OliNo

In een van de vorige artikelen heb ik een vergelijk getroffen tussen de Trophies Led-TL bij direct aansluiten op het net en bij het gebruik ervan in een conventioneel armatuur (alleen de starter verwijderd). De conclusie was dat er (bijna) geen verschil te zien was in lichtopbrengst, efficiëntie, opgenomen vermogen, etc. Dat laat zien dat specifiek deze ledlamp goed toe te passen zou zijn in een conventionele TL-armatuur.
In dit artikel ga ik dieper in op de stromen door deze led-TL en de spanning die erover staat, om te zien of er niet te grote stromen en of spanningen onstaat waardoor deze led-TL op termijn toch eerder het loodje zal leggen. Ook doe ik een vergelijkende temperatuurmeting aan het voorschakelapparaat, tussen de situatie bij normaal gebruik (belasting is een gewone TL) en bij ons gebruik (belasting is led-TL), om zoe te zien of de andere component in het circuit niet teveel belast wordt of juist stromen voert die zoveel harmonischen voeren dat dit leidt tot excessieve opwarming van het voorschakelapparaat waardoor deze wel eens vroeg zou kunnen komen te overlijden.

Temperatuurmetingen

Belangrijk is de temperatuurmeting aan het voorschakelapparaat, wat in dit geval een gewone spoel is (ook wel de ballast genoemd). In dit hoofdstuk maak ik een vergelijk tussen de temperatuur gemeten aan de ballast bij gebruik met een gewone TL buis, en bij gebruik van de Trophies led-TL buis 120cm 4000-4500 K (starter dan wel uit het aramatuur gehaald).

De ballast zichtbaar in een opengemaakte TL armatuur

Ik heb een temperatuursensor geplaatst de zijkant van de ballast en de binnenkant wand van het TL armatuur. Hiermee zat de temperatuursensor er goed geklemd tegen de ballast, en kan zodoende goed de temperatuur meten ervan.

De ballast temperatuur afhankelijk van de belasting: eerst de gewone TL en daarna de led-TL

In de gegeven grafiek is eerst de temperatuur uitgezet zoals gemeten aan de ballast, wanneer de gewone 36 W TL in de armatuur is geplaatst. Duidelijk wordt dat de temperatuur van de ballast snel oploopt, en uiteindelijk zou het uitkomen op ongeveer 75 graden Celcius (is de asymptoot waar de temperatuur uiteindelijk op zou uitkomen). Ik ben iets eerder gestopt en hem toen de Trophies led-TL in de armatuur gestoken. Dit bleek meteen een afname in te houden van de ballast temperatuur, en zakte zelfs tot de omgevingstemperatuur (T_amb in het plaatje)! Hetgeen betekent dat er bijna geen vermogen gedissipeerd wordt in de ballast, wat zeer gunstig is!

De conclusie van de temperatuurmeting aan de ballast is dat bij deze Trophies led-TL als belasting, er bijna geen vermogen in de ballast zelf wordt verstookt en hierdoor de ballast ook niet (of nauwelijks) opwarmt. Dit komt de levensduur van de ballast ten goede en het is onwaarschijnlijk dat de ballast slijt oftewel zal uitvallen als gevolg van de belasting die het ziet.

Stroom- en spanningsmeting

Rest ons nog de meting van de stroom- en spanningsvorm wanneer we de Trophies led-TL buis in de armatuur steken. We willen niet dat er een spanning over de led-TL buis komt te staan die veel groter is dan de spanning die erover zou komen te staan bij direct aansluiten van de led-TL buis op het lichtnet; het zou kunnen betekenen dat het led-TL elektronisch circuit meer belast wordt en zodoende een lagere levensduur zou hebben.
Ook minder spanning is niet gewenst, want dan zou de lichtopbrengst kleiner zijn. Dit laatste kunnen we wel uitsluiten, omdat de meting op lichtopbrengst van deze led-TL in een gewone TL armatuur al heeft aangetoond dat dit geen verschil gaf.

