Ультрафиолет лампы ДРЛ">
Сейчас химия на основе фотокатализаторов получает большое распространение. Разнообразные клеи лаки, фоточувствительные эмульсии и прочие интересные достижения химической промышленности. К сожалению, промышленные установки для УФ стоят приличных денег.
А что, делать если хочется только попробовать химию? подойдёт или нет? Для этой цели покупать фирменные устройства за N килобаксов, слишком кучеряво…
На территории бывшего СССР обычно из положения выходят добывая кварцевые трубки из лам типа ДРЛ, иметься целая линейка лам от ДРЛ-125 до ДРЛ-1000 с помощью них можно получить достаточно мощное излучение, этого излучения обычно хватает для большинства эпизодических задач. Типа отвердеть клей или лак раз в месяц, или засветить фоторизист.
Как добывать трубку из ламп ДРЛ, как это делать безопасно, написано много информации. Хочется коснуться другого аспекта, а именно запуска этих ламп с минимальными финансовыми затратами.
Штатно для запуска используется специальный дроссель с увеличенных магнитным рассеянием. Но даже он не всегда доступен, а т.к. он тяжёлый то обычно в регионы доставка влетает в копеечку. Дроссель на 700W + доставка тянет на 100$. Что для варианта попробовать, тоже, так не разу не дешёво.
Немного теории:
Основной проблемой запуска ртутных ламп являться наличие дугового разряда. Причём холодная лампа и горячая имеют принципиально разное сопротивление горящей дуги. Примерно от единиц Ом до десятков Ом. Соответственно для этого и служит дроссель который ограничивает ток во время запуска и работы лампы. Надо признать, что дроссель является достаточно архаичным инструментом, и для дорогих и мощных лам применяемых в UF-сушилках (несколько килловат мощности, и несколько тыс. долларов за лампу) применяют блоки электронной стабилизации горения дуги. Эти блоки позволяют более точно выдерживать параметры горения дуги продлевая тем самым жизнь лампы, и уменьшая проблемы при отверждении. Даже для архаичной ДРЛ производитель пишет, разброс напряжения не более 3% в противном случае уменьшение срока службы.
Как запустить Лампу ДРЛ без дросселя подручными средствами?
Ответ простой, надо всё го лишь ограничить ток, на всех режимах работы, начиная с разогрева, и заканчивая рабочим режимом. Ограничивать будем резистором.
Но так как резистор надо очень мощный, будем использовать имеющиеся под рукой нагревательные приборы (лампы накаливания, утюги, чайники, тены для нагрева воды, ручные кипятильники и т.д.) Это звучит смешно, но это будет работать и выполнять свои задачи.
Единственный недостаток, это перерасход электричества, т.е. если мы запустим лампу ДРЛ на 400W на балласте будет выделяться в тепло около 250W. Но думаю для задачи попробовать ультрафиолет, или для эпизодических работ это несущественно.
Почему так никто не делал?
Почему никто, существуют лампы ДРБ в которых использован именно этот принцип. Рядом с кварцевой трубкой, расположена нить накаливания обычной лампочки.
А писатели в интернете видимо не учили в школе физику. Ну конечно ещё один маленький нюанс, нужна цепь прогрева, т.е. греем лампу одним резистором, а на рабочий режим выводим другим. Но думаю, с выключателем и двумя проводками многие справятся:)
Итак схема:
Так, для многих правильные схемы, это тёмный лес, постарался изобразить в картинках. Более приближенно к жизни.
Как это работает?
1) Этап прогрева, выключатель должен быть обязательно разомкнут!!! Включаем лампу в сеть. Лампа накаливания начинает ярко светиться, трубка в лампе ДРЛ начинает мерцать и медленно разгораться. Минут через 3..5 трубка в лампе уже начнёт светить достаточно ярко.
2) Второе замыкаем выключатель на основной балласт, ток ещё увеличиться и ещё через 3 мин лампа выйдет на рабочий режим.
Внимание суммарно на нагрузке лампы + утюги чайники и т.д. будет выделять мощности сопоставимые с мощностью лампы. Утюг допустим, может отключиться встроенным термореле, и мощность лампы ДРЛ снизиться.
Для большинства такая схема будет очень сложной, особенно для тех у кого нет прибора для замера сопротивления. Для них я ещё более упростил схему:
Запуск простой, выкручиваем лампы, оставляем только нужное количество (1-2шт) для запуска горелки, и по мере прогрева начинаем вкручивать. Для мощных лам ДРЛ можно использовать в качестве резистора трубчатые галогенные лампы.
Теперь самое сложное:
Наверно, уже многие поняли, что лампы и нагрузки надо как то подбирать? Безусловно, если взять какой то утюг и подключить к лампе ДРЛ-125 от лампы ничего не останется, а вы получите ртутное заражение. К стати, тоже самое будет, если вы возьмете для лампы ДРЛ-125 дроссель от ДРЛ-700. Т.е. мозг всё таки надо включать!!!
Несколько простых правил, что бы сберечь силы нервы и здоровье:)
1)Ориентироваться на шильдики приборов нельзя, нужно замерять реальное сопротивление омметром и делать вычисления. Либо использовать с запасом прочности, выбирая чуть меньшую мощность чем можно.
2)Замерять сопротивление ламп накаливания бесполезно, холодная спираль имеет в 10 раз меньшее сопротивление, чем горячая. Лампы накаливания худший выбор, приходиться ориентироваться по надписи на лампе. И не в коем случае не включаете нагрузку из лам накаливания разом, вкручивайте их по 1-штуке, уменьшая броски тока. Так как подозреваю, что это будет самый популярный способ включения лампы ДРЛ без дросселя. Снял ролик для примера.
3)Из общих соображений для начала разогрева лампы ДРЛ используйте нагрузку не сильно больше её номинальной мощности. Для примера ДРЛ-400 для прогрева используйте 300-400ват.
