Starter do lamp fluorescencyjnych: budowa, zasada działania, oznaczenia + niuanse wyboru

Starter do lamp fluorescencyjnych wchodzi w skład elektromagnetycznego regulatora rozruchowego (EMR) i służy do zapalania lampy rtęciowej.

Każdy model wyprodukowany przez danego producenta posiada różne parametry techniczne, jednak jest używany do oświetlenia zasilanego wyłącznie z sieci prądu przemiennego, o częstotliwości granicznej nieprzekraczającej 65 Hz.

Proponujemy zapoznać się z budową startera do lamp fluorescencyjnych, jego rolą w oprawie oświetleniowej. Ponadto omówimy cechy różnych urządzeń rozruchowych i opiszemy, jak wybrać właściwy mechanizm.

Jak zbudowane jest urządzenie?

Opcjonalnie starter (rozrusznik) jest dość prosty. Element stanowi mała lampa wyładowcza, zdolna do wytwarzania wyładowania jarzeniowego przy niskim ciśnieniu gazu i małym prądzie.

Ten szklany, małogabarytowy balon wypełniony jest gazem obojętnym – mieszaniną helu lub neonu. W nim wtopiono ruchome i nieruchome elektrody metalowe.

Wszystkie spirale elektrodowe lampy wyposażone są w dwa bloki zaciskowe. Jedna z końcówek każdego styku jest zaangażowana w obwód elektromagnetycznego statecznika. Pozostałe są podłączone do katod startera.

Odległość między elektrodami startera nie jest duża, dlatego za pomocą napięcia sieciowego można go łatwo przebić. Przy tym powstaje prąd i nagrzewają się elementy wchodzące w skład obwodu elektrycznego z określoną rezystancją. To właśnie starter należy do tych elementów.

Konstrukcje starterów do lamp fluorescencyjnych mają praktycznie identyczną budowę: 1 – dławik; 2 – szklana bańka; 3 – pary rtęci; 4 – zaciski; 5 – elektrody; 6 – obudowa; 7 – styk bimetaliczny; 8 – obojętna substancja gazowa; 9 – wolframowe żarniki żarzenia świetlówki; 10 – kropla rtęci; 11 – wyładowanie łukowe w bańce (+)

Bańka umieszczona jest wewnątrz obudowy z tworzywa sztucznego lub metalu, pełniącej rolę osłony ochronnej. W niektórych egzemplarzach na górze pokrywy dodatkowo znajduje się specjalny otwór obserwacyjny.

Najbardziej poszukiwanym materiałem do produkcji bloku jest plastik. Ciągłe działanie wysokich temperatur pozwala wytrzymać specjalny skład impregnatu – luminofor.

Urządzenia są produkowane z parą nóżek pełniących rolę styków. Wykonane są z różnych rodzajów metalu.

W zależności od typu konstrukcji elektrody mogą być symetrycznymi ruchomymi lub asymetrycznymi z jednym elementem ruchomym. Ich wyprowadzenia przechodzą przez oprawkę lampy.

Równolegle do elektrod bańki podłączony jest kondensator o pojemności 0,003-0,1 µF. Jest to ważny element, który zmniejsza poziom zakłóceń radiowych i uczestniczy w procesie zapalania lampy.

Niezbędnym elementem w urządzeniu jest kondensator, zdolny do wygładzania prądów dodatkowych, a jednocześnie rozłączania elektrod urządzenia, powodując gaszenie łuku powstającego między elementami przewodzącymi prąd.

Bez tego mechanizmu istnieje duże prawdopodobieństwo zgrzewania styków przy powstaniu łuku, co znacznie skraca żywotność startera.

W gospodarstwie domowym najpopularniejsze są modele stateczników z symetrycznym układem styków i schematem elektrycznym rozruchu. Takie modele są mniej narażone na wpływ spadku napięcia w sieci elektrycznej.

Prawidłowa praca startera zależy od napięcia sieci zasilającej. Przy obniżeniu wartości nominalnych do 70-80%, lampa fluorescencyjna może się nie zapalić, ponieważ nie będzie wystarczającego nagrzewania elektrod.

W procesie doboru odpowiedniego rozrusznika, biorąc pod uwagę konkretny model lampy dziennej (fluorescencyjnej lub LL), należy dodatkowo przeanalizować parametry techniczne każdego rodzaju, a także zdecydować się na producenta.

