Zářivky s elektronickým předřadníkem

Zářivky jsou mnohem ekonomičtější než žárovky, mají účinnost až 80 lm/W oproti 12 lm/W. Zářivky lze vyrábět ve verzích s různými barevnými teplotami záření, od 2700 K (teplé světlo, srovnatelné se světlem žárovek) do 6500 K (studené denní světlo). Moderní zářivky mají dobré spektrum, zajišťující správné vnímání barevných odstínů předmětů.

Výhody zářivek nezůstaly bez povšimnutí, jsou široce používány pro osvětlení průmyslových prostor, kanceláří a v poslední době se stále více používají v osvětlení domácností. Tyto výbojky vykazují ještě lepší výsledky při použití elektronického předřadníku pracujícího na vyšších frekvencích, který nahradil tradiční předřadníky.

obsah
Zářivky s elektronickým předřadníkem

viz též
Zařízení LED lampy s pulzním ovladačem

Zářivka

Zářivka je plynová výbojka plněná inertním plynem – argonem nebo kryptonem pod nízkým tlakem, s přídavkem malého množství rtuti. Na každém konci trubice jsou vlákna, když jsou zahřátá, udržují výboj emitováním elektronů. Lampy jsou napájeny střídavým proudem, takže každé vlákno hraje roli katody s přímým vláknem. Výboj ve rtuťových parách je intenzivním zdrojem ultrafialového záření, které se přeměňuje na viditelné světlo díky vrstvě fosforu nanesené na vnitřním povrchu trubice.

Dříve používané bílé fosfory nebyly zdaleka ideální a představovaly volbu: získat maximální účinnost a špatné podání barev, nebo ztratit účinnost kvůli lepšímu podání barev. Nová triluminiscenční technologie tento problém vyřešila. Volba poměru použitých luminoforů umožňuje dosáhnout velmi vysoké účinnosti, vynikajícího podání barev a navíc umožňuje volit barevnou teplotu lampy.

Existuje mnoho možností lamp, které se liší výkonem a velikostí. V posledních letech jsou spolu s lineárními trubicovými lampami stále oblíbenější lampy složitějších tvarů. Dáním trubice do tvaru U nebo jejím stočením nebo nějakou jinou prostorovou konfigurací může být trubka vyrobena velmi kompaktní. Kombinací takové elektronky s elektronickým předřadníkem získáme žárovku velikostí srovnatelnou s žárovkou. Může být vybavena stejnou paticí jako klasické žárovky a lze ji použít jako účinnější náhradu za žárovky. Kompaktní zářivky dostaly název „úsporné“ zářivky, i když to není zcela přesné, protože tento termín by měl zahrnovat širší škálu zařízení. Například LED žárovky nejsou méně účinné a energeticky úsporné.

Klasický balast

Uvažujme, jak se v lampě zapálí výboj a zachová se provozní režim. Před zapálením lampy je nutné předehřát katody. „Studený start“ je nepřijatelný, protože výrazně snižuje životnost lampy v důsledku silného rozprašování katody v okamžiku zapnutí. V důsledku předehřívání vlivem termionické emise vzniká kolem každé katody elektronový mrak, jehož prostorový náboj snižuje intenzitu pole v blízkosti katody a zabraňuje její destrukci.

Po zahřátí katod můžete zapálit výboj ve výbojce, to vyžaduje vysokonapěťový impuls, asi 1000 V. Po zapálení výboje odpor výbojky prudce klesá. Dochází k přechodu do klesajícího úseku proudově-napěťové charakteristiky, kdy s rostoucím proudem lampou napětí na ní klesá. V tomto ohledu existuje potřeba zařízení omezujícího proud, aby se zabránilo zničení lampy.

Napájecí proud by měl být co nejblíže dokonale sinusovému tvaru. V tomto případě je minimalizována úroveň vyzařovaného rušení ze samotné lampy a z napájecích vodičů. Kromě toho jsou nepřijatelné vysoké špičkové hodnoty napájecího proudu, které výrazně snižují životnost žárovek. Přítomnost konstantní složky napájecího proudu je nepřípustná, jinak se sníží emisivita jedné z katod.

Vzhledem k uvedeným vlastnostem je pro připojení zářivky do sítě nutný speciální předřadník. Po mnoho let se používal a stále je velmi rozšířený nejjednodušší obvod s tlumivkou zapojenou do série s lampou.