Таблица для разных ламп:
| Тип лампы | V-дуги | I-дуги | R-дуги | Баластный резистор | Надпись на баласте\утюге\лампе\тэн | Тепло на баласте при работе |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ДРЛ-125 | 125 В | 1 А | 125 Ом | 80 Ом | 500 Вт | 116 Вт |
| ДРЛ-250 | 130 В | 2 А | 68 Ом | 48 Ом | 1000 Вт | 170 Вт |
| ДРЛ-400 | 135 В | 3 А | 45 Ом | 30 Ом | 1600 Вт | 250 Вт |
| ДРЛ-700 | 140 В | 5 А | 28 Ом | 17 Ом | 2850 Вт | 380 Вт |
Комментарии к таблице:
1 - наименование лампы.
2 – рабочее напряжение на прогретой лампе.
3 – номинальный рабочий ток лампы.
4 – примерное рабочее сопротивление лампы в разогретом состоянии.
5 – сопротивление балластного резистора для работы на полную мощность.
6 – примерная мощность написанная на шильдике устройства (тэны, лампы и т.д.) которое будет использовано в качестве балластного резистора.
7 – мощность в ватах, которая будет выделяться на балластном резисторе, или устройстве его заменяющем.
Если сложно, или вам кажется, что это не будет работать. Снял ролик, в качестве примера лампа ДРЛ-400 запускаю её тремя лампами по 300вт (обошлись мне по 30руб штука). Мощность на лампе ДРЛ получилась около 300W потери на лампах накаливания 180W. Как видно ничего сложно нет.
Теперь ложка дёгтя:
К сожалению, использовать горелки от ламп ДРЛ в коммерческом применении не так просто как кажется. Кварцевая трубка в лампах ДРЛ выполнена из расчётов работы в среде инертного газа. В связи с этим введены некоторые технологические упрощения в производстве. Что незамедлительно сказывается на сроке службы, как только вы разбиваете внешний баллон лампы. Хотя конечно с учётом дешевизны (Ватт\рубль) ещё не известно, что более выгодно специализированные лампы, или постоянно меняемые излучатели из ДРЛ. Перечислю, основные ошибки при проектировании всяких устройств из ламп ДРЛ:
1) Охлаждение лампы. Лампа должна быть горячая, охлаждение только косвенное. Т.е. охлаждать надо отражатель лампы а не лампу саму. Идеальный вариант засунуть излучатель в кварцевую трубку, и охлаждать внешнюю кварцевую трубку, а не сам излучатель.
2) Использование лампы без отражателей, т.е. разбили колбу и вкрутили лампу в патрон. Дело в том, что при таком подходе лампа не прогревается до рабочих температур, идёт сильная деградация и уменьшение срока службы в тысячи раз. Лампу надо поставить как минимум в U-образный отражатель из алюминия, что бы поднять температуру вокруг лампы. И заодно сфокусировать излучение.
3) Борьба с озоном. Ставят мощные вентиляторы вытяжки, и если поток идёт сквозь лампу, то получаем охлаждение. Надо разрабатывать косвенный отвод озона, что бы забор воздуха\озона шёл в как можно дальше от лампы.
4) Топорность при обрезке цоколя. При добывании излучателя, надо действовать максимально осторожно, иначе микротрещины в местах подключения проводников к лампе разгерметизируют её за десяток часов горения.
Очень частый вопрос про спектр излучения кварцевой колбы от ламп ДРЛ . Потому как некоторые производители химии пишут спектр чувствительности своих фотоинициаторов.
Так УФ излучатель лампы ДРЛ находиться в средней точке между высоким и очень высоким давлением у неё несколько резонансов в диапазоне от 312 до 579нм. Основные спектры резонанса выглядят примерно так.
Так же хочется отметить, что большинство доступных оконных стёкол отрежут спектр лампы с низу до 400нм с коэффициентом затухания 50-70%. Учитывайте это при проектировании установок экспонирования отверждении и т.д. Либо ищите химически чистые стёкла с нормированными показателями пропускания.
Хочется напомнить используйте средства защиты при работе с UF излучением, вот пару роликов для просмотра.
Первый ролик. Обращаем внимание на инопланетянина таскающего оттиски к сушке со снятым чехлом, вот так вот защищаться приходиться от UF излучения.
Второй ролик ручная сушилка для лака. К сожалению не сказано, что нужна вытяжка, озон не сильно полезен…
Ну что, ещё не страшно тогда продвигаемся дальше. А как быть бедным полиграфистам\шелкографам которые решили попробовать современные UF краски. Цены от фирменных сушилок захватывают дух, а если перевести в рубли, то просто прибивают.
Думаю многие пробовали сушить ДРЛ трубками, и ничего не получалось, ну кроме некоторых сортов лака.
В общем продолжение следует.
Читайте мои обзоры о принтерах и прочем оборудовании на моём следите за обновлениями.
С повышением цен на электроэнергию, приходится задумываться о более экономных светильниках. Одни из таких используют осветительные приборы дневного света. Схема подключения люминесцентных ламп не слишком сложна, так что даже без особых знаний электротехники можно разобраться.
Хорошая освещенность и линейные размеры — преимущества дневного света
Принцип работы люминесцентного светильника
В светильниках дневного света использована способность паров ртути излучать инфракрасные волны под воздействием электричества. В видимый для нашего глаза диапазон, это излучение переводят вещества-люминофоры.
Потому обычная люминесцентная лампа представляет собой стеклянную колбу, стенки которой покрыты люминофором. Внутри также находится некоторое количество ртути. Имеются два вольфрамовых электрода, обеспечивающих эмиссию электронов и разогрев (испарение) ртути. Колба заполнена инертным газом, чаще всего — аргоном. Свечение начинается при наличии паров ртути, разогретых до определенной температуры.
Но для испарения ртути обычного напряжения сети недостаточно. Для начала работы параллельно с электродами включают пуско-регулирующие устройства (сокращенно ПРА). Их задача — создать кратковременный скачок напряжения, необходимый для начала свечения, а затем ограничивать рабочий ток, не допуская его неконтролируемого возрастания. Эти устройства — ПРА — бывают двух видов — электромагнитные и электронные. Соответственно, схемы отличаются.
