Как работают люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы, называемые еще, лампами дневного света, представляют собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, изнутри покрытую тонким слоем люминофора .

Люминесцентные лампы, называемые еще, лампами дневного света, представляют собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, изнутри покрытую тонким слоем люминофора. Сама лампа заполнена инертным газом — аргоном при очень низком давлении. Внутри лампы содержится небольшое количество ртути, которая, нагреваясь, превращается в ртутные пары.

Люминесцентные лампы – это те же лампы накаливания, но с небольшими усовершенствованиями. Принцип свечения в них базируется на разогреве, вольфрамового элемента, электрический разряд в смеси инертных газов и паров ртути, который содержится в стеклянной колбе, вызывает излучение в ультрафиолетовом спектре, (т.е. невидимом для человека). Это излучение поглощается специальным составом, которым колба покрыта изнутри, что и вызывает свечение, которое человеческий глаз может воспринимать. Состав, который вызывает свечение, называется люминофором, представляет собой смесь разных веществ на основе фосфора. Он имеет различные цвета, не только белый.

Для расчёта освещенности помещения вы можете воспользоваться калькулятором расчета освещенности помещения.

Именно люминофор обеспечивает мощность свечения лампы дневного света в несколько раз выше, чем у обычных ламп накаливания (имея такой же уровень потребления электроэнергии – примерно в 5 раз), поэтому их и называют энергосберегающими. Вольфрамовая нить после розжига продолжает гореть, но лишь в качестве поддержки тлеющего разряда.

Люминесцентные лампы состоят из следующих основных деталей:

2 — штампованная стеклянная ножка с электровводами;

3 — трубка для откачки (при изготовлении);

4 — выводные штырьки;

5 — концевая панелька;

6 — катод с эмиттерным покрытием.

В зависимости от назначения целевого использования, люминесцентные лампы условно разделены на категории по диапазонам температур свечения:

• до 2700 градусов – лампы люминесцентные т.н. мягкого света;
• от 2700 до 4200 градусов – дневного света;
• от 4200 до 6400 градусов – холодного света.

В зависимости от условий предполагаемой эксплуатации, в лампах может быть встроен механизм запуска – со стартером, электронным либо электромагнитным балластом.

Также лампы могут существенно отличаться размерами и формой самих стеклянных колб, а так же могут иметь различные патроны. Зачастую встречаются прямые и спиралевидные лампы

Маркировка люминесцентных ламп 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, ставится буква Ц, а для цветопередачи особо высокого качества используют буквы ЦЦ. В конце находятся буквы, которые характеризуют конструктивные особенности: Р — рефлекторная, У — U-образная, К — кольцевая, А — амальгамная, Б — быстрого пуска. Цифры обозначают мощность лампы Вт. Маркировка ламп тлеющего разряда начинается с букв ТЛ.

Как работает люминисцентный светильник.Зачем там нужен дроссель и конденсатор

Маркировка зарубежных производителей люминесцентных ламп ?: OSRAM, PHILIPS, GENERAL ELECTRIC.

Люминесцентные лампаы имеют различные характеристики, так как применяются не только для освещения помещений общего пользования, но и активно используются в медицине, торговле, шоу-бизнесе и т.д.

Особенности конструкции, принципы работы

Устройство и работа люминесцентных ламп, независимо от производителя, их размера или формы, имеют общие конструктивные и функциональные особенности. Классическая схема включает:

• Стеклянную кварцевую колбу с парами ртути и инертным газом (это может быть гелий, аргон, неон или ксенон). Стекло может быть матовым, прозрачным или цветным. Колба изнутри покрыта слоем люминофора.
• 1-2 цоколя с группой электродов (2 или 4 контактных стержней с нитью накаливания, покрытой эмиссионным веществом).
• Пускорегулирующий аппарат (стартер и дроссель). Стартер для первоначального поджига — корпус из пластика или металла с небольшой стеклянной колбой, внутри которой расположены электроды: один неподвижный и один подвижный (биметаллический). Трубка заполнена инертным газом.

