dnes je 19.8.2022

Input:

Předřadná zařízení pro světelné zdroje

10.10.2013, Zdroj: Verlag Dashöfer

7.2.6 Předřadná zařízení pro světelné zdroje

Předřadné zařízení

Předřadné zařízení je elektrické zařízení, zapojené mezi napájením a jednou nebo několika výbojkami a omezující jejich proud na požadovanou hodnotu. Zajišťuje tedy správnou a spolehlivou funkci světelného zdroje v elektrické síti po dobu celého jeho života. Je nezbytnou součástí osvětlovacího zařízení a jeho vlastnosti významně ovlivňují parametry zdroje a efektivní provoz celé osvětlovací soustavy. Zatímco do nedávné doby se kategorie předřadných zařízení omezovala pouze na elektromagnetické předřadníky pro výbojové zdroje a patřily do ní zejména tlumivky a startéry pro zářivky, tlumivky a zapalovací zařízení pro část sortimentu vysokotlakých výbojek, příp. rozptylové transformátory pro svíticí trubice a nízkotlaké sodíkové výbojky, v současnosti do této kategorie lze zahrnout podstatně širší okruh výrobků i pro další světelné zdroje, např. elektronické předřadníky pro zářivky i výbojky, elektronické transformátory pro nízkovoltové halogenové žárovky, napáječe pro světelné diody, stmívače a další řídicí prvky zajišťující ekonomický provoz celé osvětlovací soustavy.

Funkce předřadných zařízení

Činnost každé výbojky může být popsána VA-charakteristikou, což je závislost mezi jejím proudem a napětím výboje. Rozlišujeme charakteristiku statickou a dynamickou. Každý bod statické charakteristiky (obrázek 1) odpovídá ustálenému elektrickému režimu. Dynamická charakteristika stanovuje závislost mezi okamžitými hodnotami proudu a napětí výbojky. Často při hodnocení procesů v obvodech střídavého proudu se dynamická VA-charakteristika popisuje dvěma závislostmi i = f(t) a uv = f(t) (obrázek 4).

Pracovní bod na statické VA-charakteristice při startu výbojového zdroje postupně prochází úsekem mezi body A, B a C. Tento režim se vyznačuje malými hodnotami proudu (řádově mA) a vyšším napětím. V ustáleném režimu se pracovní bod nachází na klesající části mezi body C, D a E (např. zářivky, rtuťové a halogenidové výbojky aj.). Pouze u xenonových výbojek s dlouhým obloukem je pracovní bod na stoupajícím úseku mezi body E a F.

Z uvedeného vyplývá, že velká většina výbojových světelných zdrojů má klesající VA-charakteristiku. Pokud takovou výbojku zapojíme přímo do reálné sítě vyznačující se vždy určitým náhodným kolísáním napětí, pak při jeho zvýšení dochází zároveň ke zvýšení proudu výbojky, které má za následek pokles napětí výbojky a vznikající rozdíl mezi napětím sítě a napětím výbojky vyvolává další zvýšení jejího proudu. Tento proces nabývá lavinového charakteru a vede k velmi rychlému zničení výbojky. Při náhodném snížení napájecího napětí probíhá trvalý proces snižování proudu výbojky, v jehož důsledku výbojka zhasne. Stabilní režim takových výbojek je tedy možný pouze s použitím vhodného předřadníku zapojeného do série s výbojkou, který omezuje proud a stabilizuje tak její provoz. Kromě něj obvod výbojky obsahuje řadu dalších prvků, které slouží k zapálení výboje, zlepšení účiníku obvodu, potlačení poruch rádiového příjmu, ke změně napájecího napětí apod. Soubor všech těchto prvků představuje předřadné zařízení.

Obrázek 1: Statická VA-charakteristika výbojového světelného zdroje

Základní funkce předřadníků

K základním funkcím předřadníků patří:

  • - zajištění požadovaného napětí, proudu a jeho kmitočtu, pro něž je světelný zdroj konstruován,
  • - zapálení výbojového zdroje, které spočívá v elektrickém průrazu prostoru mezi elektrodami výbojky a zformování v něm příslušného typu výboje (doutnavého, obloukového, impulsního apod.). Pro tuto funkci musí předřadné zařízení zajistit potřebné napětí naprázdno, tj. v režimu při nesvítící výbojce, anebo musí být doplněno zapalovacím zařízením schopným generovat napěťové impulzy požadované amplitudy, četnosti a energie. U zářivek provozovaných v zapojeních bez startéru musí zajistit rovněž požadovanou hodnotu žhavicího proudu elektrod a optimální dobu jeho trvání,
  • - řízení etapy rozhoření výboje, tj. procesu, během něhož dochází k postupnému ustálení pracovních parametrů výbojky. Zejména u vysokotlakých výbojek, kde při rozhoření protéká obvodem podstatně vyšší proud, než je jmenovitý, je žádoucí, aby tato etapa trvala co nejkratší dobu,
  • - stabilní provoz výbojky ve světelném přístroji, tj. schopnost předřadného zařízení automaticky obnovovat výchozí hodnoty proudu anebo hodnoty jim blízké, při jejich změnách v důsledku změn okolních podmínek,
  • - kompenzace jalového proudu, zvýšení účiníku,
  • - potlačení rádiového rušení způsobeného vnějším elektromagnetickým polem vytvářeným světelným zdrojem,
  • - omezení míhání světelného toku výbojových zdrojů,
  • - ochrana obvodu se světelným zdrojem v případě jeho poruchy.

Všeobecné schéma předřadného zařízení pro výbojové zdroje je uvedeno na obrázku 2.

Obrázek 2: Všeobecné schéma předřadného zařízení pro výbojové zdroje 1 – výbojka, 2 – předřadník, 3 – zapalovací zařízení, které může být zapojeno paralelně s výbojkou nebo sério-paralelně s ní, 4 – odrušovací prvky, 5 – kompenzace

Předřadníky musí být přizpůsobeny elektrickým parametrům příslušného světelného zdroje, přičemž důležitou roli hraje i velikost napájecího napětí a jeho kmitočet. U světelných zdrojů provozovaných na stejnosměrný proud se k omezení proudu a stabilizaci parametrů používá ohmický odpor (např. ve starších kolejových dopravních prostředcích) nebo žárovkové vlákno (viz směsové výbojky). Při provozu na střídavý proud se používají převážně induktivní prvky (tlumivky), méně často kondenzátory, příp. jejich kombinace s tlumivkami). Tlumivky podle typu svítidel, do nichž jsou určeny, mají rozdílné geometrické parametry a bývají vybaveny odbočkami pro různé hodnoty napájecího napětí a je na spotřebiteli, jaké zapojení zvolí v závislosti na konkrétních poměrech v dané síti. Pokrok v konstrukci induktivních předřadníků se projevuje mj. i v trvalém snižování energetických ztrát, čemuž napomáhají i přísná legislativní opatření uplatňovaná ve vyspělých průmyslových zemích, omezující maximálně přípustné ztráty energie v předřadníku pro jednotlivé typy světelných zdrojů.

Na obrázku 4 jsou uvedeny oscilogramy průběhu proudu, napětí výboje a světelného toku pro rozdílné typy elektromagnetických předřadníků. Provoz výbojky na střídavý proud v obvodu, kde je jako stabilizující prvek použit rezistor (obrázek 4a), se vyznačuje poměrně dlouhými časovými úseky s nulovým proudem a tedy i nulovým světelným tokem. Především se však tento obvod vyznačuje velkými nepřípustnými ztrátami energie v rezistoru, takže oblast jeho použití je velmi omezená (používá se proto pouze u doutnavek a u směsových výbojek, navíc oba tyto typy světelných zdrojů velmi rychle ustupují jiným účinnějším zdrojům). Použití samostatného kondenzátoru jako stabilizujícího prvku je na průmyslovém kmitočtu rovněž velmi výjimečné. Kondenzátor téměř neomezuje maximální hodnoty proudu. Během každé půlperiody vznikají krátkodobé proudové rázy s následující dlouhou přestávkou bez proudu (obrázek 4b), což má negativní vliv na život světelného zdroje a zhoršuje zrakovou pohodu. Jiná situace nastává při sériovém zapojení kondenzátoru s tlumivkou, které se dosud používá např.ve svítidlech se sudým počtem zářivek, z nichž jedna polovina je provozovaná s touto kombinací a druhá pouze s tlumivkou (obrázek 5). Výhodou tohoto zapojení je dobrý účiník svítidla i menší míhání celkového světelného toku. Nejrozšířenějším typem elektromagnetického předřadníku je tlumivka. Tlumivka se vyznačuje vlastností vytvořit si zásobu energie při průchodu elektrického proudu, v důsledku čehož mezi napájecím napětím a proudem vzniká fázový posun. Ten způsobuje, že prakticky nedochází k přerušení proudu a světelného toku (obrázek 4c), což je příznivé z hlediska zajištění zrakové pohody. Kromě toho aktivní odpor tlumivky je podstatně menší než u rezistoru a to má za následek významně menší ztráty energie v předřadníku a tedy i vyšší měrný výkon osvětlovací soustavy.

  • - konstrukce předřadníku musí zajistit především bezpečný provoz světelného, zdroje v souladu s konkrétními podmínkami, v nichž je světelný zdroj a předřadník používán,
  • - příkon světelného zdroje, pro nějž je předřadník určen, nesmí při jeho provozu při jmenovitém kmitočtu napájecí sítě a jmenovitém napětí klesnout pod 92,5 % příkonu téhož světelného zdroje při jeho provozu s referenčním předřadníkem,
  • - činitel amplitudy křivky proudu, který charakterizuje její tvar, což je poměr amplitudy k efektivní hodnotě, nesmí být vyšší než 1,7, aby se zabránilo negativnímu vlivu zkresleného tvaru proudu na život zdroje (projevuje se zejména u zářivek),
  • - energetické ztráty, obyčejně představují 5–30 % příkonu výbojky. Měřítkem kvality předřadníků zářivek a kompaktních zářivek z hlediska energetických ztrát je činitel energetické účinnosti EEI (Energy Efficiency Index); podle jeho velikosti se předřadníky zařazují do 7 kategorií (A1, A2, A3, B1, B2, C a D), přičemž v kategorii A jsou elektronické předřadníky s možností regulace světelného toku a s nejnižšími ztrátami a v kategorii D jsou konvenční předřadníky s nejvyššími ztrátami. V souladu se směrnicí EK byl prodej tlumivek v kategoriích C a D v rámci EU již zakázán a tyto výrobky ani při exportu mimo EU nesmí být opatřeny značkou CE,
  • - elektromagnetická kompatibilita předřadníku s parametry napájecí sítě (obsah vyšších harmonických, účiník a úroveň rádiového rušení). Požadavek na omezení vyšších harmonických vyplývá z možnosti přehřátí nulového vodiče třífázové sítě proudy třetí a dalších vyšších harmonických. U světelných zdrojů pro domácnost musí být účiník ≥ 0,95 (pouze u kompaktních zářivek o příkonu < 25 W je povolená výjimka – účiník musí být ≥ 0,50 a u stejných zářivek o příkonu ≥ 25 W musí být ≥ 0,90), přičemž dle Směrnice Evropského parlamentu a Rady Evropy 2005/32/ES se účiník i u kompaktních zářivek o příkonu < 25 W do r. 2016 musí zvýšit alespoň na hodnotu 0,55. Hladina rušení rozhlasu a televize musí odpovídat požadavkům ČSN EN 61000,
  • - geometrické parametry, které jsou dány typem svítidla, do nichž je daný předřadník určen. Např.u zářivkových předřadníků je výhodné zmenšit jejich příčný průřez, který určuje zároveň i plochu průřezu svítidla a prodloužit jejich délku a využít tak volný prostor ve svítidle – lze tak získat významnou úsporu materiálu na výrobu svítidla,
  • - tepelné parametry předřadníků a jeho součástí jsou charakterizované např. maximální teplotou vinutí tw, při níž jejich život při dlouhodobém provozu dosáhne v průměru 10 let, nebo oteplením Δt, což je zvýšení teploty vinutí v normálním provozu vzhledem k teplotě okolního prostředí (obrázek 3),
  • - žhavicí proud (napětí) u zářivek provozovaných v obvodech s předžhavením elektrod musí být v ustáleném režimu na 50% proudu při zapálení.

Obrázek 3: Vliv teploty vinutí elektromagnetického předřadníku na jeho život.

Obrázek 4: Oscilogramy napájecího napětí us, napětí výbojky uv, proudu výbojky i a světelného toku v obvodech obsahujících jako stabilizující prvek rezistor (a), kondenzátor (b) a tlumivku (c), kde uz – zápalné napětí, uzh – zhášecí napětí, φ1 – přerušení proudu na začátku půlperiody, φ2 – přerušení proudu na konci půlperiody, φ – fázový posun napětí výbojky vzhledem k napětí sítě u indukčního předřadníku.

Obrázek 5: Oscilogramy napájecího napětí us, napětí výbojky uv, proudu výbojky i a napětí na předřadníku up v obvodech obsahujících jako stabilizující prvek kombinaci tlumivky a kondenzátoru. Křivka charakterizující průběh světelného toku kopíruje křivku proudu s dvojnásobnou frekvencí.

Třídění předřadných zařízení

Z hlediska konstrukce a použitých součástek lze předřadná zařízení rozdělit na elektromagnetická a elektronická. U elektromagnetických předřadníků, které jsou provozované vesměs na kmitočtu 50, resp. 60 Hz, se jako prvek omezující proud používají aktivní součástky (rezistory) anebo součástky reaktivní (tlumivky, kondenzátory, rozptylové transformátory). Elektronické předřadníky zajišťující provoz světelného zdroje na vysoké frekvenci obsahují stále se zdokonalující moderní polovodičové součástky a stabilizující prvky pro činnost při střídavém proudu jedné nebo více výbojek a napájené stejnosměrným nebo střídavým proudem. Zajišťují vyšší kvalitu osvětlení, stabilizují světelnětechnické parametry světelných zdrojů v širokém rozsahu napájecího napětí, prodlužují jejich život, eliminují stroboskopický jev, přinášejí velké úspory elektrické energie díky nižším ztrátám a vyšší účinnosti zdrojů, mají menší rozměry a hmotnost, nehlučný provoz, zajišťují nové funkce (např. odpojení vadného zdroje, jejich diagnostiku během provozu), jsou bezpečnější díky obvodům zajišťujícím tepelnou, proudovou a napěťovou ochranu a jejich podíl na trhu se soustavně zvyšuje. Některé světelné zdroje jsou již konstruovány pouze pro provoz na vysoké frekvenci (zářivky T5, halogenidové výbojky o malých příkonech, některé typy kompaktních zářivek atd.).

Podle způsobu instalace lze předřadníky třídit na samostatné, vestavné a integrované. Samostatné předřadníky lze namontovat samostatně mimo svítidlo, bez přídavného krytu. Vestavné předřadníky jsou určeny výhradně pro vestavění do svítidla. Integrované předřadníky představují nevyměnitelnou součást svítidla nebo světelného zdroje.

Podle způsobu vytvoření elektrického pole ve výbojce se dělí na předřadníky pro výbojky s elektrodami anebo pro bezelektrodové výbojky. U výbojek s elektrodami je energie přiváděna do výbojového prostoru přiložením stejnosměrného nebo střídavého napětí mezi jejich elektrody. U výbojek bez elektrod se elektrický výboj vytváří působením vnějšího vysokofrekvenčního elektromagnetického pole (viz indukční výbojky Výbojové světelné zdroje).

Podle počtu světelných zdrojů, které jsou provozovány s jedním předřadníkem, existují předřadníky pro jeden světelný zdroj anebo pro dva i více zdrojů, jak je běžné zejména u lineárních zářivek a to jak s konvenčními, tak i s elektronickými předřadníky. Výhodou předřadníků určených pro provoz více zdrojů současně je jejich výhodnější cena i nižší ztráty energie v přepočtu na jeden světelný zdroj.

Velmi důležitým vybavením měřicích laboratoří jsou referenční předřadníky. Jedná se o speciální induktivní předřadníky konstruované jako porovnávací normál pro použití při zkoušení předřadníků a pro výběr referenčních světelných zdrojů – je charakterizován stálým poměrem napětí k proudu, který neovlivňují změny proudu, teploty ani vnější magnetická pole. Referenční předřadníky se rovněž používají při měření světelnětechnických a elektrických parametrů výbojových zdrojů.

Předřadníky pro nízkotlaké výbojky

Předřadníky pro nízkotlaké výbojky

Do této skupiny jsou zařazeny elektromagnetické předřadníky pro lineární zářivky, kompaktní zářivky a nízkotlaké sodíkové výbojky.

Pro lineární zářivky se v osvětlovací praxi nejvíce používají tři typy elektromagnetických předřadníků a to předřadníky s předběžným žhavením elektrod (tlumivka a doutnavkový startér), předřadníky s rychlým startem a s okamžitým startem:

  • - nejrozšířenější zapojení lineárních zářivek je uvedeno na obrázku 6. Po připojení napájecího napětí se ve startéru zapálí doutnavý výboj, který nahřívá elektrody startéru, z nichž alespoň jedna je zhotovena z dvojkovu. Ta se ohřevem deformuje, přiblíží se k druhé elektrodě, až nastane sepnutí obvodu; doutnavý výboj zhasne a elektrodami zářivky protéká zkratový proud tlumivky, který nahřívá elektrody na teplotu, při níž jsou schopny emitovat elektrony. Současně se dvojkov ochlazuje a vrací se do původní polohy. V okamžiku rozpojení obvodu vznikne na elektrodách zářivky působením tlumivky napěťový impulz, který zapálí výboj v zářivce. Pokud zářivka nezapálí, pokus se opakuje. Po zapálení výboje je přídavné žhavení elektrod automaticky přerušeno, protože napětí na elektrodách startéru (rovnající se napětí zářivky) je nižší než zápalné napětí doutnavého výboje,

    Obrázek 6: Schéma zapojení zářivky s tlumivkou a doutnavkovým startérem Z – zářivka, S – startér, T – tlumivka, C – kompenzační kondenzátor, U – napájecí napětí

  • - nejpoužívanější zapojení bez startéru s žhavicím transformátorem (předřadník s rychlým startem) je uvedeno na obrázku 7. K zapálení výboje dochází až po nažhavení elektrod na požadovanou teplotu, při níž zápalné napětí klesne pod hodnotu napětí sítě. Elektrody jsou žhaveny i v průběhu svícení (žhavicí napětí však poklesne přibližně na poloviční hodnotu), což má příznivý vliv na život zářivky a zároveň umožňuje rozšířit rozsah regulace jejího světelného toku. Pro spolehlivý zápal je však zapotřebí, aby zářivka byla vybavena zapalovací pomůckou (např. aby byla provozována v uzemněném kovovém svítidle),

    Obrázek 7: Schéma zapojení zářivky bez startéru s předžhavovacím transformátorem Z – zářivka, Tr – předžhavovací transformátor, T – tlumivka, C – kompenzační kondenzátor, U – napájecí napětí, ZP – zapalovací pomůcka (např. kovové uzemněné svítidlo)

  • - existuje ještě celá řada dalších zapojení bez startéru pro jednu nebo několik zářivek současně, z nichž stojí za pozornost rezonanční předřadník (obrázek 8).
    Parametry tlumivky a kondenzátoru jsou zvoleny tak, aby před zapálením výboje tlumivka (sestávající ze dvou samostatných bifilárně vinutých cívek) a kondenzátor vytvořily rezonanční obvod. Hodnota žhavicího proudu při rezonanci je dána pouze hodnotou aktivního odporu tlumivky a elektrod, takže oběma elektrodami zapojenými v daném časovém intervale do série, protéká potřebný žhavicí proud, který snižuje zápalné napětí zářivky a vytváří na kondenzátoru dostatečně vysoké napětí postačující ke spolehlivému zapálení výboje. Po zapálení zářivky je rezonance obvodu narušena, hodnoty proudu v obou vinutích jsou rozdílné a pracovní proud zářivky je dán impedancí hlavního vinutí tlumivky. Kondenzátor v pracovním režimu zvyšuje cos φ.

    Obrázek 8: Schéma zapojení zářivky s rezonančním předřadníkem Z – zářivka, T – tlumivka s bifilárním vinutím, C – kondenzátor, U – napájecí napětí, ZP – zapalovací pomůcka (např.kovové uzemněné svítidlo)

  • - u předřadníku s okamžitým startem nejsou elektrody zářivek před zapálením výboje žhaveny a z tohoto důvodu je nezbytné k zapálení výboje použít podstatně vyšší napětí naprázdno než u předchozích typů (u těchto předřadníků se využívají vhodné transformátory anebo autotransformátory).

    Obrázek 9: Závislost zápalného napětí zářivky na teplotě elektrod 1 – standardní zářivka bez zapalovací pomůcky, 2 – zářivka se zapalovací pomůckou ve tvaru vodivého proužku umístěného volně podél zářivky, 4 – jako 2, ale vodivý proužek je uzemněn anebo spojen s jedním kolíkem zářivky, 3 – jako 4, ale při teplotě okolí –15°C

Optimální parametry předřadníku

Pro stanovení optimálních parametrů předřadníku k zářivkám je velmi důležitá znalost závislosti zápalného napětí na teplotě katody (obrázek 9). Křivky uvedené na tomto obrázku mají informativní charakter, jsou dány typem zářivky (průměrem trubice, vzdáleností mezi elektrodami, její náplní ap.), okolními podmínkami (teplotou a v některých případech i vlhkostí vzduchu) a přítomností vodivých předmětů v její blízkosti a měly by být stanoveny pro každý konkrétní typ zářivky individuálně. Pracovní bod (tj. napětí naprázdno a žhavicí proud) nutno zvolit tak, aby nedocházelo k zapálení výboje při studených elektrodách (pokud není vyžadován režim s okamžitým startem), tj. musí být nižší než Uz odpovídající nulovému žhavení, protože v opačném případě dochází k intenzivnímu rozprašování emisní hmoty, černání konců zářivky, většímu úbytku světelného toku během života i jeho výraznému zkrácení. Současně tato hodnota musí být při hodnotách žhavicího proudu, které jsou dostatečné pro spolehlivé ohřátí katody a její dostatečnou termoemisi vyšší než Uz. Vezmeme-li si jako příklad křivku 4 z obrázku 9, která odpovídá často se vyskytujícímu režimu provozu zářivek, potom optimální pracovní bod se nachází při hodnotách proudu 0,5–0,6A a Uz 190–200 V. Jak vyplývá z porovnání jednotlivých křivek z obrázku 9 je důležité, aby zářivky v zapojení s rychlým startem byly po celé své délce opatřeny vodivým proužkem anebo aby byly provozovány v kovových uzemněných svítidlech. Dalším důležitým požadavkem na kvalitní předřadník pro zářivky je co nejvíce omezit dobu trvání přechodné etapy doutnavého výboje před plným rozvinutím obloukového výboje. Doutnavý výboj se vyznačuje velkým katodovým úbytkem napětí, který způsobuje intenzivní rozprašování emisní hmoty se všemi již výše uvedenými nežádoucími důsledky.

Provoz kompaktních zářivek s paticemi G24q-1,2,3, GX24q-1,2,3 a 2G11 s tlumivkou a doutnavkovým startérem je obdobný jako u lineárních zářivek. Rozdíl je pouze u kompaktních zářivek s paticemi G23, G24d-1,2,3, GX24d-1,2,3, u nichž je doutnavkový startér zabudován do patice zářivky a je její neoddělitelnou součástí. Schéma zapojení těchto zářivek je uvedeno na obrázku 10.

Obrázek 10: Schéma zapojení kompaktní zářivky se zabudovaným doutnavkovým startérem

Další rozvoj předřadníků pro tuto skupinu světelných zdrojů v souvislosti s jejich snižujícím se podílem v osvětlovací praxi stagnuje.

Předřadníky pro vysokotlaké výbojky

Nejjednodušší zapojení se používá u vysokotlakých rtuťových výbojek (obrázek 11), jejichž předřadník je tvořen pouze tlumivkou dimenzovanou na požadovaný příkon výbojky. Snížení zápalného napětí pod minimálně přípustné napětí sítě je dosaženo použitím pomocných zapalovacích elektrod zatavených přímo do hořáku výbojky.

Obrázek 11: Schéma zapojení vysokotlaké rtuťové výbojky

Převážná část sortimentu halogenidových a vysokotlakých sodíkových výbojek provozovaných s tlumivkou, jak již bylo uvedeno v předchozím textu, vyžadují přídavné zapalovací zařízení. Základní schéma zapojení je naznačeno v Výbojové světelné zdroje na obrázku 25, další varianty jsou uvedeny v dalším textu (obrázek 18) v souvislosti s popisem činnosti zapalovacích zařízení.

Elektronická předřadná zařízení

Schéma zapojení elektronických předřadných přístrojů lze v zásadě rozdělit do několika základních funkčních bloků, z nichž některé se mohou lišit podle typu připojeného světelného zdroje (obrázek 12).

Obrázek 12: Všeobecné blokové schéma elektronického předřadného zařízení

Vstupní částí elektronických předřadných zařízení tvoří blok filtrů, který slouží jednak k omezení harmonického zkreslení, omezení zapínacího proudu, omezení zpětného vlivu na napájecí síť, k ochraně předřadníku před provozním přepětím (filtr EMI – Electro Magnetic Interference) a dále k eliminaci vysokofrekvenčního rádiového rušení (filtr RFI – Radio Frequency Interference). Další součástí blokového schématu je dvoucestný diodový usměrňovač, zapojený jako Graetzův můstek, který střídavé napájecí napětí převádí na stejnosměrné pulzní napětí. Následující blok obsahuje tzv. zásobník energie pro střídač a samotný střídač. Zásobníkem energie je elektrolytický kondenzátor nabíjený zmíněným pulzním napětím. U dokonalejších předřadníků se k regulaci nabíjecího proudu kondenzátoru používá zvláštní obvod označovaný PFC (Power Factor Corrector). Jeho úkolem je omezit nabíjecí proud kondenzátoru po připojení napájení předřadníku a udržovat jej ve fázi s napájecím napětím (cos φ → 1). Střídač ve většině předřadných zařízení tvoří dvojice tranzistorů (MOSFET nebo IGBT) v tzv. polomůstkovém zapojení. Ve střídači je stejnosměrné napětí upraveno na střídavé napětí, jehož frekvence se liší podle typu předřadného elektronického zařízení a pohybuje se v rozsahu od 30 do 100 kHz. Frekvence výstupního napětí je v jednodušších případech určena rezonančním LC obvodem (tzv. samokmitající zapojení) nebo je řízena mikroprocesorem. Poslední částí blokového schématu jsou přizpůsobovací členy, jejichž funkce se liší podle typu světelného zdroje a které přizpůsobují napájecí podmínky konkrétnímu světelnému zdroji. U teplotních zdrojů je tímto členem transformátor, který transformuje napájecí napětí na provozní napětí světelného zdroje. U výbojových zdrojů obsahuje tento blok dva prvky. Prvním je tlumivka, která slouží jako stabilizační prvek při běžném provozu světelného zdroje, druhým členem je startér, popř. zapalovač, což je obvod, který generuje vysokonapěťový impuls, který slouží ke startu výbojového zdroje.

U elektronických předřadných přístrojů se využívá skutečnosti, že pro dosažení stejné reaktance X postačuje při vysoké frekvenci f podstatně nižší hodnota indukčnosti L v souladu se vztahem pro výpočet reaktance

X = ω · L = 2 · π · f · L (Ω) (1) 

Tato okolnost významně ovlivňuje jak geometrické rozměry, tak i hmotnost tlumivky, resp. transformátoru, které jsou součástí elektronických předřadníků. Požadované výstupní parametry střídače zajišťuje řídicí obvod, který v závislosti na proudu a napětí v obvodu světelného zdroje, upravuje pracovní frekvenci střídače. Řídící obvod může plnit i další funkce, například odpojení při zkratu nebo poruše zdroje. Současně může mít externí vstup pro řídicí signál (analogový, digitální), který slouží k regulaci světelného toku zdroje.

Spolehlivost a život elektronických předřadných zařízení je dána dobou života jednotlivých součástek a lze ji rozdělit do třech časových období. V počátečním období provozu, které trvá řádově stovky hodin, se projeví výrobní vady jednotlivých součástek, které lze eliminovat při výstupní kontrole. Následuje období běžného provozu s vysokou spolehlivostí, kdy k poruchám dochází zcela výjimečně. Toto období trvá několik desítek tisíc hodin. Po období provozu následuje období stárnutí, kdy dochází k dožívání jednotlivých součástek a poruchy se začínají objevovat častěji. Život elektronických předřadných zařízení přímo souvisí s jejich pracovní teplotou. Na jejich krytu bývá označen kontrolní bod s maximálně přípustnou provozní teplotou (např. 75 °C). Obvykle se udává, že život elektronických předřadných zařízení je při dodržení provozní teploty v kontrolním bodě 50 000 hodin. Při překročení pracovní teploty předřadníků jsou jeho součástky vystaveny teplotnímu přetížení a dochází ke zkrácení jejich života. Pokud je teplota v kontrolním bodě stabilně o 10 °C vyšší, život se zkrátí přibližně na polovinu, pokud je o 10 °C nižší, prodlouží se na dvojnásobek.

Předřadníky pro teplotní zdroje

Úkolem elektronických předřadných zařízení pro teplotní zdroje je transformace napětí napájecí sítě (např. 230 V) na napětí malé (12, 24 V) při galvanickém oddělení obvodů. V praxi se tyto předřadné přístroje, které se označují termínem elektronické transformátory, používají pro běžné i halogenové žárovky na malé napětí. Základní součástí elektronického transformátoru je klasický transformátor doplněný o další elektronické prvky, umožňující například regulaci světelného toku teplotního zdroje.

Napájecí napětí se nejprve v usměrňovači usměrní a poté se střídačem převede na pulzní napětí s frekvencí okolo 35 kHz. U elektronických transformátorů se vzhledem ke světelné setrvačnosti rozžhaveného vlákna žárovek nepoužívá kondenzátor, který jinak slouží v elektronických předřadných zařízeních jako zásobník energie. Zmíněné pulzní napětí se v transformátoru s malým feritovým jádrem upravuje na požadované malé napětí. Průběh výstupního napětí elektronického transformátoru je uveden na obrázku 13. Elektronické transformátory mají zpravidla ochranu proti zkratu, přetížení a přehřátí.

Obrázek 13: Průběh výstupního napětí elektronického transformátoru

Stmívání

Stmívání. Teplotní zdroje napájené elektronickými transformátory lze principiálně stmívat úpravou napájecích parametrů vně nebo uvnitř bloku elektronického transformátoru. V prvém případě jde o fázovou regulaci, při které se upravuje efektivní hodnota napájecího napětí. Napětí se na transformátor přivádí pouze v určité fázi průběhu každé půlperiody sinusového napětí sítě. Podle okamžiku připojení a odpojení napájecího napětí se rozlišují dva způsoby fázové

Nahrávám...
Nahrávám...