Схемы со стартером
Самыми первыми появились схемы со стартерами и дросселями. Это были (в некоторых вариантах и есть) два отдельных устройства, под каждое из которых имелось свое гнездо. Также в схеме есть два конденсатора: один включен параллельно (для стабилизации напряжения), второй находится в корпусе стартера (увеличивает длительность стартового импульса). Называется все это «хозяйство» — электромагнитным балластом. Схема люминесцентного светильника со стартером и дросселем — на фото ниже.
Схема подключения люминесцентных ламп со стартером
Вот как она работает:
- При включении питания, ток протекает через дроссель, попадает на первую вольфрамовую спираль. Далее, через стартер попадает на вторую спираль и уходит через нулевой проводник. При этом вольфрамовые нити понемногу раскаляются, как и контакты стартера.
- Стартер состоит из двух контактов. Один неподвижный, второй подвижный биметаллический. В нормальном состоянии они разомкнуты. При прохождении тока биметаллический контакт разогревается, что приводит к тому, что он изгибается. Согнувшись, он соединяется с неподвижным контактом.
- Как только контакты соединились, ток в цепи мгновенно вырастает (в 2-3 раза). Его ограничивает только дроссель.
- За счет резкого скачка очень быстро разогреваются электроды.
- Биметаллическая пластина стартера остывает и разрывает контакт.
- В момент разрыва контакта возникает резкий скачок напряжения на дросселе (самоиндукция). Этого напряжения достаточно для того, чтобы электроны пробили аргоновую среду. Происходит розжиг и постепенно лампа выходит на рабочий режим. Он наступает после того, как испарилась вся ртуть.
Рабочее напряжение в лампе ниже сетевого, на которое рассчитан стартер. Потому после розжига он не срабатывает. В работающем светильнике его контакты разомкнуты и он никак в ее работе не участвует.
Эта схема называется еще электромагнитный балласт (ЭМБ), а схема работы электромагнитное пускорегулирующее устройство — ЭмПРА. Часто это устройство называют просто дросселем.
Один из ЭмПРА
Недостатков у этой схемы подключения люминесцентной лампы достаточно:
- пульсирующий свет, который негативно сказывается на глазах и они быстро устают;
- шумы при пуске и работе;
- невозможность запуска при пониженной температуре;
- длительный старт — от момента включения проходит порядка 1-3 секунд.
Две трубки и два дроссели
В светильниках на две лампы дневного света два комплекта подключаются последовательно:
- фазный провод подается на вход дросселя;
- с выхода дросселя идет на один контакт лампы 1, со второго контакта уходит на стартер 1;
- со стартера 1 идет на вторую пару контактов той же лампы 1, а свободный контакт соединяют с нулевым проводом питания (N);
Так же подключается вторая трубка: сначала дроссель, с него — на один контакт лампы 2, второй контакт этой же группы идет на второй стартер, выход стартера соединяется со второй парой контактов осветительного прибора 2 и свободный контакт соединяется с нулевым проводом ввода.
Схема подключения на две лампы дневного света
Та же схема подключения двухлампового светильника дневного света продемонстрирована в видео. Возможно, так будет проще разобраться с проводами.
Схема подключения двух ламп от одного дросселя (с двумя стартерами)
Практически самые дорогие в этой схеме — дросселя. Можно сэкономить, и сделать двухламповый светильник с одним дросселем. Как — смотрите в видео.
Электронный балласт
Все недостатки описанной выше схемы стимулировали изыскания. В результате была разработана схема электронного балласта. Она которая подает не сетевую частоту в 50Гц, а высокочастотные колебания (20-60 кГц), тем самым убирая очень неприятное для глаз мигание света.
Один из электронных балластов — ЭПРА
Выглядит электронный балласт как небольшой блок с выведенными клеммами. Внутри находится одна печатная плата, на которой собрана вся схема. Блок имеет небольшие габариты и монтируется в корпусе даже самого небольшого светильника. Параметры подобраны так, что пуск происходит быстро, бесшумно. Для работы больше никаких устройств не надо. Это так называемая безстартерная схема включения.
На каждом устройстве с обратной стороны нанесена схема. По ней сразу понятно, сколько ламп к нему подключается. Информация продублирована и в надписях. Указывается мощность ламп и их количество, а также технические характеристики устройства. Например, блок на фото выше обслуживать может только одну лампу. Схема ее подключения есть справа. Как видите, ничего сложного нет. Берете провода, соединяете проводниками с указанными контактами:
- первый и второй контакты выхода блока подключаете к одной паре контактов лампы:
- третий и четвертый подаете на другую пару;
- ко входу подаете питание.
Все. Лампа работает. Ненамного сложнее схема включения двух люминесцентных ламп к ЭПРА (смотрите схему на фото ниже).
Преимущества электронных балластников описаны в видео.
Такое же устройство вмонтировано в цоколь ламп дневного света со стандартными патронами, которые еще называют «экономлампами». Это аналогичный осветительный прибор, только сильно видоизмененный.
Так называемые лампы «дневного света» (ЛДС) безусловно более экономичны, чем обычные лампы накаливания, к тому же они намного долговечнее. Но, к сожалению, у них та же «ахиллесова пята» - нити накала. Именно подогревные спирали чаще всего отказывают при эксплуатации - попросту перегорают. И лампу приходится выбрасывать, неизбежно загрязняя окружающую среду вредной ртутью. Но далеко не все знают, что такие лампы вполне еще пригодны для дальнейшей работы.
Чтобы ЛДС, у которой перегорела всего лишь одна нить накала, продолжала работать, достаточно просто перемкнуть те штырьковые выводы лампы, которые соединяются с перегоревшей нитью. Выявить, которая нить сгорела, а которая цела, легко обычным омметром или тестером: перегоревшая нить покажет по омметру бесконечно большое сопротивление, если же нить цела, сопротивление будет близко к нулевому. Чтобы не возиться с пайкой, на штырьки, идущие от перегоревшей нити, нанизывают несколько слоев фольгированной (от чайной обертки, молочного пакета или сигаретной упаковки) бумаги, а после аккуратно подрезают ножницами весь «слоеный пирог» по диаметру цоколя лампы. Тогда схема подключения ЛДС получится такая, как показано на рис. 1. Здесь люминесцентная лампа EL1 имеет только одну (левую по схеме) целую нить, вторая же (правая) замкнута накоротко нашей импровизированной перемычкой. Другие же элементы арматуры люминесцентного светильника - такие, как дроссель L1, неоновый, (с биметаллическими контактам) стартер ЕК1, а также помехоподавляющий конденсатор СЗ (с номинальным напряжением не менее 400 В), могут оставаться прежними. Правда, время зажигания ЛДС при такой доработанной схеме может возрасти до 2...3 секунд.
