Эпра что это такое
Перейти к содержимому

Эпра что это такое

  • автор:

Как устроены и работают ЭПРА для люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы не могут работать напрямую от сети 220В. Для их розжига нужно создать импульс высокого напряжения, а перед этим прогреть их спирали. Для этого используют пускорегулирующие аппараты. Они бывают двух типов — электромагнитные и электронные. В этой статье мы рассмотрим ЭПРА для люминесцентных ламп, что кто такое и как они работают.

Как устроены и работают ЭПРА для люминесцентных ламп

Из чего состоит люминесцентная лампа и для чего нужен балласт?

Люминесцентная лампа этот газоразрядный источник света. Он состоит из колбы трубчатой формы наполненной парами ртути. По краям колбы расположены спирали. Соответственно на каждом краю колбы расположена пара контактов — это выводы спирали.

Устройство люминесцентной лампы

Работа такой лампы основана на люминесценции газов при протекании через него электрического тока. Но ток просто так между двумя металлическими спиралями (электродами) просто так не потечет. Для этого должен произойти разряд между ними, такой разряд называется тлеющим. Для этого спирали сначала разогревают, пропуская через них ток, а после этого между ними подают импульс высокого напряжения, 600 и более вольт. Разогретые спирали начинают эмитировать электроны и под действием высокого напряжения образуется разряд.

Если не вдаваться в подробности – то описание процесса достаточно для постановки задачи для источника питания таких ламп, он должен:

1. Разогреть спирали;

2. Сформировать зажигающий импульс;

3. Поддерживать напряжение и ток на достаточном уровне для работы лампы.

Интересно: Компактные люминесцентные лампы, которые чаще называют "энергосберегающими", имеют аналогичную структуру и требования для их работы. Единственное отличие состоит в том, что их габариты значительно уменьшены благодаря особой форме, по сути это такая же трубчатая колба, на форма не линейная, а закрученная в спиралевидную.

Устройство компактной люминесцентной лампы

Устройство для питания люминесцентных ламп называется пускорегулирующим аппаратом (сокращенно ПРА), а в народе просто — балластом.

Различают два вида балласта:

1. Электромагнитный (ЭмПРА) — состоит из дросселя и стартера. Его преимущества — простота, а недостатков масса: низкий КПД, пульсации светового потока, помехи в электросети при его работе, низкий коэффициент мощности, гудение, стробоскопический эффект. Ниже вы видите его схему и внешний вид.

Стартер

Дросель

2. Электронные (ЭПРА) — современный источник питания для люминесцентных ламп, он представляет собой плату, на которой расположен высокочастотный преобразователь. Лишен всех перечисленных выше недостатков, благодаря чему лампы выдают больший световой поток и срок службы.

Схема включения люминесцентной лампы с электронным ПРА

Схема ЭПРА

Типовой электронный балласт состоит из таких узлов:

2. Высокочастотный генератор выполненный на ШИМ-контроллере (в дорогих моделях) или на авто генераторный схеме с полумостовым (чаще всего) преобразователем.

3. Пусковой пороговый элемент (обычно динистор DB3 с пороговым напряжением 30В).

4. Разжигающей силовой LC-цепи.

Типовая схема изображена ниже, рассмотрим каждый из её узлов:

Схема ЭПРА

Переменное напряжение поступает на диодный мост, где выпрямляется и сглаживается фильтрующим конденсатором. В нормальном случае до моста устанавливают предохранитель и фильтр электромагнитных помех. Но в большинстве китайских ЭПРА нет фильтров, а ёмкость сглаживающего конденсатора ниже необходимой, от чего бывают проблемы с поджигом и работой светильника.

Диодный мост в ЭПРА

Совет: если вы ремонтируете ЭПРА, то прочтите статью «Как проверить диодный мост» на нашем сайте.

После этого напряжение поступает на автогенератор. Из названия понятно, что автогенератор — это схема, которая самостоятельно генерирует колебания. В этом случае она выполнена на одном или двух транзисторах, в зависимости от мощности. Транзисторы подключены к трансформатору с тремя обмотками. Обычно используются транзисторы типа MJE 13003 или MJE 13001 и подобные, в зависимости от мощности лампы.

