычные дроссели имеют электромагнитный принцип действия, в их конструкции присутствует сердечник и обмотка.

Более современная разновидность — электронные, которые массово начали выпускаться всего несколько лет назад. У них вместо обычного сердечника и обмотки — миниатюрный инвертор. Такие детали несколько дороже обычных, но они не требуют дополнительно применять стартер для зажигания тлеющего газового разряда.

Разные люминесцентные источники света нуждаются в подключении дросселей разной мощности. Есть три группы по мощности:

• от 9 Вт до 15 Вт — предназначены для небольших настольных светильников;
• от 18 Вт до 36 Вт — для потолочных и настенных бытовых светильников;
• от 65 Вт до 80 Вт — используются в мощных промышленных светильниках и источниках света с несколькими лампами.

Обзор производителей

Для бытовых источников света лучший вариант — детали греческого производства под торговой маркой Schwabe Hellas. Широкий ассортимент по мощности позволяет подобрать необходимый элемент для любой бытовой однофазной лампы дневного света.

Хорошо себя зарекомендовали элементы финского производителя Helvar. Они славятся тем, что обладают низкими потерями мощности и практически не создают помех при работе. Для мощных промышленных люминесцентных источников света оптимальны дроссели данной фирмы мощностью 85 Вт.

Обычно дроссели и стартеры являются комплектующими элементами при продаже ламп дневного света. Но иногда возникает необходимость их замены. Рекомендуется выбирать для этого продукцию таких известных и проверенных производителей, как Navigator, Luxe и Chilisin.

Ремонт дросселей, особенно электронного типа, лучше не производить. Их устройство таково, что отремонтировать данную часть качественно в домашних условиях нет возможности из-за миниатюрных деталей. Лучше заменить элемент в сборе.

Замену деталей необходимо производить при полном обесточивании светильника.

Проверку работоспособности можно произвести и без мультиметра. Достаточно подключить элемент к заведомо исправному светильнику, проверить скорость зажигания разряда и стабильность его горения.

Тандемное подключение

Ниже показана схема, где две лампы люминесцентного типа включены последовательно.

Схема тандемного подключения

Принцип работы у представленной схемы не отличается от типового подключения, единственная разница – в параметрах стартеров. При двухламповом подключении применяются стартеры, у которых «пробивное» напряжение 110 В (тип S2), для однолампового – 220 В (тип S10).

Стартеры S10 и S2 на 220 и 110 В соответственно

Возможные неисправности

Так как устройство данного элемента очень простое, то возможных поломок может быть только две: обрыв цепи и межвитковое замыкание. При обрыве цепи деталь полностью выходит из строя и не выполняет своих функций; её следует заменить.

При межвитковом замыкании часть обмотки выходит из строя, элемент сохраняет, как правило, свою работоспособность, но меняются его рабочие параметры. Такая неисправность более опасна, так как сразу ее диагностировать без тестера не всегда возможно. А долгое использование лампы с таким дросселем может привести к поломке всего оборудования.

Особенности дросселей электромагнитного типа

Говоря об особенностях электромагнитных ПРА, необходимо заметить, что единственные преимущества этих устройств – относительно невысокая цена, простая эксплуатация и несложный монтаж. Недостатков у классической схемы подключения значительно больше:

• наличие громоздкого и «шумного» дросселя;
• стартеры, к сожалению, не отличаются надежностью;
• наличие эффекта стробирования (лампа мерцает с частотой 50 Гц) вызывает повышенную утомляемость у человека, что приводит к снижению его работоспособности;
• при вышедших из строя стартерах проявляется фальстарт, то есть лампа, перед тем как «зажечься», несколько раз мигает, это снижает рабочий ресурс источника света;
• примерно около 25% мощности расходуется на электромагнитный балласт, в результате существенно снижается КПД.

Использование электронного ПРА позволяет избавиться от большинства из перечисленных выше недостатков.

Включение пары светильников

Для подсоединения дросселя можно использовать вариант соединения как для одной, так и для двух экономок. Рассмотрим более детально, каким образом проделывается включение двух моделей 2х18.

Подсоединение к двум люминесцентным моделям 2х18

Чтобы включить два устройства с мощностью в 18 Вт, необходим индукционный тип устройства с мощностью не менее 36 Вт. Для этого можно использовать ПРА на 40 Вт, а также два стартера на 4-22 Вт. Как видим стартеры необходимо подсоединять параллельно к каждой экономке. Таким образом с каждой стороны будут использованы по одному контакту-штырю. Оставшиеся коннекторы следует присоединять к электрической сети только через индукционный дроссель.
Уменьшить помехи, а также компенсировать реактивную мощность в данной ситуации можно при помощи конденсатора. Его нужно подводить к питающим компонентам светильников параллельно. В ситуации, когда имеется встроенная защита, конденсатор может не использоваться.

