Энергосберегающие лампы. Изучение электроники КЛЛ (часть 1) (страница 2)

Некоторые характеристики основных электронных компонентов

Электронный балласт выполняется практически по одной и той же схеме, отличия не столь существенны, что позволяет достаточно быстро оценивать «запас прочности» каждой модели КЛЛ. Основные различия в электронике между лампами существуют в следующих элементах:

• Номинальная емкость сглаживающего конденсатора. От ее величины зависит уровень пульсаций напряжения питания преобразователя и, как следствие, уровень мерцания светового потока. Чем больше емкость, тем равномернее световой поток во времени. Увы, бывают случаи установки конденсаторов явно недостаточной емкости, что приводит к дикому уровню мерцания. Причем, чаще всего это встречается не в «noname» продукции. Причина этого, гм, «действа» не в экономии, что было бы хоть как-то объяснимо, а в откровенной дури – производители «борются» за хороший «cos». В требованиях записано, что уровень коэффициента мощности не должен быть меньше 0.6. Этот параметр немного зависит от величины сглаживающего конденсатора, поэтому его номинал сразу пускают «под нож», не усложнять же схему полноценной APFC. Ну а мерцания – это проблема покупателя, требования на него не распространяются. Подчас доходит до казусов, в «noname» продукции ранних выпусков номинальная емкость сглаживающих конденсаторов была в несколько раз больше «современных стандартов», но и они постепенно переходят в гармонию с пожеланиями «фирменной» продукции.


• Резонансный конденсатор. У него множество качественных характеристик, и каждое из них важно для схемы балласта. Номинальная емкость, напряжение и габаритные размеры – ценность и влияние их понятно без дополнительного обсуждения, но есть и не столь очевидные, например уровень потерь на высокой частоте (измеряется в тангенсе угла потерь, «tg»), или устойчивость характеристик при нагреве. К сожалению, не все можно измерить с помощью обычных приборов. Например, один из основных характеристик — величину потерь на высокой частоте, не удается полноценно измерить в виду того, что у меня отсутствует прибор, позволяющий производить измерения на частоте около 50 кГц с и уровнем испытательного сигнала порядка 500 вольт.


• Резонансный дроссель. Магнитопровод дросселей, применяемых в КЛЛ, выполняется из феррита, поэтому какие-то специфические проблемы с частотой у этого элемента отсутствуют – обычные марки ферритов эффективно работают до 500-1000 кГц. Но у дросселя существует несколько критичных параметров, превышение которых приводит его в нерабочее состояние — напряжение на обмотке и ток через нее. Превышение (как первого, так и второго) приводит к завышенной величине напряженности магнитного поля в сердечнике и он насыщается. Обычно с уровнем напряжения проблемы не возникает, дроссель обладает достаточно большой индуктивностью (1.7-5 мГн), что подразумевает большое количество витков, а вот величина тока – характеристика, весьма чувствительная к току через резонансные элементы схемы. Ранее приводилась симуляция резонансной схемы согласования с лампой, был показан ток через конденсатор. Точно такой же ток течет и через дроссель, и даже больше (добавляется ток через колбу). Наибольшая величина приходится на работу с высоким сопротивлением нагрузки, что характерно для состояния зажигания колбы. В этот момент дроссель может кратковременно насыщаться и вся энергия будет «утекать» в него. Последнее приведет к невозможности включения лампы и перегоранию катодов. Впрочем, тестирование ламп не выявило наличие подобных дефектов.


• Транзисторы. Номиналы и типы реактивных элементов могут меняться от лампы к лампе самым причудливым образом, а с транзисторами все проще, их ассортимент не особо многогранен. Чаще всего встречаются модели 1300х и их характеристики известны. Впрочем, попадаются их разновидности с добавлением защитного диода и измененной цоколевкой корпуса — при замене транзисторов следует проявлять повышенное внимание.

По конденсаторам и дросселям все более-менее непонятно, но коль скоро справочные данные отсутствуют, то и рассуждать не о чем. А вот на транзисторы существует техническая документация и их можно сравнить довольно четко. Типичные представители:

Параметр	13001	13002	13003	6822
Предельное напряжение К-Э, В	400	300	400	400
Максимальный ток, А	0.2	1.5	1.5	0.8
Максимальная рассеиваемая мощность, Вт	0.75	1.4	1.4	0.75
Тип корпуса	TO-92	TO-92/TO-126	TO-126	TO-92

Внешний вид транзисторов и их типичный корпус:

По упаковке транзисторов хочется сказать пару слов. Иногда я слышу рассуждения, что транзистор в маленьком корпусе гораздо слабее тех, которые исполнены в корпусе большего размера. Отчасти это верно, но только отчасти. Если транзистор обладает маркировкой 13002, то, вне зависимости от размера корпуса, будет использоваться одна и та же пластинка кремния. То есть его электрические характеристики практически не изменятся, кроме одного и по очевидной причине – в большем корпусе транзистор может рассеять большее количества тепла без чрезмерного нагрева. Корпус работает как радиатор – чем он больше, тем лучше отводится тепло, что означает повышение мощности.

Взглянем на упаковку TO-126, в ней явно присутствует теплорассеивающая медная пластинка, которая позволяет равномерно распределить тепловой поток от кристалла по поверхности корпуса. Для TO-92 подобный элемент может отсутствовать, что повысит тепловое сопротивление «кристалл-корпус» и негативно скажется на рабочих температурах. К слову, TO-126 предназначен для отвода большого количества тепла, а TO-92 нет. Для рассматриваемого случая, в преобразователях электронного балласта КЛЛ, мощность рассеивания транзисторов не столь велика, а потому специальные радиаторы на транзисторы не устанавливаются и им приходится обходиться лишь тем, что есть у них самих.

Откуда же берется такой странный вариант, как «13002+ TO-92»? Применение транзистора с несколько избыточной мощностью позволяет получить меньшие потери (то есть нагрев), а корпус TO-92 – сэкономить деньги. Для производства транзистора в такой упаковке требуется меньше пластика и меди, да и сам он меньшего размера – все это позволяет значительно снизить стоимость транзистора, а для КЛЛ цена является «определяющей» характеристикой, ведь лампу с завышенной ценой никто не возьмет.

Ряд «1300х» включает три номера. Впрочем, нумерация продолжается и дальше, только в КЛЛ с цоколем Е27 они не находят своего применения. Можно предположить, что номер «1» характеризуется самой низкой мощностью, «2» — несколько большей, а «3» — еще более высокой. Ан нет, модель с окончанием на «1» действительно обладает самыми слаботочными характеристиками, но последующие модели «*2» и «*3» представляют собой один и тот же транзистор, но с разбраковкой по предельному напряжению «коллектор-эмиттер».

Транзисторы с маркировкой «*1» подходят для маломощных КЛЛ, «*3» для довольно мощных, а что использовать в схемах балластов ламп 15-20 Вт? Можно поставить «*1» и надеяться, что они не сгорят от перегрузки или теплового перегрева. Как бы «типичное» решение для «бюджетных» типов КЛЛ. Впрочем, я сразу хочу отметить – за все время тестирования ламп ни одного транзистора не сгорело, что говорит о достаточно корректно примененных типах транзисторов. Конечно, я исключаю случаи, когда балласты «погибали» умышленно и/или исключительно по моей вине.

Для ламп средней мощности нет подходящего транзистора в ряде «1300х», а потому в них устанавливают другую марку, чаще всего 6822. Его характеристики (400В, 0.8 А) находится как раз посередине между моделями «*1» (0.2 А) и «*3» (1.5 А). Если все хорошо, то зачем я затеял эту глупую дискуссию о транзисторах? Увы, причина есть. Обратите внимание на данные в строке «Предельное напряжение К-Э». Если в схеме отсутствует эмиттерное управление (а здесь «его и рядом не стояло»), то максимальное безопасное напряжение питание полумостового преобразователя определяется из приведенного параметра.

Какое напряжение в сети? 220 вольт, после выпрямления получается чуть больше 300 В. Если учесть, что стандарт на эту сеть устанавливает нормальный диапазон как +10/-15%, то максимальное напряжение в сети, которое может быть в доме, и при этом считаться абсолютно нормальным (а значит, вся аппаратура с питанием от сети обязана корректно работать на этом напряжении) составляет 242 В. После выпрямления и сглаживания переменного напряжения получается уже 242/0.7=345 В. Вернемся к таблице, смогут ли транзисторы работать при данном напряжении? Все, кроме «13002», у которого есть полное право сгореть. Итак, если подобные транзисторы установлены в лампе, то такую КЛЛ следует донести до ближайшего пункта приема переработки и оставить на недобрую память.

Я не хочу сказать, что подобные лампы не смогут работать. Если учесть тот момент, что модель «*2» получается при отбраковке «*3», как не удовлетворяющая условию «400 В», то полученные транзисторы обладают предельным напряжением «до» 400 В. А в действительности, «почти» 400 В (скажем 350-399 В). В ряде «1300х» существует только две градации – выше 400 В и ниже 400 В (но больше 300 В), а потому транзисторы с предельным напряжением в приведенном диапазоне попадают во вторую группу, хоть и обладают не столь «ужасными» характеристиками – просто при разбраковке мало позиций отбора.

Итак, могут ли транзисторы «13002» работать на напряжении 300-350 В? Наверняка смогут, но так делать нельзя. Если устройство сгорит, то вина будет лежать на изготовителе оборудования, целиком и полностью. Есть ли подобные транзисторы в тестируемых лампах? Гм, а зачем бы я тогда затеял этот разговор?…

Резонансный конденсатор

Компактные люминесцентные лампы не вечные и когда-нибудь обязательно сломаются. Из наиболее типичных поломок электронного балласта выступает пробой резонансного конденсатора. В начальный момент работы преобразователя на колбу подается очень большое напряжение и пока не последует пробой тлеющего разряда, через резонансный конденсатор перекачивается огромная реактивная мощность. Действующее напряжение и ток через него весьма большие, а мощность (произведение V*I) просто сумасшедшая, особенно для элемента столь малого размера. Поэтому к конденсатору предъявляются повышенные требования:

1.	Большое рабочее напряжение на частоте работы преобразователя.
2.	Низкие потери на рабочей частоте (и при столь высоком напряжении).
3.	Высокая стабильность номинальной емкости.

Первый и второй пункт означают обязательность применения высококачественного конденсатора с низким уровнем потерь, а третий пункт — его хорошую термостабильность. Всем этим условиям удовлетворяют пленочные конденсаторы специальных серий.

Что можно использовать при ремонте? Только то, что указано выше — пленочные конденсаторы, и лучше с двойной металлизацией. Если найдена подходящая марка, то останется только выбрать удобный корпус с достаточным напряжением, ведь емкость конденсатора жестко задана другими элементами КЛЛ. Подбор конденсатора не входит в данную статью, ибо этот вопрос скорее зависит от доступной элементной базы, а завел я речь о ремонте с несколько иной целью — может можно поставить вместо пленочного конденсатора керамический? Практически в любом блоке питания стоят «Y» конденсаторы как раз подходящей емкости с высоким предельным напряжением.

