Что внутри люминесцентной лампы. Люминесцентные лампы: описание, характеристики, типы, подключение в быту. Основные положительные стороны

Свою историю люминесцентные лампы начинают с газоразрядных приборов, изобретенных в XIX веке. По светоотдаче и экономичности они значительно превосходят лампы накаливания. Применяются для освещения жилых помещений, учреждений, больниц, спортивных сооружений, цехов производственных предприятий.

Принцип работы и основные свойства

Чтобы произошел разряд, к колбе с противоположных сторон подсоединены электроды. Напрямую подключать газоразрядные лампы к сети нельзя. Обязательно используется – балласты.

Если число включений не превышает 5 раз в день, то люминесцентный источник гарантированно прослужит 5 лет. Это почти в 20 раз больше, чем для ламп накаливания.

Среди недостатков люминесцентных ламп выделяют:

• Нестабильную работу при низкой температуре.
• Необходимость в правильной утилизации из-за паров ртути.
• Присутствие мерцания, для борьбы с которым требуется усложнять схему.
• Сравнительно большие размеры.

Однако люминесцентные лампы чрезвычайно экономичны, поскольку потребляют мало энергии, дают больше света и дольше работают. Не удивительно, что они заменили обычные лампочки почти во всех учреждениях и на предприятиях.

Разновидности люминесцентных ламп

Лампы бывают низкого и высокого давления. Трубки низкого давления устанавливают в помещениях, высокого давления – на улицах и в мощных осветительных приборах.

Ассортимент люминесцентных осветительных приборов довольно широк. Они отличаются размером и формой трубки, типом цоколя, мощностью, цветовой температурой, светоотдачей и другими характеристиками.

В зависимости от формы трубки люминесцентные лампы бывают:

• Трубчатыми (прямыми), обозначаются буквой Т или t, имеют прямую форму.
• U-образными.
• Кольцевыми.
• Компактными, применяются для светильников.

Прямые, U-образные и кольцевые типы объединят в один вид линейных ламп. Наиболее часто встречаются осветительные приборы в форме трубок. После буквы T или t стоит число. Оно указывает на диаметр трубки, выраженный в восьмой части дюйма. Т8 означает, что диаметр составляет 1 дюйм или 25,4 мм, Т4 – 0,5 дюйма или 12,7 мм, Т12 – 1,5 дюйма или 38,1 мм.

Чтобы сделать лампу более компактной, ее колбу изгибают. Для запуска таких ламп используют встроенный электронный дроссель. Цоколь делают либо под стандартные лампы, либо под специальные светильники.

Цоколь люминесцентной лампы может быть типа G (штырьковый с двумя контактами) или типа E (винтовой). Последний тип применяется в компактных моделях. Цифры после буквы G указывают на расстояние между контактами, а после буквы E – диаметр в миллиметрах.

Маркировка

Отечественная и международная маркировка отличается. Российская берет свое начало со времен Советского Союза, в ней используются буквы кириллицы. Значения букв следующие:

• Л лампа;
• Д дневной свет;
• Б белый;
• Т теплый;
• Е естественный;
• Х холодный.

Для компактных моделей впереди ставят букву К. Если в конце маркировки стоит Ц, то применяют люминофор с улучшенной цветопередачей. Две буквы Ц означают, что цветопередача самого высокого качества.

Если лампа дает цветной свет узкого спектра, то после Л стоит соответствующая буква. Например, ЛК означает источник красного свечения, ЛЖ – желтого, и так далее.

Согласно международной маркировке на лампе пишут мощность и через косую черту трехзначное число, которое определяет индекс цветопередачи и цветовую температуру.

Первая цифра числа указывает на цветопередачу, умноженную на 10. Чем больше цифра, тем точнее цветопередача. Последующие две цифры говорят о цветовой температуре, выраженной в кельвинах и деленной на 100. Для дневного света цветовая температура составляет 5-6,5 тысяч K, поэтому лампа с маркировкой 865 будет означать дневной свет с высокой цветопередачей.

Для жилья используют лампы с кодом 827, 830, 930, для внешнего освещения с кодом 880, для музеев с кодом 940. Подробнее о значении маркировки можно узнать в специальных таблицах.

Мощность традиционно обозначается буквой W. В источниках света общего назначения шкала мощности изменяется от 15 до 80 Вт. У ламп специального назначения мощность может быть менее 15 Вт (маломощные) и более 80 Вт (мощные).

Применение

Люминесцентные лампы с всевозможными оттенками белого цвета применяют для освещения помещений и улиц. С их помощью подсвечивают растения в оранжереях и теплицах, аквариумы, музейные экспонаты.

Наиболее распространенные трубки Т8 с цоколем G13 мощностью 18 и 36 Вт. Их применяют в учреждениях и на производстве. Они легко заменяют советские лампы типа ЛБ/ЛД-20 и ЛБ/ЛД-40.

Поскольку люминесцентные источники слабо нагреваются, их можно применять во всех типах светильников. Выбирая соответствующий цоколь, мощность и размер, их устанавливают в бра, подвесные люстры, ночники. Применяют на кухне, ванне, гаражах, рабочих кабинетах.

Выпускают люминесцентные лампы, излучающие ультрафиолетовый свет. Их устанавливают в лабораториях, исследовательских центрах, медицинских учреждениях – везде, где требуется этот тип излучения.

Люминофор может давать цветной свет (желтый, голубой, зеленый, красный и так далее). Такие источники применяют в дизайнерских целях для художественного оформления витрин, подсветки вывесок, фасадов зданий.

