Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Балласт (значения) .
Современный балласт для питания различных офисных ламп T8.

Электрический балласт является устройством , расположенным последовательно с нагрузкой , чтобы ограничить количество тока в электрической цепи .

Знакомым и широко используемым примером является индуктивный балласт, используемый в люминесцентных лампах для ограничения тока через лампу, который в противном случае поднялся бы до разрушительного уровня из-за отрицательного дифференциального сопротивления вольт-амперной характеристики лампы.

Балласты сильно различаются по сложности. Они могут быть такими простыми, как резистор , катушка индуктивности или конденсатор (или их комбинация), подключенные последовательно с лампой; или такие сложные, как электронные балласты, используемые в компактных люминесцентных лампах (КЛЛ) и газоразрядных лампах высокой интенсивности (HID-лампы).

Текущее ограничение [ править ]

Дроссель балластный (индуктор) , используемый в пожилом освещения. Этот пример взят из солярия. Требуется выключатель стартера (ниже).
Лампа стартер , требуется с некоторыми балластами типа индуктора. Он соединяет два конца лампы, чтобы предварительно нагреть их в течение одной секунды перед зажиганием.

Электрический балласт - это устройство, ограничивающее ток через электрическую нагрузку . Чаще всего они используются, когда напряжение на клеммах нагрузки (например, дугового разряда) падает, когда ток через нагрузку увеличивается. Если бы такое устройство было подключено к источнику питания постоянного напряжения, оно потребляло бы возрастающее количество тока, пока оно не выйдет из строя или не вызовет сбой источника питания. Чтобы предотвратить это, балласт обеспечивает положительное сопротивление или реактивное сопротивление , ограничивающее ток. Балласт обеспечивает правильную работу устройства отрицательного сопротивления за счет ограничения тока.

Балласты также можно использовать просто для ограничения тока в обычной цепи с положительным сопротивлением. До появления твердотельного зажигания автомобильные системы зажигания обычно включали в себя балластный резистор для регулирования напряжения, подаваемого на систему зажигания.

Последовательные резисторы используются в качестве балластов для управления током через светодиоды.

Резисторы [ править ]

Постоянные резисторы [ править ]

Для простых маломощных нагрузок, таких как неоновая лампа или светодиодная лампа , обычно используется постоянный резистор. Поскольку сопротивление балластного резистора велико, оно определяет ток в цепи, даже несмотря на отрицательное сопротивление, создаваемое неоновой лампой.

Балласт был также компонентом, используемым в ранних моделях автомобильных двигателей, который понижал напряжение питания системы зажигания после запуска двигателя. Запуск двигателя требует значительного количества электрического тока от аккумулятора , что приводит к столь же значительному падению напряжения. Чтобы двигатель мог запуститься, система зажигания была разработана для работы на этом более низком напряжении. Но как только автомобиль был запущен и стартер отключился, нормальное рабочее напряжение было слишком высоким для системы зажигания. Чтобы избежать этой проблемы, балластный резистор был включен последовательно с системой зажигания, что привело к двум различным рабочим напряжениям для систем запуска и зажигания.

Иногда этот балластный резистор выходил из строя, и классическим признаком этой неисправности было то, что двигатель работал при проворачивании (в то время как резистор был обойден), но останавливался сразу после прекращения запуска (и резистор был повторно подключен в цепи через переключатель зажигания). Современные электронные системы зажигания (используемые с 1980-х или конца 1970-х годов) не требуют балластного резистора, поскольку они достаточно гибкие, чтобы работать при более низком пусковом напряжении или нормальном рабочем напряжении.

Еще одно распространенное применение балластного резистора в автомобильной промышленности - регулировка скорости вентилятора. Балласт представляет собой фиксированный резистор с обычно двумя центральными отводами, а переключатель скорости вентилятора используется для обхода частей балласта: все они для полной скорости и ни одного для настройки низкой скорости. Очень распространенная неисправность возникает, когда вентилятор постоянно работает на скорости, близкой к полной (обычно 3 из 4). Это приведет к тому, что очень короткий кусок резисторной катушки будет работать с относительно большим током (до 10 А), что в конечном итоге приведет к его сгоранию. Это приведет к тому, что вентилятор не сможет работать на пониженных настройках скорости.

В некотором бытовом электронном оборудовании, особенно в телевизорах в эпоху ламп (электронных ламп ), а также в некоторых недорогих проигрывателях, ламповые нагреватели были подключены последовательно. Поскольку падение напряжения на всех последовательно включенных нагревателях обычно было меньше полного напряжения сети, необходимо было предусмотреть балласт, чтобы сбросить избыточное напряжение. Для этой цели часто использовался резистор, поскольку он был дешевым и работал как с переменным током (AC), так и с постоянным током (DC).

