Принцип работы люминесцентной лампы – советы электрика

Устройство люминесцентной лампы и принцип работы

Применение 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Варианты исполнения

Существует большое разнообразие электролюминесцентных ламп, но все они могут иметь различие по:

• форме исполнения;
• виду балласта;
• внутреннему давлению.

Форма исполнения может быть как у обычных люминесцентных ламп – линейная трубка либо трубка в виде латинской буквы U. К ним добавились компактные варианты, выполненные под привычный цоколь с использованием различных спиральных колб.

Балласт является приспособлением, стабилизирующим работу изделия. Электронный и электромагнитный виды являются самыми распространенными схемами включения.

Внутреннее давление определяет область использования изделий. В бытовых целях или общественных местах нашли применение лампы низкого давления или энергосберегающие образцы. В промышленных помещениях или местах с пониженными требованиями к цветопередаче используют экземпляры высокого давления.

Для оценки способности освещения применяют показатель мощности лампы и ее светоотдачи. Можно привести еще много различных параметров классификации и вариантов исполнения, но их количество постоянно увеличивается.

Источник: https://simplelight.info/istochniki-osveshheniya/princip-raboty-lyuminescentnoy-lampy.html

Устройство и принцип работы люминесцентной лампы

Лампы компании OSRAM

Люминесцентная лампа (ртутная лампа низкого давления, дальше по тексту – ЛЛ) является газоразрядным источником света. Конструктивно она представляет собой стеклянную трубку с нанесенным на внутреннюю поверхность слоем люминофора. В торцах трубки установлены спиральные электроды.

Снутри лампы находятся разреженные пары ртути и инертный газ. Под действием электронного напряжения (поля), приложенного к электродам, в лампе появляется газовый разряд. При всем этом проходящий через пары ртути ток вызывает ультрафиолетовое излучение.
Уф-излучение, воздействуя на люминофор, принуждает его сиять, т.е.

люминофор конвертирует уф-излучение газового разряда в видимый свет. Стекло, из которого выполнена  ЛЛ, препятствует выходу ультрафиолетовогоизлучения из лампы, тем предохраняя наши глаза от вредного для их излучения.

Исключением являются антибактериальные и лампы, при их изготовлении применяется увиолевое либо кварцевое стекло, пропускающее ультрафиолет.

При повышении температуры среды сверх допустимой нормы  (25о C для незапятанной ртути и 60о C  для амальгам) растет температура стен и давление паров  ртути, а световой поток понижается. Еще больше приметное уменьшение светового потока наблюдается при снижении температуры,, а означает и давление паров ртути.

При всем этом резко усугубляется и зажигание ламп, что делает их затрудненное внедрение при температурах ниже -10оC , без утепляющих приспособлений. В связи с этим, представляют энтузиазм без ртутные ЛЛ, с разрядом низкого давления в инертных газах. В данном случае люминофор возбуждается излучением с длиной волны от 58.4 до 147 нм.

Так как давление газа в без ртутных ЛЛ фактически не находится в зависимости от окружающей температуры, постоянными остаются и их световыехарактеристики.     

   Световая отдача ЛЛ увеличивается при повышении и увеличении размеров (длины) за счет понижения толики анодно-катодных утрат в общем световом потоке. Потому рациональнее использовать одну лампу на 36 Вт, чем две по18 Вт. Срок службы ЛЛ ограничен дезактивацией и распылением (истощением) катодов.

Негативно сказываются на срок службы также колебания напряжения питающей сети и нередкие включения и выключения ламп. При использовании ЭПРА эти причины сведены к минимуму.

Обширное внедрение ЛЛ связано с тем, что они имеют ряд значимых преимуществ перед традиционными лампами накаливания :                                                                                                                                                                                                                                          1. Высочайшая эффективность: -КПД 20…25% (у ламп накаливания около 7% ) и  светоотдача в 10 раз больше .        2.Долгий срок службы –15000…20000 ч. (у ламп накаливания 1000 ч. И очень находится в зависимости от напряжения) питания.

Имеют  ЛЛ и некие недочеты :                                                                                                                                                                                        1.

Обычно, все разрядные лампы для обычной работы требуют включения в сеть вместе с балластом. Балласт, он же пускорегулирующий аппарат (ПРА), — электротехническое устройство, обеспечивающее режимы зажигания и обычной работы ЛЛ.

                                                                                                                                                                                     2.

Остановимся подробнее на плюсах и недочетах ЛЛ. Понятно, что оптическое излучение (ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное ) оказывает на человека (его эндокринную, вегетативную, нервную системы и весь организм в целом ) существенное физиологическое и психологическое воздействие, в главном благотворное. Дневной свет –  самый нужный.

Он оказывает влияние на многие актуальные процессы, обмен веществ в организме, физическое развитие и здоровье. Но активная деятельность человека длится тогда и, когда солнце прячется за горизонты. На замену дневному свету приходит искусственное освещение.

Долгие и длительные годы для искусственного освещения жилища использовались ( и употребляются ) только лампы накаливания – теплый источник света, диапазон которого отличается

Сходство и различия ламп

от дневного доминированием желтоватого и красноватого излучения и полным отсутствием ультрафиолета. Не считая того, лампы накаливания, как уже упоминалось,  неэффективны, их коэффициет полезного деяния 6…8%, а срок службы очень мал – менее 1000 ч.

