Люминесцентная лампа

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.

Линейная люминесцентная лампа

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). Инертный газ необходим для однонаправленного движения электрического разряда, взаимодействие которого с инертным газом и парами ртути вызывает возникновение ультрафиолетового излучения (УФ), находящееся вне зоны видимого спектра. Люминофор  поглощает УФ и выделяет свет в видимом диапазоне.

            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.

            Люминесцентные лампы завоевали широкое распространение в общественных помещениях: больницы, школы, офисы. Такие лампы имеют большие массогабаритные показатели, и поэтому для их размещения требуется много места. Применяются при освещении рабочих мест, фасадов, рекламных вывесок,  холодильных камер с продукцией в магазинах.

            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.

Схема подключения люминесцентных ламп

Рисунок 1 – Схема подключения люминесцентных ламп

 

            1 – Электроды лампы, которые являются вольфрамовыми нитями и покрыты специальной пастой. Она предотвращает сильное нагревание нити накала и обеспечивает стабильный, надежный электрический разряд. 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

            Характерной особенностью ЭПРА (электронный пускорегулирующий аппарат) является частота тока, подающегося на электроды лампы и составляет 25-133кГц, вследствие чего, мерцание света становится незаметным для человеческого глаза.

            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. При этом ртуть имеет свойство накапливаться в организме, вызывая еще большее со временем отравление ядовитым веществом, постоянно нанося вред здоровью.

            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. Существуют фирмы по утилизации ламп, в некоторых городах районные ЖЭКи осуществляют прием ламп с дальнейшей их переработкой.

 

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.

 

Комментарии  

 
# Андрей 18.02.2016 19:42
Очень полезная статья.Спасибо автору.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
 
 
# Михалыч26 13.04.2016 09:40
Добрый день!
Нужна Ваша консультация. Есть прибор для УФ обработки воды из скважины. В приборе стоит УФ лампа. Мощностью 39 ватт. Заявленный ресурс 9000 часов или год. Первая лампа была заменена через год работы, хотя визуально работала нормально. За второй год, середине сезона перестал работать блок питания лампы. После некоторого "колдовства" он ожил. Лампа возгорелась. Но мне "умники" от электроники посоветовали блок выбросить и поставить устройство под названием ИЗУ 1М. УФ прибор заработал. Обещали "вечную" работу лампы так как целые спирали для ИЗУ не нужны. Я был счастлив. Но прошло четыре месяца и лампа погасла. Новая лампа! Вернее не погасла совсем, а еле светилась тоненьким УФ "шнурочком". Вытащил лампу из прибора. На внутренней поверхности стеклянной колбы, в районе спиралей, плотное металлизированн ое покрытие! Спирали звонятся. А лампа не горит. Ставлю в прибор первую, отработавшую свой ресурс лампу. Она загорелась. Но через некоторое время я заметил, что дроссель нагревается на температуру больше +80°С! Рука не терпит. Посоветовали поставить последовательно еще один дроссель. Типа меньше будет ток через лампу. Поставил. И действительно, интенсивность свечения уменьшилась. Я возрадовался, думаю ну вот найдено решение. Но не тут то было. Эта схема не проработала и одного месяца.
Нужна Ваша помощь советом. Очень. Выручайте. Заранее спасибо.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
 
 
# Сергей 13.10.2016 01:43
Дроссель стал нагреваться потому, что в нем произошло межвитковое замыкание из-за высоковольтных импульсов, выдаваемых ИЗУ. Наверняка вам поставили ИЗУ-1М 100/400. Попробуйте приобрести ИЗУ меньшей мощности, например, ИЗУ-1М 35/70 и поставить новый дроссель.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
 

Добавить комментарий

Общайтесь культурно

Ваше имя:

Рейтинг@Mail.ru

Яндекс.Метрика