Leuchtstoffleuchten basieren auf dem Glühen einer Quecksilberdampf-Gasentladung. Die Strahlung liegt im ultravioletten Bereich, und die Glühbirne ist mit einem Phosphor beschichtet, der sie in sichtbares Licht umwandelt.
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Funktionsprinzip einer Leuchtstofflampe
Leuchtstoffröhren haben die Besonderheit, dass sie nicht direkt an das Stromnetz angeschlossen werden können. Der Kaltwiderstand zwischen den Elektroden ist hoch und der zwischen ihnen fließende Strom reicht nicht aus, um eine Entladung zu erzeugen. Für die Zündung ist ein Hochspannungsimpuls erforderlich.
Die Lampe mit gezündeter Entladung zeichnet sich durch einen niedrigen Widerstand aus, der eine reaktive Komponente aufweist. Zur Kompensation der reaktiven Komponente und zur Begrenzung des Stromflusses wird eine Drossel (Vorschaltgerät) in Reihe mit der Leuchtstofflampe geschaltet.
Viele Menschen wissen nicht, wozu ein Starter bei Leuchtstofflampen dient. Eine im Stromversorgungskreis enthaltene Drossel erzeugt in Verbindung mit dem Starter einen Hochspannungsimpuls, der die Entladung zwischen den Elektroden einleitet. Dies geschieht, weil an den Anschlüssen der Drosseln ein selbstinduktiver Impuls von bis zu 1 kV anliegt, wenn sich die Kontakte des Anlassers öffnen.
Wozu die Drossel verwendet wird
Die Verwendung einer Drossel für Leuchtstofflampen (Vorschaltgerät) in den Stromkreisen ist aus zwei Gründen notwendig:
- Zur Bildung der Startspannung;
- Zur Begrenzung des Stroms durch die Elektroden.
Das Prinzip der Drossel basiert auf dem Blindwiderstand der Induktionsspule, die die Drossel darstellt. Der Induktivitätswiderstand führt zu einer Phasenverschiebung von 90º zwischen Spannung und Strom.
Da der Strombegrenzungswert ein Induktionswiderstand ist, können Drosseln, die für Lampen gleicher Leistung ausgelegt sind, nicht für den Anschluss von Geräten mit höherer oder geringerer Leistung verwendet werden.
Innerhalb bestimmter Grenzen sind Toleranzen möglich. In der Vergangenheit stellte die heimische Industrie beispielsweise Leuchtstofflampen mit einer Leistung von 40 W her. Eine 36W-Drossel für Leuchtstofflampen aus moderner Produktion kann bedenkenlos in Stromkreisen veralteter Leuchten eingesetzt werden und umgekehrt.
Unterschiede zwischen Drosseln und EBs
Die Drosselschaltung zum Schalten von Leuchtstoffröhren ist einfach und sehr zuverlässig. Eine Ausnahme bildet der regelmäßige Austausch von Startern, da diese eine Gruppe von Öffnungskontakten zur Bildung von Startimpulsen enthalten.
Gleichzeitig hat die Schaltung erhebliche Nachteile, die die Suche nach neuen Lösungen für das Einschalten der Lampen erzwungen haben:
- Lange Anlaufzeiten, die sich mit der Abnutzung der Lampe oder dem Absinken der Versorgungsspannung verlängern;
- starke Verzerrungen der Wellenform der Versorgungsspannung (cosf<0,5);
- Flackern mit der doppelten Netzfrequenz aufgrund der geringen Trägheit der Gasentladungsleuchtkraft;
- hohe Masse-Dimensionierungs-Eigenschaften;
- niederfrequentes Brummen aufgrund von Vibrationen der Platten des magnetischen Drosselsystems;
- geringe Startsicherheit bei negativen Temperaturen.
Die Überprüfung der Drossel von Leuchtstofflampen wird dadurch erschwert, dass Geräte zur Feststellung von Kurzschlüssen nicht weit verbreitet sind und mit Standardgeräten nur das Vorhandensein oder Fehlen eines Bruchs festgestellt werden kann.
Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) wurden entwickelt, um diese Unzulänglichkeiten zu beheben. Elektronische Schaltungen arbeiten nach einem anderen Prinzip der Erzeugung von Hochspannung, um die Verbrennung zu starten und aufrechtzuerhalten.
Der Hochspannungsimpuls wird elektronisch erzeugt, und eine Hochfrequenzspannung (25-100 kHz) wird zur Unterstützung der Entladung verwendet. Das EKG kann in zwei Modi betrieben werden:
- mit Elektrodenvorwärmung;
- mit Kaltstart.
Im ersten Modus wird eine niedrige Spannung für 0,5-1 Sekunden an die Elektroden angelegt, um sie zu erwärmen. Nach Ablauf der Zeit wird ein Hochspannungsimpuls angelegt, der die Entladung zwischen den Elektroden zur Zündung bringt. Dieser Modus ist technisch komplizierter, verlängert aber die Lebensdauer der Lampen.
Der Kaltstartmodus unterscheidet sich dadurch, dass die Startspannung an die nicht beheizten Elektroden angelegt wird, was zu einem schnellen Start führt. Dieser Startmodus wird nicht für den häufigen Gebrauch empfohlen, da er die Lebensdauer drastisch verkürzt, aber er kann auch bei Lampen mit defekten Elektroden (durchgebrannte Wendeln) verwendet werden.