Высочайший технический уровень освещения с этими лампами неосуществим. Вот почему полностью закономерным оказалось возникновение ЛЛ – разрядного источника света, имеющего 5….10 раз огромную световую отдачу, чем лампы накаливания, и в 8….15 раз больший срок службы.

Преодолев разные технические трудности, ученые и инженеры сделали особые ЛЛ для жилища – Малогабаритные, фактически стопроцентно копирующие обычный внешний облик и размеры ламп накаливания и сочетающие при всем этом ее плюсы (компактность, комфортабельную цветопередачу, простоту обслуживания) с экономичностью стандартных ЛЛ.

В силу собственных физических особенностей ЛЛ имеют очередное очень принципиальное преимущество перед лампами накаливания: возможность создавать свет различного спектрального состава – теплый, естественный, белоснежный, дневной, что может значительно обогатить палитру цветов домашней обстановки.

Не случаем есть особые советы по выбору типа ЛЛ (цветности света) для разных областей внедрения. Наличие контролируемого ультрафиолета в особых осветительно —  облучательных  ЛЛ позволяет решить делему профилактики «светового голодания» для горожан, проводящих до 80% времени в закрытых помещениях.

Так выпускаемые фирмой  OSRAM ЛЛ типа BIOLUX, диапазон излучения которых приближен к солнечному и насыщен строго дозированным ближним ультрафиолетом, удачно употребляются сразу и для освещения, и для облучения жилых, административных, школьных помещений, в особенности при дефицитности естественного света.

Лампы компании Philips

А сейчас остановимся на недочетах люминесцентного освещения, к которым многие приравнивают его несчастную «вредность для здоровья». Природа газового разряда такая, что, как уже было сказано выше, любые ЛЛ имеют в диапазоне маленькую долю близкого ультрафиолета.

Понятно, что при передозировке даже естественного солнечного света могут появиться противные явления, в часности лишнее ультрафиолетовое облучение может привести к болезням кожи, повреждению глаз.

Но, сравнив воздействие на человека в течение жизни естественного солнечного и искусственного дюминесцентного излучения, мы усвоим, сколь неоправданно преположение о вреде излучения ЛЛ.

Было подтверждено, что работа в течение года (240 рабочих дней) при искусственном освещении ЛЛ холодно – белоснежного света с очень высочайшим уровнем освещенности в 1000 лк (это в 5 раз превосходит лучший уровень освещенности  в жилище) соответствует пребыванию на открытом воздухе в г.

Давос (Швейцария) в течении 12 дней по одному часу в денек в полдень. Следует увидеть, что реальные условия в жилых помещениях бывают в 10-ки раз более щадящими, чем в приведенном примере. Как следует, о вреде обыденного люминесцентного освещения гласить не приходится.

К аналогичным выводам пришли врачи,гигиенисты и светотехники, принявшие роль в проводившейся в Мюнхене развернутой научной дискуссии на тему «Влияние освещения ЛЛ на здоровье человека». Все участники дискуссии были единодушны: серьезное соблюдение правил грамотного устройства освещения, которые включают ограничение прямой и отраженной блескости, ограничение пульсации светового потока, обеспечение подходящего рассредотачивания яркости и правильной светопередачи стопроцентно уберет имеющиеся еще жалобы на люминесцентное освещение.

В пиведеннои выше списке принципиальное место занимает вопрос ограничения пульсации светового потока.

Дело в том, что классические линейные трубчатые ЛЛ, присоединенные к сети при помощи электрического пускорегулирующего аппарата (в большинстве случаев используемого в светильниках), делают свет не неизменный во времени, а «микро пульсирующий», т .е.

при имеющейся в сети частоте переменного тока 50 Гц  пульсация светового потока лампы происходит 100 раз за секунду. И хотя эта частота выше критичной для глаза и, как следует, мелькающие яркости освещаемых объектов глазом не улавливаются, пульсация освещения при продолжительном воздействии может

Лампы компании OSRAM

Вот почему показавшиеся довольно издавна осветительные приборы с электрическим низкочастотным ПРА рекомендуется использовать в так именуемых «нерабочих» зонах (подсобных помещениях, повалах, гаражах и т. д.

) В светильниках с электрическим частотным ПРА  обозначенная особенность работы ЛЛ стопроцентно устранена, но даже такие осветительные приборы с линейными ЛЛ довольно громоздки и для местного (рабочего) освещения не всегда комфортны.

Потому для обычного освещения жилища люстрами, стенными, напольными, настольными светильниками целенаправлено использовать упомянутые выше малогабаритные люминесцентные лампы.

И, в конце концов, последнее маленькое замечание, связанное с эксплуатацией осветительных приборов с ЛЛ. В лампу для ее работы вводится капля ртути – 30….40 мг , а малогабаритных 2….

Очевидно, если лампа разобьется, поступить следует также, как мы поступаем, когда разбиваем указатель температуры – кропотливо собрать и удалить ртуть.