Простая схема включения ЛДС с одной перегоревшей нитью накала
Работает лампа в такой ситуации так. Как только на нее подано сетевое напряжение 220 В, неоновая лампа стартера ЕК1 загорается, из-за чего ее биметаллические контакты нагреваются, в результате чего они в конце концов замыкают цепь, подключая дроссель L1 - через целую нить накала к сети. Теперь эта оставшаяся нить подогревает пары ртути, находящиеся в стеклянной колбе ЛДС. Но вскоре биметаллические контакты лампы остывают (из-за погасания «неонки») настолько, что они размыкаются. Благодаря этому на дросселе формируется высоковольтный импульс (вследствие ЭДС самоиндукции этой катушки индуктивности). Именно он способен «поджечь» лампу, иными словами ионизировать пары ртути. Ионизированный газ как раз и вызывает свечение порошкового люминофора, которым колба покрыта изнутри по всей длине.
А как быть, если в ЛДС перегорели обе нити накала? Разумеется, допустимо перемкнуть и вторую нить, Однако способность к ионизации у лампы без принудительного подогрева существенно ниже, а потому и высоковольтный импульс здесь потребуется большей амплитуды (до 1000 В и более).
Чтобы снизить напряжение «поджига» плазмы, можно организовать снаружи стеклянной колбы вспомогательные электроды, как бы в дополнение к двум имеющимся. Они могут представлять собой кольцевой поясок, приклеенный к колбе клеем БФ-2, К-88, «Момент» и т.п. Поясок шириной около 50 мм вырезают из медной фольги. К нему припаивают припоем ПОС тонкий проводок, электрически соединенный с электродом противоположного конца трубки ЛДС. Естественно, сверху токопроводящий поясок закрывают несколькими слоями ПВХ-изоленты, «скотча» или медицинского лейкопластыря. Схема такой доработки приведена на рис. 2. Интересно, что здесь (как и в обычном случае, т. е. с целыми нитями накала) использовать стартер вовсе не обязательно. Так, замыкающая (нормально разомкнутая) кнопка SB1 применяется для включения лампы EL1, а размыкающая (нормально замкнутая) кнопка SB2 - для выключения ЛДС. Обе они могут быть типа КЗ, КПЗ, КН, миниатюрными МПК1-1 или КМ1-1 и т.п.
Схема включения ЛДС с дополнительными электродами
Чтобы не утруждать себя наматыванием токопроводящих поясков, которые и выгладят внешне не очень-то симпатично, соберите учетверитель напряжения (рис. 3). Он позволит вам раз и навсегда забыть о проблеме перегорания ненадежных нитей накала.
Простая схема включения ЛДС с двумя перегоревшими нитями накала посредством учетверителя напряжения
Учетверитель содержит два обычных выпрямителя с удвоением напряжения. Так, например, первый из них собран на конденсаторах С1, С4 и диодах VD1, VD3. Благодаря действию этого выпрямителя на конденсаторе СЗ формируется постоянное напряжение около 560В (так как 2,55*220 В=560 В). На конденсаторе С4 возникает напряжение той же величины, поэтому на обоих конденсаторах СЗ, С4 появляется напряжение порядка 1120 В, вполне достаточное для ионизации паров ртути внутри ЛДС EL1. Но как только ионизация началась, напряжение на конденсаторах СЗ, С4 снижается с 1120 до 100...120 В, а на токоограничительном резисторе R1 падает примерно до 25...27 В.
Важно, что бумажные (или даже электролитические оксидные) конденсаторы С1 и С2 должны быть рассчитаны на номинальное (рабочее) напряжение не менее 400 В, а слюдяные конденсаторы СЗ и С4 - 750 В и более. Мощный токоограничительный резистор R1 лучше всего заменить 127-вольтовой лампочкой накаливания. Сопротивление резистора R1, его мощность рассеяния, а также подходящие по мощности 127-вольтовые лампы (их следует соединять параллельно) указаны в таблице. Здесь же приведены данные по рекомендуемым диодам VD1-VD4 и емкости конденсаторов С1-С4 для ЛДС нужной мощности.
Если взамен сильно нагревающегося резистора R1 использовать 127-вольтовую лампу, ее нить накала станет едва-едва теплиться - температура нагрева нити (при напряжении 26 В) не достигает и 300ºС (темно-коричневый цвет каления, неразличимый глазом даже в полной темноте). Из-за этого 127-вольтовые лампы здесь способны служить едва ли не вечно. Повредить их можно лишь чисто механически, скажем, разбив невзначай стеклянную колбу или «стряхнув» тоненький волосок спирали. Еще меньше нагревались бы 220-вольтовые лампы, но их мощность придется брать чрезмерно большой. Дело в том, что она должна превышать мощность ЛДС приблизительно в 8 раз!
Лампы дневного света (ЛДС) - это первые экономичные приборы, которые появились после традиционных светильников с нитью накаливания. Они относятся к газоразрядным устройствам, где обязательно требуется элемент, ограничивающий мощность в электрической цепи.
Назначение дросселя
Дроссель для ламп дневного света управляет напряжением, подаваемым на электроды лампы. Кроме того, у него есть следующие назначения:
- защита от скачков напряжения;
- разогрев катодов;
- создание высокого напряжения для запуска лампы;
- ограничение силы электрического тока после пуска;
- стабилизация процесса горения лампы.
Для экономии дроссель подключается на две лампы.
Принцип действия электромагнитного пускорегулирующего устройства (ЭмПРА)
Первая которая была создана и применяется до сих пор, включает элементы:
- дроссель;
- стартер;
- два конденсатора.
Схема лампы дневного света с дросселем подключается в сеть на 220 В. Все детали, соединенные вместе, называются электромагнитным балластом.
