Электронный балласт устраняет мерцание и гул

Люминесцентная лампа представляет собой устройство с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Чем больший ток через нее протекает, тем меньше ее сопротивление, тем меньше падение напряжения на ней. Поэтому при непосредственном подключении к электрической сети такая лампа быстро выходит из строя. Для предотвращения этого люминесцентные лампы подключают через специальное устройство, называемое балластом.

В простейшем случае это может быть обычный резистор. Но в таком балласте теряется значительное количество энергии. Для того чтобы избегать этих потерь, при питании ламп от сети переменного тока в качестве балласта должно применяться реактивное сопротивление, конденсатор или катушка индуктивности. В настоящее время наибольшее распространение получили два типа балластов — электромагнитный и электронный.

Электромагнитный балласт представляет собой индуктивное сопротивление, дроссель, включаемый последовательно с лампой. Для запуска лампы с таким типом балласта требуется также стартер. Преимуществами балласта такого типа являются его простота и дешевизна. Недостатком же является в первую очередь мерцание ламп с частотой, равной удвоенной частоте сетевого напряжения, что повышает утомляемость и может негативно сказываться на зрении. Кроме того, это относительно долгий запуск и большее потребление энергии по сравнению с электронным балластом. Наконец, дроссель может издавать низкочастотный гул.

Помимо вышеперечисленных недостатков можно отметить еще один. При наблюдении предмета, вращающегося или колеблющегося с частотой, равной или кратной частоте мерцания люминесцентных ламп с электромагнитным балластом, такой предмет кажется неподвижным. В данном случае имеет место стробоскопический эффект. Если неподвижным кажется шпиндель токарного или сверлильного станка, лезвие циркулярной пилы, недалеко и до травмы. Поэтому во избежание травмирования на производстве запрещено использовать люминесцентные лампы с электромагнитным балластом для освещения движущихся частей станков и механизмов без дополнительной подсветки лампами накаливания.

Электронный балласт представляет собой электронную схему, преобразующую сетевое напряжение в высокочастотный, частотой 20-60 килогерц, переменный ток, который и питает лампу. Преимуществами такого балласта являются отсутствие мерцания и гула, более компактные размеры и меньшая масса по сравнению с электромагнитным балластом. При использовании электронного балласта возможно добиться мгновенного запуска лампы, это так называемый холодный старт, однако такой режим неблагоприятно сказывается на сроке службы лампы, поэтому применяется и схема с предварительным прогревом электродов в течение 0,5-1 секунды, это так называемый горячий старт. Лампа при этом зажигается с задержкой, однако этот режим позволяет увеличить срок службы лампы.

В классической схеме включения с электромагнитным балластом для автоматического регулирования процесса зажигания лампы применяется стартер, представляющий собой миниатюрную газоразрядную лампочку с неоновым наполнением и двумя металлическими электродами. Один электрод пускателя, жесткий, неподвижен, другой, биметаллический, изгибается при нагреве. В исходном состоянии электроды пускателя разомкнуты. Пускатель включается параллельно лампе.

В момент включения к электродам лампы и пускателя прикладывается полное напряжение сети, так как ток через лампу отсутствует и падение напряжения на дросселе равно нулю. Электроды лампы холодные, и напряжения сети недостаточно для ее зажигания. Но в пускателе от приложенного напряжения возникает разряд, в результате которого ток проходит через электроды лампы и пускателя. Ток разряда мал для разогрева электродов лампы, но достаточен для электродов пускателя, отчего биметаллическая пластинка, нагреваясь, изгибается и смыкается с жестким электродом. Ток в общей цепи возрастает и разогревает электроды лампы. В следующий момент электроды пускателя остывают и размыкаются.

Мгновенный разрыв цепи тока вызывает мгновенный пик напряжения на дросселе, что и вызывает зажигание лампы. Параллельно стартеру подключен миниатюрный конденсатор небольшой емкости, служащий для уменьшения создаваемых радиопомех. Кроме того, он оказывает влияние на характер переходных процессов в стартере так, что способствует зажиганию лампы. Конденсатор вместе с дросселем образует колебательный контур, который контролирует пиковое напряжение и длительность импульса зажигания (при отсутствии конденсатора во время размыкания электродов стартера возникает очень короткий импульс большой амплитуды, генерирующий кратковременный разряд в стартере, на поддержание которого расходуется большая часть энергии, накопленной в индуктивности контура). К моменту размыкания стартера электроды лампы уже достаточно разогреты.

Разряд в лампе возникает сначала в среде аргона, а затем, после испарения ртути, приобретает вид ртутного. В процессе горения напряжение на лампе и пускателе составляет около половины сетевого за счет падения напряжения на дросселе, что устраняет повторное срабатывание пускателя. В процессе зажигания лампы пускатель иногда срабатывает несколько раз подряд вследствие отклонений во взаимосвязанных между собой характеристиках пускателя и лампы. В некоторых случаях при изменении характеристик пускателя или лампы возможно возникновение ситуации, когда стартер начинает срабатывать циклически.

Это вызывает характерный эффект, при котором лампа периодически вспыхивает и гаснет. Когда она гаснет, видно свечение катодов, накаленных током, протекающим через сработавший стартер.

В отличие от электромагнитного балласта для работы электронного балласта зачастую не требуется отдельный специальный стартер, так как в общем случае такой балласт сам способен сформировать необходимые последовательности напряжений. Существуют разные технологии запуска люминесцентных ламп электронными балластами. В наиболее типичном случае электронный балласт подогревает катоды ламп и прикладывает к катодам напряжение, достаточное для зажигания лампы. Чаще всего это переменное и высокочастотное напряжение, что заодно устраняет мерцание лампы, характерное для электромагнитных балластов.

В зависимости от конструкции балласта и временных параметров последовательности запуска лампы такие балласты могут обеспечивать, например, плавный запуск лампы с постепенным нарастанием яркости до полной за несколько секунд или же мгновенное включение лампы. Часто встречаются комбинированные методы запуска, когда лампа запускается не только за счет факта подогрева катодов лампы, но и за счет того, что цепь, в которую включена лампа, является колебательным контуром. Параметры колебательного контура подбираются так, чтобы при отсутствии разряда в лампе в контуре возникало явление электрического резонанса, ведущее к значительному повышению напряжения между катодами лампы.

Как правило, это ведет и к росту тока подогрева катодов, поскольку при такой схеме запуска спирали накала катодов нередко соединены последовательно через конденсатор, являясь частью колебательного контура. В результате за счет подогрева катодов и относительно высокого напряжения между катодами лампа легко зажигается. После зажигания лампы параметры колебательного контура изменяются, резонанс прекращается, и напряжение в контуре значительно падает, уменьшая ток накала катодов. Существуют варианты данной технологии.

Например, в предельном случае балласт может вообще не подогревать катоды, вместо этого приложив к ним достаточно высокое напряжение, что неизбежно приведет к почти мгновенному зажиганию лампы за счет пробоя газа между катодами. Фактически этот метод аналогичен технологиям, применяемым для запуска ламп с холодным катодом.

Федор СПИРИДОНОВ