Stromkreise mit einem elektronischen Vorschaltgerät haben folgende Vorteile
- Völlige Abwesenheit von Flimmern;
- breiter Temperaturbereich für den Einsatz;
- geringe Verzerrungen der Netzspannungsform;
- Abwesenheit von akustischem Lärm;
- längere Lebensdauer der Lichtquellen;
- Geringe Größe und Gewicht, Möglichkeit der Miniaturausführung;
- Möglichkeit des Dimmens - Änderung der Helligkeit durch Steuerung der Impulsbreite der Elektroden.
Klassischer Anschluss über elektromagnetisches Vorschaltgerät - Drossel
Das häufigste Anschlussschema für eine Leuchtstofflampe besteht aus einer Drossel und einem Starter, die als elektromagnetische Vorschaltgeräte (EMB) bezeichnet werden. Der Stromkreis besteht aus einer Reihe von Schaltkreisen: Drossel - Glühfaden - Anlasser.
Im ersten Moment des Einschaltens fließt ein Strom durch die Schaltkreiselemente, der den Glühfaden der Lampe und gleichzeitig die Kontaktgruppe des Anlassers erwärmt. Sobald die Kontakte erwärmt sind, öffnen sie sich und erzeugen eine Selbstinduktions-EMK an den Enden der elektromagnetischen Ballastwicklung. Die hohe Spannung bewirkt, dass der Gasspalt zwischen den Elektroden aufbricht.
Ein parallel zu den Anlasserkontakten geschalteter Kondensator geringer Kapazität bildet mit der Drossel einen Schwingkreis. Diese Lösung erhöht den Wert der Startimpulsspannung und verringert das Durchbrennen der Anlasserkontakte.
Wenn es zu einer stabilen Entladung kommt, sinkt der Widerstand zwischen den Elektroden an den gegenüberliegenden Enden des Kolbens und es fließt Strom im Drossel-Elektroden-Kreis. Der Strom ist zu diesem Zeitpunkt durch den induktiven Widerstand der Drossel begrenzt. Die Elektrode im Anlasser schließt sich, der Anlasser ist zu diesem Zeitpunkt nicht mehr in Betrieb.
Kommt es zu keiner Entladung im Kolben, wird der Heiz- und Zündvorgang mehrmals wiederholt. Während dieser Zeit kann die Lampe flackern. Wenn die Leuchtstofflampe flackert, aber nicht leuchtet, kann dies ein Hinweis auf einen Ausfall der Lampe sein, der auf eine Verringerung des Emissionsvermögens der Elektroden oder einen Abfall der Netzspannung zurückzuführen ist.
Der Anschluss von Leuchtstofflampen mit Drossel kann mit einem Kondensator ergänzt werden, um Netzverzerrungen zu reduzieren. Außerdem ist in Zwillingsleuchten ein Kondensator für die gegenseitige Verschiebung von Scheinwerfern zwischen benachbarten Lampen eingebaut, um den Flimmereffekt optisch zu reduzieren.
Anschluss über moderne elektronische Vorschaltgeräte
Bei Leuchten mit elektronischen Vorschaltgeräten ist der Anschlussplan für Leuchtstofflampen auf dem EVG-Gehäuse abgebildet. Um es richtig einzuschalten, müssen die Anweisungen genau befolgt werden. Eine Anpassung ist nicht erforderlich. Ein korrekt zusammengebauter Schaltkreis mit funktionsfähigen Bauteilen ist sofort betriebsbereit.
Schaltplan für den Anschluss von zwei Lampen in Reihe
Leuchtstoffröhren können unter den folgenden Bedingungen mit zwei Leuchten in Reihe geschaltet werden:
- Verwendung von zwei identischen Lichtquellen;
- elektromagnetisches Vorschaltgerät für eine ähnliche Schaltung;
- eine Drossel, die für die doppelte Leistung ausgelegt ist.
Der Vorteil der Reihenschaltung besteht darin, dass nur eine schwere Drossel verwendet wird, aber im Falle eines Defekts an einer der Glühbirnen oder des Starters ist die Leuchte völlig funktionsunfähig.
Moderne EVGs können nur nach diesem Schema geschaltet werden, aber viele Ausführungen sind so konzipiert, dass sie zwei Lampen enthalten. Die Schaltung verfügt über zwei unabhängige Spannungsformungskanäle, so dass das duale elektronische Vorschaltgerät sicherstellt, dass eine Lampe in Betrieb bleibt, wenn die andere ausfällt oder nicht vorhanden ist.
Anschluss ohne Anlasser
Für Leuchtstofflampen ohne Vorschaltgerät und Starter wurden mehrere Anschlussmöglichkeiten entwickelt. Alle nutzen das Prinzip der Erzeugung einer hohen Startspannung durch einen Spannungsvervielfacher.
Viele der Schaltungen ermöglichen den Betrieb mit durchgebrannten Glühfäden, so dass defekte Lampen verwendet werden können. Einige Lösungen verwenden eine Gleichstromversorgung. Dies führt dazu, dass kein Flimmern auftritt, aber die Elektroden verschleißen ungleichmäßig. Dies ist daran zu erkennen, dass sich auf einer Seite der Glühbirne dunkle Phosphorflecken befinden.
Manche Elektriker bauen anstelle eines Starters einen separaten Startknopf ein, aber das bedeutet, dass das Einschalten der Lampe über einen Schalter und einen Knopf gesteuert werden muss, was umständlich ist und die Lampe beschädigen kann, wenn der Knopf zu lange gedrückt wird, weil die Elektroden überhitzen.
Für das Einschalten von Leuchtstofflampen ohne Starter gibt es außer dem EVG keine industriellen Konzepte. Dies ist auf ihre geringe Zuverlässigkeit, die negativen Auswirkungen auf die Lebensdauer der Lampen und die große Größe aufgrund der hohen Kapazität der Kondensatoren zurückzuführen.
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