В заключении охото снова выделить, что ЛЛ в жилище – это не только лишь более экономный, чем лампа накаливания, источник света.

Грамотное освещение ЛЛ имеет огромное количество преимуществ перед обычным: экономичность, богатство и красочность света, равномерность рассредотачивания светового потока, в особенности в случаях высвечивания протяженных объектов линейными лампами, наименьшая яркость ламп и существенно наименьшее выделение тепла.

На сегодня более доброкачественную продукцию и широкий ассортимент на нашем рынке представляют мировые светотехнические брэнды:

Немецкая компания OSRAM

http://fazaa.ru/

Источник: http://elektrica.info/ustrojstvo-i-printsip-raboty-lyuminestsentnoj-lampy/

Как устроена люминесцентная лампа?

Люминесцентные лампы (ЛЛ) находят свое применение в самых разных областях деятельности человека. Изобретение этого источника света и организация массового производства позволили значительно улучшить качественные характеристики искусственного освещения и повысить энергетическую эффективность (коэффициент полезного действия) светильников, укомплектованных ЛЛ.

Последовательная замена неэффективных ламп накаливания на люминесцентные ускорилась с началом производства компактных ЛЛ.

Самые современные на сегодня светодиодные источники света, несмотря на постоянное улучшение своих характеристик, пока не достигли некоторых параметров ЛЛ, например, по такому важному показателю, как цена.

Исследования физических процессов, возникающих в газах при пропускании через них электрического тока, позволили физикам и инженерам разработать источник света, в корне отличающийся от ламп накаливания, доминировавших долгое время.

Трубчатая люминесцентная лампа

Историческая справка

История создания люминесцентной лампы интересна и поучительна сама по себе. В процессе ее разработки появились дополнительно полезные и для других областей технологии: вакуумная откачка, получение разных по составу люминофоров и другие.

Сначала была изобретена вакуумная стеклянная трубка. В 1856 году немецкий изобретатель Генрих Гайслер изобрел вакуумный насос, позволивший удалять (откачивать) воздушную среду из стеклянной колбы. Впоследствии колба в виде прямолинейной трубки стала именоваться трубкой Гайслера.

На концы трубки припаивались металлические электроды для проведения экспериментов по пропусканию электрического тока либо через вакуум (остаточный газ в трубке), либо через различные газы, которые напускались после откачки воздуха.

При достижении напряжения пробоя от одного электрода к другому начинал течь ток и возникало свечение слабой интенсивности, цвет которого менялся в зависимости от того, какой именно газ напускался взамен удаленного воздуха: двуокись углерода (для белого свечения) или азот (для розового).

Экспериментальная лампа Гайслера

Далее французский физик Александр Беккерель в 1859 году предложил наносить на внутреннюю поверхность стеклянной трубки тонкий слой люминесцирующего слоя (люминофора), который начинал светиться в видимой области спектра при возбуждении атомов ультрафиолетовым (УФ) излучением.

В 1901 году американец Питер-Купер Хьюитт предложил добавлять ртуть, что существенно повысило яркость нового светового источника. ЛЛ была экономичней лампочек накаливания в 8 раз, но ее излучение имело сине-зеленый оттенок, придававший человеческим лицам жутковатый трупный цвет.

На основании этих результатов знаменитый американский изобретатель Томас Эдисон в 1907 году впервые запатентовал люминесцентную лампу с люминофором из вольфрамата кальция.

За год до Эдисона аналогичную лампу смог воспроизвести Даниэль Фарлан Мур, экспериментировавший с двуокисью углерода (СО2) и азотом (N2).

Ближе всего к современному варианту ЛЛ подошли в 1927 году немецкие изобретатели Эдмунд Джермер, Фридрих Мейер и Ганс Шпаннер.

Первоначальной целью их исследований было получение источника УФ-излучения. После нанесения люминофора определенного состава лампа стала давать равномерный белый свет, что привело Э.

Джермера к мысли о создании нового источника дневного света, комфортного для глаз человека.

Кроме этого инженеры значительно улучшили параметры ЛЛ, увеличив давление паров ртути. Получение соответствующего патента закрепило за Э. Джермером авторские права на базовые принципы устройства ЛЛ.

Люминесцентные лампы начали массово производиться и продаваться только в 1938 году, когда лампы четырех типоразмеров были обнародованы американской фирмой «General Electric», которая выкупила патенты и надолго получила почти монопольные права на освоение этого перспективного рынка.

Как устроена современная ЛЛ

Основной принцип действия современной люминесцентной лампы заключается в получении УФ-излучения с помощью пробоя газового промежутка между электродами и последующего преобразования этого излучения в видимый свет с помощью эффекта люминесценции в специальных фосфорсодержащих покрытиях, так называемых люминофорах. Варьируя состав люминофора, получают разные цвета видимого участка спектра, от синего до красного. На рисунке ниже схематично представлен разрез типичной ЛЛ.

Кроме указанных компонентов каждая лампа наполняется инертным газом (обычно это Ar) для увеличения ресурса вольфрамовых электродов.

Существуют версии ламп, в которых ртуть отсутствует, а УФ-излучение появляется только от ионизации атомов инертного газа. Световой поток таких светильников существенно меньше, но зато они безопасны при эксплуатации.

