Схема энергосберегающей лампы: принцип работы и устройство

Достоинства и недостатки энергосберегающих ламп

Компактные люминесцентные лампы

Этот вид наиболее распространен в быту. Компактными они называются именно из-за своих размеров.

Чаще всего люминесцентная лампа имеет форму спирали

В отличие от больших ламп, эти предусматривают использование в обычных цоколях в домах и квартирах. Достоинства такого вида освещения достаточно обширны:

по сравнению с лампами накаливания, обладают более высокой светотдачей, на 78-85% экономя энергозатраты;
излучаемый свет исходит не из одной точки, а равномерно из всей поверхности колбы;
при нечастых циклах включения и выключения лампа служит гораздо дольше своего накаливаемого собрата;
большой спектр различных цветовых температур;
гораздо меньший нагрев самой лампы в процессе работы.

Ну а теперь немного о недостатках:

производители рекомендуют оставлять небольшой интервал времени между циклами включения и выключения, так как лампы имеют систему предпускового включения;
люминесцентные лампы капризны к окружающей их среде и чистоте тока. То есть при отрицательных температурах стабильная работа лампы не гарантируется. Также, если падение напряжения составляет более 10%, лампа может вообще не загореться. Влажность – не менее важный фактор для люминесцентной лампы. При запуске внутри напряжение может подниматься до 1000 В, и повышенная влажность может вызвать пробои;
невозможность использования в условиях чрезвычайных ситуаций и неполадок. В то время, когда лампы накаливания будут гореть при небольшой просадке напряжения, люминесцентные даже не смогут запуститься;
хотя в составе последних моделей энергосберегающих люминесцентных ламп уровень содержания в них ртути заметно снижен, всё же она там есть. И при повреждении большого количества ламп в одном помещении есть риск отравления парами ртути.

Светодиодные лампы

Светодиоды излучают свет при прохождении через них электрического тока.

Отсутствие колб и сравнительно малые размеры диодов позволяют создавать лампы любых форм и видов

Помимо того, что такие лампы обладают отличной энергоэффективностью и по сути являются самыми экономными лампочками для дома, они ещё самые экологически чистые источники света. Ну а теперь немного подробнее о преимуществах:

на первом месте находится низкое энергопотребление. По результатам последних тестов, этот показатель ниже ламп накаливания в 8 раз;
срок службы светодиодов может составлять от 30 до 50 тыс.часов;
практически отсутствует нагрев корпуса;
высокая механическая прочность;
малые габариты.

Как устроена энергосберегающая лампа

Устройство практически всех энергосберегающих ламп одинаковое. В состав лампы входит несколько деталей. Газоразрядная трубка – это видимая часть лампы, излучающая свет. Газоразрядная трубка соединяется с корпусом. В корпусе находится внутренняя часть лампы, представляющая собой электронную схему пуска и питания. По-другому эту схему называют электронным балластом. Электронная схема выполняет задачу зажигания лампы.

Цоколь имеет контакты для питания лампы и резьбу для вкручивания в патрон. Обычная лампа накаливания имеет практически такой же цоколь, что и ЭСЛ. Устанавливать компактную энергосберегающую лампу можно в небольшие светильники. Существует несколько типов цоколей, которые распространены в России: G4, GU10, E40, E27, E14, G5.3.

Энергосберегающие лампы с цоколем Е40, Е27 и Е14 можно устанавливать в патроны, предназначенные для обычной лампы накаливания. Е27 – патрон стандартный бытовой, имеет резьбу 27 мм, Е14 – уменьшенный патрон, резьба которого 14 мм, Е40 – патрон с резьбой 40 мм, относится к стандартным промышленным патронам.

Трубка, запаянная с двух сторон, называется колбой энергосберегающей лампы. Электроды находятся на противоположных концах этой колбы. ЭС лампа имеет изогнутую колбу, покрытую слоями люминофора. Эта колба содержит инертный газ и небольшое количество ртутных паров. Ионизация паров ртути является причиной свечения лампочки при подключении к ней питания.

Когда на электроды подается напряжение, через них течет ток прогрева. Он разогревает электроды, из-за чего протекает термоэлектронная эмиссия. Когда электроды достигают определенной температуры, они испускают поток электронов. Сталкиваясь с атомами ртути, электроны вызывают излучение ультрафиолета, после чего ультрафиолетовое излучение попадает на люминофор, который преобразовывает это излучение в видимый свет. Цветовая температура лампы зависит от типа люминофора, она может быть 2700-6500К.