Tento balast funguje následovně. Po připojení k síti se rozsvítí neonová kontrolka startéru. Procházejícím proudem se velmi rychle zahřeje a jedna z jeho elektrod, vyrobená ve formě bimetalové desky, se ohne a dotkne se druhé elektrody, čímž obvod dokončí. Obě vlákna zářivky jsou zapojena do série a připojena k síti přes induktor L. Začne se zahřívání katod. Současně je neonová lampa chlazena, protože v zavřeném stavu je její odpor nízký a výkon na ní rozptýlený je zanedbatelný. Přibližně za 1..2 sekundy neonová lampa vychladne a bimetalový kontakt otevře obvod. Vlivem samoindukčního emf induktoru L se mezi katodami zářivky vytvoří vysokonapěťový impuls a ten se rozsvítí, načež napětí na něm klesne. V provozním režimu je proud lampou omezen induktorem L, napětí na lampě klesne na hodnotu nedostatečnou pro zapálení neonové startovací lampy.

Pokud se výboj nezapálí napoprvé, opakují se startovací cykly stejným způsobem.

Kondenzátor C1 kompenzuje indukční složku proudu odebíraného obvodem lampy-tlumivka, čímž snižuje fázový posun mezi proudem odebíraným ze sítě a napětím v síti. Kondenzátor C2 potlačuje spínací šum při sepnutí a rozepnutí kontaktů neonové lampy.

Přes svou extrémní jednoduchost obvod splňuje základní požadavky na předřadník pro zářivky: poskytuje „soft start“ (předehřev katod před zapálením) a stabilizaci proudu v provozním režimu; Reaktance induktoru se zvyšuje s frekvencí, což omezuje vyšší harmonický proud a poskytuje víceméně sinusový proud procházející lampou.

Výhody elektronického předřadníku

U elektronického předřadníku, stejně jako u klasického předřadníku, se spouštění a stabilizace pracovního bodu výbojky provádí pomocí tlumivky, k napájení se používá pouze vysokofrekvenční proud. Obvod se přirozeně stává složitějším, ale oproti nízkofrekvenční verzi má řadu výhod.

Na obrázku je blokové schéma elektronického předřadníku. Jak je vidět, v elektronickém předřadníku je usměrněno síťové napětí, vzniklé stejnosměrné napětí je pomocí měniče převedeno na střídavé napětí se zvýšenou frekvencí, které je přiváděno do zářivky přes induktor.

Pro ochranu sítě před vysokofrekvenčním rušením, ke kterému dochází při provozu elektronického předřadníku, je na vstupu obvodu umístěn filtr. Elektronický předřadník může volitelně obsahovat obvod PFC (korekce účiníku), který zlepšuje linearitu elektronického předřadníku jako zátěže pro síť – díky tomuto obvodu je proud odebírán ze sítě po většinu každého půlcyklu sítě kolísání napětí, na rozdíl od klasického usměrňovače, který v okamžicích dobíjení vyhlazovacího kondenzátoru spotřebovává proud ve formě krátkých pulzů velké amplitudy, v důsledku čehož dochází ke zkreslení tvaru síťového napětí. Nárůst počtu spotřebičů s pulzní přeměnou napětí vyžaduje použití obvodů PFC, alespoň u zařízení s vysokým výkonem.

Volitelný zpětnovazební obvod znázorněný na tečkovaném schématu lze použít ke stabilizaci režimu lampy při změně vstupního napětí a k provedení ochranného vypnutí zařízení v případě nouzového provozu.

Přechod na vyšší frekvence proudu napájejícího lampu poskytuje následující výhody.

Zvýšená účinnost. Studie ukazují, že zvýšení frekvence napájecího proudu z 50 Hz na 20 kHz zvyšuje světelnou účinnost lampy asi o 10 %. To umožňuje zvýšit výkon lampy při stejné spotřebě energie nebo snížit spotřebu při stejném světelném výkonu.