Чтобы люминесцентный прибор прослужил максимально долго, надо обеспечить ему стабильное напряжение и редкое включение/выключение. Поскольку в колбе люминесцентного источника света содержится ртуть, ее нельзя выбрасывать вместе с другим бытовым мусором. Люминесцентные лампы необходимо сдавать в специальные пункты приема. Это могут быть спасательные службы, магазины, продающие электротовары, или компании по утилизации опасного мусора.

С.И. Паламаренко, г Киев

Классификация люминесцентных ламп, характеристики обычных люминесцентных ламп, зависимость параметров ламп от напряжения сети, зависимость характеристик от окружающей температуры и условий охлаждения, изменение характеристик люминесцентных ламп в процессе горения, энергоэкономичные люминесцентные лампы, зарубежные люминесцентные лампы, компактные люминесцентные лампы, безэлектродные люминесцентные лампы.

Классификация люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы (ЛЛ) делятся на осветительные общего назначения и специальные. К ЛЛ общего назначения относят лампы мощностью от 15 до 80 Вт с цветовыми и спектральными характеристиками, имитирующими естественный свет различных оттенков. Для классификации ЛЛ специального назначения используют различные параметры. По мощности их разделяют на маломощные (до 15 Вт) и мощные (свыше 80 Вт); по типу разряда на дуговые, тлеющего разряда и тлеющего свечения; по излучению на лампы естественного света, цветные лампы, лампы со специальными спектрами излучения, лампы ультрафиолетового излучения; по форме колбы на трубчатые и фигурные; по светораспределению с ненаправленным светоизлучением и с направленным (рефлекторные, щелевые, панельные и др.).

Маркировка обычно состоит из 2-3 букв. Первая буква Л означает люминесцентная. Следующие буквы означают цвет излучения: Д - дневной; ХБ - холодно-белый; Б - белый; ТБ - теплобелый; Е - естественно-белый; К, Ж, 3, Г, С - соответственно красный, желтый, зеленый, голубой, синий; УФ - ультрафиолетовый. У ламп с улучшенным качеством цветопередачи после букв, обозначающих цвет, стоит буква Ц, а при цветопередаче особо высокого качества - буквы ЦЦ. В конце ставят буквы, характеризующие конструктивные особенности: Р - рефлекторная, У - U-образная, К - кольцевая, А - амальгамная, Б - быстрого пуска. Цифры обозначают мощность в ваттах. Маркировка ламп тлеющего разрада начинается с букв ТЛ.

Характеристики обычных ЛЛ

В табл.1 приведены характеристики наиболее распространенных ЛЛ дневного света. Обозначения: Р - мощность; U -напряжение на лампе; I - ток лампы; R -световой поток; S - световая отдача.

Зависимость параметров ламп от напряжения сети

При изменении напряжении сети в пределах + 10% изменение параметров лампы можно определить из соотношения dX/X = Nx dUc/Uc, где X - соответствующий параметр лампы; dX - его изменение; Nx - коэффициент для соответствующего параметра. Для схемы с дросселем коэффициенты имеют следующие значения: для силы света Ni = 2,2; для мощности Np = 2,0; для светового потока Nф = 1,5. В схеме с емкостно-индуктивным балластом величины Nx несколько меньше.

При падении напряжения сети ниже допустимого ухудшаются условия перезажигания. Повышение напряжения выше допустимого вызывает перекал катодов и перегрев пускорегулирующих устройств. И в том, и в другом случае происходит значительное сокращение срока службы ламп.

Зависимость характеристик от окружающей температуры и условий охлаждения

Изменение температуры трубки по сравнению с оптимальной как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, вызывает снижение светового потока, ухудшение условий зажигания и сокращение срока службы. Надежность зажигания стандартных ламп при работе со стартерами начинает особенно заметно падать при температурах ниже -5°С и при понижении напряжения сети. Например, при -10°С и напряжении сети 180 В вместо 220 В число незажигающихся ламп может доходить до 60-80%. Такая сильная зависимость делает применение ЛЛ в помещениях с низкими температурами неэффективным.

Повышение температуры относительно оптимальной может происходить при повышении температуры окружающей среды и при работе ламп в закрытой арматуре. Перегрев ЛЛ кроме уменьшения светового потока сопровождается некоторым изменении их цвета. На рис.2 показана зависимость параметров ЛЛ от температуры окружающей среды.

Изменение характеристик ЛЛ в процессе горения

В первые часы горения происходит некоторое изменение электрических характеристик ламп, связанное с доактивиров-кой катодов, выделением и поглощением различных примесей. Эти процессы обычно заканчиваются на первой сотне часов. В течение остального срока службы электрические характеристики изменяются очень незначительно. Происходит постепенное уменьшение яркости свечения люминофора и светового потока лампы (рис.3: кривая 1 для ЛЛ 40 Вт, кривая 2 для ЛЛ 15 и 30 Вт). В некоторых лампах уже спустя несколько сотен часов горения начинают появляться темные налеты и пятна у концов трубки, связанные с распылением катодов. Они свидетельствуют о плохом качестве ламп.

Энергоэкономичные люминесцентные лампы (ЭЛЛ)

ЭЛЛ предназначены для общего освещения и полностью взаимозаменяемы со стандартными ЛЛ мощностью 20, 40 и 65 Вт в существующих осветительных установках без замены светильников и пускорегулирующей аппаратуры. Они имеют стандартную длину, стандартные значения рабочих токов и напряжений на лампах и те же или близкие значения световых потоков, что и у стандартных ламп соответствующей цветности при пониженной на 10% мощности (18, 36 и 58 Вт). Внешне ЭЛЛ отличаются от стандартных ламп только меньшим диаметром (26 мм вместо 38 мм). За счет уменьшения диаметра снижается расход основных материалов (стекло, люминофор, газы, ртуть и др.).

