Какой Газ в Люминесцентных Лампах • Историческая справка

Лампа люминесцентная выступает газоразрядным источником света, в котором видимая яркость в основном создается с помощью люминофора, приводящегося в действие ультрафиолетовым излучением разряда. Световая отдача от изделия в несколько раз больше, чем у простых ламп накаливанияпри аналогичных показателях мощности.

Кроме этого, лампа люминесцентная имеет более длительный срок службы, который может превышать период действия обычного прибора в двадцать раз. Это возможно при качественном электропитании, соблюдении ограничений по количеству включений и выключений прибора.

Люминесцентные лампыкупить можно практически в любом магазине, реализующем осветительные устройства. Наибольшее распространение получили ртутные газоразрядные приборы низкого и высокого давления.Последний вид в основном применяют для обустройства уличного освещения, а также в осветительных установках большой мощности. Приборы низкого давления обычно используют в производственных и жилых помещениях.

Лампа люминесцентнаяшироко применяется для создания освещения в общественных зданиях:школах, больницах, офисах и др. С появлением компактных устройств, имеющих электронный балласт, который позволяет вставлять лампы в обычные патроны, люминесцентные изделия становятся популярными и в быту.

Востребованность приборов обусловлена их характеристиками. Они в первую очередь обладают высокой светоотдачей (лампа люминесцентная в 20 Вт светит как обычная 100 ваттная), длительным сроком работы (порядка от 2000 до 20 тысяч часов против 1000 у обычной лампы накаливания), а также рассеянным светом и большим разнообразием оттенков.

Приборы целесообразнее использовать для создания общего освещения в помещениях, имеющих большую площадь. Эффективнее всего применять изделия вместе с системами Дали, которые позволяют повысить условия освещения, при этом потребление энергии снижается более чем наполовину, а срок действия устройств увеличивается.

Люминесцентная лампа также широко применяется на рабочих местах, в световой рекламе,для улучшения вида фасадов зданий и т.

д. Устройства находят свое место в подсветке экранов жидкокристаллических мониторов и телевизоров. Разновидностью изделий выступают плазменные панели.

Люминесцентные приборы имеют характерные особенности, связанные с принципом работы.

При включении лампы между двумя находящимися в разных концах устройства электродами пробегает дуговой низкотемпературный электрический разряд. Лампа заполнена инертным газом и ртутными парами, что позволяет вызывать УФ излучение, которое не видно человеку. В свет его преобразуют с помощью эффекта люминесценции.

Для более стабильной работы устройств применяют специальные пускорегулирующие электронные аппараты (ЭПРА) для люминесцентных ламп. Они обеспечивают надежное функционирование светильников, исключая гудение и мигание, при этом электропотребление уменьшается на четверть.

Люминесценция — излучение, которое не требует нагрева тел и может возникать в газообразных, жидких и твердых телах под действием, например, ударов электронов, движущихся со скоростями, достаточными для возбуждения.

Люминофоры — твердые или жидкие вещества, способные излучать свет под действием различного рода возбудителей.

В люминесцентных и ряде других типов газоразрядных ламп используют фотолюминесценцию — оптическое излучение, возникающее в результате поглощения телами оптического излучения, но с другой длиной волны.

Электрические лампы, в которых электроэнергия превращается в световую непосредственно, независимо от теплового состояния вещества, за счет люминесценции, называются люминесцентными.

В зависимости от давления газа в лампе бывают люминесцентные лампы низкого давления (ЛНД) и высокого давления.

Люминесцентные лампы — это газоразрядные лампы низкого давления, в которых возникающее в результате газового разряда невидимое для человеческого глаза ультрафиолетовое излучение преобразуется люминофорным покрытием в видимый свет (принцип работы люминесцентной лампы).

Устройство люминесцентных ламп.

Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную герметически закрытую трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора. Из трубки удален воздух и в нее введены небольшое количество газа (аргона) и дозированная капля ртути.

Внутри трубки на ее концах, в стеклянных ножках, укреплены биспиральные электроды из вольфрама, соединенные с двухштырьковыми цоколями, служащими для присоединения лампы к электрической сети посредством специальных патронов. При подаче электрического токак лампе между электродами возникает электрический разряд в парах ртути, в результате электролюминесценции паров лампа излучает свет.

И если раньше люминесцентные лампы выглядели в основном как длинные белые трубочки различной длины, то теперь повсеместно встречаются люминесцентные лампы с обычными цоколями для использования в стандартных светильниках и люстрах. Это так называемые энергосберегающие лампы, приобретающие все более широкое использование наряду с галогенными лампамии светодиодными светильниками.

Свет в прихожей

Прихожая это первая комната любого дома, здесь мы встречаем гостей. Однако именно в прихожей, как правило, полностью отсутствует солнечный свет. Чтобы первое впечатление гостей от квартиры не оказалось слишком мрачным, прихожую необходимо снабдить яркими и качественными светильниками. Их свет должен быть достаточно интенсивным, но в то же время мягким и дружелюбным. Это всегда поднимает настроение, делает людей более открытыми и общительными.

Освещение в прихожей

Поэтому для общего освещения прихожей как нельзя лучше подойдут именно люминесцентные лампы. Их можно использовать в настенных бра (компактные люминесцентные лампы) и в качестве полосковых (ленточных) светильников, собранных на карнизах под потолком по всему периметру. Их свет будет «растекаться» по поверхности потолка, приподнимет его и сделает потолок как бы парящим.

Свет бра должен иметь наилучшую цветопередачу и теплый оттенок (например, 930). А для полосковых светильников больше подойдут трубчатые люминесцентные лампы холодного свечения (860).

Достоинства и преимущества люминесцентных ламп.

