Трансформаторы для низковольтных галогенных ламп

На корпус трансформатора нанесено множество символов

Так как для работы низковольтных ламп требуется пониженное напряжение, то для их подключения к сети питания необходимо использовать трансформаторы. В последние годы почти исключительно используются защитные трансформаторы, которые могут быть электромагнитного или электронного типа. На электромагнитный трансформатор наносится символ защитного трансформатора. На электронные трансформаторы наносится только символ низкого безопасного напряжения. Он указывает, что данный трансформатор является изолирующим, и что к вторичной цепи можно безопасно прикасаться даже при работе без нагрузки.

Трансформаторы могут относиться к одному из двух классов защиты. Основание трансформатора класса защиты I всегда должно подключаться к защитному заземлению. В трансформаторах класса защиты II для предотвращения попадания опасных токов утечки на корпус используется двойная или усиленная изоляция. В них нет контактов для подключения защитного заземления. Трансформаторы класса защиты II испытываются с помощью подключения заданного испытательного напряжения между корпусом и находящимися под напряжением частями. Трансформаторы различаются также по их применению. Встраиваемые трансформаторы должны устанавливаться в корпусах оборудования, например, светильников, а не встраиваемые трансформаторы могут монтироваться отдельно. Их часто применяют при установке светильников в подвесных потолках или мебели.

Низкое безопасное напряжение

Низкое безопасное напряжение

Класс защиты II

Класс защиты II

Не встраиваемый преобразователь

Не встраиваемый преобразователь

На невстраиваемых электромагнитных трансформаторах ставится символ класса защиты II. Электронные трансформаторы, предназначенные для установки вне светильника без дополнительного защитного корпуса, маркируются символом невстраиваемого преобразователя. Выходящие из них провода не должны быть сильно натянуты. Трансформатор с символом ММ может крепиться к поверхностям с низкой или неизвестной огнестойкостью, например дереву или мебели. Такое устройство соответствует температуре <95°С при нормальной работе, и <115°С при работе в экстремальном режиме.

Преобразователь с тепловой защитой (температура поверхности корпуса <90°C)
Символ защитного трансформатора без устройства от короткого замыкания.

Символ защитного трансформатора без устройства от короткого замыкания.

Защитный трансформатор с ограниченной стойкостью к короткому замыканию.

Защитный трансформатор с ограниченной стойкостью к короткому замыканию.

Электронные трансформаторы, в которых используются специальные устройства тепловой защиты, маркируются знаком треугольной формы. Он является гарантией того, что температура на поверхности корпуса трансформатора никогда не превысит указанного в треугольнике значения. Для снижения уровня шума трансформаторы должны крепиться так, чтобы не возникала и не передавалась вибрация. При монтаже низковольтных осветительных установок нужно обращать внимание на два обстоятельства. Во-первых, трансформатор не должен находиться слишком близко от источника света (желательно >25 см), чтобы выделяемое лампой тепло не повышало температуру трансформатора. Во-вторых, длина проводов вторичной цепи должна быть как можно меньше ввиду сравнительно больших токов, протекающих в низковольтных установках. При увеличении длины проводов снижается напряжение и падает световой поток.

Электромагнитные трансформаторы

Форма и размеры электромагнитного трансформатора зависят от выходных параметров, допустимой температуры нагрева и желаемого поперечного сечения.

  • Чем выше мощность во вторичной цепи, тем больше размеры трансформатора.
  • Чем меньше поперечное сечение, тем длиннее трансформатор.

Если конструктор светильника хочет использовать небольшие и относительно дешевые
трансформаторы, то он должен обеспечить достаточный отвод тепла в светильнике, например, за счет использования пластин радиатора и жалюзи.

Благодаря низкому внутреннему импедансу, трансформаторы для галогенных ламп не защищены от короткого замыкания. На них должна ставиться специальная маркировка. Она обычно объединяется с символом защитного трансформатора.

При использовании трансформатора без защиты от короткого замыкания в первичной цепи должен устанавливаться предохранитель, защищающий от превышения допустимой силы тока. Параметры предохранителя должны быть указаны на трансформаторе. Необходимо также, чтобы номинальный ток трансформатора не превышал номинальный ток предохранителя, умноженный на 1,1. Должен быть обеспечен удобный доступ к установленному в первичной цепи предохранителю, чтобы легко заменить его в случае перегорания.

Трансформаторы, в которых установлены термостаты, предохранители, устройства защиты от перегрузки или другие ограничители называются трансформаторами с ограниченной стойкостью к короткому замыканию. Такие трансформаторы имеют специальную маркировку и не нуждаются в установке предохранителей в их первичных цепях. Все связанные с безопасностью параметры, такие, как пути тока утечки, воздушные промежутки и значения температуры тщательно проверяются при сертификации. Для встраиваемых трансформаторов проверяется температура обмоток. Для этой цели трансформатор устанавливается на окрашенную в черный цвет деревянную плиту, чтобы исключить отвод или рассеяние тепловой энергии. Все остальные параметры проверяются при установке в светильник. Класс устойчивости к нагреву зависит от используемых изоляционных материалов. Существует пять категорий устойчивости к нагреву, причем максимальная предельная температура для каждого случая измеряется при номинальной нагрузке и при напряжении, равном 1,06 от номинального.