Odstraňte blikání. Při použití klasického předřadníku lampa bliká dvojnásobnou frekvencí sítě – bliká dvakrát za periodu při každé půlvlně napájecího napětí. Toto blikání je mnoha lidmi vnímáno jako obtěžující a způsobuje rychlou únavu. Při práci na rotujících strojích může blikání způsobit nebezpečný stroboskopický efekt, kdy se rychle rotující část jeví jako nehybná nebo se pomalu otáčí. Pokud je lampa napájena vysokofrekvenčním proudem, svítí nepřerušovaným světlem, protože perioda oscilací proudu je kratší než doba odezvy luminoforu (objeví se dosvit luminoforu). Pouze mírná modulace světelného toku s dvojnásobnou frekvencí sítě je možná z důvodu přítomnosti zvlnění po usměrnění síťového napětí v obvodu elektronického předřadníku. Tyto vlnky jsou zcela neviditelné i při použití nejjednodušších antialiasingových filtrů; použití dříve zmíněného zpětnovazebního obvodu téměř zcela eliminuje pulsaci světelného toku.

Snížená velikost a hmotnost. Při vysokých frekvencích je vyžadována induktor s nízkou indukčností a může mít velmi malou velikost. Sníží se také požadovaná kapacita kondenzátoru a tím i jejich velikost. Obecně se elektronický předřadník ukazuje jako velmi kompaktní a levný.

Nedostatek hluku. I kvalitní tlumivky nízkofrekvenčních předřadníků hučí vlivem vibrací desek jádra a závitů cívky na síťové frekvenci. Vibrace z škrticí klapky se přenášejí na prvky lampy, díky čemuž je hladina hluku ještě vyšší. Po zapnutí startér vydává hluk v podobě hlasitého cvakání. Elektronický předřadník zajišťuje tichý start; s rostoucí frekvencí se vibrace škrticí klapky snižují; pracovní frekvenci elektronického předřadníku lze zvolit nad horní hranici slyšitelného zvukového rozsahu a lampa pak nebude zdrojem slyšitelného hluku.

Vysoká spolehlivost, dlouhá životnost. V klasickém předřadníku je startér velmi slabým místem. V okamžiku zapnutí jsou spouštěče vystaveny značnému elektrickému a tepelnému zatížení a obsahují kontakty, které mechanicky spínají obvod. To má vážný dopad na spolehlivost a životnost. Často se stane, že startér, který selže a selže zároveň, vyřadí zářivku z provozu (pokud ztratí schopnost svítit, přejde do nekonečného cyklu startovacích pokusů nebo pokud se kontakty přilepí a přejdou do režimu trvalého ohřevu katody). V elektronickém předřadníku nejsou žádné pohyblivé mechanické kontakty, je snazší přesně udržovat režimy měkkého startu, je možné vytvořit příznivé provozní režimy pro všechny prvky obvodu, lze stabilizovat provozní režim a ochranné vypnutí v případě nouze. pokud. Takže i přes nárůst složitosti je spolehlivost a životnost delší.

Typický obvod elektronického předřadníku

Obvody levných lamp s nízkým výkonem jsou téměř stejné, pokud existují nějaké rozdíly, jsou v malých detailech. Existují velké sbírky schémat zapojení pro lampy různých modelů, ale abychom pochopili princip fungování, stačí zvážit strukturu jedné lampy. Na Obr. %img:ebcir zobrazuje obvod NAKAi 25W/833 (220-240V, 50-60Hz; teplá bílá).

Usměrňovač, sestavený pomocí celovlnného obvodu pomocí diod D1-D4, je připojen k síti přes pojistku FUSE. Na výstup usměrňovače je připojen kombinovaný šumový filtr a vyhlazovací filtr na prvcích C1, L1, C4. Měnič je sestaven pomocí tranzistorů Q1, Q2 pomocí samooscilačního obvodu push-pull (verze polomůstkového měniče s napěťově napájeným sériovým rezonančním obvodem). Kladná zpětná vazba v samooscilátoru je realizována transformátorem L3 na feritovém kroužku (primární vinutí obsahuje 8 závitů, sekundární vinutí – každé 2 závity). Diody D7, D8 chrání tranzistory před průrazem v důsledku samoindukčního emf v tlumivce L2, když jsou oba tranzistory sepnuté, omezují rozsah napětí na výstupu měniče od 0 do usměrněného síťového napětí. Současně s ochranou rekuperují energii a vracejí ji zpět do filtračních kondenzátorů.