Стартер с конденсатором

Принцип работы стартера люминесцентной лампы-излучателя газоразрядного типа простой: в обычном состоянии электроды разомкнуты. После подачи электричества подвижный электрод под воздействием температуры изгибается, что приводит к его быстрому замыканию с неподвижным электродом, последующему понижению температуры и разрыву цепи. Электромагнитный дроссель вступает в работу после сигнала от стартера, создает импульс напряжения большой амплитуды, достаточный для моментального разогрева электродов внутри колбы.

Цоколь. Применяют цоколи двух видов: традиционный патронный с резьбой и маркировкой Е с диаметром резьбы в мм (можно использовать в любых бытовых осветительных устройствах), а также двухконтактный штырьковый (маркировка G с указанием расстояния между контактами в мм (например — 5, 23, 24).

Принцип действия люминесцентной лампы низкого давления основан на эффекте классической люминесценции: возникшая под воздействием электроразряда энергия ультрафиолетового излучения благодаря нанесенному на поверхности колбы люминофору превращается в видимое глазу человека свечение. В зависимости от наличия в составе покрытия различных химических компонентов, световой поток может приобретать различные оттенки: нейтральный, дневной, теплый белый, холодный белый.

Принцип работы люминесцентной лампы со стартером традиционен:

• подключение к источнику переменного тока;
• подача электрической энергии на электроды стартера;
• передача электрической энергии на дроссель, в результате индукции сила тока возрастает в 2-3 раза;
• разогрев электродов внутри лампы;
• возникновение дугового разряда, появление УФ-излучения

Мощность и насыщенность светового потока зависят от размеров лампы.

Какую модель предпочесть?

На рынке есть большой выбор линейных и компактных люминесцентных ламп для общего или специального освещения. Учитывая тот факт, что принцип работы люминесцентной лампы основан на электрическом разряде в парах ртути, которая может нанести вред здоровью человека, многие пользователи стараются не использовать подобные источники света в спальной, детской и других жилых помещениях. Как показывает приведенное выше описание работы люминесцентной лампы, ее использование при аккуратном обращении, сохранении целостности колбы и правильной утилизации, абсолютно безопасно. Наша компания предлагает исключительно оригинальную продукцию известных производителей электрической осветительной техники:

• OSRAM (Германия) — модели FQ HO 54W/840 G5, L 18W/640 T8 G13; STUDIOLINE 55W/5600K 2G11;
• PHILIPS (Голландия, производительные мощности расположены в Польше) — Philips TL-D 18W/54-765 1SL/25;
• SYLVANIA (Бельгия) — SYLVANIA F48T12/CW/HO 60W R17d.

В «УВИНТЕХ» можно купить экономичные, надежные, комфортные для зрения люминесцентные лампы нового поколения, которые не навредят здоровью человека.

Плюсы люминесцентных ламп в быту

Преимущества ламп можно перечислить следующие:

• высокая эффективность;
• варианты цветового спектра представлены в большом разнообразии — это обосновывает их применение для разных целей;
• сроки эксплуатации у приборов данного вида весьма высокие;
• широкое разнообразие конструкций.

Чаще всего люминесцентные лампы используют в качестве домашнего освещения, также они удобны для использования в офисных помещениях, магазинах, торговых центрах. Нередко применяют их и в промышленной сфере.

Сравнение возможностей балластов разных типов

Ток, проходящий через ЛДС, регулируется с помощью балластов (пускорегулирующих аппаратов) двух типов:

• Электромагнитные (дроссельные) балласты, ЭмПРА. Аппарат представляет собой катушку (дроссель), использующую принцип электромагнитной индукции для сопротивления току.
• Электронные балласты, ЭПРА. Они ограничивают ток с помощью электронной схемы.

Перед тем, как подключить люминесцентную лампу к сети 220 вольт, нужно проанализировать возможности каждого устройства, чтоб выбрать наиболее подходящее. У дроссельных балластов выделяют следующие преимущества:

• ЭмПРА надежнее электронных аналогов.
• Они более привлекательны по цене.

• К устройству можно подключить два источника света половинной мощности.

