Энергосберегающая лампа схема электрическая принципиальная: Схема энергосберегающей лампы – СамЭлектрик.ру

Содержание

Схема энергосберегающей лампы на 220В разной мощности: устройство и особенности

На чтение 6 мин Просмотров 251 Опубликовано Обновлено

Любая схема энергосберегающей лампы на 220 В представляет собой совокупность электронных компонентов, каждый из которых выполняет свою, вполне конкретную функцию. Небольшие отклонения от базовой конструкции не оказывают принципиального влияния на ее общие характеристики. В основном эти различия проявляются в разнообразии типов цоколей, а также в потребляемой изделием мощности.

Виды энергосберегающих ламп

Различные формы колб и цоколей энергосберегающих ламп

Известные образцы энергосберегающих лампочек, к которым традиционно относят светодиодные, галогенные и люминесцентные модели, классифицируются по следующим признакам:

  • вид цоколя;
  • характерная для каждой модели температура свечения;
  • потребляемая мощность;
  • форма колбы.

По виду цоколя, используемого для фиксации лампочек в осветительном приборе, большинство из них делятся на резьбовые и штырьковые изделия.

Назначение цоколей ламп

Наиболее часто в быту встречаются резьбовые цоколи, которые вкручиваются в стандартные патроны различного диаметра (как для ламп накаливания).

При описании изделия этот элемент обозначается буквой «E» со следующим за ней числом, соответствующим диаметру в миллиметрах. Стандартный размер большинства выпускаемых ламп – E27, а изделия с диаметром E14 устанавливаются в светильники или бра.

Резьбовые цоколи чаще всего используются в лампах, предназначенных для уличного освещения (в ДРЛ и натриевых). Изделия штырькового типа подходят только для светильников особой конструкции и повышенной мощности. Они имеют разные модификации, отличающиеся количеством штырей (два или четыре), а их разъемы маркируются буквой «G» с соответствующим численным значком.

Типы освещенности в зависимости от цветовой температуры света

В зависимости от температуры свечения, измеряемой по Кельвину, каждый образец энергосберегающей лампы излучает свет «своего» оттенка.

  • Теплый свет с показателем 2700 К, внешне напоминающий желтый оттенок. Он очень похож на свечение обычных ламп накаливания.
  • Естественный белый с температурой 4200 К. Это так называемые «лампы дневного света», имеющие нейтральный колер.
  • «Холодное» свечение, как оттенок белого с температурным значением 6400 К.

Холодный свет близок к синему спектру и напоминает слегка голубоватый цвет. Лампочки с таким свечением чаще всего применяются в производственных помещениях и рассчитываются на мощность от 65 Ватт и более.

Энергосберегающие изделия различаются по форме колбы: спиралевидные, дугообразные и трубчатые.

Принципы работы

Принцип работы энергосберегающих излучателей рассмотрим на примере КЛЛ – компактного люминесцентного осветителя, пользующегося большим спросом у населения. Этот тип осветительных приборов состоит из полой стеклянной колбы, внутреннее пространство которой заполнено ртутными парами. При подаче высокого напряжения на контакты между его электродами формируется дуговой разряд, приводящий к образованию ультрафиолетового излучения, невидимого для человеческого глаза.

Для его превращения в видимый свет внутренние стенки колбы покрываются люминофором, позволяющим получать яркое свечение.

При его сравнении с тем же показателем для ламп накаливания схожей мощности световая отдача в этом случае заметно выше. Недостаток таких изделий – невозможность прямого включения в цепь питания 220 Вольт. Как следствие – обязательность применения специального преобразующего устройства, называемого электронным балластом.

Устройство ЛЛ

Устройство лампы

Под внешними конструктивными элементами располагается электронная схема лампы – она обозначается как ЭПРА или пускорегулирующий аппарат. Этот узел в полном составе имеется далеко не в каждой модели «экономки». Там же где пусковой регулятор установлен в классической комплектации, схема эконом лампы состоит из следующих основных модулей и деталей:

  • пусковой конденсатор, обеспечивающий получение мощного импульса, необходимого для запуска схемы;
  • сетевой фильтр, позволяющий снизить уровень радиочастотных помех до приемлемого уровня – избавиться от эффекта мерцания;
  • емкостный фильтр, сглаживающий пульсации токовой составляющей;
  • ограничивающий ток дроссель, необходимый для защиты от перегрузок;
  • биполярные транзисторы и драйвер.

Схема лампочки содержит в своем составе предохранитель, защищающий ее от выхода из строя при резких скачках напряжения, и ряд дополнительных элементов.

Составляющие схемы балласта и особенности его работы

Электронный балласт энергосберегающей лампы фирмы DELUX

В состав электронного балласта входят формирователь, транзисторный ключ, а также выходной трансформатор с элементами резонансного запуска. Порядок работы этого блока:

  1. Формируемый в задающем модуле импульс тока поступает на базу транзистора и приводит к его открытию.
  2. Сразу же вслед за этим происходит заряд конденсатора, скорость которого определяется дополнительными элементами схемы.
  3. С выхода транзисторного ключа импульсы поступают на малогабаритный трансформатор.
  4. С его вторичной обмотки через резонансный контур с конденсатором пониженное импульсное напряжение подается на контакты лампы.
Принципиальная схема электронного балласта для ЛЛ

Формируемое в трубке свечение характеризуется присущей только ей резонансной частотой, зависящей от емкости подключаемого в параллель конденсатора. В начальный момент при зажигании величина импульсов достигает до 600 Вольт, что вынуждает применять специальные меры защиты от перенапряжений. Сделать это удается за счет применения в схеме шунтирующего конденсатора, позволяющего сразу же после пробоя «срывать» резонанс и переводить лампу в рабочее состояние с постоянным свечением. Его прерывание возможно только после срабатывания выключателя, установленного в самом осветительном приборе.

Порядок восстановления и необходимость в ремонте

Паз между верхней и нижней частью корпуса

При возникновении неисправностей в энергосберегающей лампочке следует разобрать ее на составные части. Для этого придется проделать следующие операции:

  1. Отсоединить две сборные половинки, а затем снять колбу.
  2. Посредством омметра, заряженного свежей батарейкой, «прозвонить» обе спирали накала на предмет отсутствия в них обрыва.

    Штыри, к которым прикручены провода

  3. При его обнаружении можно попытаться использовать хотя бы одну из них.
  4. Для этого необходимо перемкнуть сгоревшую ветвь посредством резистора номиналом 22 Ома и мощностью порядка 1-2 Ватта.

При проведении этой операции потребуется демонтировать шунтирующий спираль диод, если он есть в схеме.

Все эти действия справедливы для схем энергосберегающих ламп на 20 Вт, не более.

При перегорании спиралей в осветительных изделиях мощностью свыше 30 Ватт с большой вероятностью выйдет из строя ключевой транзистор. Для восстановления работоспособности схемы следует заменить их новыми деталями. В единичном случае ремонт изделия, стоящего копейки, не имеет смысла – гораздо проще купить новый балласт.

Опасность ЛЛ и рекомендации по использованию

Наличие ультрафиолетового компонента в излучении энергосберегающей лампы опасно для здоровья человека. Это отрицательно сказывается на состоянии большинства жизненно важных органов:

  • воздействие УФ излучения вредно для кожи и приводит к ее раннему старению;
  • возможны такие нарушения, как аллергия, экзема и псориаз;
  • нередко ультрафиолет вызывает приступы эпилепсии, мигрени, а также ухудшает общее состояние организма.

Сила опасного излучения зависит от места установки ЛЛ и расстояния до облучаемого объекта. В связи с этим их не рекомендуется использовать в светильниках, устанавливаемых на стол или навешиваемых на стены. Это тем более важно, если принимать во внимание опасность воздействия излучения на зрение человека.

Образцом практически безопасного излучателя является лампа ЛБО О8М 36 Н с электрической схемой которой можно ознакомиться в любом справочнике. При своевременном принятии защитных мер организационного характера эксплуатация энергосберегающих излучателей, как правило, не вызывает особых затруднений.

Схема энергосберегающей лампы и ее устройство

Выбор освещения для бытовых условий, зачастую сосредоточен на ртутных лампах за счет имеющихся преимуществ и экономных качеств. Нередко возникает необходимость ремонта, поэтому схема энергосберегающей лампы будет полезной для нахождения причины неисправности и последующего ее устранения.

Все люминесцентные лампы состоят из трех важных элементов: колбы, цоколя и электронного блока. Поэтому важно знать, какой из механизмов вышел из строя, чтобы правильно провести процедуру ремонта.

Расшифровка схемы устройства ртутной лампы или принцип работы

Поступающее напряжение от источника переходит на установленный фильтр, вследствие чего происходит подключение к диагонали мостовой платы. Следующая диагональ подсоединена к элементу, который состоит из фильтра-транзистора и токового стабилизатора. Элемент подключен к сетевой нагрузке (энергосберегающей лампе), которая включается параллельно с помощью конденсатора.

Важно! При поступлении электроэнергии на диодный мост переменное напряжение переходит в постоянное. Следовательно, образуется опасное напряжение 310 Вольт.

В механизме «экономки» содержится трансформатор, обеспечивающий обратную связь для совершения генерации. Каждая из ртутных лампочек имеет одинаковую схему и аналогичный принцип работы.

За счет поступления напряжения, трубки лампы загораются на частоте резонанса, который определяется конденсатором. В подобной ситуации напряжение в механизме лампочки достигает пиковой величины порядка 600 В.

При запуске люминесцентного светильника напряжение поднимается выше допустимого значения в 3 раза, следовательно, при нарушенной целостности колбы, транзистор подвергается риску повреждения. С момента ионизации газа в трубках прибора, происходит спад напряжения, поддерживающий свечение лампочки.

Схема ртутной лампы

Важно!

Если нарушена принципиальная схема энергосберегающей лампы, — ее срочно нужно отремонтировать.

Рабочий состав энергосберегающей лампы

Своевременная замена всех источников света на энергосберегающие позволит сохранить расходы электричества в быту и производственной сфере до 5 раз. В чем же особенность работы подобных устройств и за счет чего они позволяют тратить электроэнергии меньше, будучи одинаковыми по яркости и столь долговечными. Для начала рассмотрим, что включено в рабочую схему люминесцентных ламп:

  • цоколь —это устройство, предназначенное для подсоединения лампочки к электросети. Для бытовых условий обычно предоставляется варианты виде Е-14 и Е-27. В промышленном хозяйстве пользуются лампами с цоколем Е-40;
  • энергетический блок предназначен для осуществления свечения прибора. Его механизм схож с тем, что установлен в приборах дневного освещения. Благодаря установленной электронике;
  • рабочая схема оснащена специальными элементами, позволяющими экономить до 80% электроэнергии поступающей к лампочке.

Внутренняя часть лампы полностью заполнена неблагоприятными веществами: ртутью и аргоном. При повреждении колбы есть риск отравления человека вредными парами.

Устройство ртутной лампы

Внимание! Работать с энергосберегающими лампами нужно аккуратно, чтобы избежать отравления инертным газом и ртутным веществом.

Распространенные неисправности ламп на схеме

Как и все источники освещения, ртутные и люминесцентные лампы аналогично приходят в негодность спустя несколько сотен часов эксплуатации. В этой главе рассмотрим наиболее распространённые поломки, случающиеся с подобного типа приспособлениями.

  1. Вздутие конденсатора. Выход из строя данного элемента происходит из-за воздействия повышенного напряжения или коротких замыканий в сети, в которой не установлен защитный элемент (автомат или УЗО).
  2. Пробой конденсатора. Причиной такого последствия также является повышенное напряжение. В таких случаях ртутная лампа будет светить в местах где проходит вольфрамовая нить.
  3. Частичное нарушение герметизации стеклянной колбы. Это может произойти спустя длительный срок с момента эксплуатации. Проявляется подобная неисправность плохим силовым потоком.
  4. Перегорание вольфрамовых нитей, причем как одной, так и обеих. Признаком этого выступает полный отказ от работы приспособления. Однако, эта причина элементарно устраняется при имении соответствующего навыка.
  5. Неисправности динистора. Обнаружить такое повреждение можно при исключении поломки других деталей.

    Видимое повреждение люминесцентной кварцевой лампы

Внимание! Устранить неисправность энергосберегающей лампы можно при помощи инструкции по этой ссылке.

Условия использования ртутных ламп: полезные советы

Структура ртутной лампочки довольно хрупкая, поэтому обращение с ней должно быть предельно аккуратным. Ни в коем случае при установке прибора в светильник не прикасайтесь к колбе руками. Лучше воспользоваться мягкой тканью или перчатками.

Лишний раз воздержитесь от включений. Эти приборы рассчитаны на определенное количество запуска, поэтому лучше не рисковать и не сокращать сроки ее работы. Если все-таки нельзя избежать регулярных запусков света, лучше пользоваться устройствами с плавной системой старта.

В специализированных точках устанавливают минимальный срок гарантии до 6 месяцев, однако некачественный продукт гораздо быстрее выйдет из строя. Плафоны светильников должны хорошо пропускать свет, иначе вы не добьётесь нужного освещения в помещении даже при использовании самой яркой люминесцентной лампы.

Обязательно учитывайте стоимость электронного изделия, если вы приобретаете его в целях экономии электроэнергии. Так как дешевые варианты не всегда соответствуют стандартам, которым должна отвечать настоящая «экономка».

Вас могут заинтересовать:

Ремонт светодиодных LED ламп, электрические схемы

Светодиодные лампы, благодаря малому энергопотреблению, теоретической долговечности и снижению цены стремительно вытесняют лампы накаливания и энергосберегающие. Но, несмотря на заявленный ресурс работы до 25 лет, зачастую перегорают, даже не отслужив гарантийный срок.

В отличие от ламп накаливания, 90% перегоревших светодиодных ламп можно успешно отремонтировать своими руками, даже не имея специальной подготовки. Представленные примеры помогут Вам отремонтировать отказавшие светодиодные лампы.

Устройство светодиодной лампы

Прежде, чем браться за ремонт светодиодной лампы нужно представлять ее устройство. Вне зависимости от внешнего вида и типа применяемых светодиодов, все светодиодные лампы, в том числе и филаментные лампочки, устроены одинаково. Если удалить стенки корпуса лампы, то внутри можно увидеть драйвер, который представляет собой печатную плату с установленными на ней радиоэлементами.

Любая светодиодная лампа устроена и работает следующим образом. Питающее напряжение с контактов электрического патрона подается на выводы цоколя. К нему припаяны два провода, через которые напряжение подается на вход драйвера. С драйвера питающее напряжение постоянного тока подается на плату, на которой распаяны светодиоды.

Драйвер представляет собой электронный блок – генератор тока, который преобразует напряжение питающей сети в ток, необходимый для свечения светодиодов.

Иногда для рассеивания света или защиты от прикосновения человека к незащищенным проводникам платы со светодиодами ее закрывают рассеивающим защитным стеклом.

О филаментных лампах

По внешнему виду филаментная лампа похожа на лампу накаливания. Устройство филаментных ламп отличается от светодиодных тем, что в качестве излучателей света в них используется не плата со светодиодами, а стеклянная герметичная заполненная газом колба, в которой размещены один или несколько филаментных стержней. Драйвер находится в цоколе.

Филаментный стержень представляет собой стеклянную или сапфировую трубку диаметром около 2 мм и длиной около 30 мм, на которой закреплены и соединены последовательно покрытые люминофором 28 миниатюрных светодиодов. Один филамент потребляет мощность около 1 Вт. Мой опыт эксплуатации показывает, что филаментные лампы гораздо надежнее, чем изготовленные на базе SMD светодиодов. Полагаю, со временем они вытеснят все другие искусственные источники света.

Филаментным лампам и их ремонту посвящена отдельная статья «Устройство и ремонт филаментных ламп».

Примеры ремонта светодиодных ламп

Внимание, электрические схемы драйверов светодиодных ламп гальванически связаны с фазой электрической сети и поэтому следует соблюдать осторожность. Прикосновение к оголенным участкам схемы подключенной к электрической сети может привести к поражению электрическим током.

Ремонт светодиодной лампы


ASD LED-A60, 11 Вт на микросхеме SM2082

В настоящее время появились мощные светодиодные лампочки, драйверы которых собраны на микросхемах типа SM2082. Одна из них проработала менее года и попала мне в ремонт. Лампочка бессистемно гасла и опять зажигалась. При постукивании по ней она отзывалась светом или гашением. Стало очевидно, что неисправность заключается в плохом контакте.

Чтобы добраться к электронной части лампы нужно с помощью ножа подцепить рассеивающее стекло в месте соприкосновения его с корпусом. Иногда отделить стекло трудно, так как при его посадке на фиксирующее кольцо наносят силикон.

После снятия светорассеивающего стекла открылся доступ к светодиодам и микросхеме – генератора тока SM2082. В этой лампе одна часть драйвера была смонтирована на алюминиевой печатной плате светодиодов, а вторая на отдельной.

Внешний осмотр не выявил дефектных паек или обрывов дорожек. Пришлось снимать плату со светодиодами. Для этого сначала был срезан силикон и плата поддета за край лезвием отвертки.

Чтобы добраться до драйвера, расположенного в корпусе лампы пришлось его отпаять, разогрев паяльником одновременно два контакта и сдвинуть вправо.

С одной стороны печатной платы драйвера был установлен только электролитический конденсатор емкостью 6,8 мкФ на напряжение 400 В.

С обратной стороны платы драйвера был установлен диодный мост и два последовательно соединенных резистора номиналом по 510 кОм.

Для того, чтобы разобраться в какой из плат пропадает контакт пришлось их соединить, соблюдая полярность, с помощью двух проводков. После простукивания по платам ручкой отвертки стало очевидным, что неисправность кроется в плате с конденсатором или в контактах проводов, идущих из цоколя светодиодной лампы.

Так как пайки не вызывали подозрений сначала проверил надежность контакта в центральном выводе цоколя. Он легко вынимается, если поддеть его за край лезвием ножа. Но контакт был надежным. На всякий случай залудил провод припоем.

Винтовую часть цоколя снимать сложно, поэтому решил паяльником пропаять пайки подходящих от цоколя проводов. При прикосновении к одной из паек провод оголился. Обнаружилась «холодная» пайка. Так как добраться для зачистки провода возможности не было, то пришлось смазать его активным флюсом «ФИМ», а затем припаять заново.

После сборки светодиодная лампа стабильно излучала свет, несмотря за удары по ней рукояткой отвертки. Проверка светового потока на пульсации показала, что они значительны с частотой 100 Гц. Такую светодиодную лампу допустимо устанавливать только в светильники для общего освещения.

Электрическая схема драйвера

светодиодной лампы ASD LED-A60 на микросхеме SM2082

Электрическая схема лампы ASD LED-A60, благодаря применению в драйвере для стабилизации тока специализированной микросхемы SM2082 получилась довольно простой.

Схема драйвера работает следующим образом. Питающее напряжение переменного тока через предохранитель F подается на выпрямительный диодный мост, собранный на микросборке MB6S. Электролитический конденсатор С1 сглаживает пульсации, а R1 служит для его разрядки при отключении питания.

С положительного вывода конденсатора питающее напряжение подается непосредственно на последовательно включенные светодиоды. С вывода последнего светодиода напряжение подается на вход (вывод 1) микросхемы SM2082, в микросхеме ток стабилизируется и далее с ее выхода (вывод 2) поступает на отрицательный вывод конденсатора С1.

Резистор R2 задает величину тока, протекающего через светодиоды HL. Величина тока обратно пропорциональна его номиналу. Если номинал резистора уменьшить, то ток увеличится, если номинал увеличить, то ток уменьшится. Микросхема SM2082 допускает регулировать резистором величину тока от 5 до 60 мА.

Ремонт светодиодной лампы


ASD LED-A60, 11 Вт, 220 В, E27

В ремонт попала еще одна светодиодная лампа ASD LED-A60 похожая по внешнему виду и с такими же техническими характеристиками, как и выше отремонтированная.

При включении лампа на мгновение зажигалась и далее не светила. Такое поведение светодиодных ламп обычно связано с неисправностью драйвера. Поэтому сразу приступил к разборке лампы.

Светорассеивающее стекло снялось с большим трудом, так как по всей линии контакта с корпусом оно было, несмотря на наличие фиксатора, обильно смазано силиконом. Для отделения стекла пришлось по всей линии соприкосновения с корпусом с помощью ножа искать податливое место, но все равно без трещины в корпусе не обошлось.

Для получения доступа к драйверу лампы на следующем шаге предстояло извлечь светодиодную печатную плату, которая была по контуру запрессована в алюминиевую вставку. Несмотря на то, что плата была алюминиевая, и можно было извлекать ее без опасения появления трещин, все попытки не увенчались успехом. Плата держалась намертво.

Извлечь плату вместе с алюминиевой вставкой тоже не получилось, так как она плотно прилегала к корпусу и была посажена внешней поверхностью на силикон.

Решил попробовать вынуть плату драйвера со стороны цоколя. Для этого сначала из цоколя был поддет ножом, и вынут центральный контакт. Для снятия резьбовой части цоколя пришлось немного отогнуть ее верхний буртик, чтобы места кернения вышли из зацепления за основание.

Драйвер стал доступен и свободно выдвигался до определенного положения, но полностью вынуть его не получалось, хотя проводники от светодиодной платы были отпаяны.

В плате со светодиодами в центре было отверстие. Решил попробовать извлечь плату драйвера с помощью ударов по ее торцу через металлический стержень, продетый через это отверстие. Плата продвинулась на несколько сантиметров и в что-то уперлась. После дальнейших ударов треснул по кольцу корпус лампы и плата с основанием цоколя отделились.

Как оказалось, плата имела расширение, которое плечиками уперлось в корпус лампы. Похоже, плате придали такую форму для ограничения перемещения, хотя достаточно было зафиксировать ее каплей силикона. Тогда драйвер извлекался бы с любой из сторон лампы.

Напряжение 220 В с цоколя лампы через резистор - предохранитель FU подается на выпрямительный мост MB6F и после него сглаживается электролитическим конденсатором. Далее напряжение поступает на микросхему SIC9553, стабилизирующую ток. Параллельно включенные резисторы R20 и R80 между выводами 1 и 8 MS задают величину тока питания светодиодов.

На фотографии представлена типовая электрическая принципиальная схема, приведенная производителем микросхемы SIC9553 в китайском даташите.

На этой фотографии представлен внешний вид драйвера светодиодной лампы со стороны установки выводных элементов. Так как позволяло место, для снижения коэффициента пульсаций светового потока конденсатор на выходе драйвера был вместо 4,7 мкФ впаян на 6,8 мкФ.

Если Вам придется извлекать драйвера из корпуса данной модели лампы и не получится извлечь светодиодную плату, то можно с помощью лобзика пропилить корпус лампы по окружности чуть выше винтовой части цоколя.

В конечном итоге все мои усилия по извлечению драйвера оказались полезными только для познания устройства светодиодной лампы. Драйвер оказался исправным.

Вспышка светодиодов в момент включения была вызвана пробоем в кристалле одного из них в результате броска напряжения при запуске драйвера, что и ввело меня в заблуждение. Надо было в первую очередь прозвонить светодиоды.

Попытка проверки светодиодов мультиметром не привела к успеху. Светодиоды не светились. Оказалось, что в одном корпусе установлено два последовательно включенных светоизлучающих кристалла и чтобы светодиод начал протекать ток необходимо подать на него напряжение 8 В.

Мультиметр или тестер, включенный в режим измерения сопротивления, выдает напряжение в пределах 3-4 В. Пришлось проверять светодиоды с помощью блока питания, подавая с него на каждый светодиод напряжение 12 В через токоограничивающий резистор 1 кОм.

В наличии не было светодиода для замены, поэтому вместо него контактные площадки были замкнуты каплей припоя. Для работы драйвера это безопасно, а мощность светодиодной лампы снизиться всего на 0,7 Вт, что практически незаметно.

После ремонта электрической части светодиодной лампы, треснувший корпус был склеен быстросохнущим суперклеем «Момент», швы заглажены оплавлением пластмассы паяльником и выровнены наждачной бумагой.

Для интереса выполнил некоторые измерения и расчеты. Ток, протекающий через светодиоды, составил 58 мА, напряжение 8 В. Следовательно мощность, подводимая на один светодиод составляет 0,46 Вт. При 16 светодиодах получается 7,36 Вт, вместо заявленных 11 Вт. Возможно производителем указана общая мощность потребления лампы с учетом потерь в драйвере.

Заявленный производителем срок службы светодиодной лампы ASD LED-A60, 11 Вт, 220 В, E27 у меня вызывает большие сомнения. В малом объеме пластмассового корпуса лампы, с низкой теплопроводностью выделяется значительная мощность - 11 Вт. В результате светодиоды и драйвер работают на предельно допустимой температуре, что приводит к ускоренной деградации их кристаллов и, как следствие, к резкому снижению времени их наработки на отказ.

Ремонт светодиодной лампы


LED smd B35 827 ЭРА, 7 Вт на микросхеме BP2831A

Поделился со мной знакомый, что купил пять лампочек как на фото ниже, и все они через месяц перестали работать. Три из них он успел выбросить, а две, по моей просьбе, принес для ремонта.

Лампочка работала, но вместо яркого света излучала мерцающий слабый свет с частотой несколько раз в секунду. Сразу предположил, что вспучился электролитический конденсатор, обычно если он выходит из строя, то лампа начинает излучать свет, как стробоскоп.

Светорассеивающее стекло снялось легко, приклеено не было. Оно фиксировалось за счет прорези на его ободке и выступу в корпусе лампы.

Драйвер был закреплен с помощью двух паек к печатной плате со светодиодами, как в одной из вышеописанных ламп.

Типовая схема драйвера на микросхеме BP2831A взятая с даташита приведена на фотографии. Плата драйвера была извлечена и проверены все простые радиоэлементы, оказались все исправны. Пришлось заняться проверкой светодиодов.

Светодиоды в лампе были установлены неизвестного типа с двумя кристаллами в корпусе и осмотр дефектов не выявил. Методом последовательного соединения между собой выводов каждого из светодиодов быстро определил неисправный и заменил его каплей припоя, как на фотографии.

Лампочка проработала неделю и опять попала в ремонт. Закоротил следующий светодиод. Через неделю пришлось закоротить очередной светодиод, и после четвертого лампочку выкинул, так как надоело ее ремонтировать.

Причина отказа лампочек подобной конструкции очевидна. Светодиоды перегреваются из-за недостаточной поверхности теплоотвода, и ресурс их снижается до сотен часов.

Почему допустимо замыкать выводы сгоревших светодиодов в LED лампах

Драйвер светодиодных ламп, в отличие от блока питания постоянного напряжения, на выходе выдает стабилизированную величину тока, а не напряжения. Поэтому вне зависимости от сопротивления нагрузки в заданных пределах, ток будет всегда постоянным и, следовательно, падение напряжения на каждом из светодиодов будет оставаться прежним.

Поэтому при уменьшении количества последовательно соединённых светодиодов в цепи будет пропорционально уменьшаться и напряжение на выходе драйвера.

Например, если к драйверу последовательно подключено 50 светодиодов, и на каждом из них падает напряжение величиной 3 В, то напряжение на выходе драйвера составлял 150 В, а если закоротить 5 из них, то напряжение снизится до 135 В, а величина тока не изменится.

Такое поведение драйвера объясняет закон Ома, в соответствии с которым U=I×R. Если I (ток) остается неизменным, а R (сопротивление) уменьшается, то U (напряжение) тоже пропорционально уменьшится.

Ремонт светодиодной лампы MR-16 с простым драйвером

Из обозначения на этикетке следовало, что данная светодиодная лампа модели MR-16-2835-F27, источником света лампы являются светодиоды LED-W-SMD2835 в количестве 27 штук, излучающие световой поток 350 люмен. Лампа предназначена для питания от сети напряжением 220-240 В переменного тока, излучает натуральный белый свет цветовой температуры 4100 градусов Кельвина, потребляемая мощность 3,5 Вт, тип цоколя GU5,3 (два штырька на расстоянии 5,3 мм), угол светового потока составляет 120° (узконаправленного света).

Внешний осмотр показал, что светодиодная лампа сделана добротно, корпус выполнен из алюминия, цоколь съемный и привинчен к корпусу двумя винтами, защитное стекло натуральное и приклеено к корпусу в трех точках клеем.

Как разобрать LED лампу MR-16

Для определения причины выхода из строя лампы ее необходимо разобрать. Вопреки ожиданиям, лампочки разбирались без особых трудностей.

Корпус лампочки для лучшего отвода тепла был весь ребристый, и между ребрами была возможность надавить отверткой с узким лезвием на защищающее светодиоды стекло изнутри.

Прилагая значительное усилие в разных точках между ребрами корпуса по кругу, было найдено податливое место, и таким образом стекло удалось сорвать с места. Печатная плата со светодиодами тоже оказалась приклеенной и легко отделилась с помощью поддетой, как рычагом, за ее край отвертки.

