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:
- Разогрев. Происходит запуск схемы прибора при любой окружающей температуре и включение света. Мягкое повышение напряжения передается вольфрамовым нитям.
- Поджиг. Происходит момент подачи высоковольтного импульса (1,5 кВт), в результате чего в лампах происходит пробой газов (паров ртути).
- 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
Схема подключения, запуск
Пускорегулирующий аппарат подключается с одной стороны к источнику питания, с другой – к осветительному элементу. Нужно предусмотреть возможность установки и крепления ЭПРА. Подключение производится в соответствии с полярностью проводов. Если планируется установить две лампы через ПРА, используется вариант параллельного соединения.
Схема будет выглядеть следующим образом:
Группа газоразрядных люминесцентных ламп не может нормально работать без пускорегулирующего аппарата. Его электронный вариант конструкции обеспечивает мягкий, но одновременно с тем и практически мгновенный запуск источника света, что дополнительно продлевает срок его службы.
Поджиг и поддержание функционирования лампы осуществляется в три этапа: прогрев электродов, появление излучения в результате высоковольтного импульса, поддержание горения осуществляется посредством постоянной подачи напряжения небольшой величины.
Определение поломки и ремонтные работы
Если наблюдаются проблемы в работе газоразрядных ламп (мерцание, отсутствие свечения), можно самостоятельно сделать ремонт. Но сначала необходимо понять, в чем заключается проблема: в балласте или осветительном элементе. Чтобы проверить работоспособность ЭПРА, из светильников удаляется линейная лампочка, электроды замыкаются, и подсоединяется обычная лампа накаливания. Если она загорелась, проблема не в пускорегулирующем аппарате.
В противном же случае нужно искать причину поломки внутри балласта. Чтобы определить неисправность люминесцентных светильников, необходимо «прозвонить» все элементы по очереди. Начинать следует с предохранителя. Если один из узлов схемы вышел из строя, необходимо заменить его аналогом. Параметры можно увидеть на сгоревшем элементе. Ремонт балласта для газоразрядных ламп предполагает необходимость использования навыков владения паяльником.
Если с предохранителем все в порядке, далее следует проверить на исправность конденсатор и диоды, которые установлены в непосредственной близости к нему. Напряжение конденсатора не должно быть ниже определенного порога (для разных элементов эта величина разнится). Если все элементы ПРА в рабочем состоянии, без видимых повреждений и прозвон также ничего не дал, осталось проверить обмотку дросселя.
В некоторых случаях проще купить новую лампу. Это целесообразно сделать в случае, когда стоимость отдельных элементов выше ожидаемого предела или при отсутствии достаточных навыков в процессе пайки.
Ремонт компактных люминесцентных ламп выполняется по сходному принципу: сначала разбирается корпус; проверяются нити накала, определяется причина поломки на плате ПРА. Часто встречаются ситуации, когда балласт полностью исправен, а нити накаливания перегорели. Починку лампы в этом случае произвести сложно. Если в доме имеется еще один сломанный источник света сходной модели, но с неповрежденным телом накала, можно совместить два изделия в одно.
Таким образом, ЭПРА представляет группу усовершенствованных аппаратов, обеспечивающих эффективную работу люминесцентных ламп. Если было замечено мерцание источника света или он и вовсе не включается, проверка балласта и его последующий ремонт позволят продлить срок службы лампочки.
Схемы ЭПРА
Вряд ли имеет смысл собирать электронный балласт своими руками. Даже качественные модели стоят не так много, чтобы оправдать затраты времени на сборку. Разве что вам хочется сделать что-то самостоятельно. Работающая самостоятельно сделанная вещь, безусловно, приносит моральное удовлетворение. В сети есть масса схем, но многие из них абсолютно нерабочие. В этом пункте приведем рабочие — на базе микросхем или без них.
Схема электронного балласта для ламп дневного света на базе транзисторных ключей
ЭПРА на базе микросхемы IR2520D фирмы IR с диапазоном рабочей частоты от 35 кГц до 80 кГц
Схема электронного балласта на микросхеме UBA2021 фирмы NXP. Рабочая частота 39 кГц
Балласт с микросхемой ICB1FL02G и частотой 40 кГц
Ремонт ЭПРА
Если модуль ЭПРА вышел из строя, то для его ремонта потребуются определенные знания электроники и умение пользоваться мультиметром. Если базовых знаний электроники нет, то лучше всего просто произвести замену блока целиком, либо отдать в мастерскую на ремонт. Чтобы рассмотреть подробности ремонта ЭПРА не хватит многотомника.