В зависимости от маркировки оно может составлять:

• «Y1» — Рабочее напряжение до 250 В, выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ.
• «Y2» — То же рабочее напряжение, 250 В, импульсное напряжение снижено до 5 кВ.

Напряжение в 5-8 кВ всяко больше 1-1.2 кВ, которые используют в резонансных конденсаторах, в чем же тогда подвох? У них высокий уровень искажений, что вызывает повышенные потери. Кроме того, фраза «выдерживают импульсное напряжение» означает однократный испытательный импульс, а не постоянно действующее напряжение. Да, один-два импульса конденсатор выдержит и не разорвется на составляющие, но не более того. Кроме того, на такие конденсаторы или вовсе не указывают тепловой коэффициент изменения емкости, или он жуткой величины. Специально не измерял, но при прикосновении руками его емкость уже ощутимо уходит, а что же будет при нагреве до тех температур, при которых свойственно работать электронному балласту?

Нет, в качестве средства ремонта «Y» конденсаторы использовать нельзя. Впрочем, ничего не мешает поставить подобный конденсатор в работающий балласт и посмотреть результаты. Некоторое количество ламп оказались с пробитыми конденсаторами, для их ремонта я использовал аналогичные конденсаторы из «убитых» ламп. Но их было слишком много и на последние балласты поставить было нечего. Пришлось попробовать идею с установкой «Y» конденсаторов. Увы, полный провал — на картинке включения сразу появились характерные всплески и срывы генерации. Картинок почему-то не сохранилось, поэтому прошу извинить и поверьте на слово – керамические конденсаторы в балласте не живут. Только «пленка».

Впрочем, перейдем от частного к общему, к исследованию электроники КЛЛ.

Через 2000 часов все оставшиеся КЛЛ были сняты со стенда и произведены замеры их характеристик. Для вышедших из строя ламп предпринимались соответствующие меры по восстановлению их работоспособности, хотя бы временной. Теперь переходим к конкретным моделям.

GamBiT

Модель RF 051, 3U, 9 Вт 2700К (блок из трех штук).

Внутреннее устройство.

Все три лампы из одного блока, а потому схемное решение не отличается. Для данного случая стоит привести только одну картинку внешнего вида, повторение не принесет ничего нового. При этом характеристики электронных компонентов будут измеряться для каждой лампы.

Как можете заметить по следам на колбе, это была первая лампа из блока.

Обычное бюджетное решение, односторонняя печатная плата. Электронная схема запуска построена по принципу автогенератора, это хорошо видно по наличию небольшого электролитического конденсатора на плате, его светлая алюминиевая верхушка бросается в глаза.

Лампа №1.

Колба болтается в креплении, сильно перекошена. С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.

Ключевые электронные компоненты:

Название компонента	Модель, корпус, напряжение	Номинал	Измерено
Сглаживающий конденсатор	Sunion CD268H 400 В	3.3 мкФ	2.99 мкФ
Резонансный конденсатор	1 кВ	2.2 нФ	2.053 нФ
Резонансный дроссель	Феррит 15х16х5 мм	—	9.39 мГн, 14.29 Ом
Дроссель фильтра питания	Отсутствует	—	-
Транзисторы	f13001, TO-92	—	—

Примечание: для дросселя указываются габаритные размеры магнитопровода.

Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – сгорели обе нити накала. Частота генерации 38 кГц (200 В) – 36 кГц (300В).

В данной схеме используются транзисторы с маркировкой «f13001», что означает модель MJE13001. В других КЛЛ могут устанавливаться транзисторы, в наименовании которых присутствуют другие буквы, а цифры окажутся такими же. Это означает применение таких же полупроводниковых приборов, только изготовленных другой фирмой. Технические характеристики у них одинаковые, поэтому – обращайте внимание на цифры и забудьте про буквы.

Впрочем, если быть точным, то следует указать – в зависимости от маркировки может меняться «цоколевка» (соответствие выводов в корпусе) и присутствовать встроенный защитный диод. Поэтому, если собираетесь ремонтировать конкретную лампу, то позаботьтесь о получении четкой информации по конкретно установленным наименованиям транзисторов. Для данной статьи это не столь важно, поэтому несущественные подробности опускаются. Да и потом, ремонтировать КЛЛ глупо – вы сами это поймете, читая статью дальше.

Довольно смешно исследовать работу электронных устройств исключительно по внешнему виду, а потому никак нельзя пройти и не посмотреть напряжения на основных элементах лампы. Самой ценной информацией служит напряжение на колбе в различных стадиях – при включении и работе при минимальном/максимальном напряжении питания. В данной статье будет подробно рассмотрен как режим включения, так и работа устройства при двух фиксированных напряжениях питания постоянного тока — 300 и 200 вольт, что соответствует максимуму и минимуму напряжения питания лампы при ее работе от нормальной сети 220 вольт.

Можно было бы взять и больший диапазон величин, только это бы вышло за рамки «нормы», а потому обнаруженные особенности не проявили бы себя при работе у конечных покупателей данной продукции. Проблема всех стресс-тестов в том, что они должны эмулировать нормальную (типичную) работу устройств, а не являться тестом сферического коня.

К сожалению, даже после попытки ремонта данная колба пришла в полное нерабочее состояние и провести измерения не представляется возможным. Извините, осциллограммы начнутся на следующей лампе.

Лампа №2.

С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.

Электроника:

Название компонента	Модель, корпус, напряжение	Номинал	Измерено
Сглаживающий конденсатор	Sunion CD268H 400 В	3.3 мкФ	3.203 мкФ
Резонансный конденсатор	1 кВ	2.2 нФ	2.243 нФ
Резонансный дроссель	Феррит 15х16х5 мм	—	9.323 мГн, 13.97 Ом
Дроссель фильтра питания	Отсутствует	—	-
Транзисторы	f13001, TO-92	—	—

Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – сгорели обе нити накала. Частота генерации 38.4 кГц (200 В) – 32.8 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Гм, отмечается довольно долгий процесс пробоя, порядка 490 мс, затем следует непонятная стадия горения со сниженным напряжением 480 В и длительностью 50 мс, после чего лампа переходит в стационарный режим горения. Напряжение на лампе в начальной фазе 750 вольт (пиковая величина).

Стационарная работа при напряжении питания 300 В:

Напряжение в пике до 150 вольт, форма сигнала похожа на синусоиду, но присутствуют явные искажения формы – типичные признаки работы резонансного контура с низкой добротностью и частотой ниже резонанса. Ничего необычного.

Лампа №3.

С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.

Электроника:

Название компонента	Модель, корпус, напряжение	Номинал	Измерено
Сглаживающий конденсатор	Sunion CD26JH 400 В	3.3 мкФ	3.172 мкФ
Резонансный конденсатор	1 КВ	2.2 нФ	2.167 нФ
Резонансный дроссель	Феррит 15х16х5 мм	—	9.176 мГн, 14.02 Ом
Дроссель фильтра питания	Отсутствует	—	-
Транзисторы	f13001, TO-92	—	—

Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – сгорели обе нити накала. Частота генерации 38.4 кГц (200 В) – 32.1 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Никаких принципиальных отличий от предыдущей модели – те же 750 В в начальной стадии, такое же долгое ее продолжение, 550 мс. Единственно что – у предыдущей лампы существовало какое-то странное состояние после режима пробоя, а здесь его не наблюдается. Впрочем, он может и есть, только с тем же напряжением, поэтому сливается с первой фазой.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Хорошо видно, что снижение питающего напряжения приближает частоту преобразователя к резонансной, обратите внимание на улучшение формы сигнала.

Выяснение причин выхода из строя.

Это первые лампы, которые попали на вскрытие, поэтому стоит детально разобраться в истинном источнике проблемы.

Если в колбе сгорают обе нити накала, то это может быть вызвано двумя причинами – или большой ток тлеющего разряда лампы или пробой резонансного конденсатора. Вариант с естественным старением накала из-за стресса от включения я пока опускаю, из анализа электроники его проверить невозможно.

Повторю схему блока лампы, посмотрите на рисунок еще раз.

Если резонансный конденсатор пробивается или налицо высокий коэффициент искажений на высокой частоте, то это приводит к слишком большому току накала и он сгорает. Последнее подразумевает необходимость проведения тщательной проверки характеристик резонансного конденсатора.

Измерение характеристик резонансного конденсатора.

В данной модели применен «типичный» конденсатор, используемый в электронных балластах люминесцентных ламп. Именно такой конденсатор чаще всего встречается в КЛЛ, а потому будет интересно узнать, не он ли является причиной перегорания обеих нитей накала.

Измерение емкости не показало существенных отличий от номинального значения 2.2 нФ:

Номер лампы	Измеренная емкость, нФ
1	2.053
2	2.243
3	2.167

Что ж, можно выбрать один из них и провести стресс-тест. Возьмем конденсатор от первой лампы, у него оказалась самая «аномальная» емкость.

Для начала его характеристики в нормальных условиях:

• Емкость 2.053 нФ;
• Тангенс угла потерь 0.0035;
• Сопротивление изоляции (1000 В) > 5 ГОм.

Конденсатор в КЛЛ работает на повышенной температуре, потому измерение характеристик при комнатной температуре не отражает реальное положение дел. Повысим температуру до 100 градусов и выдержим его при этих условиях достаточно длительное время. Данные, полученные через 10 минут:

• Емкость 2.255 нФ;
• Тангенс угла потерь 0.0174;
• Сопротивление изоляции (1000 В) 450 МОм.

С учетом того, что температура корпуса конденсатора была явно завышена, в его характеристиках нельзя найти что-то необычное. Впрочем, можно взять резонансный конденсатор с аналогичными параметрами из КЛЛ «Космос» для сравнения:

Нормальная температура (примерно 23 градуса):

• Емкость 2.27 нФ;
• Тангенс угла потерь 0.0024;
• Сопротивление изоляции (1000 В) > 5 ГОм.

100 градусов:

• Емкость 2.424 нФ;
• Тангенс угла потерь 0.0110;
• Сопротивление изоляции (1000 В) 2 ГОм.

Наблюдаются существенные отличия только в сопротивлении утечки, но их величина столь мала, что не является сколь-нибудь значимой. Нет, лампа вышла из строя не из-за него. Или я что-то упустил в измерениях.

Переходим к следующему кандидату на источник проблемы.

Измерение характеристик резонансного дросселя.

Раздел будет очень коротким, здесь много параметров не померишь, ведь основным является «максимальный ток».

Прибора, который может измерять характеристики индуктивностей на столь большом токе, у меня нет и для измерения предельного тока был применен косвенный способ – на индуктивность подается смесь небольшого переменного напряжения высокой частоты и регулируемый ток. При увеличении тока выше пороговой величины индуктивность дросселя начинает уменьшаться, что вызывает снижение величины переменного напряжения на нем.

Возьмем резонансный дроссель первой лампы, его характеристики:

• Индуктивность 9.323 мГн;
• Внутреннее сопротивление 13.97 Ом.

Измерение по вышеприведенной методике показало, что при токе в 0.3 ампера следует снижение напряжения, то есть максимальный ток дросселя 0.3 А.