Ремонт LED лампочки MR-16

Первой я вскрыл LED лампочку, в которой выгорел всего один светодиод, но до такой степени, что даже прогорела насквозь печатная плата, сделанная из стеклотекстолита.

Эту LED лампочку сразу решил использовать в качестве донора запчастей для ремонта остальных девяти, так как у многих из них были видны сгоревшие светодиоды. Это свидетельствовало о том, что драйверы у лампочек в порядке и причина выхода их из строя, скорее всего, кроется в неисправности светодиодов.

Электрическая схема светодиодной лампы MR-16

Для облегчения ремонта полезно под рукой иметь электрическую схему LED лампочки. Поэтому первое, что я сделал после полного разбора лампочки, нарисовал ее схему.

Работает схема следующим образом. Переменное напряжение питающей сети 220 В подается через токоограничивающий конденсатор С1 на диодный мост VD1-VD4. С диодного моста выпрямленное постоянное напряжение подается на последовательно включенные светодиоды HL1-HL27. Количество последовательно включенных светодиодов в эту схему может достигать 80 штук. Электролитический конденсатор С2 служит для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, тем самым исключается мерцание света с частотой 100 Гц. Чем его емкость больше, тем лучше.

R1 служит для разрядки конденсатора С1 для исключения удара током человека, в случае прикосновения к штырям цоколя при замене светодиодной лампы. R2 защищает конденсатор С2 от пробоя в случае обрыва в цепи светодиодов. R1 и R2 непосредственного участия в работе схемы не принимают.

На фотографии внешний вид драйвера с двух сторон. Красный это С1, цилиндр черного цвета это С2. Диодный мост применен в виде микросборки, черный прямоугольный корпус с четырьмя выводами.

Классическая схема драйвера светодиодных ламп мощностью до 5 Вт

В схеме светодиодной лампы MR-16 нет элементов защиты, нужен хотя бы один резистор в цепи подключения к сети номиналом 100-200 Ом. Не будет лишним и еще один такой же резистор, включенный последовательно со светодиодами, для их защиты от бросков тока.

На фотографии выше изображена классическая схема драйвера для LED лампы с двумя защитными резисторами от бросков тока. R2 защищает диодный мост, а R3 – конденсатор С2 и светодиоды. Такой драйвер хорошо подходит для светодиодных ламп мощностью до 5 Вт. Драйвер способен запитать лампочку, в которой установлено до 80 LED SMD2835. Если понадобится использовать драйвер для светодиодов, рассчитанных на меньший или больший ток, то конденсатор С1 нужно будет уменьшить или увеличить соответственно. Для исключения мерцания света С2 тоже нужно будет увеличить. Чем емкость С2 будет больше, тем лучше.

Эту схему можно еще сделать проще, удалив все резисторы, а конденсатор С1 заменить сопротивлением, номинал и мощность которого можно рассчитать с помощью онлайн калькулятора.

Но коэффициент полезного действия (КПД) драйвера, собранного по такой схеме будет низкий и потери мощности, составят более 50%. Например, для LED лампочки MR-16-2835-F27 понадобится резистор номиналом 6,1 кОм мощностью 4 ватта. Получится, что драйвер на резисторе будет потреблять мощность, превышающую мощность потребления светодиодами и его разместить в маленький корпус LED лампы, из-за выделения большего количества тепла, будет недопустимо.

Но если нет другого способа отремонтировать светодиодную лампу и очень надо, то драйвер на резисторе можно разместить в отдельном корпусе, все равно потребляемая мощность такой LED лампочки будет в четыре раза меньше, чем лампы накаливания. При этом надо заметить, что чем больше будет в лампочке последовательно включенных светодиодов, тем выше будет КПД. При 80 последовательно соединенных светодиодов SMD3528 понадобится уже резистор номиналом 800 Ом мощностью всего 0,5 Вт. Емкость конденсатора С1 нужно будет увеличить до 4,7 µF.

Поиск неисправных светодиодов

После снятия защитного стекла появляется возможность проверки светодиодов, без отклеивания печатной платы. В первую очередь проводится внимательный осмотр каждого светодиода. Если обнаружена даже самая маленькая черная точка, не говоря уже о почернении всей поверхности LED, то он точно неисправен.

При осмотре внешнего вида светодиодов, нужно внимательно осмотреть и качество паек их выводов. В одной из ремонтируемых лампочек оказалось плохо припаянных сразу четыре светодиода.

На фотографии лампочка, у которой на четырех LED были очень маленькие черные точки. Я сразу пометил неисправные светодиоды крестами, чтобы их было хорошо видно.

Неисправные светодиоды могут и не иметь изменений внешнего вида. Поэтому необходимо каждый LED проверить мультиметром или стрелочным тестером, включенным в режим измерения сопротивления.

Встречаются светодиодные лампы, в которых установлены по внешнему виду стандартные светодиоды, в корпусе которых смонтировано сразу два последовательно включенных кристалла. Например, лампы серии ASD LED-A60. Для прозвонки таких светодиодов необходимо приложить к его выводам напряжение более 6 В, а любой мультиметр выдает не более 4 В. Поэтому проверку таких светодиодов можно выполнить только подав на них с источника питания напряжение более 6 (рекомендуется 9-12) В через резистор 1 кОм.

Светодиод проверяется, как и обычный диод, в одну сторону сопротивление должно быть равно десяткам мегаом, а если поменять щупы местами (при этом меняется полярность подачи напряжения на светодиод), то небольшим, при этом светодиод может тускло светиться.

При проверке и замене светодиодов лампу необходимо зафиксировать. Для этого можно использовать подходящего размера круглую банку.

Можно проверить исправность LED и без дополнительного источника постоянного тока. Но такой метод проверки возможен, если исправен драйвер лампочки. Для этого необходимо подать на цоколь LED лампочки питающее напряжение и выводы каждого светодиода последовательно закорачивать между собой перемычкой из провода или, например губками металлического пинцета.

Если вдруг все светодиоды, засветятся, значит, закороченный точно неисправен. Этот метод пригоден, если неисправен только один светодиод из всех в цепи. При таком способе проверки нужно учесть, что если драйвер не обеспечивает гальванической развязки с электросетью, как например, на приведенных выше схемах, то прикосновение рукой к пайкам LED небезопасно.

Если один или даже несколько светодиодов оказались неисправны и, заменить их нечем, то можно просто закоротить контактные площадки, к которым были припаяны светодиоды. Лампочка будет работать с таким же успехом, только несколько уменьшится световой поток.

Другие неисправности светодиодных ламп

Если проверка светодиодов показала их исправность, то значит, причина неработоспособности лампочки заключается в драйвере или в местах пайки токоподводящих проводников.

Например, в этой лампочке была обнаружена холодная пайка проводника, подающего питающее напряжение на печатную плату. Выделяемая из-за плохой пайки копоть даже осела на токопроводящие дорожки печатной платы. Копоть легко удалилась протиркой ветошью, смоченной в спирте. Провод был выпаян, зачищен, залужен и вновь запаян в плату. С ремонтом этой лампочки повезло.

Из десяти отказавших лампочек только у одной был неисправен драйвер, развалился диодный мостик. Ремонт драйвера заключался в замене диодного моста четырьмя диодами IN4007, рассчитанными на обратное напряжение 1000 В и ток 1 А.

Пайка SMD светодиодов

Для замены неисправного LED его необходимо выпаять, не повредив печатные проводники. С платы донора тоже нужно выпаять на замену светодиод без повреждений.

Выпаивать SMD светодиоды простым паяльником, не повредив их корпус, практически невозможно. Но если использовать специальное жало для паяльника или на стандартное жало надеть насадку, сделанную из медной проволоки, то задача легко решается.

Светодиод имеют полярность и при замене нужно правильно его установить на печатную плату. Обычно печатные проводники повторяют форму выводов на LED. Поэтому допустить ошибку можно только при невнимательности. Для запайки светодиода достаточно установить его на печатную плату и прогреть паяльником мощностью 10-15 Вт его торцы с контактными площадками.

Если светодиод сгорел на уголь, и печатная плата под ним обуглилась, то прежде чем устанавливать новый светодиод нужно обязательно очистить это место печатной платы от гари, так как она является проводником тока. При очистке можно обнаружить, что контактные площадки для пайки светодиода обгорели или отслоились.

В таком случае светодиод можно установить, припаяв его к соседним светодиодам, если печатные дорожки ведут к ним. Для этого можно взять отрезок тонкого провода, согнуть его вдвое или трое, в зависимости от расстояния между светодиодами, залудить и припаять к ним.

Ремонт светодиодной лампы серии "LL-CORN" (лампа-кукуруза)


E27 4,6 Вт 36x5050SMD

Устройство лампы, которая в народе называется лампа-кукуруза, изображенной на фотографии ниже отличается, от вышеописанной лампы, поэтому и технология ремонта другая.

Конструкция ламп на LED SMD подобного типа очень удобна для ремонта, так как есть доступ для прозвонки светодиодов и их замены без разборки корпуса лампы. Правда, я лампочку все равно разобрал для интереса, чтобы изучить ее устройство.

Проверка светодиодов LED лампы-кукурузы не отличается от вышеописанной технологии, но надо учесть, что в корпусе светодиода SMD5050 размещено сразу три светодиода, обычно включаемые параллельно (на желтом круге видны три темные точки кристаллов), и при проверке должны светиться все три.

Неисправный светодиод можно заменить новым или закоротить перемычкой. На надежность работы лампы это не повлияет, только незаметно для глаза, уменьшится немного световой поток.

Драйвер этой лампы собран по простейшей схеме, без развязывающего трансформатора, поэтому прикосновение к выводам светодиодов при включенной лампе недопустимо. Лампы такой конструкции недопустимо устанавливать в светильники, к которым могут добраться дети.

Если все светодиоды исправны, значит, неисправен драйвер, и чтобы до него добраться лампу придется разбирать.

Для этого нужно снять ободок со стороны, противоположной цоколю. Маленькой отверткой или лезвием ножа нужно, пробуя по кругу, найти слабое место, где ободок хуже всего приклеен. Если ободок поддался, то работая инструментом, как рычагом, ободок нетрудно отойдет по всему периметру.

Драйвер был собран по электрической схеме, как и у лампы MR-16, только С1 стоял емкостью 1 µF, а С2 - 4,7 µF. Благодаря тому, что провода, идущие от драйвера к цоколю лампы, были длинными, драйвер легко вынулся из корпуса лампы. После изучения его схемы, драйвер был вставлен обратно в корпус, а ободок приклеен на место прозрачным клеем «Момент». Отказавший светодиод заменен исправным.

Ремонт светодиодной лампы "LL-CORN" (лампа-кукуруза)


E27 12 Вт 80x5050SMD

При ремонте более мощной лампы, 12 Вт, такой же конструкции отказавших светодиодов не оказалось и чтобы добраться до драйверов, пришлось вскрывать лампу по выше описанной технологии.

Эта лампа преподнесла мне сюрприз. Провода, идущие от драйвера к цоколю, оказались короткими, и извлечь драйвер из корпуса лампы для ремонта было невозможно. Пришлось снимать цоколь.

Цоколь лампы был сделан из алюминия, закернен по окружности и держался крепко. Пришлось высверливать точки крепления сверлом 1,5 мм. После этого поддетый ножом цоколь легко снялся.

Но можно обойтись и без сверления цоколя, если острием ножа по окружности поддевать и немного отгибать его верхнюю кромку. Предварительно следует нанести метку на цоколе и корпусе, чтобы цоколь было удобно устанавливать на место. Для надежного закрепления цоколя после ремонта лампы, достаточно будет надеть его на корпус лампы таким образом, чтобы накерненные точки на цоколе попали на старые места. Далее продавить эти точки острым предметом.

Два провода были подсоединены к резьбе прижимом, а другие два запрессованные в центральный контакт цоколя. Пришлось эти провода перекусить.

Как и ожидалось, драйверов было два одинаковых, питающих по 43 диода. Они были закрыты термоусаживающейся трубкой и соединены вместе скотчем. Для того, чтобы драйвер можно было опять поместить в трубку, я обычно ее аккуратно разрезаю вдоль печатной платы со стороны установки деталей.

После ремонта драйвер окутывается трубкой, которая фиксируется пластмассовой стяжкой или заматывается несколькими витками нитки.

В электрической схеме драйвера этой лампы уже установлены элементы защиты, С1 для защиты от импульсных выбросов и R2, R3 для защиты от бросков тока. При проверке элементов сразу были обнаружены на обоих драйверах в обрыве резисторы R2. Похоже, что на светодиодную лампу было подано напряжение, превышающее допустимое. После замены резисторов, под рукой на 10 Ом не оказалось, и я установил на 5,1 Ом, лампа заработала.

Ремонт светодиодной лампы серии "LLB" LR-EW5N-5

Внешний вид лампочки этого типа внушает доверие. Алюминиевый корпус, качественное исполнение, красивый дизайн.

Конструкция лампочки такова, что разборка ее без применения значительных физических усилий невозможна. Так как ремонт любой светодиодной лампы начинается с проверки исправности светодиодов, то первое что пришлось сделать, это снять пластмассовое защитное стекло.

Стекло фиксировалось без клея на проточке, сделанной в радиаторе буртиком внутри него. Для снятия стекла нужно концом отвертки, которая пройдет между ребрами радиатора, опереться за торец радиатора и как рычагом поднять стекло вверх.

Проверка светодиодов тестером показала их исправность, следовательно, неисправен драйвер, и надо до него добраться. Плата из алюминия была прикручена четырьмя винтами, которые я открутил.

Но вопреки ожиданиям, за платой оказалась плоскость радиатора, смазанная теплопроводящей пастой. Плату пришлось вернуть на место и продолжить разбирать лампу со стороны цоколя.

В связи с тем, что пластмассовая часть, к которой крепился радиатор, держалась очень крепко, решил пойти проверенным путем, снять цоколь и через открывшееся отверстие извлечь драйвер для ремонта. Высверлил места кернения, но цоколь не снимался. Оказалось, он еще держался на пластмассе за счет резьбового соединения.

Пришлось отделять пластмассовый переходник от радиатора. Держался он, так же как и защитное стекло. Для этого был сделан запил ножовкой по металлу в месте соединения пластмассы с радиатором и с помощью поворота отвертки с широким лезвием, детали были отделены друг от друга.

После отпайки выводов от печатной платы светодиодов драйвер стал доступен для ремонта. Схема драйвера оказалась более сложной, чем у предыдущих лампочек, с разделительным трансформатором и микросхемой. Один из электролитических конденсаторов 400 V 4,7 µF был вздутый. Пришлось его заменить.

Проверка всех полупроводниковых элементов выявила неисправный диод Шоттки D4 (на фото внизу слева). На плате стоял диод Шоттки SS110, заменил имеющимся аналогом 10 BQ100 (100 V, 1 А). Прямое сопротивление у диодов Шоттки в два раза меньше, чем у обыкновенных диодов. Светодиодная лампочка засветила. Такая же неисправность оказалась и у второй лампочки.

Ремонт светодиодной лампы серии "LLB" LR-EW5N-3

Эта светодиодная лампа по внешнему виду очень похожа на "LLB" LR-EW5N-5, но конструкция ее несколько отличается.

Если внимательно присмотреться, то видно, что на стыке между алюминиевым радиатором и сферическим стеклом, в отличие от LR-EW5N-5, имеется кольцо, в котором и закреплено стекло. Для снятия защитного стекла достаточно небольшой отверткой подцепить его в месте стыка с кольцом.

На алюминиевой печатной плате установлено три девяти кристальных сверхярких LED. Плата прикручена к радиатору тремя винтами. Проверка светодиодов показала их исправность. Следовательно, нужно ремонтировать драйвер. Имея опыт ремонта похожей светодиодной лампы "LLB" LR-EW5N-5, я не стал откручивать винты, а отпаял токоподводящие провода, идущие от драйвера и продолжил разбирать лампу со стороны цоколя.

Пластмассовое соединительное кольцо цоколя с радиатором снялось с большим трудом. При этом часть его откололась. Как оказалось, оно было прикручено к радиатору тремя саморезами. Драйвер легко извлекся из корпуса лампы.

Саморезы, прикручивающие пластмассовое кольцо цоколя закрывает драйвер, и увидеть их сложно, но они находятся на одной оси с резьбой, к которой прикручена переходная часть радиатора. Поэтому тонкой крестообразной отверткой к ним можно добраться.

Драйвер оказался собран по трансформаторной схеме. Проверка всех элементов, кроме микросхемы, не выявила отказавших. Следовательно, неисправна микросхема, в Интернете даже упоминание о ее типе не нашел. Светодиодную лампочку отремонтировать не удалось, пригодится на запчасти.

Прошли годы и появились новые источники света в виде малогабаритных светодиодных матриц с интегрированным драйвером мощностью от трех ватт, собранные на алюминиевой печатной плате. Установил вместо светодиодов такую матрицу, в результате лампа получила вторую жизнь.

Ремонт светодиодной лампы серии "LL" GU10-3W

Разобрать перегоревшую светодиодную лампочку GU10-3W с защитным стеклом оказалось, на первый взгляд, невозможно. Попытка извлечь стекло приводила к его надколу. При приложении больших усилий, стекло трескалось.

Кстати, в маркировке лампы буква G означает, что лампа имеет штыревой цоколь, буква U, что лампа относится к классу энергосберегающих лампочек, а цифра 10 – расстояние между штырями в миллиметрах.

Лампочки LED с цоколем GU10 имеют особые штыри и устанавливаются в патрон с поворотом. Благодаря расширяющимся штырям, LED лампа защемляется в патроне и надежно удерживается даже при тряске.

Для того чтобы разобрать эту LED лампочку пришлось в ее алюминиевом корпусе на уровне поверхности печатной платы сверлить отверстие диаметром 2,5 мм. Место сверления нужно выбрать таким образом, чтобы сверло при выходе не повредило светодиод. Если под рукой нет дрели, то отверстие можно проделать толстым шилом.

Далее в отверстие продевается маленькая отвертка и, действуя, как рычагом приподымается стекло. Снимал стекло у двух лампочек без проблем. Если проверка светодиодов тестером показала их исправность, то далее извлекается печатная плата.

После отделения платы от корпуса лампы, сразу стало очевидно, что как в одной, так и в другой лампе сгорели токоограничивающие резисторы. Калькулятор определил по полосам их номинал, 160 Ом. Так как резисторы сгорели в светодиодных лампочках разных партий, то очевидно, что их мощность, судя по размеру 0,25 Вт, не соответствует выделяемой мощности при работе драйвера при максимальной температуре окружающей среды.

Печатная плата драйвера была добротно залита силиконом, и я не стал ее отсоединять от платы со светодиодами. Обрезал выводы сгоревших резисторов у основания и к ним припаял более мощные резисторы, которые оказались под рукой. В одной лампе впаял резистор 150 Ом мощностью 1 Вт, во второй два параллельно 320 Ом мощностью 0,5 Вт.

Для того чтобы исключить случайное прикосновение вывода резистора, к которому подходит сетевое напряжение с металлическим корпусом лампы, он был заизолирован каплей термоклея. Он водостойкий, отличный изолятор. Его я часто применяю для герметизации, изоляции и закрепления электропроводов и других деталей.

Термоклей выпускается в виде стержней диаметром 7, 12, 15 и 24 мм разных цветов, от прозрачного до черного. Он плавится в зависимости от марки при температуре 80-150°, что позволяет его расплавлять с помощью электрического паяльника. Достаточно отрезать кусок стержня, разместить в нужном месте и нагреть. Термоклей приобретет консистенцию майского меда. После остывания становится опять твердым. При повторном нагреве опять становится жидким.

После замены резисторов, работоспособность обеих лампочек восстановилась. Осталось только закрепить печатную плату и защитное стекло в корпусе лампы.

При ремонте светодиодных ламп для закрепления печатных плат и пластмассовых деталей я использовал жидкие гвозди «Монтаж» момент. Клей без запаха, хорошо прилипает к поверхностям любых материалов, после засыхания остается пластичным, имеет достаточную термостойкость.

Достаточно взять небольшое количество клея на конец отвертки и нанести на места соприкосновения деталей. Через 15 минут клей уже будет держать.

При приклейке печатной платы, чтобы не ждать, удерживая плату на месте, так как провода выталкивали ее, зафиксировал плату дополнительно в нескольких точках с помощью термоклея.

Светодиодная лампа начала мигать как стробоскоп

Пришлось ремонтировать пару светодиодных ламп с драйверами, собранными на микросхеме, неисправность которых заключалась в мигании света с частотой около одного герца, как в стробоскопе.

Один экземпляр светодиодной лампы начинал мигать сразу после включения в течении первых нескольких секунд и затем лампа начинала светить нормально. Со временем продолжительность мигания лампы после включения стала увеличиваться, и лампа стала мигать беспрерывно. Второй экземпляр светодиодной лампы стал мигать беспрерывно внезапно.

После разборки ламп оказалось, что в драйверах вышли из строя электролитические конденсаторы, установленные сразу после выпрямительных мостов. Определить неисправность было легко, так как корпуса конденсаторов были вздутые. Но даже если по внешнему виду конденсатор выглядит без внешних дефектов, то все равно ремонт светодиодной лампочки со стробоскопическим эффектом нужно начинать с его замены.

После замены электролитических конденсаторов исправными стробоскопический эффект исчез и лампы стали светить нормально.

Онлайн калькуляторы для определения номинала резисторов


по цветовой маркировке

При ремонте светодиодных ламп возникает необходимость в определении номинала резистора. По стандарту маркировка современных резисторов производиться путем нанесения на их корпуса цветных колец. На простые резисторы наносится 4 цветных кольца, а на резисторы повышенной точности – 5.


Дмитрий 05.02.2017

Здравствуйте, Александр Николаевич.
Может подскажите решение проблемы. Суть в следующем.
Имеется светодиодная лампа типа «кукуруза». Состоит из 11 полосок по 13 светодиодов каждая + «пятак» с торца тоже на 13.
Примерно через полгода работы появилась следующая проблема. Через 4-5 минут после включения гаснут несколько полосок (5-6). Некоторые сразу, некоторые начинаю мигать, после этого гаснут. Могут через некоторое время опять включиться. Такое впечатление, что от перегрева теряется контакт, так как минут через 10 после выключения все полоски снова светятся.

Александр

Здравствуйте, Дмитрий!
Подобная картина может наблюдаться из-за плохой пайки выводов светодиодов в печатной плате или приварки проволочек, идущих от кристалла светодиода к его выводу. Устраняется только поиском плохой пайки или заменой неисправного светодиода.
Приходилось сталкиваться с подобной неисправностью. Если отказ из-за качества пайки выводов светодиодов, то достаточно пропаять их повторно. Но если отказал светодиод и через время лампа опять стала мигать, значит вышел из строя следующий. В таком случае диоды будут отказывать регулярно, пока не заменишь все.
При ремонте, чтобы быстрее проявлялся отказ, светодиоды можно закутать тканью.
Причина поломки лампочки – некачественные светодиоды и проще ее заменить новой, чем многократно возиться с ремонтом.

Сергей 08.02.2018

Здравствуйте.
На диодной лампочке был пробит светодиод, впаял новый, вставил лампочку. Короткая вспышка и она погасла, пробило еще один светодиод. Впаял новый, ситуация повторилась. Токоограничивающий конденсатор неисправен?

Александр

Здравствуйте, Сергей.
Если в схеме драйвера в качестве стабилизатора тока служит конденсатор, то судя по выгоранию светодиодов, конденсатор пробит и ток идет максимально возможный. Светодиод работает как предохранитель и выгорает тот, у которого минимальное падение напряжения.

Yodgorbek 17.02.2019

Добрый день Александр!
Вы предлагаете закорачивать контакты сгоревших диодов и пишите, что это ни на что не влияет.
Но почему вы не учитываете, что диоды соединены последовательно, то есть напряжение подается исходя из количества диодов. Сокращая количество диодов, на каждый диод увеличивается напряжение, соответственно и нагрузка. Тем самым вы сокращаете жизнь оставшихся диодов. Как раз вы это описали с лампой, которую вы ремонтировали каждую неделю...

Александр

Здравствуйте.
Драйвер светодиодных ламп, в отличие от блока питания постоянного напряжения, на выходе выдает стабилизированную величину тока, а не напряжения. Поэтому вне зависимости от сопротивления нагрузки, в заданных пределах, на выходе драйвера ток будет всегда постоянным, а напряжение изменятся. Поэтому падение напряжения на каждом из светодиодов будет оставаться прежним.
Поэтому при уменьшении количества последовательно соединённых светодиодов ток через них и приложенное напряжение к каждому светодиоду не изменятся.
Например, если в цепочке последовательно соединённых 50 светодиодов, на каждом из которых падение напряжения составляло 3 В, и общее напряжение составлял 150 В, закоротить 5 штук, то выходное напряжение драйвера снизится до 135 В.
Это подтверждает и закон Ома, в соответствии с которым U=IR. Если I остается неизменным, а R цепи уменьшается, то напряжение тоже пропорционально уменьшиться.

Алексей 27.11.2020

Добрый день!
В статье Вы пишите, что драйвер стабилизирует ток. И поэтому можно замыкать выводы сгоревших светодиодов. Но у драйверов как правило указывают и другую характеристику - выходное напряжение, его минимум и максимум.
Если прямое падение напряжения опустится ниже минимума драйвера, как изменится его поведение?

Александр

Здравствуйте, Алексей!
Обычно электронный драйвер в светодиодные светильники устанавливается исходя из того, чтобы он работал в середине диапазона выходного напряжения, который обычно имеет не менее 10% запас. Поэтому если будут замкнуты выводы менее 10% светодиодов от общего количества, например, 5 из 50 установленных, то драйвер будет обеспечивать штатный режим работы оставшихся светодиодов. Если будет закорочено больше светодиодов и нагрузка на драйвер не будет соответствовать расчетной, то он уйдет в режим защиты и светодиоды светить не будут.

Это не касается драйверов, в которых ток ограничивается с помощью конденсаторов, на схеме это С1. Такой драйвер будет работать даже если останется всего один светодиод из сотни. Правда и яркость свечения светильника станет в сто раз меньше.

Евгений 13.12.2020

Огромное спасибо за статью, очень профессионально и полезно.
Если возможно подскажите, в чём неисправность. Лампы Jazzway 11W - 2шт (стабилизатор PT4515C) и EAC A60 15W (стабилизатор MT7606D, напаян на стороне светодиодов), одинаковый дефект, светят в пол накала все светодиоды.
К сожалению, на пенсии и под руками только тестер. Как проверить?

Александр

Здравствуйте, Евгений!
Микросхемы PT4515C, MT7606D и SM2082 являются стабилизаторами тока и включаются по одинаковой схеме. Достаточно надежные и из строя практически не выходят. Поэтому надо искать неисправный светодиод. Зачастую достаточно просто внимательно осмотреть кристалл на наличие изменения светоизлучающей поверхности (часто становится вместо матовой прозрачной с желтым оттенком) или темной точки. Если обнаружили, то этот светодиод точно неисправен.
Проверить можно, если закоротить его выводы подгоревшего светодиода, лампа должна засветить в полную силу. Если не засветила, то возможно есть еще подгоревшие светодиоды.
Но как я писал выше, в лампочках большой мощности с малой площадью охлаждения светодиоды работают в тяжелых температурных условиях и быстро выходят из строя. Поэтому после ремонта лампочка долго не проработает.

Единственное что может помочь это увеличение на 10% номинала резистора R2, ток через светодиоды тогда уменьшится. Рабочая температура светодиодов тоже и тогда они возможно некоторое время еще послужат. Правда после модернизации яркость лампочки незначительно уменьшится.
А вот если номинал резистора увеличить до начала эксплуатации лампы, то служить она будет дольше точно.

Евгений

Александр Николаевич!
Большое спасибо. Последовательно замыкая светодиоды обнаружил в каждой лампе неисправный. Смущало то, что при работе в "пол-накала" во всех диодах светилось по 2-е полоски и друг от друга они не отличались.

Александр 05.04.2021

Добрый вечер!
Думаю, по вопросу об эффективности замыкания неисправных светодиодов нужно одно уточнение.
В простейших драйверах, где нет специализированной микросхемы и ток ограничивается с помощью конденсатора, нельзя сильно уменьшать количество светодиодов, замыкая неисправные. Конденсатор здесь является плохим стабилизатором тока, он просто гасит на себе избыточное напряжение, которое приблизительно равно разности между входным напряжением и суммой напряжений, падающих на светодиодах. Если замыкать светодиоды, то падение напряжения на конденсаторе возрастает, тогда возрастает ток через конденсатор и через всю цепь с оставшимися светодиодами. Если светодиодов в цепи много и замкнут только один-два из них, то ток возрастет незначительно, и лампа будет работать долго. Если же замкнуть много светодиодов, то ток через оставшиеся светодиоды сильно возрастает, и они быстро выйдут из строя.

