Балласт для люминесцентных ламп: зачем нужен, как работает, виды + как подобрать

Электронный балласт

Электронный запуск и поддержание горения люминесцентных ламп разработали еще в восьмидесятые и начали применять в начале девяностых годов ХХ века. Использование электронного балласта позволило сделать люминесцентное освещение на 20% экономичнее.

При этом сохранились и улучшились все характеристики светового потока. Равномерное, без характерного мерцания освещение стабильно даже при колебаниях напряжения в сети.

Этого удалось достичь благодаря повышенной частоте тока, подаваемого на лампы и большим коэффициентом полезного действия электронных устройств.

Плавный запуск и мягкий рабочий режим позволили почти вдвое увеличить срок эксплуатации ламп. Дополнительно появилась возможность плавного управления яркостью светильника. Необходимость использования стартеров исчезла. С ними пропали и радиопомехи.

Принцип работы электронного балласта отличается от электромагнитного. При этом, выполняет те же функции: разогрев газа, розжиг и поддержание горения. Но, делает это точнее и мягче. В различных схемах используются полупроводники, конденсаторы, сопротивления и трансформатор.

Электронные балласты могут иметь разные схематические исполнения в зависимости от применяемых компонентов. Упрощенно, прохождение тока по схеме можно описать следующим алгоритмом:

1. Напряжение поступает на выпрямитель.
2. Выпрямленный ток обрабатывается электронным преобразователем, посредством микросхемы или автогенератора.
3. Далее напряжение регулируется тиристорными ключами.
4. Впоследствии один канал фильтруется дросселем, другой конденсатором.
5. И по двум проводам напряжение поступает на пару контактов лампы.
6. Другая пара контактов лампы замкнута через конденсатор.

Выгодным отличием электронных систем является то, что напряжение, поступающее на контакты ламп имеет большую, чем у электромагнитных, частоту. Она варьируется от 25 до 140 кГц. Именно поэтому в системах ЭПРА мерцание светильников сведено к минимуму и их свет менее утомителен для человеческих глаз.

Схемы подключения ламп к ЭПРА и их мощность, большинство производителей указывают на верхней стороне устройства. Поэтому потребители имеют наглядный пример, как правильно собрать и подключить прибор в сеть.

В электронных балластах предусмотрено различное количество подключаемых ламп разной мощности, например:

• К дросселям Philips серии HF-P можно подключить от 1 до 4 трубок, мощностью от 14 до 40 Вт.
• Дроссели Helvar серии EL предусмотрены для одной – четырех ламп, мощностью от 14 до 58 Вт.
• QUICKTRONIC торговой марки Osram типа QTР5 также имеют возможность управлять одной – четырьмя лампами, мощностью 14 – 58 Вт.

Электронные приборы имеют массу достоинств, из которых можно выделить следующие:

• небольшой вес и малую величину устройства;
• быстрое и сберегающее люминесцентную лампу, плавное включение;
• отсутствует видимое глазу мерцание света;
• большой коэффициент мощности, примерно 0,95;
• прибор не греется;
• экономия электроэнергии в размере 20%;
• высокий уровень пожарной безопасности и отсутствие рисков в процессе работы;
• большой срок службы люминесцентов;
• отсутствие высоких требований к температуре окружающей среды;
• способность автоматической подстройки к параметрам колбы;
• отсутствие шумов во время работы;
• возможность плавной регулировки светового потока.

Отмечаемый многими, единственный минус электронных систем это их цена. Но она оправдывается достоинствами.

Актуальные электронные модули

Первое место данного типа оборудования, достается товарам от компании Osram. Стоимость продукции данной марки, будет значительно выше стоимости аналогов отечественного или китайского производства. Но модули этой фирмы уступают в цене конкурентам Vossloh-Schwabe или Philips.

Более бюджетный вариант,предлагает фирма Horos. Несмотря на низкие финансовые затраты, данные балласты демонстрируют хороший уровень КПД высокую степень рабочей эффективности.

