Комплектующие и фурнитура

Патроны для ламп типа ТС

Так как люминесцентные лампы выделяют намного меньше тепла, чем лампы накаливания, то в конструкциях патронов могут быть использованы все преимущества термопластиков. Наиболее подходящим материалом является полибутилентерефталат, армированный стекловолокном (РВТ GР).

Благодаря небольшим размерам компактные люминесцентные лампы находят самое широкое применение. Для них выпускаются патроны различных конструкции с креплением вставляемыми ножками, шплинтами, зажимами или крепежными отверстиями для передней, задней или боковой установки.

За счет снижения усилия необходимого для вынимания лампы достигается минимальный люфт патрона. Поэтому, чтобы добиться надежной фиксации при горизонтальной установке ламп, лучше использовать дополнительный зажим для крепления лампы за трубку.
 

Цоколи распространенных типов компактных люминесцентных ламп

Для ламп ТС-DEL и ТС-ТЕL с четырьмя штырьками был разработан новый стандарт с укороченным центральным выступом цоколя лампы. Это сделано для того, чтобы двухштырьковые лампы для электромагнитных балластов нельзя было подключить к электронным балластам, так как это приведет к выходу из строя лампы или балласта. Поэтому для ламп с цоколями G24q или GX24q должны использоваться новые укороченные патроны или специальные переходники для обычных патронов.
 

Патроны с "боковой установкой лампы" позволяют использовать лампы типа ТС-F в светильниках небольшого размера

Лампы типа ТС-L с цоколем 2G11 все шире применяются в тех областях, где раньше использовались только традиционные люминесцентные лампы. Патроны позволяют расположить две лампы рядом друг с другом или одну над другой. Для сверхкомпактных светильников выпускаются патроны, в которых лампа вставляется сбоку и дополнительно фиксируется. Для установки в металлические светильники конструкция самого патрона должна предусматривать элементы для защиты проводов от повреждения кромками листового металла светильника.
Лампу типа ТС-F с патроном 2G10 называют "лампой панельного типа". Использование патронов с "боковой установкой лампы" позволяет получить очень компактную конструкцию светильника. Кроме того, лампу можно дополнительно зафиксировать. Так как лампы ТС-F могут использоваться с обычными балластами, то выпускаются также патроны со встроенными держателями стартера.

Патроны для ламп Т26 и Т38

В настоящее время почти во всех патронах для ламп типа Т используются углубления для цоколя с роторами. Эта конструкция получила распространение потому, что па- трон совсем немного выступает за диаметр лампы и поэтому можно конструировать светильники небольшой толщины. Патрон с углублениями для штырьков лампы удачен с точки зрения техники безопасности, так как при установке лампы необходимо специально повернуть ротор. Это исключает возможность неправильной установки.

Другая важная функция ротора - защита патрона от нагрева цоколем лампы. Для этой цели в данное время на рынке имеется две различные системы. Первая представляет собой массивный патрон с точечной зоной контактов, в котором для тепловой изоляции используется воздушный зазор. Вторая - большой ротор, который сам является теплозащитным щитком. Такой большой ротор имеет маркировку тепловой стойкости Т130, а также удерживает штырьки лампы, что предотвращает их искривление и обеспечивает хороший контакт.

Для того, чтобы ротор обеспечивал надежную теплоизоляцию рекомендуется изготавливать их из полибутелентерефталата, армированного стекловолокна (РВТ GF) с долгосрочной тепловой стойкостью до 145 град. С. Для изготовления корпусов патронов идеальным материалом является поликарбонат (РС), который выдерживает постоянный нагрев до 125 град. С и обладает достаточной прочностью и упругостью для напрессовывания на шплинты.
 

Конструкция большого ротора фиксирующего штырьки лампы

Патроны для люминесцентных ламп с цоколями G13 могут классифицироваться по используемым системам крепления (продеваемые, вставляемые, встраиваемые и торцевого крепления).

Продеваемые патроны
 

Принцип действия продеваемого патрона

Продеваемые патроны вставляются снизу через вырез в корпусе светильника и крепятся сбоку. Такие патроны часто используются в светильниках, где они видны снаружи, например, в светильниках без рассеивателя. Электрические подключения и провода проводятся за металической основой. При использовании продеваемых патронов высота светильника в основном определяется размерами стартера. Поскольку к стартеру должен иметься доступ снаружи, то он устанавливается вертикально перед патроном.