Александр

Здравствуйте, Александр!
Все вы изложили правильно. Но в настоящее время схемы драйверов, в которых ток ограничивается с помощью конденсаторов практически не встречаются, так как стоимость специально разработанных для этих целей микросхем, таких как PT4515C, MT7606D, CYT1000, 90035, SM2082 и им подобных, ниже.
Пробовал удалять до 30% последовательно включенных светодиодов в лампах со схемами драйверов на этих микросхемах. Увеличения тока не наблюдалось. Единственное что наблюдалось это незначительное увеличение количества выделяемого тепла микросхемами.

Анатолий 03.08.2021

Здравствуйте, Александр!
Сегодня взорвался конденсатор С2 на 2,2мкф-250в в драйвере светодиодной лампы. Фирма - Старт, Е27, 10W 40, 70 мА, 800 лм. Разобрал её: один светодиод с чёрной точкой, у электролитического конденсатора вылетел корпус. С этой ёмкости напряжение пошло сразу на пластину где расположены 14 светодиодов.

Не могу понять: почему напряжение превысило 25 вольт? Каждый диод на 8,2В×14=115В должно быть на всех светодиодах, которые включены последовательно. Драйвер на микросхеме U2: KP1050DP AJ1CR7.1
Почему на конденсаторе стало больше 250 В?
Что-то не совпадает мощность: 220×0,07=15,4 ватт, а заявлено 10 Вт...
Почему дебет с кредитом не совпадает?

Александр

Здравствуйте, Анатолий!
Напряжение в сети бытовой электропроводки указывают эффективное, то есть эквивалентное напряжению постоянного тока. Поэтому 220 В, это не максимальное напряжение (размах синусоиды), которое больше эффективного в 1,41 (корень из 2). То есть Uмах=1,41Uэф=220×1,41=310 В. В дополнение в сети напряжение может по ГОСТу достигать величины 242 В. Если умножить на 1,41, получим 341 В.
Таким образом для надежной работы нужно устанавливать конденсатор на напряжение не менее 350 В. Но некоторые производители из экономических и габаритных соображений устанавливают конденсаторы на 250 В. Конденсаторы всегда имею запас по напряжению, поэтому и работают, но временной ресурс их резко сокращается. Поэтому вздутие электролитических конденсаторов, это 50% отказов всех электротехнических изделий.
А светодиод вышел из строя из-за перегрева, они работают в очень тяжелых температурных условиях и поэтому часто перегорают. Возможно большой нагрев и конденсатору помог взорваться.
С мощностью происходит путаница. Некоторые производители указывают мощность, рассеиваемую светодиодами, а некоторые, потребляемую всей лампой. На драйвере тоже теряется часть потребляемой лампой мощности. В дополнение зачастую производители указывают в рекламных целях мощность, превышающую реальную. Поэтому данные и противоречивы.

Как устроены компактные люминесцентные лампы

Реальная практика ремонта электроники

В настоящее время всё большее распространение получают так называемые люминесцентные энергосберегающие лампы. В отличие от обычных люминесцентных ламп с электромагнитным балластом, в энергосберегающих лампах с электронным балластом используется специальная схема.

Благодаря этому такие лампы легко установить в патрон взамен обычной лампочки накаливания со стандартным цоколем E27 и E14. Именно о бытовых люминесцентных лампах с электронным балластом далее и пойдёт речь.

Люминесцентные лампы не зря называют энергосберегающими, так как их применение позволяет снизить энергопотребление на 20 – 25 %. Их спектр излучения более соответствует естественному дневному свету.

В зависимости от состава применяемого люминофора можно изготавливать лампы с разным оттенком свечения, как более тёплых тонов, так и холодных. Следует отметить, что люминесцентные лампы более долговечны, чем лампы накаливания.

Конечно, многое зависит от качества конструкции и технологии изготовления.

Устройство компактной люминесцентной лампы (КЛЛ)

Компактная люминесцентная лампа с электронным балластом (сокращённо КЛЛ) состоит из колбы, электронной платы и цоколя E27 (E14), с помощью которого она устанавливается в стандартном патроне.

Внутри корпуса размещается круглая печатная плата, на которой собран высокочастотный преобразователь. Преобразователь при номинальной нагрузке имеет частоту 40 – 60 кГц.

В результате того, что используется довольно высокая частота преобразования, устраняется “моргание”, свойственное люминесцентным лампам с электромагнитным балластом (на основе дросселя), которые работают на частоте электросети 50 Гц. Принципиальная схема КЛЛ показана на рисунке.

По данной принципиальной схеме собираются в основном достаточно дешёвые модели, к примеру, выпускаемые под брендом Navigator и ERA.

Если вы используете компактные люминесцентные лампы, то, скорее всего они собраны по приведённой схеме. Разброс указанных на схеме значений параметров резисторов и конденсаторов реально существует.

Это связано с тем, что для ламп разной мощности применяются элементы с разными параметрами. В остальном схемотехника таких ламп мало чем отличается.

Разберёмся подробнее в назначении радиоэлементов, показанных на схеме. На транзисторах VT1 и VT2 собран высокочастотный генератор.

В качестве транзисторов VT1 и VT2 используются кремниевые высоковольтные n-p-n транзисторы серии MJE13003 в корпусе TO-126. Обычно на корпусе этих транзисторов указываются только цифровой индекс 13003.

Также могут применяться транзисторы MPSA42 в более миниатюрном корпусе формата TO-92 или аналогичные высоковольтные транзисторы.

Миниатюрный симметричный динистор DB3 (VS1) служит для автозапуска преобразователя в момент подачи питания. Внешне динистор DB3 выглядит как миниатюрный диод. Схема автозапуска необходима, т.к преобразователь собран по схеме с обратной связью по току и поэтому сам не запускается. В маломощных лампах динистор может отсутствовать вообще.

Диодный мост, выполненный на элементах VD1 – VD4 служит для выпрямления переменного тока. Электролитический конденсатор С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Диодный мост и конденсатор С2 являются простейшим сетевым выпрямителем. С конденсатора C2 постоянное напряжение поступает на преобразователь.

Диодный мост может выполняться как на отдельных элементах (4 диодах), либо может применяться диодная сборка.

При своей работе преобразователь генерирует высокочастотные помехи, которые нежелательны. Конденсатор С1, дроссель (катушка индуктивности) L1 и резистор R1 препятствуют распространению высокочастотных помех по электросети.

В некоторых лампах, видимо из экономии 🙂 вместо L1 устанавливают проволочную перемычку. Также, во многих моделях нет предохранителя FU1, который указан на схеме. В таких случаях, разрывной резистор R1 также играет роль простейшего предохранителя.

В случае неисправности электронной схемы потребляемый ток превышает определённое значение, и резистор сгорает, разрывая цепь.

Дроссель L2 обычно собран на Ш-образном ферритовом магнитопроводе и внешне выглядит как миниатюрный броневой трансформатор. На печатной плате этот дроссель занимает довольно внушительное пространство. Обмотка дросселя L2 содержит 200 – 400 витков провода диаметром 0,2 мм.

Также на печатной плате можно найти трансформатор, который указан на схеме как T1. Трансформатор T1 собран на кольцевом магнитопроводе с наружным диаметром около 10 мм. На трансформаторе намотаны 3 обмотки монтажным или обмоточным проводом диаметром 0,3 – 0,4 мм.

Число витков каждой обмотки колеблется от 2 – 3 до 6 – 10.

Колба люминесцентной лампы имеет 4 вывода от 2 спиралей. Выводы спиралей подключаются к электронной плате методом холодной скрутки, т.е без пайки и прикручены на жёсткие проволочные штыри, которые впаяны в плату. В лампах малой мощности, имеющих малые габариты, выводы спиралей запаиваются непосредственно в электронную плату.

Ремонт бытовых люминесцентных ламп с электронным балластом

Производители компактных люминесцентных ламп заявляют, что их ресурс в несколько раз больше, чем обычных ламп накаливания. Но, несмотря на это бытовые люминесцентные лампы с электронным балластом выходят из строя довольно часто.

Связано это с тем, что в них применяются электронные компоненты, не рассчитанные на перегрузки. Также стоит отметить высокий процент бракованных изделий и невысокое качество изготовления.

По сравнению с лампами накаливания стоимость люминесцентных довольно высока, поэтому ремонт таких ламп оправдан хотя бы в личных целях. Практика показывает, что причиной выхода из строя служит в основном неисправность электронной части (преобразователя).

После несложного ремонта работоспособность КЛЛ полностью восстанавливается и это позволяет сократить денежные расходы.

Перед тем, как начать рассказ о ремонте КЛЛ, затронем тему экологии и безопасности.

Опасность люминесцентных ламп и рекомендации по использованию

Несмотря на свои положительные качества люминесцентные лампы вредны как для окружающей среды, так и для здоровья человека. Дело в том, что в колбе присутствуют пары ртути. Если её разбить, то опасные пары ртути попадут в окружающую среду и, возможно, в организм человека. Ртуть относят к веществам 1-ого класса опасности.

При повреждении колбы необходимо покинуть на 15 – 20 минут помещение и сразу же провести принудительное проветривание комнаты. Необходимо внимательно относиться к эксплуатации любых люминесцентных ламп. Следует помнить, что соединения ртути, применяемые в энергосберегающих лампах опаснее обычной металлической ртути. Ртуть способна оставаться в организме человека и наносить вред здоровью.

Кроме указанного недостатка необходимо отметить, что в спектре излучения люминесцентной лампы присутствует вредное ультрафиолетовое излучение. При длительном нахождении близко с включенной люминесцентной лампой возможно раздражение кожи, так как она чувствительна к ультрафиолету.

Наличие в колбе высокотоксичных соединений ртути является главным мотивом экологов, которые призывают сократить производство люминесцентных ламп и переходить к более безопасным светодиодным.

Разборка люминесцентной лампы с электронным балластом

Несмотря на простоту разборки компактной люминесцентной лампы, следует быть аккуратным и не допускать разбития колбы. Как уже говорилось, внутри колбы присутствуют пары ртути, опасные для здоровья. К сожалению, прочность стеклянных колб невысока и оставляет желать лучшего.

Для того чтобы вскрыть корпус где размещена электронная схема преобразователя, необходимо острым предметом (узкой отвёрткой) разжать пластмассовую защёлку, которая скрепляет две пластмассовые части корпуса.

Далее следует отсоединить выводы спиралей от основной электронной схемы. Делать это лучше узкими плоскогубцами подхватив конец вывода провода спирали и отмотать витки с проволочных штырей. После этого стеклянную колбу лучше поместить в надёжное место, чтобы не допустить её разбития.

Оставшаяся электронная плата соединена двумя проводниками со второй частью корпуса, на которой смонтирован стандартный цоколь E27 (E14).

Восстановление работоспособности ламп с электронным балластом

При восстановлении КЛЛ первым делом следует проверить целостность нитей накала (спиралей) внутри стеклянной колбы. Целостность нитей накала просто проверить с помощью обычного омметра. Если сопротивление нитей мало (единицы Ом), то нить исправна. Если же при замере сопротивление бесконечно велико, то нить накала перегорела и применить колбу в данном случае невозможно.

Наиболее уязвимыми компонентами электронного преобразователя, выполненного на основе уже описанной схемы (см. принципиальную схему), являются конденсаторы.

Если люминесцентная лампа не включается, то следует проверить на пробой конденсаторы C3, C4, C5. При перегрузках эти конденсаторы выходят из строя, т.к приложенное напряжение превосходит напряжение, на которое они рассчитаны. Если лампа не включается, но колба светиться в районе электродов, то возможно пробит конденсатор C5.

В таком случае преобразователь исправен, но поскольку конденсатор пробит, то в колбе не возникает разряд.

Конденсатор C5 входит в колебательный контур, в котором в момент запуска возникает высоковольтный импульс, приводящий к появлению разряда.

Поэтому если конденсатор пробит, то лампа не сможет нормально перейти в рабочий режим, а в районе спиралей будет наблюдаться свечение, вызываемое разогревом спиралей.

Холодный и горячий режим запуска люминесцентных ламп.

Бытовые люминесцентные лампы бывают двух типов:

  • С холодным запуском
  • С горячим запуском

Если КЛЛ загорается сразу после включения, то в ней реализован холодный запуск. Данный режим плох тем, что в таком режиме катоды лампы предварительно не прогреваются. Это может привести к перегоранию нитей накала вследствие протекания импульса тока.

Для люминесцентных ламп более предпочтителен горячий запуск. При горячем запуске лампа загорается плавно, в течение 1-3 секунд. В течение этих несколько секунд происходит разогрев нитей накала.

Известно, что холодная нить накала имеет меньшее сопротивление, чем разогретая.

Поэтому, при холодном запуске через нить накала проходит значительный импульс тока, который может со временем вызвать её перегорание.

Для обычных ламп накаливания холодный запуск является стандартным, поэтому многие знают, что они сгорают как раз в момент включения.

Для реализации горячего запуска в лампах с электронным балластом применяется следующая схема. Последовательно с нитями накала включается позистор (PTC — терморезистор). На принципиальной схеме этот позистор будет подключен параллельно конденсатору С5.

В момент включения в результате резонанса на конденсаторе С5, а, следовательно, и на электродах лампы возникает высокое напряжение, необходимое для её зажжения. Но в таком случае нити накала плохо прогреты. Лампа включается мгновенно. В данном случае параллельно С5 подключен позистор. В момент запуска позистор имеет низкое сопротивление и добротность контура L2C5 значительно меньше.

В результате напряжение резонанса ниже порога зажжения. В течение нескольких секунд позистор разогревается и его сопротивление увеличивается. В это же время разогреваются и нити накала. Добротность контура возрастает и, следовательно, растёт напряжение на электродах. Происходит плавный горячий запуск лампы. В рабочем режиме позистор имеет высокое сопротивление и не влияет на рабочий режим.

Нередки случаи, что выходит из строя как раз этот позистор, и лампа попросту не включается. Поэтому при ремонте ламп с балластом следует обратить на него внимание.

Довольно часто сгорает низкоомный резистор R1, который, как уже говорилось, играет роль предохранителя.

Активные элементы, такие как транзисторы VT1, VT2, диоды выпрямительного моста VD1 –VD4 также стоит проверить. Как правило, причиной их неисправности служит электрический пробой p-n переходов. Динистор VS1 и электролитический конденсатор С2 на практике редко выходят из строя.

Главная » Мастерская » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Все преимущества компактной люминесцентной лампы

Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) подпадает под определение энергосберегающей. Все источники света, которые потребляют хотя бы на 10% меньше электроэнергии, чем лампы накаливая, можно отнести к группе энергоэффективных. Ведь известно, что аналоги с нитью накаливания характеризуются низким КПД по причине сильного нагрева, но при этом уровень мощности высокий.

Как устроена лампа КЛЛ?

Устройство таких источников света и люминесцентных линейных лампочек сходно. Разница между этими вариантами заключается в форме колбы. Есть и другое отличие – энергосберегающие осветительные элементы (КЛЛ) оснащены электронным пускорегулирующим аппаратом. ЭПРА скрыт внутри корпуса изделия. Внутри колбы располагаются электроды.

Компактная люминесцентная лампа может быть установлена в разнотипные светильники, что возможно благодаря широкому ассортименту моделей с разными держателями (штырьковыми, резьбовыми).

Устройство компактной энергосберегающей лампы

В основе функционирования таких источников света лежит явление люминесценции. Для его реализации внутренние стенки энергосберегающей лампочки покрываются люминофором.

Различные формы трубок

Это порошок специального состава, благодаря которому продуцируемое источником света ультрафиолетовое излучение становится видимым человеку. Появление УФ-свечения обусловлено процессами, которые проходят внутри колбы при подаче сетевого напряжения. Этому способствует газообразное наполнение (инертный газ и пары ртути).

Основные проблемы

Перед покупкой энергосберегающей лампы КЛЛ следует узнать о ряде проблем, которые могут возникнуть при неправильной эксплуатации изделия:

  1. Не рекомендуется использовать выключатели с подсветкой. Подобная коммутационная аппаратура будет способствовать самопроизвольному зажиганию осветительного элемента, что намного сократит срок его службы. Можно пойти другим путем и отключить цепь питания подсветки в схеме такого выключателя.
  2. Компактные люминесцентные лампы лучше не соединять с датчиками движения, освещенности или шума. Частое срабатывание источника света с перерывами менее 2 мин. приведет к сокращению срока работы изделия. По этой же причине не следует подключать обычный диммер. Существуют специальные исполнения светорегуляторов для КЛЛ.
  3. Повышенный уровень влажности негативно скажется на работе энергосберегающей лампы. Например, источники света, установленные в ванной, часто перегорают из-за возникающего пробоя в схеме ЭПРА.
  4. Чем ниже температура окружающей среды, тем более усложняется процесс запуска КЛЛ. Рекомендуемый максимум составляет -25 градусов.
  5. Компактные люминесцентные лампы нагреваются заметно меньше, чем галогенные и аналоги накаливания. Но, тем не менее, важно обеспечить эффективное охлаждение источника света, а, точнее, части корпуса, внутри которого установлен ЭПРА. Обычно в основании КЛЛ имеются отверстия, что способствует естественному охлаждению. Но если устанавливать такие лампочки в закрытые светильники, это не спасет от перегрева. Отсутствие оттока тепла от источника света сначала приведет к снижению интенсивности светового потока и существенному изменению оттенка свечения, а затем энергосберегающие осветительные элементы (КЛЛ) выйдут из строя.
  6. В случае нарушения герметичности колбы в окружающее пространство попадет ртуть.
  7. Если находиться под излучением лампы данного вида длительное время, могут появиться проблемы со здоровьем. Степень тяжести заболеваний зависит от интенсивности излучения, а также длительности воздействия.
  8. Наличие пульсаций во включенном состоянии. Даже более совершенный ЭПРА полностью не решил эту проблему.

Чтобы приобретение изделий данного вида, сделанное по довольно высокой цене, окупилось через время, нужно избегать воздействия негативных факторов на лампы.

На чем основывать выбор

Рекомендуется обращать внимание на такие параметры, как индекс цветопередачи, цветовая температура, световой поток, мощность. И, конечно же, немаловажным является срок службы, которым характеризуются энергосберегающие осветительные элементы.

Состояние ЭПРА

В схему пускорегулирующего аппарата входит довольно много элементов: выпрямитель, генератор, фильтры, корректор коэффициента мощности, разные типы защиты, устройство прогрева электродов, узел, обеспечивающий мгновенный старт. Чтобы компактные люминесцентные лампы функционировали с высокой степенью эффективности, все эти элементы должны характеризоваться параметрами с достаточными для нормальной работы значениями.

Это означает, что детали в схеме ЭПРА не могут быть слишком мелкими. Следовательно, пускорегулирующий аппарат, встроенный в корпус КЛЛ, также должен отличаться крупными габаритами. Практически все энергосберегающие лампы с минимальными размерами корпуса склонны к быстрому нагреву, что в итоге негативно скажется на сроке службы.

Цветопередача, температура цвета: В основном делается акцент на энергоэффективность источника света, поэтому далеко не все знают, что при выборе нужно учитывать такой параметр, как индекс цветопередачи, который отвечает за соответствие цветов при освещении комнаты лампой КЛЛ.

Цветавая температура по Кельвину

Наилучшими являются изделия, показатель цветопередачи которых превышает 90 пунктов. Приемлемым считается результат в пределах от 80 до 90. Допустимый минимум – 80 пунктов. Если компактные люминесцентные лампы характеризуются индексом цветопередачи ниже 80, качество света будет ниже.

Узнать, к какой группе относится выбранный осветительный элемент, можно, изучив маркировку на корпусе лампы. Найти такую информацию среди прочих параметров в сопроводительной документации практически невозможно.

По маркировке также определяется температура цвета. Значение данного параметра КЛЛ может варьироваться в пределах от 2 700 до 6 800 К. Чем ниже эта величина, тем более комфортным для глаз будет освещение.

Пульсация, световой поток

Эффективность осветительной системы определяется таким параметром, как световой поток (лм) или световая эффективность (лм/Вт). Чем выше значение данных параметров, тем ярче будет свет в помещении. Но далеко не все производители указывают среди прочих параметров данную величину.

Это обусловлено тем, что компактные люминесцентные лампы не отличаются слишком интенсивным световым потоком (выше, чем у аналогов накаливания, и ниже в сравнении с диодными исполнениями).

При выборе нужно учитывать и такой фактор, как пульсация. Причем этот недостаток невозможно полностью сгладить, даже используя электронный ПРА, так как наблюдается значительное снижение пульсаций, но они не исчезают.

Максимально допустимый предел – 5%. Но сегодня чаще интенсивность пульсаций отличается от нормированных значений в большую сторону.

Срок службы, гарантия

Продолжительность функционирования может быть указана в единицах измерения часы или годы, соответственно: до 10 000 часов или до 10 лет. Учитывая, что компактные люминесцентные лампы служат намного дольше, чем большинство аналогов, поэтому гарантия может быть предоставлена на период от 3 до 5 лет.

Но не все производители указывают информацию о гарантийном сроке, в этом случае рекомендуется воздержаться от покупки.

В чем отличие люминесцентных от энергосберегающих?

Конструкция всех видов люминесцентных осветительных элементов одинаковая. Разница заключается лишь в схеме ПРА (вынесенный, встроенный) и форме колбы. Соответственно, под определение энергосберегающей лампы вполне подпадают любые разновидности источников света (компактные, линейные).

Это обусловлено тем, что особый принцип работы обеспечивает значительную экономию энергии при эксплуатации. Компактные люминесцентные лампы принято называть энергосберегающими по причине более удобной конструкции, что позволяет использовать их в быту.

Влияние на электросеть и потребителей

Особенности устройства такого рода осветительных элементов, в частности, наличие в конструкции выпрямителя, способствуют появлению в сети помех, что приводит к снижению коэффициента мощности. Для сравнения, лампы накаливания характеризуются коэффициентом 1, а компактные люминесцентные лампы – 0,65.

Для решения проблемы рекомендуется использовать корректоры коэффициента мощности, но с целью снижения себестоимости изделий, в России их задействуют не всегда.

Таким образом, энергосберегающие источники света имеют немало преимуществ: продолжительный срок службы, небольшой уровень потребления энергии, удобство установки, высокая интенсивность излучения и достаточный показатель цветопередачи. Но есть и свои особенности у таких ламп.

Если их не учесть при эксплуатации, в результате осветительный элемент долго не прослужит. А, учитывая высокую стоимость компактных лампочек, частая их замена является нежелательной. При выборе следует обращать внимание на изделия проверенных производителей.

(1

Как устроена лампа КЛЛ (Компактная Люминесцентная Лампа)

Первым электрическим осветительным устройством широкого пользования была лампочка Эдисона. Ее потомки известны нам как лампы накаливания. Следующее поколение – люминecцeнтныe лампы. Они долговечнее и экономичнее ламп накаливания, работающих от напряжения 220 – 230 В. Но у этих светильников есть недостаток – большие размеры.

В устройствах местного освещения использовались люминесцентные лампы, мощностью 20 Вт и длиной 590 мм. Потолочные 40-ватные светильники имели размер еще больше. Позже мощность таких устройств изменилась с 20 Вт до 18 Вт, но размеры при этом не уменьшились. Этого недостатка лишены компактные люминесцентные лампы.

Еще их называют энергосберегающими.

Как устроена и работает КЛЛ

КЛЛ (экономка) может быть внешне похожа на лампу накаливания, но отличается по устройству и принципу работы.

устройство КЛЛ

Устройство КЛЛ

В пластмассовом корпусе находится электронная плата, которая запускает КЛЛ и ограничивает ток во время работы. С одной стороны корпуса находится цоколь, идентичный цоколю лампочки накаливания, а с другой – сама компактная люминесцентная лампа. В отличие от обычной ЭСЛ, КЛЛ компактнее и ее трубка имеет форму спирали или сложена гармошкой.

Принцип работы КЛЛ

Принцип работы КЛЛ не отличается от обычной люминесцентной лампы. Колба в виде трубки наполнена парами ртути. В ее концах расположены нити накала.

При работе внутри колбы происходит электрический разряд, излучающий в основном ультрафиолет. Для переизлучения его в видимый свет стенки трубки покрыты слоем люминофора.

Запуск лампочки производится электронным ПРА, расположенными в пластмассовом корпусе.

Интересно! В неисправной КЛЛ выходит из строя что-то одно – нить накала или схема управления. К рабочей плате можно подключить обычную люминесцентную лампу. Единственное условие – ее мощность не должна превышать мощность сгоревшей лампочки. Еще из исправной платы можно сделать своими руками импульсный блок питания.

Особенности КЛЛ

Как устроена КЛЛ

КЛЛ отличаются формой колбы, цоколем, мощностью и цветом излучения (цветовой температурой).

Форма колбы

В люминесцентных лампах, являющихся предшественниками КЛЛ, колба имеет трубчатую форму. Из-за этого светильники получаются большого размера. В КЛЛ она может быть закручена спиралью или иметь U-образную форму, и сложена гармошкой. Это позволяет установить на ее место обычную лампочку накаливания. Иногда спирали придается вид свечи или на нее надевается матовый рассеиватель.

Типы цоколя

Подключение этих приборов производится с помощью цоколя, находящегося на корпусе. В маркировке буква обозначает его тип, а цифры размер:

  • E14 или «миньон». Винтовой цоколь Эдисона диаметром 14 мм. Используется в точечных и малогабаритных светильниках. Мощность КЛЛ до 15 Вт. Например, КЛЛ-fsт2-9 Вт-2700 К–Е14 компакт (35х95 мм) TDM.
  • E27. Цоколь Эдисона диаметром 27 мм. Самый распространенный размер, широко применяемый еще с советских времен. Например, цоколь E-27 имеют КЛЛ NAVIGATOR NCL-4U-25-840-E27 (94036), мощностью 25 Вт, КЛЛ-FS-20 Вт-4200 К–Е27 TDM, КЛЛ E27 11/827 D34x98, спираль Navigator/NCL-SF10, КЛЛ 15/840 Е27 D42х103, КЛЛ 25/840 E27 D46x140 4U, КЛЛ 20/827 Е27 D46х113, КЛЛ 20/840 Е27 D48х89, спираль ECO или Лампа Navigator 94 416 NCLP-SF-15-827-E27 spiral.
  • E40. Диаметр 40 мм. Мощность ламп от 65 до 240 Вт. Самые распространенные лампы с таким цоколем имеют мощность 150 или 105 Вт. Например, КЛЛ-8U-240 Вт-6500 К–Е40 TDM или КЛЛ-FS-105 Вт-4000 К–Е40 (83х260 мм) TDM.
  • G53. Штырьковый цоколь с расстоянием между штырьками 53 мм. Эти лампочки небольшой высоты, поэтому используются в подвесных полотках.
  • G23. Расстояние между штырьками 23 мм. Цоколь со встроенным стартером. Мощность лампочки, представляющей из себя сложенную вдвое трубку – 5 – 14 Вт. Применяется в настольных светильниках, иногда в ванных комнатах. Например, КЛЛ-PS-11Вт-4200К-G23 TDM или КЛЛ-PS-9 Вт-6500K-G23.
  • G24. Аналог G23, только трубка сложена вчетверо. Разновидностями такого цоколя являются G24d-1, G24q и G24q-3. Например, КЛЛ 13Вт Dulux D 13/840 2p G24d-1 (010625), КЛЛ–PD-26 Вт-4200 К-G 24g–3 ТДМ или PL-S 11W 220V 820lm 6500K G23.
  • 2G7. Трубка и размеры похожи на G23, но стартер отсутствует, а цоколь имеет 4 штырька. Такие устройства могут работать как с электромагнитным, так и с электронным дросселем.
  • 2G11. Аналог 2G7, но расстояние между штырьками 11 мм.
  • 2D. Представляет собой прямоугольник 36×60 мм с двумя штырьками на расстоянии 8 мм. Имеет встроенный электронный дроссель. Предназначен для лампы, сложенной в виде квадрата, мощностью 16-36 Вт.

Мощность КЛЛ

При определении необходимой мощности КЛЛ для освещения помещения за основу берется эквивалент ламп накаливания. Однако КПД последних составляет 4% против 20% у КЛЛ (энергосберегающих). Поэтому мощность для КЛЛ нужна в 5 раз меньше.

Недостатком таких светильников является невозможность подключения к диммеру для регулировки яркости.

Для потолочного освещения производственных помещений используются энергоэффективные лампы, мощностью 150 Вт.

Маркировка и цветовая температура

Маркировка температуры КЛЛ

Субъективное восприятие освещенности зависит не только от мощности, но и от цветовой температуры. Код из трех цифр на коробке указывает качество цветопередачи и оттенок света. Она может меняться, в зависимости от характеристики  и свойств нанесенного на стенки колбы светящегося люминофора:

  • – 2700 К – теплый белый свет, похожий на свечение лампочки накаливания.
  • – 4200 K (иногда 4000 – 4500 или 5000) – нейтральный белый.
  • – 6500 К – холодный белый.

Срок службы

Срок службы КЛЛ фирмы-производители декларируют 8 лет или 8000 часов при среднем сроке применения 2,7 часа в день. Это средняя продолжительность использования с учетом жилой комнаты, в которой свет горит весь вечер и туалета, в котором он включается периодически на несколько минут.