Для лампы в 9 Вт при рабочем напряжении на колбе в 90 вольт рабочая величина тока составит 9/90=0.1 ампера. С учетом того, что данная цифра относится к средней величине тока, а необходимо именно пиковое значение, то его следует умножить на 1.4. То есть, пиковый ток дросселя будет в районе 0.2 А (к потреблению колбы следует добавить ток резонансного конденсатора). Полученная цифра явно меньше максимального тока дросселя (0.3 А), хоть и без запаса. Впрочем, ожидать установку компонентов с большим запасом прочности в бюджетные лампы было бы весьма самонадеянно.

Итак, дроссель тоже не является причиной выхода лампы из строя.

Продолжаем поиски причины.

Первая лампа была с обеими сгоревшими нитями накала, поэтому существовал только один способ ее запуска – с попарно закороченными выводами накала. Первый запуск показал неустойчивое горение, скачкообразно меняющееся от яркого до тусклого свечения. Особенность – мощность потребления экземпляра доходила до 12.5 Вт, что почти в два раза больше обычного потребления продукта, снятого на новой лампе.

Через небольшое время лампа сгорела (вышли из строя силовые транзисторы) и какие-либо данные снять не удалось. В дальнейшем последовали попытки установления истинной причины повышенного потребления и самого сгорания, но что-то определенное найти не удалось. После чего колба была пересажена на заведомо исправный балласт от другой КЛЛ примерно такой же мощности (Космос, 13 Вт) и эффект был достигнут – лампа начала точно так же «моргать»! Причем, совершенно четко отмечалось, что при изменении яркости свечения иногда менялся и цвет. Даже больше, если установить сильно пониженное напряжение питания, то лампа светила нормальным «желтым» цветом, свойственным ее цветовой температуре 2700 К, без характерного ей фиолетового оттенка.

При попытке снять фото для получения спектра балласт сгорел. Повторный поиск исправного балласта из бывшей в наличии кучки «трупиков» выявил пару чудом сохранившихся транзисторов и пострадавшая схема была восстановлена. Увы, последующее включение повторило моргание лампы с дополнением в виде стройного столбика дыма из свежеустановленных транзисторов. Ну уж нет, хватит! Транзисторы не сгорели (вот ведь бывает), но возиться с этой колбой я больше не стал. Думаю, что причина именно в ней, а в чем именно – об этом поговорим попозже, предстоит еще разборка других ламп.

Краткий вывод – проблема в колбе, ремонт данной КЛЛ бессмысленен.

Переходим к следующей лампе.

Энергосберегающие лампы. Теоретическая часть

Оглавление

Совесть — это выдумка неэффективных менеджеров.

Вступление

Волевым решением Партии и Правительства россияне получили кота в мешке по кличке «Энергосберегающие лампы». Отчасти можно понять первопричины этого шага – населения меньше не становится, а производственные мощности выработки и подачи энергии конечному пользователю получили жесткие ограничения.

Вначале запретили столь любимую лампочку 100 Вт с обещанием в дальнейшем извести все, кроме карманных фонариков. Энергосберегающие осветители, в качестве которых чаще всего выступают люминесцентные лампы, обеспечивают весьма солидную экономию энергии, но какой ценой? Кроме того, часто слышна мантра о выгодной дешевизне этих устройств освещения, мотивируемая большим сроком работы. «Восемь-десять-двадцать тысяч часов», чего только не увидишь на упаковке продуктов. Но рано или поздно даже у самых бережливых истощатся запасы ламп накаливания, не настало ли время разобраться с дареным «котом»?

Компактные люминесцентные лампы

Итак, «виновник торжества», знакомьтесь:

Устройство состоит из люминесцентной лампы, выполненной в виде свернутой трубки и электронного балласта, упакованного в корпусе между непосредственно лампой и цоколем E27. Свет возникает благодаря тлеющему разряду, который вызывает ионизацию и свечение паров ртути. Преобразователь обеспечивает необходимое напряжение для поддержания рабочего режима. Всё, этого пока достаточно, незачем заваливать себя излишней информацией.

Компактные люминесцентные лампы (далее в тексте — «КЛЛ») по сравнению с лампами накаливания («ЛН») обладают следующими достоинствами: они потребляют меньше электрической энергии и ярче светят. Проще говоря, меньше нагревают воздух в комнате. На этом заканчивается обширный список достоинств, и начинаются их недостатки.

Особенности люминесцентных ламп

У данного вида продукции, как и у любого другого, есть свои положительные и отрицательные свойства. В качестве первого можно упомянуть меньшую потребляемую мощность и более «спокойное» отношение к снижению напряжения питания. А вот недостатки …

Обсудим основные нюансы работы люминесцентных ламп. В данном разделе будет использовано много собственных наблюдений и размышлений над различной и подчас противоречивой информацией, поэтому рассуждения могут содержать ошибки.

Вредность для глаз

Медицинских исследований по данному вопросу я найти не смог, хотя ряд врачей высказывались о возможных негативных последствиях подобного вида освещения. Можно поискать и привести эти цитаты, но важнее то, что исследований не ведется. Или все же, кто-то занимается данным вопросом, но не собирается извещать широкие массы? Ладно, опустим этот нюанс, дабы не портить себе настроение.

При переходе на люминесцентные лампы некоторые люди стали жаловаться на головную боль, повышенную утомляемость и усложнение работы с мелкими предметами. Например, переход с CRT на LCD мониторы не у всех пользователей прошел гладко. В то время повышенная утомляемость списывалась на эфемерную «особенность технологии LCD мониторов»: повышенную четкость и несвойственную для CRT мониторов стабильность картинки. Мотивировка понятна – люди всё время проводят за мониторами и телевизорами, привыкают к их мерцанию, а тут ничего не «плавает», картинка стоит четко. Почему я об этом вспомнил? А вы не задумывались, что за подсветка используется в LCD дисплеях? Судя по их спектру, а он аналогичен КЛЛ, Ra на уровне 6х, и это на современных мониторах.

Второй нюанс. Усложнение восприятия мелких деталей – при использовании люминесцентных ламп и необходимости разглядеть что-то мелкое приходится сильно увеличивать освещенность рабочего места, по сравнению с лампами накаливания. Как мне кажется, проблема кроется в особенности работы мозга по управлению размерами зрачка – данная функция работает по «синей» составляющей. В любой люминесцентной лампе (не только КЛЛ) присутствуют пары ртути, которые дают пик в синей области спектра для длины волны 436 нм, что соответствует наибольшей чувствительности синих колбочек глаза. В результате использование КЛЛ означает излишне суженный зрачок.

Схожий дефект присутствует при фокусировке зрения, но для этого уже применяется желто-красная составляющая. Человеческий мозг за многие тысячелетия развития адаптировался под непрерывный и заранее известный спектр солнечного света. Искусственное освещение чаще всего используется в вечернее время суток со свойственной ему желто-зеленой гаммой и крайне низким уровнем синих составляющих. Спектр КЛЛ не соответствует этой характеристике, вот мозг и «ошибается».

Мерцание

Люминесцентные лампы бывают с электромагнитным балластом (дроссель + стартер) и с полностью электронной схемой без крупных электромагнитных элементов.

«Дроссельные» решения обладают повышенным уровнем пульсации светового потока. Фактически, от мерцания с частотой сети спасает только послесвечение люминофора, но для ламп небольшого диаметра (Т5 и меньше) надежда на люминофор несостоятельна, уровень мерцания доходит до 70%.

Подобный вид освещения чаще всего применяют в производственных помещениях и для борьбы с мерцанием используют фазосдвигающие элементы между группами светильников или более простой прием – лампы подключают на все три фазы. В результате, хотя конкретная лампа и пульсирует с частотой сети, но из-за взаимного наложения светового потока групп на различных фазах сети 220 вольт общая освещенность рабочего места характеризуется пониженным уровнем мерцания светового потока. Если бы это не было серьезной проблемой, никто бы не стал усложнять себе жизнь коммутацией трех фаз или установкой специальных схем.

Люминесцентные лампы с электронным балластом лишены столь высокого уровня мерцания, как у «дроссельного» варианта, но он все же присутствует. Причем величина пульсаций светового потока зависит, по большому счету, от номинала сглаживающего конденсатора в выпрямителе электронного балласта. А вы знаете, как в «китайской» продукции любят все «упрощать», особенно невидимое покупателю.

Думаю, и без аргументов ясно — мерцание приводит к повышенной утомляемости. Довольно часто в качестве контраргумента приводится кино с его частотой 24 кадра в секунду. Все не так просто, с мерцанием борются – почитайте, к примеру, «Википедию» по этому вопросу.

Кроме повышенной утомляемости мерцание приводит к эффекту стробоскопа, когда движущийся (вращающийся) предмет начинает выглядеть не так, как в действительности. Проблема усугубляется тем, что дефект свойственен восприятию и неподвижных объектов, поскольку сам глаз находится в постоянном движении. Кстати, отсюда же эффект объемного зрения, который получается при взгляде только одним глазом.

Система «глаз-мозг» работает по очень сложным алгоритмам и далеко не все особенности ее функционирования детально изучены, уместно будет вспомнить о «странной» особенности четче замечать изменение, движение объектов периферийной частью зрения. Поэтому изменение яркости сказывается самым причудливым способом – мозг может и не сообщать о мерцании источника света, но его обработка изображения идет иначе и сложнее, что приводит к повышенной утомляемости.

Шум

Довольно странно задаваться вопросом об уровне шума устройства, в котором нет крупных электромагнитных элементов. Но, увы, встречается и такое.

Например, в отзывах на КЛЛ «OSRAM Mini Twist E27 24W/827, Made in P.R.C.» упоминается, что она начала издавать едва различимый шум (возможно, «фон») через небольшое время работы. То есть, изначально проблемы не существовало, но затем лампа зашумела. Не хотел бы вешать ярлыки, но при переборе тестовых ламп на какой-то модели OSRAM услышал небольшой, совсем небольшой, акустический шум типа «фон» (с частотой, кратной сети 220 В). Уровень еле-еле заметный, который можно услышать только в тихой комнате при пристальном вслушивании.

С другой стороны, существуют отзывы, что величина шума может быть довольно большой, к сожалению, не могу привести точную марку лампы. Причем, заметность дефекта такая, что начинает мешать. Согласитесь, должна быть веская причина, чтобы пойти на обмен только что купленного товара. Наверное, такой дефект возможен, но я его не исследовал и что-то конкретное сообщить не смогу.

Кроме OSRAM мне попадались упоминания о лампах IKEA с электронным балластом, которые начинали шуметь (гудеть) в начале работы, но после их прогрева данный дефект пропадал.

Впрочем, есть еще один источник звука в КЛЛ – в новых лампах «без ртути» вместо паров ртути используется амальгама (соединение с ртутью), которое выполнено в виде небольшого шарика. В выключенном состоянии этот шарик может кататься в специальной зоне около нити накаливания и издавать шум.

Спираль или «U»

Обычно, КЛЛ бывают в двух вариантах исполнения светящейся трубки — свернутой в спираль или состоящей из нескольких элементов «U», чаще всего двух или трех.