Для обеспечения того же падения напряжения на лампах при уменьшении их диаметра пришлось применить для наполнения смесь аргона с криптоном и снизить давление до 200-330 Па (вместо обычных 400 Па в стандартных лампах). В ЭЛЛ возрастает температура трубки до 50°С, но создавать специальные условия для охлаждения не требуется. Люмино-форный слой в ЭЛЛ находится в более тяжелых рабочих условиях, поэтому наиболее подходящими для этих ламп являются редкоземельные люминофоры. Однако такие люминофоры примерно в 40 раз дороже стандартного галофосфата кальция (ГФК), поэтому и лампы с такими люминофорами в несколько раз дороже обычных. Для снижения стоимости ламп применяют двухслойное покрытие. Сначала на стекло наносят ГФК, а поверх него редкоземельный люминофор небольшой толщины.

Промышленность выпускает ЭЛЛ мощностью 18, 36 и 58 Вт цветностей ЛБ, ЛДЦ и ЛЕЦ со световыми параметрами, совпадающими с параметрами обычных ЛЛ тех же цветностей мощностью 20, 40 и 65 Вт. Под маркой ЛБЦТ выпускаются ЭЛЛ с трехком-понентной смесью редкоземельных люминофоров со сроком службы 15000 ч.

Зарубежные ЭЛЛ

Зарубежные фирмы выпускают ЭЛЛ трех-четырех стандартизованных цветовых тонов и с двух-трехкомпо-нентной смесью редкоземельных люминофоров. В табл.2 приведены параметры некоторых типов ЭЛЛ в колбах диаметром 26 мм фирмы OSRAM (Германия).

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)

В начале 80-х годов стали появляться многочисленные типы компактных ЛЛ мощностью от 5 до 25 Вт со световыми отдачами от 30 до 60 лм/Вт и сроками службы от 5 до 10000 ч. Часть типов КЛЛ предназначена для непосредственной замены ламп накаливания. Они имеют встроенную пускорегулирующую аппаратуру и снабжены стандартным резьбовым цоколем Е27.

Разработка КЛЛ стала возможной только в результате создания высокостабильных узкополосных люминофоров, активированных редкоземельными элементами, которые могут работать при более высоких поверхностных плотностях облучения, чем в стандартных ЛЛ. За счет этого удалось значительно уменьшить диаметр разрядной трубки. Что касается сокращения габаритов ламп в длину, то эта задача была решена путем разделения трубок на несколько более коротких участков, расположенных параллельно и соединенных между собой либо изогнутыми участками трубки, либо вваренными стеклянными патрубками.

Таблица 3

Все многообразие выпускаемых в настоящее время КЛЛ можно разделить на четыре основные группы.

1. Без внешней оболочки, с разрядной трубкой Н- или П-образной формы, специальным цоколем, выносной пус-корегулирующей аппаратурой (ПРА) и встроенным стартером (рис.4,а) , где 1 -разрядная трубка; 2 - специальный цоколь G23 с вмонтированным внутри его стартером и конденсатором).

2. С призматической или опаловой внешней оболочкой, сложно изогнутой разрядной трубкой, стандартным резьбовым (или штифтовым) цоколем и встроенным стартером и ПРА (рис.4,б), где 1 - разрядная трубка; 3 -дроссель; 4 - внешняя колба; 5 - полая часть корпуса, внутри которой смонтированы дроссель, стартер, конденсатор, тепловой выключатель).

3. Кольцевые, без внешней оболочки, со стандартным резьбовым (или штифтовым) цоколем и встроенным стартером и ПРА (рис.4,в).

4. Со стеклянной внешней оболочкой, сложно изогнутой разрядной трубкой, специальным цоколем, выносным стартером и ПРА.

В первую группу входят КЛЛ, получившие наибольшее распространение. Лампы имеют разрядную трубку с диаметром 12,5 мм и снабжены специальным двухшты-ревым цоколем G23. Они выпускаются отечественной промышленностью (под маркой КЛ/ТБЦ) и рядом зарубежных фирм. Лампы наполнены аргоном при давлении 400 Па, что обеспечивает нормальную работу катодов и условия разряда. Лампы легко зажигаются даже при температурах до -20°С, время зажигания не превышает 10 с. Основные параметры таких ламп приведены в табл.3.

Серия КЛЛ повышенной мощности состоит из трех ламп мощностью 18, 24 и 35 Вт длиной 251, 362 и 443 мм, с номинальным световым потоком соответственно 1250, 2000 и 2500 лм и сроком службы 5000 ч. Лампы изготавливают в трубках увеличенного до 15 мм диаметра и монтируют на специальном 4-штыревом цоколе.

Во вторую группу входят довольно распространенные за рубежом КЛЛ со стеклянной или пластмассовой внешней оболочкой и стандартным резьбовым цоколем Е27 (см. рис.4,б). Внутри оболочки смонтированы ПРА, стартер и дважды U-образно изогнутая разрядная трубка. Основные параметры КЛЛ этого типа (отечественные КЛС.../ТБЦ и выпускаемые за рубежом (SL) приведены в табл.3 (РЭ2/2001) (вторая группа).

Ввиду того что разрядные трубки в этом виде ламп работают в закрытой внешней оболочке при температурах, заметно превышающих оптимальную, и нет возможности искусственно создать холодную зону, разрядные трубки наполняют амальгамой ртути.

Лампы предназначены для непосредственной замены ламп накаливания и дают большую экономию электроэнергии. К их недостаткам относят сравнительно большие

габариты и особенно массу по сравнению с лампами накаливания, неразборность конструкции, в силу чего после выхода из строя разрядной трубки приходится заменять целиком всю лампу, включая дроссель. В связи с этим некоторые зарубежные фирмы выпускают такие лампы в разборном исполнении.

В третью группу входит семейство кольцевых КЛЛ с резьбовым цоколем и встроенным ПРА, смонтированным в пластмассовом корпусе, расположенном по диаметру кольцеобразной разрядной трубки (см. РЭ2/2001, рис.4,в). Световая отдача кольцевых КЛЛ даже с полупроводниковыми ПРА уступает световой отдаче Н-образных КЛЛ соответствующих мощностей. Удобство кольцевых КЛЛ состоит в том, что ими можно непосредственно заменять лампы накаливания в осветительном приборе. В четвертую группу входят

лампы, имеющие цилиндрическую или грушевидную внешнюю оболочку, специальный 4-штыревой цоколь, выносные ПРА и стартер. Эти лампы имеют более низкие световые отдачи по сравнению с Н- и П-образными КЛЛ. Поэтому данные об этих лампах не приводятся.

Основные экономические преимущества КЛЛ - значительная экономия электроэнергии и уменьшение необходимого количества ламп для выработки одинакового количества люмен-часов по сравнению с лампами накаливания.

Современные КЛЛ сложны в производстве. Поэтому ведутся теоретические и экспериментальные исследования, направленные на усовершенствование таких ламп.

Безэлектродные КЛЛ.

В этих лампах для возбуждения свечения люминофоров используется разряд в парах ртути низкого давления в смеси с

инертными газами (аргоном, криптоном). Поддержание заряда осуществляется за счет энергии электромагнитного поля, которое создается в непосредственной близости от разрядного объема. Создание безэлектродных КЛЛ стало возможным благодаря современной микроэлектронике, которая позволила создать малогабаритные и сравнительно дешевые источники высокочастотной энергии с высоким КПД.

Все возможные типы безэлектродных ламп состоят из трех основных узлов: малогабаритного источника ВЧ энергии, устройства для эффективной передачи ВЧ энергии в разряд, называемого индуктором, и разрядного объема. Различия в устройстве и конструкции узлов определяются выбранной для возбуждения разряда высокой частотой. В настоящее время известны три основных типа безэлектродных КЛЛ с примерно одинаковыми энергетическими параметрами: с тороидальным индуктором на ферромагнитном сердечнике (частоты от 25 до 1000 кГц), с соленоидальным индуктором (частоты от 3 до 300 МГц) и сверхвысокочастотные (с частотой свыше 100 МГц).

Анализ показал, что в настоящее время наиболее целесообразно использовать конструкцию с соленоидальным индуктором и внешним по отношению к нему расположением разрядного объема. Конструкция подобной лампы показана на рис.5, где 1 - цоколь Е-27; 2 - блок автогенератора; 3 -наполнение, ртуть и инертный газ, 4 - соленоидальный индуктор; 5 - люминофорный слой; 6 - цилиндрическая полость в колбе; 7 - стеклянная колба. Экспериментальные образцы безэлектродных КЛЛ с соленоидальным индуктором (на частоте 18 МГц) мощностью 30 Вт на сетевое напряжение 220 В 50 Гц с диаметром внешней колбы 75-85 мм имеют световую отдачу 30-40 лм/Вт. При этом ферритовый сердечник разогревается до 300°С.

В настоящее время ни в одной стране нет промышленного выпуска безэлектродных КЛЛ и выпускают только экспериментальные образцы.

Принцип работы люминесцентной лампы базируется на эффекте классической люминесценции.

Электрическим разрядом в ртутных парах создаётся ультрафиолетовое излучение, преобразуемое посредством люминофора в видимое свечение.

При самостоятельном подключении и ремонте таких осветительных приборов учитываются особенности устройства и принцип их действия.

Люминесцентная лампа относится к категории классических разрядных источников освещения низкого давления. Стеклянная колба такой лампы всегда имеет цилиндрическую форму, а наружный диаметр может составлять 1,2см, 1,6см, 2,6см или 3,8см.

Цилиндрический корпус чаще всего прямой или U-изогнутый. К торцевым концам стеклянной колбы герметично припаиваются ножки с электродами, выполненными из вольфрама.

Устройство лампочки

Внешней стороной электроды подпаиваются к цокольным штырям. Из колбы осуществляется тщательное откачивание всей воздушной массы через специальный штенгель, расположенный в одной из ножек с электродами, после чего происходит заполнение свободного пространства инертным газом с ртутными парами.

На некоторые типы электродов в обязательном порядке производится нанесение специальных активирующих веществ, представленных окислами бария, стронцием и кальцием, а также незначительным количеством тория.

Схема

Стандартная схема подключения люминесцентной лампы значительно сложнее, нежели процесс включения традиционной лампы накаливания.

Требуется применять особые пусковые устройства, качественные и мощностные характеристики которых оказывают непосредственное влияние на сроки и удобство эксплуатации осветительного прибора.

Схема подключения люминесцентных ламп без дросселя и стартера

В настоящее время практикуется несколько схем подключения, которые отличаются не только по уровню сложности выполняемых работ, но и набором используемых в схеме устройств:

• подключение с применением электромагнитного балласта и стартера;
• подключение с электронным пускорегулирующим аппаратом.

Второй вариант подключения предполагает генерирование высокочастотного тока, а сам непосредственный запуск и процесс работы осветительного прибора запрограммированы электронной схемой.

Схема подключения лампы с дросселем и стартером

Чтобы правильно выполнить подключение осветительного прибора, необходимо знать устройство дросселя и стартера, а также учитывать правила подключения такого оборудования.

Как загорается люминесцентная лампа?

Как работает люминесцентная лампа? Функционирование люминесцентного осветительного прибора обеспечивается следующими поэтапными действиями:

• на электроды, расположенные на цокольных штырях, подаётся напряжение;
• высокое сопротивление газовой среды в лампе провоцирует поступление тока через стартер с образованием тлеющего разряда;
• ток, проходящий через электродные спирали, в достаточной степени прогревает их, а разогретые стартерные биметаллические контакты замыкаются, что прекращает разряд;
• после остывания стартерных контактов происходит их полное размыкание;
• самоиндукция вызывает возникновение импульсного напряжения дросселя, достаточного для включения освещения;
• проходящий через газовую среду ток уменьшается, а полное отключение стартера обуславливается недостаточностью напряжения.

Лампы спецназначения

Основным назначением устанавливаемых конденсаторов является эффективное снижение помех. Входные конденсаторы обеспечивают существенное понижение реактивной нагрузки, что важно при необходимости получить качественное освещение и продлить срок службы прибора.

Для чего нужен дроссель в люминесцентной лампе

Дроссель позволяет обеспечить требуемый для полноценного функционирования лампы электрический импульс. Принцип такого дополнительного устройства основан на сдвиге фазы переменного тока, что способствует получению необходимого количества тока для горения паров, которыми наполнена внутренняя часть лампы.

В зависимости от уровня мощности, рабочие параметры дросселя и сфера его использования могут варьироваться:

• 9 Вт - для стандартной энергосберегающей лампы;
• 11 w и 15 w - для миниатюрных или компактных осветительных приборов и энергосберегающих ламп;
• 18 w - для настольных осветительных приборов;
• 36 Вт - для люминесцентного светильника с малыми показателями мощности;
• 58 Вт - для потолочных светильников;
• 65 Вт - для многоламповых приборов потолочного типа;
• 80 Вт - для мощных осветительных приборов.

При выборе нужно также ориентироваться на индуктивное сопротивление, регулирующее показатели мощности тока, подающегося на контакты люминесцентного осветительного прибора.

Принцип работы стартера люминесцентной лампы

Конструкция устройства представлена компактной стеклянной колбой, заполненной инертным газом. Колба установлена внутри металлического или пластикового корпуса, с парой электродов, один из которых относится к биметаллическому типу.

Напряжение на зажигание стартера не должно быть выше, чем номинальное напряжение питающей сети. В процессе подключения схемы запуска к питающей электросети, значительная часть напряжения переходит на разомкнутые стартерные электроды. Под воздействием напряжения обеспечивается образование тлеющего разряда, небольшая часть которого используется для разогрева биметаллических электродов.

Схема работы стартера

Результатом нагревания становится изгиб и замыкание электроцепи, с последующим прекращением тлеющего разряда внутри стартера. Проход тока по цепи последовательно соединенных дросселя и катодов вызывает их эффективный прогрев. Временем замкнутого состояния стартерных электродов определяется продолжительность прогрева катодов любой люминесцентной лампы.

Средний срок эксплуатации стартера равен продолжительности работы осветительного прибора, но с течением времени уровень интенсивности напряжения тлеющего внутреннего разряда заметно понижается.

Устройство и принцип работы люминесцентного светильника

Современные люминесцентные светильники относятся к категории наиболее распространенных типов надежных и долговечных осветительных приборов. Если до недавнего времени такие устройства использовались преимущественно в обустройстве освещения административных и офисных зданий, то в последние годы они всё чаще находят применение в жилых помещениях.

Источник света в таких видах светильников представлен люминесцентной или газоразрядной лампой, функционирующей благодаря свойству некоторых газообразных и парообразных веществ достаточно мощно светиться в условиях электрического поля.

Светильник люминесцентный

Люминесцентные лампы, устанавливаемые в малогабаритные и компактные светильники, могут обладать кольцевидной, спиралевидной или любой другой формой, что положительно сказывается на габаритах осветительного прибора.

Выпускаемые лампы принято подразделять на линейные и компактные модели. Первый вариант имеет характерные отличия по длине, а также диаметру колбы. Компактные модели имеют, как правило, изогнутую трубку, а основные различия представлены типом цоколя.

Несмотря на кажущуюся простоту устройства, и несложный принцип работы люминесцентной лампы, чтобы продлить срок службы прибора и получить качественное освещение, важно строго соблюдать схему подключения и использовать комплектующие только от проверенных и хорошо зарекомендовавших себя производителей.

Видео на тему

Люминесцентная лампа или лампа дневного света (ЛЛ, ЛДС) - инертный газ в стеклянной колбе, излучающий видимый свет.

Принцип работы ЛДС заключается в насыщении газа ртутью с последующим пропусканием через него разряда, в результате чего образуется УФ-излучение, преобразуемое в видимый свет благодаря слою люминофора, содержащемуся во внутренней поверхности колбы. В этой статье будут рассмотрены ЛДС, их описание и технические характеристики.

Разновидности

В реализации наиболее используются газоразрядные лампы на основе ртути высокого (ГРЛВД) или низкого (ГРЛНД) давления:

Область применения

Люминесцентные источники света получили большой спрос в организациях общественного назначения: школах, больницах, госучреждениях.

С дальнейшим развитием светильники оснастили электронным балластом, стало возможным их применение в распространенных патронах стандарта Е14 и Е27.

ЛЛ актуальнее применять в помещениях промышленного сектора для обеспечения большего периметра освещения при минимальных энергозатратах. Также их используют в освещении рекламных щитов и фасадов.

Люминесцентные приборы сочетают в себе характерные черты эффективного и экономного использования электроэнергии. В быту лампы дневного света потолочные и настольные применяются для растений, освещения рабочей поверхности и жилых комнат.

Актуальность применения люминесцентных ламп

Широкое распространение ЛЛ получили благодаря многим преимуществам, а именно:

• высокая световая отдача (ЛДС мощностью 10 Вт обеспечивает освещенностью, сравнимой с лампочкой накаливания 50 Вт);
• большой диапазон оттенков испускаемого света;
• полная рассеянность света.

Гарантированный срок эксплуатации ЛДС от 2 тыс. часов против 1 тыс. часов у ламп накаливания.

Недостатки люминесцентных устройств:

• химопасность (в ЛДС содержится до 1г ртути);
• неравномерный спектр, который неприятен человеческому глазу;
• постепенное разрушение слоя люминофора, приводящее к ослаблению освещенности;
• мерцание лампы с двухкратной частотой от сети;
• наличие механизма, регулирующего пуск;
• мощность ЛЛ не обеспечивает высокого коэффициента.

Принципы работы

Во время работы ЛЛ между двумя электродами, расположенными на ее краях, горит дугообразный разряд, который приводит к созданию УФ-свечения внутри колбы, наполненной газом, в составе которого ртутные пары.

Зрение человека невосприимчиво к УФ диапазону свечения, поэтому внутренние стенки колбы обработаны люминофорным составом, имеющим свойства поглощения ультрафиолета с дальнейшим преобразованием его в видимое белое свечение. Ортофосфаты кальция-цинка и галофосфаты лежат в основе люминофорного слоя. Также люминофор может быть насыщен другими веществами с целью получения определенного оттенка света. Термоэлектронная эмиссия электродов с катода создает поддержку электрической дуги в ЛДС. Дальнейшее разогревание катодов путем пропуска через них тока или ионной бомбардировки приводит к запуску устройства.

Технические характеристики

От технических характеристик зависит конечная работа ЛДС - необходимое освещение.

Мощность

От показателя мощности ЛЛ зависит светоотдача, которая влияет на площадь освещения. В реализации распространены лампы различной мощности.

Лампы 4–6 W

Применимы в помещениях небольшой комнаты. Отлично подходят в сельскохозяйственной местности, сторожевых будках или палатках. Эти ЛДС неприхотливы к потреблению электроэнергии, а также благодаря трансформаторным преобразователям эти лампы способны работать от 12 вольт, что дает возможность запустить лампу подсоединением к авто аккумулятору в условиях отсутствия электроснабжения. Также маломощные люминесцентные устройства применяются для освещения растений или аквариумов.

Самые распространенные ЛЛ по мощности лампы. Их можно встретить везде: в комнате, автомобильных боксах, офисах, павильонах.

Также получили большое распространение. Применяются в тех же помещениях, что и ЛЛ 18 W, с разницей в увеличении площади освещения.

58 W и 80 W

Эти ЛДС большой мощности применяются только в производственных цехах большой площади, хранилищах и ангарах, на подземной территории.

Иногда ЛЛ такой мощности можно встретить на участках открытой местности в условиях большой рассеянности света. Такие ЛЛ, в отличии от ламп 18 W и 36 W, более энергозатратные и их применение в быту или офисного освещения нерентабельно. Также они оснащены дополнительно светильниками дневного света, что приводит в еще большую неактуальность их применения в качестве потолочных светильников дневного света в помещениях малой площади.

Цветовая температура

Еще один главный параметр ЛДС. От качества света и цветовой температуры зависит качество освещения. Эти параметры отображены трехзначным значением на колбе устройства.

Значение 627

Соответствует устройствам с 60%-м качеством света и цветовой температурой 2700 К.

Значение 727

Лампы с качеством света 70% и аналогичной цветовой температурой.

Значение 765

Цветовая температура 6500 К, которой и обладают все без исключения ЛДС. Качество цвета на уровне 70%.

Необходимо учесть, что 2700 Кельвинов - цветовая температура лампочек накаливания, и ЛЛ с такой же цветовой температурой будет излучать лучи, воспринимаемые человеческим зрением, желтого цвета. С учетом восприятия человеком цветности свечения изготовляются люминесцентные устройства разной цветовой температуры.

Многие ЛЛ (энергосберегающие источники свечения) компактной формы излучают именно желтый свет. Цветовая температура 6500 присуща всем устройствам линейной формы и соответствует белому свету со слабым оттенком синего. Также изготовляются ЛЛ узкопрофильного назначения с температурой цвета 1300К, при включении которых наблюдается красный оттенок. В отдельных случаях для получения уникального оттенка свечения применяются цветные ЛДС.

Подключение к сети

Простейшая схема подключения ламп дневного света выполнена на основе стартера, дросселя (балласта) и конденсатора. Сами лампы не предусматривает их прямого включения в электрическую цепь, так как в отключенном состоянии люминесцентные устройства имеют высокое сопротивление, преодолеть которое можно только импульсом высокого напряжения.

Возможно также последовательное соединение двух ламп, при этом стартеров будет 2 штуки, а дроссель один, но он должен быть рассчитан на суммарную мощность ламп. Схема светильника на 2 лампы приведена ниже. На схеме нет конденсатора, но он также может быть установлен на входе светильника.

Принципиальная схема светильника иногда наносится на корпус стартера.

Дроссель (балласт), включается в электроцепь в качестве дополнительного сопротивления, предохраняющего от короткого замыкания. Стартер позволяет в моменты высокого сопротивления лампы зарядить дроссель, одновременно прогреть спирали лампы.

Лампу дневного света без дросселя невозможно запустить. От того, как устроена схема подключения, зависит общее энергопотребление всех устройств, подключенных вместе с люминесцентным источником света к электрической цепи.

Электромагнитный дроссель (ЭмПРА)

Дроссель постоянного индуктивного сопротивления, подключаемый только в цепь с ЛЛ определенной мощности. Сопротивление включенного в цепь ЭмПРА при включении начинает играть роль ограничителя подачи тока к светильнику.

Конструкция ЭмПРА проста и дешева в производстве, соответственно, дешевле и лампы с электромагнитным балластом. Несмотря на свою дешевизну и простоту обладает рядом недостатков:

• длительность запуска до 3 секунд (время зависит от износа лампы);
• высокое потребление электроэнергии дросселем;
• постепенное возрастание частоты в пластинах дросселя из-за его износа;
• мерцание с двухкратной частотой электросети (100 или 120 Гц) при включении, которое отрицательно влияет на зрение;
• массивность и габаритность люминесцентных устройств (в сравнении с аналогами ЭПРА);
• вероятный отказ в работе электрической цепи с дроссельным механизмом при температуре ниже нуля по Цельсию;
• короткое замыкание, приводящее к припайке электродов дросселя к устройству, после чего его невозможно снять.

Схема подключения газоразрядных люминесцентных ламп с ЭмПРА предусматривает наличие стартера, регулирующего зажигание ЛЛ. Однако он дополнительно потребляет электроэнергию.

Электронный дроссель

Электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) обеспечивает лампы высокочастотным питанием 25–133 кГц. В момент включения ЛДС с электронным дросселем человек в течение короткого времени наблюдает яркое мерцание. С помощью электронного балласта реализовано два принципа работы по включению ламп.

Холодный запуск

Сразу запускает устройство, но наносит значительный вред электродам. Лампы с таким вариантов запуска рассчитаны на малую частоту включения/отключения в течение дня.

Горячий запуск

Перед включением лампы, в течение 1 секунды, происходит разогрев электродов, затем она работает. Также присутствует тепловой индикатор, обеспечивающей устройство защитой от перегрева.

ЛЛ на основе ЭПРА более экономичные, чем и заполучили значительную популярность, чего нельзя сказать об аналогах ЭмПРА.

Причины неисправности

Электроды ЛДС представлены вольфрамовой спиралью, покрытой активными щелочными металлами, которые обеспечивают заряд. С периодом эксплуатации активная масса осыпается с электродов, они приходят в негодность.

В момент включения лампы (пуск разряда и последующий разогрев электродов) происходит дополнительная нагрузка на активную массу, что еще сильнее разрушает ее. На участках с наибольшей потерей активной массы поступает меньше напряжения, что приводит к неравномерной отдаче, и человек наблюдает мерцание лампы в период ее работы. Также осыпание активной массы приводит к полной неисправности лампы, а на концах трубки появляется темный оттенок.

Отсюда следует, что срок службы ЛЛ зависит еще от качества активной массы и частоты включения лампы. Но даже при этих ограничениях срок службы ЛДС как минимум намного выше (2000 запусков против 1000 у обычных лампочек накаливания).

Типы исполнения

Люминесцентные устройства подразделяются на два типа по варианту исполнения колбы.

Линейные лампы

Эти ЛЛ представлены ртутными лампами низкого давления. Большая часть света этих ламп излучается люминофором. Люминесцентные устройства, крепящиеся на потолок, являются основным представителем линейных ЛЛ. Потолочный светильник дневного света получил огромный спрос во всем мире в помещениях различного назначения.

Среди линейных ламп в России распространены ЛДС с круглой трубкой Т8 (D=26 мм) и цоколем типа G13. Мощность этих ламп взаимосвязана с размером трубки - стандартные ЛДС мощностью 18 W имеют длину трубки 600 мм, а лампы 36 W уже вдвое длиннее, 1200 мм. Также существуют лампы других мощностей, но они получили меньшее распространение либо у них узкий круг применения.

Стоит отметить, в советский период наибольшее применение получили ЛДС с колбой Т12, диаметр которой составлял 38 мм. Эти лампы были более энергозатратными - 20 W короткие и 38 W длинные против 18 W и 36 W соответственно. Также встречались лампы с трубкой Т10 (32 мм), но они не получали широкого спроса по сравнению с T12.

В западных странах в последние годы стали преобладать лампы с трубкой последнего поколения Т5 диаметром 16 мм. Они достаточно тонкие и получили более обширное применение в интерьере.

Если затрагивать технологический прогресс, то буквально недавно китайские разработчики создали устройство с колбой Т4 (12,5 мм). Это только новинка, которая еще не получила обширного применения, и о перспективах таких трубчатых ламп пока рано говорить. ЛДС с еще меньшим диаметром трубки на практике пока не сделали.

Двухцокольная прямолинейная лампа представляет собой стеклянную трубку с вваренными на концах стеклянными ножками, в которые вмонтированы электроды. Герметично запаянная трубка содержит аргоном или неон, обогащенный ртутью, которая при включении лампы переходит в газообразное состояние. Цоколи на концах трубки оснащены контактами для подключения лампы в цепь.

Линейные ЛДС потребляют всего 15% от потребления лампы накаливания, обеспечивая аналогичную освещенность. Эти лампы часто встречаются на производстве, в офисах, транспорте.

Компактные лампы

Представляют собой светильники дневного света с изогнутой трубкой.

Компактные лампы могут иметь свободную (любую) форму колбы и распространены для частного использования. К компактным люминесцентным устройствам также относятся, так называемые, энергосберегающие лампы.

Также распространены компактные лампы под патроны стандарта Е14, Е27, Е40, которые применяются в светильниках.

Варианты применения

В настоящее время люминесцентные устройства получили большое применение, как в освещении промышленных объектов, так и в организации интерьера помещения. Светильники с лампами дневного и белого света применяются во многих целях:

• Люминесцентные светильники ЛБ 40 низкого давления, предназначенные для освещения всей площади помещения закрытого типа.
• Люминесцентная лампа для аквариумов и комнатных растений, обеспечивающая локальное освещение.
• Фитолампы (цветочные светильники) - люминесцентные лампы для цветов и растений.
• Настольная и настенная лампа дневного света, придающая мягким освещением уютную обстановку при чтении или отдыхе.

Маркировка

Маркировка устроена так, что потребитель без труда сможет выбрать необходимую ЛЛ при покупке. Наиболее распространены следующие обозначения:

• ЛБ (белый свет);
• ЛД (дневной свет);
• ЛХБ (холодно-белый свет);
• ЛТБ (тёпло-белый свет);
• ЛЕ (естественный свет);
• ЛХЕ (холодный естественный свет).

Видимый оттенок напрямую зависим от цветовой температуры. Цветовая температура ЛДС составляет 6400–6500К, что соответствует примерной цветности белого света.

Помимо типа лампы также указываются необходимые технические характеристики лампы: напряжение, форма, размеры и так далее. Маркировка наносится на стеклянную колбу или корпус ЛДС.

Все без исключения ЛДС содержат газы, насыщенные парами ртути. При происшествиях, в результате которых лампа разбилась, пары ртути проникают в воздух.

В дальнейшем ртуть может оказаться в организме человека и нанести вред здоровью. Поэтому стоит бережно обращаться с люминесцентными лампами.

Видео по теме

Линейные люминесцентные лампы дневного света являются более экономичными (примерно в 5 раз) и имеют больший срок службы (в 5-10 раз).

Люминесцентные линейные лампы дневного света выпускаются многих видов: разной мощности, длины, с разными диаметрами колб, разными цоколями и разным светом в зависимости от назначения лампы. Более того, этот ассортимент будет еще больше, если учесть, что энергосберегающие лампы также представляют собой лампы дневного света со встроенными пусковыми устройствами.

Сегодня наиболее распространенными трубками линейных ламп дневного света являются Т8 (Ø 26 мм), Т5 (Ø 16 мм) и Т4 (Ø 12,5 мм). Лампы с трубкой Т8 имеют цоколь G13 (13 мм между штырьками), а Т4 и Т5 имеют цоколь G5 (5 мм между штырьками). Лампы дневного света Т8 в настоящее время выпускаются мощностью от 10 до 70 Вт, лампы Т5 — от 6 до 28 Вт, а лампы Т4 — от 6 до 24 Вт. Естественно, что мощность ламп напрямую влияет и на размеры (длину) люминесцентных ламп: соотношения размеров и мощностей стандартизировано. То есть лампа мощностью 18 Вт с трубкой T8 и цоколем G13 любого производителя имеет длину 590 мм.

Также люминесцентные лампы по индексу цветопередачи (обозначается Ra или CRI — colour rendering index), то есть возможности точно отображать цвета по сравнению с естественным светом. Так лампы со 100% цветопередачей (Ra=1) отображают все цвета также как и при солнечном дневном свете. Но наиболее распространенными (в силу достаточности и большей доступности) являются лампы с индексом цветопередачи 70 — 89%.

Ниже мы приводим описание и технические характеристики самых часто используемых ламп, как в промышленном и муниципальном (где они наиболее распространены), так и жилом секторе. Приведенные ниже значения светового потока и срока службы являются примерными и могут отличаться в зависимости от производителя.

Специальные люминесцентные лампы для растений и аквариумов Osram Fluora, Camelion Bio

Главной отличительной особенностью ламп для растений и аквариумов является акцент в красной и синей областях спектра. Применение Osram Fluora значительно улучшает протекание фотобиологических процессов в растениях: они при таком свете лучше растут и меньше болеют в условиях недостатка солнечного и тем более отсутствия дневного света! Специальные линейные люминесцентные лампы Osram Fluora для аквариумов и растений выпускаются с трубкой Т8 (Ø 26 мм), цоколем G13 и мощностью от 15 до 58 Вт.

Специальные люминесцентные лампы для освещения продуктов питания Osram Natura

Специальный люминофор ламп Osram Natura придает пищевым продуктам натуральный вид свежих и аппетитных продуктов! Рекомендуется использовать лампы в продуктовых магазинах, супермаркетах и рынках. Особенно актуален правильный свет для мясных магазинов и хлебобулочных отделов. Лампы Osram Natura благодаря специально подобранному световому спектру (цветность 76) придадут мясным, колбасным, булочным изделиям, овощам и фруктам более привлекательный и аппетитный вид.