Сравнение с другими лампами

Различие между КЛЛ, светодиодными и лампами накаливания можно увидеть в таблице.

Накаливания КЛЛ светодиодные
Экономичность  (КПД) 4% 20% 30-40%
Срок службы, заявленный производителем 1000 часов 8000 часов 30000 – 50000 часов
Оттенок света Теплый белый Любой, от теплого, до холодного Любой, от теплого, до холодного
Регулировка яркости Диммером Нет Диммером, но только специальным, с отметкой на упаковке
Габариты Любые Любые Любые
Цена Самые дешевые В 5 раз дороже Раньше были намного дороже КЛЛ, сейчас разница почти отсутствует

Таким образом, энергосбережение компактных люминесцентных ламп выше, чем ламп накаливания, но ниже, чем у светодиодных.

сравнительные характеристики ламп

Экологические аспекты

В КЛЛ в колбе содержится ртуть, пары которой могут вызвать сильное отравление, особенно при постоянном длительном воздействии. Самый известный пример – Безумный шляпник Льюиса Керрола (при производстве фетровых шляп использовалась ртуть).

В энергосберегающей лампочке жидкой ртути нет, поэтому разбившуюся колбу достаточно собрать в емкость с водой, после чего проветрить помещение. Сквозняк нежелателен, поскольку может разнести пары ртути по всей квартире. В современных светильниках ее меньше 5 мГ. По утверждению производителей, это количество в разбившейся колбе безопасно для здоровья.

Утилизация

Самостоятельно утилизировать сгоревшую КЛЛ невозможно. Дома для этого нет технических условий. Это делают специализированные предприятия, следовательно, КЛЛ необходимо сдавать в пункты приема. Они должны располагаться в ЖЭКах, а также в некоторых магазинах. Предприятия отправляют ртутьсодержащие отходы непосредственно на место утилизации.

Важно! Выбрасывать сгоревшие люминесцентные светильники в мусорные контейнеры недопустимо!

самостоятельная утилизация недопустима

КЛЛ является более совершенным источником освещения, чем лампа накаливания. У нее выше энергоэффективность. Их можно интегрировать в светильники старого типа.

ПредыдущаяСледующая

Лампы: в чём их отличия и как выбирать

При выборе типа лампы, используемой в светильнике, надо руководствоваться как техническими характеристиками, так и дизайнерской задачей. С технической точки зрения учитываются несколько факторов.

Чтобы помочь потребителю разобраться в данных вопросах, рассмотрим, как устроены лампы, их достоинства и недостатки.

Энергосберегающая лампа

Компактная люминесцентная лампа состоит из 3 основных компонентов: цоколя, люминесцентной лампы и электронного блока. Цоколь предназначен для подключения лампы к сети. Электронный блок (ЭПРА: электронный пускорегулирующий аппарат) обеспечивает зажигание (пуск) и дальнейшее горение люминесцентной лампы.

ЭПРА преобразует сетевое напряжение 220 В в напряжение, необходимое для работы люминесцентной лампы. Благодаря ЭПРА энергосберегающая лампа зажигается без мерцания и работает без мигания свойственного обычным люминесцентным лампам. Люминесцентная лампа наполнена парами ртути и инертным газом (аргоном), а её внутренние стенки покрыты люминофорным покрытием.

Под действием высокого напряжения в лампе происходит движение электронов. Столкновение электронов с атомами ртути образует невидимое ультрафиолетовое излучение, которое, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.

Благодаря механизму действия энергосберегающих ламп удаётся добиться снижения потребления электроэнергии на 80% по сравнению с лампами накаливания при аналогичном световом потоке. Помимо пониженного потребления световой энергии энергосберегающие лампы выделяют меньше тепла, чем лампы накаливания.

Незначительное тепловыделение позволяет использовать компактные люминесцентные лампы большой мощности в хрупких бра, светильниках и люстрах, в которых от ламп накаливания с высокой температурой нагрева может оплавляться пластмассовая часть патрона, либо сам провод. Из-за более равномерного распределение света энергосберегающие лампы снижают утомляемость человеческого глаза.

Люминесцентные лампы

Люминесцентная лампа – это газоразрядная лампа низкого давления. Ультрафиолетовое излучение, возникающее в результате газового разряда невидимо для человеческого глаза. Оно преобразуется люминофорным покрытием в видимый для нас свет. Принцип работы люминесцентной лампы похож на компактные энергосберегающие лампы (см. выше).

Лампы накаливания

Лампы накаливания традиционно используются на протяжении многих лет и по-прежнему являются наиболее широко применяемым источником света. Они дают приятный свет со спектром, сдвинутым в инфракрасную область. Цветные лампы прекрасно подходят для создания декоративных специальных эффектов, а зеркальные лампы, излучающие направленный свет, позволяют создать необходимый световой акцент.

Несмотря на многообразие типоразмеров ламп накаливания, отличающихся номинальным напряжением, мощностью и родом тока, все они объединены единым физическим принципом получения видимого излучения (нагрев электрическим током вольфрамовой нити до температуры 2200-2800°С) и сходством применяемых во всех конструкциях основных составляющих элементов: стеклянная колба; вольфрамовая нить; электроды.

Зеркальная лампа

Верхняя часть колбы зеркальной лампы покрыта отражающим свет слоем. Зеркальное покрытие защищает конструкцию лампы от перегрева, и в то же время позволяет самой лампе светить ярче. При этом другая часть колбы остается матовой, а свет от нее равномерный, рассеянный. Срок службы такой лампы 600-1000 часов.

Галогенные лампы

Галогенные лампы излучают приятный белый свет с отличной цветопередачей. Основаны на том же принципе, что и лампы накаливания, но с применением «галогенного цикла». Вольфрамовая нить накаливания окружена инертным газом, содержащим галогениды.

Благодаря специально созданным условиям вылетающие частички нити возвращаются обратно, что значительно продлевает срок службы лампочки и предотвращает почернение колбы. Если к галогенной лампе холодного света добавить отражатель, то освещаемые такой лампой объекты не будут нагреваться. Кроме того, галогенная лампа дает больше света, чем лампа накаливания при одинаковой мощности.

При использовании галогенных ламп обратите внимание на одну особенность – эти лампы очень чувствительны к перепадам напряжения.

Параметры люминис­центные лампы ком­пакт­ные энерго­сберегающие лампы металло­галогенные лампы зеркальная лампа галогенные лампы
Срок службы, час* 3000-6000 6000-15000 1000 до 1000
Световой поток, Лм** 110-7500 100-10000 1000-30000 70-18000 30-11000
Световая отдача лм/Вт*** 25-104 25-80 50-95 7-18 до 30
Цветовая температура указывается в градусах Кельвина**** 2700-6500 3000-6000 2500-2900 2700-4000
Недостатки большие габариты, наличие ртути, необходимость специальной аппаратуры включения наличие ртути, необходимость специальной аппаратуры включения, пульсации светового потока низкая светоотдача, малый срок службы
Достоинства высокая световая отдача, большой срок службы компактность, хорошая цветопередача идеальная цветопередача, простота включения, дешевизна
Основные области применения лампы внутреннее освещение административных помещений, магазинов и т.д. архитектурное, художественное освещение, акцентир. освещение освещение жилых помещений архитектурное, художественное освещение, акцентир. освещение

* Зависит от стабильности напряжения в сети, также повысить срок службы можно используя схемы для плавного включения ламп. ** Световым потоком называется вся мощность излучения источника света, оцениваемая по световому ощущению глаза человека и измеряется в люменах.

*** Световая отдача показывает с какой экономичностью потребляемая электрическая мощность преобразуется в свет. Теоретически достигаемая максимальная величина при полном преобразовании энергии в видимый свет составляет 683 лм/Вт.

Реально достижимые значения, разумеется, значительно ниже и находятся между 10 лм/Вт и 150 лм/Вт.

**** Цветовая температура любого источника электромагнитных волн, в том числе световых, определяется путем сопоставления спектральных характеристик источника и абсолютно черного тела. Абсолютно черное тело (излучатель Планка) – тело, которое поглощает все падающие на него излучения, независимо от длины волны и направления излучения.

Цветовая температура указывается в градусах Кельвина (обозначение К), отсчитываемых от абсолютного нуля. Шкала Кельвина отличается от шкалы Цельсия только положением нуля: положение нуля на шкале Кельвина на 273 градуса ниже нуля по Цельсию. Она, таким образом, выше на 273 градуса, чем та же температура, выраженная в градусах Цельсия.

Схемы энергосберегающих ламп

 

  Здесь представлены схемы популярных энергосберегающих ламп дневного света.
Даже если вы не нашли нужную лампу, ищите аналог, принцип у схем один.

------------------------------------------------------

 

 


------------------------------------------------------
 

------------------------------------------------------
 

 
------------------------------------------------------
------------------------------------------------------
 

------------------------------------------------------
 


------------------------------------------------------
 

------------------------------------------------------
 


------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------
 

------------------------------------------------------
 

------------------------------------------------------
 
 


------------------------------------------------------

 
------------------------------------------------------
 
 


------------------------------------------------------
Адрес этой статьи: http://radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=453
Оригинал: http://www.pavouk.org/hw/lamp/en_index.html
Энергосберегающие лампы
Принцип действия

Ремонт энергосберегающих ламп

Схемы энергосберегающих ламп

Питание ламп дневного света (ЛДС)

Термисторы PTC для энергосберегающих ламп



1). Электрическое поле Земли - источник энергии.

2). Ветродвигатель для ветряка - 1

3). Ветродвигатель для ветряка - 2

4). Получение электрической энергии - 1

Динистор в энергосберегающей лампе

Схема и ремонт люминесцентных энергосберегающих ламп

В настоящее время всё большее распространение получают так называемые люминесцентные энергосберегающие лампы. В отличие от обычных люминесцентных ламп с электромагнитным балластом, в энергосберегающих лампах с электронным балластом используется специальная схема.

Благодаря этому такие лампы легко установить в патрон взамен обычной лампочки накаливания со стандартным цоколем E27 и E14. Именно о бытовых люминесцентных лампах с электронным балластом далее и пойдёт речь.

Отличительные особенности люминесцентных ламп от обычных ламп накаливания.

Люминесцентные лампы не зря называют энергосберегающими, так как их применение позволяет снизить энергопотребление на 20 – 25 % . Их спектр излучения более соответствует естественному дневному свету. В зависимости от состава применяемого люминофора можно изготавливать лампы с разным оттенком свечения, как более тёплых тонов, так и холодных. Следует отметить, что люминесцентные лампы более долговечны, чем лампы накаливания. Конечно, многое зависит от качества конструкции и технологии изготовления.

Устройство компактной люминесцентной лампы (КЛЛ).

Компактная люминесцентная лампа с электронным балластом (сокращённо КЛЛ) состоит из колбы, электронной платы и цоколя E27 (E14), с помощью которого она устанавливается в стандартном патроне.

Внутри корпуса размещается круглая печатная плата, на которой собран высокочастотный преобразователь. Преобразователь при номинальной нагрузке имеет частоту 40 – 60 кГц . В результате того, что используется довольно высокая частота преобразования, устраняется “моргание”, свойственное люминесцентным лампам с электромагнитным балластом (на основе дросселя), которые работают на частоте электросети 50 Гц. Принципиальная схема КЛЛ показана на рисунке.

По данной принципиальной схеме собираются в основном достаточно дешёвые модели, к примеру, выпускаемые под брендом Navigator и ERA. Если вы используете компактные люминесцентные лампы, то, скорее всего они собраны по приведённой схеме. Разброс указанных на схеме значений параметров резисторов и конденсаторов реально существует. Это связано с тем, что для ламп разной мощности применяются элементы с разными параметрами. В остальном схемотехника таких ламп мало чем отличается.

Разберёмся подробнее в назначении радиоэлементов, показанных на схеме. На транзисторах VT1 и VT2 собран высокочастотный генератор. В качестве транзисторов VT1 и VT2 используются кремниевые высоковольтные n-p-n транзисторы серии MJE13003 в корпусе TO-126. Обычно на корпусе этих транзисторов указываются только цифровой индекс 13003 . Также могут применяться транзисторы MPSA42 в более миниатюрном корпусе формата TO-92 или аналогичные высоковольтные транзисторы.

Миниатюрный симметричный динистор DB3 (VS1) служит для автозапуска преобразователя в момент подачи питания. Внешне динистор DB3 выглядит как миниатюрный диод. Схема автозапуска необходима, т.к преобразователь собран по схеме с обратной связью по току и поэтому сам не запускается. В маломощных лампах динистор может отсутствовать вообще.

Диодный мост, выполненный на элементах VD1 – VD4 служит для выпрямления переменного тока. Электролитический конденсатор С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Диодный мост и конденсатор С2 являются простейшим сетевым выпрямителем. С конденсатора C2 постоянное напряжение поступает на преобразователь. Диодный мост может выполняться как на отдельных элементах (4 диодах), либо может применяться диодная сборка.

При своей работе преобразователь генерирует высокочастотные помехи, которые нежелательны. Конденсатор С1, дроссель (катушка индуктивности) L1 и резистор R1 препятствуют распространению высокочастотных помех по электросети. В некоторых лампах, видимо из экономии 🙂 вместо L1 устанавливают проволочную перемычку. Также, во многих моделях нет предохранителя FU1, который указан на схеме. В таких случаях, разрывной резистор R1 также играет роль простейшего предохранителя. В случае неисправности электронной схемы потребляемый ток превышает определённое значение, и резистор сгорает, разрывая цепь.

Дроссель L2 обычно собран на Ш-образном ферритовом магнитопроводе и внешне выглядит как миниатюрный броневой трансформатор. На печатной плате этот дроссель занимает довольно внушительное пространство. Обмотка дросселя L2 содержит 200 – 400 витков провода диаметром 0,2 мм. Также на печатной плате можно найти трансформатор, который указан на схеме как T1. Трансформатор T1 собран на кольцевом магнитопроводе с наружным диаметром около 10 мм. На трансформаторе намотаны 3 обмотки монтажным или обмоточным проводом диаметром 0,3 – 0,4 мм. Число витков каждой обмотки колеблется от 2 – 3 до 6 – 10.

Колба люминесцентной лампы имеет 4 вывода от 2 спиралей. Выводы спиралей подключаются к электронной плате методом холодной скрутки, т.е без пайки и прикручены на жёсткие проволочные штыри, которые впаяны в плату. В лампах малой мощности, имеющих малые габариты, выводы спиралей запаиваются непосредственно в электронную плату.

Ремонт бытовых люминесцентных ламп с электронным балластом.

Производители компактных люминесцентных ламп заявляют, что их ресурс в несколько раз больше, чем обычных ламп накаливания. Но, несмотря на это бытовые люминесцентные лампы с электронным балластом выходят из строя довольно часто.

Связано это с тем, что в них применяются электронные компоненты, не рассчитанные на перегрузки. Также стоит отметить высокий процент бракованных изделий и невысокое качество изготовления. По сравнению с лампами накаливания стоимость люминесцентных довольно высока, поэтому ремонт таких ламп оправдан хотя бы в личных целях. Практика показывает, что причиной выхода из строя служит в основном неисправность электронной части (преобразователя). После несложного ремонта работоспособность КЛЛ полностью восстанавливается и это позволяет сократить денежные расходы.

Перед тем, как начать рассказ о ремонте КЛЛ, затронем тему экологии и безопасности.

Опасность люминесцентных ламп и рекомендации по использованию.

Несмотря на свои положительные качества люминесцентные лампы вредны как для окружающей среды, так и для здоровья человека. Дело в том, что в колбе присутствуют пары ртути. Если её разбить, то опасные пары ртути попадут в окружающую среду и, возможно, в организм человека. Ртуть относят к веществам 1-ого класса опасности .

При повреждении колбы необходимо покинуть на 15 – 20 минут помещение и сразу же провести принудительное проветривание комнаты. Необходимо внимательно относиться к эксплуатации любых люминесцентных ламп. Следует помнить, что соединения ртути, применяемые в энергосберегающих лампах опаснее обычной металлической ртути. Ртуть способна оставаться в организме человека и наносить вред здоровью .

Кроме указанного недостатка необходимо отметить, что в спектре излучения люминесцентной лампы присутствует вредное ультрафиолетовое излучение. При длительном нахождении близко с включенной люминесцентной лампой возможно раздражение кожи, так как она чувствительна к ультрафиолету.

Наличие в колбе высокотоксичных соединений ртути является главным мотивом экологов, которые призывают сократить производство люминесцентных ламп и переходить к более безопасным светодиодным.

Разборка люминесцентной лампы с электронным балластом.

Несмотря на простоту разборки компактной люминесцентной лампы, следует быть аккуратным и не допускать разбития колбы. Как уже говорилось, внутри колбы присутствуют пары ртути, опасные для здоровья. К сожалению, прочность стеклянных колб невысока и оставляет желать лучшего.

Для того чтобы вскрыть корпус где размещена электронная схема преобразователя, необходимо острым предметом (узкой отвёрткой) разжать пластмассовую защёлку, которая скрепляет две пластмассовые части корпуса.

Далее следует отсоединить выводы спиралей от основной электронной схемы. Делать это лучше узкими плоскогубцами подхватив конец вывода провода спирали и отмотать витки с проволочных штырей. После этого стеклянную колбу лучше поместить в надёжное место, чтобы не допустить её разбития.

Оставшаяся электронная плата соединена двумя проводниками со второй частью корпуса, на которой смонтирован стандартный цоколь E27 (E14).

Восстановление работоспособности ламп с электронным балластом.

При восстановлении КЛЛ первым делом следует проверить целостность нитей накала (спиралей) внутри стеклянной колбы. Целостность нитей накала просто проверить с помощью обычного омметра. Если сопротивление нитей мало (единицы Ом), то нить исправна. Если же при замере сопротивление бесконечно велико, то нить накала перегорела и применить колбу в данном случае невозможно.

Наиболее уязвимыми компонентами электронного преобразователя, выполненного на основе уже описанной схемы (см. принципиальную схему), являются конденсаторы.

Если люминесцентная лампа не включается, то следует проверить на пробой конденсаторы C3, C4, C5. При перегрузках эти конденсаторы выходят из строя, т.к приложенное напряжение превосходит напряжение, на которое они рассчитаны. Если лампа не включается, но колба светиться в районе электродов, то возможно пробит конденсатор C5.

В таком случае преобразователь исправен, но поскольку конденсатор пробит, то в колбе не возникает разряд. Конденсатор C5 входит в колебательный контур, в котором в момент запуска возникает высоковольтный импульс, приводящий к появлению разряда. Поэтому если конденсатор пробит, то лампа не сможет нормально перейти в рабочий режим, а в районе спиралей будет наблюдаться свечение, вызываемое разогревом спиралей.

Холодный и горячий режим запуска люминесцентных ламп.

Бытовые люминесцентные лампы бывают двух типов:

С холодным запуском

С горячим запуском

Если КЛЛ загорается сразу после включения, то в ней реализован холодный запуск. Данный режим плох тем, что в таком режиме катоды лампы предварительно не прогреваются. Это может привести к перегоранию нитей накала вследствие протекания импульса тока.

Для люминесцентных ламп более предпочтителен горячий запуск. При горячем запуске лампа загорается плавно, в течение 1-3 секунд. В течение этих несколько секунд происходит разогрев нитей накала. Известно, что холодная нить накала имеет меньшее сопротивление, чем разогретая. Поэтому, при холодном запуске через нить накала проходит значительный импульс тока, который может со временем вызвать её перегорание.

Для обычных ламп накаливания холодный запуск является стандартным, поэтому многие знают, что они сгорают как раз в момент включения.

Для реализации горячего запуска в лампах с электронным балластом применяется следующая схема. Последовательно с нитями накала включается позистор (PTC – терморезистор). На принципиальной схеме этот позистор будет подключен параллельно конденсатору С5.

В момент включения в результате резонанса на конденсаторе С5, а, следовательно, и на электродах лампы возникает высокое напряжение, необходимое для её зажжения. Но в таком случае нити накала плохо прогреты. Лампа включается мгновенно. В данном случае параллельно С5 подключен позистор. В момент запуска позистор имеет низкое сопротивление и добротность контура L2C5 значительно меньше.

В результате напряжение резонанса ниже порога зажжения. В течение нескольких секунд позистор разогревается и его сопротивление увеличивается. В это же время разогреваются и нити накала. Добротность контура возрастает и, следовательно, растёт напряжение на электродах. Происходит плавный горячий запуск лампы. В рабочем режиме позистор имеет высокое сопротивление и не влияет на рабочий режим.

Нередки случаи, что выходит из строя как раз этот позистор, и лампа попросту не включается. Поэтому при ремонте ламп с балластом следует обратить на него внимание.

Довольно часто сгорает низкоомный резистор R1, который, как уже говорилось, играет роль предохранителя.

Активные элементы, такие как транзисторы VT1, VT2, диоды выпрямительного моста VD1 –VD4 также стоит проверить. Как правило, причиной их неисправности служит электрический пробой p-n переходов. Динистор VS1 и электролитический конденсатор С2 на практике редко выходят из строя.

Схема и ремонт люминесцентных энергосберегающих ламп

В настоящее время всё большее распространение получают так называемые люминесцентные энергосберегающие лампы. В отличие от обычных люминесцентных ламп с электромагнитным балластом, в энергосберегающих лампах с электронным балластом используется специальная схема.

Благодаря этому такие лампы легко установить в патрон взамен обычной лампочки накаливания со стандартным цоколем E27 и E14. Именно о бытовых люминесцентных лампах с электронным балластом далее и пойдёт речь.

Отличительные особенности люминесцентных ламп от обычных ламп накаливания.

Люминесцентные лампы не зря называют энергосберегающими, так как их применение позволяет снизить энергопотребление на 20 – 25 % . Их спектр излучения более соответствует естественному дневному свету. В зависимости от состава применяемого люминофора можно изготавливать лампы с разным оттенком свечения, как более тёплых тонов, так и холодных. Следует отметить, что люминесцентные лампы более долговечны, чем лампы накаливания. Конечно, многое зависит от качества конструкции и технологии изготовления.

Устройство компактной люминесцентной лампы (КЛЛ).

Компактная люминесцентная лампа с электронным балластом (сокращённо КЛЛ) состоит из колбы, электронной платы и цоколя E27 (E14), с помощью которого она устанавливается в стандартном патроне.

Внутри корпуса размещается круглая печатная плата, на которой собран высокочастотный преобразователь. Преобразователь при номинальной нагрузке имеет частоту 40 – 60 кГц . В результате того, что используется довольно высокая частота преобразования, устраняется “моргание”, свойственное люминесцентным лампам с электромагнитным балластом (на основе дросселя), которые работают на частоте электросети 50 Гц. Принципиальная схема КЛЛ показана на рисунке.

По данной принципиальной схеме собираются в основном достаточно дешёвые модели, к примеру, выпускаемые под брендом Navigator и ERA. Если вы используете компактные люминесцентные лампы, то, скорее всего они собраны по приведённой схеме. Разброс указанных на схеме значений параметров резисторов и конденсаторов реально существует. Это связано с тем, что для ламп разной мощности применяются элементы с разными параметрами. В остальном схемотехника таких ламп мало чем отличается.

Разберёмся подробнее в назначении радиоэлементов, показанных на схеме. На транзисторах VT1 и VT2 собран высокочастотный генератор. В качестве транзисторов VT1 и VT2 используются кремниевые высоковольтные n-p-n транзисторы серии MJE13003 в корпусе TO-126. Обычно на корпусе этих транзисторов указываются только цифровой индекс 13003 . Также могут применяться транзисторы MPSA42 в более миниатюрном корпусе формата TO-92 или аналогичные высоковольтные транзисторы.

Миниатюрный симметричный динистор DB3 (VS1) служит для автозапуска преобразователя в момент подачи питания. Внешне динистор DB3 выглядит как миниатюрный диод. Схема автозапуска необходима, т.к преобразователь собран по схеме с обратной связью по току и поэтому сам не запускается. В маломощных лампах динистор может отсутствовать вообще.

Диодный мост, выполненный на элементах VD1 – VD4 служит для выпрямления переменного тока. Электролитический конденсатор С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Диодный мост и конденсатор С2 являются простейшим сетевым выпрямителем. С конденсатора C2 постоянное напряжение поступает на преобразователь. Диодный мост может выполняться как на отдельных элементах (4 диодах), либо может применяться диодная сборка.

При своей работе преобразователь генерирует высокочастотные помехи, которые нежелательны. Конденсатор С1, дроссель (катушка индуктивности) L1 и резистор R1 препятствуют распространению высокочастотных помех по электросети. В некоторых лампах, видимо из экономии 🙂 вместо L1 устанавливают проволочную перемычку. Также, во многих моделях нет предохранителя FU1, который указан на схеме. В таких случаях, разрывной резистор R1 также играет роль простейшего предохранителя. В случае неисправности электронной схемы потребляемый ток превышает определённое значение, и резистор сгорает, разрывая цепь.

Дроссель L2 обычно собран на Ш-образном ферритовом магнитопроводе и внешне выглядит как миниатюрный броневой трансформатор. На печатной плате этот дроссель занимает довольно внушительное пространство. Обмотка дросселя L2 содержит 200 – 400 витков провода диаметром 0,2 мм. Также на печатной плате можно найти трансформатор, который указан на схеме как T1. Трансформатор T1 собран на кольцевом магнитопроводе с наружным диаметром около 10 мм. На трансформаторе намотаны 3 обмотки монтажным или обмоточным проводом диаметром 0,3 – 0,4 мм. Число витков каждой обмотки колеблется от 2 – 3 до 6 – 10.

Колба люминесцентной лампы имеет 4 вывода от 2 спиралей. Выводы спиралей подключаются к электронной плате методом холодной скрутки, т.е без пайки и прикручены на жёсткие проволочные штыри, которые впаяны в плату. В лампах малой мощности, имеющих малые габариты, выводы спиралей запаиваются непосредственно в электронную плату.

Ремонт бытовых люминесцентных ламп с электронным балластом.

Производители компактных люминесцентных ламп заявляют, что их ресурс в несколько раз больше, чем обычных ламп накаливания. Но, несмотря на это бытовые люминесцентные лампы с электронным балластом выходят из строя довольно часто.

Связано это с тем, что в них применяются электронные компоненты, не рассчитанные на перегрузки. Также стоит отметить высокий процент бракованных изделий и невысокое качество изготовления. По сравнению с лампами накаливания стоимость люминесцентных довольно высока, поэтому ремонт таких ламп оправдан хотя бы в личных целях. Практика показывает, что причиной выхода из строя служит в основном неисправность электронной части (преобразователя). После несложного ремонта работоспособность КЛЛ полностью восстанавливается и это позволяет сократить денежные расходы.

Перед тем, как начать рассказ о ремонте КЛЛ, затронем тему экологии и безопасности.

Опасность люминесцентных ламп и рекомендации по использованию.

Несмотря на свои положительные качества люминесцентные лампы вредны как для окружающей среды, так и для здоровья человека. Дело в том, что в колбе присутствуют пары ртути. Если её разбить, то опасные пары ртути попадут в окружающую среду и, возможно, в организм человека. Ртуть относят к веществам 1-ого класса опасности .

При повреждении колбы необходимо покинуть на 15 – 20 минут помещение и сразу же провести принудительное проветривание комнаты. Необходимо внимательно относиться к эксплуатации любых люминесцентных ламп. Следует помнить, что соединения ртути, применяемые в энергосберегающих лампах опаснее обычной металлической ртути. Ртуть способна оставаться в организме человека и наносить вред здоровью .

Кроме указанного недостатка необходимо отметить, что в спектре излучения люминесцентной лампы присутствует вредное ультрафиолетовое излучение. При длительном нахождении близко с включенной люминесцентной лампой возможно раздражение кожи, так как она чувствительна к ультрафиолету.

Наличие в колбе высокотоксичных соединений ртути является главным мотивом экологов, которые призывают сократить производство люминесцентных ламп и переходить к более безопасным светодиодным.

Разборка люминесцентной лампы с электронным балластом.

Несмотря на простоту разборки компактной люминесцентной лампы, следует быть аккуратным и не допускать разбития колбы. Как уже говорилось, внутри колбы присутствуют пары ртути, опасные для здоровья. К сожалению, прочность стеклянных колб невысока и оставляет желать лучшего.

Для того чтобы вскрыть корпус где размещена электронная схема преобразователя, необходимо острым предметом (узкой отвёрткой) разжать пластмассовую защёлку, которая скрепляет две пластмассовые части корпуса.

Далее следует отсоединить выводы спиралей от основной электронной схемы. Делать это лучше узкими плоскогубцами подхватив конец вывода провода спирали и отмотать витки с проволочных штырей. После этого стеклянную колбу лучше поместить в надёжное место, чтобы не допустить её разбития.

Оставшаяся электронная плата соединена двумя проводниками со второй частью корпуса, на которой смонтирован стандартный цоколь E27 (E14).