Вставляемые патроны
 

Принцип действия вставляемого патрона

Патроны этого типа, которые часто используются в накладных и встраиваемых светильниках, вставляются в корпус светильника сверху. В этом случае ножка патрона должна выступать не более, чем на 4 мм, так как это расстояние соответствует обычной высоте ограничивающих выступов на корпусе светильника. Провода обычно пропускаются над светильником и подводятся к боковой стороне патрона. В некоторых типах вставляемых патронов провода, пропускаемые через ножку патрона, проходят ниже металлического листа.

Патроны торцевого крепления
 

Принцип действия патрона торцевого крепления

Такая конструкция обычно используется в накладных и встраиваемых потолочных светильниках. Однако в отличие от вставляемых патронов, патроны устанавливаются на торцах корпуса светильника. Кроме обычной установки с помощью штифтов, прикрепляемых к задней части, имеется также множество вариантов с крепежными зажимами, вставляемыми штырями и отверстиями для винтов. Винты крепления также могут использоваться для подпружиненной компенсации длины. Использование торцевых патронов предоставляет конструктору светильника свободу действий при выборе расположения лампы относительно отражателя. Это означает, что можно изменять распределение света, так как расстояние от центра лампы до металлического основания не определяется патронами.

Патроны для крепления к поверхности
 

Принцип действия патрона для крепления к поверхности

Для крепления патронов к поверхности обычно используются винты или заклепки. По этому же основанию прокладываются провода. Такой тип крепления обычно оказывается слишком дорогим для массового производства светильников и используется почти исключительно для особых случаев, например, для подсветки витрин или рекламы.

Балласты для люминесцентных ламп

Для зажигания всех люминесцентных ламп требуется высокое напряжение, а после зажигания лампы ток разряда должен ограничиваться внешним сопротивлением. Регулирование параметров тока осуществляется с помощью балласта.

Его конструкция должна обеспечивать необходимые для работы лампы силу тока, напряжение и мощность. Изготовители ламп задают значения импеданс а, с которыми должны использоваться лампы определенного типа и мощности. Если для двухцокольных трубчатых ламп и для одноцокольных компактных люминесцентных ламп задается равное значение импеданса и совпадают требования к току предварительного нагрева, то для ламп обоих типов может использоваться один и тот же тип балласта.

Так как изготовители ламп обычно задают значения импеданса только для напряжения и частоты сети питания, то разработчик балласта должен рассчитать значение импеданса для других параметров питания и внести соответствующие коррективы в конструкцию балласта.

Электромагнитные балласты

Балласт является активным компонентом, т.к. магнитное поле возбуждает железный сердечник и стальной корпус светильника, напряженность поля возрастает как квадрат индукции. В результате генерируются частоты в диапазоне от 100 до 500 Гц и свыше 1000 Гц. Современные балласты являются акустически непроницаемыми, так как длина звуковой волны намного больше габаритных размеров балласта. Однако, поскольку гудение может возникнуть в результате крепления балласта к большой поверхности, то для предотвращения распространения вибраций необходимо увеличить жесткость конструкции светильника.

Стартеры

Для зажигания люминесцентной лампы, работающей с индуктивным балластом, необходим стартер. Наиболее широко распространены стартеры тлеющего разряда. Они называются так потому, что в них используется тлеющий разряд между двумя биметаллическими электродами, находящимися в заполненной инертным газом колбе.
При прикладывании напряжения сети возникает тлеющий разряд между двумя биметаллическими пластинами. В результате выделяемого тепла биметаллические пластины изгибаются до соприкосновения. При этом замыкается цепь лампы и начинается предварительный подогрев ее электродов. На этой стадии тлеющий разряд прекращается, биметаллические пластины остывают, что приводит к резкому разрыванию контакта. При взаимодействии с катушкой балласта генерируется высокое напряжение, которое приводит к загоранию люминесцентной лампы.
Если лампа не включилась с первого раза, то этот процесс будет повторяться до ее загорания. После загорания стартер выключается, так как на него теперь подается не напряжение сети, а напряжение на лампе, которое примерно в половину меньше и недостаточно для образования тлеющего разряда.