Принципиальная схема люминесцентной лампы

Специфика подключения ЛЛ

Для получения тока через лампу требуется произвести пробой промежутка газа, для чего подается напряжение порядка 1 000 вольт.

Ток растет лавинообразно, сопротивление резко падает (отрицательное дифференциальное сопротивление), что может привести к разрушению (перегоранию) лампы.

Чтобы предотвратить этот процесс, применяется устройство, называемое балластом (или балластником), с помощью которого ограничивают рост тока при достижении определенного уровня. Применяются два вида балластников:

• электромагнитное пускорегулирующее устройство (ЭмПРА) – состоит из дросселя (активной нагрузки), последовательно подключенного в цепь лампы, и стартера, подключенного между нитями накала. Стартер представляет собой небольшую неоновую лампочку;
• электронное пускорегулирующее устройство (ЭПРА) – это по сути плата с электронными деталями (диодами, транзисторами, динисторами, микросхемами).

В электронном варианте балластника отдельный стартер не нужен – его функции реализованы на общей плате. ЭПРА работает на высокой частоте (десятки кГц), что полностью устраняет эффект мерцания, присущий ЭмПРА.

ЭПРА имеют ряд неоспоримых преимуществ:

• небольшие геометрические размеры и вес;
• отсутствие мерцания и шума от вибраций, поскольку устройства работают на высоких частотах;
• быстрое включение ламп;
• снижение тепловых потерь по сравнению с ЭмПРА;
• значения коэффициента мощности – до 0,95 ;
• наличие в устройствах нескольких вариантов защиты от короткого замыкания, что продлевает ресурс изделий и повышает безопасность.

Электронное пускорегулирующее устройство

Типы ЛЛ

• Высокого давления – для использования в осветительных установках большой мощности и для применения вне помещений, для повышения устойчивости к низким внешним температурам, правда, колба лампы может нагреваться до 300 °С.

Для уличного освещения эти лампы имеют общее название ДРЛ (дуговая ртутная лампа). Они имеют большую мощность , но плохую цветопередачу. Поэтому сфера их применения ограничена.

Основное отличие ДРЛ от трубчатой ЛЛ состоит в способе получения дугового разряда, требующего больших затрат электроэнергии.

ДРИ – это тоже дуговые ртутные лампы с добавками солей металлов (металлогалогеновые), имеют более высокую светоотдачу и могут давать цветовые оттенки. Этот тип светильников используется в архитектурной и рекламной подсветках.

• Низкого давления – для применения в быту и для освещения крупных общественных и производственных помещений. Значения давления инертного газа в диапазоне 300–400 Па. В маркировке этих люминесцентных ламп первые буквы означают следующее:
  • ЛБ – белый свет;
  • ЛД – дневной свет;
  • ЛХБ – холодный белый свет;
  • ЛТБ – теплый белый свет;
  • ЛДЦ – дневной свет с улучшенной цветопередачей.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• небольшая цена;
• возможность получения различных оттенков белого цвета;
• экономичное, по сравнению с лампами накаливания, энергопотребление;
• незначительный нагрев поверхности лампы – не более 50 °С;
• срок службы – до 8 000 часов. Лампы накаливания работают не более 2 000 часов;
• световой поток – до 3 000 лм;
• рассеянное, равномерное излучение по всей поверхности источника;
• высокая световая отдача – до 85 лм/Вт;
• большой выбор цветовых оттенков, не требующий применения дополнительных светофильтров.

Недостатки:

• большие габариты (особенно для линейных ЛЛ);
• наличие ртути (до 5 мг на одну лампу), что требует обеспечения дополнительных мер безопасности при эксплуатации;
• проведение дополнительных работ по утилизации по окончании срока службы;
• неравномерный спектр у дешевых ламп;
• медленное включение, вызванное требованием постепенного разогрева электродов;
• повышенная чувствительность к влажности;
• мерцание с удвоенной частотой питающего напряжения при использовании электромагнитных балластников;
• медленный запуск (или его отсутствие) при пониженных температурах внешней среды. При повышенных температурах ( более 50 °С) также высока вероятность отказов.

Источник: https://LampaGid.ru/vidy/lyuminestsentnye/printsip-dejstviya

Люминесцентные лампы

ХАРАКТЕРИСТИКИ – ПРИМЕНЕНИЕ – ПОДКЛЮЧЕНИЕ

Люминесцентные лампы являются одним из основных источников освещения в офисных помещениях, на предприятиях, в общественных местах.

До недавнего времени такая ситуация была обусловлена несколькими факторами: утилитарным внешним видом, ограниченным модельным рядом и довольно сложным, для рядового пользователя, обслуживанием.

Однако, с недавних пор, появился довольно большой выбор бытовых люминесцентных ламп, как в плане новых конструкций и эксплуатационных характеристик, так и по внешнему виду и удобству эксплуатации. При этом замена в квартире всех лампочек накаливания на энергосберегающие люминесцентные источники света сэкономит до 80% электроэнергии.

Устройство и принцип действия люминесцентной лампы.