Восстановление работоспособности ламп с электронным балластом.

При восстановлении КЛЛ первым делом следует проверить целостность нитей накала (спиралей) внутри стеклянной колбы. Целостность нитей накала просто проверить с помощью обычного омметра. Если сопротивление нитей мало (единицы Ом), то нить исправна. Если же при замере сопротивление бесконечно велико, то нить накала перегорела и применить колбу в данном случае невозможно.

Наиболее уязвимыми компонентами электронного преобразователя, выполненного на основе уже описанной схемы (см. принципиальную схему), являются конденсаторы.

Если люминесцентная лампа не включается, то следует проверить на пробой конденсаторы C3, C4, C5. При перегрузках эти конденсаторы выходят из строя, т.к приложенное напряжение превосходит напряжение, на которое они рассчитаны. Если лампа не включается, но колба светиться в районе электродов, то возможно пробит конденсатор C5.

В таком случае преобразователь исправен, но поскольку конденсатор пробит, то в колбе не возникает разряд. Конденсатор C5 входит в колебательный контур, в котором в момент запуска возникает высоковольтный импульс, приводящий к появлению разряда. Поэтому если конденсатор пробит, то лампа не сможет нормально перейти в рабочий режим, а в районе спиралей будет наблюдаться свечение, вызываемое разогревом спиралей.

Холодный и горячий режим запуска люминесцентных ламп.

Бытовые люминесцентные лампы бывают двух типов:

С холодным запуском

С горячим запуском

Если КЛЛ загорается сразу после включения, то в ней реализован холодный запуск. Данный режим плох тем, что в таком режиме катоды лампы предварительно не прогреваются. Это может привести к перегоранию нитей накала вследствие протекания импульса тока.

Для люминесцентных ламп более предпочтителен горячий запуск. При горячем запуске лампа загорается плавно, в течение 1-3 секунд. В течение этих несколько секунд происходит разогрев нитей накала. Известно, что холодная нить накала имеет меньшее сопротивление, чем разогретая. Поэтому, при холодном запуске через нить накала проходит значительный импульс тока, который может со временем вызвать её перегорание.

Для обычных ламп накаливания холодный запуск является стандартным, поэтому многие знают, что они сгорают как раз в момент включения.

Для реализации горячего запуска в лампах с электронным балластом применяется следующая схема. Последовательно с нитями накала включается позистор (PTC – терморезистор). На принципиальной схеме этот позистор будет подключен параллельно конденсатору С5.

В момент включения в результате резонанса на конденсаторе С5, а, следовательно, и на электродах лампы возникает высокое напряжение, необходимое для её зажжения. Но в таком случае нити накала плохо прогреты. Лампа включается мгновенно. В данном случае параллельно С5 подключен позистор. В момент запуска позистор имеет низкое сопротивление и добротность контура L2C5 значительно меньше.

В результате напряжение резонанса ниже порога зажжения. В течение нескольких секунд позистор разогревается и его сопротивление увеличивается. В это же время разогреваются и нити накала. Добротность контура возрастает и, следовательно, растёт напряжение на электродах. Происходит плавный горячий запуск лампы. В рабочем режиме позистор имеет высокое сопротивление и не влияет на рабочий режим.

Нередки случаи, что выходит из строя как раз этот позистор, и лампа попросту не включается. Поэтому при ремонте ламп с балластом следует обратить на него внимание.

Довольно часто сгорает низкоомный резистор R1, который, как уже говорилось, играет роль предохранителя.

Активные элементы, такие как транзисторы VT1, VT2, диоды выпрямительного моста VD1 –VD4 также стоит проверить. Как правило, причиной их неисправности служит электрический пробой p-n переходов. Динистор VS1 и электролитический конденсатор С2 на практике редко выходят из строя.

Первым делом необходимо проверить целостность нитей лампы. Сопротивление нитей должно быть в пределах 10-15 Ом. Если одина из нитей оборвана, то одним из признаков является потемнение стекла возле оборваной нити. Если лампа не сильно старая, то ее можно восстановить путем включения резистора 10 Ом 0,25 Вт паралельно нити накала и если имеется шунтирующий данную спираль диод, его нужно удалить. Правда при этом запуск лампы может происходить с небольшим мерцанием продолжительность 10-15 секунд.

После этого осуществляем прозвонку остальных элементов схемы. Типчиной неисправностью является выход из строя транзисторов генератора из-за нарушения теплового режима. Для прозвонки транзисторов их необходимо выпаять, в связи с тем что в цепи транзисторов между переходами могут быть включены диоды. В качестве транзисторов используются транзисторы различных производителей серии 13003.

Правильный выбор транзисторов определяет надежность и срок службы генератора. Так например для энергосберегающих ламп мощности 1-9Вт рекомендуется использовать транзисторы серии 13001 ТО-92, для 11Вт – серии 13002 ТО-92, для 15-20Вт – серии 13003 ТО-126, для 25-40Вт – серии 13005 ТО-220, для 40-65Вт – серии 13007 ТО-200, для 85ВТ – серии 13009 ТО-220.

В случае мерцания лампы одной из причины может быть пробой высоковольного конденсатора, включенного между нитями накала лампы из-за воздействия повышенного напряжения. Конденсатор можно заменить на более высоковольтный с номиналом 3,3 нФ на 2 кВ.

Если перегорает предохранитель (иногда он бывает в виде резистора), вероятно неисправными оказываются транзисторы Q1, Q2 и резисторы R1, R2, R3, R5. Вместо перегоревшего предохранителя можно установить резистор на несколько Ом. Неисправностей может быть сразу несколько. Например, при пробое конденсатора C3, могут перегреться и сгореть транзисторы. (Рис.1)

Разберём работу энергосберегающей лампы на примере наиболее распространённой схемы (лампа мощностью 11Вт).

Схема состоит из цепей питания, которые включают помехозащищающий дроссель L2, предохранитель F1, диодный мост, состоящий из четырёх диодов 1N4007 и фильтрующий конденсатор C4. Схема запуска состоит из элементов D1, C2, R6 и динистора. D2, D3, R1 и R3 выполняют защитные функции. Иногда эти диоды не устанавливают в целях экономии.

При включении лампы, R6, C2 и динистор формируют импульс, подающийся на базу транзистора Q2, приводящий к его открытию. После запуска эта часть схемы блокируется диодом D1. После каждого открытия транзистора Q2, конденсатор C2 разряжен. Это предотвращает повторное открытие динистора. Транзисторы возбуждают трансформатор TR1, который состоит из ферритового колечка с тремя обмотками в несколько витков. На нити поступает напряжение через конденсатор C3 с повышающего резонансного контура L1, TR1, C3 и C6. Трубка загорается на резонансной частоте, определяемой конденсатором C3, потому что его ёмкость намного меньше, чем ёмкость C6. В этот момент напряжение на конденсаторе C3 достигает порядка 600В. Во время запуска пиковые значения токов превышают нормальные в 3-5 раз, поэтому если колба лампы повреждена, существует риск повреждения транзисторов.

Когда газ в трубке ионизирован, C3 практически шунтируется, благодаря чему частота понижается и генератор управляется только конденсатором C6 и генерирует меньшее напряжение, но, тем не менее, достаточное для поддержания свечения лампы.

Когда лампа зажглась, первый транзистор открывается, что приводит к насыщению сердечника TR1. Обратная связь на базу приводит к закрытию транзистора. Затем открывается второй транзистор, возбуждаемый противоположно подключенной обмоткой TR1 и процесс повторяется.

У меня Maxsus, светили чуть больше 8 месяцев и потухли обе, с интервалом в неделю. Электроника (силовая) оказалась не при чем. Пробой конденсатора позиционное обозначение С6 и С7, хотя стоит он один, 562J. Поставил наш, советский КСО на 500в, место позволяет. Это уже не первый случай с лампами этой фирмы. Ставили конденсатор К73-17 0,01х400в. Так что не выкидывайте эти лампы, некоторые можно востановить. Если неисправна колба, то можно электронику использовать для ламп ЛБ-20, не мигает, как со своим дросселем.

У моей турецкой Vitoone VO11025 (25W) перегорели транзисторы EKA X1 13003D ( в переходе Б-К ).

Заменил на JB8 13003. Они оказались без диода между К-Э, и цоколевка была зеркальной. Хорошо, что проверил и правильно впаял. В итоге все заработало.

Модернизация энергосберегающих ламп

Для того, чтобы сделать режим работы лампы более мягким, энергосберегающую лампу можно модернизировать:

Для модернизации подойдёт любой NTC-термистор, предназначенный для ограничения пусковых токов, сопротивлением 20-50 Ом. В холодном состоянии термистор имеет указанное сопротивление, что ограничивает текущий через него ток. При нагреве сопротивление уменьшается и термистор не влияет на работу схемы.

Термистор необходимо установить в разрыв нитей накала лампы в любом удобном месте. При работе термистор нагревается, поэтому не стоит устанавливать его вплотную к другим компонентам.

Установка NTC-термистора последовательно с нитью накала. Введение данного элемента позволит ограничить пусковой ток лампы и уберечь нить накала от обрыва. Здесь достаточно даже небольшого сопротивления термистора. В отличие от PTC термистора, который должен быть установлен параллельно резонансному конденсатору и обеспечивать прогрев нитей перед поджигом, данная модернизация не приводит к заметной задержке включения лампы.

Перед сборкой в цоколе лампы необходимо просверлить вентиляционные отверстия, чтобы сделать температурный режим работы более мягким. Ряд отверстий вокруг места крепления трубки лапмы служит для отвода тепла от самой трубки. Ряд отверстий ближе к металлической части цоколя служит для отвода тепла от компонентов балласта. Тажке можно сделать ещё один ряд отверстий – посередине, большего диаметра.

NTC термистора более 50 Ом найти не удалось – собрал из нескольких последовательную цепь сопротивлением около 80 Ом, подключение последовательно с конденсатором на работу также не влияет.

Не влияет из-за маломощности лампочки. Тут, чем мощнее, тем при меньшем сопротивлении терморезистора проявится эффект.

Но эффекта от 50 Ом я даже на мощных лампах, практически, не наблюдал. Глазами. Только осциллографом – по нему видно, что ток нарастает постепенно.

Во вторых, терморезистор не уменьшает величину сопротивления до нуля, и при нескольких резисторах, соединённых последовательно, эффект будет всегда хуже, чем с одним, на такое же сопротивление в холодном состоянии.

Из личного опыта.

Для ламп мощностью 20-25Вт терморезистор на 700 Ом уже даёт задержку до 5 секунд. Для мощности 10-15Вт можно взять и 1-1,5 КОм, лишь бы инвертор смог запуститься. А это бывает не всегда. По этому, для малых мощностей приходится ставить, так же, не более 1 Ком. Эффект хотя и заметен, но уже меньше.

Однако, думаю, есть смысл ставить даже маленькие терморезисторы. Лишь бы приборы показывали меньший ток запуска и плавное его нарастание после поджига.

W348 – маленькая деталь, на плате обозначена как диод (буквой D), полярность не указана ни на плате ни на самой детальке. Внешне похожа на мелкий стеклянный диод синего цвета.

Информацию о W348 найти не могу. Что это? Двуполярный стабилитрон, динистр ?

Кто сталкивался – подскажите, что это такое ?

Динистор DB3 нужен для запуска. Он кстати так и обзывается.

Вот по этой ссылке http://www.qrz.ru/schemes/contribute/constr/fluorescent-lamp. я собрал – "Схема 4. Дважды два – итого четыре детали и трансформатор." Там в энергосберегающих от Космоса присутствует дроссель (ну, я может и путаю, в общем присутствует хрень такая, очень похожая на трансформатор с ферритовым сердечником.). Я один размотал, там содержится 267 витков. Если не разбирать, то можно аккуратно намотать 9 и 10 витков дополнительно. Место в нем есть. И аккуратно сделать тоже получиться. Вторичная обмотка попадает в параметры схемы (не буква в букву, конечно). Конденсатор я уменьшил до 10 nF (еще раз – 10 nF), резистор на 51 ом – заменил резистором на 21 ом (он был безжалостно выпаян из схемы Космоса). 1,5 КОм не нашел. Пробовал 1,3КОм и 1,6КОм. Работает. По моему и 10КОм будет в этой схеме работать. Транзистор оставил как в схеме. Единственно – радиатор прикручивать необходимо. Иначе через 3 секунды транзистор перегревается насмерть. Один из выводов высоковольтной обмотки бросил на минус/землю, устойчивость поджига уверичилась. Вывод нашел эмпирически (величайший из изобретенных – "метод научного тыка"). Запитывал от китайского блока питания 0-15 В. Начинает работать на 10В. Если с землей на высоковольтной, то потребление падает до 0,4 А. Если без – 0,7. 0,9 А. Если во время работы прикоснуться пальцем ко второму высоковольтному выводу – можно получить очень неприятный ожег. Ощущение раскаленной иголки. И паленой кожей попахивает.

Ремонт энергосберегающих ламп – можно почитать на этом форуме – http://pro-radio.ru/it-works

ЗЫ: Взял где взял, обобщил и добавил немного.

ЗЫ2: Кому не нужно – проходим мимо.

ЗЫ3: LF! ,kzl rjgbgfcnf!

Простите за качество некоторых картинок (чем богаты).

Схема подключения светодиодных ламп вместо люминесцентных – RozetkaOnline.COM

Люминесцентные лампы, благодаря своим революционным, для своего времени, характеристикам: низкому энергопотреблению, высокой световой эффективности и долгому сроку службы, получили очень широкое распространение.

Именно трубчатые лампы дневного света освещают большинство школ, больниц, офисов, цехов и т.д., наиболее часто они установлены в растровых светильниках, знакомых каждому.

Главным недостатком люминесцентных ламп является наличие внутри них ртути, пары которой смертельно опасны для человека.

Но технологии не стоят на месте, их активное развитие привело к созданию светодиодных ламп, которые превзошли практически по всем показателям люминесцентные. В настоящее время, единственным их недостатком является стоимость в сравнении с лампами дневного света, по сумме же всех характеристик и выгод, а главное по соображениям безопасности, они вне конкуренции.

Менять старые люминесцентные светильники целиком на аналогичные светодиодные не выгодно, хотя бы просто экономически, лучше просто заменить лампы, ведь производители давно уже выпускают трубчатые светодиодные лампы Т8 под цоколь G13 и можно установить их, оставив старый корпус светильника, лишь немного модернизировав его.

Чтобы поставить светодиодные лампы вместо люминесцентных, необходимо несколько доработать светильник, сделать его проще, убрав из схемы подключения несколько лишних компонентов. Сейчас я подробно покажу как это легко сделать самому.

В первую очередь давайте рассмотрим схемы стандартных растровых светильников, рассчитанных на установку четырех люминесцентных ламп, такие чаще всего монтируются в потолки, типа «армстронг».

Их всего две разновидности, две различных схемы, первая с балластом и стартером, встречается чаще всего:

Вторая схема более современная, с электронным пускорегулирующим аппаратом:

Как видите, светильники с люминесцентными лампами, содержат внутри различное дополнительное оборудование, которое требуется для их работы. Подробнее читайте об этом в материале – Схема подключения люминесцентных светильников

В современных же трубчатых LED лампах, в частности т8 под цоколь g13, драйвер, необходимый для того, чтобы светодиоды горели, уже встроен в корпус самой лампы и дополнительно устанавливать что-то не требуется.

Соответственно, переделка любого люминесцентного светильника, сводится к демонтажу всего лишнего оборудования: балласта, стартера, эпра и т.д. и подключению питания напрямую к контактам LED лампы. Для обоих типов светильников, схема подключения общая, все зеленые проводники на схеме, подключаем к нулевому проводу, а все красные к фазному, должно получится примерно так:

Схема подключения светодиодных ламп вместо люминесцентных

И еще раз, все достаточно просто, с одной стороны к ламам подводится фаза, а с другой ноль. При этом полярность не важна, так как подключается переменный ток, подсоединяйте так, как вам будет удобнее. Кроме того, не важно к какому из контактных штырьков подключается электрический провод, ведь их каждая пара, с каждой стороны LED лампы, замкнута.

В случае переделки растрового люминесцентного светильника, мы просто берем провода, которые идут от цоколей g13 и обрезаем их, а затем все провода одной стороны подключаем на фазную клемму, а все провода другой, на нулевую. В итоге должно получится примерно следующая схема установки led ламп вместо ламп дневного света:

Как видите, технология простая, не нужно обладать каким-то особым образованием, чтобы перевести на светодиодные лампы, допустим, все люминесцентные светильники в офисе, на производстве или в магазине.

Кстати, как монтировать и подключать люминесцентный светильник, а главное как устанавливать трубчатые лампы т8 – мы писали в статье “Подключение люминесцентного светильника“

В результате такой переделки, вы получаете новый, современный светодиодный светильник, безопасный, с низким энергопотреблением и долгим сроком службы.

Помните, что старые люминесцентные лампы нельзя просто выбросить или, хуже того, просто разбить, их необходимо обязательно утилизировать, ведь они содержат ртуть. В каждом крупном городе есть центры, куда вы сможете сдать свои энергосберегающие лампы, нередко совершенно бесплатно.

Что такое энергоэффективное освещение и методы его реализации

Энергоэффективное освещение и способы его реализации

По оценкам, на освещение приходится около 20% от общего производства электроэнергии в мире. Качество и количество света не только влияют на наше здоровье, комфорт, безопасность и производительность, но и влияют на экономику. Многие страны тратят огромные средства из своего бюджета на электроэнергию на освещение.

Для достижения эффективного использования электроэнергии страны постоянно переходят на энергоэффективное освещение, которое является наиболее экономичным и надежным методом энергосбережения.В области освещения используются хорошо известные технологии для оптимизации существующих средств управления и осветительного оборудования для снижения потребления энергии при более высоком качестве освещения. Давайте подробно обсудим эту концепцию.

Что такое энергоэффективное освещение?

Когда потребление энергии продуктом снижается, не влияя на его производительность, конечную реакцию или уровень комфорта пользователя, это называется энергоэффективностью. Энергоэффективный продукт потребляет меньше энергии для выполнения той же функции по сравнению с тем же продуктом с большим потреблением энергии.

Энергоэффективность в секторе освещения обеспечивает необходимый уровень освещенности схемы освещения для того приложения, для которого она была разработана, при минимальном потреблении энергии. Проще говоря, энергоэффективное освещение может сэкономить электроэнергию, сохраняя при этом хорошее качество и количество света.

Энергоэффективное освещение предполагает замену (или переоснащение) традиционных ламп (таких как лампы накаливания) на энергоэффективные, такие как люминесцентные лампы, лампы CFL и светодиодные лампы.Он также включает в себя соответствующие средства управления освещением, такие как таймеры, средства управления на основе инфракрасных и ультразвуковых датчиков и т. Д.

Он включает автоматическое выключение света, когда он не используется, особенно в дневное время. В нем используются электронные дроссели вместо балластов при обычном освещении, а также с использованием электронных схем; при необходимости можно добиться затемнения света.

Эти энергоэффективные схемы могут применяться для внешнего освещения, внутреннего освещения жилых домов и внутреннего освещения коммерческих зданий.Эти схемы не только снижают потребление энергии, но и улучшают качество освещения, повышают безопасность и благополучие персонала, а также уменьшают воздействие на окружающую среду.

Зачем нужно энергоэффективное освещение?

Освещение является основным требованием любого объекта и влияет на повседневную деятельность людей. Это составляет значительную часть общего потребления энергии в бытовых, коммерческих и промышленных установках.

В промышленности потребление энергии для освещения составляет лишь небольшую часть от общего объема потребляемой энергии, что составляет около 2-5 процентов от общего потребления энергии.На его долю приходится от 50 до 90 процентов в домашнем секторе, и она может возрасти до 20-40 процентов в случае коммерческого / строительного секторов, комплексов информационных технологий и гостиниц.

Таким образом, это становится важной областью, в которой необходимо экономить энергию, особенно в бытовом секторе. Поэтому решения для повышения эффективности освещения играют ключевую роль в возможностях энергосбережения.

Из-за высокого энергопотребления традиционные лампы накаливания и лампы высокого разряда необходимо заменить энергоэффективными лампами.Традиционные лампы не только потребляют большое количество электроэнергии, но они используют большую часть потребляемой энергии для производства тепла, а не света (например, 90% потребляемой энергии в случае ламп накаливания).

С установкой энергоэффективного освещения количество потребляемой энергии в конечном итоге будет снижено, что приведет к снижению счетов за электроэнергию.

Следовательно, необходимо энергоэффективное освещение

  • Чтобы снизить потребление электроэнергии, тем самым уменьшив счета за электроэнергию
  • Чтобы сэкономить электроэнергию, а не тратить ее впустую с точки зрения потерь
  • Для снижения выбросов парниковых газов, поскольку обычные лампы вызывают выбросы CO 2
  • Для снижения пиковой нагрузки

Вы также можете прочитать: Сколько ватт солнечных батарей нам нужно для наших бытовых электроприборов?

Советы, приемы и методы по внедрению энергоэффективного освещения

Лучшим и эффективным решением для энергосбережения является внедрение энергоэффективных технологий освещения в секторе освещения, что облегчает всестороннюю модернизацию систем освещения и управления.

Были внесены значительные улучшения и инновации в технологии освещения, которые могут предложить большой потенциал для экономии энергии во многих приложениях освещения, таких как домашнее освещение, уличное освещение, гостиничные и розничные прожекторы, офисное и промышленное освещение и т. Д.

Ниже перечислены методы или типы энергоэффективного освещения , которые обычно используются как возможности энергосбережения.

  1. Замена ламп на энергоэффективные лампы

Энергоэффективные лампы могут обеспечить такое же количество освещения с большей экономией энергии при низких затратах по сравнению с обычными лампами.Традиционные лампы накаливания потребляют много энергии для получения света, при этом 90 процентов потребляемой энергии выделяется в виде тепла, а также они потребляют больше энергии, обычно в 3-5 раз больше, чем фактическое количество для производства света.

Энергоэффективные лампы решают эти проблемы, предлагая гораздо больше преимуществ, чем лампы накаливания. Два самых популярных варианта энергоэффективных ламп - это КЛЛ (компактная люминесцентная лампа) и светодиодные (светоизлучающие диоды) лампы.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)

КЛЛ лампы представляют собой миниатюрные или фигурные версии люминесцентных ламп большого размера.Эти лампы сочетают в себе эффективность люминесцентного освещения с популярностью и удобством ламп накаливания.

Вкручиваются в светильники, подходящие для всех стандартных ламп накаливания, но не в стандартные люминесцентные светильники с длинными трубками. В зависимости от марки и области применения они бывают разных стилей, цветов и размеров.

КЛЛ потребляют на 75 процентов меньше энергии и производят на 75 процентов меньше тепла для получения того же количества света по сравнению с лампами накаливания.Они служат в 10-15 раз дольше и стоят в 10-20 раз дороже, чем лампы накаливания.

Эти лампы изготовлены с трубкой из фосфорного стекла, состоящей из инертного газа (аргона) и паров ртути. Они используют электронный балласт для создания высокого напряжения во время запуска, и это может быть отдельный блок или постоянно встроенная лампа. Некоторые специальные и старые модели КЛЛ поставляются с отдельным балластом, а некоторые КЛЛ - со встроенным балластом.

Когда через электроды пропускают электрический ток, возбуждаются электроны, связанные с атомами ртути, которые, в свою очередь, излучают ультрафиолетовый свет.Когда ультрафиолетовый свет попадает на флуоресцентное покрытие, он превращается в видимый свет.

Сравнительная таблица ламп накаливания, КЛЛ и светодиодных ламп.

На сегодняшнем рынке доступны различные типы ламп CFL. Некоторые из них - спиральные лампы, трехтрубные лампы, торшеры, шаровые лампы, прожекторы и канделябры. В случае замены ламп накаливания КЛЛ выбираются в соответствии с люменами, которые указывают количество генерируемого света, как показано на рисунке ниже.

Они доступны в различных цветах света, таких как теплый белый и мягкий белый, холодный белый и ярко-белый и т. Д., В зависимости от типа применения. В таблице ниже показан диапазон светлых цветов КЛЛ для конкретного применения.

Светоизлучающие диоды (светодиоды)

Светодиоды представляют собой твердотельные полупроводниковые устройства и более энергоэффективны, чем даже КЛЛ. Они производят мало тепла и более качественное освещение, чем любые другие лампы. На момент создания использование светодиодов было ограничено в качестве индикаторов с одной лампочкой в ​​электронных схемах.

Позже несколько светодиодов объединены в группы для разработки небольших ламп в устройствах с батарейным питанием, таких как зарядные фонари, фонарики и т. Д. Сегодня светодиодные лампы доступны во многих новых стилях ламп, которые достаточно ярки, чтобы заменить традиционные лампы накаливания.

Светодиодные лампы потребляют на 75 процентов меньше энергии, чем традиционные лампы накаливания, и на 50 процентов меньше энергии, чем у КЛЛ. Они могут служить в 8-25 раз дольше, чем лампы накаливания, и до четырех раз дольше, чем CFL.В отличие от ламп накаливания и КЛЛ, светодиодные лампы не выделяют тепла и, следовательно, достаточно холодны, чтобы их можно было прикоснуться. Но это дороже; однако они доступны в долгосрочной перспективе.

Светодиоды состоят из полупроводниковых материалов и образуют PN-переходы. Когда ток течет через эти соединения, он высвобождает энергию в виде света. Длина волны и, следовательно, цвет света зависят от состава материалов. Светодиоды могут излучать желтый, красный, синий, зеленый и белый свет.Для освещения несколько белых светодиодов сгруппированы в кластеры, чтобы обеспечить необходимое освещение для приложения.

Светодиодные лампы

доступны в различных формах, размерах и стилях в зависимости от типа применения, для которого они предназначены. Некоторые из этих типов включают в себя рассеивающие лампы, светодиодные лампы с регулируемой яркостью, лампы со штыревым цоколем для трекового освещения, лампы с ввинчиваемым цоколем для отражателя, светодиоды с пламенным наконечником и ламповые светодиодные лампы.

Сравнение ламп накаливания, КЛЛ, светодиодных и галогенных ламп и ламп.

  1. Улучшение управления освещением

Освещением можно управлять с помощью различных датчиков, чтобы лампы могли работать всякий раз, когда они необходимы. Эти датчики обнаруживают присутствие людей, движение, время или присутствие и на основе выходного сигнала датчика включают и выключают лампы. Типы этих элементов управления включают инфракрасные датчики, автоматические таймеры, датчики движения (инфракрасные и ультразвуковые датчики) и диммеры.

Фотодатчики следят за условиями дневного света и соответственно посылают сигналы на главный контроллер для автоматического выключения ламп на рассвете и включения в сумерках.Этот тип управления освещением обычно используется для уличного и наружного освещения.

Уличное освещение - еще одна важная область энергосбережения, поскольку оно способствует значительному энергопотреблению, особенно на автомагистралях. Централизованные системы управления чаще всего используются при управлении уличным освещением.

Популярным централизованным управлением является система SCADA (диспетчерский контроль и сбор данных), которая обеспечивает удаленное управление работой уличных фонарей из центра.Системы на основе GSM / GPRS также используются для дистанционного управления уличным освещением.

  1. Замена существующих приспособлений и балластов

Замена энергоэффективных принадлежностей на новые энергоэффективные приспособления и балласт обеспечивает превосходную экономию энергии, долговечность и надежность. Основная функция светильника или осветительной арматуры - распределять, направлять и рассеивать свет.

Некоторые светильники могут поглощать более половины света, излучаемого лампой, что снижает эффективность освещения.Светильники с более высокой эффективностью могут излучать больше света, и, следовательно, можно сэкономить энергию и деньги. Такие светильники состоят из отражателей, которые направляют свет в нужном направлении.

Все газоразрядные лампы требуют пускорегулирующего устройства для достижения требуемой работы. Обычные балласты магнитного типа вызывают потери мощности, которые обычно составляют 15 процентов от мощности лампы. Это также может повысить температуру прибора во время работы. Поэтому необходимо выбрать правильный балласт, чтобы снизить потери балласта, температуру арматуры и мощность системы.На современном рынке доступно много электронных или твердотельных балластов, которые могут сэкономить от 20 до 30 процентов энергии по сравнению со стандартными балластами.

Вы также можете прочитать:

Энергосберегающие лампы и электронные балласты




  1. Введение
  2. Газоразрядные лампы и газоразрядные лампы высокой интенсивности
  3. Введение в балласты
  4. Некоторые определения и оценка производительности
  5. Обычные балласты
  6. Балласты с высокочастотным резонансом
  7. Новое поколение балластов
  8. Балласты для коррекции коэффициента мощности и диммирования
  9. Сравнение компактных люминесцентных ламп с использованием магнитных и электронных Балласты
  10. Дальнейшие разработки электронных балластов
  11. Список литературы

1 Введение

С момента первого энергетического кризиса, с которым мир столкнулся в 1970-х гг. к внезапному и неожиданному удорожанию нефтяного топлива), электричество промышленность пытается удовлетворить растущие потребности мира в энергии за счет строительство большего количества электростанций, не зависящих от нефти, или поиск других нетрадиционные источники энергии, такие как солнечная энергия.В 90-е годы однако новая концепция под названием «негаватт» - идея о том, что инвестиции в энергосбережение часто приносят более высокую прибыль, чем инвестиции в новые электростанции - набирают популярность.