Zasada działania urządzenia

Po podaniu napięcia sieciowego na oprawę oświetleniową, napięcie przechodzi przez zwoje dławika LL i żarnik wykonany z monokryształów wolframu.

Następnie jest doprowadzane do styków startera i tworzy między nimi wyładowanie jarzeniowe, przy czym następuje świecenie gazu poprzez jego nagrzewanie.

Ponieważ w urządzeniu znajduje się jeszcze jeden styk – bimetaliczny, również reaguje on na zmiany i zaczyna się wyginać, zmieniając kształt. W ten sposób ta elektroda zamyka obwód elektryczny między stykami.

Wartość prądu wyładowania jarzeniowego waha się od 20 do 50 mA, co jest w zupełności wystarczające do nagrzania elektrody bimetalicznej, która odpowiada za zamknięcie obwodu (+).

Powstały w układzie elektrycznym lampy fluorescencyjnej zamknięty obwód przewodzi prąd i nagrzewa wolframowe żarniki, które z kolei zaczynają emitować elektrony ze swojej nagrzanej powierzchni.

W ten sposób powstaje emisja termoelektronowa. W tym samym czasie następuje nagrzewanie par rtęci znajdujących się w bańce.

Utworzony strumień elektronów przyczynia się do obniżenia napięcia przyłożonego z sieci do styków rozrusznika o około połowę. Stopień wyładowania jarzeniowego zaczyna spadać wraz z temperaturą żarnika.

Płyta bimetaliczna zmniejsza swój stopień odkształcenia, tym samym rozwierając obwód między anodą a katodą. Przepływ prądu przez ten odcinek ustaje.

Zmiana jego parametrów powoduje wewnątrz cewki dławika, w obwodzie przewodzącym, powstanie siły elektromotorycznej indukcji.

Styk bimetaliczny natychmiast reaguje wytworzeniem krótkotrwałego wyładowania w podłączonym do niego obwodzie: między wolframowymi włóknami świetlówki.

Jego wartość dochodzi do kilku kilowoltów, co jest w zupełności wystarczające do przebicia obojętnego środowiska gazów z ogrzanymi parami rtęci. Pomiędzy końcami lampy powstaje łuk elektryczny, wytwarzający promieniowanie ultrafioletowe.

Ponieważ takie widmo światła jest niewidoczne dla człowieka, w konstrukcji lampy znajduje się luminofor, który pochłania ultrafiolet. W efekcie uzyskuje się standardowy strumień świetlny.

Przy zmianie prądu w obwodzie lub jego całkowitym ustaniu proporcjonalnie następują zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię płyty, co ogranicza ten obwód i prowadzi do wzbudzenia w tym schemacie SEM samoindukcji.

Jednak napięcie na rozruszniku, podłączonym równolegle do lampy, jest niewystarczające do wytworzenia wyładowania jarzeniowego, więc elektrody pozostają w pozycji rozwartej w okresie świecenia lampy dziennego światła. Dalej rozrusznik nie jest używany w schemacie roboczym.

Ponieważ po wytworzeniu świecenia parametry prądu należy ograniczyć, do obwodu wprowadza się elektromagnetyczny balast. Dzięki swojej reaktancji indukcyjnej pełni rolę urządzenia ograniczającego, zapobiegającego uszkodzeniom lampy.

Rodzaje starterów do lamp fluorescencyjnych

W zależności od algorytmu działania, urządzenia rozruchowe dzieli się na trzy główne rodzaje: elektroniczne, termiczne i z wyładowaniem jarzeniowym. Mimo że mechanizmy różnią się elementami konstrukcyjnymi i zasadami działania, wykonują identyczne funkcje.

Rozrusznik typu elektronicznego

Procesy zachodzące w układzie styków rozruszników nie są sterowane. Ponadto, znaczący wpływ na ich działanie ma temperatura otoczenia.

Na przykład, przy temperaturze poniżej 0°C szybkość nagrzewania elektrod spowalnia się, więc urządzenie będzie potrzebować więcej czasu na zapalenie światła.

Również podczas nagrzewania styki mogą się ze sobą zespawać, co prowadzi do przegrzania i zniszczenia spiral lampy, czyli jej uszkodzenia.