Считается, что колба в «U» варианте более ажурна и менее перекрывает световой поток, чем «спиралевидная». Однако, по мере увеличения количества «U» секций степень перекрытия возрастает, а «спираль» может изготавливаться с довольно разряженной намоткой и превосходство «U» конструкции не является бесспорным.

С другой стороны, «U» исполнение выглядит неряшливо, особенно для тех, кто привык к округлым формам ламп накаливания. В этом отношении у «спиралевидных» КЛЛ больше шансов удовлетворить покупателя внешним видом.

Третий нюанс – КЛЛ с колбой из «U» секций, в основном светит в стороны, мощность светового потока через верхнюю часть довольно низка.

И, наконец, четвертая проблема – КЛЛ формата «U» банально длиннее «спиралевидного» исполнения и у них меньше шансов уместиться в существующий светильник.

КЛЛ и светильник

Пользователи отмечают случаи изменения цвета свечения ламп при установке их в закрытые или плохо продуваемые светильники. В ванную комнату ставить КЛЛ с ее электронным балластом без полностью закрытого светильника было бы слишком самонадеянно, потому работа КЛЛ в таких условиях должна считаться нормальным режимом и предусматриваться при проектировании конструкции лампы. На данный момент все лампы накаливания пока еще не запрещены, но это только «пока». Правительство обещало извести все лампы накаливания, за исключением тех, что используются в карманных фонариках. Что же остается, сидеть в ванной при лучине? … или ввернуть КЛЛ?

Фактически, современные КЛЛ нормально работают только в «тепличных» условиях, повышение температуры резко снижает их эксплуатационные свойства и продолжительность нормального функционирования. Лично мое мнение – в этом виноват сам производитель, попытки «чрезмерной», извините, «экономии» приводят к некачественным решениям. Например, микросхемы для КЛЛ разработаны и выпускаются уже очень давно, но «почему-то» в обычных лампах используется схема автогенератора на двух транзисторах, которая не обеспечивает стабилизации режимов и не способна нормально управлять колбой.

Стоит отметить, что разница в затратах при добавлении микросхемы меньше одного доллара, а при той серийности, с которой выпускают КЛЛ, расходы могут быть даже отрицательными (то есть, произойдет экономия средств) из-за отказа от насыщаемого трансформатора и схемы запуска. Просто все «лепят» автогенератор и считают это нормальным, вот и всё. Ну а то, что срок службы лампы снижается в несколько раз – это уже «не их» проблемы. Извините, отвлекся.

При выборе светильника обращайте внимание на его «продуваемость». Если конструкции не будет обеспечен хороший продув за счет естественного движения нагретого потока вверх, то лампы будут дополнительно подогреваться теплым воздухом, что снизит ресурс их работы. Особенно неприятна повышенная температура при размещении лампы цоколем вверх, как обычно и бывает с лампами формата Е27. В таком случае блок балласта (и так теплый) дополнительно подогревается нагретым воздухом от светящейся колбы. Повышенная температура меняет рабочие режимы электронного балласта, что влияет как на уровень света, так и на то, сколько времени эта КЛЛ вообще будет светить. Повторюсь – в большей степени в этом виноват сам производитель, «сэкономив» последний «чатл» явно в ущерб качеству.

Люминофор

В технологии люминесцентных ламп все довольно просто – тлеющий разряд ионизирует пары ртути и они светятся. Люминофор переводит УФ часть спектра в видимое излучение и несколько исправляет «полосатость» излучения ртути. Сами люминофоры бывают «галофосфатные», «трехполосные» и с большим количеством полос, только о последнем лучше забыть — поиски четырех-пятиполосного люминофора в «дешевых» КЛЛ будут слишком оптимистичными. По этому вопросу можно почитать довольно интересную и поучительную статью, к сожалению, на английском языке.

«Галофосфатные» люминофоры несущественно задерживают излучение ртути и выполняют лишь небольшую коррекцию цвета излучения, а потому обладают повышенной светоотдачей и низким качеством свечения. Для них типичное значение коэффициента цветопередачи Ra в районе 6х-7х, что ограничивает их область применения техническими помещениями. По требованиям постановления №602 КЛЛ с таким люминофором запрещено применять в жилых помещениях.

«Трехполосный» люминофор характеризуется несколькими областями свечения (судя по названию, их три) в сине-зеленой и красной частях спектра свечения лампы. Различные производители могут по-разному называть подобный вид люминофора, например «Tri-Phosphor», но он остается всё тем же «трехполосным» люминофором. В последующей части статьи приведены КЛЛ нескольких производителей и просмотр спектра покажет их «удивительное» однообразие. Будут и исключения, но и они не вызовут радостных эмоций.

Единообразие спектра свечения вызывается одинаковым люминофором. Разработка и изготовления уникальных сортов весьма наукоемкая деятельность, поэтому чаще всего производители ламп просто закупают готовую суспензию. Отчасти это хорошо, значит «хоть что-то» будет изначально спроектировано правильно или хотя бы «непровально». А от тех производителей, которые занимаются собственной подборкой состава, можно ждать всяких неожиданностей … и вряд ли они будут приятными.

Как правило, «трехполосный» люминофор означает индекс цветопередачи 8х.

Лично мое наблюдение и оно может быть неверным – при низкой цветовой температуре (2700К) интенсивность синего цвета небольшая, поэтому в «стандартном» люминофоре вообще не используются составляющие для выделения синего цвета, а уход в «красную» часть цветовой температуры компенсируют повышенным количеством «зеленой» полосы. Как следствие, такие лампы должны обладать слабо выраженным зеленым оттенком, что я и наблюдаю на большинстве ламп 2700К на своем стенде. Кроме «визуального», зеленый оттенок отмечается на диаграммах CIE 1931, приведенных в статье.

В данном тестировании участвуют не только КЛЛ со «стандартным» люминофором, но и лампы, в которые производитель внес какие-то коррективы. Как следствие, цветовая температура в них меньше отходит от нормальных значений, что заметно и «на глаз», по отсутствию зеленого оттенка.

Ртуть

На ряде упаковок люминесцентных ламп появился необычный значок.

Покупатели переводят эту маркировку как «лампа не содержит ртути». Характеристики КЛЛ будут приведены ниже, забегая вперед — ничего необычного в этих лампах не наблюдается, спектр ртути прослеживается на своих местах, с тем же характером и интенсивностью, что и в лампах без похожей маркировки. Что же именно означает эмблема? Лишь то, что вместо паров ртути в лампу помещена амальгама, химическое соединение ртути с рядом металлов (Bi, In, Pb, Sn и другие). Это все та же «ртуть» и при светящейся лампе она переходит в газообразное состояние.

Различие в свойствах проявляется только в выключенном (холодном) состоянии – обычная ртуть находится в жидком и газообразном виде, а амальгама представляет собой твердый шарик или застывшие капли небольшого размера. Разрушение выключенной лампы не приведет к загрязнению ртутью, но разбив включенную лампочку, вы получите равноценный вред.

Кстати, о вреде. В обычной КЛЛ находится примерно 5 мг ртути. Для сравнения, в медицинском ртутном градуснике ее около двух граммов. Кроме того, в колбе газ с разряжением, поэтому при небольшой трещине, без полного механического разрушения колбы, массовой утечки паров ртути не произойдет. Косвенно, это подтверждается одним случайным наблюдением. Конструкция КЛЛ «GamBiT», модель RF 049, крайне неудачная по механической прочности колбы. К сожалению, должен отметить, что не только у данной торговой марки есть подобное ущербное исполнение.

Прошу обратить внимание на тонкий соединительный перешеек между двумя «U» трубками и отсутствие крепежных элементов у верха трубок, что создает большую длину рычага и пропорциональное увеличение усилия на разрушение. Небольшой нажим между трубками и соединение дает трещину, что у меня и произошло. Понятно, что это уже проблема потребителя, не являющаяся гарантийным случаем, но забота производителя «умиряет». Из участвующих в тестировании ламп схожей конструкцией обладают устройства торговой марки «Экономка».

Однако посмотрите, верхушки секций соединены стеклянной перемычкой, да и соединительный перешеек шире и толще. Впрочем, я снова несколько отвлекся, извините.

При работе с лампами проявлялась повышенная осторожность, но стенд довольно компактный и начальное закручивание часто приходилось делать за колбу. В результате одна лампа дала трещину. Никаких «особенных» звуков не последовало, и о разгерметизации я догадался только при подаче напряжения питания через несколько минут. Лампа ярко горела нитями накала и пыталась светить одной «U» секцией, что означает проникновение внутрь колбы окружающего воздуха с сохранением компонентов газовой среды лампы.

Мне кажется, проблема «ртути» несколько преувеличена. Для получения хоть какого-то вреда пришлось бы разбить все купленные лампы, а это больше тридцати штук. Вредоносность ртути очевидна и крайне опасна, но не будем забывать о количестве ртути в объекте рассмотрения. Если нет механического разрушения колбы, то достаточно лишь завернуть КЛЛ в пластиковый пакет и тщательно проветрить комнату.

Лампы с амальгамой более безопасны, в них ртуть переходит в опасное состояние только при работающей лампе, но вряд ли стоит только на этом факте основывать свой выбор люминесцентной лампы. Хотя, при выборе двух одинаковых КЛЛ, одна из которых получила эмблему «без ртути», хочется взять именно ее – кому охота получить ненужные проблемы с ртутью, если их можно избежать.

Однако вынужден отметить недостаток тестирования в данной статье – не сравнивалась работа обычных и ламп с амальгамой при включении. Надеюсь, подобное сравнение будет добавлено во вторую часть, которая выйдет после стендового тестирования. По опыту работы с участниками исследования могу отметить, что существенной разницы замечено не было. В модельном ряду «Космос» есть модели «с» и «без» ртути с одинаковой цветовой температурой 4200 и 6500 К, никаких отличий в их работе не наблюдается.

ECO

Возможно, вы обращали внимание на значок с зелеными листьями и надписью «ECO» на коробке КЛЛ?

У разных производителей эмблема может немного отличаться, но, как правило, зеленые листочки присутствуют всегда. Какие ассоциации обычно возникают при взгляде на этот рисунок? Экологичный продукт, производитель заботится о природе? Эх, если бы так.

Увы, но этот знак сообщает о том, что его волнует лишь свой карман и «ECO» расшифровывается как «экономичный» — в данной КЛЛ использован минимум компонентов, а присутствующие выбирались из учета снижения производственных затрат. Обычно «под нож» в первую очередь идет фильтр помех по входу сети 220 вольт и другие несущественные мелочи, например, предварительный прогрев. Причем, иногда страдает от экономии не только электроника, но и сама колба. Это стоит запомнить и избегать покупки продукции с таким знаком. Впрочем, его отсутствие на «нефирменных» лампочках не значит ровным счетом ничего, просто поленились нарисовать.

Ультрафиолет

Люминесцентные лампы излучают часть мощности в УФ-части спектра, но эта энергия не велика, порядка 10-15 процентов. Причем, самая опасная часть УФ-спектра (жесткий, коротковолновый ультрафиолет) задерживается стеклом колбы и это происходит вовсе не от того, что производители заботятся о безопасности пользователей, просто обычное стекло стоит дешевле. Для УФ-светильников используют кварцевое стекло, которое не задерживает излучение в этой части спектра, но при этом тяжелее обрабатывается и значительно дороже обычного известкового стекла.