Сравнительно молодая компания Feron уже успела положительно зарекомендовать себя среди множества постоянных потребителей

Важно отметить грамотное соотношение доступной цены и высокого качества изделий. В их комплектацию входит: надежный предохранитель, защищающий от внезапных перепадов напряжения и различных помех, исключается светомерцание и экономия энергозатрат до 30%

Балласты для компактных ламп

Люминесцентные лампы компактного типа представляют собой приборы, аналогичные традиционным лампам накаливания с резьбовым цоколем E14 и E27.

Могут размещаться в современных и раритетных люстрах, бра, торшерах и прочих осветительных приборах.

Из-за конструкционных особенностей компактных люминесцентов к электронной «начинке» предъявляются повышенные требования. Бренды всегда учитывают их при производстве, а неизвестные изготовители, с целью удешевления, меняют многие элементы на более простые. Это существенно снижает эффективность и срок службы модуля

Комплектуются приборы такого класса, как правило, прогрессивным электронным балластом, который встраивается непосредственно во внутреннюю конструкцию и обычно располагается на плате лампового изделия.

Как работает ЛЛ с электромагнитным балластом?

Обратите внимание на эту схему подключения. Маркировка LL1 – это балластник

Внутри ламп дневного света находится газовая среда. С увеличением тока напряжение между электродами в лампе постепенно падает, а сопротивление отрицательное. Балласт используется как раз для того, чтобы ограничивать ток, а также создает повышенное кратковременное напряжение зажигания ламп, так как в обычной сети его не хватает. Этот элемент еще называют дросселем.

В подобном устройстве используется стартер – небольшая лампа тлеющего разряда (Е1). В ней находятся два электрода. Один из них – биметаллический (подвижный).

В исходном положении они разомкнуты. Замыкая контакт SA1 и подавая напряжение на схему, ток сначала не проходит через источник освещения, а вот в стартере между двумя электродами появляется тлеющий разряд. Происходит нагрев электродов, и биметаллическая пластина в результате выгибается, замыкая контакт. Проходящий через балласт ток возрастает, нагревая электроды люминесцентной лампы.

Далее электроды в стартере размыкаются. Возникает процесс самоиндукции. Дроссель создает высокий импульс напряжения, который и зажигает ЛЛ. Через нее проходит номинальный ток, но затем он падает в два раза из-за снижения напряжения на дросселе. Электроды стартера остаются в разомкнутом положении до того, пока горит лампочка. А конденсаторы С2 и С1 увеличивают КПД и уменьшают реактивные нагрузки.

Подключение люминесцентных ламп

Плюсы классического электромагнитного балласта:

• низкая стоимость;
• простота в использовании.

• шум работающего дросселя;
• мерцание ЛЛ;
• долгое зажигание лампы;
• вес и крупные габариты;
• до 15 % потерь энергии из-за опережения переменного напряжения тока по фазе (коэффициент мощности);
• плохое включение в среде с низкой температурой.

На заметку! Проблему энергопотерь можно решить подключением (параллельно сети) конденсатора с емкостью 3-5 мкФ.

Схемы подключения

Узлами электронного балласта, наряду со схематической платой, считаются:

• Пусковой пороговый элемент.
• Диодный мост.
• Высокочастотный генератор (свыше 20 кГц).
• Разжигающая силовая LC-цепь.
• Динистор, обеспечивающий работу схемы от 18W до 36W.

Для вводного контура используются 3 основные клеммы: ноль, фаза и заземление, а для выхода – по 2 парных клеммы (для каждой лампы).

При включении прибора переменное напряжение поступает на диодный мост. Там оно выпрямляется с помощью фильтрующего конденсатора. К мосту производители устанавливают предохранитель и фильтр, предназначенный для электромагнитных помех. Напряжение поступает к генератору, работающему автоматически, и происходит генерация колебаний.

Связанный с транзисторами, по управляющим обмоткам возникают импульсы включения и выключения, расположенные в противоположных сторонах друг от друга. Они работают попеременно. Вместе их включать нельзя, так как прибор сгорит. Рабочая обмотка одним концом подключена к транзисторам, а другим – к дросселю LC цепи и конденсатору, и обеспечивает полное питание светильника от электрической сети.

Схема подключения балласта 2 х 36 В

Одновременно, в схеме начинается работа динистора, который открывается в диапазоне напряжений на определенное время, пока достигнет значений до 36 В. Более современные модели электронной пускорегулирующей аппаратуры работают на базе ШИМ-контроллеров, обладающих более устойчивыми характеристиками, но автогенераторная схема считается стандартной. Элементы схемы производителями подбираются таким образом, чтобы при выполнении основных функций они полностью входили в резонанс.