Схема автогенератора

Хоть и этот элемент называется трансформатором, но выглядит он не привычно — это ферритовое кольцо, на котором намотано три обмотки, по несколько витков каждая. Две из них управляющие, в каждой по два витка, а одна — рабочая с 9 витками. Управляющие обмотки создают импульсы включения и выключения транзисторов, соединены одним из концов с их базами.

Так как они намотаны в противофазе (начала обмоток помечены точками, обратите внимание на схеме), то импульсы управления противоположны друг другу. Поэтому транзисторы открываются по очереди, ведь если их открыть одновременно, то они просто замкнут выход диодного моста и что-нибудь из этого сгорит. Рабочая обмотка одни концом подключена к точке между транзисторами, а вторым к рабочим дросселю и конденсатору, через нее происходит питание лампы.

Часть схемы ЭПРА

При протекании тока в одной из обмоток в двух других наводится ЭДС соответствующей полярности, которое и приводит к переключениям транзисторов. Автогенератор настроен на частоту выше звукового диапазона, то есть выше 20 кГц. Именно этот элемент является преобразователем постоянного тока в ток переменой частоты.

Для запуска генератора установлен динистор, он включает схему после того как напряжение на нем достигнет определённого значения. Обычно устанавливают динистор DB3, который открывается в диапазоне напряжений около 30В. Время, через которое он откроется, задается RC-цепью.

Более продвинутые варианты ЭПРА, строятся не на автогенераторной схеме, а на базе ШИМ-контроллеров. Они имеют более устойчивые характеристики. Однако, за более чем пять лет занятий электроникой мне не разу не попался такой ЭПРА, все с которыми работал, были автогенераторными.

Выше неоднократно упоминалось об LC цепи. Это дроссель, установленный последовательно со спиралью, и конденсатор, установленный параллельно лампе. По этой цепи сначала протекает ток, прогревающий спирали, а затем образуется импульс высокого напряжения на конденсаторе её зажигающий. Дроссель выполняется на Ш-образном ферритовом сердечнике.

Эти элементы подбираются так, чтобы при рабочей частоте они входили в резонанс. Так как дроссель и конденсатор установлены последовательно на этой частоте наблюдается резонанс напряжений.

При резонансе напряжений на индуктивности и ёмкости начинает сильно расти напряжение в идеализированных теоретических примерах до бесконечно большого значения, при этом ток потребляется крайне малый.

В результате мы имеем подобранные по частотам генератор и резонансный контур. По причине роста напряжения на конденсаторе происходит зажигание лампы.

Ниже изображен другой вариант схемы, как вы можете убедиться – все в принципе аналогично.

Схемы ЭПРА для включения люминсцентных ламп

Благодаря высокой рабочей частоте удаётся достигнуть малых габаритов трансформатора и дросселя.

Для закрепления пройденной информации рассмотрим реальную плату ЭПРА, на картинке выделены основные узлы описанные выше:

Плата ЭПРА

А это плата от энергосберегающей лампы:

Плата от энергосберегающей лампы

Заключение

Электронный балласт значительно улучшает процесс розжига ламп и работает без пульсаций и шума. Его схема не очень сложна и на её базе можно построить маломощный блок питания. Поэтому электронные балласты от сгоревших энергосберегаек – это отличный источник бесплатных радиодеталей.

Люминесцентные лампы с электромагнитным пускорегулирующим аппаратом запрещено использовать в производственных и бытовых помещениях. Дело в том, что у них сильные пульсации, и возможно появление стробоскопического эффекта, то есть если они будут установлены в токарной мастерской, то при определенной частоте вращения шпинделя токарного станка и другого оборудования – вам может казаться, что он неподвижен, что может вызвать травмы. С электронным балластом такого не произойдет.

  • Умные лампы: устройство, виды и их применение
  • Как можно использовать светодиодную ленту
  • Неисправности светодиодных лент и методы их ремонта

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Освещение дома, Электрические приборы и устройства

Подпишитесь на наш канал в Telegram и узнавайте первыми о последних трендах, советах по освещению и технологиях, которые сделают ваш дом более комфортным и стильным: Современное освещение

Поделитесь этой статьей с друзьями:

ЭПРА (электронный балласт) – что это такое?