Саморегулирующиеся резисторы [ править ]

Некоторые балластные резисторы имеют свойство увеличивать сопротивление при увеличении тока через них и уменьшать сопротивление при уменьшении тока. Физически некоторые такие устройства часто похожи на лампы накаливания . Как и вольфрамовая нить обычной лампы накаливания, при увеличении тока балластный резистор нагревается, увеличивается его сопротивление и увеличивается падение напряжения. Если ток уменьшается, балластный резистор становится холоднее, его сопротивление падает, и падение напряженияуменьшается. Следовательно, балластный резистор снижает колебания тока, несмотря на колебания приложенного напряжения или изменения в остальной части электрической цепи. Эти устройства иногда называют « барреттерами », и они использовались в серийных нагревательных цепях 1930–1960-х годов для радиоприемников переменного / постоянного тока и домашних телевизионных приемников. [ необходима цитата ]

Это свойство может привести к более точному регулированию тока, чем простой выбор подходящего постоянного резистора. Потери мощности в резистивном балласте также снижаются, поскольку в балласте падает меньшая часть общей мощности по сравнению с тем, что может потребоваться с фиксированным резистором.

Ранее [ когда? ] , в сушилках для белья в домашних условиях бактерицидная лампа иногда включалась последовательно с обычной лампой накаливания; лампа накаливания служила балластом для бактерицидной лампы. В 60-х годах прошлого века в странах с напряжением 220–240 В в домашних условиях обычно использовалась лампа круглого сечения, балластированная лампой накаливания, работающей на недогрузке. Ртутные лампы со встроенным балластом включают в себя обычные вольфрамовые нити в общей оболочке лампы, которые действуют как балласт, и дополняют отсутствующую в других случаях красную область производимого светового спектра.

Реактивные балласты [ править ]

Люминесцентная лампа , устройство с отрицательным дифференциальным сопротивлением. [1] [2] Во время работы увеличение тока через люминесцентную лампу вызывает падение напряжения на ней. Если бы трубка была подключена непосредственно к линии электропередачи, падающее напряжение трубки привело бы к протеканию все большего и большего тока, пока она не разрушилась бы сама. [1] [3] Для предотвращения этого люминесцентные лампы подключаются к линии электропередачи через балласт . Балласт добавляет к цепи положительный импеданс (сопротивление переменному току), чтобы противодействовать отрицательному сопротивлению трубки, ограничивая ток. [1]
Несколько магнитных балластов для люминесцентных ламп . Сверху - серийный балласт с высоким коэффициентом мощности для быстрого пуска для двух ламп мощностью 30–40 Вт. Средний балласт представляет собой пускорегулирующий аппарат с низким коэффициентом мощности для одиночной лампы мощностью 30–40 Вт, а нижний балласт - это простой индуктор, используемый с лампой предварительного нагрева мощностью 15 Вт.
Балласт магнитного знака в алюминиевой рамке знака. Балласты Sign более тяжелые, чем другие балласты, потому что более низкие температуры наружного воздуха увеличивают энергию, необходимую для запуска люминесцентной лампы. Их размер зависит от общей длины используемой трубки.

Из-за потери мощности резисторы не используются в качестве балластов для ламп мощностью более двух ватт. Вместо этого используется реактивное сопротивление . Потери в балласте из-за его сопротивления и потерь в его магнитопроводе могут быть значительными, порядка 5-25% входной электрической мощности лампы. Практические расчеты проекта освещения должны учитывать потери балласта при оценке эксплуатационных расходов осветительной установки.

Катушка индуктивности очень распространены в линии частоты балластов для обеспечения надлежащего запуска и эксплуатации электрического состояния для питания люминесцентной лампы, неоновые лампы или HID лампы. (Из-за использования индуктора такие балласты обычно называют магнитными балластами .) Катушка индуктивности имеет два преимущества:

  1. Его реактивное сопротивление ограничивает мощность, доступную лампе, с минимальными потерями мощности в индукторе.
  2. Всплеск напряжения производится , когда ток через катушку индуктивности прерывается быстро используется в некоторых схемах для первого удара дуги в лампе.