Основным преимуществом люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания являются:

более высокий коэффициент полезного действия (15 – 20%);высокая световая отдача и в несколько раз больший срок службы ламп(при затрате той же мощности достигается значительно большая освещенность по сравнению с лампами накаливания);правильный выбор ламп по цветности может создать освещение, близкое к естественному;благоприятные спектры излучения, обеспечивающие высокое качество цветопередачи;люминесцентные лампы значительно менее чувствительны к повышениям напряжения, поэтому их экономично применять на лестничных клетках и в помещениях, освещаемых ночью, когда в сети напряжение повышено (очень чувствительные к повышениям напряжения лампы накаливания быстро перегорают);малая себестоимость;низкая яркость поверхности и ее низкая температура (до 50 °С).

Основные параметры ламп

Люминесцентные лампы характеризуются следующими основными параметрами.

Световые параметры: 1) цвет и спектральный состав излучения; 2) световой поток; 3) яркость; 4) пульсация светового потока.

Электрические параметры: 1) мощность; 2) рабочее напряжение; 3) род питающего тока; 4) тип разряда и используемая область свечения.

Эксплуатационные параметры: 1) световая отдача; 2) срок службы; 3) зависимость световых и электрических параметров от напряжения питания и условий внешней среды; 4) размеры и форма ламп.

Основным признаком, выделяющим из всего многообразия люминесцентных ламп лампы массового применения для целей освещения, является их напряжение горения, связанное с видом используемого разряда. По этому признаку лампы делят на три основных типа.

1. Люминесцентные лампы дугового разряда с напряжением горения до 220 В. Эти лампы получили наибольшее распространение в нашей стране и европейских странах. Такие лампы имеют оксидный самокалящийся катод и зажигаются при его предварительном нагреве, что обуславливает основные особенности их конструкции.

2. Люминесцентные лампы дугового разряда с напряжение горения до 750 В. Такие лампы (типа Slim line) получили распространение в США, они работают без предварительного нагрева катодов, имеют мощность более 60 Вт.

3. Люминесцентные лампы тлеющего разряда с холодными катодами. Этот тип ламп используется для рекламного и сигнального освещения. Они работают при малых токах (от 20 до 200 мА) в установках высокого напряжения (до нескольких киловольт). Ввиду малого диаметра применяемых трубок им легко придается любая форма.

В особую группу выделяют высокоинтенсивные лампы повышенной мощности, имеющие размеры ламп первой группы. В таких лампах оказалось необходимым применять специальные способы поддержания давления насыщенных паров ртути.

Рассмотрим основные параметры люминесцентных ламп первой группы. Из перечисленных выше параметров, характеризующих люминесцентные лампы, нами уже рассмотрены цвет и спектральный состав излучения, световой поток, мощность, тип разряда и используемая область свечения. Значения других параметров люминесцентных ламп приведены в таблице 1. Средний срок службы ламп всех типов мощностью от 15 до 80 Вт в настоящее время превышает 12000 часов при минимальной продолжительности горения каждой лампы 4800 – 6000 часов. За время среднего срока службы стандартом допускается спад светового потока не более 40% начального, а за время, равное 70% среднего срока службы, – не более 30%.

Таблица 1

Характеристики люминесцентных ламп общего назначения по ГОСТ 6825-74

Яркость люминесцентных ламп различной цветности и мощности составляет от 4 × 10³ до 8 × 10³ кд/м². Яркость лампы связана с ее световым потоком Фл и геометрическим размерами соотношением

где L0 – средняя по диаметру яркость средней части лампы в направлении, перпендикулярном оси, кд/м2; Фл – световой поток, лм; k – коэффициент, учитывающий спад яркости к концам трубки, k = 0,92 для всех ламп, за исключением ламп мощностью 15 Вт, у которых k = 0,87; d – внутренний диаметр трубки, м; lсв – длина светящейся части трубки, м.

Неравномерность яркости по диаметру трубки связана с изменением коэффициента отражения стекла, который увеличивается с ростом угла падения. Необходимо отметить, что все указанные электрические и световые параметры люминесцентных ламп определены при включении лампы с образцовым измерительным дросселем (ДОИ) на номинальное стабилизированное напряжение.

Сила света люминесцентных ламп Iv в направлении, перпендикулярном их оси, связана со световым потоком соотношением

Iv = 0,108 × Фл .

Пространственное распределение силы света люминесцентных ламп в продольной плоскости близко к диффузному.

При включении люминесцентных ламп в сеть переменного тока в каждый полупериод происходит погасание и перезажигание разряда в лампе, что приводит к пульсации светового потока. Благодаря послесвечению люминофора пульсации светового потока лампы ослаблена по сравнению с пульсацией разряда. Снижение стробоскопического эффекта, создаваемого пульсирующим световым потоком люминесцентных ламп, осуществляется благодаря соответствующему присоединению к сети питания групп одновременно включаемых люминесцентных ламп, к примеру, на две или три разноименные фазы питающей сети.

Электрические и световые параметры люминесцентных ламп определяются параметрами схемы включения и напряжением сети. При изменении напряжения сети электрические параметры ламп и те из световых и эксплуатационных параметров, которые непосредственно связаны с электрическими, также изменяются. При любых схемах включения параметры люминесцентных ламп значительно меньше зависят от напряжения питания, чем параметры ламп накаливания.

Зависимость параметров люминесцентных ламп от давления насыщенных паров ртути определяет их чувствительность к изменению температуры окружающей среды и условиям охлаждения. На рисунке 10 показана зависимость светового потока от температуры окружающего воздуха. Как известно, воздух в зависимости от скорости его движения существенно изменяет свое охлаждающее действие. Поэтому зависимость световой отдачи ламп, как это видно из рисунка 10, определяется не только температурой, но и скоростью движения воздуха.

Недостатки люминесцентных ламп

Основным недостатками люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания являются:

сложность схемы включения;ограниченная единичная мощность (до 150 Вт);зависимость от температуры окружающей среды (при снижении температуры лампы могут гаснуть или не зажигаться);значительное снижение светового потока к концу срока службы;вредные для зрения пульсации светового потока;акустические помехи и повышенная шумность работы;при снижении напряжения в сети более чем на 10% от номинального значения лампа не зажигается;дополнительные потери энергии в пускорегулирующей аппаратуре, достигающие 25 – 35% мощности ламп;наличие радиопомех;лампы содержат вредные для здоровья вещества, поэтому вышедшие из строя газоразрядные лампы требуют тщательной утилизации.