При подаче питания замыкается цепь вольфрамовых спиралей лампы, и включается стартер в режиме тлеющего разряда. Через лампу ток пока не проходит. Нити постепенно разогреваются. Контакты стартера в исходном состоянии разомкнуты. Один из них выполнен биметаллическим. Он сгибается при нагревании от тлеющего разряда и замыкает цепь. При этом ток возрастает в 2-3 раза и катоды лампы разогреваются.
Как только замкнутся контакты стартера, разряд в нем прекращается и начинает остывать. В результате подвижный контакт размыкается и происходит самоиндукция дросселя в виде значительного импульса напряжения. Его достаточно, чтобы электроны пробили газовую среду между электродами и лампа зажглась. Через нее начинает проходить номинальный ток, который затем снижается в 2 раза по причине падения напряжения на дросселе. Стартер постоянно остается в выключенном состоянии (контакты разомкнуты), пока ЛДС горит.
Таким образом, балласт запускает лампу и в дальнейшем поддерживает ее в активном состоянии.
Достоинства и недостатки ЭмПРА
Электромагнитный дроссель для ламп дневного света отличается низкой ценой, простотой конструкции и высокой надежностью.
Кроме того, имеются недостатки:
- пульсирующий свет, приводящий к усталости глаз;
- до 15 % теряется электроэнергия;
- шумы в момент запуска и при работе;
- лампа плохо запускается при низкой температуре;
- большие размеры и вес;
- длительный запуск лампы.
Обычно гудение и мерцание лампы происходят при нестабильном питании. Балластники производят с разными уровнями шума. Чтобы его уменьшить, можно выбрать подходящую модель.
Лампы и дроссели подбираются равными друг другу по мощности, иначе срок службы светильника значительно сократится. Обычно их поставляют в комплекте, а замену балласта делают устройством с теми же параметрами.
В комплекте с ЭмПРА стоят недорого, и для них не нужна настройка.
Для балластника характерным является потребление реактивной энергии. Для снижения потерь параллельно сети питания подключается конденсатор.
Электронный балласт
Все недостатки электромагнитного дросселя необходимо было устранить, и в результате исследований был создан электронный дроссель для ламп дневного света (ЭПРА). Схема представляет собой единый блок, производящий запуск и поддерживание процесса горения путем формирования заданной последовательности изменения напряжения. Подключить его можно с помощью прилагаемой к модели инструкции.
Дроссель для ламп дневного света электронного типа имеет достоинства:
- возможность мгновенного запуска или с любой задержкой;
- отсутствие стартера;
- отсутствие моргания;
- повышенная светоотдача;
- компактность и легкость устройства;
- оптимальные режимы работы.
ЭПРА дороже электромагнитного устройства из-за сложной электронной схемы, которая включает фильтры, коррекцию коэффициента мощности, инвертор и балласт. В некоторых моделях устанавливается защита от ошибочного запуска светильника без ламп.
В отзывах пользователей говорится об удобстве применения ЭПРА в энергосберегающих ЛДС, которые встраиваются непосредственно в цоколи для обычных стандартных патронов.
Как запустить люминесцентную лампу с помощью ЭПРА?
При включении от электронного балласта на электроды подается напряжение, и происходит их разогрев. Затем на них поступает мощный импульс, зажигающий лампу. Он образуется путем создания колебательного контура, входящего в резонанс перед разрядом. Таким путем хорошо подогреваются катоды, испаряется вся ртуть в колбе, благодаря чему происходит легкий запуск лампы. После возникновения разряда резонанс колебательного контура тут же прекращается и напряжение снижается до рабочего.
Принцип работы ЭПРА похож на вариант с электромагнитным дросселем, так как лампа запускается которое затем снижается до постоянной величины и поддерживает разряд в лампе.
Частота тока достигает 20-60 кГц, за счет чего мерцание исключено, а КПД становится выше. В отзывах часто предлагается заменить электромагнитные дроссели на электронные. Важно, чтобы они подходили по мощности. Схема может создавать мгновенный пуск или с постепенным нарастанием яркости. Холодный пуск производить удобно, но при этом срок службы светильника становится намного меньше.
Лампа дневного света без стартера, дросселя
ЛДС можно включать без громоздкого дросселя, используя вместо него простую лампу накаливания с аналогичной мощностью. В данной схеме стартер также не нужен.
Подключение производится через выпрямитель, в котором напряжение удваивается с помощью конденсаторов и поджигает лампу без разогрева катодов. Последовательно с ЛДС через фазный провод включается лампа накаливания, ограничивающая ток. Конденсаторы и диоды выпрямительного моста следует подбирать с запасом по допустимому напряжению. При питании ЛДС через выпрямитель колба с одной стороны скоро начнет темнеть. В таком случае надо изменить полярность питания.
Дневного света без дросселя, где вместо него применяется активная нагрузка, дает слабую яркость.
Если вместо лампы накаливания установить дроссель, лампа будет светиться заметно сильней.
Проверка исправности дросселя
Когда ЛДС не горит, причина кроется в неисправности электропроводки, самой лампы, стартера или дросселя. Простые причины выявляются тестером. Перед тем как проверить дроссель лампы дневного света мультиметром, следует отключить напряжение и разрядить конденсаторы. Затем переключатель прибора устанавливается в режим прозвонки или на минимальный предел измерения сопротивления и определяются:
- целостность обмотки катушки;
- электросопротивление обмотки;
- межвитковое замыкание;
- обрыв в обмотке катушки.
В отзывах предлагается проверять дроссель, подключив его к сети через лампу накаливания. При она горит ярко, а исправная - вполнакала.
При обнаружении неисправности дроссель проще заменить, поскольку ремонт может обойтись дороже.
Чаще всего в схеме выходит из строя стартер. Для проверки его работоспособности вместо него подключают заведомо исправный. Если лампа так и не зажигается, значит, причина в другом.
Дроссель также проверяют с применением исправной лампы, подключив от него два провода к ее цоколю. Если лампа загорится ярко, значит, дроссель работоспособен.