Подключать представленной схемой можно от одной и более 4-х ламп. Как проверить правильность работы схемы? Лучше всего если это выполнит электрик, инженер – люди со специальным образованием.

Варианты подключения люминесцентных ламп

Для светильников данного типа подбирают дорогие и дешевые модели, с двумя типами подключения – автогенераторным или с ШИМ-контроллерами. Дорогие ЭПРА более предпочтительнее – они имеют качественные опционные элементы, и сделаны таким образом, что потребляют меньшее количество электроэнергии.

Схемы подключения сходны между всеми вариантами. Сначала напряжение 220 В поступает к диодному мосту и фильтру, образуя на выходе напряжение до 310 В. Затем инверторный модуль наращивает частоту напряжения, который от него проходит к симметричному трансформатору. После этого управляющими ключами образуется рабочий потенциал, и люминесцентная лампа включается.

Пример схемы подключения можно посмотреть в этом видео

Как подключить люминесцентную лампу

Подключение к электронным модулям

Схему присоединения к модулям можно посмотреть в инструкции или на рисунке, расположенном на корпусе прибора

При подключении обращается внимание на то, что указанная мощность ЭПРА должна совпадать с мощностью лампы, иначе светильник не будет функционировать

С люминесцентными лампами Т4, Т5, Т8 работает прибор с указанной степенью защиты IP23. Если светильники устанавливаются во влажных помещениях, то для них берут устройства IP 44 и больше. В зависимости от конфигурации схемы, подключать можно одну и более ламп (2, 3, 4 и т.д.).

Функции пускорегулирующей аппаратуры

Многие лампы дневного света до сих пор работают с электромагнитной пускорегулирующей аппаратурой – ЭмПРА, она же балласт. Простейшее устройство этого типа является обычным индуктивным сопротивлением, в состав входит металлический сердечник с намотанным на него медным проводом. Такая конструкция вызывает заметную потерю мощности, сопровождающуюся выделением большого количества теплоты.

Самая простая и дешевая – схема ЭмПРА со стартером. Ее работа осуществляется следующим образом. После включения питания, напряжение через обмотку дросселя и вольфрамовые нити поступает на электроды стартера. Сам стартер представляет собой небольшую колбу, наполненную газом. Под действием напряжения происходит образование тлеющего разряда. Начинается свечение инертного газа и его одновременный нагрев. Это приводит к включению контактов биметаллического датчика и образованию в цепи замкнутого контура, обеспечивающего нагрев нити самой лампы. Затем начинается процесс термоэлектронной эмиссии.

На электродах стартера напряжение падает, уменьшается и разряд с одновременным понижением температуры. Контакты биметаллической пластины размыкаются, и подача тока прекращается. В работу включается дроссель, в котором образуется ЭДС самоиндукции. За счет этого между нитями накала возникает кратковременный разряд, достигающий нескольких тысяч вольт. Он пробивает среду инертного газа с ртутными парами, что приводит к появлению дуги, испускающей свет. В этот период стартер уже не работает, а дроссель за счет индуктивного сопротивления выполняет функцию ограничения тока, чтобы избежать перегорания элементов схемы.

В настоящее время появилась электронная пускорегулирующая аппаратура – ЭПРА, которая стала более совершенной и работоспособной. Данные устройства монтируются непосредственно в осветительные приборы, поскольку являются компактными и занимают очень мало места. Срок эксплуатации ламп с такой аппаратурой существенно увеличился. Свет стал более ровным и качественным, в нем полностью отсутствуют мерцания, пагубно влияющие на зрение.

Электроды разогреваются очень быстро, буквально за доли секунды, после чего наступает плавное включение освещения. Так же легко светильники включаются и при низких температурах. Розжиг осуществляется под действием импульса высокого напряжения, затем начинается ровное горение при постоянной повышенном напряжении.

Основой схемы ЭПРА служит двухтактный преобразователь напряжения, которые может иметь полумостовую или мостовую конструкцию. В большинстве случаев используется первый вариант, в котором напряжение выпрямляется диодным мостом, после чего его сглаживает конденсатор до значения постоянного напряжения. Высокая частота создается полумостовым инвертором.