Помните, что пары ртути опасны для организма человека, поэтому если энергосберегающая лампа разбилась очень важно правильно утилизировать осколки и обработать место. Вы ни когда не задумывались почему в энергосберегающей лампе колба имеет причудливо изогнутую форму? Поверьте это сделано не с проста

Изогнутая форма колбы позволяет уменьшить длину всей лампы. За счет спиральной намотки длину самой газоразрядной трубки можно увеличить при этом длина лампы при такой форме будет уменьшена. Если бы этого не делали то не каждая такая лампа помещалась в обычный светильник или люстру

Вы ни когда не задумывались почему в энергосберегающей лампе колба имеет причудливо изогнутую форму? Поверьте это сделано не с проста. Изогнутая форма колбы позволяет уменьшить длину всей лампы. За счет спиральной намотки длину самой газоразрядной трубки можно увеличить при этом длина лампы при такой форме будет уменьшена. Если бы этого не делали то не каждая такая лампа помещалась в обычный светильник или люстру.

Для изготовления корпуса лампы применяется негорючий пластик. Колба люминесцентной лампы крепится в верхней части. Пускорегулирующее устройство, соединительные провода и предохранитель находятся в корпусе. На поверхности лампы есть маркировка, в ней указана цветовая температура, мощность, напряжение питания.

Это интересно: Конструкция цоколя G9 и его преимущества — изучаем тщательно

Правила разбора

Ремонту энергосберегающей лампы своими руками предшествует разбор и проверка ее основных компонентов в следующем порядке:

Предохранитель.
Колба.
Транзисторы и резисторы.
Конденсаторы.

Рассмотрим подробно основные особенности и правила демонтажа своими руками каждого из них.

Предохранитель

Предохранитель располагается посередине жилы, соединяющей контакты цоколя и печатной платы. Он состыкуется с резисторным модулем и обязательно оснащается изоляционным кожухом. Чтобы определить его работоспособность, необходимо прозвонить его с помощью мультиметра. Для этого один щуп прибора должен контактировать с центральной цокольной клеммой, другой – с местом соединения проводника предохранительного модуля с платой.

При полной работоспособности этого компонента результат измерения должен быть равен 10 Ом, в противном случае прибор покажет единицу. Устранить неисправность можно, заменой старого – откусив его для этого по самое основание корпуса – чтобы для удобства пайки нового остался максимально длинный вывод из цоколя.

Колба

Прежде чем приступать к элементам платы, нужно проверить нити накала колбы. В энергосберегающей лампе их две. Их сопротивление должно быть одинаковым и равным примерно 10-11 Ом. Если разница между ними существенна, значит одна из них перегорела. Восстановить ее своими руками можно, если припаять параллельно ей резистор аналогичного сопротивления.

Транзисторы и резисторы

Как правило, в схеме энергосберегающей лампы всего пара транзисторов. Однако для их прозвонки придется их выпаять – ввиду зашунтировки p-n-перехода в обмотке трансформатора. Сделать это своими руками при достаточном опыте и небольшом паяльнике не так сложно. В случае неисправности их нужно заменить на аналоги с такими же характеристиками. Резисторы также проверяются мультиметром. Показатели их рабочих параметров указаны сверху на корпусе.

Конденсаторы

Конденсатор проверяется таким же способом, как и выше описано. В случае необходимости заменяется на новый. В качестве подсказки во время проверки можно опираться на его внешний вид. Сломанный обычно имеет вздутый корпус или подтеки. В большинстве случаев именно этот модуль является главным виновником выхода из строя энергосберегающих ламп китайских производителей.

Ремонт лампы с перегоревшей нитью накала

Необходимо сразу предупредить, что такой ремонт приведет к тому, что балласт будет работать в нештатном режиме. В результате перегрузки пускорегулирующее устройство выйдет из строя. Как правило, оно работает в таком режиме не более года, продолжительность зависит от задействованных в схеме элементов и их состояния.

Если сгорела только одна нить накала, ее необходимо зашунтировать сопротивлением, так как это продемонстрировано на рисунке.

Установка шунта на сгоревшую нить накала

В качестве шунтирующего сопротивления RШ теоретически необходимо устанавливать резистор с номиналом, соответствующим сопротивлению второй (целой) нити накала. Но, как показывает практика, это не совсем верно, потому, что мы измеряем сопротивление «холодной» нити. В результате такого ремонта устройство выйдет из строя в течение 10-15 минут «спалив» при этом большую часть активных компонентов. Поэтому мы советуем использовать резистор номиналом 22 Ома мощностью не менее 1 Ватта.

