Předřadná zařízení pro světelné zdroje

Předřadník (také se používá název předřadné zařízení) je elektrické zařízení, které je zapojené mezi napájením a jednou či několika světelnými zdroji. Jeho hlavní funkcí je omezení proudu na požadovanou hodnotu. Dříve se používaly výhradně elektromagnetické předřadníky (tlumivky, startéry, etc), dnes tyto ustupují elektronickým předřadníkům. Tyto se vyznačují vyšší efektivitou a tedy úsporou energie.

28.7.2016 | autor: Esvit.cz

 Předřadné zařízení (dále jen předřadník) je elektrické zařízení, které je zapojené mezi napájením a jednou či několika výbojkami. Jeho hlavní funkcí je omezení proudu na požadovanou hodnotu.

                Předřadník tedy zabezpečuje spolehlivou a především správnou funkci světelného zdroje (zářivka, žárovka, výbojka aj.) v elektrické síti po celou dobu životnosti. Předřadník je nepostradatelnou součástí osvětlovacího zařízení a jeho vlastnosti velmi výrazně ovlivňují parametry zdroje a výkonný či efektivní provoz celé osvětlovací soustavy.

                Ještě nedávno se kategorie předřadníků omezovala jen na elektromagnetické předřadníky pro výbojové zdroje a patřily do ní převážně tlumivky a startéry pro zářivky, tlumivky a zapalovací zařízení pro část sortimentu vysokotlakých výbojek, popřípadě rozptylové transformátory pro svítící trubice a nízkotlaké sodíkové výbojky. Dnes je do této kategorie předřadníků možné zahrnout podstatně širší okruh výrobků i pro další světelné zdroje, jako například elektronické předřadníky pro zářivky i výbojky, elektronické transformátory pro halogenové žárovky na malé napětí, napáječe pro světelné diody, stmívače a další řídící prvky, které zajišťují ekonomický provoz celé osvětlovací soustavy.

 

ZÁKLADNÍ FUNKCE PŘEDŘADNÝCH ZAŘÍZENÍ PRO VÝBOJOVÉ SVĚTELNÉ ZDROJE

K základním funkcím předřadníků patří:

- Zajištění požadovaného napětí, proudu a kmitočtu, pro který je světelný zdroj konstruován.

- Zapálení výbojkového zdroje, které spočívá v elektrickém průrazu prostoru mezi elektrodami výbojky v tomto prostoru zformování příslušného typu výboje (impulsivního, doutnavého, obloukového aj.).  Pro tuto funkci musí předřadník zajistit potřebné napětí naprázdno, tedy v režimu při nesvítící výbojce, anebo musí být doplněno zapalovacím zařízením schopným vytvářet napěťové impulsy o požadované amplitudě, četnosti a energii. U zářivek provozovaných v zapojeních bez startéru musí zajistit také požadovanou velikost žhavícího proudu elektrod a optimální dobu jeho trvání.

- Řízení etapy hoření výboje, tedy procesu, během kterého se postupně ustálí pracovní parametry výbojky. Je tomu tak zejména u vysokotlakých výbojek, kde při rozhoření prochází obvodem podstatně větší proud, je žádoucí, aby tato etapa trvala co nejkratší dobu.

- Zajištění stabilního provozu výbojky ve světelném přístroji, tedy schopnost předřadného zařízení automaticky obnovovat výchozí hodnoty proudu, anebo hodnoty jim blízké při jejich změnách v důsledku změn okolních podmínek.

- Potlačení rádiového rušení, které je způsobeno vnějším elektromagnetickým polem, jež je vytvářeno světelným zdrojem.

- Zajištění ochrany obvodu se světelným zdrojem v případě jeho poruchy.

- Omezení míhání světelného toku výbojových zdrojů.

- Kompenzace jalového proudu, zvýšení účiníku. 