Поиск неисправности необходимо начинать с осмотра платы. Неисправные электронные элементы имеют характерную черному. Корпуса деталей могут почернеть, а на плате будет заметно темное пятно. Обязательно нужно просмотреть и токоведущие дорожки.
Как и любом ремонте, часто, перегоревший элемент – это не причина, а следствие.
Инструментальную диагностику начинаем с проверки предохранителя. Как правило на плате он обозначается латинской буквой F и цифрой – порядковым номером.
Прозвонка элементов ЭПРА с помощью мультиметра
При ремонте балласта для люминесцентных источников света обратите внимание на электролитические конденсаторы. Если конденсатор деформирован – вздулся, он подлежит замене
Здесь важно использовать конденсатор с напряжением не ниже того, который был установлен
Больше – можно, меньше – нет
Здесь важно использовать конденсатор с напряжением не ниже того, который был установлен. Больше – можно, меньше – нет. Емкость не желательно менять
Обязательно соблюсти полярность. Неправильная полярность – основная причина взрыва конденсатора
Емкость не желательно менять. Обязательно соблюсти полярность. Неправильная полярность – основная причина взрыва конденсатора.
Далее стоит произвести прозвонку полупроводников. Диоды не должны быть в пробое – при любой полярности щупов мультиметра Вы не должны слышать писк. Тоже касается и униполярных транзисторов. Затвор, исток, сток не должны прозваниваться накоротко в любых позициях.
Большинство мастеров сервисных центров предпочитают не браться за ремонт схемы пускателя. Да и потребителю могут выставить счет на сумму большую, чем стоит новый аппарат. Мастера считают, что при выходе более одного компонента на плате, ремонт считается экономически нецелесообразным.
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.).
Блок питания из ЭПРА — схема
В качестве силовых ключей используются импортные транзисторы MJE13003, MJE13007, в редких случаях MJE13009 и их аналоги. Транзисторы можно сказать,что создавались специально для работы в сетевых ИБП. Аналогичные транзисторы используются и в компьютерных блоках питания. Итак, для начала хочу представить основные достоинства такого блока питания.
- Компактные размеры и легкий вес
- Малые затраты и низкая стоимость
- Надежность работы
Это лишь основные достоинства нашего самодельного блока, но у него есть и другие (скрытые) достоинства. Некоторые ИБП работают только под определенной нагрузкой, иными словами блок питания не сможет работать в холостую или с маломощной нагрузкой. Таким свойством обладают достаточно популярные ЭТ (электронные трансформаторы), которые предназначены для питания галогенных ламп с мощностью 12 вольт. Наш блок питания включается при подачи сетевого напряжения, способен питать нагрузки с мощностью от долей ватта (светодиоды и т.п.) до 40-50 ватт. Такой блок может использоваться в качестве лабораторного блока питания для начинающего радиолюбителя.
Блок питания не боится коротких замыканий на выходе (взамен электронный трансформатор выходит из строя после секундного КЗ), обладает высокой стабильностью работы и может работать в течении очень долгого времени без выключения. Суть переделки балласта заключается в ее доработке. Нам нужно мотать импульсный трансформатор, который обеспечивает гальваническую развязку от сети 220 вольт и понижает напряжение до нужного нам уровня.
Трансформатор можно мотать практически на любом ферритовом сердечнике (кольца, броневые чашки или Ш-образный сердечник). Сетевая обмотка содержит 130 витков провода 0,3-0,6 мм, понижающая должна содержать 8-9 витков, что соответствует выходному напряжению 12 Вольт.
Напряжение от балласта подается на обмотку трансформатора через конденсатор ( напряжение конденсатора подобрать в пределах 1000-3000 вольт, емкость 3300-6600 пкФ). Вторичную обмотку трансформатора желательно мотать несколькими жилами тонкого провода (4 жилы провода 0,5мм), на выходе получается порядка 3,5-4 Ампер. Возможно также применение готовых трансформаторов из ЭТ с мощностью 50-150 ватт.
Для выпрямления напряжения следует использовать мощные импульсные диоды или диодные сборки от компьютерных блоков питания. Из отечественного интерьера можно использовать КД213. При подборе диодов для блока питания из ЭПРА следите, чтобы максимально допустимый ток диода был в районе 8-12 Ампер, сам диод должен работать на частотах 100-150 кГц.
Начнём с определения.
ЭПРА (Электронный Пуско Регулирующий Аппарат) – это устройство, предназначенное для поджига газоразрядных ламп и поддержания их в рабочем состоянии.
Соответственно, горение таких ламп без ЭПРА невозможно, а, значит, этот блок имеется во всех светильниках, которые работают с лампами на основе инертных газов, или даже в самих лампах (например, в энергосберегающих неоновых со стандартными цоколями).