Как происходит зажигание

Падающее на динистор напряжение приводит к формированию импульса, поступающего на транзистор и приводящего к открытию элемента. Как только запуск будет выполнен, цепь блокируется диодным мостом. В момент открытия транзистора происходит зарядка конденсатора, предотвращающего повторное открытие динистора.

Транзистор оказывает действие на трансформатор из ферритового кольца с тремя обмотками в несколько рядов. Через резонансный контур и конденсатор подается напряжение на нити.

Как только появляется свечение в трубке, оно характеризуется резонансной частотой, определяемой емкостным конденсатором. При зажигании напряжение достигает 600 В (в момент запуска значение в 4–5 раз выше среднего), поэтому необходимо следить за целостностью и герметичностью колбы. Если это игнорировать, то транзисторы будут повреждены.

Когда газ в колбе полностью ионизируется, происходит шунтирование конденсатора с наибольшей емкостью. Снижается частота, управление переходит ко второму конденсатору. Уменьшается напряжение до значения, достаточного для поддержания свечения лампы. Катод и анод меняются местами, что гарантирует бесперебойное функционирование электронной схемы и при необходимости упрощает ремонт.

Из чего состоит КЛЛ?

Устройство энергосберегающей лампы

Современные энергосберегающие лампы состоят из трех основных частей:

колба – стеклянная трубка;
корпус, в котором находится электронный пускорегулирующий аппарат;
цоколь.

Но основные детали энергосберегающей лампы – это лишь то, что видно снаружи.

Внутри колбы, запаянной с обеих сторон, находятся электроды, на которые непосредственно и подается электроэнергия. Сама колба изнутри покрыта специальным веществом, называемым люминофор. Полость внутри стеклянной трубки заполнена инертным газом, смешанным с парами ртути.

Что касается электронного пускорегулирующего аппарата, тут все гораздо мудренее. ЭПРА представляет собой сложное устройство, выполняющее, по сути, ту же роль, что в старых люминесцентных лампах выполняли дроссель и стартер, т. е. управляет розжигом и поддержанием свечения в колбе.

Цоколи энергосберегающей лампы могут быть различными. Самый распространенный, конечно же, Е27. Он идентичен цоколю обычной лампы накаливания. Вообще, маркировка «Е» обозначает, что он резьбовой, а следующая за ним цифра – это его диаметр в миллиметрах. Также у компактных энергосберегающих ламп могут быть цоколи Е14 (14 мм) и Е40 (40 мм).

Еще одна маркировка – G – обозначает, что цоколь двухштырьковый, а цифра, которая следует за буквенным обозначением, означает размер между штырями.

Основные эксплуатационные характеристики

При выбореэнергосберегающих люминесцентных ламп большое влияние на сферу их дальнейшегоприменения оказывает следующие набор характеристик:

Мощность. Варьируется в пределах от 7 до 100 Вт и свыше. Для бытовых условий достаточно моделей до 20 ватт (что сопоставимо по яркости с лампой накала в 5 раз сильнее!).
Модификация цоколя. Выбирается, исходя из особенностей светильника.
Геометрия колбы. Учитывается по параметрам прибора освещения и соответствия внешним условиям использования.
Температура излучения. Зависит от назначения освещаемых предметов.
Срок эксплуатации. Изменяется от 5 до 12 тыс. часов.

Это интересно: Как пользоваться ингалятором: пошаговая инструкция

Виды энергосберегающих ламп

Существует несколько критериев, по которым классифицируют энергосберегающие лампы. Самые распространенные из них — цоколь и температура свечения.

Цоколем называется элемент, использующийся для фиксации изделия в осветительном приборе и подаче электроэнергии. Его основные типы — резьбовой и штырьковый.

Штырьковый тип применяют для специфических светильников. Выпускаются с двумя или четырьмя штырьками, а сами разъемы имеют маркировку с буквой G и числовым значением. Актуальны для мощных осветительных приборов.

В зависимости от температуры свечения энергосберегающая лампа излучает свет определенного оттенка (измеряется в Кельвинах):

Теплый свет (желтый) — 2700 К. Оттенок схож со свечением обычных ламп (накаливания).
Естественный белый свет — 4200 К. Лампы дневного света, нейтральный оттенок.
Холодный свет (белый) — 6400 К. Приближен к синему спектру, поэтому характеризуется голубоватым оттенком. Обычно применяется на промышленных объектах в лампах от 65 Вт и выше.

Также энергосберегающие лампы выпускаются разных форм — бывают трубчатыми, спиральными, дугообразными. В первом случае отсутствуют какие-либо защитные элементы.

Конструкция

В общем случае компактная люминесцентное устройство состоит из колбы, электронной платы и цоколя.