Заключение
Дроссель для ламп дневного света совершенствуется в направлении улучшения технических характеристик. Электронные устройства начинают вытеснять электромагнитные. Вместе с тем продолжают применяться старые варианты моделей в связи с их простотой и низкой ценой. Необходимо разбираться во всем многообразии типов, правильно их эксплуатировать и подключать.
Я уже не раз говорил что множество вещей которые нас окружают могли бы быть реализованы гораздо раньше, но почему-то вошли в наш быт совсем недавно. Все мы сталкивались с люминесцентными лампами – такими белыми трубками с двумя штырьками на торцах. Помните, как они раньше включались? Вы нажимаете клавишу, лампа начинает промаргивать и наконец, входит в свой обычный режим. Это реально раздражало, поэтому дома подобные штуковины не ставили. Ставили в общественных местах, на производстве, в офисах, в цехах заводов — они действительно экономичные по сравнению с обычными лампами накаливания. Вот только моргали они с частотой 100 раз в секунду и многие это моргание замечали, что раздражало еще больше. Ну и еще для запуска к каждой лампе полагался пускорегулирующий дроссель, такая себе, железячка с массой под килограмм. Если он был собран недостаточно качественно, то довольно мерзко жужжал, тоже с частотой 100 герц. А если в помещении где вы работаете таких ламп десятки? Или сотни? И все эти десятки синфазно включаются-выключаются 100 раз в секунду и дросселя жужжат, пусть и не все. Неужели это никак не воздействовало?
Но, в наше время можно сказать, что эпоха жужжащих дросселей и моргающих (как при старте, так и при работе) ламп закончилась. Сейчас они включаются сразу и для человеческого глаза их работа выглядит совершенно статичной. Причина – вместо тяжелых дросселей и периодически залипающих стартеров в оборот вошли ЭПРА – электронные пускорегулирующие аппараты. Маленькие и легкие. Однако при одном лишь взгляда на их электрическую схему, возникает вопрос: а что мешало наладить их массовый выпуск еще в конце 70-начале 80х годов? Ведь вся элементная база была уже тогда. Собственно, кроме двух высоковольтных транзисторов там задействованы самые простые детали, буквально копеечной стоимости, которые были и в 40-е годы. Ну ладно СССР, тут производство слабо реагировало на технический прогресс (например, ламповые телеки были сняты с производства только в конце 80-х годов), но на Западе?
Итак, по порядку…
Стандартная схема включения люминесцентной лампы была, как и практически всё в ХХ веке, придумана американцами накануне Второй Мировой войны и включала в себя кроме лампы, уже упоминаемые нами дроссель и стартер. Да, еще параллельно сети вешали конденсатор для компенсации фазового сдвига вносимого дросселем или выражаясь еще более простым языком, для коррекции коэффициента мощности.
Дросселя и стартеры
 |
Принцип работы всей системы довольно хитрый. В момент замыкания кнопки включения по цепи сеть-кнопка-дроссель-первая спирать-стартер-вторая спираль-сеть начинает течь слабый ток – примерно 40-50 мА. Слабый потому, что в начальный момент сопротивление промежутка между контактами стартера достаточно велико. Однако этот слабый ток вызывает ионизацию газа между контактами и начинает резко возрастать. От этого электроды стартера разогреваются, а поскольку один из них биметаллический, то есть состоит из двух металлов с разной зависимостью изменений геометрических параметров от температуры (разным коэффициентом теплового расширения — КТР) то при нагреве пластина из биметалла изгибается в сторону металла с меньшим КТР и замыкается с другим электродом. Ток в цепи резко возрастает (до 500-600 мА), но всё же его скорость роста и конечная величина ограничены индуктивностью дросселя, собственно индуктивность – это и есть свойство препятствовать мгновенному индуктивность тока. Поэтому дроссель в данной схеме официально называется «аппарат пускорегулирующий». Этот большой ток разогревает спирали лампы которые начинают излучать электроны и подогревать газовую смесь внутри баллона. Сама лампа наполнена аргоном и парами ртути – это важное условие возникновения стабильного разряда. Само собой, что при замыкании контактов в стартере прекращается разряд в нем. Весь описанный процесс на самом деле занимает доли секунды.
| |
Теперь начинается самое интересное. Остывшие контакты стартера размыкаются. Но в дросселе уже запасена энергия равная половина произведения его индуктивности на квадрат тока. Она не может мгновенно исчезнуть (см. выше про индуктивность), а потому вызывает появление в дросселе ЭДС самоиндукции (проще говоря – импульса напряжения примерно в 800-1000 вольт для 36-ваттной ламы в 120 см. длиной). Складываясь с амплитудным сетевым напряжением (310 В), оно создает на электродах лампы напряжение достаточное для пробоя – то есть для возникновения разряда. Разряд в лампе создает ультрафиолетовое свечение паров ртути, а оно в свою очередь воздействует на люминофор и заставляет его светиться в видимом спектре. При этом еще раз напомним, дроссель, имея индуктивное сопротивление, препятствует неограниченному возрастанию тока в лампе, что привело бы к ее разрушению или срабатыванию защитного автомата в вашем жилище или другом месте где эксплуатируются подобные лампы. Заметим, что лампа не всегда зажигается с первого раза, иногда нужно несколько попыток чтобы она вошла в устойчивый режим свечения, то есть те процессы которые мы описали, повторяются 4-5-6 раз. Что, действительно, довольно неприятно. После того как лампа вошла в режим свечения ее сопротивление становится значительно меньшим чем сопротивление стартера поэтому его можно вытащить, лампа при этом будет продолжать светиться. Ну и еще, если вы разберете стартер, то увидите что параллельно его выводам подключен конденсатор. Он нужен для ослабление радиопомех создаваемых контактом.
Итак, если совсем кратко и без углубления в теорию, скажем, что включается люминесцентная лампа большим напряжением, а удерживается в светящемся состоянии значительно меньшим (например включается при 900 вольтах, светится при 150). То есть любое устройство включения люминесцентной лампы – это устройство создающее большое напряжение включения на ее концах, а после зажигания лампы уменьшающее его до определенной рабочей величины.
Эта американская схема включения была фактически единственной и только лет 10 назад ее монополия стала стремительно рушиться – на рынок массово вошли Электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА). Они позволили не просто заменить тяжелые жужжащие дроссели, обеспечить мгновенное включение лампы, но и ввести массу других полезных вещей таких как:
— мягкий пуск ламы – предварительный прогрев спиралей что резко увеличивает срок эксплуатации лампы
— преодоление мерцания (частота питания лампы значительно выше 50 Гц)
— Широкий диапазон входного напряжения 100…250 В;
— понижение энергопотребления (до 30%) при неизменном световом потоке;
— увеличение среднего срока службы ламп (на 50%);
— защиту от скачков напряжения;
— обеспечить отсутствие электромагнитных помех;
— отсутствие бросков коммутационных токов (важно, когда одновременно включается много ламп)
— автоматическое отключением дефектных ламп (это важно, устройства часто бояться работы на холостом ходу)
— КПД качественного ЭПРА — до 97%
— регулирование яркости ламп
Но! Все эти вкусняшки реализованы только в дорогих ЭПРАх. И вообще, не всё так безоблачно. Точнее – может быть всё и было бы безоблачно, если бы схемы ЭПРов сделать по-настоящему надежными. Ведь представляется очевидным, что электронный балласт (ЭПРА) должен быть во всяком случае не менее надежным чем дроссель, особенно если он стоит в 2-3 раза дороже. В «бывшей» схеме состоящей из дросселя, стартера и самой лампы как раз именно дроссель (пускорегулирующий элемент) был самым надежным и, в общем, при качественной сборке мог работать практически вечно. Советские дросселя 60-х годов работают до сих пор, они большие и намотаны довольно толстым проводом. Аналогичные по параметрам импортные дроссели даже таких известных фирм как «Philips» работают не столь надежно. Почему? Вызывает подозрение очень тонкий провод которым они намотаны. Ну и сам сердечник значительно меньше по объему чем у первых советских дросселей, оттого эти дросселя очень сильно нагреваются, что, наверное, тоже влияет на надежность.
Да, так вот, как мне представляется, ЭПРА, во всяком случае дешевые – то есть стоимостью до 5-7 долларов за штуку (что выше чем у дросселя), сделаны заведомо ненадежными. Нет, они могут работать годами и может даже будут работать вечно, но тут как в лотерее – вероятность проигрыша куда выше чем выигрыша. Дорогие ЭПРА сделаны условно-надежными. Почему «условно» мы расскажем чуть позже. Начнем же свой маленький обзор с дешевых. Как по мне, так они составляют 95% покупаемых балластов. А может и почти 100%.
Рассмотрим несколько таких схем. Кстати, все «дешевые» схемы практически одинаковы по конструкции, хотя есть нюансы.
 |
Дешевые электронные балласты (ЭПРА). 95% продаж.
Подобного типа балласты стоимостью в 3-5-7 долларов просто включают лампу. В этом состоит их единственная функция. Никаких других полезных наворотов не имеют. Я срисовал пару схем чтобы объяснить как работает это новомодное чудо, хотя как мы говорили выше, принцип работы такой же как и в «классическом» дроссельном варианте — зажигаем большим напряжением, удерживаем малым. Вот только реализован он по-другому.
 |
Все схемы электронных балластов (ЭПРА) которые я держал в руках – и дешевые и дорогие — представляли собой полумост – различались только варианты управления и «обвязка». Итак, переменное напряжение 220 вольт выпрямляестя диодным мостом VD4-VD7 и сглаживается конденсатором C1. Во входных фильтрах дешевых электронных балластов, из-за экономии цены и места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Гц, притом, что расчет примерно таков: 1 ватт лампы – 1 мкФ емкости фильтра. В этой схеме 5,6 мкФ на 18 ватт, то есть явно меньше чем надо. Оттого (хотя и не только поэтому), кстати, лампа светится визуально тусклее чем от дорогого балласта на ту же мощность.
Дальше через высоокоомный резистор R1 (1,6 МОм) начинает заряжаться конденсатор С4. Когда напряжение на нем превысит порог срабатывания двунаправленного динистора СD1 (примерно 30 вольт), он пробивается и на базе транзистора T2 появляется импульс напряжения. Открытие транзистора дает старт работе полумостового автогенератора образованного транзисторами Т1 и T2 и трансформатором TR1 c управляющими обмотками включенными противофазно. Обычно эти обмотки содержат по 2 витка, а выходная обмотка 8-10 витков провода.
Диоды VD2-VD3 гасят отрицательные выбросы возникающие на обмотках управляющего трансформатора.
Итак, генератор запускается на частоте близкой к резонансной частоте последовательного контура образованного конденсаторами С2, С3 и дросселем С1. Эта частота может быть равна 45-50 кГц, во всяком случае более точно у меня ее измерить не получилось, не было под рукой запоминающего осцилографа. Обратим внимание, что емкость конденсатора С3 включенного между электродами лампы примерно в 8 раз меньше чем емкость конденсатора С2, следовательно, скачек напряжения на нем во столько же раз выше (так как в 8 раз больше емкостное сопротивление – чем выше частота, тем больше емкостное сопротивление на меньшей емкости). Вот почему напряжение такого конденсатора всегда выбирается не менее 1000 вольт. Одновременно по этой же цепи идет и ток, разогревающий электроды. Когда напряжение на конденсаторе С3 достигнет определенной величины, происходит пробой и лампа зажигается. После зажигания ее сопротивление становится значительно меньшим сопротивления конденсатора С3 и он на дальнейшую работу никакого влияния не оказывает. Частота генератора также понижается. Дроссель L1 как и в случае с «классическим» дросселем теперь выполняет функцию ограничения тока, но поскольку лампа работает на высокой частоте (25-30 кГц), то размеры его во много раз меньше.
Внешний вид балласта. Видно, что в плату не впаяны некоторые элементы. Например там, куда я после ремонта впаял токоограничительный резистор, стоит проволочная перемычка.
