Układy zasilające i sterujące źródłami światła stosowanymi w oświetleniu zewnętrznym

fot. OSRAM

W artykule przedstawiono główne zalety stosowania elektronicznych układów zasilających lampy wyładowcze (stateczniki elektroniczne) w porównaniu z tradycyjnymi układami zasilającymi (dławiki magnetyczne). Sterowanie oświetleniem zewnętrznym, w którym jako źródła światła używane są lampy wyładowcze oraz LED jest możliwe dzięki zastosowaniu elektronicznych układów zasilających. Przedstawiono także przykłady konstrukcji elektronicznych układów zasilających umożliwiających sterowanie lampami wyładowczymi oraz źródłami LED na przykładzie oferty firmy OSRAM, jednego z wiodących producentów elektronicznych układów zasilających źródła światła.

Obecnie do głównych typów źródeł światła stosowanych w oświetleniu zewnętrznym należą lampy sodowe wysokoprężne, lampy metalohalogenkowe oraz diody elektroluminescencyjne (LED). Parametry świetlne, energetyczne oraz eksploatacyjne tych źródeł światła zależą w istotny sposób od sposobu ich zasilania. Rozwój techniczny elektronicznych układów zasilających spowodował coraz szersze ich zastosowanie.

Lampy wyładowcze mogą być zasilane zarówno tradycyjnymi układami zasilającymi jak i elektronicznymi statecznikami, natomiast LED wymagają stosowania wyłącznie elektronicznych układów zasilających.

W artykule przedstawiono główne zalety stosowania elektronicznych układów zasilających lampy wyładowcze (stateczniki elektroniczne) w porównaniu z tradycyjnymi układami zasilającymi (dławiki magnetyczne).

Główne zalety stateczników elektronicznych stosowanych do zasilania lamp wyładowczych – dane ogólne (tab. 1)

W wielu przypadkach stosowanie stateczników elektronicznych do lamp wyładowczych (lamp metalohalogenkowych i lamp sodowych wysokoprężnych) zapewnia wiele korzyści użytkownikom oświetlenia zewnętrznego. Do głównych zalet stosowania stateczników elektronicznych w porównaniu do tradycyjnych układów zasilających można zaliczyć:

• mniejsze zużycie energii elektrycznej,
• przedłużenie trwałości lampy,
• szybszy zapłon lampy,
• lampa wytwarza światło o stabilniejszej barwie (w przypadku lamp metalohalogenkowych),
• lampa jest automatycznie wyłączana pod koniec trwałości,
• dzięki zasilaniu wyższą częstotliwością (np. 165 Hz) lampa wytwarza nietętniące światło,
• parametry pracy lampy (prąd, napięcie, moc) są kontrolowane w całym okresie trwałości,
• małe wymiary i masa,
• jeden układ zasilający realizujący zapłon i stabilizację pracy lampy,
• cicha praca.

Tabela 1. Główne zalety statecznika elektronicznego:

Główne zalety stateczników elektronicznych – dane szczegółowe 

Ograniczenie zużycia energii elektrycznej

W porównaniu z konwencjonalnymi układami zasilającymi, elektroniczne układy zasilające mogą wydatnie obniżyć zużycie energii elektrycznej w ciągu całego okresu trwałości źródła światła. Ograniczenie zużycia energii elektrycznej wynika z dwóch powodów:

1. Straty mocy w dławiku magnetycznym. 

W konwencjonalnych układach zasilających duża część energii jest tracona na ciepło, co wynika z budowy dławika magnetycznego, w odróżnieniu od elektronicznego statecznika, który jest zbudowany z elementów zmniejszających straty do mniej niż 10% mocy znamionowej lampy.

2. Zwiększenie mocy w czasie.

Moc układu w przypadku zasilania lampy przez dławik tradycyjny ulega zwiększeniu w czasie (w procesie zużywania się lampy). Zwiększenie wartości napięcia na lampie jest rezultatem jej zużywania się, napięcie na lampie może wzrosnąć o 30%. To zjawisko jest przyczyną zwiększania się mocy układu w czasie, ponieważ tradycyjny układ nie kontroluje parametrów zasilania lampy. W przypadku zasilania źródeł statecznikiem elektronicznym moc układu jest stała w czasie całego okresu trwałości lampy, ponieważ statecznik kontroluje wartość prądu lampy i napięcia na lampie. Maksymalne dopuszczalne wahania mocy to +/- 3%. Na przykład całkowita moc lampy metalohalogenkowej o mocy 70 W zasilanej przez statecznik elektroniczny wynosi 73 W i jest stała w czasie całego okresu trwałości lampy.