Также в схеме имеется трансформатор с тремя обмотками: основная подает напряжение к лампе, а две дополнительные выполняют открытие ключей на транзисторах.

Конструкция и принцип работы

ЭПРА для люминесцентных и светодиодных светильников имеет следующее устройство:

• Корректор мощности. Выполняет опции выравнивания принимающего оборудования, и поддерживая питание в одном режиме.
• Инвертор. Повышает напряжение до нужных значений.
• Выпрямитель. Преобразует переменный ток в постоянный.
• Фильтр. Ликвидирует любые помехи, возникающие в электрической сети.
• Балласт. Выполняет функции электромагнитного дросселя.
• Регулятор яркости. Влияет на функции освещения.
• Сглаживающий фильтр. Помогает снижать периодику пульсации на принимающей линии.
• Двухсторонние контакты с клеммами. Выполняют функции подключения к сети.

Внутренняя конструкция прибора напоминает работу транзистора в мостовой схеме или микросхем-драйверов в светильниках. Алгоритм работы заключен в следующем:

1. Разогрев. Происходит запуск схемы прибора при любой окружающей температуре и включение света. Мягкое повышение напряжения передается вольфрамовым нитям.
2. Поджиг. Происходит момент подачи высоковольтного импульса (1,5 кВт), в результате чего в лампах происходит пробой газов (паров ртути).
3. Горение. Осуществляется выравнивание напряжения до нужных параметров тлеющего разряда, с частотой переменного тока на электродах, в пределах 38 кГц.

Конструкция балласта

Такой принцип работы ЭПРА в светильниках, с прогревом электродов и выравниванием энергии, накопленной дросселем, зависит от электронной схемы устройства, что способствует полному замыканию контактов стартера (пуска), который в современных приборах часто заменяют кнопкой, не имеющей фиксации.

Электромагнитное устройство старого образца

Многие помнят, как раньше зажигались лампы дневного света: небольшое гудение, моргание и секунды через три – запуск. Это — результат работы старого типа пускорегулирующего устройства для люминесцентных ламп – ЭмПРА (Электромагнитное ПРА). Схема его выглядела примерно так:

Схема старого типа ПРА для люминесцентных ламп

Напряжение подавалось через дроссель на первую обмотку лампы и на стартер. В холодном состоянии контакты стартера разомкнуты, но при разогреве они замыкаются, происходит резкий скачок тока в цепи и контакты стартера размыкаются. В этот момент происходит скачок напряжения из-за самоиндукции дросселя, вследствие чего происходит старт лампы.

Недостатки ЭмПРА:

• Длительность запуска, до 3 секунд;
• Если температура в помещении низкая, то источник может не запуститься;
• Шум, гудение при работе;
• Свет таких ламп пульсировал, проявлялся стробоскопический эффект.

Все эти недостатки создавали неудобство и сильно ограничивали применение люминесцентных ламп. Позднее был разработан электронный балласт, где они были устранены.

Усовершенствование конструкции до ЭПРА

Электронный балласт для люминесцентных и светодиодных ламп более усовершенствован, и способен работать даже с галогенными светильниками. Единственное его условие – он предназначен для определенного типа ламп, о чем всегда указывает производитель. Его нельзя использовать для всех светильников, только для одного (галогенного, светодиодного или люминесцентного).

Каждое устройство отличается от другого параметрами, схемами, функциональной мощностью, предусмотренной индивидуальной защитой от нестандартных режимов работы светильников, а также от их деактивации. Современные приборы используют при определенных требованиях к погоде и климату, о чем указывается в паспорте.