Согласно этой точке зрения, спрос на электроэнергию может быть ограничен путем сопоставления подходящая и эффективная технология для каждой задачи по использованию энергии.

Примером могут служить электрические лампы

. Спустя столетие после его изобретения электрическая лампа накаливания до сих пор остается одним из самых популярных в мире способов обеспечение искусственного освещения как в промышленности, так и в домашнем хозяйстве, несмотря на то, что лампа накаливания дает сравнительно наименьший светоотдача при заданном количестве потребляемой электроэнергии.Эта фигура известная как световая отдача или светоотдача, вряд ли была улучшена любой новой технологией, что касается лампы накаливания.

Другой наиболее популярный источник электрического освещения - люминесцентные лампы. лампа, в которой используется принцип дугового разряда через газ при низком давлении для получения видимого света. Освещение по принципу газового разряда существует более пятидесяти лет и почти все новые исследования и разработки в области повышения эффективности освещения была сосредоточена в основном на технологии люминесцентных ламп.Например, в Соединенных Штатах было подсчитано, что люминесцентные лампы производят заводом, строительство которого стоит восемь миллионов долларов, сэкономит электроэнергию стоимостью один миллиард долларов, что эквивалентно стоимости электростанции мощностью 700 МВт.

Таким образом, словосочетание «энергосберегающие лампы» в основном является синонимом. с новой технологией, разрабатываемой для улучшения флуоресцентных ламповая техника.

В частности, совместная разработка маломощных люминесцентных ламп. с высокоэффективными электронными балластами (требуется вспомогательная цепь для управления работой газоразрядной лампы) является основным направлением деятельности светотехническая промышленность сегодня.

В этом разделе представлен обзор этих новых методов энергосбережения. применительно к люминесцентным лампам. Использование модема для конкретного приложения Интегральные схемы (ASIC) в практических электронных балластах, а также обсуждаются некоторые технологии магнитного балласта. В этом разделе также представлены набор определений, единиц и мер для оценки и сравнение производительности разных типов ламп.

2. Газоразрядные лампы и газоразрядные лампы высокой интенсивности

2.1 Люминесцентная лампа

Люминесцентная лампа, впервые разработанная в 1930-х годах, состоит из трубка, покрытая изнутри флуоресцентным порошком или люминофором. Трубка содержит пары ртути под низким давлением с небольшим количеством инертный газ, способствующий воспламенению разряда. Ставятся два электрода на обоих концах трубы и сконструированы таким образом, чтобы работать как лампы с горячим или холодным катодом.

Лампы с горячим катодом содержат электроды из вольфрамовых нитей с покрытием и обычно нагреваются до температуры испускания электронов до возникновения дуги. удары.Нагретые катоды способствуют снижению падения напряжения около 10 до 12 вольт на электродах, что позволяет сэкономить примерно 3 Вт на лампу.

В лампах с холодным катодом используются электроды с покрытием из железа или никеля. Напряжение падение на электродах этих ламп относительно высокое (50 В и выше) но они демонстрируют более длительный срок службы из-за низких рабочих температур.

Работа люминесцентной лампы состоит, прежде всего, в установлении постоянного электрическая дуга между двумя катодами.Воздействие этих электронов на атомы паров ртути излучают в основном невидимый ультрафиолетовый свет который затем преобразуется в видимый свет в результате флуоресценции. люминофорного покрытия на трубке. Химический состав люминофора поэтому покрытие в основном отвечает за цвет излучаемого света. а также частично из-за эффективности лампы.

Лампа люминесцентная стандартная с обычным гало-фосфорным покрытием. производит более белый цвет, чем лампа накаливания.Добавляем тонкое пальто более дорогого трифосфора можно улучшить цветопередачу и увеличить эффективность.

В целом люминесцентная лампа является широко используемым источником света с хорошая эффективность около 90 люкс / ватт без учета потерь мощности в балласте. Когда эти потери включены, эффективность падает примерно до 75 люкс / ватт, что по-прежнему намного лучше, чем у лампы накаливания. лампа (см. рис. 1).


РИС. 1 Сравнение ламп, люмен на ватт

2,2 Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)

Компактная люминесцентная лампа не отличается принципом действия. от стандартной люминесцентной лампы, однако КЛЛ были разработаны с учетом некоторые из фундаментальных возражений против широкого применения линейные люминесцентные лампы во многих жилых, коммерческих и промышленных Приложения. Громоздкий магнитный балласт, мерцание света и иногда слышимый шум, создаваемый магнитным балластом, был одной из причин из-за непопулярности люминесцентной лампы как светильника общего назначения источник.

КЛЛ преодолевает мерцание, работая лампой на частоте кГц. диапазон и избавляется от необходимости во внешнем балласте за счет включения полностью электронный балласт в основании люминесцентной лампы. Таким образом, КЛЛ предназначены и способны напрямую заменять лампы накаливания. без каких-либо внешних вспомогательных устройств.


РИС. 2 показывает базовую блок-схему компактного люминесцентного напольная лампа.

Обратите внимание, что фильтр электромагнитных помех (EMI) и коэффициент мощности блоки управления обусловлены наличием электроники для AC / DC Преобразование постоянного / переменного тока высокочастотных цепей преобразования внутри корпуса.

2,3 Газоразрядные лампы высокой интенсивности (HID)

Это общий термин для группы ламп, включая ртутные лампы, металлогалогенные лампы и натриевые лампы высокого давления.

Ртутно-паровая лампа - это электроразрядная лампа высокого давления, в которой большая часть излучения возникает при возбуждении атомов ртути. Для начала разряда недостаточно включить нормальное сетевое напряжение. между основными электродами.Однако он может начаться с очень короткого расстояние между основным и вспомогательным электродами, вспомогательным электродом подключается к выводу лампы через высокий резистор для ограничения электрический ток.


РИС.
2 Блок-схема CFL

Начальный разряд происходит при небольшом количестве аргона. Разряд теперь быстро распространяется, пока не окажется между основными электродами. В Разряд аргона нагревает трубку и испаряет ртуть.Разряд затем происходит в парах ртути, а влияние аргона незначительно. Эффективность лампы составляет около 60 люкс / ватт.

Металлогалогенная лампа - это электрическая газоразрядная лампа, в которой свет создается излучением возбужденной смеси металлических паров (ртуть и продукты диссоциации галогенидов). Их конструкция аналогичен ртутным лампам высокого давления, добавлен ряд йодидов для заполнения пробелов в световом спектре, улучшая цветовые характеристики света.Их эффективность также выше (до 80 люкс / ватт). Натрий Лампа содержит неон в дополнение к металлическому натрию при низком давлении. Тепло производится начальным неоновым разрядом. Это заставляет натрий выделения, дающие натриево-желтый цвет. Цвет вызван возбуждением паров натрия. Для достижения полного освещения требуется около десяти минут. Развитием этого является натриевая лампа высокого давления, которая при высоком давлении имеет расширенный спектр, чтобы обеспечить адекватное покрытие всех цветов, натрия паровые лампы имеют очень высокую эффективность до 150 люкс / ватт.

Люминесцентные лампы

популярны, потому что они обеспечивают более длительный срок службы, чем накаливания и потребляют меньше энергии. Кроме того, их низкая интенсивность даже освещение предпочтительнее почти во всех помещениях. Высокая интенсивность Газоразрядные лампы используются в основном на открытом воздухе для освещения больших такие области, как улицы, автостоянки и т. д.

3 Введение в балласты

Балласты люминесцентных ламп - устройства, устанавливаемые в светильники люминесцентных ламп. чтобы регулировать напряжение и ток, подаваемые на лампы.В ПРА в цепи люминесцентной лампы выполняет двоякие функции. Первый, он должен обеспечивать подходящее напряжение зажигания на лампе. при запуске так, чтобы между электродами могла сохраняться электрическая дуга. после. Во-вторых, балласт отвечает за ограничение тока. течь через лампу во время ее нормальной работы. Эти два требования балласта можно объяснить с помощью типичных временных характеристик импеданса. кривая газоразрядной лампы, показанная на рис.3.

Поскольку начальное сопротивление велико, напряжение зажигания, необходимое для зажигания дуга также будет выше, чем нормальное рабочее напряжение люминесцентного напольная лампа.

Сразу после зажигания лампы полное сопротивление падает до минимума. значение, представляющее отрицательную характеристику сопротивления, которая требует некоторых форма ограничения тока для предотвращения разрушения лампы из-за чрезмерного тока.

В то время как первые магнитные балласты (индукторного типа) выполняли два необходимых требования к балласту, современные электронные балласты могут выполнять многие другие функции, такие как резонансный режим, защита от отключения лампы, отказ или снятие, а также диммирование и т. д.Эти и другие подобные техники будут подробно обсуждены в следующих разделах.

Следует также отметить, что люминесцентная лампа сама по себе резистивная нагрузка, включение балласта (магнитного или электронного type) может вызвать потенциально нежелательные условия, такие как как низкий коэффициент мощности, гармоники высокого порядка и электромагнитные помехи. Как мы увидим позже в этом разделе, многие производители ИС придумали с передовыми продуктами, которые вполне удовлетворительно решают эти проблемы.


РИС. 3 Импедансно-временные характеристики разряда лампа

4 Некоторые определения и оценка эффективности

Первичным показателем эффективности электрической лампы является ее общая выходной световой поток на ватт входной мощности. Для сравнения производительности между различными источниками света, твердые определения задействованные условия необходимы.

4,1 Световой поток

Общее количество визуально оцениваемого излучения (т.е., свет) испускается в секунду от источника света называется световым потоком и измеряется в люмен. Термин «визуально оцениваемое излучение» относится к тот факт, что люди способны видеть только часть спектра электромагнитных радиация.

Более того, чувствительность человеческого глаза сильно различается в зависимости от длины волн в этой полосе частот. Световой поток, измеренный в люменах учитывает оба этих фактора и, таким образом, нет прямое соответствие между энергией излучения, испускаемой за секунду источник света и его световой поток.

4,2 Световая отдача

Выходной световой поток электрической лампы на ватт входной мощности определяется как световая отдача лампы. Обычно это выражается в люмен / ватт:

Световая отдача = Световой поток / Потребляемая мощность

Световая отдача иногда также обозначается как люмен на ватт или lpw рейтинг лампы. Согласно действующим стандартам, световая отдача люминесцентной лампы необходимо измерять с учетом потребляемой мощности балласта.

4,3 Текущий пик-фактор

Current Crest Factor - это отношение пикового тока лампы к действующий ток.

Пик-фактор тока = пиковый ток / среднеквадратичный ток

Учитывается форма волны тока лампы. Максимальный гребень коэффициент, рекомендованный производителями ламп, чтобы не снижать срок их службы составляет около 1,7.

4,4 Балластный фактор

Балластный коэффициент - это отношение светоотдачи лампы к световому потоку. от балласта до светоотдачи лампы в соответствии с ANSI (Американский национальный Standards Institution) эталонный балласт.

Балластный коэффициент = Световой поток лампы с тестовым балластом / Световой поток лампы с эталонным балластом

4,5 Коэффициент балластной эффективности (BEF)

BEF - это отношение балластного фактора к входной мощности балласта лампы. система. BEF зависит от приложения и не может использоваться для сравнения различных Приложения.

Коэффициент эффективности балласта = коэффициент балласта / Входная мощность

4,6 Суммарные гармонические искажения (THD )

THD измеряет качество формы волны тока, создаваемой балластом.

Ток, потребляемый балластом, в большинстве случаев имеет несинусоидальную форму волны. и, таким образом, может рассматриваться как серия гармоник высокого порядка (т.е. с частотами, кратными частоте входной линии) наложены на основной форме волны тока. Степень наличия таких гармоники измеряются THD, как определено ниже.

i_ THD- (ч / + ч, '+ ч,' + ......) 2 ч,

, где каждый член h i относится к среднеквадратичному значению i-й гармоники в тока, а hi относится к среднеквадратичному значению основной составляющей.

5 Обычные балласты

В схеме обычного балласта, показанной на рис. 4, высокое напряжение удар, необходимый для зажигания лампы, получается от индуктора и биметаллического переключатель, который также подает ток накала, когда контакты замкнуты. Нагретые нити испускают объемные заряды, которые снижают напряжение ионизации. паров ртути внутри лампы для облегчения запуска (Mortimer 1994). По мере увеличения длины дуговой трубки напряжения ионизации также увеличиваются, Требование балласта для обеспечения повышенных рабочих напряжений, а также более высокие напряжения зажигания.Как следствие, обычные двух- и четырехфутовые В балластах люминесцентных ламп используются громоздкие повышающие трансформаторы с высоким реактивным сопротивлением. с выходными обмотками для управления двумя и более лампами.

Этот магнитный балласт основан на катушке с проволокой, окружающей железное ядро. Известны также такие магнитные балласты традиционной конструкции. как «балласты сердечника и катушки». В то время как стандартный магнитный балласт рассеивает около 20 процентов общей мощности, более эффективный магнитный балласт ограничит эту потерю до 12 процентов или меньше.Магнитный балласт отвечает за генерацию некоторых гармоник из-за нелинейной намагниченности характеристика железа.


РИС. 4 Базовая схема обычного балласта

Индуктивность магнитного балласта представляет собой низкий коэффициент мощности, обычно около 0,5, что необходимо компенсировать. Компенсация коэффициента мощности можно сделать с помощью конденсатора. Даже после компенсации низкое качество магнитные балласты будут иметь коэффициент мощности около 0.9 из-за относительно высокий THD 20-30 процентов. Обычные магнитные балласты линейной частоты связаны со следующими недостатками.

(i) Мерцание от сети 50/60 Гц, (ii) Значительный размер и вес, (iii) низкий коэффициент мощности, несинусоидальные формы волны тока и (iv) сложность для затемнения.

6 Высокочастотные резонансные балласты

Все чаще используются электронные высокочастотные резонансные балласты. управлять люминесцентными лампами из-за их повышенной энергоэффективности, дольше срок службы лампы, возможности диммирования, меньший вес и возможность устранения мерцание.

Один из самых ранних примеров электронного управления люминесцентными лампами. лампы были найдены в конструкции 1954 года, изготовленной Delco для использования в автобусах. Этот ранний электронный балласт был разработан для работы в общей сложности с шестью лампами. выходная мощность около 140 Вт. Он работал на частоте около 3000 Гц и был довольно большим (порядка 1500 кубических дюймов). Улучшения в полупроводниках устройства позволили произвести первый практический высокочастотный балласт Триада-Утрад в 1967 году.Эти балласты были простыми, питаемыми током, автоколебательными. инверторы, а также были разработаны для приложений ввода постоянного тока.

Цепи электронного балласта недавно претерпели революцию в совершенстве. от ранних биполярных конструкций десять лет назад. Частично это было вызвано появлением силовых переключателей MOSFET с присущими им преимущества в эффективности. В большинстве электронных балластов используются два переключателя питания. в топологии тотемного полюса (полумоста), а трубчатые цепи состоят из Резонансные цепи серии L-C с лампой (ами) на одном из реакторов.На рис. 5 показана основная топология.

Переключатели в схеме на рис. 5 представляют собой силовые полевые МОП-транзисторы, приводимые в действие для проведения альтернативно двумя вторичными обмотками на трансформаторе тока. Главная этого трансформатора приводится в действие током в цепи лампы, работающей на резонансной частоте L и C. Схема не самозапускается и должен запускаться импульсным диаком, подключенным к воротам нижнего МОП-транзистор.

После включения нижнего переключателя колебания поддерживаются и высокий прямоугольная волна частоты (30-80 кГц) возбуждает резонансный ток L-C.В синусоидальное напряжение на C увеличивается на добротность (Q) при резонансе и развивает достаточную амплитуду, чтобы поразить лампу, которая затем обеспечивает немерцающая подсветка.

Эта схема уже много лет является стандартным электронным балластом, несмотря на то, что следующие недостатки:

(i) Не запускается автоматически, (ii) Низкое время переключения, приводящее к увеличению мощности убытки.


РИС. 5 Электронный балласт с трансформаторным приводом

(iii) Трудоемкость производства (из-за тороидального трансформатора тока, и т.п.) (iv) Не поддаются затемнению, и (v) Дороговизна в производстве.

7 Новое поколение балластов

Ограничения базовой конструкции схемы электронного балласта и потребность в более эффективных системах освещения вкупе с доступностью переключателей мощных MOSFET, создали толчок для небольших, эффективных, низких ИС драйвера веса. Например, International Rectifier IR2155 автоколебательный. силовой МОП-транзистор / драйвер затвора биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), является одним первых в семействе силовых ИС, предназначенных для электронных балластов для люминесцентного освещения, отчасти из-за небольшого размера и невысокой стоимости (около 2 долларов за 80 единиц и 1 доллар за 50 000 единиц).Эти силовые ИС могут управлять полевые МОП-транзисторы низкого и высокого уровня или IGBT от входов, связанных с землей логического уровня. Они обеспечивают возможность смещения напряжения до 600 В постоянного тока и, в отличие от драйверные трансформаторы, могут обеспечить сверхчистые формы волны любого рабочего цикла (0-99%). Функциональная блок-схема IR 2155 представлена ​​на рис. 6. Эти драйверы имеют два альтернативных выхода, так что полумост или Тотемно-полюсная конфигурация полевых МОП-транзисторов может давать на выходе прямоугольную волну. А очень полезной особенностью автоколебательных приводов является их способность синхронизировать генератор до естественного резонанса цепи люминесцентной лампы L-C.На рис. 7 показана концепция электронного балласта с использованием драйвера IR2155.

IR2155 предоставляет разработчику автоколебательные или синхронизированные осциллирующая функция, просто с добавлением компонентов R T и C T. Драйвер затвора МОП IR2155 также имеет внутреннюю схему, которая обеспечивает номинальная пауза в 1 микросекунду между выходами и чередующейся стороной высокого напряжения и низковольтные выходы для управления силовыми переключателями полумоста. При использовании в автоколебательном режиме частота колебаний определяется выражением:

1 Fosc - ~ 1.4RTC Т


РИС. 6 Функциональная блок-схема IR 2155 (международный Выпрямитель, США)

Обратите внимание на синхронизирующие возможности драйвера IR2155. Два назад Чтобы задние диоды, включенные последовательно со схемой лампы, эффективно проходили через нулевой уровень. детектор тока лампы. Прежде чем загорится лампа, резонансный контур состоит из последовательно соединенных L, C 1 и C2. C2 имеет меньшее значение, чем C 1 поэтому он работает при более высоком напряжении переменного тока, чем C2, и фактически это напряжение что бьет в лампу.

После зажигания лампы C2 эффективно закорочен из-за напряжения лампы. падение, а частота резонансного контура регулируется L и C 1. Это вызывает переход на более низкую резонансную частоту во время нормальной работы, снова синхронизируется путем определения перехода переменного тока через ноль и использования резонансное напряжение для управления генератором IR2155. Практичный балласт схема с использованием интегральной схемы IR2155, которая способна управлять две 4-футовые трубки, обозначенные на рис.8.


РИС. 7 Электронный балласт с использованием драйвера IR2155 (международный Выпрямитель, США)


РИС. Балласт 8 "Double 40" с использованием IR 2155 генератор / драйвер (International Rectifier, США)

Одним из недостатков данной схемы является низкий коэффициент мощности и высокий гармонический ток. Схема на рис. 7 принимает напряжение 115 или 230 вольт. Вход переменного тока 50/60 Гц для создания номинального напряжения шины постоянного тока 320 вольт постоянного тока.Поскольку на входе выпрямители проводят только около пиков переменного тока. входное напряжение, входной коэффициент мощности составляет примерно 0,6 с запаздыванием Несинусоидальная форма волны тока.

8 Балласты для коррекции коэффициента мощности и диммирования

Для ЭПРА можно обеспечить коэффициенты мощности, превышающие 0.95, используя топологию Boost, работающую при фиксированном 50-процентном рабочем цикле. Используя драйвер IR2155, также можно обеспечить диммирование просто изменение рабочего цикла и, следовательно, скорости наддува (Wood (апрель) 1994), как показано на рисунках 9 и 8-10 соответственно.Коррекция коэффициента мощности более подробно обсуждается в следующем разделе.


РИС. 9 Балласт с активной коррекцией коэффициента мощности


РИС. 10 Диммер балласта

9 Сравнение компактных люминесцентных ламп с использованием магнитных и электронных Балласты

Электронный балласт имеет много преимуществ перед магнитным балластом. Эти включают устранение мерцания, низкий уровень шума, более длительный срок службы балласта и, конечно же, экономия энергии.Энергосберегающий потенциал электронных балластов подробнее чем компенсирует первоначальные дополнительные затраты. Эта энергия экономию можно увидеть за счет более низкого энергопотребления и косвенно в температура самого балласта.

Электронные балласты не лишены проблем. Полная гармоника искажения тока - реальная проблема для инженеров. Электронные балласты могут иметь THD, намного превышающие THD балластов магнитного типа. Высокая уровни гармоник были связаны с проблемами, включая отказы конденсаторных батарей, перегрев обмоток трансформатора, чрезмерные токи нейтрали, снижение номинальных характеристик трансформаторов, и неправильное срабатывание защитных реле сети.Они также известно, что они нарушают работу чувствительного электронного оборудования, которое требует чистая синусоидальная форма волны (Datta 1994). Результаты сравнительного проведен анализ ряда образцов компактных люминесцентных ламп (CFL) как с магнитными и электронными балластами, так и со встроенными и отдельные балласты показаны на рис. 11.

Исследование (Lucas and Wijekoon 1995) показало, что наиболее доступная низкая стоимость КЛЛ могут иметь очень низкий коэффициент мощности.В частности, было показано что КЛЛ с магнитными балластами могут иметь коэффициент мощности всего 0,4 из-за высокоиндуктивного балласта, но они не способствуют высокая степень гармоник. С другой стороны, КЛЛ с электронным управлением шестерни имеют почти такой же низкий эффективный коэффициент мощности, в основном из-за гармоник, вызванных их силовой электроникой.


РИС. 11 Сравнительный анализ КЛЛ (а) Напряжение и осциллограммы тока со встроенным электронным балластом (б) Частотный спектр для КЛЛ на рис.11 (а) (в)

Осциллограммы напряжения и тока со встроенным магнитным балластом (d) Частота спектр на рис. 11 (в).

10. Будущие разработки электронных балластов

Электромагнитные балласты продемонстрировали хорошую надежность благодаря своей относительная простота. Электронные балласты, с гораздо большей сложностью и относительно хрупкие активные полупроводники, демонстрируют частоту отказов значительно больше, чем электромагнитные балласты.Как электронное освещение системы становятся более обычным явлением, надежность электронных балластов становится все больше и больше проблем (Nemer 1994).

Эволюция электронного балласта от простого инвертора до «умного». балласт »завтрашнего дня означал значительное увеличение цепи сложность и производительность. В то же время конечный пользователь ожидает, что система который обеспечивает свет по требованию каждый раз, когда он или она нажимает выключатель. В сравнении ко многим электронным устройствам балласт работает во враждебной среде в зависимости от температуры окружающей среды.Избыточный нагрев сокращает срок службы компонентов.

Качество важно, но не обязательно означает надежность. Там важны зависимые отношения между качеством и надежностью, которые включают механические, электрические и экономические соображения. Надежность можно улучшить на трех уровнях. Во-первых, использование качественных комплектующих; во-вторых, использование высокопроизводительных конструкций и, в-третьих, использование высокоэффективных надежная технология изготовления.

С текущей мировой энергетической ситуацией, все больше и больше электромагнитных ПРА заменят на электронное освещение.Таким образом, потребность в надежных электронные балласты будут продолжать расти.

Точно так же, как электронные балласты резко увеличили эффективность светопроизводства, диммирующие балласты нового поколения обеспечит значительную экономию энергии за счет более эффективного управления освещением. Электронные балласты с затемнением позволяют использовать такие стратегии, как дневной свет и компенсация для амортизации лампы.

Диммирующие балласты доступны сегодня, но в большинстве из них используется низковольтное управление. проводка, в которой стоимость установки управляющей проводки непомерно высока.Интегрированные возможности беспроводного управления и диммирования станут основой следующего поколения «интеллектуальных балластов». Также современный Технологии изготовления ИС позволили включить полную схему для коррекции коэффициента мощности и управления диммированием на одной ИС. Например, ML4830 от Micro Linear - это ИС с низким уровнем искажений, высокой эффективностью непрерывного действия. коррекция повышенного коэффициента мощности вместе с выбираемой переменной частотой затемнение и запуск.

Для получения дополнительной информации об электронных балластах см. Wood (1994) на Hagar. (1993) рекомендуются.

Электроэнергия и мощность - Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Выразить электрическую мощность через напряжение и ток
  • Опишите мощность, рассеиваемую резистором в электрической цепи.
  • Рассчитать энергоэффективность и рентабельность приборов и оборудования

В электрической цепи электрическая энергия непрерывно преобразуется в другие формы энергии.Например, когда в проводнике течет ток, электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию внутри проводника. Электрическое поле, создаваемое источником напряжения, ускоряет свободные электроны, увеличивая их кинетическую энергию на короткое время. Эта увеличенная кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию в результате столкновений с ионами решетчатой ​​структуры проводника. В работе «Работа и кинетическая энергия» мы определили мощность как скорость, с которой работа выполняется силой, измеряемой в ваттах.Мощность также можно определить как скорость передачи энергии. В этом разделе мы обсуждаем скорость передачи энергии или мощности в электрической цепи.

Мощность в электрических цепях

Электроэнергия ассоциируется у многих с электричеством. На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Как называется электроэнергия?

Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт ((Рисунок) (а)).Лампа на 60 Вт светится ярче, чем лампа на 25 Вт. Хотя это не показано, лампа мощностью 60 Вт также теплее, чем лампа мощностью 25 Вт. Тепло и свет производятся путем преобразования электрической энергии. Кинетическая энергия, теряемая электронами при столкновениях, преобразуется во внутреннюю энергию проводника и излучения. Как напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

(a) На фото выше две лампы накаливания: лампа мощностью 25 Вт (слева) и лампа мощностью 60 Вт (справа).Лампа мощностью 60 Вт обеспечивает более интенсивный свет, чем лампа мощностью 25 Вт. Электрическая энергия, подаваемая в лампочки, преобразуется в тепло и свет. (b) Эта компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) излучает такую ​​же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но при входной мощности от 1/4 до 1/10. (кредит а: модификация работ «Dickbauch» / Wikimedia Commons и Грега Вестфолла; кредит b: модификация работ «dbgg1979» / Flickr)

Чтобы рассчитать электрическую мощность, рассмотрите разницу напряжений на материале ((рисунок)).Электрический потенциал выше, чем электрический потенциал при, а разность напряжений отрицательна. Как обсуждалось в разделе «Электрический потенциал», между двумя потенциалами существует электрическое поле, которое указывает от более высокого потенциала к более низкому. Напомним, что электрический потенциал определяется как потенциальная энергия на заряд, и заряд теряет потенциальную энергию, перемещаясь через разность потенциалов.

Когда есть разность потенциалов в проводнике, присутствует электрическое поле, которое указывает в направлении от более высокого потенциала к более низкому потенциалу.

Если заряд положительный, на него действует сила электрического поля. Эта сила необходима, чтобы заряд двигался. Эта сила не ускоряет заряд на всем расстоянии из-за взаимодействия заряда с атомами и свободными электронами в материале. Скорость и, следовательно, кинетическая энергия заряда не увеличиваются в течение всего пути, и заряд, проходящий через область, имеет ту же скорость дрейфа, что и заряд, проходящий через область.Однако с зарядом работает электрическое поле, которое изменяет потенциальную энергию. Поскольку изменение разности электрических потенциалов отрицательное, электрическое поле оказывается равным

.

Работа, совершаемая над зарядом, равна произведению электрической силы на длину приложения силы,

Заряд движется с дрейфовой скоростью, поэтому работа, выполняемая над зарядом, приводит к потере потенциальной энергии, но средняя кинетическая энергия остается постоянной. Потерянная электрическая потенциальная энергия проявляется в материале как тепловая энергия.В микроскопическом масштабе передача энергии происходит из-за столкновений между зарядом и молекулами материала, что приводит к повышению температуры в материале. Потеря потенциальной энергии приводит к повышению температуры материала, которая рассеивается в виде излучения. В резисторе он рассеивается в виде тепла, а в лампочке - в виде тепла и света.

Мощность, рассеиваемая материалом в виде тепла и света, равна скорости изменения работы во времени:

При использовании резистора падение напряжения на резисторе отводится в виде тепла.Закон Ома гласит, что напряжение на резисторе равно току, умноженному на сопротивление. Таким образом, мощность, рассеиваемая резистором, равна

.