Для работы люминесцентных, энергосберегающих, светодиодных ламп и панелей необходимо наличие в цепи элементов, обеспечивающих на их входных контактах определенную заданную величину тока и напряжения. Это достигается применением пускорегулирующей аппаратуры.

В случае работы люминесцентной лампы эта аппаратура обеспечивает предварительный прогрев электродов, после чего ртуть, содержащаяся в трубке, постепенно начинает переходить в парообразное состояние. Для возникновения стабильного тлеющего разряда внутри лампы необходимо, чтобы на ее электроды поступил кратковременный импульс напряжения большой величины.

Устройство ЭПРА обеспечивает возникновение этого импульса, включение лампы после полного испарения ртути и в процессе работы понижает ток и напряжение на лампе.

В самой простой модификации такой режим обеспечивает электромагнитный дроссель совместно со стартером. Но в случае применения электромагнитного дросселя работу лампы сопровождает гудение, мерцание и мигание при включении.

Электронные пускорегулирующие аппараты в итоге решают те же задачи, что и электромагнитные. Они обязаны обеспечивать зажигание и стабильную работу светильников.

Электронный балласт – это прибор для понижения тока на элементах электрической цепи. Балласты применяются, если сопротивление нагрузки не в состоянии результативно снизить потребляемый ток. Это возникает в случаях, когда устройство имеет отрицательное переменное сопротивление по отношению к элементу питания.

Если такая нагрузка будет подключена к источнику постоянного напряжения, то через нее будет протекать ток, увеличивающийся до тех пор, пока она или источник тока не выйдут из строя.

Для предотвращения этого используется балласт, обеспечивающий активное или реактивное сопротивление, понижающее величину тока до расчетного значения.

Одним из устройств с отрицательным сопротивлением является газоразрядная лампа.

В настоящее время для пуска и обеспечения работы ламп наиболее часто стали использоваться электронные балласты ЭПРА, которые имеют целый ряд преимуществ по сравнению со схемой включения при помощи электромагнитного дросселя.

Внешний вид ЭПРА для ламп Т8

Существуют такие модификации ЭПРА, которые встраиваются в корпус люминесцентных ламп цокольной модификации.

Они устанавливаются в кожухе лампы, находящемся между цоколем и излучающей трубкой.

Для светодиодных ламп, панелей и лент, принцип работы которых основан не на использовании электрического разряда между электродами лампы, а на свечении кристаллических светодиодов, вместо ЭПРА применяются электронные блоки питания.

Они могут быть встроены в корпус лампы или же установлены в светильник как отдельный элемент цепи.

Ниже показано устройство светодиодной лампы со встроенным драйвером.

Устройство светодиодной лампы со встроенным драйвером

Компактная лампа с встроенным ЭПРА

Электронные балласты не требуют для зажигания лампы наличия стартера как самостоятельного элемента цепи.

Схема электронного пускорегулирующего аппарата создает заданное напряжение и ток в последовательности, требующейся для корректной работы.

Электронная схема ЭПРА на нужном уровне стабилизирует рабочий ток и преобразует переменное синусоидальное напряжение питающей сети частотой 50 герц в ток более высокой частоты, от 20 кГц до 60 кГц.

Поэтому при работе люминесцентной лампы достигается отсутствие мерцания, пульсаций при запуске и гудения светильника.

Существуют различные варианты зажигания ламп, которые можно реализовать с помощью ЭПРА.

Это может быть плавный пуск с постепенным увеличением яркости свечения до номинальной за несколько секунд. Можно установить моментальный запуск.

Так же как и электромагнитный дроссель, ЭПРА первоначально разогревают электроды лампы, затем создают высоковольтный импульс и после возникновения тлеющего разряда поддерживают ее работу в оптимальном режиме.

Применение этих приборов ведет к увеличению энергоэффективности лампы и сохранению ее работоспособности на весь установленный срок службы.

Ниже приводится электрическая схема электронного преобразующего аппарата, применяемого для включения и регулирования работы люминесцентной лампы мощностью 30 ватт.