Чем отличаются старые ПРА и новые устройства, можно посмотреть в видео

Что такое ПРА и ЭПРА

На что обращать внимание при выборе

Выбирая балласт для люминесцентной лампы, в первую очередь нужно обратить внимание на такой параметр, как мощность модуля. Он должен полностью соответствовать мощности осветительного прибора, иначе лампа просто не сможет полноценно функционировать и излучать световой поток в необходимом режиме.категорически запрещается подключать балласт к электросети без нагрузки

Устройство может сразу перегореть и вам нужно будет его отремонтировать или купить новый

Он должен полностью соответствовать мощности осветительного прибора, иначе лампа просто не сможет полноценно функционировать и излучать световой поток в необходимом режиме.категорически запрещается подключать балласт к электросети без нагрузки. Устройство может сразу перегореть и вам нужно будет его отремонтировать или купить новый

правда, такие устройства считаются устаревшими, имеют громоздкие габариты и потребляют дополнительные энергоресурсы. Это значительно снижает их привлекательность, несмотря на доступную стартовую цену.Для проверки исправности электронного балласта пригодится специальный измерительный прибор – карманный осциллограф

Электронные устройства значительно дороже. Особенно это касается товаров от производителей крутых брендов. Но их цена с лихвой компенсируется энергоэффективностью, удобством, безупречной сборкой и высоким уровнем общего качества устройства.

Особенности светильников с ЭПРА

ЭПРА для светодиодов имеют компактные размеры, монтировать их в конструкцию достаточно легко. С ними возможно конструировать различные вариации люминесцентной и светодиодной иллюминации. Их практичность прекрасно совмещается с воссозданием комфортабельного, разнообразного и уникального освещения в различных условиях и для различных площадей, где сама практичность выражается:

• в высоком энергосбережении;
• отсутствии мерцания;
• более эффективном КПД;
• более высоком коэффициенте показателя мощности;
• мгновенном старте включения света;
• отсутствии мерцания из-за перегорания диодов;
• низком показателе рабочей температуры;
• отсутствии шума люминесцентных ламп и светодиодов во время рабочего процесса;
• высоких показателях экономии денежных средств.

Электронный ПРА обеспечивает стабильную работу светодиодных светильников

Устройство ЭПРА

Электронный пускорегулирующий аппарат (electronic ballast) является сложным электронным устройством. В состав входят:

• Фильтр помех: необходим для нивелирования влияния помех из электросети и в нее;
• Выпрямитель: необходим для преобразования переменного тока в постоянный;
• Опционально: корректор мощности;
• Сглаживающий фильтр: служит для снижения пульсаций;
• Инвертор: повышает напряжение до необходимого;
• Балласт: аналог электро-магнитного дросселя.

В некоторых моделях инвертор может быть дополнен регулятором яркости. Для этого необходим внешний светорегулятор (либо ручной, либо автоматический на базе фоторезистора). Схем разработано очень много. Элементная база ЭПРА для люминесцентных ламп (лл) весьма разнообразна: от мощных полевых транзисторов в мостовой схеме при нагрузках в сотни Ватт, до микросхем-драйверов в маломощных светильниках. Но тем не менее алгоритм работы един.

В упрощенном виде подключение одной лампы дневного света выглядит так:

Схема подключения ЭПРА с одной лампой

Т.е. подключение состоит всего из двух компонентов: люминесцентного источника света и электронного балласта. С точки зрения электрика это намного проще классического подключения люминесцентного светильника при использовании электромагнитного дросселя и стартера. На клеммы N и L подается сетевое напряжение. Вывод ground – заземление. Для работы электронного балласта подключение заземляющего контакта не является обязательным и служит лишь для безопасной эксплуатации.

ЭПРА сложны и состоят из множества электронных компонентов. Человеку без инженерного образования понять схему очень сложно. К тому же не каждый электрик сможет разобраться во внутреннем устройстве.

Один из вариантов принципиальной схемы ЭПРА

Это достаточно простая схема для инженера-электроника. В упрощенном понимании работа электронного балласта выполняется следующем образом. Выпрямление производится двухполупериодным выпрямителем – диодным мостом. Сглаживание пульсаций выполняется электролитическим конденсатором, рассчитанным на напряжение выше сетевого, так как амплитудное значение синусоиды для сети переменного тока примерно в полтора раза выше сетевого (√2*220В). Остальными процессами управляет микросхема. За подачу напряжения на лампы отвечают полевые транзисторы. Далее преобразователь работает автономно, частота не изменяется.

Знание электроники позволяет создать и схему питания люминесцентной лампы от низковольтных источников. Схема получается достаточно компактна

Самое важно правильно намотать трансформатор

Принципиальная схема питания лл от низковольтного источника