Зазвичай в побутових розмовах словом «баласт» позначають щось непотрібне, зайве, що заважає руху вперед. Але в електротехніці «баластом» називають елемент, який за своїм функціональним призначенням призначений для обмеження будь-яких параметрів, їх «гальмування». На малюнку показана класична електрична схема люмінесцентного світильника, в якій баластних опором включена індуктивність (дросель) L.
Холодна люмінесцентна лампа EL має високий опір між своїми електродами, тому при включенні напруга мережі, проходячи через накальную електроди лампи, цілком падає на ключовому елементі стартера SF. Ключовий елемент KЛ є біметалічну пластину, що замикає ланцюг в нагрітому стані і в холодному стані її розмикати. Оскільки на електродах ключа KЛ з'являється різниця електричних потенціалів, газ в колбі стартера іонізується і розігріває біметалічну пластинку. У якийсь момент ключ KЛ замикається і з'явився в колі електричний струм починає «накачувати» в дросель енергію, але, більш того, цей струм розігріває накальную спіралі люмінесцентної лампи EL. Розігрітим електродів притаманний ефект термоелектронної емісії, який відомий читачеві по електронним лампам, кінескопів, вакуумним індикаторами. У газі, що наповнює балон лампи, з'являються вільні заряди. Одночасно з цим в балоні стартера іонізація газу пропадає, біметалічна пластина охолоджується, і ключ КЛ розмикається. Енергія, накопичена в індуктивному елементі L, переходить в заряд конденсатора СЗ за законом:
де iL - струм дроселя;
ΔUEL - зміна напруги між електродами лампи.
Зазвичай індуктивність L дроселя прагнуть вибрати побільше, а ємність СЗ конденсатора - поменше, щоб отримати більшу амплітуду резонансного кидка напруги на конденсаторі. Цей кидок, величина якого перевищує напруга живлення, достатній для повної іонізації газу всередині балона люмінесцентної лампи і її запалювання. Запалювання характеризується різким падінням опору газового проміжку люмінесцентної лампи. Після запалювання стартер виявляється відключеним, оскільки його опір значно більше опору палаючої лампи. Дросель ж, будучи індуктивним опором, підтримує робоча напруга на електродах лампи, так як опір «палаючого» проміжку стає малим. Збільшення напруги на електродах запаленою лампи призводить до зростання струму через неї, а, отже, до нагрівання балона і швидкому його руйнування, так що зайвий струм потрібно «гасити» баластом. Номенклатурний ряд баластів трубчастих люмінесцентних ламп розроблений давно. Визначальним параметром тут є потужність лампи, за величиною якої і підбирається конкретний дросель.
Схема містить також конденсатор електромагнітної сумісності С1, що пригнічує електромагнітні перешкоди, що виникають при роботі лампи, а також ланцюжок С2, R, звану пасивним коректором коефіцієнта потужності. Тут нам знову необхідно дати деякі пояснення на прикладі включеної в мережу активно-реактивної ланцюга, яка і складає основу ПРА люмінесцентної лампи.
На малюнку показана електрична ланцюг, що складається з активного опору R (еквівалент лампи), а також дроселя L (баласт), і підключена до мережі змінного струму. За допомогою приладів PA, PV і PW ми будемо вимірювати відповідно струм в ланцюзі IH. напруга UH і активну потужність Р, що виділяється на елементах ланцюга.
Твір струму і напруги, виміряних приладами РА і PV окремо, називається повною потужністю (S), споживаної електричної ланцюгом і вимірюється в «вольт-амперах» (ВА):
У той же час по приладу PW ми безпосередньо вимірюємо активну потужність (Р) в ланцюзі у ВАТ (Вт). У чому відмінність повної і активної потужності один від одного? Давно відомо, що будь-який реактивний елемент, будь то котушка індуктивності або конденсатор, «рухають» фазу струму щодо фази напруги, тобто максимум струму в активно-реактивної ланцюга не збігається з максимумом напруги, що підводиться до неї. Тому повна потужність, підведена до такого ланцюга, не дорівнює активної потужності, що виділяється на її активних елементах. Ситуація щодо ставлення потужностей PF визначається з формули:
називається коефіцієнтом потужності (power factor) ланцюга. Очевидно, що коефіцієнт потужності не може бути більше 1. Для чисто активного навантаження, коли максимум напруги збігається з максимумом струму, коефіцієнт потужності дорівнює одиниці, у всіх інших випадках PF менше одиниці. Чим погані навантаження з низьким PF? Тим, що реактивну потужність не вдається використовувати для здійснення корисної роботи, але, тим не менш, вона споживається від джерела, що змушує збільшувати його повну віддається потужність, вибирати більш потужне обладнання, нарощувати переріз підвідних проводів. Нескоригований електронний баласт має коефіцієнт потужності близький до 0,5 (фази струму і напруги зсунуті одна відносно іншої). Тому тут необхідне введення спеціального пристрою, званого коректором коефіцієнта потужності (power factor corrector), яке дозволить наблизити споживання струму до спостерігається при включенні в мережу чисто активного навантаження. В даному випадку ми обійдемося конденсатором, а в електронних баласту коефіцієнт потужності буде коригувати електронна схема.
Якщо з яких-небудь причин лампа не запалюється (наприклад, занадто рано відбувається розмикання біметалічного контакту стартера, або він зносився в процесі експлуатації), лампа входить в аварійний режим роботи, який супроводжується спалахами фальш-старту, візуально виражається як ряд спалахів перед стабільним запалюванням . Фалиш-старт різко знижує термін служби люмінесцентної лампи через скорочення ресурсу накальних спіралей.
Додаткові матеріали по темі:
Наступна схема електронного баласту виконана на основі мікросхеми типу IR21592. Фірма-виробник називає цю мікросхему диммером (dimming ballast), оскільки вона має окремий вхід управління яскравістю світіння лампи. Крім цього, мікросхема має [...]
Графічно всі можливі режими роботи лампи показані на малюнку. Давайте тепер підіб'ємо деякі підсумки і коротко назвемо недоліки харчування люмінесцентних ламп від класичної ПРА. По-перше, для їх запалювання потрібна наявність [...]
Розглянемо принцип роботи простого електронного баласту на IR2153. На структурній схемі електронного баласту точка «А» підключається за допомогою ключів Кл1 і Кл2 то до напруги харчування (U п = +310 В), [...]