Поэтому даже в «самых дешевых» КЛЛ проблемы с ультрафиолетом не возникает, уровень и характер излучения не приводит к серьезным последствиям. По крайней мере, оно не вреднее простого загара под солнцем. Кстати, если посидеть часок под светом мощных КЛЛ на небольшом расстоянии, то можно неплохо поправить цвет лица. Как мне кажется, проблема ультрафиолета явно преувеличена.

Кроме всего перечисленного, УФ оказывает отрицательное влияние на саму лампу – под действием излучения меняется цвет и деградирует пластик корпуса КЛЛ, детали электронной схемы (конденсаторы, дроссель). В качественной продукции на это обращают внимание и предпринимают контрмеры, например, тщательно покрывают концы трубок светонепроницаемым покрытием. Что до продукции класса «и так купят», то зачастую на эти «глупости» никто не желает тратить усилия, что соответственно сказывается на сроке службы таких КЛЛ.

Посторонний запах

Довольно странно, но КЛЛ могут издавать неприятные и резкие запахи. Конечно, от фирменной продукции получить подобный «сюрприз» менее вероятно. Чаще всего источником раздражающего запаха является наполнитель вокруг выхода световой трубки из корпуса лампы. Причина – использование неправильного состава или нарушение технологического процесса изготовления герметизирующего материала. Решение обычное – открыть окно и ждать, пока запах не пройдет. Однако отмечаются случаи, когда вонь не проходит и через несколько дней.

Лично я ничего не могу сказать по этому поводу, среди тестируемых ламп подобной проблемы не выявилось.

Старение

Прожив многие годы под лампами накаливания, мы привыкли, что их яркость практически не меняется со временем, ну разве что из-за мух и пыли. С КЛЛ все иначе, они стареют от времени и особенно от повышенной температуры. Падает эффективность люминофора, меняются характеристики электронного балласта, что прямо сказывается на уровне освещенности. Например, если в начале работы КЛЛ была эквивалентна лампе накаливания 75 Вт, то через год эта цифра способна снизиться до 60 и меньше ватт.

Измерение степени старения свойств КЛЛ входит в состав тестирования, поэтому обсуждение данного вопроса будет очень коротким – посмотрим цифры.

Электрика

Довольно неожиданно, но КЛЛ оказались очень чувствительны к качеству соединительных элементов и патронов. Отчасти это понятно, контактирующие элементы разрабатывались под лампы накаливания с их большим током потребления, и переход на КЛЛ мог привести к неустойчивому соединению. Дело в том, что у любого элемента, обеспечивающего механическую коммутацию электрического сигнала, например, реле, есть две характеристики – «максимальный» и «минимальный» ток.

Первое понятно, оно определяется площадью и формой контакта, а второй параметр встречается реже и менее известен. Он закладывается при проектировании типа покрытия контактирующих поверхностей. Если ничего специально не предпринимать, то на поверхности контактов образуется окисная пленка, которая увеличивает сопротивление во включенном состоянии вплоть до «неустойчивого соединения». В дальнейшем на этом месте образуется «нагар», что приводит к усилению дефекта.

Некачественное соединение приводит к броскам тока заряда сглаживающего конденсатора электронного балласта КЛЛ, что снижает ресурс его работы, и скачкообразно изменяет режим работы всей КЛЛ, а это уже может привести к худшим последствиям – сгоранию электроники или разрушению цепей накала в колбе. И это не просто слова, я сам столкнулся с проявлением данного дефекта. У меня в одной комнате висит лампа с пятью рожками под лампы типа Е14 («миньон»). В одном из них сгорела люминесцентная лампа, отметил «бывает» и забыл. Но через месяц, в этом же патроне, пришла в негодность совсем новая лампа. Это показалось странным, но разбираться не было никакого желания, и лампа была просто заменена.

Увы, примерно через месяц история повторилась вновь, что было крайне странно, ведь в соседних рожках были установлены точно такие же лампы и к ним никаких претензий не предъявлялось. Единственно, что могло вызывать проблему – это патрон злосчастного рожка. Обычный карболитовый патрон, один из трёх, что были на лампе (оригинальные были уничтожены взорвавшимися лампами накаливания, что и подвигло к переходу на КЛЛ). Тщательный внешний осмотр не выявил никаких дефектов, соединение проводов надежное, контактирующие поверхности под лампу чистые и без каких-либо следов нагара. Однако в этом патроне сгорело столько ламп при непонятных причинах, от чего нельзя отмахнуться.

Что ж, обезжирил контактирующие поверхности, а потом еще и отшлифовал мелкой шкуркой. После профилактики дефект не проявлял себя, на данный момент лампа в этом рожке отработала уже больше года. Попробую предположить, что виною был тонкий слой жира на поверхности контакта, что приводило к неустойчивому соединению. Если бы на этом месте стояла лампа накаливания, то всё бы функционировало в нормальном режиме – довольно большой ток лампы пробил слой окисла и установилось надежное соединение.

Проблема выявилась именно с КЛЛ, в ней ток потребления значительно меньше, а сам ток непостоянен во времени. Отдельно хочется подчеркнуть – обращайте повышенное внимание на качество соединительных элементов и патронов при использовании ламп с низким током потребления, особенно при подозрительно низком сроке работы этих ламп. Не всё определяется качеством КЛЛ, источник проблемы может находиться и вне ее.

Выключатели с подсветкой

Данный вопрос тесно связан с предыдущим, хотя и происходит в иной области. В некоторых выключателях встроена подсветка, облегчающая его нахождение в темное время суток. Идея хорошая, только схемная реализация ориентирована на лампы накаливания – индикаторный элемент (с ограничителем тока) включается параллельно выключателю и зажигается при выключенном светильнике. С лампами накаливания все работает хорошо, а вот КЛЛ, да и трубчатые люминесцентные лампы с электронным балластом, от этого небольшого тока начинают заряжать накопительный конденсатор и периодически «вспыхивать». Частота мерцания около герца (раз в секунду), яркость незначительная … пока на улице день.

Кстати, не все КЛЛ производят этот дефект, помогает схема предварительного прогрева катодов, которая блокирует свечение в первую секунду горения. Если КЛЛ не «моргает» при работе от выключателя с подсветкой, то это не значит, что она не выполняет периодические включения – их просто не видно.

Насколько деструктивна подсветка в выключателе для самой КЛЛ? Я не могу сказать ничего конкретного про электронику, слишком много неопределенных параметров, а вот по поводу колбы все проще – периодический режим включения «вспыхивающей» лампы равносилен включению на непрогретый катод в обычном режиме. И там, и там «уносится» некоторое количество эмиссионного покрытия катода с нити накала. А теперь сопоставим энергию, которая приходит на лампу в режиме мерцания и при обычном включении. Дело, ведь, не столько в самом факте «включения», сколько в энергии, разрушающей покрытие. Лично мое мнение, колба от такого «вспыхивания» не стареет, электроника – вопрос темный. Короче говоря, это очередная «страшилка», чтобы скрыть низкое качество самих КЛЛ за надуманными причинами.

Бороться с мерцанием можно только одним способом – шунтировать КЛЛ элементом, снижающим напряжение на ней в выключенном состоянии. Это может быть или резистор 1-2 Вт номиналом 47-100 кОм или конденсатор, рассчитанный на напряжение сети 220 вольт (например, из входного фильтра блоков питания АТХ) номиналом 0.1-0.47 мкФ.

Применение конденсатора более эффективно – в отличие от резистора на нем не рассеивается тепло (активная мощность).

Энергосберегающая лампа — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 27 октября 2017; проверки требуют 11 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 27 октября 2017; проверки требуют 11 правок.

Энергоэффективная ла́мпа — электрическая лампа, обладающая существенно большей светоотдачей (соотношением между световым потоком и потребляемой мощностью), например, в сравнении с классическими лампами накаливания. Благодаря этому замена ламп накаливания на энергосберегающие способствует экономии электроэнергии.

Часто энергосберегающими называют только компактные люминесцентные лампы, что некорректно в силу того, что энергосберегающие лампы могут иметь другую конструкцию (например, люминесцентные лампы линейного типа с пониженным содержанием ртути и меньшим диаметром трубки), или даже основываться на других физических принципах — таких, как светодиодные лампы, обладающие перед люминесцентными рядом преимуществ: бо́льшая светоотдача, выше механическая прочность из-за отсутствия хрупкой стеклянной колбы и вольфрамовых нитей, долговечность и независимость от частых переключений, более естественный спектр при сопоставимой цене. Образ компактных люминесцентных ламп часто используется в рекламе, призывающей к экономии электроэнергии и энергосбережению, что способствует распространению этого заблуждения. Более современные светодиодные лампы значительно экономичнее компактных люминесцентных.

Характеристика, которая выгодно отличает энергосберегающие лампы от ламп накаливания, заключается в том, что энергосберегающие лампы могут иметь разную цветовую температуру, определяющую цвет лампы. Цветовые температуры энергосберегающих ламп: 2700 К — Мягкий белый свет, 4200 К — Дневной свет, 6400 К — Холодный белый свет (цветовая температура измеряется градусами по шкале Кельвина). Чем ниже цветовая температура, тем ближе цвет к красному, чем выше — тем ближе к синему. Таким образом, потребитель получает возможность обогатить цветовую гамму помещения.

Опасность для жизни и последствия для здоровья[править | править код]

Отравление парами ртути[править | править код]

Люминесцентные лампы содержат в своём составе в небольшом количестве пары ртути, в связи с чем их нельзя выбрасывать как обычный бытовой мусор, а требуется сдавать на утилизацию в специализированные организации.

Опасно не только острое отравление парами ртути, как правило, заканчивающееся смертью, но и долговременное хроническое отравление малыми дозами паров, вызывающее неврологические заболевания (меркуриализм, «ртутный тремор»), а также длительное воздействие сверхмалых доз (микромеркуриализм).

Ультрафиолетовое излучение люминесцентных ламп[править | править код]

При работе люминесцентных ламп небольшое количество ультрафиолетового излучения выходит наружу лампы через стеклянную колбу, что может потенциально представлять опасность для людей с кожей, слишком чувствительной к этому излучению. Ультрафиолетовое излучение может вызывать появление кожных мутаций^{[1][неавторитетный источник?]}.

Наиболее опасным является воздействие УФ-излучения на роговицу и сетчатку глаза. Поэтому энергосберегающие лампы не рекомендуется располагать ближе 30 см от глаз (ночники, настольные лампы, освещение жилых помещений)^{[2][неавторитетный источник?]}.

Полосатый спектр люминесцентных и светодиодных ламп[править | править код]

Энергосберегающие лампы обладают выраженными пиками на отдельных участках спектра. На некоторых же участках излучение может отсутствовать (провал в области фиолетовых и синих лучей есть и у ламп накаливания). В связи с неблагоприятным воздействием прерывистого спектра на сетчатку глаза и нервную систему человека (подавление продукции мелатонина), не рекомендуется применение светодиодных ламп в детских и школьных учреждениях, палатах интенсивной терапии, кабинах машинистов^{[3][4][5][6][неавторитетный источник?]}.

