Люминесцентная лампа

Виды люминесцентных ламп

Люминесцентная лампа - Газоразрядная источник света, световой поток которого определяется в основном свечением люминофоров под воздействием ультрафиолетового излучения разряда: широко применяется для общего освещения, так световая отдача и срок службы в несколько раз больше, чем в ламп с нитью накаливания того же назначения.


1. Применение люминесцентных ламп

Минисенсор2 и DALI ЭПРА в светильнике (позволяют индивидуальное управление каждого светильника)

Люминесцентные лампы - самые распространенные и экономное источник света для создания рассеянного освещения в помещениях нежилых зданий: офисах, школах, учебных и исследовательских институтах, больницах, магазинах, банках, предприятиях. С появлением современных компактных люминесцентных ламп, предназначенных для установки в обычные патроны E27 или E14 вместо ламп с нитью накаливания, они стали завоевывать популярность и в быту. Применение электронных пускорегулирующих устройств (балластов) вместо традиционных, электромагнитных, позволяет еще больше улучшить характеристики люминесцентных ламп - избавиться от мерцание и гудение, увеличить экономичность, повысить компактность и удобство.

Главными преимуществами люминесцентных ламп по сравнению с лампами с нитью накаливания является высокая светоотдача (люминесцентная лампа в 23 Вт дает такое же освещенность 100 Вт лампа накаливания) и длительный срок службы (6000-20000 часов против 1000 часов). Это позволяет люминесцентным лампам экономить значительные средства, несмотря на более высокую начальную цену.

Применение люминесцентных ламп особенно целесообразно в случаях, когда высокая освещенность нужна в помещении длительное время, поскольку включение для этих ламп является опасным режимом и постоянные включения-выключения сильно снижают срок службы. Наиболее распространенным видом подобных источников света является ртутная люминесцентная лампа. Она представляет собой стеклянную трубку (колбой), заполненной парами ртути, с нанесенным на внутреннюю поверхность слоем люминофора.


2. История

Первым предком лампы дневного света была лампа Генриха Гайслера, который в 1856 году получил синеватый свечение от заполненной газом трубки, возбужденного с помощью соленоида. В 1893 году на всемирной выставке в Чикаго, штат Иллинойс, Томас Эдисон впервые показал человечеству люминесцентное свечение. В 1894 году М. Моор создал лампу, в которой использовался азот и углекислый газ, излучающие розово-белый свет. Эта лампа имела довольно умеренный успех. В 1901, Питер Купер Гьюит демонстрировал ртутную лампу, которая светилась сине-зеленым цветом, и таким образом была непригодна для практических применений. Ее дизайн, однако, был очень близко к современному, и лампа должна гораздо более высокую эффективность, чем лампы Гайслера или Еллинойса. В 1926 году Эдмунд Джермер и его сотрудники предложили увеличить давление в колбах, а также начали покрывать их флуоресцентным порошком, который превращал ультрафиолетовый свет, излучаемый возбужденным плазмой в однородное белый свет. Э. Джермер сегодня признан как изобретатель лампы дневного света. General Electric позже выкупила патент Е. Джермера, и под руководством Джорджа Э. Инмана обеспечила лампам дневного света широкое коммерческое использование, начиная с 1938 года.


3. Принцип работы

Обозначение люминесцентных ламп в схемотехнике

При работе люминесцентной лампы между двумя электродами, которые расположены на противоположных концах лампы возникает электрический разряд. В лампе, которая заполнена парами ртути, переменный ток приводит к появлению УФ-излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом - люминофором, которое поглощает УФ-излучение и выделяет видимый свет. Изменяя состав люминофора, можно изменять оттенок полученного света.

Электрод ультрафиолетовой лампы с прозрачной колбой, без люминофора
Советский электромагнитный балласт (дроссель) для люминесцентной лампы на 20 Вт с изображением принципиальной схемы подключения

4. Особенности подключения

Электромагнитный балласт
Схема подключения линейной ЛЛ с электромагнитным балластом. а-сетевой вход 220 В, b-дроссель, d-стартер, c-компенсационный конденсатор, е-биметаллический электрод, f-конденсатор

С точки зрения электротехники люминесцентная лампа - устройство со слабым сопротивлением (чем больший ток через нее проходит - тем больше падает ее сопротивление). Поэтому при непосредственном подключении к электрической сети лампа очень быстро выйдет из строя из-за огромного ток, проходящий через нее. Чтобы предотвратить это, лампы к сети подключают через специальное устройство (балласт).

В простейшем случае это может быть обычный резистор, однако в таком балласте теряется значительное количество энергии. Чтобы избежать этих потерь при включении ламп от сети переменного тока в качестве балласта может применяться реактивное сопротивление ( конденсатор или катушка индуктивности).

В настоящее время наибольшее распространение получили два типа балластов - электромагнитный и электронный.


5. Электромагнитный балласт

Изготовлен в СССР электромагнитный балласт "1УБИ20" был значительным прорывом в этой области. Недостатком был его низкий КПД, т.к. реактивная мощность балласта больше от мощности лампы.

Электромагнитный балласт - это индуктивное сопротивление ( дроссель), который подключается последовательно с лампой. Для запуска лампы с таким типом балласта требуется также стартер или кнопка.

Преимуществами такого типа балласта является его простота, относительная дешевизна, большой срок эксплуатации и высокая надежность.

Недостатки - мерцание ламп с частотой вдвое большей от частоты сетевого напряжения (частота сетевого напряжения в Украине (СНГ) = 50 Гц), что повышает утомляемость и может негативно сказываться на заре человека, относительно длинный запуск (обычно 1-3 сек, время увеличивается по мере износа лампы), большее потребление энергии (примерно на 20%) по сравнению с электронным балластом, большие габариты, масса, металлоемкость. Дроссель также может издавать низкочастотный гул и нагреваться.

Кроме перечисленных выше недостатков, можно отметить еще одну. При наблюдении определенного предмета с вращающимся или колебательным движением с частотой равной или кратной частоте мерцания люминесцентных ламп с электромагнитным балластом такие предметы будут казаться неподвижными через так называемый эффект стробирования. Например, этот эффект может происходить на шпиле токарного или сверлильного станка, циркулярной пилы, мешалки кухонного миксера, блоке ножей вибрационной электробритвы. Чтобы избежать травмирования на производстве запрещено использовать люминесцентные лампы для освещения движущихся частей станков и механизмов без дополнительной подсветки лампами накаливания.


6. Электронный балласт

Электронный балласт

Электронный балласт - это электронная схема, что преобразует напряжение сети в высокочастотный (20-60 кГц) переменный ток, который питает лампу. Преимуществами такого балласта является отсутствие мерцания и гула, компактные размеры и меньшая масса по сравнению с электромагнитным балластом.

При использовании электронного балласта возможно добиться мгновенного запуска лампы (холодный старт), однако такой режим неблагоприятно сказывается на сроке службы лампы.

При использовании схем с предыдущим прогревом электродов (плавный старт) лампа зажигается с задержкой, однако этот режим позволяет увеличить срок службы лампы. В таких схемах используются позистора или терморезисторы.

  • ЭПРА для 1-10В системы. Их можно управлять в группе или отдельно. Можно соединить датчик дневного света и тогда светлое время дня датчик уменьшает освещенность лампы. Особенно популярен в школьных классах, институтах и ​​переговорных комнатах.

В последнее время вместо него стали новые цифровые ЭПРА по протоколу DALI

  • ЭПРА по DALI-протокола позволяют индивидуальное управление каждого светильника, и поэтому он очень энергоэффективный. Управление освещением можно делать с помощью датчиков присутствия и дневного света. Выключателей больше не нужно, когда автоматика включает в нужные места свет и выключает, когда никого больше нет в помещении.
  • Последние годы в Европе во многих школах, больницах и офисах старое освещение заменяют новыми системами управления, благодаря чему достигается энергосбережения от 60% до 82%.

Простые и дешевые схемы электронных балластов не рассчитаны на включение в сеть без нагрузки (при отсутствующей или снятой лампе). В таком случае схемы выходят из строя. Поэтому большинство люминесцентных светильников продаются в комплекте с лампами.

Простые и дешевые схемы могут выйти из строя при перегорании / обрыва электрода лампы.


7. Механизм запуска лампы с электромагнитным балластом

стартер
Свечение лампы в сильном электромагнитном поле под ЛЭП
Электромагнитный балласт, ПРА B2-класса ( Helvar)

В классической схеме включения с электромагнитным балластом для автоматического регулирования процесса зажигания лампы применяется пускатель (стартер), что представляет собой миниатюрную газоразрядную лампочку с неоновым наполнением и двумя металлическими электродами. Один электрод пускателя неподвижный жесткий, другой - биметаллический, изгибающейся при нагревании. В исходном состоянии электроды пускателя разомкнуты. Пускатель включается параллельно лампе. В момент включения к электродам лампы и пускателя прикладывается полное напряжение сети, так как ток через лампу отсутствует и падение напряжения на дросселе равна нулю. Электроды лампы холодные и напряжения недостаточно для ее зажигания. Но в пускатели от приложенного напряжения возникает разряд, в результате которого ток проходит через электроды лампы и пускателя. Ток разряда мал для разогрева электродов лампы, но достаточен для электродов пускателя, отчего биметаллическая пластинка, нагреваясь, изгибается и замыкается с жестким электродом. Ток в общем кругу растет и разогревает электроды лампы. В следующий момент электроды пускателя остывают и размыкаются. Мгновенный разрыв цепи тока вызывает мгновенный пик напряжения на дросселе, что инициирует зажигание лампы. К этому моменту электроды лампы уже достаточно разогреты. Разряд в лампе возникает сначала в среде аргона, а затем, после испарения ртути, становится ртутным. В процессе горения напряжение на лампе и пускатели составляет около половины напряжения за счет падения напряжения на дросселе, что предотвращает повторное срабатывание пускателя. В процессе зажигания лампы пускатель иногда срабатывает несколько раз подряд вследствие отклонений во взаимосвязанных между собой характеристик пускателя и лампы.


8. Причины выхода из строя

Электроды люминесцентной лампы - вольфрамовые нити, покрытые пастой (активной массой) из основных металлов. Эта паста и обеспечивает стабильный тлеющий разряд, если бы ее не было, вольфрамовые нити очень быстро перегрелись бы и сгорели. В процессе работы паста постепенно осыпается с электродов, выгорает, испаряется, особенно при частых включениях, когда время разряд происходит не по всей площади электрода, а на небольшом участке его поверхности приводит к локальному перегреву. Отсюда потемнение на концах лампы, часто наблюдается ближе к окончанию срока службы. Когда паста выгорит полностью, ток в лампе начинает падать, а напряжение, соответственно, расти. Это приводит к тому, что начинает постоянно срабатывать стартер - отсюда всем известное мигание ламп выходят из строя. Электроды лампы постоянно разогреваются и, наконец, одна из нитей перегорает. Это происходит примерно через 2-3 дня, в зависимости от производителя лампы. После этого минуту-другую лампа горит без всяких мерцаний, но это последние минуты в ее жизни. В это время разряд происходит на остатках перегоревшего электрода, на котором уже нет пасты из основных металлов, остался только вольфрам. Эти остатки вольфрамовой нити очень сильно разогреваются, из-за чего частично испаряются, или осыпаются, после чего разряд начинает происходить за счет траверсы (это проволочка, к которому крепится вольфрамовая нить с активной массой), она частично оплавляется. После этого лампа вновь начинает мерцать. Если ее исключить еще раз, повторное зажигание будет невозможным. На этом все заканчивается. Вышесказанное справедливо при использовании электромагнитных балластов.

Дуговые компактные люминесцентные лампы со встроенным электронным балластом со снятым кожухом

Если же применяется электронный балласт, все произойдет несколько иначе. Постепенно выгорит активная масса электродов, после чего будет происходить все большее их разогрев, таким образом рано или поздно одна из нитей перегорит. Сразу же после этого лампа погаснет без мигания и любого мерцания, предусматривает автоматическое отключение или выход из строя электронного балласта (зависит от конструкции).

Иногда в лампах с электронным балластом выходит из строя именно электронный балласт. Это может происходить в результате перегрева, например, если компактная лампа с встроенным электронным балластом расположена цоколем вверх и рабочая температура такой лампы достаточно высока.

Следующим фактором является скачки напряжения и повышенное напряжение в сети.

В процессе эксплуатации лампы рабочее напряжение и ток постепенно повышаются вследствие износа электродов лампы. При использовании дешевых аналогов компонентов электронных балластов с малым запасом по напряжению и току такие схемы выходят из строя.


9. Люминофоры и спектр излучаемого света

Многие люди световое излучение люминесцентных ламп грубым и неприятным. Цвет предметов освещенных такими лампами может быть немного необычным. Частично это происходит из-за синие и зеленые линии в спектре излучения газового разряда в парах ртути, отчасти из-за типа применяемого люминофора.

Типичный спектр люминесцентной лампы

Во многих дешевых лампах применяется галофосфатным люминофор, излучающий в основном желтое и синее свет, в то время как красного и зеленого излучается гораздо меньше. Такая смесь цветов глазу кажется белым, однако при отражении от предметов свет может содержать неполный спектр, что воспринимается как искажение цвета. Однако такие лампы как правило имеют очень высокую световую отдачу.

В дорогих лампах используется "трехлинейный" и "пятилинейные" люминофор. Это позволяет добиться равномерного распределения излучения в видимом спектра, приводит к более натурального воспроизведения света. Однако такие лампы, как правило, имеют более низкую световую отдачу.

Также существуют люминесцентные лампы, предназначенные для освещения помещений, в которых содержатся птиц. Спектр этих ламп содержит ближний ультрафиолет, что позволяет создать для них комфортнее освещение, приблизив его к естественному, так как птицы, в отличие от людей, имеющих чотирикомпонентних зрение.


9.1. Индекс цветопередачи

Индекс световой температуры

Маркировка применяемый для определения натуральности отображаемого от предметов света лампы. Чем ближе к 10ти, тем цвета предметов казаться естественными:

  • 9 - отлично;
  • 8-9 - очень хорошо;
  • 7-8 - хорошо;
  • 6-7-удовлетворительно.

Для дома рекомендуется лампа с индексом не ниже "8".


9.2. Индекс световой температуры

Маркировка различающий лампы по степени "теллоты" излучаемого света:

  • <35 (менее 3500 Кельвин) - теплый цвет;
  • 35-53 (3500-5300 К) - нейтральный цвет;
  • > 53 (более 5300 К) - холодный цвет.

Для дома рекомендуются лампы с индексом "27".

10. Колбни или линейные (люминесцентные) лампы

Линейная лампа OSRAM, индекс цветопередачи 8, индекс световой температуры 4000 К (естественный свет или прохладный белый), мощность 14 Ватт

По стандартам CIE лампы дневного света условно разделяются на колбни и компактные. Советская люминесцентная лампа мощностью 20 Вт ("ЛБ-20"). Современный европейский аналог этой лампы - T8 18W. Это лампы в форме стеклянной трубки.

Линейные лампы различают по:

  • Длиной трубки (обычно длина трубки пропорциональна мощности):
Мощность лампы (тип.) Длина колбы с цоколем G13 в мм
15 Вт 450
18 Вт 600
30 Вт 900
36 Вт 1200
40 Вт 1200
58 Вт 1500
80 Вт 1500
  • Диаметром трубки, имеют следующие обозначения:
Обозначение Диаметр в дюймах Диаметр в мм
T4 4/8 12,7
T5 5/8 15,9
T8 8/8 25,4
T10 10/8 31,7
T12 12/8 38,0
  • Типом цоколя G13 - расстояние между контактами 13 мм.

11. Компактные лампы

Универсальная лампа Osram для всех типов цоколей G24

Это лампы с согнутой трубкой. Различаются по типу цоколя на (G23, G24Q1, G24Q2, G24Q3) - без встроенного балласта. Балласт размещается в светильнике.

Выпускаются также лампы под стандартные патроны E27 и E14 с встроенным балластом, что позволяет использовать их в обычных светильниках вместо ламп накаливания. Преимуществом компактных ламп является устойчивость к механическим повреждениям и небольшие размеры. Цокольные гнезда для таких ламп очень просты для монтажа в обычные светильники, срок службы таких ламп составляет от 6000 до 15000 часов.


11.1. G23

В лампы G23 посередине цоколя расположен стартер, для запуска лампы дополнительно необходим только дроссель. Мощность этой лампы обычно не превышает 14 Вт. Основное применение - настольные лампы, зачастую встречаются в светильниках для душевых и ванных комнат. Цокольные гнезда таких ламп имеют специальные отверстия для монтажа в обычные настенные светильники.

11.2. G24

Лампы G24Q1, 24Q2 и G24Q3 не имеют встроенного стартера, их мощность как правило от 13 до 36 Вт. Они применяются как в промышленных, так и в бытовых светильниках. Стандартный цоколь G24 можно крепить как шурупами, так и на купол (современные модели светильников).

12. Фитолампы

Фитолампы - это разновидность люминесцентных ламп, которые созданы и используются специально для освещения растений. Фитолампы имеют более красный и синий спектры, чем обычные люминесцентные лампы. Эти спектры необходимые для фотосинтеза растений. Именно они обеспечивают рост и развитие растений.

13. Утилизация

Все люминесцентные лампы содержат ртуть (в дозах от 40 до 70 мг), которая является ядовитым веществом и относятся к I классу опасности для окружающей среды. [1] Эта доза может причинить вред здоровью, если лампа разбилась. Если постоянно подвергаться пагубному воздействию паров ртути, то она будет накапливаться в организме человека, нанося вред здоровью. По истечении срока службы лампу, как правило, выбрасывают куда-нибудь. На проблемы утилизации этой продукции в Украине не обращают внимания ни потребители, ни производители, хотя существуют фирмы, осуществляющие утилизацией.


Литература


Примечания

16. Украинские сайты производителей люминесцентных ламп

Викискладе по теме: Люминесцентная лампа
Освещение лампы
Накаливания
Флюоресцентная и розжарювальна лампы
Флюоресценция
Люминесцентные лампы ( компактные) ? Индукционные лампы
Другие люминесценции
Газоразрядные
Газосветные лампы (неоновая, ксеноновая) ? Ртутная лампа ? Металгалогенови лампы ? Натриевая лампа ? Лампа черного света
Дуговые
Дуговые лампы (угольные) ? Свеча Яблочкова
На сгорании
Взрывобезопасные лампы ( лампа Дэви) ? Газовая лампа ? Керосиновая лампа ? Друммондове свет ? Карбидная лампа ? Ночник ? Свеча ? Лучина
Другие
Электролюминесцентная провод ? Плазменная лампа ? Лавовая лампа ? Светодиод и органический светодиод ? Серкова лампа