Недостатком индуктора является то, что ток смещен по фазе с напряжением, что приводит к низкому коэффициенту мощности . В более дорогих балластах конденсатор часто соединяется с катушкой индуктивности для корректировки коэффициента мощности. В балластах, которые управляют двумя или более лампами, балласты линейной частоты обычно используют разные фазовые соотношения между несколькими лампами. Это не только уменьшает мерцание отдельных ламп, но и помогает поддерживать высокий коэффициент мощности. Эти балласты часто называют балластами с опережением и запаздыванием, потому что ток в одной лампе опережает фазу сети, а ток в другой лампе отстает от фазы сети.

В большинстве балластов 220–240 В конденсатор не встроен в балласт, как в балластах Северной Америки, а подключен параллельно или последовательно к балласту.

В Европе и на большинстве территорий 220–240 В сетевого напряжения достаточно для запуска ламп мощностью более 20 Вт с последовательным индуктором. Однако в Северной Америке и Японии сетевого напряжения (120 В или 100 В соответственно) может быть недостаточно для запуска ламп мощностью более 20 Вт с последовательным индуктором, поэтому обмотка автотрансформатора включена в балласт для повышения напряжения. Автотрансформатор спроектирован с достаточной индуктивностью рассеяния ( индуктивностью короткого замыкания ), чтобы ток был соответствующим образом ограничен.

Из-за больших размеров катушек индуктивности и конденсаторов, которые необходимо использовать, реактивные балласты, работающие на частоте сети, имеют тенденцию быть большими и тяжелыми. Обычно они также производят акустический шум ( гул линейной частоты ).

До 1980 года в Соединенных Штатах масла на основе полихлорированных дифенилов (ПХБ) использовались в качестве изоляционного масла во многих балластах, чтобы обеспечить охлаждение и электрическую изоляцию (см. Трансформаторное масло ).

Электронные балласты[ редактировать ]

Смотрите также: Люминесцентные лампы § Электронные балласты

В электронном балласте используется твердотельная электронная схема, обеспечивающая надлежащие электрические условия запуска и работы для питания газоразрядных ламп. Электронный балласт может быть меньше и легче магнитного балласта аналогичного номинала. Электронный балласт обычно тише магнитного, который из-за вибрации пластин трансформатора создает гудение линейной частоты. [4]

Электронные балласты часто основаны на топологии импульсного источника питания (SMPS), сначала выпрямляя входную мощность, а затем прерывая ее с высокой частотой. Усовершенствованные электронные балласты позволяют регулировать яркость с помощью широтно-импульсной модуляции или путем изменения частоты на более высокое значение. Балласты с микроконтроллером (цифровые балласты) могут обеспечивать дистанционное управление и мониторинг через такие сети, как LonWorks , Digital Addressable Lighting Interface (DALI), DMX512 , Digital Serial Interface (DSI) или простое аналоговое управление с использованием сигнала управления яркостью 0-10 В постоянного тока. . Системы с дистанционным управлением уровнем освещенности черезбыли представлены беспроводные ячеистые сети . [5]

Электронный балласт компактной люминесцентной лампы

Электронные балласты , как правило , подавать питание к лампе на частоте 20000 Гц и выше, а не частоты сети от 50 - 60 Гц ; это существенно устраняет стробоскопический эффект мерцания, являющийся продуктом линейной частоты, связанной с флуоресцентным освещением (см. светочувствительная эпилепсия). Высокая выходная частота электронного балласта настолько быстро обновляет люминофор люминесцентной лампы, что отсутствует заметное мерцание. Индекс мерцания, используемый для измерения воспринимаемой модуляции света, имеет диапазон от 0,00 до 1,00, где 0 указывает на самую низкую вероятность мерцания, а 1 - на самую высокую. Лампы, работающие на магнитных балластах, имеют индекс мерцания 0,04–0,07, в то время как цифровые балласты имеют индекс мерцания менее 0,01. [6]

Поскольку больше газа остается ионизированным в потоке дуги, лампа работает примерно на 9% более высокой эффективности выше примерно 10 кГц. Эффективность лампы резко возрастает примерно на 10 кГц и продолжает улучшаться примерно до 20 кГц. [7] Установка электронного балласта на существующие уличные фонари была испытана в некоторых провинциях Канады примерно в 2012 году; [8] с тех пор светодиодная модернизация стала более распространенной.