Стробоскопический эффект[править | править код]

Люминесцентная лампа в сети переменного тока частотой 50 Гц 100 раз в секунду изменяет интенсивность свечения. Светодиодные лампы при питании от сети переменного тока также могут светить мерцая. Мерцание негативно влияет на зрение, может вызывать приступы эпилепсии и искажать картину движения предметов (создавая, например, иллюзию отсутствия вращения), что может привести к получению травм^{[2][1][неавторитетный источник?]}. Эффект можно легко обнаружить быстро проведя взгляд мимо включённой лампы.

Драйвер для светодиодов из энергосберегающей лампы

Энергосберегающие лампы активно позиционировались как замена низкоэкономичным и ненадежным лампам накаливания. Постепенное снижение цен на «экономки» привело к тому, что они получили практически повсеместное распространение.

Прогресс не стоит на месте и на смену энергосберегающим люминесцентным лампам приходят светодиодные источники света. Имея большую экономичность, они превосходят энергосберегающие лампы по экологичности, поскольку люминесцентные лампы содержат ядовитую ртуть, а светодиоды абсолютно безопасны (подробнее о вреде светодиодных ламп).

Самый большой минус светодиодов – их высокая стоимость. Не удивительно, что многие занимаются переделкой энергосберегающих ламп в светодиодные, используя по максимуму доступную и недорогую элементную базу.

Использование платы питания энергосберегающей лампы в качестве драйвера для светодиодов

Теоретическое обоснование

Светодиоды работают при низком напряжении – порядка 2-3В. Но самое главное, для нормальной работы требуется не стабильность напряжения, а стабильность тока, по ним протекающего. При понижении тока снижается яркость свечения, а превышение приводит к выходу из строя диодного элемента. Полупроводниковые устройства, к которым относятся светодиоды, имеют ярко выраженную зависимость от температуры. При нагреве сопротивление перехода падает и возрастает прямой ток.

Простой пример: источник стабильного напряжения выдает 3В, при токе потребления светодиода 20мА. При повышении температуры напряжение на светодиоде остается неизменным, а ток возрастает вплоть до недопустимых значений.

Для исключения описанной ситуации, источники света на полупроводниках запитывают от стабилизатора тока, он же драйвер. По аналогии с люминесцентными лампами драйвер иногда называют балластом для светодиодов.

Наличие входного напряжение 220В вместе с требованием стабилизации тока приводит необходимости создания сложной схемы питания светодиодных ламп.

Практическая реализация идеи

Простейший источник питания светодиодов от сети 220В имеет следующий вид:

Примитивный источник питания для светодиодов от сети 220В

На приведенном рисунке резистор обеспечивает падение излишка напряжения питающей сети, а диод, включенный параллельно, защищает LED элемент от импульсов напряжения обратной полярности.

Как видно из рисунка, что можно проверить расчетами, требуется гасящий резистор большой мощности, выделяющий во время работы много тепла.

Ниже приведена схема, где вместо резистора используется гасящий конденсатор

Схема с гасящим конденсатором

Использование в качестве балласта конденсатора позволяет избавиться от мощного резистора и повысить КПД схемы. Резистор R1 ограничивает ток в момент включения схемы, R2 служит для быстрого разряда конденсатора в момент выключения. R3 дополнительно ограничивает ток через группу светодиодов.

Конденсатор С1 служит для гашения излишков напряжения, а С2 сглаживает пульсации питания.

Диодный мост образован четырьмя диодами типа 1N4007, которые можно выпаять из негодной энергосберегающей лампы.

Расчет схемы произведен для светодиодов HL-654h345WC с рабочим током 20мА. Не исключено применение аналогичных элементов с таки током.

Так же, как и в предыдущей схеме, здесь не обеспечивается стабилизация тока. Чтобы исключить выход светодиодов из строя, в схеме балласта для светодиодных ламп емкость конденсатора С1 и сопротивление резистора R3 выбраны с запасом, чтобы при максимальном входном напряжении и повышенной температуре светодиодов, ток через них не превышал допустимых значений. В нормальном режиме ток через диоды несколько менее номинального, но на яркости лампы это практически не сказывается.

Недостаток подобной схемы заключается в том, что использование более мощных светодиодов потребует увеличение емкости гасящего конденсатора, имеющего большие габариты.

Аналогично выполняется питание светодиодной ленты от платы энергосберегающей лампы. Важно, чтобы ток светодиодной ленты соответствовал линейке светодиодов, то есть 20мА.

Используем драйвер энергосберегающей лампы

Более надежна схема, когда используется драйвер из энергосберегающей лампы с минимальными переделками. В качестве примера на рисунке показана переделка энергосберегающей лампы мощностью 20Вт для питания мощного светодиода с током потребления 0.9А.

Переделка светодиодной лампы для питания светодиодов

Переделка электронного балласта для светодиодных ламп в данном примере минимальна. Большая часть элементов в схеме оставлена от драйвера старой лампы. Изменениям подвергся дроссель L3 и добавлен выпрямительный мост. В старой схеме между правым выводом конденсатора С10 и катодом диода D5 была включена люминесцентная лампа.

Теперь конденсатор и диод соединены напрямую, а дроссель используется в качестве трансформатора.

Переделка дросселя заключается в намотке вторичной обмотки, с которой и будет сниматься напряжение для питания светодиода.

Не разбирая дроссель, на него нужно намотать 20 витков эмалированного провода диаметром 0.4мм. При включении напряжение холостого хода вновь выполненной обмотки должно составлять около 9.5–9.7В. После подключения моста и светодиода, амперметр, включенный в разрыв питания LED элемента, должен показывать около 830–850мА. Большее или меньшее значение требует коррекции количества витков трансформатора.

Диоды 1N4007 или аналогичные, можно использовать от другой неисправной лампы. Диоды в экономках используются с большим запасом по току и напряжению, поэтому выходят из строя крайне редко.

Советы и предостережения

Все приведенные схемы светодиодных драйверов из энергосберегающей лампы, хоть и обеспечивают низковольтное питание, имеют гальваническую связь с сетью переменного тока, поэтому при работе по отладке нужно соблюдать меры предосторожности.

Наилучшим и самым безопасным будет использование при работе разделяющего трансформатора с одинаковыми первичной и вторичной обмотками. Имея на выходе те же самые 220В, трансформатор будет обеспечивать надежную гальваническую развязку первичной и вторичной цепей.

Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)

мощность, таблица, характеристики, энергосберегательные лампочки, виды с цоколем, состав экономки

Использование ламп накаливания уже давно является неактуальным. На их замену пришло новое изобретение, которое стало очень популярным даже несмотря на более высокую стоимость. Эти лампы называются энергосберегающими или по-простому “экономки”.

Главной особенностью таких элементов является низкое потребление электрической энергии. Именно это свойство и привело к популяризации их во всех странах мира. В некоторых государствах с приходом “экономок” были введены запреты на использование лампочек накаливания.

Но если конструкция обычной лампочки проста и понятна, то энергосберегающие представляют загадку для многих. Данная статья поможет узнать действительно ли так полезны и экономичны энергосберегающие элементы.

Область применения

Когда появились энергосберегающие лампы, то чаще эксплуатировались в офисных помещениях. С течением времени они стали активно заполнять рынки и магазины электротоваров. Это приводило к тому, что стоимость на “экономки” снижалась и повышалась их доступность для всех категорий населения.

Энергосберегающие лампы отличный способ экономии электричества, которое ежегодно дорожает.

Испытав в действии энергосберегающие лампочки, люди убеждаются в их эффективности и стараются переходить только на такой вид освещения.

В основном такие лампы используются в жилых помещениях. Реже используются в погребах, прихожих и коридорах, а также для освещения территории частного дома в темное время суток.

Распространено использование таких ламп и в сфере ЖКХ. На лестничных клетках, где часто перегорают обычные лампы, очень удобны в использовании “экономки”. Срок эксплуатации позволяет использовать их длительное время. Даже если возникнет дефект в устройстве и лампа перегорит раньше указанного срока, то ее всегда можно заменить по гарантии. С каждым годом все больше квартирных секторов переходит на энергосберегающие виды освещения.

Как правильно выбрать

Производители выпускают “экономки” с различными параметрами и качеством изделия.

Во время выбора энергосберегающей лампы уделите внимание ее размеру, иначе она не поместится в люстру или светильник.

Сначала подберем оптимальную форму:

• спиралевидные;
• U-образные;
• полуспиралевидные.

Освещение и режимы работы у всех видов ламп практически одинаковы, различия только в форме их изготовления и стоимости. Спиралевидная стоит дороже по причине сложности конструкции.

“Экономки” различаются по мощности потребления электроэнергии. Диапазон мощностей колеблется от 3-х до 120 Вт. Стоит на это обратить внимание, ведь от мощности зависит яркость ее свечения. Если необходимо осветить большое помещение, то используются лампы больших мощностей.

Производятся лампочки с разными диаметрами цоколей, которые имеют различное применение. Одни предназначены только для настенных ламп, другие для потолочных люстр и прожекторов.

Рекомендуем Вам более подробно ознакомиться с характеристиками прожектора.

Качество напрямую зависит и от фирмы производителя. Не рекомендуется приобретать китайские лампы по низкой стоимости.

Энергосберегающие лампы, различные по форме и цвету

Срок эксплуатации также играет важную роль при подборе. Если гарантия на лампу составляет 1 год, то “экономка” имеет невысокие показатели качества. Нормальные фирмы-производители дают гарантию на свою продукцию до трех лет.

Направившись в магазин электротоваров за энергосберегающей лампой, важно запомнить следующее:

1. Форма;
2. Тип цоколя;
3. Мощность;
4. Срок службы;
5. Цветовая передача;
6. Фирма изготовитель.

Рекомендуем Вам также более подробно ознакомиться с таблицей мощности энергосберегающей лампы.