Еще одно изделие. Неизвестного производителя. Здесь не пожертвовали 2 диода чтобы сделать «искусственный ноль».
 |
|
«Севастопольская схема»
Есть такое мнение что дешевле чем сделают китайцы не сделает никто. Я тоже был в этом уверен. Уверен до тех пор, пока мне в руки не попали ЭПРА некоего «севастопольского завода» — во всяком случае человек который их продавал, сказал именно так. Рассчитаны они были на лампу 58 W то есть 150 см длины. Нет, не скажу что они не работали или работали хуже чем китайские. Они работали. Лампы от них светились. Но…
Даже самые дешевые китайские балласты (ЭПРА) – это пластмассовый корпус, плата с отверстиями, маска на плате со стороны печатного монтажа и обозначение — где какая деталь со стороны монтажа. «Севастопольский вариант» был лишен всех этих избыточностей. Там плата была одновременно и крышкой корпуса, в плате (по этой причине) не было никаких отверстий, не было никаких масок, никаких нанесенных обозначений, детали были размещены со стороны печатных проводников и всё что можно было выполнено из SMD-элементов, чего я никогда не видел даже в самых дешевых китайских устройствах. Ну и сама схема! Я пересмотрел их великое множество, но никогда не видел ничего похожего. Нет, вроде всё как у китайцев: обычный полумост. Вот только назначение элементов D2-D7 и странное подключение базовой обмотки нижнего транзистора мне решительно непонятно. И еще! Создатели этого чудо-устройства совместили трансформатор полумостового генератора с дросселем! Просто намотали обмотки на Ш-образный сердечник. До такого не додумался никто, даже китайцы. В общем, эту схему проектировали или гении или люди альтернативно-одаренные. С другой стороны, если они так гениальны, ну почему не пожертвовать пару центов для введения токоограничительного резистора предотвращающего бросок тока через конденсатор фильтра? Да и на варистор для плавного разогрева электродов (тоже центы) — могли бы разориться.
В СССР
Приведенная выше «американская схема» (дроссель + стартер + люминесцентная лампа) работает от сети переменного тока частотой 50 герц. А если ток постоянный? Ну, например, лампу надо запитать от аккумуляторов. Тут уже электромеханическим вариантом не обойдешься. Нужно «лепить схему». Электронную. И такие схемы были, например в поездах. Мы все ездили в советских вагонах разной степени комфортности и видели там эти люминесцентные трубки. Но они питались постоянным током напряжением в 80 вольт, такое напряжение выдает вагонный аккумулятор. Для питания была разработана «та самая» схема – полумостовой генератор с последовательной резонансной цепью, а для предотвращения бросков тока через спирали ламп введен терморезистор прямого подогрева ТРП-27 с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Схема, надо сказать, отличалась исключительной надежностью, а чтобы переделать ее в балласт для сети переменного тока и использовать в быту, нужно было по сути добавить диодный мост, сглаживающий конденсатор и немного пересчитать параметры некоторых деталей и трансформатора. Единственное «но». Такая штуковина получилось бы довольно дорогой. Я думаю, ее стоимость была бы не меньше 60-70 советских рублей, при стоимости дросселя в 3 рубля. В основном, из-за высокой стоимости в СССР мощных высоковольтных транзисторов. И еще эта схема издавала довольно неприятный высокочастотный писк, не всегда, но иногда его можно было услышать, возможно, со временем менялись параметры элементов (подсыхали конденсаторы) и частота работы генератора понижалась.
Схема питания люминесцентных ламп в поездах в хорошем разрешении
 |
Дорогие электронные балласты (ЭПРА)
В качестве примера простого «дорогого» балласта можно привести изделие фирмы TOUVE. Он работал в системе освещения аквариума, проще говоря – от него питались две ламы зеленого свечения по 36 ватт. Хозяин балласта сказал мне, что эта штука какая-то особенная, специально разработанная для освещения аквариумов и террариумов. «Экологичная». В чем там экологичность я так и не понял, другое дело что этот «экологический балласт» не работал. Вскрытие и анализ схемы показал, что по сравнению с дешевыми она существенно усложнена, хотя принцип – полумост + запуск через тот самый динистор DB3 + последовательная резонансная цепь – сохранен в полном объеме. Поскольку лампы две, то мы видим два резонансных контура T4C22C2 и T3C23C5. Холодные спирали ламп от броска тока защищают терморезисторы PTS1, PTS2.
Правило! Если вы покупаете экономную лампу или вот электронный балласт, проверьте как включается эта самая лампа. Если мгновенно – балласт дешевый, что бы вам там про него не рассказывали. В более менее нормальных, лампа должна включаться после нажатия кнопки примерно через 0,5 секунд.
Дальше. Входной варистор RV защищает конденсаторы фильтра питания от броска тока. Схема оснащена фильтром питания (обведен красным) – он препятствует попаданию высокочастотных помех в сеть. Корректор коэффициента мощности (Power Factor Correction) обведен зеленым контуром, но в данной схеме он собран на пассивных элементах, что отличает ее от самых дорогих и навороченных, где коррекцией управляет специальная микросхема. Об этой важной проблеме (коррекции коэффициента мощности) мы поговорим в одном из следующих статей. Ну и еще добавлен узел защиты в аномальных режимах – в этом случае прекращается генерация путем замыкания тиристором SCR базы Q1 на землю.
Скажем, дезактивация электродов или нарушение герметичности трубки, приводят к возникновению «открытой схемы» (лампа не зажигается), что сопровождаются значительным ростом напряжения на пусковом конденсаторе и ростом тока балласта на частоте резонанса, ограниченными лишь добротностью контура. Длительная работа в этом режиме ведет к повреждению балласта за счет перегрева транзисторов. Вот в этом случае и должна сработать защита — тиристор SCR замыкает базу Q1 на землю прекращая генерацию.
 |
Видно, что данное устройство по размерам гораздо больше чем дешевые балласты, но после ремонта (вылетел один из транзисторов) и восстановления, выяснилось что эти самые транзисторы нагреваются, как мне показалось, сильнее чем надо, примерно до 70 градусов. Почему бы не поставить небольшие радиаторы? Я не утверждаю что транзистор вылетел из-за перегрева, но возможно работа на повышенных температурах (в закрытом корпусе) послужила провоцирующим фактором. В общем, поставил я небольшие радиаторы, благо место есть.