Если резистор подключен к батарее, мощность, рассеиваемая в виде излучаемой энергии проводами и резистором, равна. Мощность, подаваемая от батареи, равна току, умноженному на напряжение.

Электроэнергетика

Электроэнергия, полученная или потерянная каким-либо устройством, имеет вид

.

Мощность, рассеиваемая резистором, имеет вид

.

Из трех различных выражений для электроэнергии можно сделать разные выводы.Например, подразумевается, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше выдается мощность. Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат, эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза и составляет примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Проверьте свое понимание Электродвигатели имеют достаточно высокий КПД.Двигатель мощностью 100 л.с. может иметь КПД 90%, а двигатель мощностью 1 л.с. может иметь КПД 80%. Почему важно использовать высокопроизводительные двигатели?

Несмотря на то, что электродвигатели имеют высокий КПД, 10–20% потребляемой мощности тратится впустую, а не используется для выполнения полезной работы. Большая часть 10–20% потерянной мощности передается в тепло, рассеиваемое медными проводами, используемыми для изготовления катушек двигателя. Это тепло увеличивает тепло окружающей среды и увеличивает потребность электростанций, обеспечивающих электроэнергию.Спрос на электростанцию ​​может привести к увеличению выбросов парниковых газов, особенно если электростанция использует уголь или газ в качестве топлива.

Предохранитель

А ((Рисунок)) - это устройство, которое защищает цепь от слишком высоких токов. Предохранитель - это, по сути, короткий отрезок провода между двумя контактами. Как мы видели, когда ток проходит по проводнику, кинетическая энергия носителей заряда преобразуется в тепловую энергию в проводнике. Кусок проволоки в предохранителе находится под напряжением и имеет низкую температуру плавления.Проволока предназначена для нагрева и разрыва при номинальном токе. Предохранитель поврежден и подлежит замене, но он защищает остальную цепь. Предохранители срабатывают быстро, но есть небольшая задержка, пока провод нагревается и обрывается.

Предохранитель

А представляет собой отрезок провода между двумя контактами. Когда через провод проходит ток, превышающий номинальный, провод плавится, разрывая соединение. На фото - «перегоревший» предохранитель в месте обрыва провода, защищающего цепь (кредит: модификация работы «Шардайы» / Flickr).

Автоматические выключатели также рассчитаны на максимальный ток и разомкнуты для защиты цепи, но могут быть сброшены. Автоматические выключатели реагируют намного быстрее. Работа автоматических выключателей выходит за рамки этой главы и будет обсуждаться в следующих главах. Еще один метод защиты оборудования и людей - прерыватель цепи замыкания на землю (GFCI), который широко используется в ванных комнатах и ​​кухнях. Торговые точки GFCI очень быстро реагируют на изменения тока. Эти выходы открываются при изменении магнитного поля, создаваемого токонесущими проводниками, что также выходит за рамки данной главы и рассматривается в следующей главе.

Стоимость электроэнергии

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Поскольку мы видим, что

- это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение интервала времени t . Если мощность доставляется с постоянной скоростью, то значение энергии можно определить по. Например, чем больше горело лампочек, тем больше использовалось P ; чем дольше они включены, тем больше т .

Единица измерения энергии в счетах за электричество - киловатт-час, что соответствует соотношению. Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете себе это доказать.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления.Это не только снижает стоимость, но и снижает воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения - один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии, потребляемой в доме, идет на освещение, а для коммерческих предприятий это число приближается к 40%. Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания - это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. (Рисунок) (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет.КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными инвестициями для КЛЛ.)

Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше, чем лампы накаливания. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные лампы (представляющие собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в пять раз дольше, чем КЛЛ.

Расчет рентабельности светодиодной лампы Типичной заменой лампы накаливания мощностью 100 Вт является светодиодная лампа мощностью 20 Вт. Светодиодная лампа мощностью 20 Вт может обеспечивать такое же количество света, как и лампа накаливания мощностью 100 Вт. Какова экономия затрат при использовании светодиодной лампы вместо лампы накаливания в течение одного года, если предположить, что 0,10 за киловатт-час - это средний тариф на электроэнергию, взимаемый энергетической компанией? Предположим, что лампочка включена на три часа в день.

Стратегия (a) Рассчитайте энергию, используемую в течение года для каждой лампочки, используя.

(б) Умножьте энергию на стоимость.

Решение

  1. Рассчитайте мощность для каждой лампочки.
  2. Рассчитайте стоимость для каждого.

Значение Светодиодная лампа потребляет на 80% меньше энергии, чем лампа накаливания, экономя 8,76 фунтов стерлингов по сравнению с лампой накаливания в течение одного года. Светодиодная лампа может стоить 20 фунтов стерлингов, а лампа накаливания мощностью 100 Вт может стоить 0,75 фунтов стерлингов, что необходимо учитывать при расчетах. Типичный срок службы лампы накаливания составляет 1200 часов, а светодиодной лампы - 50 000 часов.Лампа накаливания прослужит 1,08 года при 3 часах в день, а светодиодная лампа - 45,66 года. Первоначальная стоимость светодиодной лампы высока, но стоимость для домовладельца составит 0,69 евро за лампы накаливания против 0,44 евро за светодиодные лампы в год. (Обратите внимание, что светодиодные лампы дешевеют.) Экономия затрат в год составляет примерно 8,50 фунтов стерлингов, и это только для одной лампы.

Проверьте свое понимание Является ли эффективность различных лампочек единственным соображением при сравнении различных лампочек?

Нет, эффективность - очень важный фактор для лампочек, но есть много других соображений.Как упоминалось выше, важными факторами являются стоимость лампочек и срок их службы. Например, лампы CFL содержат ртуть, нейротоксин, и их необходимо утилизировать как опасные отходы. При замене ламп накаливания, которые управляются диммером на светодиоды, может потребоваться замена диммера. Диммерные переключатели для светодиодных фонарей сопоставимы по цене с переключателями ламп накаливания, но это начальная стоимость, которую следует учитывать. Также следует учитывать спектр света, но существует широкий диапазон цветовых температур, поэтому вы сможете найти тот, который соответствует вашим потребностям.Ни одно из этих упомянутых соображений не предназначено для того, чтобы препятствовать использованию светодиодных или CFL лампочек, но они являются соображениями.

Замена ламп накаливания на КЛЛ или светодиодные лампы - простой способ снизить потребление энергии в домах и на коммерческих объектах. Лампы CFL работают с совершенно другим механизмом, чем лампы накаливания. Механизм сложен и выходит за рамки данной главы, но здесь приводится очень общее описание механизма. Лампы CFL содержат пары аргона и ртути, заключенные в трубку спиральной формы.В лампах CFL используется «балласт», который увеличивает напряжение, используемое лампой CFL. Балласт производит электрический ток, который проходит через газовую смесь и возбуждает молекулы газа. Возбужденные молекулы газа излучают ультрафиолетовый (УФ) свет, который, в свою очередь, стимулирует флуоресцентное покрытие внутри трубки. Это покрытие флуоресцирует в видимом спектре, излучая видимый свет. Традиционные люминесцентные лампы и лампы CFL имели короткую временную задержку до нескольких секунд, пока смесь «нагревалась» и молекулы переходили в возбужденное состояние.Следует отметить, что эти лампы содержат ртуть, которая ядовита, но если лампа сломана, ртуть никогда не выделяется. Даже если колба сломана, ртуть имеет тенденцию оставаться во флуоресцентном покрытии. Количество также довольно невелико, и преимущество экономии энергии может перевесить недостаток использования ртути.

Лампы CFL заменяются на светодиодные, где LED означает «светоизлучающий диод». Диод был кратко обсужден как неомический прибор, сделанный из полупроводникового материала, который позволяет току течь в одном направлении.Светодиоды - это особый тип диодов, изготовленных из полупроводниковых материалов, наполненных примесями в комбинациях и концентрациях, которые позволяют преобразовывать дополнительную энергию движения электронов во время электрического возбуждения в видимый свет. Полупроводниковые устройства будут объяснены более подробно в Физике конденсированного состояния.

Коммерческие светодиоды быстро становятся стандартом для коммерческого и жилого освещения, заменяя лампы накаливания и лампы CFL. Они предназначены для работы в видимой области спектра и изготовлены из галлия, легированного атомами мышьяка и фосфора.Цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материалов, используемых в полупроводнике, и от силы тока. В первые годы развития светодиодов маленькие светодиоды на печатных платах были красного, зеленого и желтого цветов, но теперь светодиодные лампочки можно запрограммировать на получение миллионов цветов света, а также множества различных оттенков белого света.

Сравнение ламп накаливания, КЛЛ и светодиодных ламп

Экономия энергии может быть значительной при замене лампы накаливания или лампы CFL на светодиодную.Лампочки оцениваются по количеству энергии, потребляемой лампочкой, а количество светового потока измеряется в люменах. Люмен (лм) - это производная от системы СИ единица светового потока и мера общего количества видимого света, излучаемого источником. Лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить лампой CFL мощностью 13–15 Вт или светодиодной лампой мощностью 6–8 Вт, все три из которых имеют световой поток примерно 800 лм. Таблица светоотдачи некоторых часто используемых лампочек представлена ​​на (Рисунок).

Срок службы лампочек трех типов значительно различается.Срок службы светодиодной лампы составляет 50 000 часов, у CFL - 8 000 часов, а лампы накаливания - всего 1200 часов. Светодиодная лампа является самой прочной, легко выдерживает грубое обращение, такое как сотрясение и удары. Лампа накаливания плохо переносит такое же обращение, поскольку нить накаливания и стекло могут легко сломаться. Лампа CFL также менее долговечна, чем светодиодная лампа, из-за своей стеклянной конструкции. Количество выделяемого тепла составляет 3,4 БТЕ / ч для светодиодной лампы мощностью 8 Вт, 85 БТЕ / ч для лампы накаливания мощностью 60 Вт и 30 БТЕ / ч для лампы КЛЛ.Как упоминалось ранее, основным недостатком лампы CFL является то, что она содержит ртуть, нейротоксин, и ее необходимо утилизировать как опасные отходы. Из этих данных легко понять, почему светодиодные лампы быстро становятся стандартом в освещении.

Световой поток светодиодных ламп, ламп накаливания и КЛЛ
Световой поток
(люмен)
Светодиодная лампа
(Вт)
Лампы накаливания
(Вт)
Лампочка CFL
(Вт)
450 4−5 40 9−13
800 6-8 60 13−15
1100 9−13 75 18-25
1600 16-20 100 23-30
2600 25−28 150 30-55

Сводка взаимоотношений

В этой главе мы обсудили отношения между напряжением, током, сопротивлением и мощностью.(Рисунок) показывает сводку соотношений между этими измеряемыми величинами для омических устройств. (Напомним, что омические устройства подчиняются закону Ома.) Например, если вам нужно рассчитать мощность, используйте розовую секцию, которая показывает, и.

Этот кружок показывает сводку уравнений для отношений между мощностью, током, напряжением и сопротивлением.

Какое уравнение вы используете, зависит от того, какие значения вам даны или вы измеряете. Например, если вам заданы ток и сопротивление, используйте.Хотя все возможные комбинации могут показаться ошеломляющими, не забывайте, что все они представляют собой комбинации всего двух уравнений, закона Ома и степени.

Сводка

  • Электрическая мощность - это скорость, с которой электрическая энергия подается в цепь или потребляется нагрузкой.
  • Мощность, рассеиваемая резистором, зависит от квадрата тока через резистор и равна.
  • Единицей измерения электрической энергии в системе СИ является ватт, а единицей СИ электрической энергии - джоуль.Другой распространенной единицей измерения электроэнергии, используемой энергокомпаниями, является киловатт-час (кВт · ч).
  • Общее количество энергии, израсходованной за интервал времени, можно найти с помощью.

Концептуальные вопросы

Обычные бытовые приборы рассчитаны на 110 В, но энергетические компании выдают напряжение в диапазоне киловольт, а затем понижают напряжение с помощью трансформаторов до 110 В для использования в домах. В следующих главах вы узнаете, что трансформаторы состоят из множества витков проволоки, которые нагреваются при протекании через них тока, тратя часть энергии, которая выделяется в виде тепла.Звучит неэффективно. Почему энергокомпании транспортируют электроэнергию этим методом?

Несмотря на то, что проводники имеют низкое сопротивление, линии энергокомпании могут достигать нескольких километров. Использование высокого напряжения снижает ток, необходимый для обеспечения потребности в мощности, и это снижает потери в линии.

В счете за электроэнергию указано потребление в киловатт-часах (кВт · ч). Отражает ли это устройство количество покупаемого заряда, тока, напряжения, мощности или энергии?

Резистор перегревается, возможно, до его возгорания.В цепи обычно добавляются предохранители, чтобы предотвратить такие несчастные случаи.

Погружной нагреватель - это небольшой прибор, используемый для нагрева чашки воды для чая путем пропускания тока через резистор. Если напряжение, подаваемое на прибор, увеличится вдвое, изменится ли время, необходимое для нагрева воды? На сколько? Это хорошая идея?

Проблемы

Какое максимальное напряжение может быть приложено к резистору с номиналом?

Разрабатывается нагреватель, использующий катушку из нихромовой проволоки 14-го калибра для выработки 300 Вт при напряжении 0,1 м.Как долго инженер должен делать провод?

,

Альтернативой КЛЛ лампам и лампам накаливания являются светодиодные лампы. Лампу накаливания мощностью 100 Вт можно заменить светодиодной лампой мощностью 16 Вт. Оба излучают 1600 люмен света. Если предположить, что стоимость электроэнергии составляет 0,10 фунтов стерлингов за киловатт-час, сколько будет стоить эксплуатация лампы в течение одного года, если она будет работать четыре часа в день?

Мощность, рассеиваемая резистором с сопротивлением. Что такое ток и падение напряжения на резисторе?

Опаздывая на самолет, водитель случайно оставляет включенными фары, припарковав автомобиль на стоянке аэропорта.Во время взлета водитель понимает ошибку. Только что заменив аккумулятор, водитель знает, что это автомобильный аккумулятор на 12 В с номиналом 100. Водитель, зная, что с этим ничего нельзя поделать, оценивает, как долго будут гореть фары, предполагая, что есть две фары на 12 В, каждая с номинальной мощностью 40 Вт. Что сделал водитель?

Студенту-физику предоставляется одноместная комната в общежитии. У ученика есть небольшой холодильник, который работает с током 3,00 А и напряжением 110 В, лампа с лампочкой мощностью 100 Вт, верхний свет с лампой мощностью 60 Вт и различные другие небольшие устройства, в сумме составляющие до трех. .00 Вт. (A) Предполагая, что электростанция, которая поставляет электричество 110 В в общежитие, находится в 10 км, а в двух алюминиевых передающих кабелях используется провод 0-го калибра диаметром 8,252 мм, оцените процент от общей мощности, поставляемой энергокомпания, потерянная при передаче. (б) Каков будет результат, если энергокомпания будет поставлять электроэнергию напряжением 110 кВ?

а.
г.

 *** QuickLaTeX не может составить формулу:
\ begin {array} {c} P = 493 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {W} \ hfill \\ I = 0.0045 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {A} \ hfill \\ R = 9.91 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {Ω} \ phantom {\ rule { 0.2em} {0ex}} \ hfill \\ {P} _ {\ text {loss}} = 201 \ mu \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {W} \ hfill \\ \ text {%} \ text {loss} = 0,00004 \ text {%} \ hfill \ end {array}

*** Сообщение об ошибке:
Ошибка ввода пакета: символ Юникода Ω (U + 03A9)
начальный текст: ... R = 9.91 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {Ω}
Файл завершился при сканировании использования \ text @.
Экстренная остановка.

 

А 0,50 Вт, резистор пропускает максимально возможный ток без повреждения резистора.Если бы ток был уменьшен вдвое, какая была бы потребляемая мощность?

Глоссарий

электрическая мощность
временная скорость изменения энергии в электрической цепи

Электроэнергия и энергия | Физика II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, подаваемую источником питания.
  • Рассчитайте стоимость электроэнергии при различных обстоятельствах.

Мощность в электрических цепях

Электроэнергия ассоциируется у многих с электричеством. Зная, что мощность - это коэффициент использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии ? На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт. (См. Рис. 1 (а).) Поскольку оба работают от одного и того же напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность.Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

Рис. 1. (a) Какая из этих лампочек, лампа мощностью 25 Вт (вверху слева) или лампа мощностью 60 Вт (вверху справа), имеет большее сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? Можно ли по цвету сказать, что нить накаливания мощностью 25 Вт круче? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Дикбаух, Wikimedia Commons; Грег Вестфолл, Flickr) (б) Этот компактный люминесцентный светильник (КЛЛ) излучает такую ​​же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но с входной мощностью от 1/4 до 1/10.(кредит: dbgg1979, Flickr)

Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q - это перемещенный заряд, а В, - напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность - это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна

.

[латекс] P = \ frac {PE} {t} = \ frac {qV} {t} \\ [/ latex].

Учитывая, что ток равен I = q / t (обратите внимание, что Δ t = t здесь), выражение для мощности принимает вид

P = IV

Электрическая мощность ( P ) - это просто произведение тока на напряжение.Мощность имеет знакомые единицы ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность выражается в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 A ⋅V = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. {2} R \\ [/ latex].

Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.) Из трех различных выражений для электрической мощности можно получить различное понимание. Например, P = В 2 / R означает, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше передаваемая мощность.Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат в P = В 2 / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза и составляет примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная энергия

(a) Рассмотрим примеры, приведенные в Законе Ома: сопротивление и простые цепи и сопротивление и удельное сопротивление.Затем найдите мощность, рассеиваемую автомобильной фарой в этих примерах, как в горячую, так и в холодную погоду. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?

Стратегия для (а)

Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность. Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P = V 2 / R , чтобы найти мощность.

Решение для (а)

Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем

P = IV = (2.{2}} {0,350 \ text {} \ Omega} = 411 \ text {W} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

30 Вт, рассеиваемые горячей фарой, являются типичными. Но 411 Вт в холодную погоду на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.

Стратегия и решение для (b)

Ток при холодной лампочке можно найти несколькими способами. Переставляем одно из уравнений мощности, P = I 2 R , и вводим известные значения, получая

[латекс] I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} = \ sqrt {\ frac {411 \ text {W}} {{0.350} \ text {} \ Omega}} = 34,3 \ text {A} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Холодный ток значительно выше, чем установившееся значение 2,50 А, но ток быстро снизится до этого значения по мере увеличения температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) рассчитаны на кратковременную выдержку очень высоких токов при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует использования специальных плавких предохранителей с замедленным срабатыванием.

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Поскольку P = E / t , мы видим, что

E = Pt

- это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение интервала времени t . Например, чем больше горело лампочек, тем больше использовалось P ; чем дольше они включены, тем больше т .Единицей измерения энергии в счетах за электроэнергию является киловатт-час (кВт ч), что соответствует соотношению E = Pt . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3.6 × 10 6 Дж.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения - один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии в доме расходуется на освещение, в то время как в коммерческих учреждениях эта цифра приближается к 40%.Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания - это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. Рис. 1 (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными инвестициями для КЛЛ.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные фонари (представляющие собой группу небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.

Установление соединений: энергия, мощность и время

Отношение E = Pt может оказаться полезным во многих различных контекстах.Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, зависит, например, от уровня мощности и продолжительности вашей активности. Степень нагрева от источника питания зависит от уровня мощности и времени ее применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения зависит от мощности и времени воздействия.

Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)

Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если стоимость лампы составляет 25 центов? (б) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая дает такой же световой поток, но составляет четверть мощности и стоит 1 доллар.50, но длится в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?

Стратегия

Чтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала находим используемую энергию в киловатт-часах, а затем умножаем ее на стоимость киловатт-часа.

Решение для (а)

Энергия, используемая в киловатт-часах, определяется путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:

E = Pt = (60 Вт) (1000 ч) = 60,000 Вт ч

В киловатт-часах это

E = 60.0 кВт ⋅ ч.

Сейчас стоимость электроэнергии

Стоимость

= (60,0 кВт ч) (0,12 долл. США / кВт час) = 7,20 долл. США.

Общая стоимость составит 7,20 доллара за 1000 часов (около полугода при 5 часах в день).

Решение для (b)

Поскольку CFL использует только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 доллара США / 4 = 1,80 доллара США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты составят 1/10 стоимости лампы за этот период использования, или 0.1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость 1000 часов составит 1,95 доллара США.

Обсуждение

Следовательно, использование КЛЛ намного дешевле, даже несмотря на то, что первоначальные вложения выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать в себя для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывается.

Подключение: Эксперимент на вынос - Инвентаризация использования электроэнергии

1) Составьте список номинальной мощности для ряда приборов в вашем доме или комнате.Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем цифровые часы. Оцените энергию, потребляемую этими приборами в среднем за день (оценивая время их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение 120 В, то используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что используемые длинные люминесцентные лампы рассчитаны на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто все выходные, и что эти огни были оставлены включенными с 6 часов вечера.{2} R \\ [/ латекс].

  • Энергия, используемая устройством с мощностью P за время т , составляет E = Pt .

Концептуальные вопросы

1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце своей жизни, особенно незадолго до того, как их нити оборвутся?

Мощность, рассеиваемая на резисторе, равна P = V 2 / R , что означает, что мощность уменьшается при увеличении сопротивления. Однако эта мощность также определяется соотношением P = I 2 R , что означает, что мощность увеличивается при увеличении сопротивления.Объясните, почему здесь нет противоречия.

Задачи и упражнения

1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 2 МВ при токе 2,00 × 10 4 A ?

2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, который потребляет 250 А тока от аккумуляторной батареи 24,0 В?

3. Заряд в 4,00 C проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 часа. Какова выходная мощность, если выходное напряжение вычислителя равно 3.00 В? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих потребностей в энергии. (Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

4. Сколько ватт проходит через него фонарик с 6,00 × 10 2 за 0,500 ч использования, если его напряжение составляет 3,00 В?

5. Найдите мощность, рассеиваемую в каждом из этих удлинителей: (a) удлинительный шнур с сопротивлением 0,0600 Ом, через который 5.00 А течет; (б) более дешевый шнур с более тонким проводом и сопротивлением 0,300 Ом.

6. Убедитесь, что единицами измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .

7. Покажите, что единицы 1V 2 / Ω = 1W, как следует из уравнения P = V 2 / R .

8. Покажите, что единицы 1 A 2 Ω = 1 Вт, как следует из уравнения P = I 2 R .

9. Проверьте эквивалент единиц энергии: 1 кВт ч = 3,60 × 10 6 Дж.

10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 2 кВ и направляются к цели для получения рентгеновских лучей. Вычислите мощность электронного луча в этой трубке, если она имеет ток 15,0 мА.

11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт на 2,00 часа в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электроэнергия стоит 12,0 центов / кВт · ч? См. Рисунок 3.

Рисунок 3. Водонагреватель электрический по запросу. Тепло в воду подается только при необходимости. (кредит: aviddavid, Flickr)

12. Сколько электроэнергии необходимо для тостера с тостером мощностью 1200 Вт (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 цента / кВт · ч?

13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, если общая стоимость (капиталовложения плюс эксплуатация) будет одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов / кВтч.Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с КЛЛ по рентабельности.

14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрическую систему 6,00 В. а) Каково сопротивление горячему свету у фары мощностью 30,0 Вт в такой машине? б) Какой ток течет через него?

15. Щелочные батареи имеют то преимущество, что они выдают постоянное напряжение почти до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А · ч и 1,58 В будет поддерживать горящую лампочку фонарика мощностью 1,00 Вт?

16.Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его выходная мощность? б) Какое сопротивление пути?

17. В среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените годовые затраты на электроэнергию для работы 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их потребляемая мощность составляет в среднем 150 Вт, а стоимость электроэнергии составляет в среднем 12,0 центов / кВт · ч.

18. Старая лампочка потребляет всего 50,0 Вт, а не 60,0 Вт из-за истончения ее нити за счет испарения.Во сколько раз уменьшается его диаметр при условии равномерного утонения по длине? Не обращайте внимания на любые эффекты, вызванные перепадами температур.

Медная проволока калибра 19. 00 имеет диаметр 9,266 мм. Вычислите потери мощности в километре такого провода, когда он пропускает 1,00 × 10 2 А.

Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует 120 В переменного тока с эффективностью 95,0%.а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (b) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов работы в ночное время? (См. Рисунок 4.)

Рис. 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.

21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается разрядом молнии с током 20 000 А, напряжением 1,00 × 10 2 МВ и длиной 1.00 мс? (б) Какую массу древесного сока можно было бы поднять с 18ºC до точки кипения, а затем испарить за счет этой энергии, если предположить, что сок имеет те же тепловые характеристики, что и вода?

22. Integrated Concepts Какой ток должен вырабатывать подогреватель бутылочек на 12,0 В, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00 × 10 2 алюминия от 20 ° C до 90º за 5,00 мин?

23. Integrated Concepts Сколько времени требуется хирургическому прижигателю, чтобы поднять температуру на 1.00 г ткани от 37º до 100, а затем закипятите 0,500 г воды, если она выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не обращайте внимания на передачу тепла в окружающую среду.

24. Integrated Concepts Гидроэлектрические генераторы (см. Рис. 5) на плотине Гувера вырабатывают максимальный ток 8,00 × 10 3 А при 250 кВ. а) Какова выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и покидает систему с низкой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не изменяется), но теряет 160 м в высоте.Сколько кубических метров в секунду необходимо при КПД 85,0%?

Рис. 5. Гидроэлектрические генераторы на плотине Гувера. (кредит: Джон Салливан)

25. Integrated Concepts (a) Исходя из 95,0% эффективности преобразования электроэнергии двигателем, какой ток должны обеспечивать аккумуляторные батареи на 12,0 В 750-килограммового электромобиля: отдых до 25,0 м / с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 2 м за 2,00 мин при постоянной 25.Скорость 0 м / с при приложении силы 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Двигаться с постоянной скоростью 25,0 м / с, прилагая силу 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. Рисунок 6.

Рис. 6. Электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)

26. Integrated Concepts Пригородный легкорельсовый поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении.а) Какова его мощность в киловаттах? (b) Сколько времени нужно, чтобы достичь скорости 20,0 м / с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 4 кг, предполагая эффективность 95,0% и постоянную мощность? (c) Найдите его среднее ускорение. (г) Обсудите, как ускорение, которое вы обнаружили для легкорельсового поезда, сравнивается с тем, что может быть типичным для автомобиля.

27. Integrated Concepts (a) Линия электропередачи из алюминия имеет сопротивление 0,0580 Ом / км. Какова его масса на километр? б) Какова масса на километр медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева.Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель, использующий 120 В, может повысить температуру 1,00 × 10 2 -граммовых алюминиевых стаканов, содержащих 350 г воды, с 20 ° C до 95 ° C за 2,00 мин. Найдите его сопротивление, предполагая, что оно постоянно в процессе. (b) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

29. Integrated Concepts (a) Какова стоимость нагрева гидромассажной ванны, содержащей 1500 кг воды, от 10 ° C до 40 ° C, исходя из эффективности 75,0% с учетом передачи тепла в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9 центов / кВт⋅ч. (b) Какой ток потреблял электрический нагреватель переменного тока 220 В, если на это потребовалось 4 часа?

30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 480 В? (b) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют коэффициент 1.00 - сопротивление Ом? (c) Что неразумного в этом результате? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 10,0 кВ? (b) Найдите сопротивление 1,00 км провода, которое вызовет потерю мощности 0,0100%. (c) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? (г) Что необоснованного в этих результатах? (e) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

32.Создай свою задачу Рассмотрим электрический погружной нагреватель, используемый для нагрева чашки воды для приготовления чая. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он увеличивал температуру воды и чашки за разумное время. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем технологическом процессе. Среди факторов, которые следует учитывать, - это используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкость, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев.Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до того, как в погружном блоке будут достигнуты опасные температуры.

Глоссарий

электрическая мощность:
скорость, с которой электрическая энергия подается источником или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1. 2,00 × 10 12 Вт

5.{6} \ text {J} \\ [/ latex]

11. 438 $ / год

13. $ 6.25

15. 1.58 ч

17. 3,94 миллиарда долларов в год

19. 25,5 Вт

21. (а) 2,00 × 10 9 Дж (б) 769 кг

23. 45.0 с

25. (а) 343 A (б) 2,17 × 10 3 A (в) 1,10 × 10 3 A

27. (а) 1,23 × 10 3 кг (б) 2,64 × 10 3 кг

29. (a) 2,08 × 10 5 A
(b) 4,33 × 10 4 МВт
(c) Линии передачи рассеивают больше мощности, чем они должны передавать.
(d) Напряжение 480 В неоправданно низкое для напряжения передачи. В линиях передачи на большие расстояния поддерживается гораздо более высокое напряжение (часто сотни киловольт), чтобы уменьшить потери мощности.