Благодаря более высокому КПД самого балласта и более высокому КПД лампы на более высокой частоте, электронные балласты обеспечивают более высокий КПД системы для ламп низкого давления, таких как люминесцентные лампы. Для ламп HID нет улучшения эффективности лампы при использовании более высокой частоты, но для этих ламп балластные потери ниже на более высоких частотах, а также меньше амортизация света, что означает, что лампа излучает больше света в течение всего срока службы. [ необходима цитата ] Некоторые типы HID-ламп, такие как металлогалогенные лампы с керамическим разрядом, имеют пониженную надежность при работе на высоких частотах в диапазоне 20 - 200 кГц ; для этих ламп чаще всего используется привод низкочастотного тока прямоугольной формы с частотой в диапазоне100 - 400 Гц , с тем же преимуществом более низкой амортизации. [ необходима цитата ]

Применение электронных балластов в HID освещении становится все более популярным [ цитата ] . Большинство электронных балластов нового поколения могут работать как с натриевыми лампами высокого давления (HPS), так и с металлогалогенными лампами , что снижает затраты руководителей зданий, использующих оба типа ламп. ПРА сначала работает как стартер дуги, подавая импульс высокого напряжения, а позже он работает как ограничитель / регулятор электрического потока внутри цепи. Электронные балласты также намного холоднее и легче своих магнитных аналогов. [6]

Балласты люминесцентных ламп [ править ]

Основная статья: Люминесцентная лампа

Предварительный нагрев [ править ]

В этом методе используется комбинированная нить накала - катод на каждом конце лампы в сочетании с механическим или автоматическим (биметаллическим или электронным) переключателем, который первоначально соединяет нити последовательно с балластом для их предварительного нагрева. Когда нити отсоединены, индукционный импульс от балласта запускает лампу. Эта система описывается как «Предварительный нагрев» в Северной Америке и «Switch Start» в Великобритании и не имеет специального описания в остальном мире. Эта система распространена в странах с напряжением 200–240 В (и для ламп на 100–120 В до 30 Вт).

Хотя индуктивный импульс повышает вероятность того, что лампа загорится при размыкании переключателя стартера, на самом деле в этом нет необходимости. Балласт в таких системах в равной степени может быть резистором. В ряде люминесцентных ламп в конце 1950-х - 1960-х годах в качестве балласта использовалась лампа накаливания. Были изготовлены специальные лампы на 170 вольт и 120 ватт. Лампа имела термостартер, встроенный в 4-контактный цоколь. Требования к мощности были намного выше, чем при использовании индуктивного балласта (хотя потребляемый ток был таким же), но пользователи часто предпочитали более теплый свет от балласта лампового типа, особенно в домашних условиях.

Резистивные балласты были единственным типом, который можно было использовать, когда единственным источником питания люминесцентной лампы был постоянный ток. В такой арматуре использовался пускатель теплового типа (в основном потому, что они вышли из употребления задолго до изобретения стартера накаливания ), но можно было включить в цепь дроссель, единственной целью которого было обеспечение импульса при размыкании стартера переключатель для улучшения запуска. Арматура постоянного тока была усложнена необходимостью менять полярность подачи питания на лампу каждый раз, когда она включалась. Невыполнение этого требования значительно сократило срок службы лампы.

Мгновенный запуск [ править ]

Мгновенный пусковой балласт не нагревает электроды, а использует относительно высокое напряжение (~ 600 В) для зажигания разрядной дуги. Это наиболее энергоэффективный тип, но он дает наименьшее количество циклов включения лампы, поскольку материал выдувается с поверхности холодных электродов при каждом включении лампы. ПРА с мгновенным запуском лучше всего подходят для приложений с длительными рабочими циклами, когда лампы не часто включаются и выключаются. Хотя они в основном использовались в странах с питанием от сети 100–120 В (для ламп мощностью 40 Вт и выше), на короткое время они были популярны в других странах, потому что лампа запускалась без мерцания переключателя пусковых систем. Популярность была недолгой из-за короткого срока службы лампы.

Быстрый старт [ править ]

Балласт для быстрого запуска подает напряжение и одновременно нагревает катоды. Это обеспечивает более длительный срок службы лампы и более длительный срок службы, но потребляет немного больше энергии, поскольку электроды на каждом конце лампы продолжают потреблять мощность нагрева во время работы лампы. Опять же, хотя он и популярен в странах с напряжением 100–120 вольт для ламп мощностью 40 Вт и выше, быстрый запуск иногда используется в других странах, особенно там, где мерцание пусковых систем переключателя нежелательно.

Диммируемый балласт [ править ]

Балласт с регулируемой яркостью очень похож на балласт для быстрого запуска, но обычно в него встроен конденсатор, обеспечивающий коэффициент мощности, близкий к единице, чем стандартный балласт для быстрого запуска. Quadrac типа света диммер может быть использован с затемнением балластом, который поддерживает нагревательный ток, позволяя ток лампы необходимо контролировать. Для надежного срабатывания квадрака при слабом освещении необходимо параллельно с люминесцентной лампой подключить резистор примерно 10 кОм.