Стеклянная колба, наполненная инертным газом и парами ртути, покрыта изнутри слоем люминофора. Она может иметь различные размеры и разнообразные формы. Для подачи электроэнергии имеется от 2 до 4 электродов и набор элементов под общим названием – схема запуска.

В бытовых устройствах она располагается внутри корпуса, у офисных и промышленных образцов схема запуска является частью осветительного прибора предназначенного для использования определённого типа люминесцентных ламп.

Группа электродов состоит из двух или четырех токопроводящих контактных стержней, между которыми натянута нить накаливания.

Ее покрывают специальным эмиссионным веществом для более интенсивного излучения электронов в процессе функционирования, а также для увеличения срока службы изделия.

Все люминесцентные лампы, независимо от особенностей их конструкции, имеют сходный принцип функционирования. На электроды подается ток, после чего они разогреваются и начинают постепенно испускать электроны. Однако интенсивности электронного потока недостаточно для возникновения между электродами тлеющего разряда – потока ионизированного газа.

После того как электроды разогрелись, активизируется схема управления отвечающая за запуск. Этот элемент посылает кратковременный импульс напряжения, зажигающий в колбе лампы, вначале инертный газ, а затем ртутные пары. Ионизация электрическим током соединения этих двух веществ дает свет в ультрафиолетовом диапазоне.

Так как ультрафиолетовое излучение находится в невидимой для человека части спектра, его необходимо преобразовать в видимое свечение. Это осуществляет люминофор – специальное вещество нанесённые на внутреннюю часть колбы.

Основные технические и световые характеристики

Цветопередача.

Является одной из главных характеристик изделия, зависит от состава люминофора. На сегодняшний день разработано множество составов, которые дают довольно широкую цветовую гамму. Наиболее распространенными оттенками для домашнего использования являются жёлтые, тёплые цвета, имеющие температуру около 2700 К.

Для офисных помещений наибольшее распространение получило белое “дневное” искусственное освещение, которое находятся в диапазоне температур 4000 – 4500К. Довольно часто можно встретить лампы холодного белого цвета, используемые в специальных осветительных приборах на производстве и в медицине, они имеют цвет свечения до 6000 – 6500 К.

Для удобства пользователя была разработана специальная классификация цветов люминесцентных ламп:

• ЛКБ – естественный холодный;
• ЛДЦ – дневной с улучшенной цветопередачей;
• ЛТБ – белый теплый;
• ЛД – дневной;
• ЛБ – белый;
• ЛЕЦ – естественный с улучшенной цветопередачей;
• ЛХБ – холодный белый.

Кроме этого определённые добавки в люминофор могут изменять и цветность лампового света, делать его розовым, голубым, зелёным. Этот эффект широко используется в рекламной индустрии и коммерции. К примеру, люминесценции лампы розового цвета часто используют для подсветки стеклянных витрин мясных отделов. Это значительно улучшает внешний вид продукта.

Цоколь.

В зависимости от конструкции используются две принципиальных формы цоколя.

Лампы в виде прямой трубки имеют двухконтактные штырьковые цоколи, расположенные по краям. Одной из разновидностей такой конструкции, использующейся в изделиях небольшого размера, является штырьковый цоколь для U-образной колбы, встроенный в пускорегулирующее устройство.

Патронные цоколи – имеют классическую форму с резьбой и могут быть использованы в бытовых устройствах освещения, без каких либо ограничений.

В начало

Область и особенности применения

Выпускается множество разновидностей люминесцентных ламп, которые получили широкое применение в самых разнообразных областях.

Иногда их называют лампами дневного света, вместе с тем, в зависимости от спектра цветопередачи различают следующие типы:

• с цветопередачей, аналогичной солнечному свету – получили наибольшее распространение в офисах, производственных цехах, общественных организациях, образовательных учреждениях;
• с улучшенной цветопередачей – выставочные залы, галереи, музеи, больницы, коммерческие организации специализирующиеся на продаже художественных товаров, красок, тканей и т.п.;
• с высоким уровнем изучения в красном и синем спектре – подсветка аквариумов, теплиц, оранжерей, используется в магазинах торгующих растениями;
• со смещением спектра в синий и УФ диапазон – применяется в сочетании с искусственными источниками дневного света для декорирования аквариумов с кораллами.
• со светом в чистом ультрафиолетовом диапазоне – солярии и косметические салоны, в устройствах автозагара;
• с ультрафиолетовым излучением высокой мощности – в медицинских учреждениях в качестве антибактериального освещения (аналогично кварцевым лампам).

Достоинства и недостатки.

Из основных достоинств люминесцентных ламп можно выделить следующие:

1. Сравнительно высокий КПД до 20-25%.

   Это значительно выше, чем у лампочки накаливания – 7-8%;

2. Высокий уровень светоотдачи, в 10 раз выше, чем у лампочки накаливания;
3. Длительный срок службы – 15000-20000 часов (до 1000 часов у лампочки накаливания);
4. Низкая температура стеклянной колбы позволяет использовать в осветительных приборах из чувствительных к температуре материалов;
5. Можно довольно точно подбирать цветовые оттенки, даже из различных партий и производителей изделий.