Технические характеристики

Энергоэффективность различных ламп
К основным техническим характеристикам относятся:

• Цветопередача. Это одна из главных характеристик источника света. Определяется составом люминофора. Люминесцентные приборы имеют широкую цветовую гамму благодаря множеству различных составов. Самые распространенные для домашнего использования – устройства с цветовой температурой 2700 К, дающие теплый естественный оттенок. В рекламной и архитектурной подсветке используются приборы разных цветов – розовые, голубые.
• Цоколь. Можно выделить 2 формы цоколя в зависимости от конструкции – штырьковые и патронные. Штырьковые цоколи используются в светильниках, в которые устанавливается U образная колба. Патронные цоколи имеют классический внешний вид с резьбой разного диаметра. Применяются в домашних светильниках.
• Напряжение. Рабочее питание – 220 В, реже используется последовательное подключение дух ламп, работающее на 127 В.
• Мощность. Самые распространенные – лампы на 18 В. Есть более мощные источники для прожекторов, достигающие 80 Вт.
• Срок службы. Может достигать 40000 часов.
• КПД выше 20%.
• Физические размеры. Например, лампы Армстронг имеют стандартные размеры под ячейку 600х600 мм.
• Степень защиты от пыли и влаги. Определяет возможность безопасной работы при определенных климатических условиях.
• Материал изготовления. Пластик, металл и другие.

При выборе лампы нужно учитывать технические характеристики, а также параметры светильника, в который источник света будет установлен.

Принцип действия люминесцентных ламп.

Принцип действия люминесцентной лампы низкого давления основан на дуговом разряде в парах ртути низкого давления. Получающееся при этом ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимое в слое люминофора, покрывающего внутренние стенки лампы. Лампы представляют собой длинные стеклянные трубки, в торцы которых впаяны ножки, несущие по два электрода, между которыми находится катод в виде спирали.

В трубку лампы введены пары ртути и инертный газ, главным образом аргон. Назначением инертных газов является обеспечение надежного загорания лампы и уменьшение распыления катодов. На внутреннюю поверхность трубки нанесен слой люминофора.

Если к электродам, вставленным в концы стеклянной трубки, которая заполнена разряженным инертным газом или парами металла, приложить напряжение из расчета не менее 500 – 2000в на 1 м длины трубки, то свободные электроны в полости трубки начинают лететь в сторону электрода с положительным зарядом. Когда к электродам приложено переменное напряжение, направление движения электронов изменяется с частотой приложенного напряжения.

В своем движении электроны встречаются с нейтральными атомами газа, заполнителя полости трубки, и ионизируют их, выбивая электроны с верхней орбиты в пространство. Возбужденные таким образом атомы, вновь сталкиваясь с электронами, снова превращаются в нейтральные атомы. Это обратное превращение сопровождается излучением кванта световой энергии.

Основные свойства ртутного разряда низкого давления

Основная часть мощности излучения ртутного разряда низкого давления, используемого в люминесцентной лампе, сосредоточена в резонансных линиях ртути с длинами волн 253,65 и 184,95 нм. Это излучение возникает в столбе разряда при давлении паров ртути 1 Па и плотности тока около 10 А/мм². Давление насыщенных паров ртути определяется, как известно, температурой наиболее холодной части колбы лампы, содержащей ртуть в жидкой фазе.

Излучение резонансных линий зависит от давления паров ртути, рода и давления используемого в лампах инертного газа. Такая зависимость для чистой ртути и ртути с аргоном приведена на рисунке 2. Увеличение потока излучения в лампах, наполненных парами ртути (кривая 2 на рисунке 2) при давлениях до 5 Па, практически пропорционально давлению ртути, при больших давлениях наступает насыщение. Последнее связано с тем, что при увеличении давления возрастает концентрация атомов ртути, приводящая к росту числа соударений атомов ртути с электронами, увеличению числа возбужденных атомов и как следствие к росту числа испускаемых фотонов.

Введение добавки инертного газа (кривая 1 на рисунке 2) увеличивает выход резонансного излучения атомов ртути, так как наличие инертного газа даже в небольших концентрациях приводит к возрастанию давления в лампе. В ртутном разряде имеется также значительная концентрация нестабильных атомов, которые обычно оседают на стенках трубки, повышая ее температуру. При увеличении давления в лампе, наполненной инертным газом, вероятность достижения метастабильными атомами стенок без соударения с другими атомами газа или электронами резко снижается. В результате большая часть атомов ртути переходит в возбужденное состояние с последующим излучением энергии, что увеличивает световую отдачу.

На рисунке 3 показана зависимость выхода резонансного излучения для линии ртути 253,65 нм от плотности тока J. Так как основным источником резонансного излучения является столб разряда, занимающий лишь часть пространства между электродами, то очевидно, что световая отдача резонансного излучения будет зависеть от длины лампы, с увеличением которой влияние катодной области, не участвующей в создании резонансного излучения, будет уменьшаться. На рисунке 4 приведена зависимость световой отдачи люминесцентной лампы от ее длины l.

Падение напряжения на лампе убывает с ростом плотности тока. Это означает, что градиент потенциала на единице длины столба разряда также уменьшается с ростом плотности тока. Значение падения напряжения на единице длины столба в зависимости от тока необходимо для расчетов, связанных с определением параметров лампы. На рисунке 5 дана зависимость градиента потенциала E на единицу длины столба от тока для ламп различного диаметра, а на рисунке 6 – зависимость падения напряжения в катодной области разряда Uк от давления и рода наполняющего газа. У люминесцентной лампы с самокалящимися оксидными катодами катодное падение напряжения, полученное путем экстраполяции зависимости напряжения на лампе от длины столба разряда составляет от 12 до 20 В. Поэтому для большинства типов люминесцентных ламп считают, что на катодное падение напряжения приходится 10 – 15 В, а на анодное 3 – 6 В.