Электрическая схема электронного преобразующего аппарата

На мостик, состоящий из четырех диодов D1, D2, D3, D4 типа 1N4007 подается напряжение сети 220 вольт, частотой 50 герц.

На нем происходит выпрямление входного напряжения, то есть нижний полупериод синусоидального тока переходит в верхнюю часть графика.

После этого ток, который был условно преобразован в постоянный, необходимо сгладить, уменьшив его амплитуду. Это выполняет конденсатор С1.

Для того чтобы полученное выпрямленное напряжение преобразовать в напряжение высокой частоты, используется инвертор на транзисторах Т1 и Т2.

В схеме используется трансформатор TU3802, имеющий две управляющие обмотки и одну рабочую, с которой напряжение частотой 20 кГц подается на электроды лампы.

Ток, подающийся на лампу, разогревает электроды, и ртуть в колбе начинает испаряться, а импульс напряжения величиной 1 200 вольт зажигает тлеющий разряд в лампе, и она начинает работать в стабильном режиме.

Возможно подключение нескольких ламп через один электронный пускорегулирующий аппарат. Ниже показаны схемы включения двух и четырех ламп через один балласт.

Две лампы на один ЭПРА Четыре лампы с общим ЭПРА

Для люстры можно использовать ЭПРА, если в ней установлены компактные люминесцентные лампы.

Для этого нужно выбрать прибор, рассчитанный на суммарную мощность всех ламп, установленных в люстре, с двукратным запасом по величине.

Если в люстре установлены светодиодные лампы без встроенного драйвера, то в схеме желательно предусмотреть электронный блок питания.

В случае применения электронных балластов устраняются такие негативные явления, как мигание ламп во время включения, мерцание и гудение, сопровождающие работу светильников с электромагнитными ПРА. Устраняется стробоскопический эффект, который имеет место при работе ламп на переменном токе частотой пятьдесят герц.

При использовании электронного балласта возникновение этого эффекта невозможно, поскольку на лампу подается ток высокой частоты в несколько десятков килогерц.

По цене ЭПРА довольно дорогие, но их стоимость быстро окупается в результате создания ими экономичного режима работы ламп в люстре.

Можно устанавливать в люстры лампы с встроенными драйверами.

При помощи электронных ПРА можно создать режим включения ламп с постепенным нарастанием мощности, отрегулировать поочередную работу различных групп ламп в люстре и применить другие интересные решения.

Электронные блоки питания и контроллеры применяются и в цепях со светодиодными лентами.

С применением ЭПРА мощность, расходуемая светильником, становится меньше на тридцать процентов по сравнению с потребляемой при использовании ЭмПРА.

Продолжительность пригодности лампы возрастает на пятьдесят процентов в связи с обеспечением ее работы в щадящем режиме.

Сокращаются расходы на ремонт и замену комплектующих в светильниках, оборудованных ЭПРА.

Эти приборы незаменимы в цепях, обеспечивающих работу аварийного освещения.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЙ АППАРАТ ЭПРА

Электронный пускорегулирующий аппарат ЭПРА

Включение газоразрядных ламп, в чисто которых входят всем известные люминесцентные лампы, имеет ряд особенностей. Для возникновения разряда между электродами в среде газа требуется импульс высокого напряжения между предварительно прогретыми электродами.

Во время работы ток разряда должен ограничиваться специальным балластом, функции которого выполняет дроссель – катушка с большой индуктивностью.

  • низкая надежность стартера из-за наличия контактной группы;
  • громоздкий тяжелый и шумный дроссель;
  • мерцание ламы с частотой питающей сети;
  • длительный процесс зажигания ламп;
  • затрудненный пуск при низкой температуре;
  • низкий КПД;
  • высокий уровень электромагнитных помех.

На смену устаревшим пусковым агрегатам были разработаны электронные устройства, которые не содержат механических контактов и тяжелого и габаритного дросселя.

Малые габариты современных электронных пускорегулирующих устройств (ЭПРА) дали толчок дальнейшему развитию и широкому распространению малогабаритных люминесцентных ламп, которые в народе прозвали «экономками».

Новое оборудование полностью свободно от перечисленных недостатков и, к тому же, увеличивает продолжительность работы источников света за счет плавного разогрева нитей накаливания.