Je zde použit samooscilační obvod s tvrdým samobuzením. Ihned po připojení k síti nedochází k automatickému generování – oba tranzistory jsou uzavřeny. Ke spuštění samooscilátoru je nutný vnější vliv, který je produkován spouštěcím obvodem složeným z prvků R1, R2, C2, D5, DIAC. Spouštěcí obvod autogenerátoru funguje následovně. Při sepnutých tranzistorech se kondenzátor C2 nabíjí přes odpory R1, R2 napětím přijatým z výstupu usměrňovače. Když napětí na C2 dosáhne průrazného napětí dinistoru, dinistor se otevře a vybije kondenzátor přes bázi tranzistoru Q1. Tento impuls otevře tranzistor, po kterém začne pracovat autogenerátor. Když samooscilátor běží, nejsou generovány spouštěcí impulsy, protože při každém otevření Q1 se kondenzátor C2 vybije přes diodu D5. Takže v provozním režimu nemá C2 šanci na nabití na průrazné napětí DIAC, odpor rezistoru R2 a tedy i časová konstanta RC obvodu jsou příliš vysoké.

Invertorová zátěž a zároveň sériový rezonanční obvod, který určuje kmitočet oscilátoru, je obvod prvků L2, C8, C7, X1 (zářivka). Vliv primárního vinutí vazebního transformátoru L3 na tento obvod lze zanedbat z důvodu extrémně nízké indukčnosti vinutí ve srovnání s indukčností tlumivky L2.

Podívejme se nyní, jak se lampa zapaluje a jak je zajištěn její provozní režim. Pro předehřívání katod lampy je použit termistor s kladným TCS R8. Při pokojové teplotě má nízký odpor a proto ihned po zapnutí střídače obchází kondenzátor C8. Střídavé napětí invertoru je přivedeno na sériový rezonanční obvod tvořený prvky L2, C7, R8 a sériově zapojenými vlákny (katody). Toto je fáze předehřívání katod. Zároveň se termistor zahřívá procházejícím proudem. Zvyšuje se jeho odpor, „samoodpojuje“ od obvodu, ale uvede se do činnosti kondenzátor C8, který byl dříve přemostěn termistorem.

Kapacita C8 je mnohonásobně menší než kapacita kondenzátoru C7 (v tomto případě 10x), takže můžeme předpokládat, že C7 představuje zkrat pro střídavý proud a C8 bude určujícím faktorem. Snížením kapacity sériového rezonančního obvodu se zvýší generační frekvence a charakteristický odpor obvodu, rezonanční napětí na C7 vzroste na hodnotu dostatečnou pro zapálení výboje v elektronce. Po zapálení výboje napětí na elektronce klesne a kondenzátor C8 přestane výrazně ovlivňovat generační frekvenci. Frekvence generování klesá, nyní je určena prvky L2 a C7. Lampa přejde do provozního režimu.

Není těžké uhodnout, že volitelné prvky zobrazené v blokovém schématu (obr. %img:eb) u levných lamp chybí: chybí blok PFC a zpětná vazba pro stabilizaci režimu.

Zářivky si získaly značnou popularitu, která neustále roste. Vzhledem k neustálému růstu cen elektřiny nahrazují klasické žárovky, jejichž použití je dražší. Ve skutečnosti se jedná o typ zářivky, ale více upravený. Existuje mnoho variant, které se liší tvarem, ale jsou si podobné v komponentách a principu fungování.

Zářivková lampa s denním světlem

Zářivka je uzavřená skleněná trubice naplněná plynnými parami. Když uvnitř dojde k elektrickému výboji, částice se excitují a bombardují fosfor nanesený na vnitřní stranu trubice na jejích stěnách. Objeví se záře. Plynové prostředí je špatným vodičem elektřiny, ale primární impuls dostatečné síly zajistí, že se lampa rozsvítí, po kterém je nutné pouze udržovat doutnavý výboj.

Ne všechny typy zářivek jsou určeny k osvětlení místností. Barva vyzařovaná lampou připomíná denní světlo. Možná proto se jim říká zářivky s denním světlem. Zářivky s denním světlem jsou také typem podobných zařízení s modrým odstínem záře. Je známo několik typů takových lamp:

• LB (lampy s bílým světlem);
• LD (zářivka);
• LDC (stejné, ale s barevným podáním).

