형광등의 배선 원리 및 문제 해결 방법

조명 시스템 · 선박용 이중 코일 안정기 · 고장 진단

1. 형광등의 작동 원리

형광등은 일광등이라고도 불리며, 그 배선 원리도는 그림 18-1과 같다. 형광등은 주로 안정기, 콘덴서, 램프관, 점등기 등으로 구성된다. 관 내부에는 수은 증기와 소량의 아르곤(불활성 기체)이 들어 있으며, 관 벽면에는 형광 물질이 코팅되어 있다. 전원이 연결되면 전압이 안정기를 거쳐 필라멘트를 통해 점화기 양단에 가해지며, 전원 전압으로 인해 점화기 내부의 불활성 가스가 이온화되어 형광 방전이 발생한다. 이에 따라 이중 금속 U자형 전극이 가열로 인해 팽창하여 접촉하게 되고, 회로가 통전되면서 필라멘트가 가열되어 다량의 전자를 방출한다. 이때, 점화기 전극이 닫히면 전압이 0이 되고, 형광 방전이 사라지며, 온도가 낮아짐에 따라(2~3초) 바이메탈 U자형 전극이 원래 위치로 돌아가 회로를 차단합니다. 회로가 끊어지는 순간 전류가 중단되고, 안정기(인덕터)에서 큰 자기 유도 전압이 발생하여 형광등이 발광합니다. 형광등이 정상적으로 발광한 후, 교류 전원이 안정기를 반복적으로 통과하면, 안정기에서 발생하는 자기 유도 전압이 전류 변화를 억제하여 전압 강하 및 전류 제한 역할을 합니다. 이때 전압은 점화기의 글로우 방전 전압보다 낮아지므로 점화기는 작동하지 않습니다. 기술의 발전에 따라 전자식 안정기(점화 기능 겸용)를 채택한 신형 형광등이 등장했는데, 이는 가볍고 소형이며 반응 속도가 빠릅니다.

형광등 기본 배선 회로도 및 인덕터식 안정기의 작동 원리 그림 18-1 형광등 배선 원리도 (AC 220V)

2. 형광등의 제어 회로

형광등은 일반적으로 그림 18-2와 같이 단일 코일 안정기 배선 방식을 채택하지만, 선박용 형광등은 그림 18-3과 같이 이중 코일 안정기 배선 방식을 채택하여 시동 성능을 개선하고 램프의 수명을 연장할 수 있다.

일반 싱글 코일 배선

형광등 기본 배선 회로도 및 인덕터식 안정기의 작동 원리 그림 18-2 단일 코일 안정기 형광등 배선 원리도
S— 점등기; SA— 스위치; Z— 단일 코일 안정기

선박용 이중 코일 배선

선박 전용 이중 코일 안정기 형광등 배선 회로 그림 18-3 이중 코일 안정기 형광등 배선 원리도
S— 점등기; SA— 스위치; Z— 이중 코일 안정기

그림 18-3에서, 주 코일 1, 2는 권선 수가 많고 저항이 크며, 보조 코일 3, 4는 권선 수가 적고 저항이 작지만, 주 코일과 보조 코일의 자속 방향은 반대입니다. 주 코일이 시동될 때 부 코일과 직렬로 연결되어, 부 코일의 자속이 주 자속의 일부를 상쇄함으로써 임피던스를 낮추고, 시동 전류를 크게 하여 필라멘트를 더 빨리 가열합니다. 동시에, 시동기가 차단되면 유도 전압이 높아져 형광등 점등에 유리합니다. 정상적으로 점등된 후에는 보조 코일 3, 4가 차단되어 에너지 절약과 역률 향상의 역할을 합니다.

“깜빡임” 현상을 제거하는 기술의 적용

교류 전류는 주기적으로 변화하기 때문에 형광등에는 주기적인 밝고 어두운 현상, 즉 이른바 “깜빡임” 현상이 발생합니다. 특히 회전하는 물체를 비출 때, 회전체의 회전 주파수가 형광등의 밝고 어두운 주파수의 정수배일 경우, 회전하는 물체가 마치 회전하지 않는 것처럼 보이는 착시 현상이 발생합니다. 이러한 “깜빡임” 현상으로 인한 오작동 위험을 제거하기 위해, 선박의 일부 구역에서는 그림 18-4와 같이 이중 제어 형광등 배선 방식을 채택하고 있다.

이중 제어 형광등 위상 변이 콘덴서 깜빡임 제거 배선도 그림 18-4 이중 코일 안정기를 사용한 이중 제어 형광등 배선 원리도
S— 점등기; SA— 스위치; Z— 이중 코일 안정기; C— 이중 코일 위상 변이 콘덴서

그림 18-4의 C는 위상 이동 콘덴서이다. 위상 이동 콘덴서의 위상 이동 작용을 이용하여 단상 전원에 연결된 형광등 중 하나의 위상을 어긋나게 하면, 두 개의 등불이 밝아지고 어두워지는 시기가 서로 달라져 “깜빡임”을 기본적으로 제거할 수 있다. 3상 전원의 경우, 두 개의 형광등을 서로 다른 상선에 연결함으로써 “깜빡임”을 없앨 수 있다.

3. 형광등의 배선

형광등 배선 참조도(그림 18-5 참조)에 따라 연결선을 사용하여 스위치, 안정기, 램프, 점등기를 순서대로 연결한 후 전원을 공급하여 테스트를 실시하고, 형광등이 정상적으로 작동하는지 확인한다.

4767c25cc36999f7fed415fbde84c0b8 그림 18-5 형광등 배선 참고도

4. 형광등의 일반적인 고장 원인과 해결 방법

1. 전등이 켜지지 않는다

(1) 램프 소켓 접점의 접촉 불량 또는 전선 단자의 느슨함: 램프를 다시 설치하거나 느슨해진 전선 단자를 다시 연결하십시오.
(2) 점광기 고장 또는 접촉 불량: 먼저 점광기를 돌려서 불이 켜지는지 확인한 다음, 전선 단자가 빠진 것은 없는지 점검하십시오. 이 문제를 해결한 후에도 불이 켜지지 않으면 점광기를 교체해야 합니다.
(3) 안정기 권선 또는 필라멘트 단선: 권선과 필라멘트의 통전 여부를 측정합니다.