Рассмотрение преимуществ и недостатков ламп мы оставим на потом, а сейчас остановимся подробнее на блоке их питания.
Основные компоненты ЭПРА
В составе подавляющего большинства таких устройств имеются:
- Фильтр (могут отсекаться помехи из сети питания, или, наоборот, создаваемые самим блоком питания).
- Выпрямитель.
- Корректор мощности.
- Выходной сглаживающий фильтр.
- Инвертор.
- Балласт.
Однако, в целях экономии (габаритов или конечной стоимости) некоторые производители могут убирать те или иные блоки.
Блоки могут реализовываться из самостоятельных радиоэлементов или на основе специальных микросхем.
Даже при беглом взгляде на состав ЭРПА становится понятно, что перед нами – готовый импульсный блок питания.
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.
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.
https://youtube.com/watch?v=8fF5KQk4L2k
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.
Схема устройства
Начнем с того, что люминесцентные лампы – это газоразрядные источники света, которые работают по следующей технологии. В стеклянной колбе находятся пары ртути, в которые подается электрический разряд. Он-то и образует ультрафиолетовое свечение. На саму колбу изнутри нанесен слой люминофора, который преобразует ультрафиолетовые лучи в видимый глазами свет. Внутри лампы всегда находится отрицательное сопротивление, вот почему они не могут работать от сети в 220 вольт.
Но тут необходимо выполнить два основных условия:
- Разогреть две нитки накала.
- Создать большое напряжение до 600 вольт.
Теперь сама схема ЭПРА.
Начнем с того, что люминесцентные лампы, к примеру, ЛВО 4×18, со старым блоком всегда мерцали и издавали неприятный шум. Чтобы этого избежать, необходимо подать на нее ток частотой колебания более 20 кГц. Для этого придется повысить коэффициент мощности источника света. Поэтому реактивный ток должен возвращаться в специальный накопитель промежуточного типа, а не в сеть. Кстати, накопитель с сетью никак не связан, но именно он питает лампу, если случиться сетевой переход напряжения через ноль.
Как работает
Итак, сетевое напряжение в 220 вольт (оно переменное) преобразуется в постоянное с показателем 260-270 вольт. Сглаживание производится с помощью электролитического конденсатора С1.
После чего постоянное напряжение необходимо перевести в высокочастотное напряжение до 38 кГц. За это отвечает полумостовой преобразователь двухтактного типа. В состав последнего входят два активных элемента, которые собой представляют два высоковольтных транзистора (биполярных). Их обычно называют ключами. Именно возможность перевода постоянного напряжения в высокочастотное дает возможность уменьшить габариты ЭПРА.
Электронный пускорегулирующий аппарат
В схеме устройства (балласта) также присутствует трансформатор. Он является одновременно и управляющим элементом преобразователя, и нагрузкой для него. Этот трансформатор имеет три обмотки:
- Одна из них рабочая, в которой всего лишь два витка. Через нее происходит нагрузка на цепь.
- Две – управляющие. В каждой по четыре витка.
Особую роль во всей этой электрической схеме играет динистор симметричного типа. В схеме он обозначен, как DB3. Так вот этот элемент отвечает за запуск преобразователя. Как только напряжение в соединениях его подключения превышает допустимый порог, он открывается и подает импульс на транзистор. После чего происходит запуск преобразователя в целом.
Далее происходит следующее:
- С управляющих обмоток трансформатора импульсы поступают на транзисторные ключи. Эти импульсы являются противофазными. Кстати, открытие ключей вызывает наводку на двух обмотках и на рабочей тоже.
- Переменное напряжение с рабочей обмотки подается на люминесцентную лампу через последовательно установленные элементы: первая и вторая нить накала.
Обратите внимание, что на конденсаторе С5 будет происходить самое большое падение напряжения. Именно этот элемент и зажигает люминесцентную лампу. То есть, получается так, что максимальная сила тока разогревает две нити накала, а напряжение на конденсаторе С5 (оно большое) зажигает источник света
То есть, получается так, что максимальная сила тока разогревает две нити накала, а напряжение на конденсаторе С5 (оно большое) зажигает источник света.
Принцип работы электронного ПРА для светодиодных светильников
С момента запуска светодиодного светильника работа этого элемента состоит из нескольких этапов:
- Этап разогрева. Именно эта часть работы детали делает включение освещения практически мгновенным, без изъянов в виде миганий. Также благодаря этому этапу запуск может происходить при пониженных температурах и срок использования значительно увеличивается.
- Собственно включение светодиодного светильника.
- Стабильное освещение на всем сроке работы до выключения ввиду отсутствия необходимости работы светильника. Светодиодам требуется определенное напряжение, которое и поддерживает ЭПРА.