Выпускаются электромагнитные балласты различной формы, например, короткие балласты с пластинчатым сердечником большого поперечного сечения, сверхплоские балласты с высотой всего 18 мм и сверхтонкие балласты. Это позволяет подобрать балласт для светильника любой конструкции. Независимо от формы, на все балласты распространяется правило: чем меньше поперечное сечение, тем больше должна быть длина балласта.

При этом любое увеличение длины приводит к увеличению потерь мощности. Общая потеря мощности равна сумме потерь в железе и меди. На потери мощности в железе приходится от 25% до 30% суммарных потерь.

Величина избыточной температуры пропорциональна потерям мощности. В настоящее время выпускаются электромагнитные балласты с величиной избыточной температуры дельта t, находящейся в пределах от 55 град. С до 75 град. С. Вопрос о приемлемой величине избыточной температуры, а значит и о выборе типа балласта решается конструктором в зависимости от тепловых характеристик светильника.

Срок службы дросселя зависит от долговечности изоляции катушки. Если изоляция будет повреждена нагревом даже в одной точке, то может произойти межвитковое короткое замыкание. Срок службы дросселей определяется на основании предельной температуры их обмотки (tw). Значение tw обозначает температуру обмотки, которая будет выдерживаться изоляцией при непрерывной работе в течение 10 лет при нормальных условиях.

Изготовитель светильников должен выбирать балласты с малыми допусками на значения параметров. Допуск на импеданс +- 1,5% может быть получен в условиях массового производства только с помощью регулируемого воздушного зазора.

Преимуществами использования балластов с малыми допусками на значения параметров является высокая стабильность световых и тепловых характеристик светильников и большая продолжительность срока службы ламп.

Балласты с малыми потерями (LLB)

Фото электромагнитные балласты являются недорогими и компактными, они характеризуются высоким уровнем потерь. Балласты типа LLB являются более экономичными и меньше нагреваются. Для иллюстрации этого приведем следующий пример: при использовании ламп типа Т с потребляемой мощностью 58 Вт, частота 50 Гц, потери мощности электромагнитного балласта составляют 12,5 Вт, а для балласта типа Н.В только 8,5 Вт. Но для получения таких результатов приходится использовать высококачественные материалы и пластинчатые сердечники большей длины, что делает балласты типа LLB более дорогими в производстве. Кроме экономии энергии, дроссели с малыми потерями обладают почти неограниченным сроком службы, так как в среднем избыточная температура для них составляет только 35 град. С.

Конденсаторы

Энергетические компании обычно требуют, чтобы коэффициент мощности оборудования был не менее 0,9. Однако использование индуктивных балластов приводит к увеличению сдвига фаз между током и напряжением, в результате чего значение коэффициента мощности будет находиться в пределах от 0,3 до 0,6. Чтобы добиться нужного значения коэффициента мощности, необходимо использовать конденсаторы.
Если для компенсации используется конденсатор, подключаемый параллельно напряжению сети, то мы говорим о скомпенсированном балласте. Изготовители балластов указывают в маркировке своих изделий необходимую величину компенсации.
В Германии для подключения люминесцентных ламп с мощностью более 18 Вт используется так называемая двойная схема. В результате этого цепь одной лампы работает в индуктивном режиме, другой - в емкостном. Опережение и отставание тока каждой из ламп приводит к получению суммарного тока, фаза которого близка к фазе напряжения сети.
Значение емкости для последовательно подключаемого конденсатора указывается на табличке с параметрами балласта. Допуск на емкость конденсатора должен быть +- 2%, что позволяет сохранить неизменными температурные характеристики балласта.

Электронные балласты (ЕВ)

Прогресс электроники сказался и на развитии светотехники. По аналогии с переключаемыми блоками питания для компьютеров, ведущими производителями комплектующих были разработаны электронные балласты. Эти электронные устройства регулируют работу люминесцентных ламп с высокой частотой (20 - 60 кГц). Ограничение тока обеспечивается с помощью встроенной ферритовой катушки.

Светильники с электронными балластами являются энергосберегающими, так как при их работе расходуется меньше энергии, чем при работе светильников с электромагнитными балластами.