В современных люминесцентных лампах применяют, как правило, оксидные катоды, работающие в режиме самоподогрева с катодным пятном и повышенной термоэлектронной эмиссией со всей поверхности. Конструкции оксидных катодов показаны на рисунке 7.

Рисунок 7. Конструкции катодов люминесцентных ламп: а – холодный катод тлеющего разряда; б – самокалящийся оксидный катод; 1 – катод; 2 – анод; 3 – электроды

Количество активирующего вещества, содержащегося в оксидном слое, определяет фактический срок службы ламп, так как именно это вещество расходуется в процессе горения.

Концы вольфрамовой проволоки, составляющей основу самокалящегося оксидного катода, выводятся наружу лампы, что позволяет пропускать через него ток как для обработки и активирования катода, так и для его предварительного прогрева в целях снижения напряжения зажигания в условиях эксплуатации. В процессе образования оксидного слоя на поверхности раздела вольфрамовой проволоки и оксидной пасты возникает промежуточный слой благодаря диффузии ионов щелочноземельных металлов внутрь поверхностного слоя вольфрама. Это способствует переходу электронов из вольфрама в оксид. Их выход в газоразрядный промежуток обеспечивается за счет малой работы выхода нагретого бария. После образования дугового разряда выход электронов концентрируется на катодном пятне, расположенном у новой лампы вблизи того конца электрода, который непосредственно присоединен к источнику питания. По мере обеднения барием, испаряющимся внутрь лампы, катодное пятно перемещается по спирали электрода к противоположному концу, что приводит к постепенному незначительному повышению напряжения на лампе. В конце срока службы лампы, когда барий израсходован вдоль всего оксидного катода, значительно повышается напряжение зажигания лампы; лампа включаемая с обычной пускорегулирующей аппаратурой, перестает зажигаться.

В настоящее время отсутствует полный метод расчета катодов. Поэтому их разработка осуществляется на основе опытных данных и представляет собой один из наиболее трудоемких процессов создания люминесцентных лап.

Оптимальный выход резонансного излучения зависит от давления насыщающихся паров ртути, которое определяется температурой наиболее холодной части колбы. Температура концов колбы, в которых расположены катоды, довольно высокая, так как температура термоэлектронной эмиссии оксидного катода превышает 1200 К. Таким образом, при отсутствии каких-либо специальных устройств в обычных люминесцентных лампах наиболее холодной будет область столба разряда в середине колбы. Зависимость температуры колбы tк от мощности P1ст, выделяющейся в столбе разряда, приходящейся на единицу внешней поверхности и зависящей от внешнего диаметра трубки колбы, может быть получена из соотношения

P1ст = π × d2 × c × (tк – tв),

где c – коэффициент, слабо зависящий от диаметра трубки d2; tв – температура окружающей среды (воздуха).

Ввиду того что на поточных линиях производства трудно измерять диаметр трубок, для изготовления ламп разной мощности выбран определенный ряд диаметров – 16, 25, 38 и 54 мм. Зависимость температуры внешней поверхности трубки ламп от тока и диаметра приведена на рисунке 8. Из рисунка видно, что с ростом тока, то есть мощности ламп для получения практически приемлемой длины и обеспечения температуры стенки, необходимо увеличивать диаметр трубки колбы. Лампы одинаковой мощности можно, в принципе создать в колбах различного диаметра, но при этом они будут иметь разную длину. Для унификации ламп и возможности их применения в различных светильниках длины люминесцентных ламп стандартизированы и составляют 440, 544, 900, 1505 и 1200 мм.

Цвета люминесцентных ламп.

Каждому инертному газу и парам металла соответствует свой спектральный состав излучаемого света:

трубки с гелием светятся светло-желтым или бледно-розовым светом;трубки с неоном — красным светом;трубки с аргоном — голубым светом.

Смешивая инертные газы или нанося люминофоры на поверхность разрядной трубки, получают различные оттенки свечения.

Люминесцентные лампы дневного и белого света выполняют в виде прямой или дугообразной трубки из обычного стекла, не пропускающего короткие ультрафиолетовые лучи. Электроды изготавливают из вольфрамовой проволоки.

Трубку заполняют смесью аргона и паров ртути. Внутри поверхность трубки покрыта люминофором — специальным составом, который светится под воздействием ультрафиолетовых лучей, возникающих при электрическом разряде в парах ртути. Аргон способствует надежному горению разряда в трубке.

Свет на кухне

Здесь, как нигде, нужно многоплановое освещение — общее и местное (над рабочим и обеденным столами). При этом в качестве общего потолочного целесообразно применять компактные люминесцентные лампы мощностью не менее 20 Вт (теплый свет не хуже 840). Освещение, организованное при помощи полосковых люминесцентных ламп над рабочим столом, особенно удобно. Такие лампы не создают бликов на глянцевых и металлических поверхностях предметов кухонной утвари и практически не дают теней. Очень важно использовать лампы с хорошей цветопередачей (не хуже 830 — 930).

Освещение на кухне

Утилизация люминесцентных ламп.

В свете современных тенденций мы стремимся экономить электроэнергию. Для этого мы покупаем энергосберегающие лампочки, которые, как правило, являются люминесцентными. При покупке люминесцентных энергосберегающих ламп надо ответственно подходить к вопросу их утилизации, так как они в своем составе содержать вещества, очень вредные для окружающей среды, в частности, ртуть.

Надо знать, понимать и помнить, что эти лампочки нельзя просто так выкинуть в мусорное ведро и вместе с остальным мусором отправить на мусорную свалку. Это преступное отравление экологической среды Вашего района. Такие лампы необходимо сдавать в специальные пункты утилизации.

Вы можете отнести энергосберегающие лампочки на утилизацию в свою управляющую компанию и сдать их туда совершенно бесплатно. Закон обязывает управляющие компании ставить у себя специальные контейнеры для сбора у населения токсичных ламп.