  • отсутствуют механические контакты;
  • питание производится высокочастотным напряжением, что полностью исключает мерцание;
  • малые габариты и вес;
  • высокий КПД за счет введения цепей коррекции мощности;
  • минимум сетевых помех и практически полное отсутствие электромагнитных.
  1. Разогрев нитей накаливания.
  2. Инициирование разряда в среде газа между электродами.
  3. Поддержание горения.

Все этапы включения полностью контролируются электронной схемой ЭПРА, которая состоит из следующих элементов:

Не пропускает помехи от ЭПРА в сеть и наоборот.

Устанавливается, в основном в дорогих и мощных пускателях.

Исполняется в виде электролитического конденсатора большой емкости.

Также в состав устройства входят инверторная схема преобразования напряжения и малогабаритный дроссель.

В инверторе используются мощные высоковольтные транзисторные ключи, которые включены в мостовую схему с автогенерацией или управляются специальной микросхемой. В диагональ моста включен многообмоточный резонансный трансформатор, одна из обмоток которого включена последовательно с нитями накала и резонансным конденсатором.

При включении лампы напряжение обмотки трансформатора разогревает нити накала, а затем, за счет резонанса, происходит разряд конденсатора между электродами.

Межэлектродный разряд уменьшает сопротивление рабочей среды лампы, в результате чего резонансный конденсатор оказывается закороченным и резонанс пропадает. Оставшегося значения напряжения достаточно для нормального горения. Ток разряда ограничивается дросселем, включенным последовательно с электродами.

ЭПРА ДЛЯ ПИТАНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП

Первоначально конструкции ЭПРА разрабатывались для замены старых дроссельно-стартерных устройств для установки в классические светильники с люминесцентными лампами.

Для облегчения перехода на новую аппаратуру, ее габаритные размеры, как говорилось выше, делали схожими со старыми устройствами.

Такой подход позволял без изменения технологических линий по производству светильников устанавливать электронные пускатели.

Использование миниатюрных SMD компонентов и совершенствование схемотехники позволили создавать ЭПРА с минимальными габаритами.

  • форм;
  • мощностей;
  • цветов и оттенков свечения.

Основными характеристиками электронного пускателя для люминесцентных ламп является допустимая мощность светильника и количество одновременно подключаемых источников.

Некоторые типы имеют режим плавного пуска. При этом после нажатия клавиши включения освещения светильник загорается через время от одной до нескольких секунд.

В подобных устройствах за счет схемотехнических решений разряд резонансного конденсатора происходит только после полного прогрева нитей накаливания. Лампы, включаемые через такой пускатель меньше изнашиваются, поэтому срок их службы возрастает.

Некоторые модели дешевых пускорегулирующих аппаратов имеют низкое качество изготовления. Особенно это касается параметров электролитического конденсатора фильтра. Малая емкость приводит к заметным пульсациям света, а низкое граничное напряжение увеличивает вероятность выхода конденсатора из строя.

Очень опасны модели, в которых мощные ключевые транзисторы крепятся радиатором к металлическому корпусу устройства через пластиковую изоляцию. Через некоторое время работы пластик под действием нагрева транзистора деформируется и радиатор замыкается на корпус.

Прикосновение к такому блоку во время его работы приводит к удару электрическим током.

ЭПРА ДЛЯ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ И ПАНЕЛЕЙ

Сразу следует заметить, что пускорегулирующая аппаратура для светодиодных ламп и других LED источников света не существует! Как бы не утверждали продавцы магазина или консультанты в интернет-сервисах, это свидетельствует лишь о их некомпетентности.

Светодиодные источники света в пусковых устройствах типа ЭПРА не нуждаются. Необходим источник постоянного напряжения, а в идеальном варианте – стабилизатор тока.

Такие устройства называются драйверами. Они формируют напряжение на выходных клеммах в соответствии с подключаемым источником света и ограничивают или стабилизируют значение выходного тока в определенных пределах.

Дело в том, что светодиоды нормально функционируют только в узком диапазоне протекающего через них тока. Меньшее значение снижает яркость, а высокое вызывает резкое снижение срока службы вплоть до мгновенного перегорания излучающего диода.