Это связано во-первых с тем, что лампе требуется меньшая энергия для обеспечения такого же светового потока, во-вторых, собственные потери электронного балласта составляют примерно от 8% до 10% от потребляемой мощности лампы. Важно отметить, что при использовании современных электронных
 

Сравнение потребляемой мощности для системы с электромагнитными балластами, с балластами типа И.В и с электронными балластами

балластов потребляемая мощность остается постоянной даже при колебаниях сетевого напряжения, что позволяет обеспечить постоянный уровень экономии энергии.
Кроме сокращения расходов на электроэнергию имеются и другие экономические преимущества, которые компенсируют более высокие затраты на светильники с электронными балластами:
- большой срок службы ламп, что снижает для пользователя расходы на их замену и на техническое обслуживание;
- отсутствие необходимости в использовании стартеров и конденсаторов, что сокращает затраты труда на сборку и прокладку проводов при изготовлении светильников.
 

Современные электронные балласты сохраняют неизменный уровень энергопотребления даже при колебаниях напряжения сети

Использование высоких частот также имеет значительные преимущества:
- мягкое зажигание лампы без мерцания;
- отсутствие мерцания и стробоскопического эффекта при горении;
- автоматическое выключение при перегорании лампы и повторное включение после замены лампы;
- возможность аналогового и цифрового управления (в системах автоматизированного управления инженерным оборудованием);
- малый вес и разнообразие форм и размеров.

Электронные балласты допускают различные варианты подключения и позволяют легко создавать устройства, обеспечивающие работу нескольких ламп. Это снижает затраты на монтаж и комплектующие. К электронному балласту на две лампы можно подключить две лампы в одном светильнике или использовать два одноламповых светильника, когда провод одного светильника подключается к другому. Более того, с помощью специального трансформатора предварительного нагрева, к электронному балласту на две лампы можно подключить четыре лампы.

В большинстве электронных балластов имеется цепь для плавного предварительного нагрева нити накала и для достижения очень высоких рабочих частот. Эти так называемые горячие стартеры обеспечивают от 20000 до 40000 запусков, так как зажигание лампы возможно только после того, как ее электроды были нагреты до необходимой температуры.
 

Схема подключения четырех ламп (18 Вт) к электронному балласту (2х36 Вт) и к электрон- ному трансформатору предварительного нагрева

В осветительных системах с небольшим количеством циклов включения/выключения, например, для складов или производственных помещений, могут использоваться балласты мгновенного зажигания. Эти электронные балласты поджигают лампу путем подачи высокого напряжения без всякой задержки. Лампы, используемые с балластами мгновенного запуска, могут выдержать только от 8000 до 10000 включений, т.к. нагрузка на электроды выше, чем при использовании электронных балластов с горячим запуском. Преимуществом мгновенного запуска балластов является меньшая стоимость ввиду использования более простых электронных схем, а также то, что подключение последовательно перед лампой балласта с встроенным конденсатором снижает потери мощности. В этом случае в лампах совсем не происходит потерь на электродах.
 

Процесс зажигания при использовании электронного балласта с горячим запуском (одно деление = 200 миллисекунд)

Процесс зажигания при использовании электронного балласта мгновенного зажигания (одно деление = 20 миллисекунд)

Кроме того, это тип электронных балластов удобен для использования во взрывозащищенных светильниках, так как для управления лампой используется только один электрод.

Изготовители светильников должны гарантировать, что применяемое ими электронное оборудование отвечает требованиям электромагнитной совместимости (ЕМС).

Так как применение электронных балластов должно обеспечивать получение светового потока, немодулированного с частотой сети, то в них используются конденсаторы для сглаживания напряжения после его выпрямления. В результате этого происходит пульсация тока сети с высоким содержанием гармоник. Ограничить уровни гармоник, поступающих в сеть питания, можно за счет применения специальных цепей, которые являются важной составной частью электронных балластов.

Генерация высокочастотного тока лампы может также приводить к возникновению радиопомех. По этой причине стандартным элементом электронного балласта является фильтр радиопомех. Это является очень важным для изготовителей светильников, так как не только балласт, но и весь светильник в целом должен отвечать требованиям помехобезопасности. Кроме того, светильник должен быть устойчив к воздействию переходных процессов.

От электронных балластов требуется исключительная надежность работы. Ведущие изготовители добиваются этого за счет использования высококачественных компонентов и испытаний путем наработки на отказ.