Лампы для выращивания растений - Часть 3. Практическое использование ламп

© Michael Dubinovsky (Udaff), 2003

Специализированные лампы для растений

Ниже приведены данные о некоторых специализированных лампах для аквариума и растений. Данные взяты из каталогов и рекламных публикаций без каких-либо рекомендаций.

Параметры ламп обычно включают в себя:

• ССТ, CRI - цветовая температура и индекс цветопередачи
• Диаметр лампы - T8, T12 и т.д.
• Спектр лампы. Широкий спектр (full-spectrum, wide spectrum) указывает на то, что, в отличие от обычных люминесцентных ламп, спектры которых имеют ярко выраженный пик, спектр данных ламп более или менее однороден, т.е. в нем цветопередача более естественна за счет присутсвия большего числа цветов в спектре. Три-фосфорная или три-хроматическая лампа (triphosphors, trichromatic) - имеют пики в спектре, соответствующие трем основным цветам. За счет этого улучшается цветопередача. Такие лампы имеют специальное редкоземельное галофосфорное покрытие. Они являются более дорогими.

Coralife/Aquatic Solution

Мощности ламп - 15, 20,30,40 Вт. Выпускаются варианты ламп с повышенной мощностью (VHO)
Размеры - Т8, Т12
Лампы совместимы со всеми балластами, включая электронные.
Некоторые лампы имеют встроенные рефлекторы для излучения только в одном направлении.

NutriGrow Plant Lamp - лампа с широким спектром стимулирует рост растений, выявляя натуральную красоту растений и рыб. Высокая интенсивность и долгий срок службы. SpectraMax - лампа с широким спектром (CCT=6500K). Coralife Trichromatic Daylight Lamp - лампа с широким спектром для пресноводных и морских аквариумов.

Rolf C. Hagen

Мощности ламп - 8,15,20,30,40 Вт
Лампы выпускаются различных диаметров, в том числе и Т10 (отличается от обычного Т12)
Совместимы с любыми балластами, включая электронные
Спектры ламп и более подробное их описание можно найти на сайте компании.

Aqua-Glo - лампа излучает свет оптимального спектра, необходимый растениям. Power-Glo - лампа высокой интенсивности для морских и пресноводных аквариумов. Выявляет яркую окраску рыб. Life-Glo - лампа с широким спектром, имитирующим солнечный. Flora-Glo - лампа с "теплым" (warm) спектром для роста растений. Имеет пики с спектре, отвечающие пикам поглощения растений. Sun-Glo - лампа с широким спектром, имитирующий солнечный.

 

Aqua-Glo Marine-Glo Flora-Glo Sun-Glo Life-Glo Power-Glo

Zoo Med Laboratories - www.zoomed.com

Новая серия T-8 ламп. Лампы T-8 должны использоваться только вместе со специалдизированным балластом

 

		Ultra-Sun, CCT=6500K, CRI=98. Лампа с широким спектром, предназначенная для морских и пресноводных аквариумов. Лампа симулирует дневное освещение. В спектре лампы присутствует излучение в UV-A диапазоне. Срок службы лампы - 10000 часов
		Tropic Sun, CCT=5500K. Лампа предназначена для пресноводных аквариумов и растений. Лампа симулирует естественное солнечнеое освещение. Срок службы - 10000 часов.
		Flora Sun, CCT=8500K Лампа имеет два пика излучения в синей и красной областях, соответствующие пикам поглощения хлорофилла. Лампа предназначена для использования в пресноводном аквариуме и для аквариума с растениями. Срок службы - 10000 часов.

Arcadia

Выпускаются различные виды ламп, в том числе: Original Tropical Lamp - спектр способствует росту растений.

Vita-Lite

Лампы с широким спектром для имитации солнечного излучения. ССТ=5500K. Мощность лампы 15W (T8), 20W (T12), 30W (T8). Сушествует вариант этой лампы под названием Power Twist (40W, T12), обладающий спиральной формой, позволяющей увеличить световой поток на 8%

Срок службы этих ламп очень большой и доходит 20000 часов.

Osram/Sylvania, GE, Philips

Эти лампы ничем не отличаются от специализированных аквариумных/растительных ламп, разве что меньшим уровнем рекламного шума вокруг них, а их цена в несколько раз меньше аналогичных специализированных ламп. К тому же, их можно приобрести в любом магазине типа Home Depot или Walmart. Эти лампы выпускаются различных мощностей (обычно больший набора мощностей, чем у специализированных ламп) и различных диаметров, и могут использоваться с любыми балластами, включая электронные.

Philips Agro-Lite, Osram/Sylvania Gro-Lux и Gro-Lux Wide-Spectrum, GE Gro-n-Sho и Plant & Aquarium - лампы, спектр которых подобран, чтобы пики спектра отвечали пикам спектра поглощения хлорофилла

 

На рисунке приведен спектр лампы Gro-Lux

 

GE Sunshine (Chroma 50) - лампа с широким спектром CCT=5000K, CRI=90. Одна из самых хороших ламп Эта лампа передает естественные цвета рыб и растений. На рисунке приведен спектр этой лампы. Другие фирмы также выпускают аналогичные лампы.

 

Практическое измерение освещенности

Различные растения предпочитают различный уровень освещенности. Теневыносливые растения могут расти при низких освещеностях до 100 lux. В тоже время кактусы требуют освещенности - 9000-14000 lux, а молодые деревья и кустарники - 10000-15000 lux. Для сравнения - средняя освещеность в рабочем офисе - 1000 lux, освещенность в яркий солнечный день - более 100000 lux.

Для того, чтобы измерить освещенность, лучше всего использовать люксметр. Однако, его нет у подавляющего большинства. Достаточно хорошую оценку освещенности можно получить, используя обычный экспонометр. Экспонометр - это прибор, который определяет выдержку, т.е. время засвечивания фотопленки. Это время, для пленки определенной светочувствительности, обратно пропорционально освещенности. Вам только нужно перевести время выдержки в освещенность.

Ниже приведена таблица освещенностей для ISO 100/21 пленки. Для пленки ISO 50/18 значения освещенностей будут в два раза больше, для пленки ISO 200/24 значения будут в два раза меньше и т.д. Более подробно об этом написано в разделе "аквариумное освещение" на сайте www.ukrop.info.

Апертура	Выдержка (c)	EV	Освещенность (Lx) для ISO 100/21 пленки
			Внешний экспонометр	Встроенный экспонометр при наведении на белый матовый объект
2.8	2	2	8	2
2.8	1	3	17	4
2.8	1/2	4	35	8
2.8	1/4	5	70	15
2.8	1/8	6	140	30
2.8	1/15	7	250	60
2.8	1/30	8	500	120
2.8	1/60	9	1000	240
2.8	1/125	10	2100	500
2.8	1/250	11	4300	1000
4	1/250	12	8700	2000
5.6	1/250	13	17000	4000
8	1/250	14	35000	8000

Выбор ламп для освещения растений

Как всегда, сначала - планирование. Продумайте систему освещения заранее, чтобы потом не пришлось думать, как разместить дополнительные лампы или закрасить черной краской лишние. В планирование системы входит не только поездка по окрестным магазинам. Прикиньте, какие растения вы будете выращивать - бромелии не требуют много света, а кактусу нужен яркий свет.

1. Если вы серьезно занимаетесь растениями, то имеет смысл подумать об использовании современных ламп - повышенной мошности (HO, VHO, SHO), металло-галоидных (HID), компактных люминесцентных (PC - power compact), электронного балласта. Я предпочитаю компактные люминесцентные лампы - они имеют большую светоотдачу и яркость, высокий коэффициент цветопередачи (CRI) и, в сочетании с электронным балластом, представляют наиболее оптимальную комбинацию для небольших мошностей - до 200Вт. Их компактность позволяет эффективно использовать рефлектор.

2. Металло-галоидные лампы, например ДРИ, практически не делаются маленьких мощностей (из-за проблем с дуговым разрядом при малом токе и низкой светоотдаче). Их имеет смысл ставить, если вам необходима мощность 300-1000Вт. Для них нужно продумать систему охлаждения вентилятором, поскольку все тепло, излучемое ими, сконцентрировано в одном месте.

3. Если вы устанавливаете дорогие лампы - то подумайте об электронном балласте для них, который гораздно предпочительнее обычного балласта.

4. Используйте рефлектор - хорошо продуманный рефлектор увеличит эффективность использования ламп. Рефлектор эффективен с компактными лампами - если у вас вплотную стоит 8 ламп диаметром T12, то рефлектор ничего не изменит.

5. Продумайте заранее электрическую схему подключения, особенно если вы собираете все сами. С электричеством, особенно во влажной среде, шутить нельзя. Обязательно используйте заземление и предохранители, отключающие питание при утечке тока на земляной провод. Спланируйте, как вы будете делать крышку (если это террариум или аквариум), вентиляцию, какие вы будете использовать провода - от балласта к лампе может идти значительный ток, многие балласты нельзя размещать на значительном удалении от лампы. Балласт, особенно дроссель, сильно нагревается, поэтому разместите его так, чтобы он не нагревал лампы, светоотдача которых падает с увеличением температуры.

6. Продумайте размер ламп, особенно если вы покупаете террариум с готовой крышкой. Если там установлена какая-либо редкая лампа, то найти потом замену будет сложно. Помните, что лампа 40Вт является гораздо более распространенной и стоит (стандартная, не аквариумная) в несколько раз дешевле аналогичной лампы мощностью 25Вт.

7. Помните о том, что необходимо регулярно заменять лампы, поскольку светоотдача их падает со временем. Поэтому имеет смысл использовать PC лампы, например, имеющие гораздно более долгий срок службы.

На диаграмме показанны эффективности различных ламп.

Ниже обобщены данные о наиболее приспособленных для освещения растений лампах.

Ртутные лампы не включены - несмотря на их дешивизну, качество их света - низкое.

По понятным соображениям не включены также натриевые лампы высокого и низкого давления, которые не годятся для домашнего использования (если у вас плантация роз, раскинувшаяся на несколько гектаров, то тогда вы можете задуматься об использовании этих ламп). Другое их применение, также как и для ламп накаливания, - подстветка растений в красной области света, что ускоряет цветение и т.д. (подробнее в разделе про фотосинтез), когда вы используюте лампы с недостаточным количеством красного света, например, ртутные лампы. Но современные люминесцентные и газоразрядные лампы обеспечивают достаточное количество света в красной области, и не имеет смысла использовать натриевые лампы.

Стоимость указана та, по которой можно купить лампы в USA - магазины типа Home Depot, заказ по почте и т.д. Безусловно, в соседнем специализированном магазине лампа будет в несколько раз дороже - им тоже хочется кушать бутерброд с маслом. Те, кто живет в России, могут использовать указанные цены для сравнения стоимости тех или иных ламп.

Выделяемое тепло: я оценил, сколько ватт тепла выделяется для со световым потоком в 1000 Лм. Все лампы имеют низкий коэффициент использования мощности и 80-90% энергии выделяется в виде тепла. Поскольку выбор лампы производится по световому потоку в люменах, то нагрев надо сравнивать для ламп с одинаковыми световыми потоками.

	Лампа накаливания	Люминесцентная лампа	Компактная люм. лампа (power compact)	Металло-галоидная Газоразрядная лампа
Стоимость лампы	< $5 $10-15 специализированная	$5 - обычная $10-20 - специализированная	$5 - маломощные, предназначенные для замены ламп накаливания $15-30 - лампы мощностью 35-90W и специализированные	<$20 - ртутная лампа небольшой мощности $30-80 - лампа, аналогичная ДРИ $50-150 - специализированные лампы больших мощностей
Стоимость балласта		<$10 - обычный $20-30 - электронный	Не нужен для ламп, которые вкручиваются в патрон $20-30 - электронный, многие лампы большой мощности не работают на обычном балласте и требуют электронного	$20-50 - обычный $30 -100 - электронные, которые могут включать регулировку ламп и т.д.
Стоимость системы - арматура, балласт, и т.д. (обычно система продается без лампы)		<$10 - самодельный рефлектор с патронами $15-40 - специализированная аквариумная крышка с лампами и балалстом	<$20 - самодельная $30-100 - покупная. Многие компании предлагают рефлектор, балалст и т.д. для монтирования этих ламп внутри стандартной аквариумной крышки	$100-500 - полностью укомпленктованная система. Иногда, в такую систему включаются и power compact лампы
Срок службы, номинальный (часы)	Лампа накаливания - 750 Галогеновая лампа - 2000 и более	15-20 тыс.	15-20 тыс.	5-20 тыс
Срок службы в аквариуме, реальный		6 месяцев	9-12 месяцев	год-два
Выделяемое тепло (Вт на 1000 Лм)	50-55Вт (практически вся энергия лампы выделяется в виде тепла) - большая проблема при использовании таких ламп	10-15Вт. За счет того, что лампа длинная, то выделяемое тепло не сконцентрированно в одном месте и использование небольшого вентилятора от компьютера позволит решить проблему нагрева.		5-10Вт, тепло сконцентрированно в одном месте. Поскольку для больших объемовимеет смысл применять мощные лампы, то будет выделено большое количество тепла и необходимо охлаждение
Диапазон мощностей, который имеет смысл использовать	Не имеет смысла использовать - разве что небольшие лампы для подстветки маленьких аквариумов и отдельных растений	Растения не очень больших размеров.	Большие растения и группы растений	Большие группы растений

Практически, выбор ламп ограничивается тремя типами - традиционные люминесцентные лампы, компактные люминесцентные лампы и газоразрядные лампы.

• Люминесцентные лампы - имеет смысл использовать для небольших растений. Эти лампы, особенно размеров T12, морально устарели. Если вы специально нацелены на выращивание растений, то не имеет смысл ставить эти лампы, даже специальные, типа Flora-Glo и подобных. Проблема с этими лампами - они неэффективны и занимают много места. Ниже, в разделе про рефлекторы, показано, что при использовании большого количества ламп эффективность освещения снижается. Не стоит ставить больше чем две-три лампы, если вам нужно больше света - используйте компактнеы лампы.
  
  Пара слов о лампах VHO, SHO и т.д. Они дают больше света, чем обычные лампы, но требуют специальных балластов и реальный срок службы намного меньше, чем у обычных ламп. Учитывая их дороговизну, не имеет смысла их использовать.
  
  
• Компактные лампы - наиболее оптимальный выбор для освещения средних и больших групп растений. Недостатком этих ламп является более высокая стоимость системы, но она себя окупает достаточно быстро - две компактные лампы стоят дешевле, чем более частая замена пяти обычных люминесцентных ламп.
  
  Не стоит использовать лампы малых мощностей, которые вкручиваются в патрон и предназначаются для замен ламп накаливания. Выбор стоит ограничить мощными лампами PL-L (Philips), Dulux-L (OSRAM/Sylvania) аналогичными. Такие лампы выпускают очень много компаний. Обращайте внимание на расположение контактов, поскольку бывает для типа ламп - европейский (когда четыре контакта расположены в одну линию) и японский (контакты в виде квадрата).
  
  
• Газоразрядные лампы - используйте металло-галоидные (МГ). Если вы ставите большой аквариум или теплицу для растений и уже потратили много денег, то не покупайте из экономии дешевую ртутную лампу. Сейчас выпускается много хороших ламп различных типов - HQI, HTI, MSD, CDM т.д. Выпускаются специальные лампы с высокой цветовой температурой для риф-аквариумов.
  
  Не стоит использовать лампы малых мощностей, менее 100-150Вт. Дело в том, что химические реакции внутри дугового разряда требуют оптимальной температуры, что обуславливает минимальную мощность лампы. Этим и определяется минимальный размер аквариума/теплицы, для которых имеет смысл использовать эти лампы. Если у вас получается, что вам нужно использовать 200 и более ватт света, то стоит переключится на МГ лампы. Если светильник расположен высоко - применение светильников прожекторного типа позволяет эффективно освещать растения.
  
  Из-за большой мощности этих ламп вам придется подумать об охлаждении. Саму лампу можно охлаждать вентилятором. Готовые светильники обычно имеют встроенный вентилятор. Помните, что светильники должны быть сконструированы так, что излучение от лампы не попадало в глаз.

---

Использование рефлекторов совместно с лампами

Рефлектор позволяет получить больше света без увеличения количества ламп. Например, хороший рефлектор может увеличить количество полезного света почти в два раза. С другой стороны, плохой рефлектор может испортить все дело - из-за перегрева люминесцентной лампы ее светоотдача резко падает.

Далее рассмотрены рефлекторы, используемые вместе с люминесцентными лампами. В качестве материала можно использовть алюминизированные рефлекторы. Например, специальное Альзак-покрытие имеет коэффициент отражения до 85%. В принципе, можно использовать и металлическую фольгу, коэффициент отражения которой равен - 60-70%.

Также рассмотрены и так называемые рефлекторные (или апертурные) лампы, которые имеют отражающее покрытие на поверхности лампы.

Моделирование различных конфигураций рефлекторов.

Для того, чтобы рассмотреть различные формы рефлектора с точки зрения их оптимальности, я провел моделирование на компьютере. Моделировались рефлекторы для случая освещения аквариума шириной 30 см. Учитывался только лишь свет, попадающий на поверхность. Более подробно результаты моделирования описаны на сайте www.ukrop.info

Было промоделировано 4 типа рефлекторов. В таблице приведены округленные значения светого потока. Конфигурации рефлекторов даны на рисунках ниже.

Лампы размещались на высоте 8 см от поверхности.

Диаметр лампы	Количество ламп (каждая лампа - 1000 Лм)	Световой поток на поверхности (Лм)
		Без рефлектора	"Короб"	"Полукруглый"	"М"
T5 (16 мм диаметр)	1	340	720	750	800
	2	680	1180	1220	1400
	3	1050	1650	1620 (лампы близко к друг другу) 1770 (лампы далеко друг от друга)	1860
	4	1350	1980	1860 (лампы близко к другу) 2240 (лампы далеко друг от друга)	2200
T12 (38 мм диаметр)	1	340	660	690	750
	2	680	1000	1020	1120
	3	930	1260	1280	1410
	4	1200	1520	1480	1600

Из этого можно сделать следующие выводы:

• При отсутствии рефлектора, количество света, попадающего на поверхность, определяется углом между направлениями на края освещаемой площадки и с вершиной в лампе. Количество света равно (в зависимости от высоты лампы и размера площадки) 25-30%. Эффективность не зависит от количества и диаметра ламп, при условии, что лампы размещены примерно посередине. Если разместить лампы близко к краю, то часть светового потока будет теряться.
• Не имеет смысла использовать много ламп, особенно большого диаметра. При расположении их близко к друг другу теряется много света, при этом они нагреваются, что приводит к еще большим потерям.
• Использование даже самого простого рефлектора приводит к увеличению полезного светового потока почти вдвое. Поэтому лучше использовать меньшее количсетво ламп, но с рефлектором.
• Самый "хороший" рефлектор ненамного (10-20%) лучше самого плохого.
• Моделирование показало, что если рефлектор расположен невысоко над освещаемой площадкой, то использование диффузного рефлектора (покрытого белой краской с коэффициентом отражения 0.8 - 0.9) приводит к снижению его эффективности на 10-15% при 1-2 лампах и к намного большим потерям при 3-4 лампах.

Рефлектор "M"- типа. Каждая из половинок имеет достаточно сложную форму профиля.

 

Полукруглый рефлектор. На самом деле - это форма не круглая, а достаточно сложный профиль - параболический или гиперболический

 

Все рефлекторы "полукруглой" формы и одинаковой высоты оказались практически одинаковы в своей эффективности, вне зависимости от конкретного профиля рефлектора (конечно, всегда можно выбрать никудышный профиль). Это можно понять из рисунка. Рефлектор определенной высоты захватывает примерно одинаковое количсетво света, вне зависимости от его формы. Весь этот свет направляется на поверхность, кроме той части света, которая излучается лампами вертикально вверх и отражается обратно на лампы.

Понятно, лампы меньшего диаметра более эффективны, поскольку меньше экранируют свет. На изображенном на рисунке рефлекторе значительная часть света теряется - те лучи, которые лежат выше граничного луча от лампы к краю и ниже тех, которые перехватываются рефлектором.

 

Такой рефлектор, в виде короба. оказался практически не хуже, чем рефлекторы "полукруглой" формы.

 

Следует отметить необходимость удаления верхней плоскости рефлектора от ламп, особенно при наличии нескольких ламп. В первом случае свет, излученный левой лампой, из-за близости верхней поверхности рефлектора, отражается во вторую лампу. Во втором случае свет проходит мимо второй лампы. Помимо этого, близкое расположение рефлектора вызывает перегрев ламп и снижение их светоотдачи.

 

Рефлектор, напоминающий букву "М". Такая конфигурация является одной из наиболее оптимальной (на рисунке изображен не самый оптимальный рефлектор, поэтому не имеет особого смысла его копировать), позволяя получить на 10-15% света больше и под более выгодным углом к освещаемой поверхности. Такой рефлектор лучше предыдущих, поскольку лучи, идущие вверх от лампы теперь не отражаются обратно в лампы, а как бы "огибают" их.

В итоге, можно сделать вывод:

Если вы не гонитесь за последними 5% (как известно, последние 5% требуют 95% усилий), то принципиального значения форма поверхности рефлектора не имеет. Любой "хороший" рефлектор будет давать примерно одинаковое количество света. Вариации в световом потокое ламп, положения ламп относительно рефлектора и т.д. делают дальнейшую оптимизацию не имеющей особого смысла.

 

Изготовление рефлектора

Рефлектор для лампы достаточно несложно изготовить самому. Если у вас нет материала с отражающим покрытием, то каркас можно изготовить из пластика, дерева и обклеить фольгой. Помните о том, что температура на поверхности рефлектора может быть достаточно высокой и вам необходимо обеспечить вентиляционные отверстия и не использовать легковозгораемые пластики и т.д.

Как было показано выше, форма рефлектора, особенно для одной-двух ламп, не имеет принципиального значения, поэтому любая "хорошая" форма будет иметь примерно одинаковую эффективность в пределах 10-15%. Под "хорошей" формой понимается та форма, у которой число отражений не более одного и возврат лучей в лампу минимален. На рисунке предствалено двумерное сечение рефлектора. Видно, что высота рефлектора должна быть такой, чтобы все лучи выше того, который идет от лампы в край освещаемой поверхности, перехватевались рефлектором. Задавшись примерным направлением отраженного граничного луча (например, вниз или под углом), можно построить перпендикуляр к поверхности рефлектора в этой точке (точка 1 на рисунке). Аналогично определяется перпендикуляр и в точке 2. Рекомендуется взять еще несколь точек, для проверки, чтобы не получилась ситуация, изображенная на точке 3, где отраженный луч не идет вниз. После этого можно либо сделать многоугольный каркас, либо построить плавную кривую и по шаблону выгнуть рефлектор. Не следует размещать верхнюю точку рефлектора близко к лампе, поскольку лучи будут попадать обратно в лампу. К тому же лампа будет греться.

Использование рефлекторных ламп

Рефлекторная лампа, иногда называемая апертурной, представляет собой обычную люминесцентную лампу, на часть поверхности которой нанесено отражающее покрытие. За счет этого световой поток направляется в одну сторону. Такие лампы удобны, поскольку при их использовании не нужно делать дополнительный рефлектор. Однако, ничего не бывает на свете просто так. В этом случае приходится платить меньшим световым потоком лампы, который составляет примерно 60% потока обычной лампы.

Опустив выкладки (более подробно можно найти на сайте www.ukrop.info) приводим таблицу:

Угол апертуры	Эффективность
30°	31%
60°	50%
90°	63%
120°	71%

Как и следовало ожидать, эффективность такой лампы не слишком высока. Потери света можно обьяснить тем, что чем меньше апертура лампы, тем больше свет "бегает" внутри лампы, отражаясь от зеркального покрытия.

Из этого можно сделать вывод, что рефлекторная лампа по своей эффективности примерно равна обычной лампе с внешним рефлектором

---

Схемы включения газоразрядных ламп

Большинство газоразрядных ламп имеют отрицательное сопротивление, т.е. увеличение тока приводит к уменьшению напряжения на лампе. Поэтому приходится в схему лампы вводить балласт, ограничивающий ток. Балласт служит также для создания напряжения зажигания лампы, если напряжение питающей сети недостаточно для этого.

По принципу действия балласты для люминесцентных и газоразрядных ламп высокой интенсивности схожи. Безусловно, это не значит, что они взаимозаменяемы. При выборе балласта надо смотреть на тип лампы.

Ниже рассмотрены основные типы и параметры балласта. Данный раздел не является исчерпывающим описанием устройств работы балластов и другой регулирующей аппаратуры и предназначен для того, чтобы дать общее представление о схемах включения ламп.

Типы схем зажигания люминесцентных ламп

По схеме зажигания эти лампы делятся на три типа:

• Схема со стартером (preheat start). Cюда же относятся и те лампы, для зажигания которых надо держать некоторое время кнопку нажатой)
• Бесстартерная схема (rapid start)
• Схема, в которой используется двухэлектродная лампа и не производится подогрева электродов - instant start

Балласты бывают нескольких типов:

• Электромагнитный дроссель (core and coil)
• Электронный, включая высокочастотные.
• Всякие комбинированные (trigger-start и т.д.)

 

Параметры балласта

Параметры балласта важны при выборе оптимальной схемы освещения и, особенно, в случае, когда схема собирается самостоятельно. Ниже рассмотрены некоторые параметры балласта, многие из которых указаны на самом балласте или в каталоге.

Мощность (power) - мощность балласта должна соответсвовать мощности лампы. Нельзя использовать балласт для лампы с мощностью, отличной от номинальной. Это приведет либо к выходу лампы из строя, либо к пониженной ее светоотдаче. Некоторые балласты специально предназначены для работы с пониженной мощностью, например, в тех случаях, когда долгий срок работы лампы более важен. Такие балласты называются экономичными (не надо путать их с экономичными лампами (energy savings), которые потребляют меньше мощности и дают меньше света при включении в обычный балласт)

Коэффициент мощности (power factor) - еще называется косинусом угла. Дает представление о том, насколько хорошо используется ток и напряжение сети. У обычного магнитного дросселя, без корректирующего конденсатора, коэффициент мощности около 0.5 (low power factor ballast). Балласт с низким коэффициентом мощности приведет к возрастанию тока в цепи. Большинство современных балластов имеют коэффициент мощности близкий к 0.95-0.97 (high power factor ballast)

Входное напряжение (voltage) - многие современные балласты имеют возможность подключения к сети с различным напряжением. Также надо следить за выбором корректирующего конденсатора для сети с частотой 50 и 60Гц. Современные балласты, особенно электронные, могут компенсировать изменение напряжения питающей сети. В противном случае, световой поток будет резко изменятся и при уменьшении напряжения ниже 80-85% номинального лампа может погаснуть.

Потери мощности в балласте (power losses) - характеризует мощность, рассеянную в балласте, т.е. на нагревание балласта. Типичные потери в электромагнитном балласте - 5-10Вт (в электронном в несколько раз меньше). Потери мощности означают повышенный расход энергии, более высокую температуру ламп (если они расположены близко к балласту), что приводит к уменьшению светоотдачи и сокращению срока службы ламп.

Балласт-коэффициент (ballast-factor) - один из наиболее важных параметров. Показывает количество света, производимое лампой при использовании балласта, относительно значений в каталоге, т.е. при использовании лабораторного балласта. Например, балласт-коэффициент 0.9 означает, что лампа, с каталожным значением 2000 Лм, излучает только 1800 Лм. Многие высокочастотные электронные балласты имеют коэффициент больше единицы (это не значит, что они нарушают закон сохранения энергии, это не КПД), т.е. при использовании балласта с коэффициентом 1.15 данная лампа будет производить 2300 Лм. Однако, не следует использовать балласты с коэффициентами большими 1.1-1.15, поскольку это укорачивает срок службы лампы.

Температура (case temperature) - указывается на корпусе балласта. Надо следить, чтобы она не превышала указанного значения. Для магнитных балластов обычно 120-130C, для электронных 70-75C

Пиковый ток (inrush current, crest factor) - характеризует скачок тока в сети во время зажигания лампы. Чем он меньше, чем лучше для электрической цепи.

Нелинейные гармонические искажения (total harmonic distortion) - некоторые балласты, особенно электронные, могут вызывать нежелательные эффекты в электрической цепи. В современных балластах они не превышают 10-20%

Шум (audible noise) - балласты делятся по производимому ими шуму на несколько категорий. Постарайтесь не использовать в жилой комнате балласт, предназначенный для использования в гараже (в USA следует использовать класс А по шуму). Высокочастотные балласты практически бесшумны.

Количество подключаемых ламп - многие балласты предназначны для использования в схеме с 2-4 лампами. В подобном случае балласт используется более эффективно, потери на лампу меньше, чем в схеме, когда каждая лампа питается своим балластом. Традиционные балласты (pre-heat, rapid start) используют обычно последовательное подключение ламп, т.е. при отключении одной лампы отключаются и все остальные. Балласт мгновенного старта (instant start) и многие электронные балласты рассчитаны на параллельное подключение ламп, т.е. при этом выключение одной лампы не приводит к выключению остальных.

Помимо разных электрических параметров, рассмотренных выше, на балласте можно встретить разные обозначения - FCC, CE, и т.д.

FCC (Federal Communication Commision) - правительственная организация в США, которая, помимо всего прочего, устанавливает стандарты на электронное оборудование в области электромагнитного излучения (EMI - electromagnetic interference). Часть 15 и 18 устанавливают два класса - А и В. А предназначен для для индустриального использования и допустимый уровень EMI там намного выше. Приборы этого класса не предназначены для использования дома. Класс В - приборы для домашнего использования, вот их и надо использовать.

 

CE - значает, что продукт удовлетворяет европейским стандартам. Они, аналогично FCC, подразделяют приборы на два класса А и В. Значок UL (Underwriters Laboratories) означает, что устройство удовлетворяет стандартам безопасности. Не стоит использовать электрическое устройство, которое не удовлетворяет этим стандартам (или аналогичным для других стран). Балласты обычно принадлежат к классу P.

Другие страны имеют аналогичные стандарты.

Схема включения люминисцентной лампы со стартером (preheat start)

Традиционная схема, используемая очень давно, в случае когда напряжение сети достаточно для зажигания лампы. В ней используется балласт, представляющий собой большое индуктивное сопротивление - дроссель, и стартер - маленькая неоновая лампа, служащая для предварительного подогрева электродов лампы. Параллельно неоновой лампе в стартере стоит конденсатор для уменьшения радиопомех. Также в схему может включатся и конденсатор для улучшения коэффициента мощности.

При включении лампы в сеть, вначале возникает разряд в стартере, и через электроды лампы проходит небольшой ток, который подогревает их, тем самым уменьшая напряжение зажигания лампы. При возникновении разряда в лампе, напряжение между электродами падает, отключая цепь стартера. В старых схемах вместо стартера использовалась кнопка, которую надо было держать в течении нескольких секунд. Балласт используется только для ограничения тока.

 

Схема включения люминисцентной лампы без стартера (rapid start)

Недостатки схемы со стартером (долгое время прогревания электродов, необходимость замены стартера и т.д.) привели к тому, что появилась другая схема, где подогрев электродов осуществляется со вторичной обмотки трансформатора, который одновременно является и индуктивным сопротивлением.

Отличительной внешней особенностью такого балласта является то, что оба сетевых провода подключаются к балласту, четыре провода из балласта подключаются к электродам лампы. Существует много разновидностей такой схемы, например, когда электронная схема отключает цепь подогрева электрода после включения лампы (trigger start) и т.д. Балласты такого типа используются и в схеме с несколькими лампами. Нельзя в такой схеме использовать лампу, предназначенную для стартерной схемы включения, поскольку она рассчитана на более длительный подогрев электродов, и выйдет раньше времени из строя в такой схеме. Следует использовать только лампы с обозначениями RS (Rapid start). В схеме должен быть предусмотрен заземленный рефлектор вдоль лампы (иногда на лампе имеется металлическая полоска). Это облегчает зажигание лампы.

 

Рисунок показывает внутренний вид такого балласта. Он состоит и дросселя (core and coil), конденсатора для коррекции коэффициента мощности (power capacitor) и термопредохранителя (thermal protector). Внутри корпуса все заливается терморассеиващим материалом (potting material)

 

Схема включения люминисцентной лампы без подогрева электродов (instant start)

Эта схема стала использоваться в последнее время. В ней зажигаение лампы производится подачей высоковольтного импульса на электроды лампы. В этой схеме используется специальный балласт, который может быть рассчитан на несколько ламп. Отличительной внешней особенностью подобных ламп и балласта является наличие только одного электрода с каждой стороны лампы вместо двух. Достоинством такой схемы включения является меньшее потребление мощности балластом (1-2 на лампу) по сравнению с другими магнитными балластами, возможность независимого параллельного включения ламп (обычно в схеме с preheat, rapid start балластами выход одной лампы из строя приводит к тому, что остальные перестают гореть), возможностью более удаленной установки балласта от лампы (для preheat, rapid start обычно длина провода от балласта до лампы не должна превышать метр, хотя есть и специальные балласты)

Совместимость схем включения ламп

Лампа\схема включения	Схема со стартером (preheat start)	Бестартерная схема (rapid start)	Схема без подогрева электродов (instant start)
Стартерная лампа (pre-heat)	работает нормально	не рекомендуется - приведет к скорому выходу из строя	нельзя - приведет к выходу из строя (физически нельзя использовать лампу, поскольку патрон другой)
Безстартерная лампа (rapid start)	работает нормально	работает нормально	другой тип патрона
Лампа мгновенного старта (instant start)	нельзя использовать - другой тип патрона		работает нормально

 

Электронные балласты

Эти балласты бывают как низкочастотными, так и высокочастотными. Низкочастотные питают лампу с частой сети, например гибридные балласты (hybrid), которые представлют собой бесстартерный балласт (rapid start), в котором добавлена электронная схема, отключающая вторичную цепь подогрева электродов после зажигания лампы, что дает некоторое повышении эффективности балласта.

Высокочастотные электронные балласты подают напряжение на лампу с частотой около 20000Гц и выше (не надо их путать с высокочастотными индукционными лампами, которые работают на мегагерцовом диапазоне). Такие балласты представляют собой выпрямитель и транзиторный (или тиристорный) прерыватель. Балласт имеет много преимуществ по сравнению с магнитным:

• Повышается эффективность лампы. Коэффициент балласта увеличвается на 20-30%, т.е. лампа производит больше света
• Уменьшены потери в балласте в несколько раз - отсутвует огромный кусок железа. Соответсвенно, уменьшается расход энергии и уменьшается температура, что важно для работы лампы.
• Балласт становится компактным, что важно при размещении его в тесном месте.
• Балласт не производит шум в звуковом диапазоне.
• Уменьшаются пульсации лампы
• Многие балласты допускают возможность изменения светового потока лампы (dimming)

Рисунок показывает увеличение эффективности лампы при увеличении частоты тока, относительно к частоте сети 60Hz

Электронный балласт имеет и свои недостатки:

• Относительно высокую стоимость по сравнению с магнитными.
• Некоторые балласты старых конструкций имели небольшую утечку тока на земляной провод, что приводило к срабатыванию системы защиты (GFCI).
• Эти балласты (особенно дешевые) могут иметь повышенный коэффициент искажения гармоник. Они могут оказывать влияние на работающий рядом радиоприемник (хотя и маловероятно - в радиусе не более полуметра)

Однако, при покупке новой системы ламп, имеет смысл подумать об использовании электронного балласта.

назад