 

TŘÍDĚNÍ PŘEDŘADNÝCH ZAŘÍZENÍ

                Předřadníky lze rozdělil z hlediska konstrukce a použitých součástek na elektromagnetická a elektronická. U elektromagnetických předřadníků, které jsou provozovány vesměs na kmitočtu 50 Hz (popřípadě 60 Hz), se jako prvek omezující proud používají pasivní součástky s činným odporem (rezistory), nebo s reaktancí (tlumivky, kondenzátory, rozptylové transformátory). Oproti tomu elektronické předřadníky zajišťující provoz světelného zdroje při vysoké frekvenci obsahují neustále se zdokonalující moderní polovodičové součástky a stabilizující prvky pro činnost při střídavém proudu jedné či několika výbojek a napájené stejnosměrným nebo střídavým proudem. Elektronické předřadníky zajišťují vyšší kvalitu osvětlení, stabilizují světelnětechnické parametry světelných zdrojů v širokém rozsahu napájecího napětí, prodlužují jejich život, omezují stroboskopický jev, přináší velké úspory elektrické energie díky nižším ztrátám a vyšší účinnosti zdrojů, mají menší rozměry a hmotnost, nehlučný provoz, obvody tepelné, proudové a napěťové zajišťují jejich bezpečnost.

                Podle způsobu instalace rozlišujeme předřadníky samostatné, vestavné a integrované. Samostatné předřadníky je možné namontovat samostatně mimo svítidlo, bez přídavného krytu. Naopak vestavěné předřadníky jsou určeny pouze pro vestavění do svítidla.

                Podle způsobu vytvoření elektrického pole ve výbojce rozlišujeme předřadníky pro výbojky s elektrodami anebo pro bezelekrodové výbojky. U výbojek s elektrodami je energie přiváděna do výbojového prostoru přiložení stejnosměrného nebo střídavého napětí mezi jejich elektrody. U výbojek bez elektrod se elektrický výboj vytváří působením vnějšího vysokofrekvenčního elektromagnetického pole.

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

                Důležitým vybavením měřících laboratoří jsou referenční předřadníky, kdy se jedná o speciální indukční předřadníky, které jsou konstruované jako porovnávací normál pro použití při zkoušení předřadníků a pro výběr referenčních světelných zdrojů. Referenční předřadníky jsou charakterizovány stálým poměrem napětí k proudu, který neovlivňují změny proudu, teploty ani vnější magnetická pole. Předřadníky tohoto typu se rovněž používají při měření světelně technických a elektrických parametrů výbojových zdrojů.

 

ELEKTROMAGNETICKÉ PŘEDŘADNÍKY

Předřadníky pro nízkotlaké výbojky

                Tato skupina zahrnuje elektromagnetické předřadníky pro lineární zářivky, kompaktní zářivky a nízkotlaké sodíkové výbojky.

                Pro lineární zářivky se v praxi nejvíce používají tři typy elektromagnetických předřadníků: předřadníky s přídavným žhavením elektrod, předřadníky s rychlým startem a předřadníky s okamžitým startem.

                Předřadník s přídavným žhavením elektrod je používaný v nejrozšířenějším zapojení lineárních zářivek. Po zapálení výboje je přídavné žhavení elektrod automaticky přerušeno, jelikož napětí na elektrodách startéru (rovnající se napětí žárovky) je nižší než zápalné napětí doutnavého výboje.

                Při použití předřadníku s rychlým startem dochází k zapálení výboje až po nažhavení elektrod na požadovanou teplotu, při které zápalné napětí klesne pod hodnotu napětí sítě. Elektrody jsou žhaveny i v průběhu svícení (žhavící napětí ovšem klesne přibližně na poloviční hodnotu), což má velmi příznivý vliv na životnost zářivky a zároveň umožňuje rozšířit rozsah regulace světelného toku. 

                V případě předřadníku s okamžitým startem nejsou elektrody zářivek před zapálením výboje žhaveny, a proto je nutné k zapálení výboje použít podstatně vyšší napětí naprázdno než u předcházejících typů předřadníků pro nízkotlaké výbojky.

 

Předřadníky pro vysokotlaké výbojky

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

                Velká část sortimentu halogenidových a vysokotlakých sodíkových výbojek provozovaných s tlumivkou, vyžaduje přídavné zapalovací zařízení.

 

ELEKTRONICKÁ PŘEDŘADNÁ ZAŘÍZENÍ

                Základní funkcí elektronických předřadníků je, stejně jako v případě elektromagnetických předřadníků, zapálit výboj a omezit proud procházejícím výbojem.

                Spolehlivost a životnost elektronických předřadníků jsou dány dobou života jednotlivých součástek a lze ji rozdělit do tří časových období či fází:

1. Počáteční fáze. V této fázi provozu, které trvá řádově stovky hodin, se projeví výrobní vady jednotlivých součástek, které lze omezit při výstupní kontrole.
2. Následuje fáze běžného provozu. V této fázi dochází k poruchám jen zcela výjimečně. Toto období trvá několik desítek tisíc hodin.
3. Po fázi běžného provozu následuje fáze stárnutí. Kdy dožívají jednotlivé součástky a poruchy se začínají objevovat čím dál častěji.