Większość modeli elektronicznych stateczników do lamp fluorescencyjnych (LDS) jest produkowana w oparciu o układ scalony UBA 2000T. Tego typu urządzenie pozwala wyeliminować przegrzewanie elektrod, dzięki czemu znacznie wydłuża się żywotność styków lampy, a tym samym okres jej pracy.

Nawet poprawnie działające urządzenia z biegiem czasu ulegają zużyciu. Dłużej utrzymują nagrzanie styków lampy, tym samym zmniejszając jej żywotność.

Właśnie w celu wyeliminowania tego rodzaju wad w półprzewodnikowej mikroelektronice rozruszników zastosowano złożone konstrukcje z układami scalonymi. Pozwalają one ograniczyć liczbę cykli procesu imitacji zwarcia elektrod rozrusznika.

W większości dostępnych na rynku egzemplarzy układ elektronicznego rozrusznika składa się z dwóch węzłów funkcjonalnych:

• układu sterującego;
• wysokonapięciowego węzła komutacji.

Jako przykład można podać układ scalony elektronicznego rozrusznika UBA2000T firmy PHILIPS oraz wysokonapięciowy tyrystor TN22 produkcji STMicroelectronics.

Zasada działania elektronicznego rozrusznika opiera się na rozwieraniu obwodu poprzez nagrzewanie. Niektóre egzemplarze posiadają istotną zaletę – opcję trybu oczekiwania na zapłon.

W ten sposób rozwieranie elektrod odbywa się w wymaganej fazie napięcia oraz przy optymalnych temperaturach nagrzewania styków.

Elementy półprzewodnikowe statecznika elektronicznego muszą odpowiadać kluczowym parametrom pracy, a mianowicie stosunkowi wartości mocy do napięcia sieci podłączonego urządzenia oświetleniowego.

Ważne jest, że w przypadku awarii lampy i nieudanych prób jej uruchomienia, taki mechanizm wyłącza się, jeśli ich liczba (prób) osiągnie 7. Dlatego nie może być mowy o przedwczesnym uszkodzeniu elektronicznego rozrusznika.

Gdy tylko lampa zostanie wymieniona na sprawną, urządzenie będzie mogło wznowić proces uruchamiania lampy fluorescencyjnej. Jedyną wadą tej modyfikacji jest wysoka cena.

W układzie z rozrusznikiem, jako dodatkowa metoda redukcji zakłóceń radiowych, mogą być stosowane symetryzowane dławiki z uzwojeniem podzielonym na identyczne sekcje, o równej liczbie zwojów nawiniętych na wspólny rdzeń.

Obecnie produkowane stateczniki mają konstrukcję składaną z prętów. Wykrawanie przewodu magnetycznego odbywa się z blach stalowych. Zazwyczaj takie dławiki mają dwa symetryczne uzwojenia.

Wszystkie części cewki są połączone szeregowo z jednym ze styków lampy. Po włączeniu oba jej elektrody będą pracować w jednakowych warunkach technicznych, zmniejszając tym samym poziom zakłóceń.

Rozrusznik termiczny

Kluczową cechą wyróżniającą zapalników cieplnych jest długi okres rozruchu świetlówek. Taki mechanizm w procesie funkcjonowania zużywa dużo energii elektrycznej, co negatywnie wpływa na jego charakterystyki energochłonne.

Starter cieplny jest również nazywany termobimetalicznym. Nagrzewanie styków następuje z opóźnieniem, co skutecznie wpływa na pracę oprawy oświetleniowej w środowisku niskotemperaturowym.

Z reguły ten typ jest stosowany w warunkach niskiej temperatury. Algorytm działania znacznie różni się od analogów innych typów.

W przypadku odłączenia zasilania elektrody urządzenia znajdują się w stanie zamkniętym, przy podaniu – powstaje impuls o wysokim napięciu.

Mechanizm wyładowania jarzeniowego

Mechanizmy rozruchowe oparte na zasadzie wyładowania jarzeniowego mają w swojej konstrukcji elektrody bimetaliczne.

Wykonane są ze stopów metali o różnych współczynnikach rozszerzalności liniowej podczas nagrzewania płytki.

Minusem zapalnika wyładowania jarzeniowego jest niski poziom impulsu napięcia, przez co nie ma wystarczającej niezawodności zapłonu świetlówki.

Możliwość zapłonu lampy jest określana przez czas trwania poprzedzającego nagrzewania katod oraz wartości prądu przepływającego przez oprawę oświetleniową w momencie rozwierania obwodu styków startera.

Jeśli przy pierwszym impulsie rozrusznik nie zapali lampy, będzie automatycznie powtarzać próby aż do momentu, gdy lampa się zaświeci.

Dlatego takie urządzenia nie są używane w niskich temperaturach lub niekorzystnym klimacie, na przykład przy podwyższonej wilgotności.

Jeśli nie zostanie zapewniony optymalny poziom nagrzewania układu styków, lampa będzie zużywać dużo czasu na zapłon lub zostanie uszkodzona. Zgodnie z normami GOST, czas spędzony przez starter na zapłon nie powinien przekraczać 10 sekund.

Urządzenia rozruchowe pełniące swoje funkcje za pomocą zasady cieplnej lub wyładowania jarzeniowego obowiązkowo są wyposażone w dodatkowe urządzenie – kondensator.

Rola kondensatora w układzie

Jak już wcześniej zaznaczono, kondensator znajduje się w osłonie urządzenia równolegle do jego katod.

Ten element rozwiązuje dwa kluczowe zadania:

1. Zmniejsza stopień zakłóceń elektromagnetycznych wytwarzanych w zakresie fal radiowych. Powstają one w wyniku kontaktu układu elektrod rozrusznika i wytwarzanych przez lampę.
2. Wpływa na proces zapłonu lampy fluorescencyjnej.

Taki dodatkowy mechanizm zmniejsza wielkość napięcia impulsowego powstałego przy rozwieraniu katod startera i zwiększa jego czas trwania.

Kondensator zmniejsza prawdopodobieństwo zlepiania się styków. Jeśli w urządzeniu nie przewidziano kondensatora, napięcie na lampie dość szybko wzrasta i może osiągnąć kilka tysięcy woltów. Takie warunki obniżają stopień niezawodności zapłonu lamp.

Ponieważ zastosowanie urządzenia tłumiącego nie pozwala na całkowite wyeliminowanie zakłóceń elektromagnetycznych, na wejściu układu wprowadza się dwa kondensatory, których łączna pojemność wynosi co najmniej 0,016 µF. Są one połączone szeregowo z uziemieniem punktu środkowego.

Główne wady starterów

Główną wadą starterów jest zawodność konstrukcji. Awaria mechanizmu rozruchowego powoduje fałstart – wizualizowanych jest kilka błysków światła przed rozpoczęciem pełnego strumienia świetlnego. Takie uszkodzenia skracają żywotność żarników wolframowych lampy.

Aparaty rozruchowe powodują znaczne straty energii i obniżają sprawność lampy. Do wad należy również zależność od napięcia oraz znaczny rozrzut czasu zadziałania elektrod

W lampach fluorescencyjnych z biegiem czasu obserwuje się wzrost napięcia roboczego, podczas gdy w starterze, przeciwnie, im dłuższy okres użytkowania, tym niższe napięcie zapłonu wyładowania jarzeniowego. W związku z tym włączona lampa może powodować jego zadziałanie, w wyniku czego światło zgaśnie.

Rozwarte styki startera ponownie zapalają światło. Wszystkie te procesy zachodzą w ułamku sekundy, a użytkownik może obserwować jedynie migotanie.

Efekt pulsacji powoduje podrażnienie siatkówki oka, a także prowadzi do przegrzewania się dławika, skrócenia jego żywotności oraz uszkodzenia lampy.

Takie same negatywne skutki mogą wystąpić również w przypadku znacznego rozrzutu czasu działania układu stykowego. Często jest on niewystarczający do pełnego wstępnego nagrzania katod lampy.

W rezultacie urządzenie zapala się po kilku próbach, którym towarzyszy wydłużony czas procesów przejściowych.

Jeśli starter jest podłączony do obwodu z jedną lampą, w tym przypadku nie ma możliwości zmniejszenia pulsacji światła.

W celu ograniczenia negatywnego efektu zaleca się stosowanie tego typu układów wyłącznie w pomieszczeniach, w których zastosowano grupy lamp (po 2-3 sztuki), włączane w różnych fazach obwodu trójfazowego.