Устройство люминесцентного осветительного прибора

Герметичная стеклянная трубка

Колба полого типа (или герметичная изогнутая стеклянная трубка), которая подключается своими выводами к электронной плате.

Виды колб

Инертный газ внутри нее и ртутные пары

Такая трубка на заводе заполнены специальными газами (пары ртути, аргона и прочими газами)

Такие газы очень опасны для человека при повреждении устройства и важно соблюдать осторожность при использовании люминесцентных энергосберегающих устройств

Слой люминофора

Корпус газоразрядного устройства покрыт специальным составом — люминофором (смесь галофосфата кальция и других элементов).

Электрический разряд создает в колбе с парами ртути ультрафиолетовое излучение, которое с помощью люминофора изменяется в видимый световой поток.

Электронная плата

Электронная плата в газоразрядных приборах является важным составляющим звеном и от качества её сборки зависит срок службы и качество её свечения. Конструктивно такая плата состоит из:

Терморезистора — элемент, который обеспечивает плавный старт устройства и способствует прогреву спиралей лампы без мигания.
Пускового конденсатора — элемент, который непосредственно запускает прибор.
Фильтров — предохраняют электронную плату от помех;
Ёмкостного фильтра — уменьшает пульсации и исключает мерцание прибора;
Токоограничивющего дросселя — стабилизирует устройство и ограничивает ток;
Плавкого предохранителя — защищает устройство и отключает лампу при перегрузке;

Вам это будет интересно Особенности патронов для лампочек

Принцип работы

На динистор подается напряжение, которое формирует импульс. Этот импульс поступает на транзистор и приводит к его открытию. Как только запуск произведен, то цепь закрывается диодным мостом, конденсатор заряжается и повторного открытия не происходит.

Транзистор действует на трансформатор с несколькими обмотками и с ферритовым сердцевиком. На нити трансформатора подается напряжение и появляется свечение в колбе. При этом напряжение достигает высокого значения (до 600 В).

Когда инертный газ в колбе будет полностью ионизован, то напряжение уменьшается до достаточного для поддержания свечения лампы, что обеспечивает энергосберегающие свойства осветительного прибора.

Выбор осветительного прибора

Самостоятельное изготовление блока питания

ИБП можно изготовить своими руками. Для этого понадобятся небольшие изменения в перемычке электронного дросселя. Далее выполняется подключение к импульсному трансформатору и выпрямителю. Отдельные элементы схемы удаляются ввиду их ненужности.

Если блок питания не слишком высокомощный (до 20 Вт), трансформатор устанавливать необязательно. Хватит нескольких витков проводника, намотанных на магнитопровод, расположенный на балласте лампочки. Однако осуществить эту операцию можно только при наличии достаточного места под обмотку. Для нее подходит, к примеру, проводник типа МГТФ с фторопластовым изоляционным слоем.

Провода обычно нужно не так много, поскольку практически весь просвет магнитопровода отдается изоляции. Именно этот фактор ограничивает мощность таких блоков. Для увеличения мощности потребуется трансформатор импульсного типа.

Импульсный трансформатор

Отличительной характеристикой такой разновидности ИИП (импульсного источника питания) считается возможность его подстраивания под характеристики трансформатора. Кроме того, в системе нет цепи обратной связи. Схема подключения такова, что в особенно точных подсчетах параметров трансформатора нет необходимости. Даже если будет допущена грубая ошибка при расчетах, источник бесперебойного питания скорее всего будет функционировать.

Межобмоточный изоляционный слой чаще всего выполнен из бумаги. В некоторых случаях на обмотку нанесена синтетическая пленка. Однако даже в этом случае следует дополнительно обезопаситься и намотать 3-4 слоя специального электрозащитного картона. В крайнем случае используется бумага толщиной от 0,1 миллиметра. Медный провод накладывается только после того, как предусмотрена данная мера безопасности.

Что касается диаметра проводника, он должен быть максимально возможным. Количество витков во вторичной обмотке невелико, поэтому подходящий диаметр обычно выбирают методом проб и ошибок.

Выпрямитель

Чтобы не допустить насыщения магнитопровода в источнике бесперебойного питания, используют исключительно двухполупериодные выходные выпрямители. Для импульсного трансформатора, работающего на уменьшение напряжения, оптимальной считается схема с нулевой отметкой. Однако для нее нужно изготовить две абсолютно симметричные вторичные обмотки.

Для импульсного источника бесперебойного питания не подойдет обычный выпрямитель, функционирующий согласно схеме диодного моста (на кремниевых диодах). Дело в том, что на каждые 100 Вт транспортируемой мощности потери составят не менее 32 Вт. Если же изготавливать выпрямитель из мощных импульсных диодов, затраты будут велики.