Как достигается энергоэффективное освещение и каковы методы?

Энергоэффективное освещение снижает потребность в электроэнергии и является экономически эффективным методом освещения по сравнению с традиционными методами освещения.

В годы тенденций разрыв между показателями выработки электроэнергии и показателями спроса вызывает беспокойство, поскольку он подразумевает неспособность системы электроснабжения удовлетворить спрос на электроэнергию, таким образом, предупреждая об отсутствии сбережения энергии.

По данным международных агентств, на освещение приходится 19% мирового потребления электроэнергии и 25-30% домашнего энергопотребления.

Что такое энергоэффективное освещение?

Освещение необходимо для видимости объектов в темных местах или ситуациях. Эффективность означает, насколько хорошо свет излучается при заданной входной мощности.

В обычных лампах, таких как лампы накаливания и газоразрядные лампы, большая часть электроэнергии тратится впустую в виде тепла, а также, поскольку балласт требует высокого напряжения во время запуска, они потребляют больше энергии.

Энергоэффективное освещение

Энергоэффективное освещение включает в себя использование большего освещения от менее мощных огней за счет замены источников с высоким энергопотреблением, таких как лампы накаливания, лампы с высоким разрядом и т. Д. Это также используется в различных технологиях управления, таких как GPRS, GSM или SCADA. Он также заменяет осветительные аксессуары высокой мощности на устройства с низким энергопотреблением, такие как электронные балласты, светильники и т. Д.

3 энергоэффективных метода освещения

Замена лампочки обыкновенной

В лампах накаливания 90 процентов электроэнергии расходуется в виде тепла, а не света, а также потребляется в 3-5 раз больше энергии.Таким образом, замена этих ламп на энергосберегающие дает эффективную систему освещения. Есть два основных типа энергоэффективных фонарей или лампочек.
1. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)
2. Светодиодные лампы

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)
Это наиболее распространенный тип энергосберегающих ламп. Они доступны в различных размерах, формах и номиналах и используют более передовые технологии, чем лампы накаливания.

Они потребляют на 75 процентов меньше энергии и служат в 10-15 раз дольше, чем обычные лампы.Лампы CFL потребляют большой ток во время пуска и низкий ток во время работы.

Компактные люминесцентные лампы Лампы

CFL состоят из стеклянной трубки с фосфорным покрытием (для цветопередачи), заполненной газообразным аргоном и парами ртути.

Электронный балласт используется для создания высокого напряжения во время запуска для создания дуги между электродами. Его работа такая же, как и у всех люминесцентных ламп. Когда эта лампа запитана, электричество, проходящее между электродами, возбуждает пары ртути.Этот пар ртути вызывает излучение ультрафиолетового света, который, в свою очередь, вызывает видимый свет за счет фосфорного покрытия.

Светодиодные лампы (светоизлучающие диоды)

Это также самый энергоэффективный и самый долговечный тип ламп, единственное ограничение - их дороговизна. Они отличаются от обычных ламп тем, что не перегорают и не нагреваются.

Светодиодные лампы

Они производят такое же освещение, как лампы накаливания, при этом потребляют на 80 процентов меньше электроэнергии по сравнению с лампами накаливания и люминесцентными лампами.Светодиодные лампы служат дольше, так как их срок службы составляет 50000 часов.

На рисунке ниже показано, как эти лампы рассчитаны на одинаковую светоотдачу или освещенность. Чем выше номинальная мощность, тем больше ток, потребляемый от источника питания.

Сравнение ламп по мощности

При одинаковом освещении лампы накаливания имеют несколько более высокую мощность, чем лампы LED и CFL, поэтому в этом случае потребление энергии будет высоким.

По сравнению с лампами КЛЛ, светодиодные лампы имеют несколько более низкий рейтинг, поэтому потребление энергии в этом случае слишком низкое.Следовательно, энергоэффективные лампы экономят электроэнергию по сравнению с обычными лампами. А также с точки зрения жизненного цикла эти лампы сокращают выбросы CO2 и загрязнение ртутью при сжигании ископаемого топлива.

Использование элементов управления освещением

Еще одним ключом к снижению энергопотребления является использование световой энергии по мере необходимости с имеющимся светом. Это возможно за счет наличия различных сенсорных устройств для включения света, таких как датчики движения, инфракрасные датчики, автоматические таймеры и т. Д.Эти датчики определяют наличие дневного света, присутствие людей и других живых существ, инструкции по удаленному управлению и т. Д.

Беспроводное управление уличным освещением

Централизованные системы на основе GSM / SCADA / GPS также эффективно и надежно контролируют и контролируют систему освещения для экономии энергии, как показано на рисунке. Автоматическую интенсивность уличного освещения также можно контролировать с помощью таймера, который постепенно снижает интенсивность, уменьшая движение в ночное время и обеспечивая полное отключение в утренние периоды.

Замена аксессуаров на энергоэффективные

Аксессуары к лампам, такие как балласты, светильники и т. Д., Также играют важную роль в энергосбережении. Балласты или дроссели, устанавливаемые с лампами, включая неинтегрированные балласты в лампах КЛЛ, должны быть электронными или медными балластами с низкими потерями для экономии энергии по сравнению с обычными балластами. Это также улучшает коэффициент мощности.

Новый способ экономии энергии - использование энергоэффективных светильников, которые потребляют на 75 процентов меньше энергии, чем стандартные лампы накаливания.Эти светильники не только увеличивают освещенность за счет низкого энергопотребления, но и защищают лампы, продлевая срок их службы.

Это все об энергоэффективном освещении. При замене энергосберегающих ламп и балластов используются передовые методы управления для улучшения системы освещения. Надеюсь, вы поняли эту концепцию.

Пожалуйста, напишите свои предложения и комментарии по этой статье в разделе комментариев ниже.

Кредиты на фото:

Энергоэффективное освещение от smallbusiness
CFL Детали ламп от energystar
Сравнение ламп по мощности на 2.bp
Беспроводное управление уличным освещением от iotcomm

9.6: Электроэнергия и мощность

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу этого раздела вы сможете:

  • Выразить электрическую мощность через напряжение и ток
  • Опишите мощность, рассеиваемую резистором в электрической цепи.
  • Рассчитать энергоэффективность и рентабельность приборов и оборудования

В электрической цепи электрическая энергия непрерывно преобразуется в другие формы энергии.Например, когда в проводнике течет ток, электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию внутри проводника. Электрическое поле, создаваемое источником напряжения, ускоряет свободные электроны, увеличивая их кинетическую энергию на короткое время. Эта увеличенная кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию в результате столкновений с ионами решетчатой ​​структуры проводника. Ранее мы определяли мощность как скорость выполнения работы силой, измеряемой в ваттах. Мощность также можно определить как скорость передачи энергии.В этом разделе мы обсуждаем скорость передачи энергии или мощности в электрической цепи.

Мощность в электрических цепях

Электроэнергия ассоциируется у многих с электричеством. На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Каково выражение для электроэнергии ?

Давайте сравним лампу мощностью 25 Вт с лампой мощностью 60 Вт (рисунок \ (\ PageIndex {1a} \)). Лампа на 60 Вт светится ярче, чем лампа на 25 Вт.Хотя это не показано, лампа мощностью 60 Вт также теплее, чем лампа мощностью 25 Вт. Тепло и свет производятся путем преобразования электрической энергии. Кинетическая энергия, теряемая электронами при столкновениях, преобразуется во внутреннюю энергию проводника и излучения. Как напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): (a) На изображении выше показаны две лампы накаливания: лампа мощностью 25 Вт (слева) и лампа мощностью 60 Вт (справа). Лампа мощностью 60 Вт обеспечивает более интенсивный свет, чем лампа мощностью 25 Вт.Электрическая энергия, подаваемая в лампочки, преобразуется в тепло и свет. (b) Эта компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) излучает такую ​​же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но при входной мощности от 1/4 до 1/10. (кредит а: модификация работ «Dickbauch» / Wikimedia Commons и Грега Вестфолла; кредит б: модификация работы «dbgg1979» / Flickr)

Для расчета электрической мощности рассмотрите разницу напряжений, существующую на материале (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)). Электрический потенциал \ (V_1 \) выше, чем электрический потенциал в \ (V_2 \), а разность напряжений отрицательна \ (V = V_2 - V_1 \).Как обсуждалось в разделе «Электрический потенциал», между двумя потенциалами существует электрическое поле, которое указывает от более высокого потенциала к более низкому. Напомним, что электрический потенциал определяется как потенциальная энергия заряда, \ (V = \ Delta U / q \), и заряд \ (\ Delta Q \) теряет потенциальную энергию, перемещаясь через разность потенциалов.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Когда есть разность потенциалов в проводнике, присутствует электрическое поле, которое указывает в направлении от более высокого потенциала к более низкому потенциалу.

Если заряд положительный, на него действует сила электрического поля \ (\ vec {F} = m \ vec {a} = \ Delta Q \ vec {E} \). Эта сила необходима, чтобы заряд двигался. Эта сила не ускоряет заряд на всем расстоянии \ (\ Delta L \) из-за взаимодействия заряда с атомами и свободными электронами в материале. Скорость и, следовательно, кинетическая энергия заряда не увеличиваются в течение всего пути через \ (\ Delta L \), а заряд, проходящий через область \ (A_2 \), имеет ту же скорость дрейфа \ (v_d \), что и заряд, который проходит через область \ (A_1 \).Однако с зарядом работает электрическое поле, которое изменяет потенциальную энергию. Поскольку изменение разности электрических потенциалов отрицательное, электрическое поле оказывается равным

.

\ [E = - \ dfrac {(V_2 - V_1)} {\ Delta L} = \ dfrac {V} {\ Delta L}. \]

Работа, совершаемая над зарядом, равна произведению электрической силы на длину приложения силы,

\ [W = F \ Delta L = (\ Delta Q E) \ Delta L = \ left (\ Delta Q \ dfrac {V} {\ Delta L} \ right) \ Delta L = \ Delta Q V = \ Delta U.\]

Заряд движется с дрейфовой скоростью \ (v_d \), поэтому работа, выполняемая над зарядом, приводит к потере потенциальной энергии, но средняя кинетическая энергия остается постоянной. Потерянная электрическая потенциальная энергия проявляется в материале как тепловая энергия. В микроскопическом масштабе передача энергии происходит из-за столкновений между зарядом и молекулами материала, что приводит к повышению температуры в материале. Потеря потенциальной энергии приводит к повышению температуры материала, которая рассеивается в виде излучения.2 / R \), эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза и составляет примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Расчет мощности в электрических устройствах

Двигатель лебедки постоянного тока рассчитан на 20,00 А при напряжении 115 В. Когда двигатель работает на максимальной мощности, он может поднимать объект весом 4900.00 N на расстояние 10,00 м, за 30,00 с, с постоянной скоростью.

  1. Какая мощность потребляет двигатель?
  2. С какой силой поднимается объект? Не обращайте внимания на сопротивление воздуха. (c) Предполагая, что разница в мощности, потребляемой двигателем, и мощности, используемой для подъема объекта, рассеивается в виде тепла за счет сопротивления двигателя, оценить сопротивление двигателя?

Стратегия

  1. Мощность, потребляемая двигателем, может быть найдена с помощью \ (P = IV \).2 R \).

Решение

  1. Мощность, потребляемая двигателем, равна \ (P = IV \), а ток равен 20,00 A, а напряжение составляет 115,00 В: \ [P = IV = (20,00 \, A) 115,00 \, V = 2300.00 \, W. \]
  2. Мощность, используемая для подъема объекта, равна \ (P = Fv \), где сила равна весу объекта (1960 Н), а величина скорости равна \ [v = \ dfrac {10.00 \, m } {30,00 \, s} = 0,33 \ dfrac {m} {s} \] \ [P = Fv = (4900 \, N) 0.2R) \).

    Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

    Электродвигатели обладают достаточно высоким КПД. Двигатель мощностью 100 л.с. может иметь КПД 90%, а двигатель мощностью 1 л.с. может иметь КПД 80%. Почему важно использовать высокопроизводительные двигатели?

    Ответ

    Несмотря на то, что электродвигатели имеют высокий КПД, 10–20% потребляемой мощности тратится впустую, а не используется для выполнения полезной работы. Большая часть 10–20% потерянной мощности передается в тепло, рассеиваемое медными проводами, используемыми для изготовления катушек двигателя.Это тепло увеличивает тепло окружающей среды и увеличивает потребность электростанций, обеспечивающих электроэнергию. Спрос на электростанцию ​​может привести к увеличению выбросов парниковых газов, особенно если электростанция использует уголь или газ в качестве топлива.

    Предохранитель

    А (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)) - это устройство, которое защищает цепь от слишком высоких токов. Предохранитель - это, по сути, короткий отрезок провода между двумя контактами. Как мы видели, когда ток проходит по проводнику, кинетическая энергия носителей заряда преобразуется в тепловую энергию в проводнике.Кусок проволоки в предохранителе находится под напряжением и имеет низкую температуру плавления. Проволока предназначена для нагрева и разрыва при номинальном токе. Предохранитель поврежден и подлежит замене, но он защищает остальную цепь. Предохранители срабатывают быстро, но есть небольшая задержка, пока провод нагревается и обрывается.

    Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Предохранитель состоит из отрезка провода между двумя контактами. Когда через провод проходит ток, превышающий номинальный, провод плавится, разрывая соединение.На фото - «перегоревший» предохранитель в месте обрыва провода, защищающего цепь (кредит: модификация работы «Шардайы» / Flickr).

    Автоматические выключатели также рассчитаны на максимальный ток и разомкнуты для защиты цепи, но могут быть сброшены. Автоматические выключатели реагируют намного быстрее. Работа автоматических выключателей выходит за рамки этой главы и будет обсуждаться в следующих главах. Еще один метод защиты оборудования и людей - прерыватель цепи замыкания на землю (GFCI), который широко используется в ванных комнатах и ​​кухнях.Торговые точки GFCI очень быстро реагируют на изменения тока. Эти выходы открываются при изменении магнитного поля, создаваемого токонесущими проводниками, что также выходит за рамки данной главы и рассматривается в следующей главе.

    Стоимость электроэнергии

    Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию.Поскольку \ (P = \ dfrac {dE} {dt} \), мы видим, что

    \ [E = \ int P dt \]

    - это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение временного интервала t . Если мощность доставляется с постоянной скоростью, то энергия может быть найдена как \ (E = Pt \). Например, чем больше горело лампочек, тем больше использовалось P ; чем дольше они работают, тем больше т .

    Единицей энергии в счетах за электричество является киловатт-час \ ((кВт \ cdot h) \), что соответствует соотношению \ (E = Pt \).6 \, J \).

    Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снижает стоимость, но и снижает воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения - один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии, потребляемой в доме, идет на освещение, а для коммерческих предприятий это число приближается к 40%.Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза более эффективны, чем лампы накаливания - это верно как для длинных трубок, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), например, рисунок \ (\ PageIndex {1b} \). Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными инвестициями для КЛЛ.)

    Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше, чем лампы накаливания. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные лампы (представляющие собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в пять раз дольше, чем КЛЛ.

    Пример \ (\ PageIndex {2 \): расчет рентабельности светодиодной лампы

    Типичная замена лампы накаливания мощностью 100 Вт - это светодиодная лампа мощностью 20 Вт.Светодиодная лампа мощностью 20 Вт может обеспечивать такое же количество света, как и лампа накаливания мощностью 100 Вт. Какова экономия затрат при использовании светодиодной лампы вместо лампы накаливания в течение одного года, если предположить, что 0,10 доллара за киловатт-час - это средний тариф на электроэнергию, взимаемый энергетической компанией? Предположим, что лампочка включена на три часа в день.

    Стратегия

    1. Рассчитайте энергию, используемую в течение года для каждой лампочки, используя \ (E = Pt \).
    2. Умножьте энергию на стоимость.

    Решение

    1. Рассчитайте мощность для каждой лампы. \ [E_ {Incandescent} = Pt = 100 \, W \ left (\ dfrac {1 \, kW} {1000 \, W} \ right) \ left (\ dfrac {3 \, h} {day} \ right) (365 \, дни) = 109,5 \, кВт \ cdot ч \] \ [E_ {LED} = Pt = 20 \, W \ left (\ dfrac {1 \, kW} {1000 \, W} \ right) \ left (\ dfrac {3 \, h} {day} \ right) (365 \, days) = 21.9 \, кВт \ cdot h \]
    2. Рассчитайте стоимость для каждого. \ [cost_ {Incandescent} = 109,5 \, кВт \ cdot h \ left (\ dfrac {\ $ 0.10} {kW \ cdot h} \ right) = \ $ 10.95 \] \ [cost_ {LED} = 21.90 \, кВт \ cdot h \ left (\ dfrac {\ $ 0.10} {kW \ cdot h} \ right) = \ $ 2.19 \]

    Значение

    Светодиодная лампа потребляет на 80% меньше энергии, чем лампа накаливания, экономя 8,76 доллара по сравнению с лампой накаливания в течение одного года. Светодиодная лампа может стоить 20 долларов, а лампа накаливания мощностью 100 Вт может стоить 0,75 доллара, что следует учесть при расчетах. Типичный срок службы лампы накаливания составляет 1200 часов, а светодиодной лампы - 50 000 часов. Лампы накаливания хватило бы на 1.08 лет при 3 часах в день, а светодиодная лампа прослужит 45,66 года. Первоначальная стоимость светодиодной лампы высока, но стоимость для домовладельца составит 0,69 доллара за лампы накаливания по сравнению с 0,44 доллара за светодиодные лампы в год. (Обратите внимание, что светодиодные лампы дешевеют.) Экономия затрат в год составляет примерно 8,50 долларов США, и это только для одной лампы.

    Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

    Является ли эффективность различных лампочек единственным соображением при сравнении различных лампочек?

    Ответ

    Нет, эффективность - очень важный фактор для лампочек, но есть много других соображений.Как упоминалось выше, важными факторами являются стоимость лампочек и срок их службы. Например, лампы CFL содержат ртуть, нейротоксин, и их необходимо утилизировать как опасные отходы. При замене ламп накаливания, которые управляются диммером на светодиоды, может потребоваться замена диммера. Диммерные переключатели для светодиодных фонарей сопоставимы по цене с переключателями ламп накаливания, но это начальная стоимость, которую следует учитывать. Также следует учитывать спектр света, но существует широкий диапазон цветовых температур, поэтому вы сможете найти тот, который соответствует вашим потребностям.Ни одно из этих упомянутых соображений не предназначено для того, чтобы препятствовать использованию светодиодных или CFL лампочек, но они являются соображениями.

    Замена ламп накаливания на КЛЛ или светодиодные лампы - простой способ снизить потребление энергии в домах и на коммерческих объектах. Лампы CFL работают с совершенно другим механизмом, чем лампы накаливания. Механизм сложен и выходит за рамки данной главы, но здесь приводится очень общее описание механизма.Лампы CFL содержат пары аргона и ртути, заключенные в трубку спиральной формы. В лампах CFL используется «балласт», который увеличивает напряжение, используемое лампой CFL. Балласт производит электрический ток, который проходит через газовую смесь и возбуждает молекулы газа. Возбужденные молекулы газа излучают ультрафиолетовый (УФ) свет, который, в свою очередь, стимулирует флуоресцентное покрытие внутри трубки. Это покрытие флуоресцирует в видимом спектре, излучая видимый свет. Традиционные люминесцентные лампы и лампы CFL имели короткую временную задержку до нескольких секунд, пока смесь «нагревалась» и молекулы переходили в возбужденное состояние.Следует отметить, что эти лампы содержат ртуть, которая ядовита, но если лампа сломана, ртуть никогда не выделяется. Даже если колба сломана, ртуть имеет тенденцию оставаться во флуоресцентном покрытии. Количество также довольно невелико, и преимущество экономии энергии может перевесить недостаток использования ртути.

    Лампы CFL заменяются на светодиодные, где LED означает «светоизлучающий диод». Диод был кратко обсужден как неомический прибор, сделанный из полупроводникового материала, который позволяет току течь в одном направлении.Светодиоды - это особый тип диодов, изготовленных из полупроводниковых материалов, наполненных примесями в комбинациях и концентрациях, которые позволяют преобразовывать дополнительную энергию движения электронов во время электрического возбуждения в видимый свет. Полупроводниковые устройства будут объяснены более подробно в Физике конденсированного состояния.

    Коммерческие светодиоды быстро становятся стандартом для коммерческого и жилого освещения, заменяя лампы накаливания и лампы CFL. Они предназначены для работы в видимой области спектра и изготовлены из галлия, легированного атомами мышьяка и фосфора.Цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материалов, используемых в полупроводнике, и от силы тока. В первые годы развития светодиодов маленькие светодиоды на печатных платах были красного, зеленого и желтого цветов, но теперь светодиодные лампочки можно запрограммировать на получение миллионов цветов света, а также множества различных оттенков белого света.

    Сравнение ламп накаливания, КЛЛ и светодиодных ламп

    Экономия энергии может быть значительной при замене лампы накаливания или лампы CFL на светодиодную.Лампочки оцениваются по количеству энергии, потребляемой лампочкой, а количество светового потока измеряется в люменах. Люмен (лм) - это производная от системы СИ единица светового потока и мера общего количества видимого света, излучаемого источником. Лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить лампой CFL мощностью 13–15 Вт или светодиодной лампой мощностью 6–8 Вт, все три из которых имеют световой поток примерно 800 лм. Таблица светоотдачи для некоторых часто используемых лампочек представлена ​​в Таблице \ (\ PageIndex {1} \).

    Срок службы лампочек трех типов значительно различается. Срок службы светодиодной лампы составляет 50 000 часов, у CFL - 8 000 часов, а лампы накаливания - всего 1200 часов. Светодиодная лампа является самой прочной, легко выдерживает грубое обращение, такое как сотрясение и удары. Лампа накаливания плохо переносит такое же обращение, поскольку нить накаливания и стекло могут легко сломаться. Лампа CFL также менее долговечна, чем светодиодная лампа, из-за своей стеклянной конструкции.Количество выделяемого тепла составляет 3,4 БТЕ / ч для светодиодной лампы мощностью 8 Вт, 85 БТЕ / ч для лампы накаливания мощностью 60 Вт и 30 БТЕ / ч для лампы КЛЛ. Как упоминалось ранее, основным недостатком лампы CFL является то, что она содержит ртуть, нейротоксин, и ее необходимо утилизировать как опасные отходы. Из этих данных легко понять, почему светодиодные лампы быстро становятся стандартом в освещении.

    Таблица \ (\ PageIndex {1} \): выходная мощность светодиодных ламп, ламп накаливания и CFL
    Световой поток (люмен) Светодиодные лампы (Вт) Лампы накаливания (Вт) Лампы накаливания CFL (Вт)
    450 4-5 40 9−13
    800 6-8 60 13-15
    1100 9−13 75 18-25
    1600 16-20 100 23-30
    2600 25−28 150 30-55
    Сводка отношений

    В этой главе мы обсудили отношения между напряжением, током, сопротивлением и мощностью.2R \). Хотя все возможные комбинации могут показаться ошеломляющими, не забывайте, что все они представляют собой комбинации всего двух уравнений: закона Ома \ ((V = IR) \) и степени \ ((P = IV) \).

    Авторы и авторство

    • Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

    3.Как работают люминесцентные лампы?

    3.4. Физические характеристики ламп

    Принципы работы

    Люминесцентная лампа генерирует свет от столкновений с горячим газ («плазма») свободного ускоренного электроны с атомами– обычно ртуть - в какие электроны поднимаются на более высокие уровни энергии, а затем отступать при излучении на двух линиях УФ-излучения (254 нм и 185 нм).Таким образом созданное УФ-излучение затем преобразуется в видимый свет УФ возбуждение флуоресцентного покрытия на стеклянной оболочке напольная лампа. Химический состав этого покрытия подобран таким образом, чтобы излучать в желаемом спектре.

    Строительство

    Трубка люминесцентной лампы заполнена газом с низким содержанием пар ртути под давлением и благородные газы в целом давление около 0.3% от атмосферное давление. В самая обычная конструкция, пара эмиттеров накала, один на каждом конце трубки, нагревается током и используется для испускать электроны, которые возбуждают благородные газы и газообразную ртуть путем ударной ионизации. Ионизация может происходить только в исправных лампочках.Следовательно, вредные последствия для здоровья от этого процесса ионизации невозможно. Кроме того, лампы часто оснащаются двумя конверты, что значительно снижает количество УФ-излучения испускается.

    Электрические аспекты эксплуатации

    Для запуска лампы и поддерживать ток на достаточном уровне для постоянного света эмиссия.В частности, схема подает высокое напряжение на запускают лампу и регулируют ток через трубку. Возможны различные конструкции. в в простейшем случае используется только резистор, что относительно энергоэффективность. Для работы от переменный ток (AC) напряжения сети, использование индуктивного балласта является обычным явлением и было известен отказ до окончания срока службы лампы, вызывающий мерцание лампы.Различные схемы, разработанные для начать и запустить люминесцентные лампы выставляют различные свойства, то есть излучение акустического шума (гула), срок службы (лампы и балласта), энергоэффективность и мерцание интенсивности света. Сегодня в основном улучшенная схемотехника используется, особенно с компактными люминесцентными лампами, где Схема не может быть заменена перед люминесцентными лампами.Это снизило количество технических сбоев, вызывающих эффекты, как перечисленные выше.

    EMF

    Часть электромагнитный спектр который включает статические поля, а поля до 300 ГГц - вот что здесь упоминается как электромагнитные поля (ЭДС).Литература о том, какие виды и сильные стороны ЭМП. которые излучаются из КЛЛ редко. Однако есть несколько видов ЭДС, обнаруженных в близость этих ламп. Как и другие устройства, которые зависят на электричество для выполнения своих функций они излучают электрические и магнитные поля в низкочастотный диапазон ( частота распространения 50 Гц и, возможно, также гармоники из них, e.г. 150 Гц, 250 Гц и т. Д. В Европе). Кроме того, КЛЛ, в отличие от лампы накаливания, также излучают в высокочастотном диапазоне ЭДС (30-60 кГц). Эти частоты различаются между разными типами ламп.

    Мерцание

    Все лампы будут различать интенсивность света при удвоении мощности от сети. (линейная) частота, так как мощность, подаваемая на лампу, достигает пика дважды за цикл при 100 Гц или 120 Гц.Для лампы накаливания это мерцание уменьшается по сравнению с люминесцентными лампами за счет тепла емкость нити. Если модуляция света интенсивности достаточно для восприятия человеческим глазом, тогда это определяется как мерцание. Модуляции на 120 Гц не видно, в большинстве случаев даже не при 50 Гц (Seitz et al.2006 г.). Флюоресцентные лампы включая КЛЛ, которые используют поэтому высокочастотные (кГц) электронные балласты называются «без мерцания».

    Однако как лампы накаливания (Чау-Шинг и Девани, 2004), так и "немерцающие" люминесцентные источники света (Хазова и О'Хаган 2008) производят еле заметное остаточное мерцание.Дефектный лампы или схемы могут в некоторых случаях привести к мерцанию при более низкой частот, либо только в часть лампы или во время цикла запуска в несколько минут.

    Световое излучение, УФ-излучение и синий свет

    Имеются характерные различия между излучаемыми спектрами. люминесцентными лампами и лампы накаливания, потому что различных принципов работы.Лампы накаливания настраиваются по своей цветовой температуре за счет специальных покрытий из стекло и часто продаются с атрибутом «теплый» или «Холодный» или, более конкретно, по их цветовой температуре для профессиональные светотехнические приложения (фотостудии, магазины одежды и т. д.). В случае люминесцентных ламп спектральное излучение зависит от покрытия люминофора. Таким образом, люминесцентные лампы могут быть обогащены синим светом (длины волн 400-500 нм), чтобы лучше имитируют дневной свет по сравнению с лампами накаливания. Как и люминесцентные лампы, КЛЛ излучают больше синего цвета. свет, чем лампы накаливания.Есть на международном уровне признанные пределы воздействия излучения (200-3000 нм) испускается лампами и осветительными приборами, настроенными на защиту от фотобиологические опасности (Международная электротехническая Комиссия 2006 г.). Эти ограничения также включают излучение от КЛЛ.

    УФ-содержание излучаемого спектра зависит как от люминофор и стеклянная колба люминесцентной лампы.УФ выброс лампы накаливания есть ограничивается температурой нити накала и поглощение стекла. Некоторые КЛЛ с одной оболочкой излучают УФ-В и следы УФ-С излучения на длине волны 254 нм, что не так для ламп накаливания (Khazova and O´Hagan 2008).Экспериментальный данные показывают, что КЛЛ производят больше УФ-излучение, чем вольфрамовая лампа. Кроме того, количество УФ-В излучение производится из КЛЛ с одной оболочкой, с того же расстояния 20 см, составляли примерно в десять раз выше, чем облучается вольфрамовой лампой (Мозли и Фергюсон, 2008 г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *