7.2.6 Předřadná zařízení pro světelné zdroje
Nahoru 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.
Nahoru 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
Nahoru 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.
Nahoru 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.
Nahoru 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
Nahoru 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.
Nahoru 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.
Nahoru 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
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.
Nahoru 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. 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…