Стартер для люминесцентных ламп является неотъемлемой частью электромагнитного пускорегулятора (ЭМПРА) и используется для инициации свечения ртутной лампы.
Каждое устройство, разработанное различными производителями, обладает уникальными техническими характеристиками, однако все они предназначены для работы с осветительными системами, которые питаются от переменного тока с предельной частотой до 65 Гц.
В данной статье мы проанализируем устройство стартера для люминесцентных ламп, его функции в осветительных устройствах, а также обсудим особенности различных типов пусковых механизмов и советы по выбору необходимого устройства.
Краткое содержание статьи
Как устроено приспособление?
Структура стартера (пускателя) довольно проста. Он представлен в виде небольшой лампы газоразряда, которая получает возможность генерировать тлеющий разряд при низком давлении газа и слабом токе.
Эта миниатюрная стеклянная колба заполнена инертным газом, который может быть смесью гелия или неона. В ней расположены как неподвижные, так и подвижные электроды, изготовленные из металла.
Все электроды влюминесцентной лампе имеют два клеммных блока. Одна из клемм каждого контакта подключена к цепи электромагнитного балласта, а остальные соединены с катодами стартера.
Расстояние между электродами в стартере невелико, что делает возможным пробой напряжения сети. Это приводит к образованию тока и нагреву элементов в электрической цепи с определённым уровнем сопротивления, к числу которых относится и стартер.
В конструкции стартера для люминесцентных ламп присутствуют практически универсальные компоненты: 1 – дроссель; 2 — стеклянная колба; 3 – ртутные пары; 4 – клеммы; 5 – электроды; 6 — корпус; 7 – биметаллический контакт; 8 – инертный газ; 9 – вольфрамовые нити накала ЛД; 10 – капля ртути; 11 – дуговой разряд (+).
Колба размещена в защитном корпусе, выполненном из пластика или металла. В некоторых моделях имеется специальное смотровое отверстие в верхней части крышки.
Пластик является наиболее распространённым материалом для создания блока, который может выдерживать воздействие высоких температур благодаря специальной пропитке — люминофору.
Эти устройства имеют два контакта в виде ножек, которые изготавливаются из различных металлов.
В зависимости от конструкции электроды могут быть как симметричными и подвижными, так и асимметричными с одним подвижным элементом, и их выводы проходят через патрон лампы.
К электродам колбы параллельно подключён конденсатор, ёмкость которого составляет от 0,003 до 0,1 мкФ. Этот элемент крайне важен, так как он снижает уровень радиопомех и активно участвует в процессе зажигания лампы.
Конденсатор является важной деталью в устройстве, так как он помогает сглаживать электрические импульсы и размыкает электроды устройства, предотвращая образование дуги между токоведущими элементами.
Отсутствие этого элемента может вызвать спайку контактов при возникновении дуги, что заметно сокращает срок службы стартера.
В повседневной жизни наиболее распространены модели балластов с симметрической системой контактов и пусковой схемой. Такие устройства менее подвержены влиянию резких скачков напряжения в сети.
Эффективная работа стартера зависит от напряжения питания. При падении номинала до 70-80% люминесцентная лампа может не зажигаться, так как не происходит достаточного нагрева электродов.
При выборе подходящего стартера для конкретной модели люминесцентной лампы (ЛЛ) важно тщательно проанализировать технические характеристики различных моделей и определиться с производителем.
Принцип работы аппарата
Когда подаётся сеть на осветительное устройство, напряжение проходит через витки дросселя ЛЛ и вольфрамовую нить накала.
Затем это напряжение поступает на контакты стартера, где инициируется тлеющий разряд, при котором газ в колбе начинает светиться благодаря нагреву.
В устройстве также присутствует биметаллический контакт, который реагирует на изменения и начинает изгибаться, замыкая электрическую цепь между контактами.
Ток, создаваемый разрядом, варьируется от 20 до 50 мА, что достаточно для нагрева биметаллического электрода, замыкающего цепь (+).
Таким образом, в цепи люминесцентной лампы формируется замкнутый контур, который пропускает ток и нагревает вольфрамовые нити, заставляя их излучать электроны.
В результате образуется термоэлектронная эмиссия и начинается разогрев ртутных паров внутри лампы.
Поток электронов снижает напряжение на контактах стартера примерно вдвое, что уменьшает интенсивность тлеющего разряда с повышением температуры накала.
При этом биметаллическая пластина уменьшает деформацию, тем самым размыкая цепь между анодом и катодом, и ток перестаёт проходить через этот участок.
Измения в токе вызывают возникновение электродвижущей силы индукции в катушке дросселя и проводящей цепи.
Биметаллический контакт быстро реагирует на кратковременные разряды в подключённой схеме: между вольфрамовыми нитями ЛЛ.
Эти разряды могут достигать нескольких киловольт, что достаточно для пробоя инертной среды газов с ртутными парами, образуя электродугу, создающую ультрафиолет.
Ультрафиолетовое излучение не видимо человеческим глазом, поэтому в конструкции лампы находится люминофор, который поглощает это излучение и преобразует его в видимый свет.
При изменении тока в цепи или его полном прекращении происходит пропорциональное изменение магнитного потока через пластину, что ограничивает эту цепь и вызывает ЭДС самоиндукции.
Однако напряжение на стартере, который подключён параллельно лампе, недостаточно для возникновения тлеющего разряда, в результате чего электроды остаются в разомкнутом состоянии во время работы люминесцентной лампы. В дальнейшем стартер не будет задействован в рабочем процессе.
Так как после создания свечения необходимо ограничить показатели тока, вводится электромагнитный балласт, который благодаря своему индуктивному сопротивлению выполняет роль предохранителя, защищающего лампу от поломки.
Виды стартеров для люминесцентных приборов
Существуют три основных типа пусковых устройств, в зависимости от принципа их работы: электронные, тепловые и пускатели с тлеющим разрядом. Несмотря на разницу в конструкции и функционировании, все они выполняют схожие задачи.
Электронный пускатель
Процессы, происходящие в системе контактов таких стартеров, не контролируются. При этом на их работоспособность значительно влияет температура окружающей среды.
Например, если температура опускается ниже 0°C, скорость нагрева электродов снижается, и стартеру требуется больше времени для того, чтобы инициировать свет.
Кроме того, при высоких температурах контакты могут спаяться друг с другом, что вызывает перегрев и повреждение спиралей лампы.
Большинство моделей электронных балластов для ЛЛ основаны на микросхеме UBA 2000T, которая предотвращает перегрев электродов и значительно увеличивает срок их службы, а соответственно и срок эксплуатации лампы.
Даже при нормально работающих устройствах с течением времени могут возникнуть неисправности. Они дольше поддерживают нагрев контактов лампы, что понижает её ресурс эксплуатации.
Для устранения этих недостатков в полупроводниковой электронике стартеров применяются более сложные конструкции с интегральными микросхемами, позволяющими ограничивать количество циклов замыкания электродов.
В большинстве доступных на рынке моделей схемотехническое устройство электронного стартера состоит из двух основных компонентов:
- управляющая схема;
- высоковольтный коммутационный узел.
Примером может служить микросхема электронного зажигателя UBA2000T компании PHILIPS и высоковольтный тиристор TN22 от STMicroelectronics.
Принцип функционирования электронного стартера основан на размыкании цепи за счёт нагрева. Некоторые модели обладают особенной функцией — режимом ожидания для запуска.
Таким образом, размыкание электродов происходит в оптимальной фазе напряжения и при соответствующей температуре нагрева контактов.
Полупроводниковые компоненты электронного балласта должны соответствовать ключевым рабочим характеристикам, таким как мощность и напряжение сети, к которой подключено осветительное устройство.
Важно отметить, что при неисправностях лампы и неудачных попытках её запуска механизм отключается, если число таких попыток достигло 7. Следовательно, говорить о преждевременном выходе из строя электронного стартера не приходится.
Когда лампа заменяется на новую, устройство вновь способно запустить люминесцентную лампу. Единственный недостаток данной модели — высокая стоимость.
В схеме со стартером, для снижения радиопомех, могут использоваться симметрированные дроссели, обмотки которых разделены на равные участки с одинаковым количеством витков, накрученных на общий сердечник.