Het meetschema voor de gewone TL

Meetschema aan de TL en de spoel in een TL-armatuur
Ik heb een shuntweerstand van 1.65 Ohm geplaatst tussen de spoel L en de TL-buis. Ik leg het nulpunt van de spanningsmetingen juist tussen de shuntweerstand en de TL-buis, omdat ik verwacht dat V_L > V_TL. Dit betekent dat wanneer ik de V_L meet, ik daarbij ook tegelijkertijd de V_I meet. Omdat V_L >> V_I kan ik de fout verwaarlozen.

De meetresultaten voor de TL buis in het armatuur

De spanning over en de stroom door de TL-buis

Je ziet een bijna blokvormige spanning over de TL-buis staan (gele curve), van ongeveer 100 V (200 V top-top). Aan het begin van iedere blok is er een piekspanning, wellicht nodig om de atomen in de buis te ioniseren zodat de geleiding van stroom kan beginnen. Als dat is gebeurd, dan is er alleen nog een spanning nodig om de stroom te doen laten vloeien. Ik heb nog gevarieerd met de netspanning, en dan blijkt dat de U_TL niet varieert en de stroom I wel; de spanning U_TL is dus onafhankelijk van de stroom door de buis.
Ik heb wel nog eens gemeten aan een 60 cm buis (ipv deze 120 cm lange TL buis) en dan blijkt U_TL zo rond de 30 V te liggen, waarbij onafhankelijk van de stroom door de buis heen. U_TL is dus in ieder geval afhankelijk van de lengte van de buis.
De stroom is driehoekvormig (groene curve), met een top waarde van 1.1 V wat bij een weerstand van 1.65 Ohm neerkomt op 667 mA. Als check heb ik de de I_rms berekening gemaakt uit de ruwe data, die laat zien dat I_rms = sqrt(average(I²)) = 430 mA, wat in de buurt ligt van de 408 gemeten met de powermeter (zie ook de tabel).

Het vermogen opgenomen door de buis is nu uit te rekenen met de meetgegevens. Zie voor uitleg hiervoor de berekening van P_avg in dit artikel. De uitkomst is dat het opgenomen vermogen van de TL-buis overeenkomt met 35 W (ruwe data). De meetfout van de scope op de stroom was 6 %, en daarvoor is gecorrigeerd. De meetfout van de scope op de spanning is onbekend, en deze kan ook in de orde van 6 % liggen.

De spanning over de spoel en de TL buis

De spanning over de spoel (gele curve) is het verschil tussen de netspanning en de TL-buis spanning (groene curve). Resulterend dus ook een rare spanningsvorm over de spoel.

Ook hierbij is het opgenomen vermogen te berekenen met de ruwe meetdata, en dat komt neer op ongeveer 12 W voor de spoel. Het is deze 12 W wat zorgt voor de behoorlijke opwarming van de spoel. Deze 12 W is ook een direct verlies van vermogen; het wordt omgezet in warmte.

Het meetschema voor de led-TL

Meetschema aan de led-TL en de spoel in een TL-armatuur
Ik heb een shuntweerstand van 1.65 Ohm geplaatst tussen de spoel L en de TL-buis. Ik leg het nulpunt van de spanningsmetingen juist tussen de shuntweerstand en de spoel, omdat ik verwacht dat V_ledTL > V_L (vanwege een lagere stroom die loopt dan in het geval van de gewone TL). Dit betekent dat wanneer ik de V_ledTL meet, ik daarbij ook tegelijkertijd de V_I meet. Omdat V_ledTL >> V_I kan ik de fout verwaarlozen.