Электронный балласт является более продвинутой технологией, поэтому он демонстрирует более длинный список плюсов:

• Более компактные габариты.
• Продленный срок эксплуатации (на 50% дольше, чем дроссельные аналоги).
• Запуск происходит мгновенно, без раздражающего глаза мерцания.
• После запуска лампа не мерцает частотой сети, работает бесшумно (катушка ЭмПРА гудит).
• В схеме с ЭПРА можно использовать диммер (устройство для плавной регулировки яркости освещения).
• Потребление энергии снижено на 20%, нагрев практически отсутствует при той же светоотдаче.

Однако все эти преимущества приходится оплачивать – как более ощутимым ценником, так и повышенной чувствительностью ЭПРА. Подключение люминесцентной лампы с дросселем оказывается более надежным и устойчивым во время работы; электронные аналоги уступают им по этому параметру. Кроме того, ЭПРА должны точно соответствовать характеристикам (мощности) лампы, но, с другой стороны, они нередко поддаются ремонту.

Балласты в разных схемах с ЛДС

Схема с двумя источниками света строится по тому же принципу; конденсатор и дроссель выполняют те же функции. Лампы подключаются последовательно, каждая оснащается стартером. При включении оба стартера начинают замыкаться и размыкаться. Дроссель создает общий импульс, который распределяется между лампами; происходит пробой, после чего лампы загораются.

Описанная схема является классической; она использует стартер и электромагнитный (стандартный) дроссель. Схема с электронным пускорегулирующим автоматом работает без стартера, но подходит не для всех моделей ламп.

В любом случае пред тем, как подключить люминесцентную лампу, необходимо удостовериться в правильности выбора балласта. У классического дросселя имеются следующие особенности:

• Устройство по мощности должно соответствовать лампе, то есть для ЛДС на 40 Вт приобретают такой же электромагнитный балласт.
• Некоторые разновидности дросселя можно использовать по-разному, например, для одной лампы на 36 Вт, или для двух ламп по 18 Вт. Такая возможность указывается в маркировке, расположенной на корпусе устройства.

• Если дроссель рассчитан на работу с одной ЛДС, в схеме с двумя светильниками он не будет работать, или запустится, но работа будет нестабильной (даже если они соответствуют по мощности).

Электронные балласты содержат электронную схему, которая обеспечивает стартовый импульс для пробоя лампы, а после пробоя выполняет ограничительную функцию. Электронные дроссели имеют более сложное устройство, и полупроводники нередко выходят из строя. Поэтому старая схема на электромагнитном балласте часто оказывается более надежной.

Люминесцентная лампа

Люминесце́нтная ла́мпа, разрядный источник света низкого давления, в котором ультрафиолетовое излучение электрического разряда преобразуется с помощью люминофоров в более длинноволновое (видимое) излучение. Наиболее распространены ртутные люминесцентные лампы. В стеклянной колбе содержится некоторое (дозированное) количество ртути , испаряющейся при зажигании разряда, а также инертный газ (например, аргон либо смесь аргона с неоном или криптоном ); на внутреннюю поверхность колбы наносится тонкий слой люминофора. Инертный газ в смеси со ртутью способствует облегчению зажигания разряда и снижает распыление электродов . При подключении люминесцентной лампы к источнику переменного тока между электродами лампы возникает электрический разряд, который возбуждает интенсивное резонансное излучение атомов ртути (с длиной волны 184,9 и 253,7 нм), вызывающее свечение люминофора. Давление ртутных паров в люминесцентной лампе обычно не превышает единиц Па.

Люминесцентные лампы – наиболее массовые разрядные источники света, применяемые для освещения . Основные достоинства люминесцентной лампы: высокая световая отдача и большой срок службы (до 15–20 тыс. ч, что в несколько раз выше, чем у ламп накаливания ), простота конструкции, благоприятный для глаза спектр излучения, обеспечивающий высокое качество цветопередачи, низкие яркость и температуру поверхности лампы; недостатки – относительная громоздкость, необходимость в пускорегулирующем устройстве, чувствительность к температуре окружающей среды (диапазон рабочих температур 5–50 °C). Мощность люминесцентных ламп 4–2000 Вт.

По характеру разряда люминесцентные лампы разделяют на лампы дугового разряда (с самокалящимися или подогревными катодами ), лампы тлеющего разряда с холодными катодами и безэлектродные лампы . Наибольшее распространение получили люминесцентные лампы дугового разряда, зажигаемые от сетевого напряжения; они экономичны и просты в эксплуатации. В большинстве ламп используется излучение однородного положительного столба разряда с цилиндрической симметрией. Колба имеет вид прямой или изогнутой трубки, длина осевой линии которой значительно превышает диаметр. В некоторых типах малогабаритных (компактных) люминесцентных ламп, применяемых для сигнализации или подсветки шкал приборов, используется излучение приэлектродных областей тлеющего или дугового разряда; по форме колбы они подобны лампе накаливания. В безэлектродных лампах используется излучение высокочастотного вихревого разряда , создаваемого в смеси паров ртути и инертного газа в шаровом или цилиндрическом баллоне с помощью индуктора , соединённого с высокочастотным генератором .

В люминесцентной лампе, как правило, используют электромагнитные пускорегулирующие аппараты (ПРА). Наиболее экономичными и перспективными являются электронные ПРА, которые позволяют повысить световую отдачу и увеличить срок службы ламп, исключить пульсацию светового потока и акустические шумы от светильников , обеспечить возможность регулирования светового потока.

Люминесцентные лампы. Люминесцентные лампы.

Люминесцентные лампы подразделяются на осветительные лампы общего и специального назначения. Лампы общего назначения – трубчатые прямые (линейные), фигурные (например, U-образные, кольцевые) и компактные – служат для освещения помещений общественных и жилых зданий, промышленных предприятий и т. п. Различают люминесцентные лампы следующих типов: дневного света (ЛД, цветовая температура излучения Тц до 7500 К), холодного белого света (ЛХБ, Тц до 5100 К), белого света (ЛБ, до 3800 К) и тёплого белого света (ЛТБ, около 2800 К). Стандартные люминесцентные лампы (массового применения) выпускаются мощностью 15–80 Вт, их световая отдача от 40 до 80 лм/Вт. Лампы специального назначения имеют особые эксплуатационные свойства, обусловленные конструкцией, спектром излучения и областью применения. К ним относятся: лампы с направленным светораспределением – так называемые рефлекторные, предназначенные для освещения промышленных помещений, витрин и др.; цветные – для декоративного освещения и световой рекламы; сигнальные малогабаритные тлеющего разряда – для систем автоматики и радиоэлектроники; осветительно-облучательные – для одновременного освещения и ультрафиолетового облучения, дающие, кроме белого света, излучение в УФ-зонах (320–400 нм и 280–320 нм); для взрывозащищённых и взрывобезопасных светильников и др.

Первые образцы отечественных люминесцентных ламп созданы в конце 1930-х гг. группой инженеров под руководством С. И. Вавилова . Первые лампы (с цилиндрической колбой, диаметром 38 мм) выпускались с галофосфатными люминофорами мощностью 4–150 Вт и световой отдачей до 70–75 лм/Вт; средняя продолжительность горения составляла 5–8 тыс. ч. В 1980-х гг. освоено производство энергоэкономичных ламп диаметром 26 мм. Появление новых трёхкомпонентных люминофоров позволило повысить световую отдачу до 95 лм/Вт при одновременном улучшении качества цветопередачи и снижении спада светового потока в конце срока службы до 15 % от начального. В середине 1990-х гг. созданы люминесцентные лампы нового поколения – прямые трубчатые диаметром 16 мм (максимальная световая отдача до 104 лм/Вт, средняя продолжительность горения не менее 16 тыс. ч при спаде светового потока 5 %), а также сверхтонкие лампы (7 мм), предназначенные для встраивания в мебель, витрины и т. п. Лампы нового поколения могут работать только с электронными пускорегулирующими аппаратами; экономия электроэнергии при их использовании достигает 25 %.

Редакция технологий и техники

Опубликовано 27 июля 2023 г. в 21:32 (GMT+3). Последнее обновление 25 октября 2023 г. в 18:34 (GMT+3). Связаться с редакцией

Как работают люминесцентные лампы

Из физики известна вольт — амперная характеристика электрического разряда в газе. Она показана на рис. 1.

Для разных газов участок B-C вольт — амперной характеристики имеет разную протяженность и разное напряжение в точке B (UB).

Газовая среда в люминесцентной лампе представляет собой откаченную до некоторого давления (порядка ~ 0,7 н/м 2 ) воздушную среду в которую добавлена ртуть, которая при рабочей температуре распределяется в парообразном виде по внутреннему объему лампы.

Люминесцентная лампа работает на участке B-C-D, вольт — амперной характеристики. Для удержания ее на данном участке (что бы разряд не перешел в дуговой D-E) применяются пассивные и активные (электронные) балласты.

В результате работы балласта, напряжение на лампе 220 вольт поддерживается на уровне 102 -110 вольт для разной мощности и моделей.

Переменный ток дважды за период меняет направление тока при переходе напряжения через ноль. Кроме того, в районе перехода через ноль, напряжение на люминесцентной лампе ниже напряжения горения. Это дает погасание разряда в лампе на время составляющее порядка 10-15% от периода питающего напряжения (для 50 Гц это 20 мсек). А как известно люминофор светится под действием УФ света генерируемого в электрическом разряде в лампе.

Нет разряда — нет ультрафиолета.

Поэтому при работе на переменном токе, дважды в течение периода питающего напряжения происходят погасание и перезажигание разряда. При питании как током промышленной частоты, так и при высокочастотном питании.

П ри изменении направления тока лампы напряжение на ней изменяет знак и быстро (в зависимости от формы питающего напряжения) нарастает до напряжения перезажигания Uz, происходит перезажигание лампы, напряжение на ней устанавливается равным напряжению горения UГ, которое лишь незначительно изменяется в течение времени горения. При уменьшении тока до нуля происходит погасание лампы и далее перезажигание при изменении знака тока.

В России, на промышленных предприятиях и во многих офисах, в настоящее время преобладают люминесцентные источники света переменного тока с электромагнитными балластами на лампах низкого давления. Они имеют существенные недостатки:

1. высокие пульсации светового потока (до 57% для одноламповых светильников и до 25% для двухламповых светильников с «расщеплённой фазой»),
2. большой вес,
3. высокий уровень акустических шумов,
4. вредность для зрения.

Все справочники по светотехнике, изданные в советское время, запрещали применение люминесцентного освещения в детских учреждениях и ограничивали его применение в быту.

Применение качественных (импортных электромагнитных балластов) снижает уровень шума, но ничего не меняет в режиме горения разряда. Включение светильников по схеме с «расщеплённой фазой» или в трехфазной схеме включения (каждый светильник в свою фазу) только снижает интегральную пульсацию света на контролируемой поверхности (до 4-8%), которая остается на грани европейской нормы.

Европейская норма по пульсации светового потока — до 5%.

Желая избавиться хотя бы от части недостатков современного люминесцентного освещения, многочисленные исследователи в СССР и за рубежом обратили внимание на питание люминесцентных ламп низкого давления выпрямлённым током промышленной частоты. Наиболее весома по этому вопросу выступили в журналах «Светотехника» № 2, 1987 г., «Светотехника» № 8, 1988 Г. Специалисты Каунасского политехнического института Р.Й.Бальсис, С.В.Думскис и Й.Ю.Коразна. В журнале «Светотехника» № 8, 1988 г. Были также опубликованы результаты обсуждения статей этих авторов с ведущими специалистами советской светотехнической науки из ВНИСИ.

В результате обсуждения было отмечено, что авторы статей подняли актуальный для светотехники вопрос, что для светильников, работающих на выпрямленном токе, нужны специальные безкатафорезные люминесцентные лампы и зажигающие лампу устройства, которые ещё нужно создать. Что массовое применение светильников выпрямленного тока приведёт к искажению формы синусоидального напряжения питающей сети переменного тока и к перегрузке нулевого провода высшими гармониками частоты сети 50 Гц. Было заявлено, что по обсуждаемому вопросу ВНИСИ готов лишь возглавить группу специалистов чтобы сформулировать постановку задачи. Вопросы реализации светильников выпрямленного тока и их усовершенствования не рассматривались. После распада СССР и установления рыночных отношений вопрос об усовершенствовании люминесцентных светильников выпрямленного тока не поднимался.

Применение люминесцентных светильников выпрямленного тока [Л.1] обеспечивается высокое качество света – пульсации светового потока составляют от 1% до 3% (у ламп накаливания – менее 5% только при мощности более 250 Вт) при коэффициент мощности которого без входной компенсирующей цепи может доходить до 0,9.

Применение высокочастотных электронных балластов пока тоже не решает проблему. Поскольку они питаются от той сети переменного тока, а лапы имеют те же характеристики — высокое напряжение зажигания. Единственная разница между магнитным и электронным балластом — это использование вместо импульса питающего тока длительностью около 8,5 мсек, пакета импульсов той же длительностью.

Но возможно применение электронных балластов на постоянном токе. Но питание их постоянным током требует применения крупногабаритных электронных компонентов — фильтрующих конденсаторов. Их емкость должна превышать 1 мкФ на каждый ватт потребляемой мощности, при его рабочим напряжении более 250 вольт.

Не у всякой экономичной лампы они есть, а у мощных ламп они просто не поместятся в цоколь лампы.

Выводы

При работе на ПК на пульсации светового потока на рабочем месте накладываются (суммируются) частота обновления экрана монитора, которые могут образовывать даже видимые глазом изменения (биения, мерцания) яркости экрана монитора. Это создает дискомфорт. Но много хуже изменения яркости которые мы обнаруживаем только через некоторое в виде быстрого утомления нашего зрения.

Пока, чтобы сохранить зрение, остается только ограничить применение люминесцентных ламп при высоких нагрузках на глаза. Это работа на ПК, работа в условиях искусственного освещения с применением люминесцентных ламп.

Длительная нагрузка на глаза в условиях высоких пульсаций светового потока — просто недопустима.

Сейчас когда в мире внедряются технологии экономии энергоресурсов, что возможно только при замене ламп накаливания на экономичные люминесцентные необходимо использовать:

1. светильники с питанием люминесцентных ламп постоянным током,
2. применение люминофоров с большим послесвечением (много больше 20 мсек).

Для предотвращения повреждения зрения при работе с ПК, необходимо проверять коэффициент пульсации светового потока на рабочем месте. Для этого нужно использовать приборы для изменения коэффициента пульсации светового потока.

Срок службы компактной и линейной ламп

Линейная люминесцентная лампа может служить до 5 лет (1825 дней) и рассчитана на 2000 включений, то есть на 1–2 включения в день. Минимальный, указанный на упаковке, срок службы компактной (энергосберегающей) чаще всего составляет 8000 часов или чуть меньше года. Хотя, если следовать утверждению некоторых производителей, этих часов хватит на 8 лет при продолжительности работы в сутки не более 2,7 часа, получится, что рассчитана стандартная энергосберегающая лампа как минимум на 2920 включений (365 дней умножаем на 8 лет). Для сравнения: стандартная 150-ваттная лампа накаливания, срок службы которой составляет максимум 1000 часов, должна выдерживать 2–2,5 тысячи включений, но включать ее, судя по предполагаемому сроку эксплуатации, можно чаще.

Плюсы и минусы

Использование люминесцентных ламп в освещении жилого помещения или офиса дает такие преимущества, как:

• существенное уменьшение расхода электроэнергии;
• продолжительный срок службы;
• возможность без замены плафона менять цвет и спектр освещения;
• отличное равномерное рассеивание света;
• незначительный нагрев, что немаловажно, если плафон вмонтирован в натяжной потолок или вы применяете люминесцентную лампу для досвечивания растений в мини-оранжерее на подоконнике;
• спектр, максимально приближенный к естественному свету и идеальная цветоотдача, если вы купили качественный светильник.

К минусам использования в качестве осветительного оборудования люминесцентных светильников можно отнести мерцание и продолжительный запуск оборудования с электромагнитным балластом и стартером. Чтобы избавиться от мерцания, в СССР в плафон устанавливали две лампы, одна из которых подключалась через фазосдвигающий конденсатор.

Аналогичный эффект можно получить, если подключить несколько ламп через разные фазы трехфазной проводки. Обе эти проблемы отсутствуют в случае установки энергосберегающих (тоже люминесцентных) ламп с электронным пускорегулирующим аппаратом. Некоторые модели нуждаются в подключении к электросети через адаптационные устройства ЭПРА.