Наш дежурный электрик в Королевесообщил, что специальный контейнер для передачи на утилизацию люминесцентных ламп стоит в гипермаркете “Глобус” на входе. Адрес магазина: г.

Королев, ул. Коммунальная, д.1. Электрик в Щелковоподтвердил, что в щелковском “Глобусе” также стоит контейнер для лампочек (адрес: г. Щелково, Пролетарский пр-т, д.

18). Такую же информацию мы получили от нашего мастера электрика в Пушкино: пушкинский “Глобус” на Ярославском шоссе также принимает лампочки на утилизацию. Лампочки, батарейки и ртутные градусники потом поступают в специальные пункты, с которыми у сети заключены соответствующие договоры.

А наш электрик в Сергиевом Посаде, который выезжал для проведения электромонтажных работ на одном из районных предприятий, так и не смог найти компанию по утилизации ламп в Сергиевом Посаде. Пришлось обращаться в московский пункт приема люминесцентных ламп.

Если материал этой статьи был для вас интересен и полезен, поделитесь им со своими знакомыми в социальных сетях. Возможно, кому-то эта информация очень пригодится. C уважением, Королевский электрик в Мытищах.

Люминесцентная лампа, явившаяся результатом целого ряда открытий и исследований (подробнее об этом в статье история люминесцентной лампы), сегодня стала одним из основных источников искусственного света, как в офисных помещениях, так и в частных домах и квартирах.

Ряд выгодных отличий от популярной еще пару десятков лет назад лампы накаливания, позволили люминесцентной лампе достаточно успешно конкурировать с «фаворитными» источниками света, а также привело к созданию ее боле совершенных и компактных модификаций. Но речь в этой статье пойдет не о ее достоинствах или недостатках, а о том, как она работает.Все виды люминесцентных ламп, будь то популярные сейчас «экономки» или старые длинные лампы дневного света, построены и работают примерно по одному и тому же принципу. Отличие может быть лишь в электронной схеме подключения к источнику питания.

Варианты подключений

Подключение с использованием электромагнитного баланса (ЭмПРА)

Наиболее распространенный тип подключения люминесцентного источника света — схема со стартером, где используется ЭмПРА.

Принцип действия схемы базируется на том, что в результате подключения питания в стартере возникает разряд и происходит замыкание биметаллических электродов.

Ток в электроцепи проводников и стартера ограничивается только внутренним дроссельным сопротивлением. В результате рабочий ток в лампочке увеличивается почти в три раза, происходит стремительный нагрев электродов, а после потери температуры проводниками возникает самоиндукция и зажигание лампы.

Недостатки схемы:

1. В сравнении с другими способами это довольно затратный вариант с точки зрения расхода электроэнергии.
2. Пуск занимает не меньше 1 – 3 секунд (в зависимости от степени износа источника света).
3. Невозможность работы при низкой температуре воздуха (например, в условиях неотапливаемого подвального или гаражного помещения).
4. Имеется стробоскопический эффект мигания лампочки. Этот фактор отрицательно действует на человеческое зрение. Такое освещение нельзя применять в производственных целях, потому что быстро движущиеся предметы (например, заготовка в токарном станке) кажутся неподвижными.
5. Неприятное гудение дроссельных пластинок. По мере износа устройства звук нарастает.

Схема включения устроена таким образом, что в ней есть один дроссель на две лампочки. Индуктивности дросселя должно хватать на оба источника света. Используются стартеры на 127 Вольт. Для одноламповой схемы они не подходят, там нужны устройства на 220 Вольт.

На картинке внизу показано бездроссельное подключение. Стартер отсутствует.

Схема используется в случае перегорания у ламп нитей накала. Используется повышающий трансформатор Т1 и конденсатор С1, ограничивающий ток, идущий через лампочку от 220-вольтной сети.

Следующая схема используется для лампочек с перегоревшими нитями. Однако отсутствует необходимость в повышающем трансформаторе, благодаря чему конструкция устройства становится проще.

Ниже показан способ использования диодного выпрямительного моста, который нивелирует мерцание лампочки.

На рисунке внизу та же методика, но в более сложном исполнении.

Две трубки и два дросселя

Чтобы подключить лампу дневного света, можно использовать последовательное подключение:

1. Фаза от проводки направляется на вход дросселя.
2. От дроссельного выхода фаза идет на контакт источника света (1). Со второго контакта направляется на стартер (1).
3. Со стартера (1) отходит на вторую контактную пару этой же лампочки (1). Оставшийся контакт стыкуют с нулем (N).

Тем же образом подключают вторую трубку. Вначале дроссель, затем один контакт лампочки (2). Второй контакт группы направляется на второй стартер. Выход стартера объединяется со второй парой контактов источника света (2). Оставшийся контакт следует подсоединить к нулю ввода.

Схема подключения двух ламп от одного дросселя

Схема предусматривает наличие двух стартеров и одного дросселя. Наиболее дорогостоящий элемент схемы — дросселя. Более экономный вариант — двухламповый светильник с дросселем.

О том, как реализовать схему, рассказывается в видео.

Конструкция люминесцентной лампы

Лампа состоит из стеклянной колбы (может быть самой разнообразной формы и размеров), двух (иногда четырех) электродов, инертного газа, ртути (паров), люминофора и схемы запуска (в экономках она находится внутри корпуса лампы).

Электрод представляет собой два проводящих электрических контакта(обычно из проволоки), к которым подводится электрический токи нить накала, покрытую специальным эмиссионным веществом для более эффективного испускания электронов в процессе работы и большей продолжительности службы самой лампы.

Маркировки

Как правило, маркировка состоит из 3-4 символов. На первом месте располагается буква «Л», которая означает это лампа типа люминесцентная. Следам за ней, идет определение оттенка свечения. Также имеется маркировка «УФ» означающая ультрафиолет. Далее можно увидеть букву «Ц» или двойную «ЦЦ» что информирует нас о высоком качестве изделия. Последними в списке находятся символы, которые означают тип конструкции изделия: «Б» — быстрого пуска, «У» — U образная, «Р» — рефлекторная, «К» — кольцевая. Цифры, указанные на упаковке, показывают мощность газоразрядного источника освещения «W».