De meetresultaten voor de led-TL buis in het armatuur

De spanning over en de stroom door de led-TL buis

Je ziet nu een hele rare spanningsvorm over de led-TL buis (gele curve). Je ziet ook een hele rare stroomvorm (groene curve). Ik redeneer als volgt. De led-TL buis heeft een stuk voorschakelelektronica dat de netspanning converteert in een gelijkstroom voor de leds aan te sturen. Hierbij is het normaal zo dat de afgenomen stroom van de netkant zeker niet mooi sinusvormig is maar eerder een piekpatroon vertoont. Zie bijvoorbeeld ook de stroom die door een geschakelde computervoeding loopt. In dit geval van de armatuur, is er nog een spoel in serie met de voorschakelelektronical van de led-TL. Een spoel verzet zich tegen stroomveranderingen waarbij er soms rare spanningen over de spoel kunnen resulteren. Aangezien de netspanning (een mooie sinus) de som is van de spoelspanning V_L en de led-Tl spanning V_ledTL en wanneer de spoelspanning al rare vormen vertoont, dan zal de V_ledTL ook dientengevolge er raar uitzien.
Het gaat er mij om te berekenen wat de effectieve spanning is die over de ledTL staat, en daarvoor reken ik de V_ledTL_rms uit. Deze komt uiteindelijk neer op 245 V (link naar ruwe data).

Deze waarde van 245 V is hoger dan de 230 V die normaliter van het net komt. Het gebruik van deze Trophies led-TL 4000-4500 K met gebruikte voorschakelapparaat in de gewone TL-armatuur resulteert dus in een iets hogere voedingsspanning voor de led-TL.
Ik verwacht dat dit de levensduur nadelig zal beïnvloeden maar veel zal het waarschijnlijk niet zijn. Voor de leds afzonderlijk niet omdat de lichtopbrengst van de led-TL niet meetbaar is veranderd (zie dit eerder artikel). Voor de voedingsunit verwacht ik dat de gebruikte elektrische componenten die de netspanning transformeren naar een constante stroom voor de leds, sterk genoeg zijn om een 5 % hogere spanning ook aan te kunnen (ik verwacht dat op de componenten genoeg derating is toegepast).

De spanning over, stroom en vermogen door de spoel L met de led-TL buis als belasting

De spoelspanning U_L is echt een hele rare spoelspanning geworden. Dit vermenigvuldigd met de op een driehoek lijkende stroom levert een klein wisselend vermogen op, wat op een gemiddelde waarde uitkomt van 0.5 W. Dit verklaart waarom de ballast ook niet warm wordt (link naar ruwe meetdata).

Je vraagt je af of nog wel geldt dat V_net = V_L + V_TL. Dat heb ik geverifieerd en dat blijkt ook te kloppen.

U_net = U_L + U_TL, bij ledTL als belasting

Conclusie

Het plaatsen van deze Trophies led-TL (met zijn specifieke elektronische voedingsunit intern) in een gewone armatuur heeft als gevolg dat er een driehoek achtige stroom gaat lopen en dat er rare spanningsvormen komen te staan over de led-TL zelf en nog raarder over de spoel. Dit zal komen als gevolg van de wisselwerking tussen de niet lineaire stroomvraag van deze specifieke Trophies led-TL buis en de tegenwerking van de spoel tegen stroomveranderingen.
De rare spanningsvorm over de led-TL buis is om te rekenen naar een V_rms die neerkomt op 245 V, wat dus effectief meer is dan in de normale situatie dat deze led-TL direct aan het lichtnet wordt aangesloten (230 V in dat geval). Ik verwacht niet dat dit een merkbare nadelige invloed heeft op de levensduur van de elektronica noch van de leds die op normale sterkte bleven branden.
Het vermogen van de ballast reduceert uiteindelijk tot een heel lage waarde; in dit geval 0.5 W.

Al met al is dus de Trophies led-TL 4000-4500 K een led-TL die in een gewone TL armatuur gestoken kan worden. Het ziet er niet naar uit dat dit zal leiden tot een merkbare verkorting van de levensduur. Bepalend en belangrijk is het precieze schema van de voedingsunit in deze led-TL, waardoor deze resultaten niet zomaar gebruikt kunnen worden voor andere led-TLs.