Запрограммированный запуск [ править ]

Используется в электронных люминесцентных балластах высокого класса. Этот балласт сначала подает питание на нити, он позволяет катодам предварительно нагреться, а затем подает напряжение на лампы для зажигания дуги. Срок службы лампы обычно составляет до 100 000 циклов включения / выключения при использовании запрограммированных пусковых балластов. После запуска напряжение нити накала снижается для повышения эффективности работы.

[9] Этот балласт обеспечивает максимальный срок службы и в большинстве случаев запускается с ламп, поэтому он предпочтителен для приложений с очень частыми циклами включения питания, таких как зрительные кабинеты и туалеты с переключателем детектора движения.

Чрезвычайная ситуация [ править ]

Электронный балласт со встроенной батареей предназначен для аварийного освещения выхода в случае отключения электроэнергии (обычно менее 2 часов). Их можно использовать в качестве альтернативы выходному освещению с питанием от резервного электрического генератора. Однако аварийные балласты требуют регулярных проверок и имеют срок службы 10–12 лет.

Гибрид [ править ]

Гибридный балласт имеет трансформатор с магнитным сердечником и катушкой и электронный переключатель для цепи нагрева электродов . Подобно магнитному балласту, гибридный блок работает на сетевой частоте - например, 50 Гц в Европе. Эти типы балластов, которые также называются балластами с разъединением катода , отключают цепь нагрева электродов после запуска ламп.

Балластный коэффициент ANSI [ править ]

Для осветительного балласта балластный коэффициент ANSI используется в Северной Америке для сравнения светоотдачи (в люменах) лампы, работающей на балласте, с лампой, работающей на эталонном балласте ANSI. Эталонный балласт работает с лампой при номинальной мощности, указанной в стандарте ANSI. [10] [11] При проектировании освещения необходимо учитывать балластный фактор практических балластов ; низкий балластный коэффициент может сэкономить энергию, но будет производить меньше света. Для люминесцентных ламп балластный коэффициент может отличаться от эталонного значения 1,0. [12]

Балластный триод [ править ]

Первые цветные телевизоры на основе ламп использовали балластный триод , такой как PD500, в качестве параллельного шунтирующего стабилизатора напряжения ускорения электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), чтобы поддерживать постоянный коэффициент отклонения ЭЛТ.

См. Также [ править ]

  • Железо-водородный резистор
  • Натриевая лампа

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Синклер, Ян Робертсон (2001). Датчики и преобразователи, 3-е изд . Newnes. С. 69–70. ISBN 978-0750649322.
  2. ^ Kularatna, Нихал (1998). Справочник по проектированию силовой электроники . Newnes. С. 232–233. ISBN 978-0750670739.
  3. ^ Aluf, Офер (2012). Цепи оптоизоляции: приложения нелинейности в технике . World Scientific. С. 8–11. Bibcode : 2012ocna.book ..... . ISBN 978-9814317009. В этом источнике используется термин «абсолютное отрицательное дифференциальное сопротивление» для обозначения активного сопротивления.
  4. ^ «Понимание шума трансформатора» (PDF) . Federalpacific.com . Federal Pacific. Архивировано из оригинального (PDF) 15 марта 2015 года . Проверено 8 августа 2015 года .
  5. ^ "Таблица диммеров infiNET" (PDF) . Crestron Electronics, Inc. 9 марта 2005 . Проверено 22 июля 2013 года .
  6. ^ a b Specifier Reports: Electronic Ballasts p.18 , National Lighting Product Information Program, Volume 8 Number 1, May 2000. Проверено 13 мая 2013 г.
  7. ^ Справочник по освещению IES 1984
  8. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2013-07-29 . Проверено 23 июня 2012 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  9. ^ "Каковы методы запуска люминесцентного балласта?" . Bulbsdepot.com. 2014-02-14 . Проверено 11 марта 2014 .
  10. ^ IEEE Std. 100 «Словарь терминов стандартов IEEE, Стандарт 100», ISBN 0-7381-2601-2 , стр. 83 
  11. ^ Стандарт ANSI C82.13-2002 «Определения для балластов люминесцентных ламп», стр. 1
  12. ^ «Балластный фактор» . Национальная лаборатория Лоуренса Беркли. Архивировано из оригинального 19 марта 2013 года . Проверено 12 апреля 2013 года .

Внешние ссылки [ править ]