Наладка источника бесперебойного питания

Когда собран блок питания, остается присоединить его к наибольшей нагрузке, чтобы проверить — не перегреваются ли транзисторы и трансформатор. Температурный максимум для трансформатора — 65 градусов, а для транзисторов — 40 градусов. Если трансформатор чересчур нагревается, нужно взять проводник с большим сечением или же увеличить габаритную мощность магнитопровода.

Перечисленные действия можно выполнить одновременно. Для трансформаторов из дроссельных балансов нарастить сечение проводника вероятнее всего не удастся. В этом случае единственный вариант — сокращение нагрузки.

ИБП высокой мощности

В некоторых случаях стандартной мощности балласта не хватает. В качестве примера приведем такую ситуацию: есть лампа мощностью 24 Вт и необходим ИБП для зарядки с характеристиками 12 B/8 A.

Для реализации схемы понадобится неиспользуемый компьютерный БП. Из блока достаем силовой трансформатор вместе с цепью R4C8. Данная цепочка защищает силовые транзисторы от чрезмерного напряжения. Силовой трансформатор соединяем с электронным балластом. В этой ситуации трансформатор заменяет дроссель. Ниже изображена схема сборки источника бесперебойного питания, основанная на лампочке-экономке.

Из практики известно, что данная разновидность блоков дает возможность получать до 45 Вт мощности. Нагревание транзисторов находится в рамках нормы, не превышая 50 градусов. Чтобы полностью исключить перегревание, рекомендуется вмонтировать в транзисторные базы трансформатор с большим сечением сердечника. Транзисторы ставят непосредственно на радиатор.

Составляющие схемы

Энергосберегающие лампы, создающие внутри помещения атмосферу дневного света, работают благодаря следующему строению. Помимо цоколя и колбы присутствует корпус, под которым скрывается электронная схема энергосберегающей лампы, она называется ЭПРА – электронный пускорегулирующий аппарат. На сегодняшний день он является наиболее надежным элементом для люминесцентных ламп, от его качества напрямую зависит ее долговечность. Подробная анатомия с описанием функций каждого элемента такова:

пусковой конденсатор – обеспечивает непосредственный старт лампы;
фильтры – поглощают радио- и прочие помехи, проникающие в схему вместе с электрическим током (предназначены для снижения мерцания и прочих сбоев в постоянной работе);
емкостный фильтр – отдельный фильтр, которые нейтрализует и сглаживает остаточные пульсации от выпрямления переменного тока (предназначен для устранения мерцания и обеспечения подачи в схему более стабильного тока, что значительно продлевает эксплуатационный срок лампы);
токоограничивающий дроссель – защищает электронную схему от чрезмерного тока, поддерживая его силу на постоянном уровне;
биполярные транзисторы;
плавковый предохранитель – предотвращает выход из строя и воспламенение электронной схемы при резком повышении напряжения в сети 220 В.

Обратите внимание! Устройство энергосберегающих ламп аналогично, что на 15 Вт, что на 100 – 105 Вт и более. Промышленный 150-ваттный светильник имеет устойчивые к перепаду напряжения элементы, там может стоять более энергоэффективный пусковой механизм, компенсирующий большую мощность ЭСЛ

Отличия люминесцентных ЭСЛ от ламп накаливания

У люминесцентных свечение люминофора значительно превосходит накал спирали вольфрама, поэтому при аналогичной мощности экономки будут светить гораздо ярче.
Почему лампы накаливания так греются? Их КПД очень малое, более 90% электроэнергии уходят на разогрев и поддержание накала вольфрамовой нити.
За счет возможности регулирования состава люминофора выбирают цвет свечения наиболее комфортный для человеческого глаза.
Из-за используемых веществ люминесцентные модели превосходят по сроку службы лампы накаливания почти в 20 раз.
Минимальная теплоотдача в экономках позволяет устанавливать их в компактные настольные светильники, декоративную подсветку и торшеры, для таких целей подойдут лампочки на 11 Вт, а также мощные на 20, 24 и 25 Вт. Их подключают даже от зарядного устройства или аккумулятора.
Максимальная яркость в лампах накаливания и светодиодных вариантах достигается сразу, а в экономках разогрев паров ртути может занять от 1 до 3 минут.
На морозе интенсивность свечения люминофора снижается почти в 2 раза.
Люминесцентные лампы не приспособлены к работе в помещениях, где часто пользуются выключателем, это грозит выходом из строя пускового конденсатора, и лампа может сгореть.
ЭСЛ не работают в схеме с диммерами, при падении напряжения они выключаются.