В настоящее время выпускаемые балласты обычно имеют конструкцию сборного типа, магнитный провод изготавливается из стальных листов. Обычно такие дроссели оснащены двумя симметричными обмотками.
Все секции катушки соединены последовательно с одним из терминалов лампы. Когда устройство включается, оба его электрода функционируют в идентичных условиях, что способствует уменьшению уровня помех.
Тепловой пускатель
Основной отличительной особенностью тепловых стартеров является продолжительный период их запуска лампы. В процессе своего действия они требуют значительного количества электричества, что негативно влияет на их эффективность потребления энергии.
Такой пускатель также известен как термобиметаллический. Разогрев соединений происходит медленно, что положительно сказывается на работе светового устройства в условиях низких температур.
Как правило, этот тип применяется в условиях пониженной температуры. Алгоритм его работы существенно отличается от решений другого типа.
При отключении питания электроды аппарата замыкаются, а при подаче — возникает импульс с высоким напряжением.
Механизм тлеющего разряда
Стартовые механизмы, основанные на принципе тлеющего разряда, содержат в своей конструкции биметаллические электроды.
Эти электроды изготавливаются из металлических сплавов с разными коэффициентами линейного расширения при нагревании.
Недостатком пускателей с тлеющим разрядом является низкое напряжение импульса, что приводит к ненадежному запуску лампы.
Способность зажигать лампу зависит от продолжительности предварительного нагрева катодов и тока, который течет через светильник во время размыкания цепи стартера.
Если при первом запуске пускатель не сможет зажечь лампу, он продолжит попытки до тех пор, пока свет не появится.
Поэтому такие устройства не рекомендуются для использования в условиях холода или в неблагоприятных климатических условиях, таких как высокая влажность.
Если не обеспечить достаточный уровень нагрева контактной системы, лампа может долго разгораться или выйти из строя. Согласно стандартам ГОСТ, время зажигания не должно превышать 10 секунд.
Данные устройства, функционирующие на основе теплового принципа или тлеющего разряда, обязательно оснащаются дополнительным элементом – конденсатором.
Роль конденсатора в схеме
Как упоминалось ранее, конденсатор размещается в корпусе устройства параллельно катодам.
Этим элементом решаются две важные задачи:
- Снижение уровня электромагнитных помех, создаваемых в радиочастотном диапазоне. Они возникают из-за взаимодействия системы электродов стартера и выходящей от лампы.
- Повышение эффективности зажигания люминесцентной лампы.
Дополнительный механизм уменьшает величину импульсного напряжения, возникающего при размыкании катодов стартера, и увеличивает его длительность.
Конденсатор также помогает избежать слипания контактов. Если в устройстве не предусмотрен конденсатор, то напряжение на лампе может быстро возрастать и достигать значений в несколько тысяч вольт. Такие условия снижают надежность зажигания ламп.
Так как использование подавляющего устройства не позволяет полностью устранить электромагнитные помехи, на входе схемы устанавливаются два конденсатора, общая емкость которых должна составлять не менее 0,016 мкФ. Они подключаются последовательно с заземлением средней точки.
Основные недостатки пускателей
Основным недостатком стартовых устройств является их ненадежность. Неполадка пускателя может привести к фальстарту – возникают несколько вспышек света до появления стабильного светового потока. Это также уменьшает срок службы вольфрамовых нитей ламп.
Пусковые устройства создают значительные потери энергии и снижают эффективную работу лампы. К их недостаткам также относится зависимость от напряжения и большой разброс времени срабатывания электродов.
С со временем у люминесцентных ламп наблюдается увеличение рабочего напряжения, тогда как пускатель, наоборот, с увеличением срока службы требует меньшего напряжения для зажигания тлеющего разряда. В результате, включенная лампа может случайно вызвать срабатывание пускателя, из-за чего свет может погаснуть.
Разомкнувшиеся контакты пускателя снова запускают лампочку. Все эти процессы происходят в течение долей секунды, и пользователь замечает лишь мерцание.
Этот пульсирующий эффект может вызывать дискомфорт для глаз, а также приводит к перегреву дросселя, сокращая его ресурс и негативно сказываясь на работе лампы.