Заключение

Схема для подключения к люминесцентной лампе дросселя может иметь самый разнообразный вид. Она зависит от некоторых параметров. Поэтому, чтобы подобрать оптимальный вариант, нужно знать, какой тип балласта и устройства дневного света у вас имеется в наличии.

Пускорегулирующий аппарат электронного типа (ЭПРА)

Массово ЭПРА появились  не так давно, около тридцати лет назад, в настоящее время они практически вытеснили электромагнитные устройства. Этому способствовали многочисленные преимущества перед классической схемой включения, назовем основные из них:

• повышение световой отдачи ламп люминесцентного типа благодаря высокочастотному разряду;
• отсутствие шума, характерного для низкочастотных электромагнитных дросселей;
• снижение эффекта стробирования значительно расширило сферу применения;
• отсутствие фальстарта увеличивает срок эксплуатации люминесцентных источников;
• КПД может достигать 97%;
• по сравнению с ПРА электромагнитного типа, энергопотребление снижено на 30%;
• нет необходимости компенсировать реактивную нагрузку;
• в некоторых моделях электронных устройств предусмотрено управление мощностью источника освещения, это производится регулировкой частоты в преобразователе напряжения.

ЭПЛА внешний вид и внутренне устройство

Стоит также отметить: благодаря отсутствию громоздкого дросселя, стало возможным уменьшить размеры электронного балласта, что позволило  разместить его в цоколе. Это существенно расширяет сферу применения, делая возможным использование в осветительных приборах вместо источников, в которых используется нить накала.

ЭПРА, размещенный в цоколе

В качестве примера приведем схему простого электронного балласта, типичную для большинства недорогих устройств.

Схема типичного ЭПРА

Перечень элементов:

• номиналы резисторов: R1 и R2 -15 Ом, R3 и R4 – 2,2 Ом, R5 – 620 кОм, R6 – 1,6 Мом;
• используемые конденсаторы: C1 – 47 нФ 400 В, С2 – 6800 пФ 1200 В,  С3 – 2200пФ, С4 – 22 нФ, С5 – 4,7 мкФ 350 В;
• диоды: VD1-VD7 – 1N400;
• транзисторы: Т1 и Т2 – 13003;
• диодный симистор VS – DB3.

Завершая тему ЭПРА, необходимо заметить – их существенным недостатком является относительно высокая стоимость качественных устройств. Что касается недорогих моделей, надежность таковых оставляет желать лучшего.

Вариант включения с двумя балластами и двумя трубками

При наличии двух источников освещения, а также двух комплектов для их соединения, нужно использовать такой вариант.

Подключение с двумя комплектами

В данной ситуации соединение осуществляется следующим образом:

• на вход дросселя подается фазный провод;
• далее он с выхода дросселя направляется на один контакт экономки. При этом со второго коннектора он идет на первый стартер;
• с первого стартера он направляется на вторую пару коннекторов этого же источника света;
• свободный коннектор необходимо соединить с нулевым проводом питания, который на рисунке обозначен как N

Таким же образом происходит включение и второй трубки: вначале идет дроссель, далее с него один коннектор направляется на контакт лампочки, а второй – на стартер. Выход со стартера нужно соединить со второй парой контактов светильника, а свободный коннектор — вывести на нулевой провод.

Подключение без балласта

При необходимости газоразрядные источники света возможно включить в сеть питания без электромагнитного или электронного балласта. Схема такого включения показана ниже.

Бездроссельный способ подключения

Для реализации такого подключения понадобится:

• лампа люминесцентного типа – 40 Вт и накаливания – 60 Вт (последняя будет работать как балластное сопротивление);
• два конденсатора 0,47 мкФ 400 В (играют роль умножителя);
• диодный мост КЦ404А или аналогичный, можно использовать четыре диода, рассчитанных под ток не менее 1 А и обратное импульсное напряжение 600 В.

Данная схема проигрывает по своим параметрам подключению при помощи электромагнитного дросселя и ЭПРА. Она приведена для ознакомления.

Особенности соединения

Самым дорогостоящим элементом в электроцепи является дроссель. Поэтому многие люди, чтобы сэкономить, отдают предпочтение тем вариантам, где используется только один балласт.
При этом во время подсоединения всех элементов электрической схемы светильника необходимо помнить о технике безопасности, так как в данной ситуации, по незнанию, можно получить электротравму.