Rozszyfrowanie oznaczeń

Nie istnieje powszechnie przyjęty skrót dla modeli starterów produkcji krajowej i zagranicznej. Dlatego omówimy podstawy oznaczeń oddzielnie.

Dekodowanie wartości 90C-220 wygląda następująco: starter działający z lampami fluorescencyjnymi o mocy 90 W i napięciu znamionowym 220 V (+)

Zgodnie z normą GOST, rozszyfrowanie alfanumerycznych oznaczeń [XX][C]-[XXX] naniesionych na obudowę urządzenia wygląda następująco:

• [XX] – cyfry wskazujące na moc mechanizmu wytwarzania światła: 60 W, 90 W lub 120 W;
• [C] – starter;
• [XXX] – napięcie stosowane do pracy: 127 V lub 220 V.

Do zapalania lamp zagraniczni producenci wytwarzają urządzenia o różnych oznaczeniach.

Elektroniczny format jest produkowany przez wiele firm.

Najbardziej znaną na krajowym rynku jest Philips, produkująca startery następujących typów:

• S2 są przeznaczone do mocy 4-22 W;
• S10 – 4-65 W.

Firma OSRAM skupia się na produkcji starterów zarówno do pojedynczego podłączenia urządzeń oświetleniowych, jak i do szeregowego. W pierwszym przypadku jest to oznaczenie S11 z ograniczeniem mocy 4-80 W, ST111 – 4-65 W. A w drugim, na przykład ST151 – 4-22 W.

Produkowane modele starterów są dostępne w szerokim asortymencie. Kluczowe parametry brane pod uwagę przy wyborze to wartości odpowiadające charakterystykom lamp fluorescencyjnych.

Na co zwrócić uwagę przy wyborze?

W procesie wyboru mechanizmu rozruchowego nie wystarczy opierać się na nazwie producenta i zakresie cenowym, chociaż te czynniki również należy wziąć pod uwagę, ponieważ wskazują na jakość urządzenia.

W tym przypadku wygrywają niezawodne urządzenia, które pozytywnie sprawdziły się w praktyce. Warto zwrócić uwagę na takie firmy: Philips, Sylvania i OSRAM.

Starter FS-11 marki Sylvania. Dobierany do lamp dziennego światła o mocy 4-65 W. Może być używany w sieci prądu przemiennego. Działa na zasadzie wyładowania jarzeniowego.

Najważniejszymi parametrami eksploatacyjnymi startera są następujące cechy techniczne:

1. Prąd zapłonu. Wskaźnik ten powinien być wyższy niż napięcie robocze lampy, ale nie niższy niż napięcie sieci zasilającej.
2. Napięcie bazowe. Przy podłączeniu w układ jednolampowy stosuje się urządzenie na 220 V, w układ dwulampowy – na 127 V.
3. Poziom mocy.
4. Jakość obudowy i jej odporność ogniowa.
5. Okres eksploatacji. Przy standardowych warunkach użytkowania starter powinien wytrzymać co najmniej 6000 załączeń.
6. Czas nagrzewania katod.
7. Rodzaj zastosowanego kondensatora.

Także należy uwzględnić reaktancję indukcyjną cewki oraz współczynnik prostowania odpowiedzialny za stosunek rezystancji wstecznej do przewodzenia przy napięciu stałym.

Dodatkowe informacje o budowie, działaniu i podłączeniu mechanizmu rozruchowo-regulacyjnego lamp fluorescencyjnych przedstawione są w tym artykule.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Pomoc w doborze niezbędnego balastu do lampy dziennego światła:

Starter do urządzeń fluorescencyjnych: podstawy oznakowania i budowa urządzenia:

Teoretycznie czas pracy startera jest równoważny żywotności lampy, którą zapala. Niemniej jednak należy wziąć pod uwagę, że z biegiem czasu intensywność napięcia wyładowania jarzeniowego spada, co odbija się na działaniu urządzenia fluorescencyjnego.

Jednak producenci zalecają jednoczesną wymianę zarówno startera, jak i lampy. Aby nabyć odpowiednią modyfikację, warto najpierw poznać podstawowe parametry urządzeń.

Proszę podzielić się z czytelnikami swoim doświadczeniem w wyborze startera do lamp fluorescencyjnych. Proszę zostawiać komentarze, zadawać pytania dotyczące tematu artykułu i brać udział w dyskusjach – formularz opinii znajduje się poniżej.