Недостаток времени срабатывания контактной системы часто оказывается недостаточным для полноценного разогрева катодов лампы.
В итоге лампа включается лишь после ряда попыток, что сопровождается длительными процессами переключения.
Если пускатель установлен в одноламповую схему, снизить световое мерцание невозможно.
Для минимизации негативных последствий рекомендуется использовать подобные схемы только в помещениях с несколькими лампами (по 2-3 штуки), которые следует подключать в разные фазы трехфазной цепи.
Расшифровка маркировочных значений
Унифицированной аббревиатуры для стартеров, как отечественного, так и зарубежного производства, не существует. Поэтому проанализируем основные обозначения по отдельности.
Расшифровка 90С-220 следующая: стартер, предназначенный для люминесцентных ламп, мощностью 90 Вт и с номинальным напряжением 220 В (+).
Согласно ГОСТ, расшифровка буквенно-цифровых комбинаций [ХХ][С]-[ХХХ], указанных на корпусе устройства, выглядит так:
- [ХХ] – цифры, обозначающие мощность светопродуктивного механизма: 60 Вт, 90 Вт или 120 Вт;
- [С] – стартер;
- [ХХХ] – напряжение, необходимое для функционирования: 127 В или 220 В.
Для зажигания ламп иностранные производители предлагают различные устройства с разными маркировками.
Электронные стартеры выпускаются многими компаниями.
Одним из самых известных брендов на отечественном рынке является Philips, который производит стартеры различных типов:
Компания OSRAM выпускает стартовые устройства как для одиночного подключения осветительных приборов, так и для последовательного. В первом случае маркировка S11 с диапазоном мощности 4-80 Вт, ST111 — 4-65 Вт. Во втором случае, например, ST151 — 4-22 Вт.
Ассортимент стартовых моделей весьма разнообразен. При выборе основным критерием являются соответствие характеристик стартеров и ламп люминесцентного типа.
На что смотреть при выборе?
При выборе пускателя не стоит опираться только на имя производителя и ценовую категорию, хотя эти факторы тоже важны, так как свидетельствуют о качестве устройства.
В данном случае предпочтение отдается надежным устройствам, которые зарекомендовали себя на практике. Обращайте внимание на такие компании, как Philips, Sylvania и OSRAM.
Starter FS-11 от компании Sylvania подходит для ламп дневного света мощностью 4-65 Вт. Может работать в сети переменного тока. Основой его работы является принцип тлеющего разряда.
Ключевые эксплуатационные параметры пускателя включают следующие технические характеристики:
- Ток зажигания. Этот параметр должен быть выше рабочего напряжения лампы, но не ниже напряжения сети.
- Базисное напряжение. Для подключения в одноламповую схему используется устройство на 220 В, в двухламповую – на 127 В.
- Мощность.
- Качество материала корпуса и его огнестойкость.
- Срок эксплуатации. В стандартных условиях стартер должен выдерживать не менее 6000 циклов включения.
- Время разогрева катодов.
- Тип используемого конденсатора.
Также необходимо учитывать индуктивное сопротивление катушки и коэффициент выпрямления, который измеряет соотношение обратного и прямого сопротивлений при постоянном напряжении.
Дополнительная информация о функционировании устройства, его работе и подключении пускорегулирующего механизма для люминесцентных ламп представлена в данной статье.
Выводы и полезное видео по теме
Помощь в выборе балласта для лампы дневного света:
Пусковое устройство для люминесцентных приборов: основы маркировки и конструктивного устройства прибора:
Теоретически, срок эксплуатации пускателя должен совпадать с временем службы лампы, которую он зажигает. Тем не менее, стоит помнить, что со временем, интенсивность тлеющего разряда снижается, что может негативно влиять на работу люминесцентного устройства.
Тем не менее, производители рекомендуют одновременно менять стартер и лампу. Для этого стоит заранее изучить основные характеристики оборудования.
Поделитесь своим опытом выбора стартера для люминесцентных ламп с другими читателями. Просим вас оставлять комментарии, задавать вопросы по теме статьи и участвовать в обсуждениях – форма для отзывов находится ниже.
