Питание галогеновых ламп постоянным током

ГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ

Принцип работы галогенных ламп (ГЛ) идентичен лампам накаливания за исключением одной детали:

• колба устройств второго типа наполнена исключительно инертным газом;
• а первого — смесью инертного и буферного газов.

В роли буфера выступают газообразные галогены: бром (Br2), иод (I2) или смесь этих веществ.

Добавление в рабочую среду галогена обусловлено необходимостью предотвратить разрушение вольфрамовой нити накаливания.

Этот процесс неизбежен при использовании традиционных источников света: раскалённый вольфрам понемногу испаряется и оседает внутри стеклянной колбы. Процесс в большинстве случаев локализован, поэтому с течением времени нить перегорает в одном месте и «разрывается».

Вещества-галогены, реагируя с испаряющимся вольфрамом, предотвращают его оседание, образуя иодид или бромид вольфрама (или смесь этих солей).

Поскольку температура внутри колбы неравномерна, молекулы перемещаются конвективными токами, достигают раскалённой нити и разлагаются на исходные составляющие. Вольфрам оседает на нити, а молекулы галогенов возвращаются в рабочую среду.

Световые характеристики ГЛ значительно выше, чем показатели ламп накаливания. В частности, коэффициент цветопередачи исправного источника света находится в диапазоне 99–100 Ra.

Стекло колбы со временем не загрязняется оседающим вольфрамом и не мутнеет, поэтому цветовые характеристики остаются неизменными на всём протяжении эксплуатации. Цветовая температура изделий — 3000–3200 K.

Значение светоотдачи составляет 14–25 лм/Вт, а у наиболее мощных моделей может доходить до 35 лм/Вт. Для сравнения, аналогичный показатель у ламп накаливания — 9–14 лм/Вт.

Галогенные лампы могут работать под напряжением:

• 220 В (стандартное напряжение сети);
• 24 В;
• 12 В;
• 6 В.

В последних трёх случаях необходимо использовать понижающие трансформаторы, линейные или импульсные. Кроме того, через низковольтные лампы проходит ток значительно большей силы (соотношение определяется номинальной мощностью прибора).

Поэтому при подключении таких устройств, помимо трансформаторов, необходимо использовать провода достаточного сечения.

Стандартный ресурс галогенных ламп составляет 2000–4000 часов. Такой срок связан с неизбежным, хотя и гораздо более медленным, выгоранием вольфрама ввиду неравномерности поверхности нити и невозможности достичь оседания металла именно там, где его стало меньше.

Кроме того, используемое при производстве колб кварцевое стекло нельзя брать голыми руками. Находящиеся на них следы жира приводят к разрушению материала и, как следствие, выходу изделия из строя.

В настоящее время в производстве ГЛ используются различные цоколей, как традиционных эдисоновских, так и нестандартных. По виду используемых цоколей изделия подразделяют на сетевые, рассчитанные на напряжение 220 В, и низковольтные (6, 12 и 24 В).

Сетевые галогенные лампы классифицируются на:

• линейные, самые привычные для пользователя;
• капсульные (цоколь G9, мощность до 75 Вт);
• рефлекторные (цоколи GU10 и GZ10, мощность до 75 Вт);
• зеркальные лампы-фары (патрон GU10, мощность до 75 Вт);
• лампы под цоколи Эдисона E14 («свечи») и E27 (мощность до 75 Вт).

Низковольтные лампы делятся на:

• капсульные (цоколи G4, G5.3, G6.4);
• рефлекторные (цоколи GU4, GU5.3, GY4);
• лампы-фары (цоколь GY4).

Для подключения галогенных ламп используются стандартные патроны, основное требование к которым — устойчивость к повышенным температурным нагрузкам. Указанный фактор обусловлен, как упоминалось ранее, температурой разогрева вольфрамовой нити и колбы устройств.

Качественные патроны имеют на боковой или обратной стороне маркировку с указанием рабочего напряжения и мощности. На практике для подключения сетевых источников света можно использовать патроны для низковольтных изделий: при повышении напряжения через провода будет проходить ток значительно меньшей силы.

Тем не менее, наилучшим выходом будет использование универсальных патронов с диапазоном рабочих напряжений 12–220 В.

В настоящее время на рынке можно встретить пластиковые патроны. По заверениям производителей, такие изделия способны выдержать такую же высокую температуру. Тем не менее, по возможности рекомендуется использовать традиционные керамические патроны.

Вышедший из строя патрон чинить совершенно нецелесообразно; намного проще и быстрее заменить его на новый. Найти подходящий патрон для галогенной лампы сегодня не представляет труда даже в небольших населённых пунктах.

Определение и устройство

Внешний вид галогенных ламп

Галогенная лампа — это почти та же лампочка накаливания, только в её колбу добавлены пары галогенов (йода или брома). Их еще называют буферными газами. Благодаря этому удается усилить свечение элемента до 3 000 Кельвинов и продлить срок эксплуатации. Галогенка способна работать в среднем 2 000-4 000 часов. При условии плавного включения срок службы можно продлить до 8 000-12 000 часов.

Как и стандартная лампа накаливания, осветительный элемент имеет цоколь и колбу.

Трансформатор для галогенных ламп. Разновидности, выбор, схема подключения

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Речь в сегодняшней статье пойдет о расчете и выборе понижающего трансформатора для галогенных ламп, а также о схемах его подключения.

Галогенные лампы нашли широкое применение для освещения разного вида помещений. Они обладают идеальной цветопередачей и имеют постоянную яркость на протяжении всего периода работы. Срок службы таких ламп в 3-4 раза дольше (до 2-4 тыс. часов), чем у ламп накаливания.

Всего существует два типа галогенных ламп:

• на переменное напряжение 220 (В)
• на переменное напряжение 6, 12 и 24 (В)

Первый тип ламп включаются в сеть 220 (В) напрямую (непосредственно) без применения каких-либо понижающих трансформаторов.

Вот фотография галогенной лампы JCDR на 220 (В) мощностью 35 (Вт) с цоколем GU5.3 (значение 5.3 — это расстояние между выводами в миллиметрах).

Вот еще пример «галогенки» ЭРА на 220 (В) мощностью 35 (Вт) с цоколем GY6.35.

Для подключения второго типа ламп необходим понижающий трансформатор 220/6 (В), 220/12 (В) и 220/24 (В) соответственно.

В данной статье мы более подробно остановимся именно на этих типах галогенных ламп.

Напомню Вам, что применение ламп на 6, 12 или 24 (В) обеспечивает дополнительную электробезопасность. Почитайте статью про требования к светильникам и розеткам, установленных в ванной комнате или в помещении парилки.

Электромагнитный или электронный трансформатор? Что выбрать?

На сегодняшний день понижающие трансформаторы делятся на 2 типа:

• электромагнитные (тороидальные)
• электронные (импульсные)

Электромагнитные трансформаторы для галогенных ламп достаточно надежны и не очень дорогие по стоимости.

Их принцип работы основан на электромагнитной связи первичной и вторичной обмоток (катушек).

Также они имеют весомые недостатки — это значительный вес (массу) и габаритные размеры, поэтому их применение несколько ограничено. Посмотрите сами. Электромагнитный трансформатор 220/12 (В) HBL-250 имеет вес около 3,2 (кг).

Хочу сказать еще о двух их недостатках — это нагрев во время работы и чувствительность к скачкам напряжения, что отрицательно сказывается на сроке службы галогенных ламп.

Вес и габаритные размеры электронных трансформаторов в несколько раз меньше, чем у электромагнитных. Они имеют стабилизированное напряжение на выходе и особо не нагреваются во время работы (по сравнению с электромагнитными).

Некоторые типы электронных трансформаторов обладают встроенной защитой от короткого замыкания, перегрева, плавным пуском, что значительно увеличивает срок службы галогенных ламп, поэтому они и нашли более широкое применение, особенно для светильников и люстр для натяжных и подвесных потолков, корпусной мебели и т.п.

Электронные трансформаторы имеют совершенно другой принцип работы, основанный на преобразовании электрической энергии за счет электронных устройств и полупроводниковых приборов.

Электронный трансформатор запрещено включать без нагрузки в связи с особенностями его внутренней схемы. Вы наверное замечали, что на корпусах некоторых моделей указаны два значения мощности: минимальная и максимальная. Например, 40-105 (Вт). Так вот общая мощность ламп, питающихся от этого трансформатора, должна быть не меньше 40 (Вт).

Как рассчитать мощность трансформатора для галогенных ламп?

Итак, Вы определились с типом понижающего трансформатора. Теперь нужно выбрать его мощность. В продаже имеются трансформаторы с разными значениями мощностей. Покупать трансформатор с завышенной мощностью совсем не целесообразно, или наоборот, можно купить с недостаточной мощностью, что вызовет его перегруз и выход из строя.

Предположим, что на кухне необходимо установить 6 галогенных точечных светильников напряжением 12 (В) мощностью 35 (Вт). Общая мощность всех ламп составит 210 (Вт). Введем коэффициент запаса (надежности), увеличив значение 210 (Вт) на 10-15%. Получаем мощность, равную 231 (Вт). Таким образом, нам нужно приобрести понижающий трансформатор 220/12 (В) мощностью не ниже 231 (Вт). Приходим в магазин, смотрим ближайшее большее значение и покупаем трансформатор на 250 (Вт).

Вот стандартный ряд номинальных мощностей: 50, 60, 70, 105, 150, 200, 250, 300, 400 (Вт).

Схема подключения галогенных ламп. Вариант 1

Вот схема подключения галогенных ламп для нашего варианта:

Схема подключения трансформатора на стороне 220 (В) осуществляется через одноклавишный выключатель. Отходящие от распределительной коробки оранжевый и синий проводники (читайте о цветовой маркировке проводов) подключаются на первичные клеммы трансформатора L и N «Input» («Вход»).

На стороне 12 (В) все галогенные лампы подключаются на вторичные клеммы трансформатора «Output» («Выход») отдельными медными проводами (кабелями) сечением не менее 1,5 кв.мм и только параллельно. Сечение и длина питающих проводов должны быть одинаковыми, иначе яркость свечения «галогенок» будет отличаться друг от друга.

Если клеммных зажимов на трансформаторе не достаточно для подключения 6 ламп, то можно применить специальные соединительные клеммы.

Длина проводов (кабелей) между трансформатором и галогенными лампами должна быть в пределах от 1,5 до 3 (м). Почему? Если это расстояние увеличить, то в линии возникнут большие потери (провод начнет греться), т.к. при одной и той же мощности лампы и разных питающих напряжениях (220 и 12 В) ток в проводах будет отличаться в десятки раз, соответственно, уменьшится яркость ламп.

Если по каким-то причинам длина от трансформатора до лампы превышает 3 метров, то необходимо увеличивать сечение питающего провода (кабеля).

Подключение галогенных светильников. Вариант 2

Можно сделать немного по-другому. Разобьем 6 светильников на 2 группы, т.е. в первой группе — 3 штуки, и во второй группе — 3 штуки.

Для каждой группы установим свой понижающий трансформатор 220/12 (В). Такое решение будет целесообразно, т.к. при выходе из строя одного из понижающего трансформаторов, вторая группа светильников будут продолжать работать, а покупка нового трансформатора обойдется несколько дешевле, нежели покупать один общий трансформатор, как в первом примере — ведь с ростом мощности пропорционально ей увеличивается и цена на товар.

Общая мощность каждой группы составит 105 (Вт). Аналогично, введем коэффициент запаса (надежности), увеличив значение 105 (Вт) на 10-15%. Получаем мощность, равную 115,5 (Вт).

Таким образом, нам нужно приобрести два понижающих трансформатора 220/12 (В) мощностью не ниже 115,5 (Вт). Приходим в магазин, смотрим ближайшее большее значение и покупаем трансформатор на 150 (Вт).

Вот схема для варианта 2.

Рекомендую Вам каждый понижающий трансформатор запитывать отдельными проводами (кабелями) и соединять их в распределительной коробке (читайте о всех разрешенных способах соединения проводов). Этим советом некоторые пренебрегают и соединяют провода прямо под потолком. Так делать не нужно, т.к. все места соединений проводов должны иметь постоянный и беспрепятственный доступ для обслуживания и ремонта (ПУЭ, п.2.1.23).

Если Вы хотите управлять каждой группой ламп отдельно, то используйте для этого двухклавишный выключатель.

Внимание. Применять диммер совместно с электронными (импульсными) понижающими трансформаторами не рекомендуется, т.к. он нарушает правильную работу электронного преобразователя, что в итоге скажется на уменьшении срока службы галогенных ламп.

Рекомендации по месту установки понижающего трансформатора

В конце статьи я хочу дать Вам несколько рекомендаций по установке трансформаторов для галогенных ламп.

Я уже говорил в начале статье, что понижающие трансформаторы для галогенных ламп во время работы могут достаточно сильно нагреваться, поэтому их необходимо устанавливать на негорючей поверхности.

Расстояние от трансформатора до «галогенки» должно составлять не менее 20 (см).

Для лучшей вентиляции трансформатор рекомендуется устанавливать в закрытой полости (нише) объемом не меньше 12 литров, иначе необходимо уменьшить его нагрузку.

Разновидности

На сегодняшний день существует 4 основных типа галогенных ламп:

1. Линейные
2. С внешней колбой
3. С отражателем
4. Капсульные

Рассмотрим вкратце каждый из типов изделий, а также плюсы и минусы каждого варианта.

Линейные галогенные лампы были изготовлены еще в прошлом веке (в 60-х годах). Они имеют особенную конструкцию – продолговатую цилиндрическую форму с двумя цоколями. Мощность может достигать 20 кВт, поэтому их применяют как в быту, так и промышленном назначении (прожектора). Преимущество данных лампочек заключается в высоких прочностных свойствах и яркости. Недостатком является повышенное энергопотребление.

Галогенная лампа с двойной колбой (внешней) практически не отличается от классического варианта, однако если присмотреться, то внутри стеклянной оболочки можно увидеть еще одну небольшую лампочку, как показано на фото. Внешняя колба используется для защиты галогенки от прикосновения человеком и механических повреждений. На сегодняшний день существует широкий ассортимент ламп с внешней колбой: матовые, молочного оттенка, декоративной формы и т.д. Размер цоколя может быть стандартный (E27) и уменьшенный (E14).

Чтобы сделать световой поток направленным, колба покрывается алюминиевым либо инфракрасным отражателем. В результате освещение становится наиболее эффективным, т.к. весь свет направляется в необходимую зону помещения. Чаще всего такие варианты исполнения используются при монтаже скрытого освещения потолка (точечные светильники),

Существует множество разновидностей галогенных ламп с отражателем: с защитным стеклом, без него и т.д. Тип цоколя представлен двухштырьковой контактной группой различного размера (расстояние между контактами может составлять от 3 до 10 мм).

Капсульные модели имеют миниатюрные размеры и относительно небольшую светоотдачу. Чаще всего капсульные галогенные лампы применяются исключительно в декоративных целях, к примеру, для подсветки мебели.

Цоколи и разновидности форм

Галогенные лампы накаливания выпускаются с разными цоколями. Винтовые, как у обычных ламп накаливания — типа E 27 и E 14. Штырьковые — две ножки из тонкой проволоки на некотором расстоянии друг от друга. Эти цоколи обозначаются латинской буквой G, дальше стоит цифра, обозначающая расстояние между выводами. Наиболее распространенные G4, G 5.3; часто встречаются G 53, GZ 4, GY 4, GX 5,3. Есть и более сложные для описания типы цоколей. Их обозначение и внешний вид можно увидеть на рисунке внизу. Это все малоточные модификации.

Галогенные лампы типа GU, G9 и G 10 подключаются напрямую к 220 В. Причем размеры их остаются такими же небольшими.

Цоколи и их изображение

Еще можно разделить галогеновые лампы на капсульные и с защитным стеклом. Капсульные — совсем маленькие. Их называют еще пальчиковые — по размерам они где-то как фаланга мизинца. Внутри каждой галогенки с защитным стеклом есть такая миниатюрная — капсульная. Тело накала в них может располагаться параллельно или перпендикулярно вводам.

Защитное стекло может иметь рефлектор — для создания направленного пучка света. Это еще увеличивает эффективность от использования лам, так как лучи, направленные назад, отражаются от поверхности рефлектора. Кроме того, рефлектор отражает тепло, что повышает температуру нагрева спирали. То есть, света «становится» еще больше.

Форма колбы тоже может быть разной

Еще есть линейные галогенные лампы. Они используются в подсветке рабочих поверхностей, для освещения производственных помещений. Могут иметь два одинаковых цоколя или только один. Они практически не используются в быту, так как при малых размерах имеют высокую мощность — от 1 кВт до 20 кВт. Зато они востребованы для наружного освещения: их ставят в прожектора.

Варианты и схемы подключения

Следует сразу оговориться, что будет практичнее, если в схемах подключения вы будете использовать параллельное соединение ламп, чтобы к каждому прибору освещения подводилось напряжение от низковольтного импульсного источника. Первый вариант питания галогенных светильников будет предусматривать одинаково параллельное включение к одному трансформатору всех приборов освещения.

Рис. 2. Схема параллельного включения

Как видите на схеме, питание от внешней сети подводится к входу трансформатора, который обозначается как Input, а с выходных клемм (Output) снимается пониженное напряжение 12В. Далее вывод каждой из клемм подводится к точкам A и B на схеме, от которых они соединяются с контактами ламп, как показано на рисунке. В этом случае каждая лампа имеет независимое питание и при перегорании любой из них остальные продолжат светиться, но все они будут зависеть от исправности источника.

Также существует схема включения нескольких групп от разных импульсных блоков. В качестве примера мы рассмотрим схему из двух устройств и четырех низковольтных галогенных ламп для каждого из них.

Рис. 3. Схема включения на несколько групп

Как видите на рисунке, здесь применяется два трансформатора, между которыми разделяется потребляемая мощность от ламп. Преимуществом этой схемы является возможность независимого включения каждой группы осветительных приборов. Выключатель рассчитан на две клавиши, отдельно для каждого преобразователя, но можно использовать один сразу для обеих групп. Такой метод позволяет взять трансформатор для галогенных ламп вдвое меньшей мощности для каждой группы, но и требует больших затрат на реализацию схемы.

Аппараты включения галогенных ламп накаливания низкого напряжения

Тип трансформатора влияет на конечный вид осветительного прибора, способ его установки и длительность эксплуатации.

Для запуска галогенных ламп накаливания с напряжением 6, 12 и 24 В применяются простые электромагнитные, реже электронные трансформаторы. Восполнение реактивной мощности в таком случае не является обязательным условием, так как лампы накаливания представляют собой активную нагрузку, коэффициент мощности которых равен 1.

Электромагнитные трансформаторы

Достоинства

Электромагнитные трансформаторы легки в использовании, отказоустойчивы, недороги и довольно активно применяются при создании осветительных систем на основе галогенных ламп накаливания.

Недостатки

Тем не менее питание галогенных ламп электромагнитными трансформаторами обладает рядом недостатков:

1. Выходное трансформаторное напряжение пропорцио-нально входному напряжению, вследствие чего все скачки и перепады напряжения в электрической сети полностью передаются на источник света. Это снижает стабильность функционирования ламп, а при перепадах сетевого напряжения, что довольно-таки распространено в отечественных электросетях, ощутимо снижает продолжительность службы ламп.
2. Выходное трансформаторное напряжение имеет сильную зависимость от нагрузки. Если рабочая мощность трансформатора равна 105 Вт, то к трансформатору можно подключить три лампы по 35 Вт. Однако если хотя бы одна из ламп не включена или вышла из строя, напряжение на двух других лампах может стать больше номинального рабочего напряжения, что может привести к заметному уменьшению срока службы ламп.
3. Электрическое сопротивление не нагретых ламп может быть в 20 раз ниже, чем нагретых, при этом у галогенных ламп накаливания эта величина является наибольшей. Это может приводить к сильным скачкам потребляемого сетевого тока — ток во время запуска лампы во много раз выше рабочего тока, что обуславливает особые завышенные требования к подво¬дящим кабелям и используемым предохранителям.
4. Для управления потоком света необходимо использование специальных приборов (трансформатора, отемнителя).
5. Трансформаторы на электромагнитной основе имеют достаточно большой вес, что повышает и общую массу светильников.

Электронные трансформаторы

Преодолеть все эти трудности помогла электроника — уже в конце 1980-х годов были выпущены первые в мире электронные трансформаторы.

Продукция

Встраиваемый гипсовый светильник IP20, 50 Вт

Встраиваемый гипсовый светильник IP20, 50 Вт

Встраиваемый гипсовый светильник IP20, 50 Вт

Встраиваемый гипсовый светильник IP20, 50 Вт

Мы поможем подобрать светильники на ваш объект

Достоинства

Электронный трансформатор представляет собой устройство, которое состоит из выпрямителя напряжения и его преобразователя в переменное напряжение высоких частот нужной величины. Преобразователь сконструирован таким образом, что

• напряжение на выходе трансформатора уже стабилизировано и не зависит ни от перепадов напряжения в сети, ни от нагрузки (в разумных рамках).
• Помимо этого, напряжение на выходе трансформатора после его запуска постепенно увеличивается в течение 1–2 секунд, что дает возможность исключить скачки сетевого тока.

Преобразователь, работающий на высоких частотах, обязательно будет создавать помехи и искажает потребляемый сетевой ток. Для устранения этих помех и соблюдения обязательных требований электромагнитной совместимости в общую схему электронных трансформаторов добавляются корректирующие ток устройства.

Электронные трансформаторы включают в себя также

• устройства, которые защищают их при возникновении коротких замыканий, излишнего нагрева и перегрузок тока.
• Некоторые компании производят электронные трансформаторы, позволяющие плавно управлять потоком света источников от стандартного значения до полного затухания, что намного расширяет сферы использования галогенных ламп накаливания. Регулирование светового потока при этом, как и в электронных пускорегулирующих аппаратах для люминесцентных ламп, может быть как аналоговым, так и цифровым.

Недостатки

Высокочастотная система питания галогенных ламп накаливания, в отличие от люминесцентных ламп, не обладает ощутимыми достоинствами по сравнению с системой питания в сетях с постоянным током или системой питания переменным током низких частот. Высокочастотное питание в этом случае обладает даже определенными недостатками:

• сопротивление кабелей на высоких частотах намного выше, чем на низких частотах, вследствие чего могут возникать определенные радиопомехи. Радиопомехи генерируются обычно кабелями, которые соединяют трансформатор с источниками света. По этой причине компании-изготовители электронных трансформаторов в маркировке своей продукции обязательно отражают максимально допустимую длину кабелей (обычно не более двух метров).

Для устранения перечисленных недостатков австрийская компания TridonicAtco выпускает трансформаторы мощностью 300 ватт, имеющие уже выпрямленное выходное напряжение. Максимально возможная длина кабелей, которые можно подсоединять к этим трансформаторам, составляет 20 метров. Добавление в схему трансформатора выпрямителя напряжения на выходе значительно усложнило эту схему, заметно снизило его КПД и повысило итоговую цену продукта, однако заметно увеличила пластичность и рабочий потенциал систем освещения на основе галогенных ламп накаливания.

Выбор типа трансформатора, используемого для понижения сетевого напряжения до заданной величины, влияет на результаты и длительность работы источника света. Электронная версия питает лампу стабилизированным напряжением и обеспечивает защиту от короткого замыкания.