  • Класс А: 100°С
  • Класс Е: 115°С
  • Класс В: 120° С
  • Класс F: 140°С
  • Класс Н: 165°С

Если, например, на табличке с параметрами трансформатора стоит маркировка tа 65В, то это означает, что трансформатор испытывался на температуру при работе в экстремальных условиях, равную 120° С-65 °С = 55 °С (температура при работе трансформатора в экстремальных условиях). Другими словами, трансформатор может использоваться только до температуры окружающего воздуха 65 °С, так как в противном случае будет превышен температурный предел для изоляционного материала, равный 120 °С.

Однако эти данные не очень важны для конструктора осветительного прибора, так как тепло рассеивается корпусом светильника из пластика или металла. Для определения максимальной допустимой температуры окружающего воздуха для светильника производится измерение температуры обмоток трансформатора и полученное значение сравнивается с предельным значением температуры для данного класса теплостойкости трансформаторов. Поэтому тип используемого трансформатора в основном определяется конструкцией.

Для невстраиваемых трансформаторов класса защиты II проводятся дополнительные испытания. Например, при напряжении, превышающем номинальное на 6%, температура самой горячей точки на поверхности не должна превышать 85°С. При коротком замыкании максимальная допустимая температура составляет 105°С.

Электронные трансформаторы

Электронные трансформаторы для низковольтных галогенных ламп действуют как блоки питания переключаемого режима. Их также называют преобразователями, так как в отличие от электромагнитных устройств они не только изменяют сетевое напряжение, но и преобразуют ток. Для этой цели напряжение сети сначала выпрямляется, а затем преобразуется в высокочастотное пульсирующее с частотой пульсаций от 25 до 50 кГц. После этого производится трансформация напряжения в более низкое, используемое для питания лампы.

Кроме возможности реализовать в электронных трансформаторах дополнительные функции, сам принцип действия преобразователей обеспечивает ряд существенных преимуществ:

  • Легкость и компактность
  • Высокий КПД (около 95%)
  • Защищенность от короткого замыкания
  • Низкий уровень шумов и стабильность работы в отсутствие нагрузки
  • Встроенная защита от превышения температуры и перегрузки
  • Мягкий режим запуска, который увеличивает срок службы лампы
  • Возможность внутренней и внешней регулировки светового потока лампы

Особо следует отметить большой допустимый диапазон частичной нагрузки. Например, можно питать лампу мощностью 20 Вт от трансформатора на 105 Вт, и это никак не скажется на продолжительности срока службы лампы.

Электронные трансформаторы должны соответствовать стандартам по безопасности, например, первичный и вторичный контур должны быть электрически развязаны. Диэлектрическая прочность изоляции обмоток проверяется путем подачи испытательного напряжения около 4 кВ.

При выборе электронного трансформатора необходимо убедиться, что он защищен от бросков сетевого напряжения, которые могут происходить при совместном подключении низковольтных галогенных ламп и люминесцентных ламп с индуктивными балластами. Это достигается за счет использования устройств ограничивающих напряжение. Они должны соответствовать требованиям к эксплуатации электронных трансформаторов.

Для надежной работы электронных трансформаторов должны соблюдаться также максимальные допустимые значения температуры. Обычно изготовитель задает конкретное расположение точки измерений на корпусе трансформатора. В этой точке называемой tc никогда не должно превышаться значение предельной температуры, так как это может привести к сокращению срока службы блока. Она определяется с помощью испытания трансформатора внутри стандартизованной камеры при нормальной работе и при заданной температуре окружающего воздуха (tа). Так как температура воздуха в светильнике и тепловыделение самого трансформатора в значительной степени определяются подключаемой нагрузкой, то пользователь должен проверить температуру корпуса трансформатора в точке tc в реальном осветительном приборе или установке.

Современные стандарты предусматривают ограничение поступающих в сеть высокочастотных колебаний. Ввиду наличия высокочастотных составляющих в токе лампы, со стороны подключения к сети питания в электронном трансформаторе должен быть установлен фильтр радиочастотных помех. Так как встроенный фильтр подавляет только напряжение помех самого блока, то во избежание излучения помех длина проводов выходного контура не должна превышать 2 метра.

Так как в электронных трансформаторах легко обеспечивается снижение выходного напряжения, то в них часто встраивают функцию регулировки яркости. Благодаря особенностям конструкции, создание электронных систем для низковольтных галогенных ламп проще, чем, например, для люминесцентных ламп. Так как постоянная времени нити накала велика, то световой поток остается практически постоянным даже при изменении тока с частотой сети питания. Более того, нет необходимости в использовании, например, дополнительных конденсаторов для сглаживания постоянного напряжения в промежуточном контуре, как это делается в электронных трансформаторах. Для работы электронного трансформатора используется напряжение сети питания. Напряжение сети выпрямляется, преобразуется в прямоугольные колебания с частотой от 20 до 50 кГц и затем преобразуется трансформатором с ферритовым сердечником в напряжение 12 В.