Принцип работы люминесцентной лампы

Когда электрическая цепьлампы подает на электроды ток, они начинают постепенно разогреваться и испускать электроны. Но этих электронов недостаточно, чтобы зажечь между электродами, так называемый тлеющий разряд – поток ионизированных частиц газа.

Тогда в работу вступает та часть схемы управления, которая отвечает за запуск лампы. Кратковременный импульс напряжениязажигает инертный газ в лампе, а затем и пары ртути. Симбиоз этих веществ, ионизированных электрическим током, приводит к возникновению свечения в невидимой для нас ультрафиолетовой области спектра.

Чтобы преобразовать ультрафиолетовый свет в видимый свет, используется люминофор, нанесенный на стенки стеклянной колбы. Получается двойное преобразование. Сначала электроны, испускаемые электродами лампы, ионизируют газ и пары ртути, а затем ионизированные частицы возбуждают люминофор, заставляя его испускать видимый для нашего глаза свет.

Разница в принципе работы обычной длинной лампы дневного света и «экономки» лишь в том, что в первом случае схема запуска состоит из дросселя (индуктивности), конденсатораи стартера. Во втором же эти функции выполняет более сложная электрическая схема, в состав которой входят другие электронные компоненты.

Сейчас производители используют различный состав люминофора, чтобы менять цвет свечения люминесцентных лампили как еще говорят – его температуру.

Более желтое (теплое) свечение имеет температуру порядка 2700 К, естественное дневное (белое) – порядка 4100 К, я яркое (холодный свет) – примерно 6000 К. Подобную маркировку можно встретить и на самих лампах.Категория: Источники освещенияПрименение светильников дневного света позволяет экономить электроэнергию по сравнению с использованием обыкновенных осветительных приборов накаливания. О принципе работы люминесцентной лампы необходимо знать специалистам, занятым работой с электричеством.

Разновидности ламп дневного света

Разновидности строения ламп дневного света
Классификация люминесцентных ламп может проводиться по мощности, температуре, форме, способу установки, длине. К самым распространенным относятся лампы высокого и низкого давления. Приборы высокого давления используются на улицах и в светильниках большой мощности. Лампочки низкого давления подходят для люстр в жилых и производственных помещениях.

По типу установки источники света классифицируются на следующие группы:

• подвесные;
• переносные;
• потолочные;
• настенные.

По строению лампы бывают:

• компактные;
• кольцевые;
• U образные;
• прямые.

Чаще всего для освещения используется кольцевая и прямая короткая или длинная лампа. Также активно применяются приборы, работающие от аккумулятора или батареек.

Историческая справка

Газоразрядная колба появилась еще в 1856 году и называлась трубкой Гейслера. Использование высоковольтной катушки позволило возбудить в ней свечение газа зеленого цвета. Через несколько лет предложено было покрыть внутреннюю поверхность колбы люминофором.

Изделия более яркого белого спектра появились лишь в 1926 году благодаря исследованиям Эдмунда Гермера. По своему устройству они уже стали похожи на те, которые можно видеть сегодня.

Освещение гостиной

Люминесцентные лампы в гостиной имеет смысл использовать лишь в бра для яркого качественного освещения отдельных «площадок» или подсветки рассеянным светом произведений искусства. Свет этих бра, разумеется, должен быть белым и наивысшего качества (например, 940). Если потолки в гостиной низкие, то их можно приподнять, устроить по периметру карниз с люминесцентными светильниками, как в прихожей. И именно в гостиной можно дать волю фантазии и придумать нечто особенное.

Освещение в гостиной

Устройство люминесцентной лампы

Для того чтобы понять принцип работы однолампового светильника, надо познакомиться с его схемой. Светильник состоит из следующих элементов:

стеклянная цилиндрическая трубка;два цоколя с двойными электродами;стартер, работающий на начальном этапе поджига;электромагнитный дроссель;конденсатор, подключенный параллельно питающей сети.

Колба изделия выполнена из кварцевого стекла.

На начальном этапе ее изготовления из нее откачан воздух и создана среда, состоящая из смеси инертного газа и паров ртути. Последняя находится в газообразном состоянии за счет избыточного давления, созданного во внутренней полости изделия. Стенки покрыты изнутри фосфоресцирующим составом, он превращает энергию ультрафиолетового излучения в видимый человеческому глазу свет.

К выводам электродов на торцах устройства подводится переменное напряжение сети. Внутренние вольфрамовые нити покрыты металлом, который при разогреве испускает со своей поверхности большое количество свободных электронов. В качестве таких металлов могут применяться цезий, барий, кальций.

Электромагнитный дроссель представляет собой катушку, намотанную для повышения индуктивности на сердечнике из электротехнической стали с большой величиной магнитной проницаемости.

Стартер работает на начальном этапе процесса тлеющего разряда, протекающего в газовой смеси. В его корпусе находятся два электрода, один из которых биметаллический, способный под действием температуры изгибаться и изменять свои размеры. Он выполняет роль замыкателя и размыкателя электрической цепи, в которую включен дроссель.

Классификация газоразрядных приборов с люминофором

Все лампы люминесцентного типа делятся на определенные виды и категории, в соответствии со своими параметрами и техническими характеристиками.

По спектральному излучению разновидности люминесцентных лампочек бывают:

• Стандартные. В них используется один слой люминофора, образующий различные тона и оттенки белого цвета. Именно они используются в системах освещения жилых, административных и производственных объектов.
• Усовершенствованные. В таких лампах внутренняя сторона колбы покрывается люминофором в 3-5 слоев. Подобная структура существенно повышает качество оттенков, а световая отдача на 12% выше, чем у стандартных изделий. Применяются для подсветки и освещения выставочных залов, торговых витрин и других аналогичных объектов.
• Специального назначения. Здесь изменяется химический состав газовой смеси и ртути, после чего получается спектр с заданной частотой. Используются в специфических светильниках больниц, концертных залов и других мест, где требуется ровный устойчивый свет с заданными параметрами.