Однако у люминесцентных изделий есть и некоторые недостатки:

1. Достаточно высокая стоимость;
2. Опасность химического заражения и отравления ртутными испарениями при разрушении;
3. Мерцание при неисправной работе стартера, перепадах напряжения в электросети, окончании срока эксплуатации;
4. Появление раздражающего звука при эксплуатации;
5. Довольно требовательны эксплуатационным температурам окружающей среды. Не работают при отрицательных, максимальная температура эксплуатации у большинства моделей около 55°С.

На данный момент новые модели с электронными пускорегулирующими аппаратами значительно расширили рабочий диапазон температур.

Линейные люминесцентные лампы.

Вопреки названию линейная люминесцентная лампа может иметь, как прямую, так и u-образную и даже кольцевую форму. В соответствии с ГОСТ 6825-64 существовало три типа таких изделий с различной мощностью и длиной трубки:

• 20 Ватт – 600 мм;
• 40 Ватт – 1200 мм;
• 80 Ватт – 1500 мм.

На данный момент рынок заполнен различными моделями среди которых наиболее популярными считаются изделия стандартов Т4, Т5 и Т8. Диаметр трубок составляет 12,5, 16 и 26 мм соответственно.

Наиболее популярная длина трубки 590 мм. Это связано со стандартом ячейки потолка Армстронг (600х600 мм) на который ориентируется большинство производителей осветительных приборов для офисных и общественных помещений.

В начало

Подключение люминесцентной ламы

Двумя элементами, без которых функционирование люминесцентной лампы является невозможным, являются стартер и дроссель.

Стартер представляет собой небольшую неоновую лампочку с расположенными в ней двумя биметаллическими электродами, которые в нормальном положении разомкнуты. После подачи электроэнергии электроды в стартере замыкаются. Электроэнергия передается на дроссель, в результате чего сила тока возрастает почти в три раза, практически моментально разогревая электроды внутри колбы.

Остывая, биметаллические контакты размыкаются. В момент их размыкания дроссель создает высоковольтный запускающий импульс, благодаря самоиндукции, возникающей в его обмотке. Этот импульс приводит к возникновению разряда в газоконденсатной среде внутри колбы, зажигая ее.

Стартер является элементом, который наиболее часто выходит из строя. Если в осветительном приборе погасла одна или несколько ламп необходимо, прежде всего, заменить стартеры.

Данная схема запуска характерна для светильников использующих электромагнитный балласт или по другому – электромагнитный пускорегулирующий аппарат (ЭмПРА). Его применение довольно широко распространено, однако системы подключения основанные на ЭмПРА, на данный момент являются морально устаревшим оборудованием.

Они имеют следующие недостатки:

• довольно долгий запуск 1-3 сек, в зависимости от степени износа изделия;
• неприятный звук, возникающий в процессе функционирования пластин дросселя, который со временем усиливается;
• мерцание (эффект стробоскопа), негативно влияющее на зрение.

Подключение люминесцентной лампы при помощи электронного пускорегулирующего устройства (ЭПРА) имеет принципиально другую схему активации. Прежде всего ЭПРА функционирует в высокочастотном диапазоне 25-133 кГц, используя выходной каскад на транзисторах и трансформатор.

Применение ЭПРА имеет следующие преимущества:

• отсутствие мерцания и шума в процессе функционирования;
• отсутствие стартеров в схеме управления;
• увеличение срока службы и экономия электроэнергии до 20%;
• некоторые модели выпускаются с возможностью регулировки яркости свечения.

Применение люминесцентных ламп, безусловно, даст положительный экономический эффект в любой организации, частном доме или квартире. Кроме того, можно довольно точно подобрать цвет к уже использующимся образцам. Однако стремительное распространение светодиодных ламп составило значительную конкуренцию, так как они превосходят люминесцентные по многим параметрам кроме стоимости.

На данный момент наиболее популярными производителями являются:

• Космос (Россия);
• OSRAM (Германия);
• PHILIPS (Голландия);
• General Electric (США);
• Sylvania (Бельгия).

Утилизация люминесцентных ламп.

Классификатор относит люминесцентные лампы к отходам, которые необходимо сортировать и собирать отдельно, и к которым применимы особые требования к эксплуатации и утилизации. В связи с тем, что в состав изделия входит ртуть, относящаяся к первому классу опасности.

Хранить вышедшие из строя, отработанные и потерявшие целостность люминесцентные лампы необходимо хранить в герметичных контейнерах. При этом необходимо вести журнал учета, где отмечены дата выхода из строя, а также дата передачи партии нерабочих изделий специализированной организации для утилизации.

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Источник: https://eltechbook.ru/lampa_ljuminescentnaja.html

Люминесцентная лампа – Help for engineer | Cхемы, принцип действия, формулы и расчет

Газоразрядные лампы основаны на физическом взаимодействии электрического разряда в газах. Люминесцентная лампа (ЛЛ) – основной представитель газоразрядных источников света.

Типы люминесцентных ламп:

– люминесцентная лампа низкого давления – применяется в быту и на производственных предприятиях, давление в таких лампах в районе 300-400 Па;

– высокого давления – используется в установках большой мощности и при применении на открытом воздухе (высокое давление позволяет уменьшить чувствительность к пониженной температуре внешней среды, а так же используется для увеличения срока службы электродов лампы).