První dvě se používají k osvětlení a třetí mají odstíny modré a modré spektrum a používají se v průmyslových prostorách. Přestože jsou LDC považovány za luxusní lampy, mají nižší světelnou účinnost, až o 15 % nižší než LD.
Princip fungování takových světelných zdrojů je založen na přítomnosti plynových výbojů procházejících rtuťovými parami. Vzniká ultrafialové záření, které se pomocí luminiscenční látky přeměňuje na světlo. Světelná účinnost je několikanásobně vyšší než u žárovky se stejnými hodnotami výkonu. Životnost energeticky úsporných zářivek je také poměrně dlouhá – až 5 let, ale lampa by se neměla zapínat více než 2000krát.
Zářivky se používají k osvětlení velkých prostor, což umožňuje úsporu energie až 83 %. Nevýhodami energeticky úsporných zářivek jsou následující vlastnosti:

• nebezpečí chemické kontaminace rtuťovými parami;
• světelné spektrum není příliš pohodlné a zkresluje barvu objektů;
• fosfor časem přestává fungovat, což snižuje jeho účinnost;
• Denní lampy nelze zapnout stmívačem, tj. osvětlení nelze plynule měnit;
• Zářivky vyzařují pulzující světlo.

S používáním těchto lamp jsou spojeny i další nepříjemnosti, ale existuje i mnoho pozitivních recenzí.
Například energeticky úsporné žárovky maxus jsou kompaktní, ekonomické, žárovka a stínidlo lustru se nezahřívají na takovou teplotu, že by hrozilo nebezpečí požáru. Mají dlouhou životnost. Nelze je však jen tak vyhodit do domovního odpadu, musí se recyklovat.

Připojení

Způsob připojení zářivky závisí na konkrétním obvodu.
Dříve se zářivky zapínaly pomocí tlumivky, startéru a kondenzátoru v obvodu.

Nevýhodou takových spínacích obvodů bylo blikání světla lampy při zapnutí, které oslňovalo, dlouhá doba zapálení lamp a časté selhání startéru.
Pak byly tyto schémata nahrazeny schématy, kde škrticí klapka a startér byly nahrazeny jednou jednotkou, tzv. vyvažovačem. Nazývá se také PRU (startovací řídicí zařízení) nebo EPRA. Kontrolky se začaly rychle rozsvěcet, bez blikání.

V poslední době se objevil další typ zářivek, jedná se o energeticky úsporné žárovky, které fungují na stejném principu. Všechno je tam ještě jednodušší. Lampa má patici podobnou patici žárovek. PRU (neboli balancer) je skryt v patici lampy. Lampa se do objímky zašroubuje místo žárovek.

Jak dát druhý život úsporné žárovce

Zářivky lze zapnout i po jejich poruše. Jak na to, je popsáno v článku Jak rozsvítit zářivku bez startéru a tlumivky a Oprava úsporných zářivek svépomocí.
Někteří řemeslníci vyrábějí pulzní napájecí zdroje z balancerů z neúspěšných energeticky úsporných žárovek. Obvod balanceru vypadá takto:

Pro vytvoření napájecího zdroje se provádějí následující kroky.

• Lampa se snadno otevře, což lze snadno provést vypáčením 4 spon pomocí šroubováku.
• Při opatrné manipulaci s žárovkou, která je při stisknutí poměrně křehká, je třeba uvolnit dva kontakty, které z ní vyčnívají.
• Spirálové dráty vedoucí z desky k základně je třeba ustřihnout nebo odpájet.
• Na desce vložte propojku mezi kontakty, které šly do baňky (viz schéma).
• Dále navíjíme vinutí na tlumivku L5, kterou jsme odpájeli od obvodu. Používáme smaltovaný drát o průměru 0,5 mm, tolik, kolik se vejde. Primární vinutí nejprve izolujeme papírem a páskou.
• Na svorky nového vinutí přidáváme diody, připájené do usměrňovacího diodového můstku VD14-VD17. Za diodovým můstkem umisťujeme elektrolytické kondenzátory C9 – C10 pro vyhlazení pulzací proudu.
• Získané napětí změříme voltmetrem. Napětí lze měnit změnou počtu závitů v navinutém vinutí.

Tímto způsobem lze konstrukci připojit k elektrickému spotřebiči se stejným spotřebovaným napětím. Úsporná žárovka tak získává druhý život.

Doporučujeme přečíst:

1. Porovnání různých typů svítidel
2. Opravy energeticky úsporných zářivek svépomocí
3. Přehled automobilových žárovek: typy patic, účel
4. Jak rozsvítit zářivku bez startéru a tlumivky