Преимущества

Какие же плюсы имеют “экономки”? К ним относятся следующие важные показатели:

1. Высокие свойства световой отдачи. “Экономки” позволяют излучать световой поток во много раз превышающий обычных ламп. Экономичность и заключается в том, что максимальное потребление электроэнергии превращается в световой поток.
2. Длительный срок службы. Лампочки среднего качества могут гореть непрерывно до 15 000 часов.
3. Разнообразие цветовых потоков. У ламп накаливания возможность регулирования цвета свечения отсутствует. “Экономки” бывают трех видов свечения: теплый, холодный и дневной.
4. Незначительные выделения тепловой энергии. Это свойство говорит о том, что потребляемая энергия идет именно на образование светового потока. Слабое нагревание устройства позволяет использовать ее в торшерах из тканей и пластмассы. Обычные лампочки приводят к нагреванию ткани и могут привести к возгоранию.
5. Мягкое и равномерное распределение световых лучей. Свет распространяется по комнате с одинаковым свечением.
6. Малое потребление электроэнергии при высоких показателях освещения. Экономия может составить до 75%, по сравнению со стандартными лампочками накаливания

“Экономки” сохраняют финансовые средства пользователей

Недостатки

Наряду с такими качественными показателями энергосберегающие лампы имеют и свои недостатки. Они заключаются в следующем:

1. Продолжительное время возникновения максимального светового потока при включении лампы. Это время колеблется от 3 секунд и порой до 2 минут. Особенно такое явление часто замечается, когда “экономка” эксплуатируется в холодном помещении.
2. Энергосберегающие лампы выделяют ультрафиолетовые лучи, которые вредны для людей, страдающих заболеваниями кожи. Эксплуатация источника света для таких людей не разрешена на расстоянии ближе 30 см. Чем выше мощность лампы, тем больше ультрафиолета они излучают.
3. Чувствительность к перепадам напряжения. При снижении напряжения сети 220 В на 10% способны самостоятельно выключаться. Не включаются при пониженном напряжении 195 В. Нельзя эксплуатировать лампы в светильниках с регуляторами освещения.
4. Низкая морозостойкость. Включение и эксплуатация энергосберегающей лампы на морозе при минусовой температуре (-15 и ниже) невозможно.
5. Содержание в составе конструкции вредных веществ: ртути и фосфора. Эти вещества не являются опасными во время свечения, но представляют угрозу, если лампа разбивается. После непригодности требуют специальной утилизации.
6. Периодическое появление мерцания. Это не является нормальным явлением и свидетельствует о возможном выходе из строя в ближайшее время.
7. Высокая стоимость. Чтобы перевести весь дом на такой вид освещения, потребуются немалые финансовые затраты.

Не рекомендуется использовать “экономки” в быту свыше 22 Вт, особенно если расстояние между человеком и лампой менее 30 см.

Опасность паров ртути

Ртуть – это химический реагент, являющийся одним из самых опасных для человека. Практически все энергосберегающие лампы имеют в конструкции, а точнее, внутри стеклянной колбы, пары ртути. Их содержание равняется 3-5 мг, что является смертельной дозой для человека. Во время эксплуатации лампы эта ртуть абсолютна безвредна, она не выделяется из нее и никак не влияет на человеческий организм.

Если же лампа разбивается, то опасность отравления человека парами ртути повышается.

Если разбилась энергосберегающая лампа, то стоит немедленно проветрить помещение и утилизировать ее.

Вовремя предпринятые меры не повлекут никаких опасных последствий. Необходимо правильно осуществлять утилизацию. Ведь промышленность выпускает миллионы энергосберегающих ламп в день, а пунктов приема существует очень мало. Люди в связи с этим выбрасывают лампы совместно с бытовыми отходами, что недопустимо и наносит колоссальный ущерб окружающей среде!

Если в населенном пункте нет возможности сдать энергосберегающие лампочки компании-переработчику, то лучше выбрать светодиодные лампы, не содержащие опасных веществ.

Несколько слов о производителях

С момента появления энергосберегающих ламп, количество производителей этого источника света растет с каждым днем. Самыми востребованными (по ценовым показателям) являются изделия, произведенные в КНР. Стоимость качественных элементов на порядок выше китайских, но длительный срок службы и высокие технические параметры окупают расходы.

Среди наиболее популярных и качественных фирм-производителей выделяют следующие:

• OSRAM;
• Philips;
• GE;
• Фотон;
• Maxus.

Эти марки имеют действительно отличные технические показатели. Фирмы производители дают гарантию на свою продукцию до 3-х лет. Базы производства находятся в Германии, Италии и других странах.

Фирмы, выпускающие энергосберегающие лампы среднего качества:

• Космос;
• Навигатор;
• Wolta;
• Nakai.

Производители продукции эконом-класса (уровень качества – удовлетворительный):

• Electrum;
• Volta;
• DeLuxe;
• SunLuxe.

Производители энергосберегающих ламп высокого качества применяют не жидкую ртуть в изготовлении колб, а специальный вид сплава “амальгам”. В этом сплаве ртуть находится в связанном состоянии. Это позволяет ей, при разбитии колбы, не растворяться в воздухе, а оставаться в связанном состоянии.

Основные технические параметры

Энергосберегающие лампы состоят из цоколя, колбы и пускового устройства. Колбы ламп наполняются парами ртути или инертного газа аргона. Белое вещество на стекле колбы является люминофором. Он же используется и в люминесцентных видах ламп.

Принцип работы таких ламп основывается на подаче высокого напряжения в колбу с парами. Напряжение повышается посредством установленного пускового устройства внутри пластиковой оболочки лампы.

Высокое напряжение обуславливает непрерывное движение электронов. Эти электроны сталкиваются с атомами ртути и способствуют появлению ультрафиолетового свечения внутри колбы. Ультрафиолет проходит через люминофор и вызывает свечение, которое воспринимается человеческим зрением.

Устройство энергосберегающей лампочки

Принцип образования видимого света в лампочках энергосберегающего типа

К основным техническим параметрам “экономок” относятся:

• мощность;
• цветовая температура;
• светоотдача;
• виды цоколей.

Мощность

Это важный показатель при выборе энергосберегающей лампы для освещения комнаты. “Экономки”, при потреблении малой мощности, способны выделять световой поток на 80% выше, чем у ламп-накаливания. Лампу накаливания 60 Вт можно заменить энергосберегающей, с мощностью 10 Вт.

Ниже представлена таблица соотношения мощностей ламп накаливания и “экономок” с количеством люмен, которые они производят.

Сравнение мощностей ламп с испускаемым ими световым потоком

Мощность “экономки”, Вт	Мощность лампы накаливания, Вт	Световой поток, Lm
5	25	220
8	40	420
12	60	720
20	100	1360
30	150	1900
45	225	2600
65	325	3590
85	425	4875
105	525	5985
120	600	7125

Из таблицы видно, насколько можно сэкономить на электроэнергии, если пользоваться энергосберегающими элементами.

Цветовая температура

Как упоминалось выше, энергосберегающие лампы могут выделять три разных вида свечения, зависящего от температуры излучения:

1. Теплое излучение имеет температуру свечения 2700 градусов по Кельвину. Теплый свет подходит для помещений, где нет необходимости зрительного напряжения. Лучше всего подойдет для спальни и кухни.
2. Дневной свет – 4200К. Будет отличным решением для освещения детских комнат и гостиных. Это свечение более близко к естественному свету.
3. Холодный – 6400 градусов по Кельвину. Для офисных помещений, где требуется длительное зрительное напряжение, подойдут лампы с излучением холодного света.

Визуализация характеристики “цветовая температура”

Сравнение яркости и цвета светового потока, излучаемого лампами разного типа

Если глаза устают от света, который излучает устройство. Это свидетельство того, что была неверно выбрана цветовая температура лампы для данного помещения.

Светоотдача

Светоотдача – это способность распространения светового потока, измеряемая в люменах Lm, и напрямую зависящая от мощности лампы. Чем мощнее энергосберегающая лампа, тем быстрее и интенсивнее двигаются электроны внутри колбы, взаимодействуя с атомами. Таблица, характеризующая количество светового потока от мощности, представлена выше.

Практически на всех упаковках указывается мощность и световой поток лампы, который она излучает.

Что такое световой поток? Рекомендуем Вам более подробно ознакомиться с данным понятием.

Виды цоколей

Для того чтобы не было необходимости заменять патроны многих светильников и люстр, “экономки” производятся с типами стандартного цоколя Е27. Цифра 27 обозначает диаметр цоколя в мм.

Существует также и маленький цоколь, маркируемый как Е14, предназначенный для маленьких патронов светильников или торшеров.
Производители не забыли и об прожекторных патронах, в которые необходимо вкручивать лампы с цоколем Е40.

Энергосберегающие лампы охарактеризовали себя с положительной стороны и стали очень популярными. Наряду с отрицательными свойствами, они все-таки имеют больше положительных.

Уже после первого месяца эксплуатации будет заметна экономия потребленной электроэнергии. Остается только синхронизировать утилизацию энергосберегающих ламп с производством, и экономия финансов в семье будет гарантирована.

Видео об устройстве энергосберегающих лампочек

Чтобы окончательно развеять сомнения относительно данного типа элементов, смотрите подробный видеоматериал. В нем подробно рассказывается и показывается принцип работы, а также производится «вскрытие» источников света и их подробный анализ.

С уверенностью можно сказать, что эксплуатация качественных энергосберегающих ламп не несет никакого вреда ни здоровью человека, ни окружающей среде, особенно если была правильно проведена утилизация.

Энергосберегающие лампы устройство и принцип действия

Устройство энергосберегающих ламп

Конструкция энергосберегающей лампы похожа на люминесцентные лампы, они также имеют газовую трубку и электронную  пускорегулирующую аппаратуру. Такая же газовая колба с люминофором излучает свет. Внутри трубки по краям впаяны нити накала. Сама люминесцентная трубка наполнена парами ртути и инертным газом, а внутренние стенки покрыты слоями люминофора, излучающий видимый свет.

Устройство энергосберегающей лампы

Газоразрядная трубка скручена в спираль для уменьшения размера и встроена в термостойкий пластиковый корпус, содержащий электронную пускорегулирующую схему с источником питание (электронный балласт). Энергосберегающие лампы выпускаются со стандартными типами цоколя. Самыми распространенными из которых является цоколи типа E27 с диаметром резьбы 27 мм, E14 c резьбой 14 мм и 40мм для мощных ламп с диаметром резьбы 40 мм.

Типы цоколей энергосберегающих ламп

В корпусе лампы экономки установлена круглая электронная печатная плата, трансформатор, транзисторы, диоды, а также предохранитель. Предохранитель может быть заменен на низкоомный резистор в изоляционной трубке, и идущий от цоколя лампы.

Такой низкоомный резистор работает также, как и предохранитель, при превышении тока потребления в аварийных случаях, он перегорает. На плате имеются штыри, к которым прикручены вывода от нитей накала, без пайки.

Принцип действия энергосберегающей лампы

При подаче напряжения на экономку, нити накала нагреваются до 1000°C и создают поток электронов, который сталкиваясь с молекулами инертного газа и парами ртути, разогревает их, пары ртути начинают светиться в ультрафиолете, невидимом для человека.

В свою очередь излучение ультрафиолета вызывает свечение люминофора, но уже в видимым для человека диапазоне. Цвет свечения лампы зависит от типа люминофора.

Электронная плата экономки

Колба лампы содержит опасные пары ртути, поэтому осколки лампы и место ее падения нужно тщательно убрать и утилизировать все остатки лампы. Энергосберегающие лампы могут загораться сразу после включения или разгораться в течении нескольких секунд.

Такой тип включения экономок зависит от электронной схемы. Вариант плавного включения накала предпочтителен, так при постепенном разогреве нити накала, она меньше разрушается и срок эксплуатации лампы увеличивается.

Обычные люминесцентные лампы с дроссельным запуском моргают с частотой 100 Гц. Человеку такое мигание незаметно, потому что зрение имеет инерционность. Однако это мигание света с частотой 100 Гц вызывает усталость глаз, слезоточивость.

Принцип действия энергосберегающей лампы

У лампы экономки на накал подается напряжение с преобразователя, частотой 30 — 100 кГц, что не является вредным для глаз. На нить накала энергосберегающих ламп поступает переменное напряжение, что значительно увеличивает их срок службы.

При постоянном напряжении накала за счет эмиссии происходит истощение оксидного слоя катода и его разрушение. Поэтому выбрано переменное напряжение питания нити накала, когда полярность накала меняется с частотой преобразователя и срок эксплуатации ламп значительно увеличивается.

Тоже интересные статьи

Из деталей энергосберегающих люминесцентных ламп…

Из деталей энергосберегающих люминесцентных ламп…

---

И. НЕЧАЕВ, Москва

---

Радиолюбители часто используют в своих конструкциях детали, бывшие в употреблении. Их выпаивают из прежних конструкций, из отслужившей свой срок традиционной бытовой электронной аппаратуры — радиоприёмников, телевизоров, магнитофонов. В последние годы источниками радиодеталей и целых блоков всё чаще становятся и такие изделия, как не подлежащие ремонту и устаревшие морально компьютеры, вышедшие из строя стиральные машины, другие современные бытовые приборы. В журнале уже рассказывалось об использовании в любительских конструкциях блоков питания компьютера, узлов и деталей их дисководов, манипуляторов «мышь», мобильных телефонов и т. д. Сегодня мы предлагаем вниманию читателей статью о том, что можно сделать из деталей «перегоревших» энергосберегающих люминесцентных ламп. Описанными в ней устройствами арсенал возможных конструкций с применением этих деталей, конечно же, не исчерпывается.

Так называемые энергосберегающие осветительные лампы (люминесцентные и светодиодные) постепенно вытесняют привычные многим поколениям лампы накаливания В настоящее время более доступны и распространены люминесцентные, получившие название КЛЛ (компактные люминесцентные лампы). Принцип их действия основан на поддержании электрического разряда в изогнутой (для уменьшения размеров) стеклянной трубке (собственно люминесцентной лампе), заполненной смесью паров ртути и инертных газов. При этом возникает ультрафиолетовое излучение, преобразуемое люминофором, которым покрыта внутренняя поверхность трубки, в видимый свет. В состав КЛЛ входит специализированный блок питания — так называемый электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА).

Как и любая радиоэлектронная аппаратура, КЛЛ выходят из строя. Причин тому много, но в статье пойдёт речь не о ремонте, а об использовании входящих в них элементов. Если неисправность вызвана выходом из строя самой люминесцентной лампы (из-за разгерметизации или перегорания нити накаливания), то большинство электронных компонентов ЭПРА остаются исправными и радиолюбитель может использовать их в своих конструкциях. Поскольку число таких ламп постоянно растёт, радиодетали, применённые в них, становятся всё более доступными.

Puc.1

Что же содержит электронная «начинка» КЛЛ? На рис. 1 показан один из вариантов схемы ЭПРА для питания лампы мощностью 11…20 Вт. В его состав входят мостовой выпрямитель на диодах VD1—VD4 со сглаживающимконденсатором С1 и автогенератор, выполненный на транзисторах VT1, VT2 и трансформаторе Т1. Выходное напряжение генератора через балластный дроссель L2 индуктивностью несколько миллигенри поступает на люминесцентную лампу EL1. На этапе её запуска ток, протекающий через нити накаливания, разогревает их, что совместно с напряжением между ними приводит к возникновению электрического разряда. Поскольку это напряжение переменное, нити поочерёдно выполняют функции то анода, то катода, частота напряжения — несколько десятков килогерц. Транзисторы автогенератора работают без начального тока коллектора, поэтому для запуска применён RC-генератор, состоящий из резистора R2, конденсатора С2 и симметричного динистора VS1. После запуска этот генератор работу прекращает.

Дроссель L1 совместно с конденсатором С1 образуют фильтр, предотвращающий проникание в сеть помех, возникающих при работе автогенератора. Резистор R1 ограничивает ток зарядки конденсатора С1 и, кроме того, выполняет функцию предохранителя — перегорает при чрезмерном потребляемом токе в различных аварийных ситуациях.

Следует отметить, что некоторые производители, экономя на деталях, часть из них (например, дроссель L1, диоды VD6, VD7, один из конденсаторов С5, С6) не устанавливают. Кроме того, схемы ЭПРА разных производителей могут отличаться от приведённой на рис. 1, например, в некоторых моделях отсутствует RC-генератор на динисторе.

Большинство элементов ЭПРА предназначены для работы при напряжении более 300 В, поэтому их с успехом можно применить в различных радиолюбительских конструкциях, питаемых непосредственно от сети. В первую очередь это относится к диодам, конденсаторам и транзисторам.

Максимальный прямой ток выпрямительных диодов 1 N4007 достигает 1 А, обратный не превышает 30 мкА, максимально допустимое обратное постоянное напряжение — 1000 В.

Ёмкость оксидного конденсатора С1 зависит от мощности лампы, её минимальное значение, как правило, 2,2 или 3,3 мкФ, а номинальное напряжение — 400 В. Номинальное напряжение остальных конденсаторов не выходит за пределы 250…630 В (за исключением С4, у него оно обычно равно 1,2 кВ).

В большинстве ЭПРА применены транзисторы различных фирм с цифровым кодом 1300х в условных обозначениях. Так, например, в КЛЛ мощностью до 11 Вт чаще всего применяют транзисторы 13001, 13002 или 13003 с максимально допустимым напряжением коллектор—эмиттер 400 В. Их предельная рабочая частота — около 4 МГц, коэффициент передачи тока базы — 5…25, максимальный ток коллектора — 0,6…1,5 А, максимальная рассеиваемая коллектором мощность — 1 Вт для транзисторов в корпусе ТО-92 и несколько десятков ватт (с теплоотводом) — в корпусе ТО-126. Следует, однако, учесть, что названные параметры усреднённые, у изделий разных производителей они могут отличаться на 20…30 % и даже более.

Интерес для радиолюбителей представляет неуправляемый симметричный динистор DB3 с фиксированным напряжением включения U_вкл = 32 ±4 В (применяют симисторы и с иным значением этого параметра — DC34, DB4, W348). Температурная зависимость напряжения и_вкл DB3 положительная, около 25 мВ ^сС. Он работоспособен при любой полярности напряжения, а несимметричность U_вкл не превышает ±3 В. Ток включения — 100, а выключения — 10 мкА время переключения — 1,5 мкс. Максимально допустимый импульсный ток — 2 А, рассеиваемая мощность — 150 мВт. Динистор выпускается в корпусах DO-35 (стеклянном цилиндрическом) и DO-41 (пластмассовом)

Самое очевидное применение ди-нистора — в RC-генераторах, как это и сделано в КЛЛ. Если в такой генератор ввести светодиод или акустический излучатель, он превратится в источник световых или звуковых сигналов. Схема генератора световых импульсов показана на рис. 2.а.
Puc.2

Последовательно с динистором VS1 включены токоограничивающий резистор R2 и источник света — светодиод HL1. С включением питания через резистор R1 заряжается конденсатор С1, и когда напряжение на нём достигает примерно 32 В. динистор открывается и светодиод HL1 вспыхивает. При этом конденсатор быстро разряжается и процесс повторяется.

Частота вспышек зависит от напряжения питания (с его повышением она увеличивается, а с понижением — уменьшается), сопротивления резистора R1 и ёмкости конденсатора С1 (здесь зависимость обратная: с увеличением сопротивления и ёмкости частота понижается, а с уменьшением — возрастает). Подборкой этих элементов можно установить желаемую частоту. Яркость вспышек изменяют подборкой резистора R2. Такой генератор можно встроить, например, в сетевой выключатель, подсоединив его параллельно контактам выключателя и установив последовательно с резистором R1 диод VD1 (1N4007), как показано на схеме штриховыми линиями.

Заменив светодиод и резистор R2 звуковым излучателем НА1, например, головным телефоном (или динамической головкой) сопротивлением 30 Ом и более, получим генератор звуковых импульсов (рис. 2,6) Чтобы применить в нём пьезокерамический звукоизлуча-тель, например, ЗП-З, надо параллельно ему подключить дроссель L1 и получившуюся цепь (рис. 2,в) включить вместо звукоизлучателя НА1 (рис. 2,б). Дроссель L1 индуктивностью 1 мГн — от сетевого фильтра КЛЛ (см. рис. 1).

С конденсатором С1 указанной на рис. 2 ёмкости генератор вырабатывает звуковые сигналы, слышимые как щелчки. Если его ёмкость уменьшить, например до 0,022 мкФ. частота колебаний генератора повысится настолько что будет слышен непрерывный звуковой сигнал, высоту тока которого можно изменить подборкой этого конденсатора

На основе рассмотренных генераторов можно построить сигнализаторы, реагирующие на повышение или понижение напряжения, а также фотореле, термореле и другие пороговые устройства

Puc.3

Схема сигнализатора превышения сетевого напряжения показана на рис. 3,а. Его основа — RC-генератор на динисторе VS1. Напряжение сети выпрямляется диодом VD1 и затем сглаживается конденсатором С1. Резистор R1 ограничивает ток зарядки конденсатора С1, а резистор R3, образующий вместе с резистором R2 делитель выпрямленного напряжения, задаёт ток зарядки конденсатора С2. При превышении сетевым напряжением заранее установленного порога раздаётся звуковой сигнал в виде щелчков (чем больше превышение, тем чаще они следуют), в такт с которыми вспыхивает светодиод HL1. Порог срабатывания устанавливают подстроечным резистором R3. Следует отметить, что средний ток через светодиод в данном случае не превышает 1 мА, а импульсный может достигать 150 мА. Это не приводит к разогреву светодиода, но может снизить срок его службы Поэтому ёмкость конденсатора С2 увеличивать не следует, а если громкость необходимо уменьшить, последовательно со светодиодом следует установить резистор сопротивлением 100…510 Ом. Это уменьшит импульсный ток.

Puc.4

Все элементы этого устройства можно разместить на небольшой печатной плате (рис. 4), изготовленной из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 0,5—1 мм. Постоянные резисторы — С2-23, под-строечный — СПЗ-19; конденсатор С2 — оксидный импортный; светодиод — любой, но лучше применить с повышенной яркостью; головной телефон — миниатюрный сопротивлением 30 Ом и более. Остальные детали (VD1, С1, VS1) — от КЛЛ. В качестве корпуса сигнализатора удобно использовать сетевую евровилку (рис. 5).

Смонтированную плату закрепляют в ней (рис. 6) с помощью термоклея, для светодиода в корпусе сверлят отверстие, а головной телефон устанавливают в канале, предназначенном для вывода проводов.

Пьезокерамический звукоизлучатель (ЗП-1 ЗП-З) подключают, как показано на рис. 3,б. Частота следования импульсов и в этом случае — несколько герц, поэтому о превышении напряжения сети устройство сигнализирует щелчками. Но если исключить конденсатор С2, она возрастёт до нескольких сотен или даже тысяч герц — всё зависит от собственной ёмкости пьезоизлучателя (например, у ЗП-З она достигает 0,011 мкФ). Повысить громкость сигнала можно увеличением частоты (приближением её к резонансной частоте излучателя) В этом случае сопротивление резистора R2 следует уменьшить до 150 кОм, a R3 — до 47 кОм.