Линейная люминесцентная лампа – широко распространенный и применяемый вид люминесцентных ламп, иногда ошибочно говорят колбчатые или трубчатые.

Представляет из себя прямолинейную, двухцокольную трубку, по концам которой вварены стеклянные ножки с укрепленными электродами.

На внутреннюю поверхность наносится люминофор (смесь фосфора с другими веществами), внутри наполнена инертным газом (Ar, Ne, Kr) или их смесями и герметично запаяна, вводится четко дозированное количество ртути.

Рисунок 1 – Линейная люминесцентная лампа

Срок службы люминесцентной лампы гораздо больше, чем у ламп накаливания, он варьируется от 2000 до 20000 часов. На срок службы прежде всего влияет:

– качество электрической энергии в сети;

– выбранный балласт для запуска и его качество выполнения;

– количество, частота включений/выключений – перерывы в работе.

Принцип работы люминесцентной лампы основан на эффекте люминесценции. Электроды лампы находятся на разных ее концах, при включении лампы возникает так называемый тлеющий разряд(электрический разряд в газе, который обычно создается, если имеют место малый ток и низкое давление газа).

Лампа наполнена инертным газом или их смесью и ртутью (редко используют амальгаму), стенки изнутри покрыты люминофором (вещество, превращающее поглощенную энергию в световую).

Изменяя состав люминофора можно менять и цветовое разнообразие люминесцентной лампы. Ранее основной проблемой использования люминесцентных ламп было отсутствие надежных и эффективных люминофоров, лишь после их изобретения люминесцентные лампы начали приобретать популярность.

Существует исполнение ламп, в которых УФ излучение возникает от взаимодействия электрического разряда с инертным газом, то есть без ртути, световой поток таких ламп гораздо меньше, но зато безопасны в эксплуатации.

Газосветные лампы – работа происходит без люминофора, излучается только видимый свет от взаимодействия электрического разряда с инертным газом.

Однако, с появлением компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), которые оснащены электронным балластом и цоколями Е27, Е14 (миньон), люминесцентные лампы такого исполнения завоевали нишу в быту, пришли на замену лампочкам накаливания. Но подходящая ли это замена для использования в домашних условиях?

Может, производители и указывают на гарантию в несколько лет и огромный срок службы люминесцентных ламп, но при использовании ее в быту предъявленные показатели не оправдываются. В основном из-за невыполнения правил эксплуатации, которые тяжело соблюдать в бытовых условиях:

– нельзя использовать в закрытых плафонах (очень чувствительны к нагреву окружающей среды);

– частое включение/выключение сильно ускоряет износ.

Маркировка люминесцентных ламп выполняется тремя цифрами:

– первая цифра – это индекс цветопередачи (соответствие естественности цвета);

– вторая и третья – цветовая температура свечения.

Например, 927 означает, что индекс цветопередачи – 90Ra, 2700К – цветовая температура излучаемого светового потока, которая характерна для свечения лампы накаливания.

Люминесцентная лампа не может включаться непосредственно в сеть (прямое включение) без использования дополнительной аппаратуры, это обусловлена несколькими факторами:

– для возникновения электрической дуги в лампе необходимо высокое напряжение, порядка 1000В;

– в рабочем режиме ток в лампе возрастает в несколько раз и лампа выйдет из строя, если не произвести его ограничение (отрицательное дифференциальное сопротивление).

Балласт для люминесцентных ламп – специальное устройство, которое применяется для решения вышеописанных проблем.

Подключение люминесцентных ламп производится распространенными пускорегулирующими аппаратами: электромагнитный балласт (ЭмПРА) и электронный балласт (ЭПРА).

Электромагнитный балласт (ЭмПРА) – электромагнитный пускорегулирующий аппарат) состоит из последовательно подключенного с лампой дросселя, а так же стартер, который последовательно подключенного между нитями накала.

Рисунок 1 – Схема подключения люминесцентных ламп

Момент включения ламп самый вредный в ее работе, при запуске разряд происходит в какой-то точке, а не по всей площади, таким образом, ухудшая свойства нити в конкретных местах.

Со временем электроды высыхают, опадают и вокруг них на лампе образовываются черные скопления (зачастую по краям лампы, возле цоколей).

2 – Стартер для люминесцентных ламп, который обычно представлен в виде маленькой неоновой лампы.

3 – Электрод стартера.

Схема подключения люминесцентных ламп.При замыкании выключателя SAток не начинает протекать по цепи, а вот приложенное напряжение вызывает в стартере возникновение тлеющего заряда; этого напряжения мало для зажигания лампы.

Стартер состоит из двух электродов, обычно один из них биметаллический (бывают оба), при возникновении тлеющего разряда он нагревается, от чего изгибается и через определенное время электроды замыкаются, при этом начинает протекать ток в цепи и через спирали лампы.

Спирали нагреваются. Электроды стартера остывают и в определенный момент времени они разомкнутся, цепь разорвется и резко ток перестанет течь.

Но резкое изменение тока на катушке индуктивности невозможно и вследствие ее самоиндукции происходит бросок напряжения на дросселе, с помощью которого и происходит зажигание (старт) люминесцентной лампы.

Конденсатор С1 выполняет роль гасителя радиопомех.

Дроссель L служит не только для создания заряда для запуска люминесцентной лампочки, но и также препятствует возрастанию тока в рабочем режиме лампы. Напряжение в цепи ниже напряжения сети на величину самоиндукции дросселя.

Емкость С2 повышает (компенсирует) косинус фи – коэффициент мощности для улучшения влияния работы лампы на питающую сеть.

Возникновение электрического разряда при пуске лампы может несколько раз повторятся, вызвано явление тем, что не вся ртуть перешла в газообразное состояние, после нескольких разрядов происходит переход в нормальный режим работы.

При использовании электромагнитного балласта (ЭмПРА) имеют место недостатки:

– продолжительный пуск лампы (1-3с, зависит от степени ее износа);

– при отсутствии дополнительного конденсатора, в цепи будет малый косинус фи – 0,5;

– постоянный гул, который возрастает с износом дросселя;

– при малых температурах, около 10ºС яркость лампы снижается из-за падения внутреннего давления люминесцентной лампы;

– невозможность пуска при отрицательной температуре.

Электронный балласт (ЭПРА) для люминесцентных ламп

ЭПРА для люминесцентных ламп позволяет выполнить два вида запуска:

– холодный – очень вредный способ, его применения негативно влияет на срок службы лампы. Мгновенное высокое напряжение подается на электроды лампы, происходит быстрое зажигание. Используют, если лампа редко включается/выключается;

– горячий запуск – производится с предварительным разогревом электродов 0,5-1с.

При использовании электронного балласта (ЭПРА) происходит экономия энергии на 20-25% по сравнению с электромагнитным балластом (ЭмПРА). Есть разновидность электронных балластов, которые поддерживают диммирование (регулирование интенсивности свечения) способом регулировки скважности тока.

Люминесцентные лампы специального исполнения:

– лампы дневного света, которым характерны самые высокие требования цветопередачи;

– для растений аквариумов, излучения в диапазоне синего, красного цвета и ультрафиолета

– лампы декоративного исполнения: зеленого, желтого, малинового цветов для осуществления светового дизайна, специальных световых эффектов, подсветки фасадов;

– освещение мясных прилавков розовым оттенком, который придает заманчивый вид мясным изделиям;

– ультрафиолетовые лампы – дезинфекция медицинских помещений и казарм;

– УФ лампы с колбами из «черного» стекла используются в научных целях для выявления мельчайших трещин и погрешностей.

Утилизация люминесцентных ламп и безопасность

Люминесцентные лампы в зависимости от исполнения содержат ртуть (1-70мг), которая является ядовитым веществом и принадлежит к первому классу опасности.

При повреждении стеклянного корпуса лампы, если лампа разбилась, может произойти отравление парами ртути.

Если люминесцентная лампа разбилась дома, то нужно аккуратно собрать стеклянные осколки колбы и обработать возможные места распространения ртути раствором марганцовки, после чего проветрить помещение.

Мы – потребители, при использовании ламп в быту не особо задумываются над утилизацией ртутьсодержащих ламп, собственно как и их производители.

Общественные организации требуют от государств внедрения законов об ограничении использования веществ с потенциальной опасностью, а так же с требованиями организации мест и заводов по утилизации подобных продуктов.

В отдельных случаях место ртути используется амальгама – сплавы металлов с ртутью в жидком или твердом состоянии. В этом случае при повреждении лампы, ртуть останется в твердом состоянии, что упростит ее нахождение и дальнейшую утилизацию. В России представлялся ряд требований на выпуск люминесцентных ламп на основе амальгамы.

Использование силиконовой оболочки позволяет защитить потребителей от ртутных паров, оболочка может прокладываться внутри лампы, а может быть нанесена снаружи и служить так же в дизайнерских целях.

Преимущества люминесцентных ламп:

– большая светоотдача люминесцентных ламп (20Вт люминесцентной лампы дает световой поток, который равен 100Вт лампы накаливания);

– высокий КПД по сравнению с лампой накаливания;

– широкий диапазон разнообразия цветовой гаммы света;

– рассеянный свет, излучается со всей поверхности лампы в отличие от лампы накаливания, где источником света является тело накала.

Не рекомендуется включать с датчиками движения, так как вредны частые включения.

Недостатки люминесцентных ламп:

– возможность отравления химическим веществом – ртуть.

– происходит мерцание лампы, которое зависит от частоты сети. При использовании ЭПРА мерцание не исчезает, а переходит в высокочастотный диапазон – десятки кГц. Возможен стробоскопический эффект, то есть нельзя применять в помещениях с быстровращающимися предметами (рабочие органы станков);

– низкое значение коэффициента мощностииз-за наличия дросселя, что негативно влияет на питающую сеть;

– большие габариты и масса;

– возможность применения диммера только при специальной разновидности ЭмПРА;

– сложная и затратная утилизация;

– на работу лампы сильно влияет температура окружающей среды.

Источник: https://h4e.ru/obshchie-svedeniya/106-lyuminestsentnaya-lampa