 

Život elektronických předřadníků přímo souvisí s jejich pracovní teplotou. Na jejich krytu bývá označen kontrolní bod s maximálně přípustnou provozní teplotou. Obvykle se uvádí, že život elektronických předřadníků je 50 000 hodin při dodržení provozní teploty. Při překročení pracovní teploty předřadníků jsou součástky předřadníku vystaveny teplotnímu přetížení a dochází ke zkracování jejich životnosti. Je-li teplota v kontrolním bodě stabilně o 10 °C vyšší, život elektronického předřadníku se zkrátí přibližně o polovinu, je-li o 10 °C nižší, prodlouží se jeho životnost o dvojnásobek.  

               

 

Elektronické předřadníky pro teplotní zdroje

                Úkolem elektronických předřadníků pro teplotní zdroje je transformace napětí napájecí sítě (například 230 V) na napětí malé (12 V, 24 V) při galvanickém oddělení obvodů. V praxi se takového předřadné přístroje označují termínem elektronické transformátory a používají se pro obyčejné i halogenové žárovky na malé napětí. Základní součástí elektronického transformátoru je běžný elektromagnetický transformátor doplněný o další elektronické prvky, které umožňují regulovat světelný tok teplotního zdroje. U elektronických transformátorů se vzhledem ke světelné setrvačnosti rozžhaveného vlákna žárovek nepoužívá kondenzátor, který má jinak v elektronických předřadnících funkci zásobníku energie. Elektronické transformátory mají obvykle ochranu proti zkratu, přetížení a přehřátí.

 

 

Elektronické předřadníky pro výbojové zdroje

                Jak jsme již výše uvedli, základní funkcí elektronických předřadníků je stejně jako u elektromagnetických předřadníků, zapálit výboj a omezit proud procházející výbojem. Proto pro splnění požadavků na elektromagnetickou kompatibilitu jsou elektronické předřadníky pro výbojové zdroje vybaveny filtry k eliminaci vysokofrekvenčního rádiového rušení (filtry RFI).  

 

 

ZAPALOVAČE PRO VÝBOJOVÉ ZDROJE

                Zapalovač neboli zapalovací zaříjení je zařízením, které samo nebo spolu s dalšími součástmi vytváří zapalovací impuls pro zapálení výbojky bez předžhavení.

                Existuje několik základních požadavků na zapalovací zařízení:

- zapalovací zařízení musí zajistit bezpečný provoz světelného zdroje v souladu s konkrétními podmínkami, v nichž jsou světelný zdroj, předřadník a příslušné zapalovací zařízení používány,

- po zapálení výbojky musí zapalovací zařízení ihned přerušit svou funkci, aby nedošlo k nežádoucímu zatěžování světelného zdroje a celé instalace osvětlovací soustavy nepotřebnými impulsy,

- v průběhu života světelného zdroje, kdy dochází ke zvyšování jeho napětí na výboji, nesmí docházet k předčasnému uvedení zapalovacího zařízení do činnosti při svítící výbojce,

- zapalovací zařízení musí mít malé energetické ztráty (přední výrobci uvádějí hodnoty 0,05 až 2,5W)

- musí být zajištěna dostatečná energie zapalovacího impulsu nezbytná pro spolehlivý zápal pro výrobcem definovanou vzdálenost od světelného zdroje (obvykle se vyjadřuje kapacitou příslušného kabelu mezi zapalovačem a zdrojem).

 

Vnější doutnavková zapalovací zařízení

                Dnes je možné setkat se také i se zapalovacími zařízeními doutnavkovými. Vnější doutnavková zařízení jsou používána hlavně u dožívajících starších osvětlovacích soustav, jejichž hlavní součástkou je vyměnitelný doutnavkový startér, zapojený v sérii s omezující součástkou (například kondenzátorem). Při výměně výbojky se doporučuje vyměnit současně i příslušný doutnavkový startér, jehož cena je ve srovnání s ostatními součástkami svítidla nebo respektive s náklady na jeho samostatnou výměnu, nevýznamná. Doutnavková zapalovací zařízení se zapojují paralelně k výbojce.