Принцип работы люминесцентного светильника

Как работает люминесцентная лампа? Сначала образуются свободно движущиеся электроны. Это происходит в момент включения питающего переменного напряжения в областях вокруг вольфрамовых нитей накаливания внутри стеклянного баллона.

Эти нити за счет покрытия их поверхности слоем из легких металлов по мере нагрева создают эмиссию электронов.

Внешнего напряжения питания пока недостаточно для создания электронного потока. Во время движения эти свободные частицы выбивают электроны с внешних орбит атомов инертного газа, которым заполнена колба. Они включаются в общее движение.

На следующем этапе в результате совместной работы стартера и электромагнитного дросселя создаются условия для увеличения силы тока и образования тлеющего разряда газа. Теперь наступает время организации светового потока.

Движущиеся частицы обладают достаточной кинетической энергией, необходимой для перевода электронов атомов ртути, входящей в состав лампы в виде небольшой капли металла, на более высокую орбиту. При возвращении электрона на прежнюю орбиту высвобождается энергия в виде света ультрафиолетового спектра. Преобразование в видимый свет происходит в слое люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность колбы.

Сравнение с другими источниками света

Изделия ЛЛ-типа существенно отличаются как от устаревающих ламп накаливания, так и от прогрессивных светодиодных.

По сравнению с первыми они потребляют в 5 раз меньше электроэнергии, обеспечивая при этом такой же уровень насыщенности светопотока. Зато LED-приборам они несколько уступают по мощности в сочетании с энергопотреблением.

Таблица наглядно в цифрах показывает, насколько выгоднее использовать вместо традиционных лампочек Эдисона более современные источники качественного освещения

Правда, лампа накаливания весь период работы горит с одинаковой интенсивностью, тогда как люминесценты теряют часть насыщенности из-за выгорания внутреннего слоя, отражающего ультрафиолет.

LED-изделия в процессе эксплуатации приобретают некоторую тусклость благодаря деградации рабочих диодов. А в отдельных моделях есть возможность регулировки яркости освещения при помощи диммера.

В лампах накаливания или люминесцентах такая функция не предусмотрена. Но этот удобный режим в LED-приборах не бесплатен и за него придется отдать дополнительную сумму.

По уровню конструкционной хрупкости лампы накаливания и люминесценты схожи, так как имеют стеклянную колбу. Лед-модули в этом плане более устойчивы к ударам и механическим повреждениям. Да и отсутствие внутри каких-либо вредных и токсичных элементов делает их значительно привлекательнее для эксплуатации в домашних условиях.

Самые высокие расходы за весь эксплуатационный период влечет за собой использование ламп накаливания. Люминесценты расходуют энергию в разумных пределах, а светодиоды дают возможность снизить затраты до самых минимальных показателей

Что касается финансовой стороны, то изначально меньше других стоит лампочка накаливания. Однако, учитывая ее рабочий ресурс всего в 1 000 часов, это вряд ли можно считать ярко выраженным достоинством.

Базовая цена люминесцентов выше, однако, и служат они значительно дольше. Как говорят солидные производители, их хватает на 10 000-15 000 часов в том случае, если количество ежедневных активаций не превышает 5-6 раз.

Светодиодные модули могут похвастаться еще лучшими показателями, но и заплатить за это удовольствие придется намного больше, а это не во всех случаях целесообразно. Хотя тенденция замены одних источников света другими, прослеживается повсеместно. О необходимости замены люминесцентных лампочек светодиодными и порядке выполнения этой работы мы писали здесь.

Для чего нужен дроссель в люминесцентной лампе

Это устройство работает с момента старта и на протяжении всего процесса свечения. На разных этапах задачи, выполняемые им, различны и могут быть разделены на:

включение светильника в работу;поддержание нормального безопасного режима.

На первом этапе используется свойство катушки индуктивности создавать импульс напряжения большой амплитуды за счет электродвижущей силы (ЭДС) самоиндукции при прекращении протекания переменного тока через ее обмотку. Амплитуда этого импульса напрямую зависит от величины индуктивности. Он, суммируясь с переменным сетевым напряжением, позволяет кратковременно создать между электродами напряжение, достаточное для разряда в лампе.

При созданном постоянном свечении дроссель выполняет роль ограничивающего электромагнитного балласта для цепи дуги с низким сопротивлением. Его цель теперь – стабилизация работы для исключения дугового замыкания. При этом используется высокое индуктивное сопротивление обмотки для переменного тока.

Аргументы за

• Такие осветительные приборы могут служить в десятки раз дольше ламп накаливания при условии стабильного питания без значительных колебаний напряжения и ограничения количества включений. При включении на электродах выгорает и осыпается специальный состав, предохраняющий вольфрамовую нить от перегрева и обеспечивающий стабильность разряда, что уменьшает срок службы источника света. Концы колбы темнеют, и лампа начинает мерцать.
• Светоотдача люминесцентных ламп на единицу потребляемой мощности примерно в 3-4 раза больше, чем у ламп накаливания.
• Они разнообразны по цвету, их спектр излучения ближе к солнечному.
• Рассеянное свечение со всей поверхности колбы, а не вольфрамовой нити.

Принцип работы стартера люминесцентной лампы

Устройство предназначено для управления процессом запуска светильника в работу. При первоначальном подключении сетевого напряжения оно полностью прикладывается к двум электродам стартера, между которыми существует небольшой промежуток. Между ними возникает тлеющий разряд, в котором температура увеличивается.

Один из контактов, выполненный из биметалла, имеет возможность под действием температуры изменять свои размеры, изгибаться.

В этой паре он выполняет роль подвижного элемента. Возрастание температуры приводит к быстрому замыканию электродов между собой. По цепи начинает протекать ток, это приводит к понижению температуры.

Через небольшой промежуток времени происходит разрыв цепи, что является командой для вступления в работу ЭДС самоиндукции дросселя. Последующий процесс был описан выше. Стартер понадобится только на этапе следующего включения.

Освещение в ванной комнате

К освещению в ванной комнате лишь одно требование — свет должен быть комфортным и достаточно ярким, чтобы человек свободно мог ориентироваться в этой небольшой комнате. Свет должен иметь теплые оттенки (до 3300 К).

Освещение в ванной комнате

Эти статьи Вам тоже могут быть интересны:

1. Дизайн в освещении
2. Выбор и установка выключателей
3. Искусственное освещение квартиры
4. Виды электрических ламп

Минусы

• Относительно большая стоимость.
• Люминесцентные лампы – это потенциальный источник опасности, так как каждая колба содержит до 5 мг ртути, которая очень токсична и может нанести вред здоровью и окружающей среде.
• Газоразрядные лампы чувствительны к пониженным и повышенным температурам. Могут не работать при температуре воздуха ниже -20 °C и выше +50 °C.
• Чувствительны к влажности.
• Задержка включения, так как требуется время для разогрева лампы.
• Непривычный для зрения световой спектр, следствием чего является искажение цветовосприятия. Мерцание с частотой вдвое выше частоты электросети.

Продукция Philips

Master TL-D 90 De Luxe – лампа люминесцентная G13, T8, с индексом цветопередачи 93 Ra8, цветовой температурой 65000 К – холодный дневной свет. Выпускается в трёх модификациях:

• 18W/965 1SL – лампы люминесцентные 18 Вт с номинальным световым потоком 1150 люмен и номинальной световой отдачей 63,9 Лм/Вт;
• 58W/965 1SL – 58-ваттные источники света с номинальным световым потоком 4550 люмен и номинальной световой отдачей 77,8 Лм/Вт;
• 36W/965 1SL – лампы люминесцентные 36 Вт с номинальным световым потоком 2800 люмен и номинальной световой отдачей 77,8 Лм/Вт.

Высокий индекс цветопередачи позволяет увидеть богатые, сочные и натуральные цвета, что делает лампу незаменимой в больницах, типографиях, салонах красоты, музеях, кабинетах стоматологии и магазинах. Лампы отличаются люминесцентным покрытием высокого качества с применением трёхполосного фосфора и почти полным отсутствием снижения уровня освещения.

Master TL-D Xtreme 36W/840 1SL – лампа люминесцентная 36-ваттной мощности, двухштыревая, холодного белого цвета с индексом цветопередачи 85 Ra8, номинальным световым потоком 3250 люмен, номинальной светоотдачей 90 Лм/Вт. Её особенностью является повышенный срок службы, достигающий 66 000 часов, что важно для мест, где высока стоимость замены ламп по причине высоты помещения, необходимости прерывания работы, или там, где свет горит постоянно – в тоннелях, буровых установках, в условиях непрерывного производства.

Master PL-C 18W/830/2P 1CT – двухконтактная люминесцентная лампа 18-ваттной мощности с G24d-2-цоколем, тёплого белого цвета 3000 К, с индексом цветопередачи 82 Ra8, номинальным световым потоком 1200 люмен, номинальной светоотдачей 67 Лм/Вт. Предназначена для общего верхнего освещения в заведениях досуга, розничной торговли и офисных зданиях. Лампа люминесцентная Philips Master Pl-C использует оригинальную технология мостового подключения, гарантирующую оптимальную работу, лучшее освещение и высокую эффективнось. Двухконтактная модель имеет извлекаемый цоколь и используется с ЭМПРА.

Критерии выбора

1. Форма и размеры. Стеклянные колбы и патроны сильно отличаются по этим параметрам. Обычной формой люминесцентных светильников является прямая трубка. Диаметр ее кратен одной восьмой дюйма. Так, размер лампы диаметром в 1 дюйм – T8. Размер варьируется от T2 до T17. Компактные люминесцентные лампы, как правило, имеют форму U-образную и спиралевидную. Конечно, внешний вид не оказывает влияния на работу лампы, но спиральные модели стоят немного дороже, так как их производство сложнее.

2. Старт. Возможен со стартером, электронным или с электромагнитным балластом.

3. Мощность. Колеблется от 3 до 85 Вт. Световой поток ламп накаливания в 3-4 раза ниже, чем у люминесцентных, поэтому выбирать необходимую мощность следует, исходя из требуемой яркости. Люминесцентные лампы, мощность которых равна 25-30 Вт, заменят обычнгые 100-ваттные электроприборы. Для замены 75-ваттной достаточно энергосберегающего источника света в 9 Вт. А люминесцентные лампы, мощность которых составляет 15 Вт, смогут заменить лампу накаливания мощностью 60 Вт.

Таблица отношения светового потока и потребляемой мощности ламп разных типов поможет разобраться во всех нюансах.

4. Цоколь. Распространены следующие типы:

• байонет B;
• винтовой (эдисоновский) цоколь E;
• односторонние двухконтактные G.

Число после буквы обозначает либо диаметр цоколя типа B или E, либо расстояние между контактами в мм в цоколях типа G.

В основном в люстрах и бра используются компактные люминесцентные лампы с цоколем Е27 диаметром 27 мм и миньоны Е14 диаметром 14 мм.

5. Цветность света. Соответствует температуре чёрного тела, излучающего с определённой хроматичностью. При повышении температуры синяя часть спектра увеличивается, а красная уменьшается. Измеряется в кельвинах. Субъективное ощущение человека, смотрящего на свет определённой цветности, называется цветовым ощущением. Основные цветности света и соответствующее им цветоощущение:

• 2700 К – сверхтёплый белый;
• 3000 К – тёплый белый свет;
• 3500 K – белый свет;
• 4000 К – холодный белый свет;
• 5000 К и больше – дневной свет.

6. Цветопередача. Показывает, насколько естественно выглядят окружающие предметы в свете лампы. Измеряется коэффициентом цветопередачи Ra. Источники света с равной цветностью могут иметь разную цветопередачу по причине разного спектра излучаемого света. Для солнечного света коэффициент равен 100.