Średnia trwałość i kontrola wyłączenia lampy pod koniec jej trwałości

Elektroniczne układy zasilające oferują wiele korzyści w dziedzinie zwiększenia średniej trwałości lamp, odpowiednią, stabilną pracę lamp i ich wyłączenie pod koniec trwałości. Obszerne badania laboratoryjne i doświadczenie praktyczne pokazują, że elektroniczne układy zasilające mają pozytywny wpływ na średnią trwałość lampy. Precyzyjny, a zarazem delikatny zapłon lampy, większa stabilność termiczna, stała moc układu (stała moc lampy), gwarantują zwiększoną trwałość lamp metalohalogenkowych nawet do 30%.

Ograniczony czas zapłonu gwarantuje, że zużyte lampy, gdzie stabilne poprawne działanie nie jest już dłużej możliwe, są odłączane. W ten sposób unika się migotania światła, takie rozwiązanie zapobiega również obciążaniu przewodów i elektronicznego układu zasilającego. Statecznik elektroniczny zapewnia stałą kontrolę parametrów, takich jak napięcie źródła lub prąd źródła poprzez zintegrowany mikrokontroler i korygowanie do zadanych znamionowych wartości parametrów. Możliwe jest również wyłączenie źródła zanim osiągnie się krytyczne lub nieoczekiwane warunki, które często mogą się pojawiać.

Jakość światła, temperatura barwowa, zapłon

Lampy metalohalogenkowe zasilane statecznikami elektronicznymi utrzymują stały strumień świetlny od zapłonu aż do końca eksploatacji źródła. W wyniku utrzymania stałej mocy źródła realizowana jest kompensacja zmian jakości światła, co może być spowodowane np. zużywaniem się lampy w czasie. Rezultat jest jeszcze bardziej widoczny w przypadku utrzymania jednolitej temperatury barwowej światła.

Wahania napięcia zasilającego statecznik elektroniczny nie mają wpływu na moc lampy (parametry jej zasilania), a stała moc źródła światła oznacza, że zmiany napięcia zasilającego (sieciowego) nie mają wpływu na jakość wytwarzanego światła.

Na przykład statecznik elektroniczny POWERTRONIC® firmy OSRAM zasila lampę napięciem prostokątnym, kształt napięcia zasilającego ma duży wpływ na proces stygnięcia elektrod (krótszy czas przejścia przez zero niż w przypadku napięcia sinusoidalnego powoduje, że elektroda krócej stygnie). Rezultatem wolniejszego schładzania się elektrod jest redukcja emisji materiału elektrod, co w konsekwencji przedłuża trwałość i ogranicza przyczernianie bańki lampy. Inny sposób zasilania lampy wpływa również na efektywniejsze wykorzystanie wyładowania, przy lekko wyższej temperaturze plazma osiąga od 3 do 5% wyższą skuteczność świetlną, co ma pozytywny wpływ na strumień świetlny i sumuje się z efektem ograniczania przyciemniania bańki.

Statecznik elektroniczny powoduje szybszy zapłon lampy w stosunku do zasilania konwencjonalnego. W przypadku zasilania lampy podwójnie trzonkowanej przez statecznik POWERTRONIC® [1] wytwarza ona 90% maksymalnego strumienia świetlnego po około 40 sekundach. Taki sam poziom strumienia świetlnego w przypadku zasilania przez konwencjonalny układ zasilający jest osiągany po 65-70 sekundach. 50% szybszy zapłon lampy spowodowany jest przez większy prąd zapłonu, statecznik elektroniczny dostarcza zdecydowanie większą moc do lampy, co wpływa na szybszy jej zapłon.

Wymiary, waga i obsługa

Statecznik elektroniczny to połączenie trzech elementów: układu zapłonowego, dławika i elementu kompensującego moc bierną w jedną jednostkę. Połączenie trzech elementów w jeden zdecydowanie upraszcza instalację i zmniejsza ryzyko błędu podczas instalacji.

Dwulampowe układy zasilające POWERTRONIC [1] (np. 2 razy 35 W, 2 razy 70 W) zwiększają dwukrotnie zalety tych stateczników elektronicznych, można bowiem do nich podłączyć dwie oprawy oświetleniowe.

Elektroniczne układy zasilające są także lekkie. Ważą o około 50-60% mniej od konwencjonalnych układów zasilających, co daje duże możliwości projektantom oprawy oświetleniowej – małe wymiary oprawy, szeroki zakres materiałów i mniejsze elementy mocujące.

Możliwości zastosowania w sterowaniu oświetleniem zewnętrznym

Inteligentne elektroniczne urządzenia zasilające oferują całkowicie nowe możliwości sterowania oświetleniem, kontrolowania i monitorowania systemu oświetleniowego dzięki dwukierunkowemu transferowi danych. Możliwości takie, jak kontrola parametrów lampy, kontrola statecznika zintegrowanego w systemie sterowania oświetleniem, centralne lub lokalne sterowanie oświetleniem nie tylko do regulacji natężenia oświetlenia, zakres jest stale poszerzany o takie funkcje, jak optymalizacja utrzymania i prace naprawcze.