Светодиод, как полупроводниковый элемент, обладает ярко выраженной зависимостью величины сопротивления от температуры, поэтому ее изменение всего на несколько градусов способно вызвать критический рост тока.

Чем отличается стабилизатор напряжения от стабилизатора тока?

Если выразить простыми словами, то стабилизатор напряжения имеет на выходе стабильное напряжение при том, что ток потребления подключенных устройств может меняться в широких пределах.

Иная ситуация в случае стабилизатора тока. Здесь обеспечивается стабильное значение тока при различных сопротивлениях нагрузки. При этом значение напряжения стабилизатора может изменяться в достаточно широком диапазоне.

Данная характеристика накладывает ограничение на совместимость устройств различных типов. К источнику тока нельзя подключать светодиодные светильники иной мощности, чем той, что указана в спецификации.

Нельзя подключать параллельно несколько ламп. В крайнем случае возможно последовательное подключение, но это если позволяет диапазон выходных напряжений.

  • светодиодную лампу 100 мА 12 В или 100 мА 24 В;
  • две лампы 100 мА 12 В, соединенные последовательно;
  • две лампы 50 мА 12 – 24 В, соединенные параллельно.

Схема драйвера может быть выполнена быть выполнена как на основе трансформатора, так и при помощи инвертора, что в настоящее время составляет подавляющее большинство устройств. Драйверы с изменяемым значением выходного тока используются для регулировки яркости LED светильников.

Большинство компактных ламп выпускаются со встроенными драйверами, освобождая покупателя от мук выбора. Использование отдельных драйверов необходимо только в случае использования светодиодных лент или изготовления светильников из отдельных светодиодов или матриц.

Приобретая светодиодные панели с фиксированными размерами, желательно сразу же рассчитывать на драйвер с рекомендуемыми параметрами.

© 2012-2023 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

ЭПРА. Электронные пуско-регулирующие аппараты.

ЭПРА. Электронные пуско-регулирующие аппараты.

Появление электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА)
В начале 70-х годов в бытовой радио- и телеаппаратуре и компьютерах стали активно применяться переключаемые блоки питания. Ввиду явных преимуществ этих устройств вскоре появилась идея использовать их и для систем освещения. В трубчатых и компактных люминесцентных лампах ПРА нужны в связи с тем, что для происходящего в них процесса газового разряда нужны ток и напряжение определенных параметров. ПРА обеспечивают предварительный нагрев ламповых электродов, подачу достаточного для зажигания лампы напряжения и ограничение лампового тока.
Различные принципы, различные характеристики
Необходимые для работы ламп функции могут обеспечивать индуктивные ПРА, которые подразделяются на электромагнитные ПРА (KVG) и ПРА с малыми потерями (VVG). Последние работают по такому же принципу, как и ЭМПРА, только ввиду их конструктивных особенностей они отличаются меньшими потерями энергии. Однако самыми лучшими для люминесцентных ламп являются электронные ПРА (ЭПРА). Они гарантируют немигающий свет ламп, более длительный их срок службы, повышенную системную (лампа + ЭПРА) световую отдачу, надежное зажигание ламп, ограничение тока и компенсацию. Большинство ЭПРА подходят и для работы от постоянного тока (DC). Это означает, что их можно использовать в системах аварийного освещения.
Если люминесцентная лампа работает с катушкой, схожей по принципу действия с ЭМПРА и ПРА с малыми потерями, то ламповый ток имеет частоту напряжения питания. Появляющийся в результате этого стробоскопический эффект может быть опасен, прежде всего, для людей, работающих на оборудовании с вращающимися узлами. Каждый раз, когда напряжение переходит через ноль, такой же переход происходит и у тока до тех пор, пока не произойдет повторное зажигание лампы; для каждого зажигания лампы требуется восстановление носителя заряда.
На сегодняшний день ЭПРА широко применяются в люминесцентных и металлогалогенных светильниках. О преимуществах ЭПРА и некоторых негативных моментах эксплуатации читайте в статье "Преимущества электронных пускорегулирубщих аппаратов".
материал подготовил С.Исполатов
Компания "СТК Системы освещения"
при подготовке использованы тексты брошюры "OSRAM Источники света".

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *