Posvitime.cz - světla, osvětlení, svítidla a příslušenství.  

• Úvod
• O nás
• Světelné studio
• Jak nakupovat
• Články
• Kontakty

Napájecí systémy světelných zdrojů

Mnoho světelných zdrojů vyžaduje použití speciálních napájecích zařízení. Pomocné napájecí systémy jsou potřebné pro výbojky a nízkonapěťové halogenové žárovky.

Pouze tradiční žárovky a část halogenových žárovek lze napájet přímo ze sítě. Nejdůležitější roli mezi pomocnými zařízeními hrají stabilizačně-zážehové systémy pro výbojky a transformátory ke snížení napětí pro halogenové žárovky.

Proudové omezení a zážeh výboje

Charakteristickou vlastností výbojek, v nichž vzniká světelné záření v důsledku výboje v parách kovů nebo plynů, je obrácený poměr proudových a napěťových charakteristik – nárůstu proudu lampy odpovídá snížení napětí na světelném zdroji. V žárovkách funguje samotná spirála jako rezistence omezující proud. Ve výbojce by při absenci zařízení k omezení vybíjecího proudu vedl efekt lavinové ionizace plynu ke zničení elektrod a hořáku. Proto je nutné použít předřadník omezující proud výbojek. Nejjednodušším typem takových předřadníků jsou rezistenční proudové omezovače. V praxi se používají pouze v tzv. rtuťově-žárovkových lampách, v nichž jako rezistenční proudový omezovač funguje wolframová spirála. Nevýhodou těchto rezistenčních proudových omezovačů ve výbojkách je především jejich zahřívaní, které vede k velkým ztrátám elektrické energie.

Možné je rovněž proudové omezení objemového charakteru s použitím kondenzátoru, toto řešení se však v praxi nevyužívá s ohledem na snížení životnosti světelných zdrojů.

Nejčastější metodou proudového omezení při činnosti výbojových světelných zdrojů je používání indukčních zařízení, např. předřadníků v podobě indukční tlumivky. Jejich další předností je možnost využití k vytváření napěťového zážehového impulzu, který zažehuje lampu.

V posledních letech se rozšířilo také použití elektronických stabilizačních a zážehových zařízení, která pracují při vysoké frekvenci a umožňují současně omezení vybíjecího proudu v lampě, její zážeh i zvýšení světelné účinnosti světelného zdroje.

Zážehové napětí výboje ve výbojových světelných zdrojích je několikanásobně vyšší než jejich provozní napětí a také napájecí napětí. V některých lampách, např. rtuťových výbojkách, dochází k zážehu po vstupní ionizaci zážehového plynu díky speciálním pomocným elektrodám umístěným v hořáku a nejsou tedy potřeba pomocná zážehová zařízení. U jiných druhů lamp je k zážehu potřebné speciální zařízení, které generuje krátký napěťový impulz s vysokou amplitudou. U fluorescenčních lamp s nižším napětím zážehu se využívá indukčně generované napětí, pocházející ze soustavy předřadník-startér. Vysokotlaké světelné zdroje vyžadující vysokou hodnotu zážehového napětí potřebují zážehový impulz vytvořený díky speciálnímu startéru nebo napájení z rozptylového transformátoru.

Fluorescenční lampy – zářivky

Konvenční indukční (magnetické) předřadníky, včetně samostatných startérů, představují všeobecně využívaný napájecí obvod pro zářivky. Tyto předřadníky mají podobu laminovaného svazku ocelových plechů, které tvoří jádro, na němž je natočené vinutí z měděného drátu. Tento druh konvenčních indukčních předřadníků reprezentuje nejlevnější stabilizační zařízení, které však emituje velké množství tepla, a tím způsobuje podstatné snížení výkonu.

Nízkoztrátové indukční předřadníky

Jsou podobné konvenčním, avšak jejich jádra se vyrábějí z vysoce jakostní oceli a měděný drát vinutí má větší průměr, což umožňuje redukovat ztráty elektrické energie. Náklady na nízkoztrátové předřadníky jsou jen nepatrně vyšší než cena konvenční verze.

Elektronické předřadníky

Se zásadním způsobem odlišují od indukčních. Jsou o mnoho lehčí a umožňují řadu pomocných funkcí. Především umožňují kromě stabilizace výboje i jeho zážeh, takže eliminují potřebu použití pomocného zařízení. Jejich zážeh je stálý, bez blikání. Automaticky zastaví pokusy o zážeh v případě poruchy lampy. Elektronické předřadníky pracují při frekvenci 25-40 kHz, což umožňuje dosažení zvýšení světelné účinnosti světelných zdrojů a omezení ztrát elektrického výkonu. Elektronické předřadníky jsou zbaveny akustických efektů, způsobených chvěním plechů jádra, které se často objevují u indukčních předřadníků nižší kvality. Provoz zářivek na proud s vysokou frekvencí nevyvolává jejich blikání a stroboskopický efekt. Předřadníky tohoto typu v podstatně vyšší míře chrání lampy proti vlivu výkyvů napětí a frekvence v napájecí síti. Mohou fungovat s 50 a 60 Hz a s napájecím napětím v rozmezí od 200 do 250 V.

Elektronické předřadníky mohou také fungovat na stejnosměrný proud a díky tomu lze zářivky napájet z baterií nebo akumulátorů. Tato vlastnost elektronických předřadníků nachází velké využití v systémech bezpečnostního osvětlení.

Bohužel náklady na elektronické předřadníky jsou stále vyšší než v případě předřadníků konvenčních, ačkoliv v posledních letech můžeme pozorovat stálé snižování jejich ceny, zvláště pokud vezmeme v úvahu, že u konvenčního indukčního předřadníku je nutné navíc zakoupit samostatný startér.

Startér

Je zařízení, díky kterému dochází ke vstupnímu zahřátí elektrod fluores-cenční lampy před samotným zážehem výboje. Po jejich zahřátí startér vyvolá otevření obvodu, což indukuje nárůst napětí na předřadníku, v jehož důsledku je možné rozsvícení lampy. Nejjednodušším a nejčastěji používaným zařízením tohoto typu je doutnavý startér, který obsahuje pár bimetalových, normálně otevřených elektrod, jež jsou umístěné ve skleněné baňce nalněné inertním plynem, nejčastěji neonem. Připojení síťového napětí na nefunkční zářivku vyvolá průchod proudu plynem v baňce startéru a doutnavý výboj mezi elektro-dami. Tento výboj zahřívá bimetal, z něhož jsou vyrobeny elektrody. Bimetalové elektrody se ohýbají až do chvíle styku, kdy se uzavírá obvod, v němž se nacházejí elektrody zářivky. Procházející proud způsobuje vstupní zahřátí elektrod zářivky. Po krátkém čase elektrody startéru chladnou a rozevírají se. Jejich rozpojení a opětovné otevření obvodu indukuje nárůst napětí na předřadníku, což umožňuje zážeh výboje mezi elektrodami fluorescenční lampy. Po rozsvícení lampy zůstává na rozevřených elektrodách startéru, který je s ní paralelně spojený, pouze provozní napětí zářivky.

Doutnavé startéry se všeobecně používají k zážehu lineárních zářivek typu T8 a s ohledem na nízkou cenu jsou nejekonomičtější. Jejich podstatnou nevýhodou jsou cyklické pokusy o zážeh poškozené lampy, což vede k blikání lampy a stálým nežádoucím akustických efektům, které pocházejí z předřadníku. Jejich účinnost může být značně snížená v případě nízkého napětí v napájecí síti nebo při nízké okolní teplotě.

Existují také speciální konstrukce doutnavých startérů, které jsou však málo rozšířené. Jde o startéry s nouzovým vypínačem, které se automaticky vypínají po několika neúspěšných pokusech o zážeh poškozené lampy. V takovém případě je nutné opětovné ruční odblokování startéru.

Někdy se u fluorescenčních lamp a také u vysokotlakých lamp používají tepelné startéry, které mají v případě absence napájecího napětí na lampě bimetalové kontakty uzavřené. Po připojení do sítě zahřívá speciální topný prvek bimetalové kontakty. Prudké rozevření kontaktů a rozpojení obvodu indukuje nárůst napětí na indukčním předřadníku a dochází k rozsvícení lampy. Bimetalové součsti takových kontaktů mívají za účelem zvýšení rychlosti rozevření speciální průtlaky. Protože jsou kontakty startéru normálně uzavřené, není potřebný další čas na jejich uzavření, a k zážehu tedy dochází rychleji než v případě doutnavého startéru. Bohužel i na tento typ startérů mají vliv výkyvy napájecího napětí a okolní teplota.

Elektronické startéry používané v zářivkách otevírají obvod zahřívání elektrod bez účasti mechanických kontaktů. Díky elektronickému systému je stabilní a rychlý zážeh výboje v zářivce možný v širším rozmezí výkyvů napětí v napájecí síti a okolní teploty. Jsou také eliminované pokusy o zážeh poškozeného světelného zdroje.

Kompaktní zářivky

Kompaktní fluorescenční lampy spolupracují s konvenčními předřadníky, jejichž konstrukce je velmi podobná jako u předřadníků lineárních zářivek.

2 pinové zářivky mají integrované startéry, zabudované do objímky lampy, a nevyžadují tedy použití pomocných, externích startérů.

Lampy vybavené 4 pinovými objímkami vyžadují kromě indukčního předřadníku i použití samostatného startéru, nebo lze místo obou těchto zařízení použít elektronický předřadník, který zároveň zajišťuje zážeh.

Vysokotlaké rtuťové lampy

K proudovému omezení v provozních obvodech vysokotlakých rtuťových lamp se používají indukční předřadníky podobné jako u zářivek, které jsou však dimenzované na podstatně vyšší hodnoty proudů. K zážehu výboje dochází díky využití doutnavého výboje mezi pomocnou a hlavní elektrodou, v hořáku. Rtuťové lampy nevyžadují tedy použití pomocných zážehových zařízení.

Vysokotlaké metalhalogenové a sodíkové lampy

Jako výbojové světelné zdroje potřebují i tyto lampy omezení provozního proudu pomocí indukčních předřadníků. Předřadníky pro světelné zdroje tohoto typu jsou podobné jako v případě zářivek, většinou jsou však jejich izolace a montážní kostky více odolné proti průrazu. Lampy tohoto typu vyžadují také použití pomocných zážehových zařízení, nejčas těji v podobě elektronických generátorů napěťových impulzů s vysokou amplitudou a krátkým časem trvání. Zážeh metalhalogenových lamp je zvláště obtížný po zániku napájecího napětí při svícení lampy. Nabízejí se také zvláště pro lampy s nižším výkonem, elektronická stabilizační a zážehová zařízení, která se lidově nazývají elektronické předřadníky. Jejich vlastnosti jsou podobné jako u elektronických předřadníků do zářivek. Tato elektronická zařízení umožňují po zániku napájecího napětí okamžitý opětovný zážeh výboje.

Kompenzace jalového výkonu

Indukční předřadníky vytvářejí jisté množství jalového výkonu v důsledku fázového posunu mezi napětím a proudem. Proto mají svítidla s těmito předřadníky součinitel výkonu (cos ф) hodně pod 1. Protože jalový výkon zvyšuje ztráty elektrické energie v síti, je nutné jej kompenzovat, zvláště v případě velkých osvětlovacích systémů. Kompenzace se provádí pomocí kompenzátorů, které vyrovnávají fázový posun vyvolaný jalovým odporem. Existuje také možnost kompenzace jednotlivých svítidel, skupin svítidel nebo celých instalací.

Kompenzace není potřebná v případě elektronických předřadníků, protože mají součinitel jalového výkonu prakticky rovnýjedničce.

Rádiové rušení

Výbojové lampy a jejich napájecí obvody mohou způsobovat nárůst různých rušivých činitelů v napájecí síti a okolí.

Jde především o rádiové interference způsobené zážehovými zařízeními i samotnými výbojovými lampami. Rádiové rušení lze utlumit díky použití vhodně zvolených kondenzátorů.

Transformátory pro nízkonapěťové instalace

Jiným druhem napájecích zařízení pro světelné zdroje jsou transformátory, potřebné v nízkonapěťových osvětlovacích instalacích určených především pro halogenové žárovky.

Nízké napětí potřebné v takových instalacích, většinou s hodnotou 6, 12 nebo 24V, se dosahuje snížením síťového napětí pomocí magnetických transformátorů, které mohou být součástí svítidla, nebo je lze instalovat samostatně i napájet z nich jedno nebo více svítidel.

Transformátory, které plní funkci zařízení ke snižování síťového napětí na nízkou hodnotu, musí splňovat určité bezpečnostní podmínky, především co se týká ochrany před výskytem síťového napětí v nízkonapěťové instalaci. Pokud jsou transformátory namontované na hořlavém povrchu, musí být příslušně označené, podobně jako svítidla. Tyto transformátory obsahují tepelný vypínač, který je chrání proti přehřátí. Transformátory pro nízkonapěťové instalace musí mít také pojistky se zpožděnou charakteristikou, přizpůsobené vstupnímu napětí 230 V, protože při zažehování lampy může její proud několikanásobně překračovat průměrný provozní proud.

V nízkonapěťových instalacích se mohou s ohledem na vysokou hodnotu proudu vyskytovat rovněž problémy se zahříváním vodičů, především v místech jejich spojů. Tomu lze zabránit prostřednictvím použití kabelů s průměrem odpovídající velikosti a krátkých spojů.

Kromě magnetických transformátorů se nabízejí také elektronická zařízení, která plní podobnou funkci a lidově se nazývají napáječe nebo elektronické transformátory. Podobně jako elektronické předřadníky pracují při vysoké frekvenci, jsou menší a lehčí, umožňují snížení výkonových ztrát. Elektronické transformátory dodávají napětí, jehož hodnota je v podstatné míře nezávislá na zatížení. V souvislosti s tím jsou ideální k napájení malých zatížení. Podobně jako v případě elektronických předřadníků umožňují elektronické transformátory také provoz při napájení stejnosměrným proudem a díky tomu je lze využít v bezpečnostním osvětlení. Elektronické transformátory jsou však dražší než konvenční.

Marek Kołakowski