Какого рода излучение создает свечение в газоразрядных лампах

Газоразрядные источники света

Ключевым отличием газоразрядных источников света от тепловых ламп является образование светового излучения за счет прохождения электрического разряда сквозь пары различных газов, в то время как в тепловых лампах свет исходит от вольфрамовой нити, накаленной до высоких температур. Среди основных представителей газоразрядных источников света выделяют люминесцентные, ртутные, металлогалогенные, натриевые, ксеноновые и неоновые лампы.

Хоть они и принадлежат к одной и той же большой группе осветительных приборов, их световые и конструкционные характеристики могут серьезно отличаться друг от друга:

• Люминесцентные лампы. Свет люминесцентных ламп излучается мягкими и равномерными потоками. Но, при этом, управлять ими достаточно трудно, поскольку люминесцентные лампы имеют большую поверхность излучения. Ценятся данные представители газоразрядных источников света за свой экономный режим работы: люминесцентные светильники потребляют незначительное количество электрической энергии, но производят при этом яркий и равномерный свет. Главным недостатком являются их крупные размеры (исключение составляют компактные люминесцентные лампы).

• Дуговые ртутные лампы. Конструкция ДРЛ включает в себя стеклянную колбу, которая покрыта изнутри слоем люминофора, и кварцевую трубку с парами ртути под высоким давлением. Колба дуговой ртутной лампы заполнена углекислым газом для лучшей работы люминофоров. Свет в ДРЛ излучается благодаря преобразованию ультрафиолета. Дуговые ртутные лампы характеризуются высокой световой отдачей и продолжительным сроком эксплуатации. Благодаря компактным размерам и сравнительно высокой сопротивляемости различным климатическим условиям, ДРЛ имеют значительные возможности выбора вариантов использования. Среди недостатков данного типа газоразрядных ламп стоит отметить возможность работы лишь на переменном токе, низкие показатели цветовой передачи, а также длительный период, требуемый лампе для зажигания.

• Металлогалогенные лампы. По совокупности положительных характеристик металлогалогенные осветительные приборы занимают лидирующую позицию среди газоразрядных источников света. Высокий индекс цветопередачи и качественная световая отдача являются отличительными особенностями данного класса. К недостаткам МГЛ относят определенные неудобства, связанные с зажиганием светильника. Частое включение металлогалогенных ламп на короткий промежуток времени может в значительной мере сократить длительность их эксплуатации.

• Натриевые лампы высокого давления. В колбе НЛВД имеется особая трубка, выполненная из поликристаллического алюминия. За счет присутствия паров натрия, натриевые лампы способны воспроизводить мощное световое излучение. Среди всех аналогичных вариантов уровень светоотдачи у натриевых ламп самый высокий. Но, с другой стороны, качество передачи цветов у НЛВД является одним из самых худших в сравнении с другими газоразрядными осветительными приборами.

• Ксеноновые лампы. Устройство ксеноновой лампы можно описать следующим образом: внутри колба заполнена ксеноном, находящимся под большим давлением, и солями различных металлов. При прохождении разряда через газ, лампа начинает излучать интенсивный световой поток. Спектральный состав светового излучения максимально приближен к естественному дневному свету. Наиболее часто применяются ксеноновые лампы в автомобилестроении.

Сделаем расчет за 15 минут

Заполните заявку. Наши инженеры с профильным образованием сделают расчет по вашему техническому заданию в соответсвии со всеми нормами.

© 2004-2024 ООО «ОПОРЫ И МАЧТЫ ОСВЕЩЕНИЯ» • Поставщик светотехники и стальных опор с 2004 года
17545. г. Москва, Варшавское шоссе, 129

Газоразрядные лампы: виды, устройство, как правильно выбрать лучшие

Вы хотите приобрести газоразрядные лампы, чтобы создать в помещении особую атмосферу? Или ищите лампочки для стимуляции роста растений в теплице? Оснащение экономичными источниками света не только сделает более выигрышным интерьер и поможет в растениеводстве, но и позволит экономить электроэнергию. Ведь верно?

Мы поможем вам разобраться с ассортиментом осветительных приборов газоразрядного типа. В статье рассмотрены их особенности, характеристики и сфера применения лампочек высокого и низкого давления. Подобраны иллюстрации и видеоролики, которые помогут найти оптимальный вариант энергосберегающих ламп.

Устройство и характеристики разрядных ламп

Все основные детали лампы заключены в стеклянную колбу. Здесь происходит разряд электрических частиц. Внутри могут находиться как пары натрия или ртути, так и какой-либо из инертных газов.

В качестве газового наполнения применяют такие варианты, как аргон, ксенон, неон, криптон. Более популярны изделия, наполненные парообразной ртутью.

Основные узлы газоразрядной лампы это: конденсатор (1), стабилизатор тока (2), транзисторы переключающие (3), устройство подавления помех (4), транзистор (5)

Конденсатор отвечает за работу без мигания. Транзистор владеет положительным температурным коэффициентом, который обеспечивает мгновенный запуск ГРЛ без мерцания. Работа внутренней конструкции начинается после того, как в газоразрядной трубке пройдет генерация электрического поля.

В процессе в газе появляются свободные электроны. Соударяясь с атомами металла, они его ионизируют. При переходе отдельных из них, появляется избыточная энергия, порождающая источники свечения — фотоны. Электрод, являющийся источником свечения, находится в центре ГРЛ. Всю систему объединяет цоколь.

Лампа может излучать разные световые оттенки, которые может видеть человек — от ультрафиолетовых до инфракрасных. Чтобы это стало возможным, внутреннюю часть колбы покрывают люминесцентным раствором.

Сферы применения ГРЛ

Газоразрядные лампы востребованы в самых разных областях. Наиболее часто их можно встретить на городских улицах, в производственных цехах, магазинах, офисах, вокзалах, больших торговых центрах. Применяют их и для подсвечивания щитов с рекламой, фасадов зданий.

ГРЛ используют и в фарах автомобилей. Наиболее часто это лампы, отличающиеся высокой светоотдачей — неоновые модели. Некоторые автомобильные фары наполняют металлогалоидными солями, ксеноном.

Первые газоразрядные осветительные приборы для транспортных средств имели обозначение D1R, D1S. Следующие — D2R и D2S, где S указывает на прожекторную оптическую схему, а R — рефлекторную. Применяют лампочки ГР и при фотосъемках.

На фото импульсные ГРЛ, применяемые при фотосъемках: ИФК120 (а), ИКС10 (б), ИФК2000 (в), ИФК500 (г), ИСШ15 (д), ИФП4000 (г)

В процессе фотографирования эти лампы позволяют держать под контролем световой поток. Они компактные, яркие и экономичные. Отрицательным моментом является неумение визуально управлять светотенями, которые образует сам источник света.

В сельскохозяйственной сфере ГРЛ используют для облучения животных, растений, для стерилизации и обеззараживания продуктов. Для этой цели лампы должны иметь длину волн соответствующего диапазона.

Концентрация мощности излучения в этом случае также имеет большое значение. По этой причине наиболее подходящими являются изделия мощные.

Виды газоразрядных ламп

Делят ГРЛ на виды по типу свечения, такому параметру, как давление, применительно к цели использования. Все они образуют конкретный световой поток. Исходя из этого признака, они подразделяются на:

• люминесцентные приборы;
• газосветные разновидности;
• индукционные варианты.

В первых из них источником света являются атомы, молекулы или их комбинации, возбуждаемые разрядом в газовой среде.

Во вторых — люминофоры, газовый разряд активизирует покрывающий колбу фотолюминесцентный слой, в итоге осветительный прибор начинает источать свет. Лампы третьего вида функционируют за счет свечения электродов, раскаленные от газового разряда.

Ксеноновые лампы, предназначенные для автомобильных фар, по светоотдаче и яркости превышают галогенные аналоги более чем в два раза

В зависимости от наполнения дугоразрядные приборы делят на ртутные, натриевые, ксеноновые, металлогалогенные лампы и другие. Исходя из давления внутри колбы происходит их дальнейшее разделение.

Начиная от значения давления от 3х10 4 и до 10 6 Па их относят к лампам высокого давления. В категории низкого приборы попадают при величине параметра от 0,15 до 10 4 Па. Больше чем 10 6 Па — сверхвысокого.

Вид #1 — лампы высокого давления

Отличаются РЛВД тем, что содержимое колбы подвержено высокому давлению. Для них характерно наличие значительного светового потока в сочетании с небольшими энергозатратами. Обычно это ртутные образцы, поэтому их наиболее часто применяют для уличного освещения.

Такие разрядные лампы обладают солидной светоотдачей и эффективной работой в условиях плохой погоды, но низкие температуры они переносят плохо.

Есть несколько базовых категорий ламп высокого давления: ДРТ и ДРЛ (ртутные дуговые), ДРИ — такие же, как и ДРЛ, но с йодидами и ряд модификаций, созданных на их основе. В этот же ряд входят также дуговые натриевые (ДНаТ) и ДКсТ — дуговые ксеноновые.

Первая разработка — модель ДРТ. В маркировке Д обозначает дуговая, символ Р — ртутная, на то, что эта модель трубчатая, указывает буква Т в маркировке. Визуально это прямая трубка, изготовленная из кварцевого стекла. С двух ее сторон — вольфрамовые электроды. Используют ее в облучательных установках. Внутри — немного ртути и аргона.

По краям лампы ДРТ есть хомутики с держателями. Объединяет их металлическая полоска, предназначенная для более легкого зажигания лампы

Подсоединение лампы в сеть выполняют последовательно с дросселем с использованием резонансной схемы. Световой поток лампы ДРТ состоит на 18% из ультрафиолетового излучения и на 15% — из инфракрасного. Такой же процент составляет видимый свет. Остальное — потери (52%). Основное применение — как надежный источник ультрафиолетового излучения.

Для освещения мест, где качество цветоотдачи не очень важно, применяют осветительные устройства ДРЛ (дуговые ртутные). Здесь практически нет ультрафиолетового излучения. Инфракрасное составляет 14%, видимое — 17%. На тепловые потери приходится 69%.

Особенности конструкции ламп ДРЛ позволяют зажигать их от 220 В без применения высоковольтного импульсного поджигающего устройства. Из-за того, что в схеме есть дроссель и конденсатор, колебания светового потока уменьшаются, коэффициент мощности возрастает.

Когда лампа подключена последовательно с дросселем, происходит тлеющий разряд между дополнительными электродами и основными соседними. Разрядный промежуток ионизируется в результате появляется разряд между главными вольфрамовыми электродами. Работа поджигающих электродов прекращается.

В состав лампы ДРЛ входит: колба (1), электроды главные (2), вспомогательные электроды (3), резисторы (4), горелка (кварцевая трубка) (5), цоколь (6)

Горелки ДРЛ в основном имеют четыре электрода — два рабочих, два поджигающих. Внутренность их наполнена инертными газами с добавкой в их смесь определенного количества ртути.

Металлогалогенные лампы ДРИ также относятся к разряду приборов высокого давления. Их цветовой КПД и качество цветопередачи выше, чем у предыдущих. На вид спектра излучения влияет состав добавок. Форма колбы, отсутствие дополнительных электродов и люминофорного покрытия — главные отличия ламп ДРИ от ДРЛ.

Схема, по которой включают ДРЛ в сеть, содержит ИЗУ — импульсное зажигающее устройство. В трубках ламп присутствуют составляющие, входящие в галогенную группу. Они повышают качество спектра видимого излучения.

Инертный газ в колбе МГЛ служит буфером. По этой причине электрический ток проходит через горелку даже тогда, когда она имеет небольшую температуру

По мере прогревания как ртуть, так и добавки испаряются, изменяя тем самым сопротивление лампы, световой поток, излучающий спектр. На основе приборов этого типа созданы ДРИЗ и ДРИШ. Первую из ламп используют в запыленных влажных помещениях, а также в сухих. Второй — освещают цветные телевизионные съемки.

Наиболее эффективными являются лампы ДНаТ— натриевые . Связано это с длиной излучаемых волн — 589 – 589,5 нм. Приборы натриевые высокого давления функционируют при величине этого параметра около 10 кПа.

Для разрядных трубок таких ламп применяется специальный материал — светопропускающая керамика. Силикатное стекло для этой цели непригодно, т.к. пары натрия очень опасны для него. Рабочие пары натрия, вводимого в колбу, обладают давлением от 4 до 14 кПа. Для них характерны небольшие потенциалы ионизации и возбуждения.

Электрические характеристики натриевых ламп зависимы от напряжения сети, продолжительности эксплуатации. Для продолжительного горения необходима пускорегулирующая аппаратура

Чтобы возместить потери натрия, неизбежно возникающие в процессе горения, необходим некоторый его избыток. Это порождает пропорциональную зависимость показателей давления ртути, натрия и температуры холодной точки. В последней происходит конденсация излишка амальгамы.

Когда лампа горит, на ее торцах оседают продукты испарения, что приводит к потемнению концов колбы. Процесс сопровождается изменением в сторону роста температуры катода, повышением давления натрия и ртути. В результате увеличивается потенциал и напряжение лампы. При монтаже ламп натриевых балласты от ДРЛ и ДРИ непригодны.

Вид #2 — лампы низкого давления

Во внутренней полости таких приборов находится газ под давлением более низким, чем внешнее. Разделяют их на ЛЛ и КЛЛ и применяют не только для освещения торговых точек, но и для домашнего обустройства. Люминесцентные лампы в этом ряду — наиболее популярны.

Преобразование энергии электричества в световую происходит в два этапа. Ток между электродами провоцирует излучение в ртутных парах. Основным составляющим лучистой энергии, появляющейся при этом, является коротковолновое УФ излучение. Видимый свет составляет близко 2%. Далее излучение дуги в люминофоре трансформируется в световое.

Маркировка люминесцентных ламп содержит как буквы, так и цифры. Первый символ — это характеристика спектра излучения и конструктивные признаки, второй — мощность в ваттах.

• ЛД — люминесцентная дневного света;
• ЛБ — белого света;
• ЛХБ — так же белого, но холодного;
• ЛТБС — теплого белого.

У некоторых приборов освещения спектральный состав излучения улучшен с целью получения более совершенной светопередачи. В их маркировке присутствует символ «Ц». Люминесцентные лампы снабжают помещения равномерным, мягким светом.

Преимущество ЛЛ ламп заключается в том, что они для создания одинакового с ЛН светового потока требуют мощности в несколько раз меньшей. Больший у них и срок эксплуатации, а спектр излучения намного благоприятнее

Поверхность излучения ЛЛ довольно большая, поэтому сложно управлять пространственным рассредоточением света. В нестандартных условиях, в частности, при большой запыленности, применяют лампы рефлекторные. В этом случае внутреннюю площадь колбы не полностью закрывает диффузный отражающий слой, а только на две третьих ее.

Люминофором покрывают 100% внутренней поверхности. Часть колбы, не имеющая рефлекторного покрытия, пропускает световой поток намного больший, чем такая же по объему трубка обычной лампы — около 75%. Распознать такие лампы можно по маркировке — в нее включена буква «Р».

В отдельных случаях основной характеристикой ЛЛ выступает цветовая температура Тц. Приравнивают ее к температуре черного тела, выдающего ту же цветность. По очертаниям ЛЛ бывают линейными, U-образными, в форме символа W, кольцевыми. В обозначение таких ламп входит соответствующая буква.

Наиболее популярны приборы, имеющие мощность 15 — 80 Вт. При светоотдаче 45 – 80 лм/Вт горение ЛЛ длится минимум 10 000 часов. На качество работы ЛЛ очень влияет окружающая среда. Рабочей для них считается наружная температура от 18 до 25⁰.

При отклонениях уменьшается как световой поток, так и эффективность светоотдачи, и напряжение зажигания. При низкой температуре шанс на зажигание приближается к нулю.

Пускорегулирующий аппарат КЛЛ намного компактней, чем у люминесцентной лампы. С помощью ЭПРА свечение стало более ровным, а гудение исчезло

К лампам низкого давления принадлежат и люминесцентные компактные — КЛЛ.

Устройство их аналогично обычным ЛЛ:

1. Проходит высокое напряжение между электродами.
2. Воспламеняются пары ртути.
3. Возникает ультрафиолетовое свечение.

Люминофор внутри трубки делает ультрафиолетовые лучи невидимыми для человеческого зрения. Доступным становится только видимое свечение. Компактное исполнение прибора стало возможным после изменения состава люминофора. КЛЛ, как и обычные ЛН, имеют разную мощность, но показатели первых значительно ниже.

Данные о мощности КЛЛ заложены в маркировку светового прибора. Там же есть сведения о виде цоколя, цветовой температуре, виде ЭПРА (встроенный или внешний), индексе цветопередачи

Измерение цветовой температуры происходит в кельвинах. Значение 2700 – 3300 К указывает на цвет теплый желтого оттенка. 4200 – 5400 — белый обычный, 6000 – 6500 — белый холодный с синевой, 25000 — сиреневый. Регулировку цветности осуществляют путем изменения составляющих люминофора.

Индекс цветопередачи дает характеристику такому параметру, как идентичность естественности цвета со стандартом, приближенным по максимуму к солнечному. Абсолютно черный — 0 Rа, наибольшая величина — 100 Rа. Осветительные приборы КЛЛ входят в диапазон от 60 до 98 Rа.

Лампы натриевые, относящиеся к группе низкого давления, обладают высокой температурой максимально холодной точки — 470 К. Более низкая не сможет способствовать сохранению требуемого уровня концентрации паров натрия.

К своему пику резонансное излучение натрия подходит при температуре 540 – 560 К. Эта величина соизмерима с давлением испарений натрия 0,5 – 1,2 Па. Светоотдача ламп этой категории самая высокая по сравнению с другими осветительными приборами общего применения.

Положительные и отрицательные стороны ГРЛ

Встречаются ГРЛ как в профессиональной аппаратуре, так и в приборах, предназначенных для научных исследований.

Как главные преимущества осветительных приборов этого вида обычно называют такие их характеристики:

• Уровень светоотдачи высокий. Этот показатель не очень снижает даже толстое стекло.
• Практичность, выражающаяся в долговечности, что позволяет применять их для уличного освещения.
• Устойчивость в сложных климатических условиях. До первого понижения температуры их используют с применением обычных плафонов, а зимой — со специальными фонарями и фарами.
• Доступная стоимость.

Минусов у этих ламп не очень много. Неприятной особенностью является довольно высокий уровень пульсирования светового потока. Вторым веским недостатком является сложность включения. Для устойчивого горения и нормальной работы им просто необходим балласт, ограничивающий напряжение для необходимых приборам пределов.

Третий минус заключается в зависимости параметров горения от достигаемой температуры, которая опосредованно влияет на давление рабочего пара в колбе.

Поэтому большинство газоразрядных приборов набирает стандартные характеристики горения спустя некоторый временной период после включения. Излучающий спектр у них ограничен, поэтому цветопередача как у ламп высокого напряжения, так и низкого неидеальна.

В таблице представлены основные сведения о самых популярных лампах ДРЛ (дуговых ртутных люминесцентных) и осветительном приборе натриевом. ДРЛ с четырьмя электродами имеет большую светоотдачу, чем с двумя

Работа приборов возможна только в условиях переменного тока. Активируют их при помощи балластного дросселя. Для разогрева необходимо какое-то время. Из-за содержания ртутных паров, они не совсем безопасны.

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Сведения о ГЛ. Что это такое, принцип работы, плюсы и минусы в следующем видеоролике:

Видео #2. Популярно о люминесцентных лампах:

Несмотря на появление все более совершенных осветительных приборов, газоразрядные лампы не теряют своей актуальности. В некоторых сферах они просто незаменимы. Со временем ГРЛ обязательно найдут новые области применения.

Расскажите о том, как выбирали газоразрядную лампочку для установки в дачный уличный или домашний светильник. Поделитесь тем, что лично для вас стало решающим фактором приобретения. Оставляйте, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке, задавайте вопросы и размещайте фото по теме статьи.

Разработка методического материала на тему: «Газоразрядные лампы»

Люминесцентные газоразрядные лампы используют в своей работе принцип электрического разряда в заполненной газом среде.

Проблема энергосбережения в нашей стране в настоящее время крайне актуальна.

Значительным шагом в энергосбережении явилось внедрение люминесцентных ламп, это позволило сократить энергопотребление приблизительно в 5 раз по сравнению с применением ламп накаливания. Однако применение этих люминесцентных ламп имело весьма существенное ограничение. Поскольку источником света является люминофор, покрывающий стенки газоразрядной трубки, то световой поток лампы прямо пропорционален площади поверхности, покрытой люминофором. Таким образом, для получения существенного светового потока, люминесцентные лампы должны были иметь значительные размеры.

По мере совершенствования технологии, появилась возможность создавать лампы с меньшими габаритными размерами и меньшей потребляемой мощностью, при сохранении светового потока.

Цель работы — изучить виды, конструкции люминесцентных ламп, кроме того в работе необходимо проанализировать их преимущество перед лампами накаливания.

Газоразрядные лампы высокого давления

Начнем с сухого определения. Газоразрядный источник освещения — это лампа, в которой свет продуцируется в результате электрического разряда в газе или парах металла.

Газоразрядные лампы обладают рядом несомненных достоинств. Это, во-первых, высокая светоотдача, в пять-десять раз превышающая аналогичные показатели обычных лампочек, в два раза превышающая светоотдачу светодиодных ламп и в полтора раза выше светоотдачи энергосберегающих ламп. Во-вторых, газоразрядные лампы отличаются огромным ресурсом. И, наконец, огромное разнообразие размеров и конфигураций позволяет купить газоразрядные лампы для любых целей.

В российском климате газоразрядные источники света чаще всего используются для наружного освещения, так как меньше, чем лампы других типов, зависят от внешних условий. Практика показывает, что купить газоразрядные лампы проще и дешевле, чем обеспечить условия для нормальной работы любого другого источника света.

Недостатки газоразрядных ламп

Главным недостатком этих источников света являются заметные глазу пульсации светового потока, возникающие при питании ламп от сети переменного тока частотой 50 Гц.

Самую большую опасность при эксплуатации газоразрядных источников света представляет возможность взрыва колбы. Происходит это, чаще всего, из-за превышения критического температурного порога газоразрядной трубки или расстеклования колбы.

Минусом газоразрядных ламп является сложность установки и подключения. Лампы этого типа при включении требуют гораздо более высокого напряжения, чем при постоянной работе, поэтому приходится использовать устройства, ограничивающие пусковой ток, что увеличивает стоимость светильников.

Другим минусом газоразрядных ламп является медленное повторное включение лампы: только через определенный промежуток времени после выключения. Вызвано это тем, что нормальный режим работы таких ламп устанавливается не сразу, а через интервал времени в 1-15 минут. Более того, для повторного запуска необходимо ждать, пока лампа остынет (в худшем случае лампа просто взрывается). Несоблюдение этого правила существенно сокращает ресурс лампы.

Газоразрядные лампы сильно зависят сразу от трех температур:

1) колбы — температуры колбы при нормальной эксплуатации не должна превышать 350-500 °С, критическая температура колбы, как правило, находится в пределах 700-900 °С;

2) токовых выводов

3) газоразрядной трубки — должна составлять приблизительно 1000 °С

Функционирование газоразрядного лампы нуждается в поддержании температурного баланса, потому что, с одной стороны, слишком высокая температура приведет к взрыву лампы, а, с другой стороны, слишком низкая повлечет за собой срыв нормального рабочего цикла.

К снижению срока службы газоразрядной дампы приводит процесс расстеклования колбы. Расстеклование обнаруживается визуально: на стекле колбы возникает белесый матовый налет. Если стекло побелело полностью, значит, вскоре может последовать взрыв колбы. Такую лампу следует немедленно заменить. Кстати, процессу расстеклования подвержены все газоразрядные лампы. Для торможения процесса расстеклования используется специально подготовленные химические компоненты для наполнения колбы.

Газоразрядные лампы низкого давления

Трубчатые люминесцентные лампы низкого давления (рис. 1), получившие широкое применение в осветительных установках, существенно отличаются от ламп накаливания по всем своим характеристикам. В основе действия люминесцентных источников света лежат различные способы превращения отдельных видов энергии в оптическое излучение. В современных источниках света используется электролюминесценция (оптическое излучение атомов, ионов, молекул жидких и твердых тел под действием ударов электронов, ионов, ускоренных в электрических полях, до энергий, достаточных для возбуждения) и фотолюминесценция (оптическое излучение, возникающее при поглощении оптического излучения другого источника).

Рис. 1. Общий вид ртутной люминесцентной лампы низкого давления

Люминесцентная лампа представляет собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором (люминофоры — твердые или жидкие вещества, способные излучать свет под действием различного рода возбуждений). Из трубки откачан воздух, и она заполнена аргоном при давлении 400 Па с добавлением капельки ртути (60-120 мг), которая при нагревании превращается в ртутные пары.

Внутри трубки на ее концах в стеклянных ножках впаяны электроды с вольфрамовой биспиральной нитью, покрытой слоем оксидов щелочноземельных металлов (бария, кальция, стронция), способствующих более интенсивному излучению электронов. Электроды присоединены к контактным штырькам, закрепленным в цоколе.

Когда к противоположным электродам подводится напряжение определенной величины, возникает электрический разряд в газовой среде лампы, с выделением теплоты, под действием которой ртуть испаряется. Такой разряд сопровождается мощным ультрафиолетовым излучением, часть которого люминофор преобразует в видимое излучение. Выбором и качеством люминофора определяется цвет излучаемого света и эффективность работы лампы.

Люминесцентные лампы дугового разряда подразделяют на лампы общего и специального назначения. Их условное обозначение состоит из нескольких букв и чисел. Первая буква (Л) характеризует принадлежность лампы к данному виду, следующие буквы означают либо цвет излучения, либо особенности спектра излучения: Б — белая; Д — дневная; Е — естественная; ТБ — тепло-белая; ХБ — холодно-белая; Ф — фотосинтетическая; УФ — ультрафиолетовая; К, Ж, Р, 3, Г — соответственно красная, желтая, розовая, зеленая, голубая; Ц — с улучшенной цветопередачей. Далее следуют буквы, означающие конструктивные особенности ламп: А — амальгамная; Б — быстрого пуска; К — кольцевая; Р — рефлекторная; U-образная; Щ — щелевая. Число после букв означает номинальную мощность в ваттах, а следующее число — отличительную особенность лампы по сравнению с базовой моделью.

Люминесцентные лампы общего назначения имеют международную маркировку Т12 и представляют собой трубчатые конструкции диаметром 38 мм. Лампы предназначены для общего освещения закрытых помещений, а также для наружных установок, питаемых от сети переменного тока напряжением 230 В частотой не менее 50 Гц. Технические данные ЛЛ в схемах стартерного зажигания приведены в табл. 1.

Продолжительность горения (ч)

Световой поток (лм)

Световая отдача (лм/Вт)

Серия энергоэкономичных ЛЛ в колбе диаметром 26 мм мощностью 18,36 и 58 Вт имеет международную маркировку Т8 и предназначена для общего и местного освещения промышленных, общественных, административных (ЛБ18-1, ЛДЦ18, ЛБ36, ЛБ58) и жилых помещений (ЛЕЦ18, ЛЕЦ36, ЛЕЦ58). Их особенностью является пониженная на 10 % мощность по сравнению со стандартными лампами при сохранении тех же светотехнических характеристик. Энергоэкономичные ЛЛ эксплуатируются как в светильниках, предназначенных для стандартных ламп, так и в специально разработанных (светильники типа ЛПОЗЗ, ЛП034, ЛПС18). Следует иметь в виду, что у энергоэкономичных ламп повышено напряжение зажигания, поэтому их нельзя применять в бесстартерных схемах, а для надежного зажигания в стартерных схемах рекомендуется использовать унифицированный стартер, дающий более длительный и высокий импульс напряжения (900 В вместо 400 В). Технические данные энергоэкономичных ЛЛ приведены в табл. 1.

Рис. 2. Стартерная схема включения люминесцентной лампы

В момент включения схемы в сеть к электродам лампы 1 и стартера 2 приложено полное сетевое напряжение, так как тока в цепи нет и потеря напряжения на дросселе 3 отсутствует. Пока электроды лампы не нагрелись, напряжения сети недостаточно для зажигания лампы, однако достаточно для зажигания стартера. В стартере возникает разряд и в схеме протекает ток по цепи: сеть — первый электрод лампы — стартер — второй электрод лампы — дроссель — сеть.

Значение тока в этот момент составляет всего лишь сотые доли ампера, поэтому электроды лампы сильно разогреться не могут. Но для нагрева биметаллического электрода в стартере достаточно теплоты, выделяющейся при разряде. В результате нагрева биметаллическая пластина изгибается и замыкает стартер накоротко. При этом ток в цепи возрастает до 0,5-0,6А и электроды лампы быстро разогреваются. Поскольку тлеющий разряд, сопровождающийся выделением теплоты, в стартере при замыкании электродов прекращается, электроды стартера начинают остывать и размыкаются. Мгновенный разрыв цепи вызывает появление ЭДС на дросселе в виде мгновенного пика напряжения. При этом лампа, электроды которой уже раскалены, зажигается. После зажигания лампы в ее цепи устанавливается рабочий ток. Напряжение на зажимах лампы составляет около половины подведенного, остальная часть напряжения теряется на дросселе. Следовательно, в нормальном режиме работы лампы на зажимав стартера напряжение составляет примерно половину напряжения сети, что недостаточно для его повторного срабатывания.

Для устранения ряда недостатков, сопровождающих работу газоразрядных ламп, в схему вводятся конденсаторы 4-6. Параллельно электродам стартера включается конденсатор 4, назначение которого состоит в уменьшении амплитуды и увеличении длительности импульса напряжения, что способствует надежному зажиганию лампы. Кроме того, этот конденсатор снижает уровни радиопомех, возникающих при включении лампы. Параллельно лампе включается конденсатор 5. Он предназначен для повышения коэффициента мощности схемы. Также параллельно лампе подключаются конденсаторы 6, средняя точка которых соединяется с корпусом светильника. Они предназначены для подавления радиопомех, распространяющихся по сети.

При работе люминесцентных ламп с некомпенсированным ПРА коэффициент мощности комплекта «лампа — ПРА» в зависимости от мощности ламп находится в пределах 0,35-0,5; при двухламповых компенсированных ПРА — не ниже 0,92; при одноламповых компенсированных — не ниже 0,85.

Время зажигания ламп при номинальном напряжении электрической сети должно составлять не более 10 с, а время выхода ламп на предельные характеристики — не более 15 мин. Обычные типы ламп предназначены для работы при температуре окружающей среды 15-25 °С. При больших или меньших температурах световая отдача ламп снижается, а при температурах ниже 5 °С устойчивое зажигание ламп не обеспечивается. В жарких помещениях применяются специальные амальгамные лампы (типа ЛБА), имеющие нормальную световую отдачу при высоких температурах.

В настоящее время для зажигания и работы люминесцентных ламп широко применяются электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА), в которых частота питающего тока повышается до 20-40 кГц. Данные устройства обладают следующими преимуществами по сравнению с традиционными электромагнитными пускорегулирующими аппаратами (ЭмПРА):

· снижение потребления электроэнергии комплектом ЭПРА -лампа в среднем на 20 %;

· повышение световой отдачи лампы на 5-7 % при работе на повышенной частоте;

· экономия дефицитных материалов — меди и стали;

· высокое качество светового потока лампы вследствие низких значений коэффициента пульсации светового потока (5-15 %) и отсутствия стробоскопического эффекта;

· снижение массогабаритных показателей на 40-70 %;

· благоприятный («щадящий») режим зажигания лампы;

· повышение срока службы лампы на 10-50 % за счет стабильных параметров зажигания и горения;

· отсутствие мигания лампы в пусковом режиме;

· бесшумность работы ЭПРА;

· возможность регулирования светового потока светильника в диапазоне 10-100 % в ручном или автоматическом режиме;

· автоматическое отключение ламп в конце их срока службы, а также неисправных ламп.

Влияние отклонений напряжения на работу люминесцентных ламп сказывается меньше, чем на работу ламп накаливания, однако при понижении напряжения на 10 % лампа может не зажечься или же ее включение будет сопровождаться многократным миганием. Повышение напряжения, подведенного к зажимам лампы, облегчает процесс зажигания, но снижает ее световую отдачу из-за увеличения потребляемой мощности и срок службы (при повышении напряжения на 20 % срок службы ЛЛ, работающих в схемах с дросселем, уменьшается до 50 %). Срок службы ЛЛ также определяется режимом работы ее электродов. Чем меньше число включений, тем меньше износ оксидного слоя, покрывающего электроды, а следовательно, больше число часов горения лампы.

Работа ламп создает, хотя и незначительные, радиопомехи, распространяемые как по эфиру, так и по сети. Для их снижения в конструкцию стартера входит конденсатор, являющийся в большинстве случаев достаточной мерой защиты.

Газоразрядная лампа — источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне. Физическая основа — электрический разряд в газах . В последнее время принято называть газоразрядные лампы, разрядными лампами.

По источнику света, выходящего наружу и используемого человеком, газоразрядные лампы делятся на:

· люминесцентные лампы (ЛЛ), в которых в основном наружу выходит свет от покрывающего лампу слоя люминофора , возбуждаемого излучением газового разряда;

· газосветные лампы , в которых наружу выходит сам свет от газового разряда;

· электродосветные лампы , в которых используется свечение электродов, возбуждённых газовым разрядом.

По величине давления разрядные лампы делятся на:

· газоразрядные лампы высокого давления — ГРЛВД, подробнее см. — лампа ДРЛ .

· газоразрядные лампы низкого давления — ГРЛНД, подробнее см. — люминесцентная лампа .

Разрядные лампы обладают высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую. Эффективность измеряется отношением люмен / Ватт .

В разрядных лампах могут использоваться разные газы: пары металлов (ртути или натрия), инертные газы (неон, ксенон и другие), а также их смеси. Наибольшей эффективностью, на сегодняшний день, обладают натриевые лампы ( ДНаТ ), они работают в парах натрия и имеют эффективность 150 лм/Вт. Подавляющее большинство разрядных ламп — это ртутные лампы , они работают в парах ртути . Среди ртутных ламп можно упомянуть дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ) . Кроме этого, широко распространены металлогалогенные лампы (МГЛ или ДРИ) — в них используется смесь паров ртути, инертных газов и галогенидов металлов. Меньше распространены безртутные разрядные лампы, содержащие инертные газы: ксеноновые лампы (ДКсТ) , неоновые лампы и другие.

Лампа накаливания и металлгалогеновая лампа

Балласты для люминесцентных ламп

Разрядные источники света (газоразрядные лампы) постепенно вытесняют привычные ранее лампы накаливания , однако недостатками остаются линейчатый спектр излучения, утомляемость от мерцания света, шум пускорегулирующей аппаратуры (ПРА), вредность паров ртути в случае попадания в помещение при разрушении колбы , невозможность мгновенного перезажигания для ламп высокого давления.

В условиях продолжающегося роста цен на энергоносители и удорожания осветительной арматуры, ламп и комплектующих всё более насущной становится потребность во внедрении технологий, позволяющих сократить непроизводственные затраты. В условиях же удорожания рабочей силы возникает потребность в снижении затрат на замену вышедших из строя ламп, особенно если они установлены в труднодоступных местах.

Как работает ИЗУ

Принцип действия устройства создания высоковольтного импульса условно можно представить упрощенной принципиальной схемой.

Рабочее напряжения питания подводится на вход схемы. В цепочке диода D, резистора R и конденсатора C создается зарядный ток емкости. По окончании заряда через конденсатор выдается импульс тока сквозь открывшийся тиристорный ключ в обмотку подключенного трансформатора Т.

В повышающей напряжение выходной обмотке трансформатора создается высоковольтный импульс величиной до 2÷5 кВ. Он поступает на контакты лампы и создает дуговой разряд газовой среды, обеспечивающий свечение.

Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы — это «газоразрядные источники света, преобразующие электричество в оптическое излучение после прохождение электрического тока через газ». В качестве газа чаще всего используется газообразная ртуть. Ртуть создает ультрафиолетовое излучение после прохождения тока. Излучение действует на нанесенный на внутреннюю поверхность лампы люминофор, заставляя его светиться. Цвет лампы зависит от вида используемого люминофора.

Цилиндрические стеклянные колбы люминесцентных ламп заполнены парами ртути под низким давлением. В газонепроницаемых крышках с обоих концов колбы установлены контакты и — обращенные внутрь колбы — вольфрамовые электроды с эмиссионным слоем. Электроды окружены металлическими кольцами для предотвращения осаждения темного осадка у концов колбы. При включении лампы между электродами возникает электронный поток. Электроны сталкиваются с атомами ртути в газоразрядной трубке. Электроны перемещают электроны атома ртути на более высокие энергетические орбиты, или энергетические уровни. При возвращении на начальные орбиты электроны освобождают поглощенную энергию в виде электромагнитного излучения.

Лампы с излучающим газовым разрядом

Газоразрядными называют лампы, у которых оптическое излучение возникает в результате электрического разряда в газах, парах или их смесях при пропускании через них электрического тока.они имеют по сравнению с лампами накаливания боле высокую световую отдачу и больший срок службы. Особенно они эффективны для освещения. Так, в передовых странах мира они создают более половины светового потокасветовая отдача современных люминесцентных ламп достигает более 100 лм/Вт.

Ртутные лампы высокого давления имеют высокую светоотдачу (45-60 лм/Вт) и большой срок службы (10-15 тысяч часов). Они в основном используются для наружного освещения.

Подбирая соответствующее наполнение и условия разряда удается создавать высокоэффективные источники практически в любой области спектра, в том числе в ультрафиолетовой и инфракрасной. При этом можно получать излучение как в отдельных спектральных полосах, так и излучение с непрерывным спектром.

Натриевые лампы высокого давления и металлогалогенные лампы превышают по своим параметрам дуговые ртутные лампы.

Яркость газоразрядных ламп превосходит яркость ламп накаливания в десятки и сотни раз.

К первому недостатку газоразрядных ламп следует отнести сложность их включения, так как для их поджига требуется напряжение большее, чем для устойчивого горения. Для устойчивого горения необходим балласт, ограничивающий ток разряда до определенного предела. Второй недостаток – это зависимость характеристик газоразрядных ламп от температуры, от которой зависит давление паров рабочего вещества лампы. Это приводит к тому, что номинальный режим устанавливается лишь спустя некоторое время после включения. Повторное зажигание ламп с разрядом в парах металлов при высоком и сверхвысоком давлении без специальных приемов возможно только по истечении некоторого времени после выключения.

Принцип действия газоразрядных ламп основан на электрическом разряде между электродами, запаянными в прозрачную колбу. Иногда вводят дополнительные электроды для зажигания. Внутреннее пространство колбы после обезвоживания и обезгаживания заполняют инертным газом или инертным газом с небольшим количеством металла с высокой упругостью паров (ртутью, натрием). Также вводят галогениды некоторых металлов.

Для создания газоразрядных лам применяют тлеющий и дуговой разряд в газе. Вид разряда определяется параметрами элементов внешней цепи (питающее напряжение) и балластного сопротивления, типом катода, давлением газа и пара, наполняющих лампу. Тлеющий разряд горит при низком давлении газа порядка десятков миллиметров ртутного столба (несколько тысяч паскалей). Плотность тока составляет 10 -5 -10 -2 А/см 2 . Дуговой разряд отличается от тлеющего высокой плотностью тока на катоде (10 2 -10 4 ) А/см 2 и малым катодным падением потенциала (5-15) В. Давление газа составляет 10 -1 -10 8 Па. Разрядный ток в дуговом разряде может быть от долей ампера до сотен ампер. Во всех лампах используется свечение положительного столба.

Классификация газоразрядных ламп возможна по физическим конструктивным признакам, эксплуатационным свойствам и области применения.

1 По составу газоразрядные лампы делятся на лампы с разрядом в газах, лампы с разрядом в парах металлов и на лампы с разрядом в парах металлов и их соединений.

2 По рабочемудавлению различают: лампы низкого давления (10 -1 -10 4 Па), лампы высокого давления (3·10 4 -10 6 Па) и лампы сверхвысокого давления (больше 10 6 Па).

3 По виду газового разряда различают: лампы тлеющего разряда, лампы дугового разряда и лампы импульсного разряда.

4 По области свечения существуют лампы свечения тлеющего разряда и лампы свечения положительного столба.

5 В зависимости от источника излучения газоразрядные лампы делят на:

газо- или паросветные , в которых излучение вызвано возбуждением атомов, молекул или рекомбинацией ионов;

фотолюминесцентные (люминесцентные), излучение в которых создают люминофоры, возбуждаемые излучением разряда;

электродосветные , в которых излучение создается раскаленными в разряде до высокой температуры электродами.

6 по форме колбы различают трубчатые, капиллярные (в трубках малого диаметра менее 4 мм), шаровые, у которых колба шарообразная и расстояние между электродами меньше внутреннего диаметра колбы.

9 По способу охлаждения рассматривают лампы с естественным охлаждением и принудительным охлаждением.

Во многих газоразрядных лампах разрядную колбу (горелку) помещают внутрь другой колбы, которая выполняет ряд функций:

1) защищает горелку от повреждения;

2) уменьшает влияние окружающей среды на тепловой режим горелки;

3) предохраняет нагретые выводы и монтаж от окисления;

4) служит для нанесения различных покрытий.

Зажигание разряда в газоразрядных лампах возможно лишь при напряжении выше определенного значения, когда становится возможным лавинное образование зарядов в газовом межэлектродном промежутке. Это приводит к резкому возрастанию тока в течение 10 -5 -10 -7 с и появлению свечения. Этот процесс называется процессом зажигания собственного разряда. Напряжение зажигания зависит от рода газа, его давления, расстояния между электродами, материала и свойств катода.

Значительное влияние на напряжение зажигания самостоятельного разряда оказывает введение небольшого, а иногда и ничтожного, количества специальных добавок.

Снижение напряжения зажигания также достигается:

1. введением вспомогательного электрода, подбором газа и его давления;

2. активировкой катодов, снижающей работу выхода электронов;

3. предварительным накалом катодов, обеспечивающемтермоэмиссию электронов;

4. созданием начальной ионизации в газе за счет высокочастотного разряда или радиоактивных препаратов;

5. применением проводящих полос на поверхности лампы, изменяющих распределение электрического поля.

В зависимости от типа разряда применяют холодный или накаленный катоды. Холодные катоды применяют в газоразрядных лампах тлеющего разряда. Они имеют температуру примерно 100-200 0 С. Эмиссия электронов в них возникает за счет бомбардировки поверхности катода положительными ионами. Такие катоды изготавливают из материалов с малым катодным распылением (сталь, никель, алюминий). Часто для снижения напряжения зажигания поверхность катода покрывают тонким слоем соединений щелочно-земельных металлов.

В газоразрядных лампах видимое излучение возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов или паров металлов, которыми заполняется колба лампы. Газоразрядные лампы называют люминесцентными, т.к. изнутри колбы покрыты люминофором, который под действием ультрафиолетового излучения, излучаемого электрическим разрядом, светится, преобразуя тем самым невидимое ультрафиолетовое излучение в свет.

Лампы накаливания наиболее широко распространены в быту из-за своей простоты, надежности и удобства эксплуатации. Находят они применение и на производстве, организациях и учреждениях, но в значительно меньшей степени. Это связано с их существенными недостатками: низкой светоотдачей – от 7 до 20 лм/Вт (светоотдача лампы – это отношение светового потока лампы к ее электрической мощности); небольшим сроком службы – до 2500 часов; преобладанием в спектре желтых и красных лучей, что сильно отличает спектральный состав искусственного света от солнечного. В маркировке ламп накаливания буква В обозначает вакуумные лампы, Г – газонаполненные, К – лампы с криптоновым наполнением, Б – биспиральные лампы.

Газоразрядные лампы получили наибольшее распространение на производстве, в организациях и учреждениях прежде всего из-за значительно большей светоотдачи (40…110 лм/Вт) и срока службы (8000…12000 часов).

Из-за этого газоразрядные лампы в основном применяются для освещения улиц, иллюминации, световой рекламы. Подбирая сочетание инертных газов, паров металлов, заполняющих колбы ламп, и люминоформа, можно получить свет практически любого спектрального диапазона – красный, зеленый, желтый и т.д.

Для освещения в помещениях наибольшее распространение получили люминесцентные лампы дневного света, колба которых заполнена парами ртути. Свет, излучаемый такими лампами, близок по своему спектру к солнечному свету.

К газоразрядным относятся различные типы люминесцентных ламп низкого давления с разным распределением светового потока по спектру: лампы белого света (ЛБ); лампы холодно-белого света (ЛХБ); лампы с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ); лампы холодно-белого света улучшенной цветопередачи (ЛХБЦ).

К газоразрядным лампам высокого давления относятся: дуговые ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью (ДРЛ); ксеноновые (ДКсТ), основанные на излучении дугового разряда и тяжелых инертных газах; натриевые высокого давления (ДнаТ); металлогалогенные (ДРИ) с добавкой йодидов металлов.

Лампы ЛЕ, ЛДЦ применяются в случаях, когда предъявляются высокие требования к определению цвета, в остальных случаях – лампы ЛБ, как наиболее экономичные. Лампы ДРЛ рекомендуются для производственных помещений, если работа не связана с различием цветов (в высоких цехах машиностроительных предприятий и т.п.), и наружного освещения. Лампы ДРИ имеют высокую световую отдачу и улучшенную цветность, применяются для освещения помещений большой высоты и площади.

Источники света обладают различной яркостью. Максимальная переносимая человеком яркость при прямом наблюдении составляет 7500 кд/м2.

Однако газоразрядные лампы наряду с преимуществами перед лампами накаливания обладают и существенными недостатками, которые пока ограничивают их распространение в быту.

Это пульсация светового потока, которая искажает зрительное восприятие и отрицательно воздействует на зрение.

При освещении газоразрядными лампами может возникнуть стробоскопический эффект, заключающийся в неправильном восприятии скорости движения предметов. Опасность стробоскопического эффекта при использовании газоразрядных ламп состоит в том, что вращающиеся части механизмов могут показаться неподвижными и стать причиной травматизма. Пульсация освещенности вредны и при работе с неподвижными поверхностями, вызывая быстрое утомление зрения и головную боль.

Ограничение пульсации до безвредных значений достигается равномерным чередованием питания ламп от различных фаз трехфазной сети, специальными схемами подключения. Однако это усложняет систему освещения. Поэтому люминесцентные лампы не нашли широкого применения в быту. К недостаткам газоразрядных ламп относится: длительность из разгорания, зависимость их работоспособности от температуры окружающей среды, создание радиопомех.

Другой причиной, по-видимому, является следующее обстоятельство. Психологическое и отчасти физиологическое воздействие на человека цветности излучения источников света несомненно в значительной степени связано с теми световыми условиями, к которым человечество приспособилось за время своего существования. Далекое и холодное голубое небо, создающее в течение большей части светового дня высокие освещенности, вечером – близкий и горячий желто0красный костер, а затем пришедшие ему на смену, но аналогичные по цветности «лампы сгорания», создающие, однако, низкие освещенности, — таковы световые режимы, приспособлением к которым, вероятно объясняются следующие факты. У человека наблюдается более работоспособное состояние днем при свете преимущественно холодных оттенков, а вечером при теплом красноватом свете лучше отдыхать. Лампы накаливания дают теплый красновато-желтый цвет и белый цвет, который возбуждает и настраивает работу.

От применяемого типа источников света зависит правильность цветопередачи. Например, темно-синяя ткань при свете ламп накаливания кажется черной, желтый оттенок – грязно-белым, т.е. лампы накаливания искажают правильную цветопередачу. Однако есть предметы, которые люди привыкли видеть преимущественно вечером при искусственном освещении, например, золотые украшения «естественнее» выглядят при свете ламп накаливания, чем при свете люминесцентных ламп. Если при выполнении работы важна правильность цветопередачи – например, на уроках рисования, в полиграфической промышленности, картинных галереях и т.д. – лучше применять естественное освещение, а при его недостаточности – искусственное освещение люминесцентных ламп.

Обычный свет состоят из электромагнитных излучений с различными длинами волн, каждое из которых соответствует определенному диапазону видимого спектра. Смешивая красный, желтый и голубой свет, мы можем получить большинство видимых цветов, включая белый. Наше восприятие цвета предмета зависит от цвета света, которым он освещен и от того, каким образом сам предмет отражает цвет.

Источники света подразделяются на следующие три категории в зависимости от цвета света, который они излучают:

1. теплого» цвета (белый красноватый свет) – рекомендуется для освещения жилых помещений;

2. промежуточного цвета (белый свет) – рекомендуется для освещения рабочих мест;

3. «холодного» цвета (белый голубоватый свет) – рекомендуется для выполнения работ, требующих высокого уровня освещенности или для жаркого климата.

Цвета электрических ламп можно разделить на три группы, в зависимости от их цветовой температуры:

— белый дневного цвета – около 6000 °К;

— нейтрально белый – около 4000 °К;

— теплый белый – около 3000 °К.

Лампы дневного света отличаются от обычных газоразрядных ламп тем, что источником света в них является не сам разряд, а вторичное излучение, создаваемое специальным покрытием колбы — люминофором. Это вещество испускает видимый свет под воздействием ультрафиолета — невидимого глазу излучения. Явление люминесценции известно человеку достаточно давно, еще с восемнадцатого века.

Проблема энергосбережения в нашей стране в настоящее время крайне актуальна.

Значительным шагом в энергосбережении явилось внедрение люминесцентных ламп, это позволило сократить энергопотребление приблизительно в 5 раз по сравнению с применением ламп накаливания. Однако применение этих люминесцентных ламп имело весьма существенное ограничение. Поскольку источником света является люминофор, покрывающий стенки газоразрядной трубки, то световой поток лампы прямо пропорционален площади поверхности, покрытой люминофором. Таким образом, для получения существенного светового потока, люминесцентные лампы должны были иметь значительные размеры.

По мере совершенствования технологии, появилась возможность создавать лампы с меньшими габаритными размерами и меньшей потребляемой мощностью, при сохранении светового потока.

Цель работы — изучить виды, конструкции люминесцентных ламп, кроме того в работе необходимо проанализировать их преимущество перед лампами накаливания.

Электрические устройства, состоящие из прозрачного контейнера, в котором газ питается от напряжения, благодаря чему происходит процесс свечения, называются газоразрядные лампы. Предлагаем рассмотреть, чем разнятся лампы газоразрядные высокого давления и лампы накаливания, как работает данное устройство и где их купить.

Принцип работы газоразрядной лампы

Принцип работы газоразрядных ламп состоит в том, что видимое излучение света происходит вследствие возникновения разряда электричества в герметичной среде газа (неон, аргон, криптон, ксенон) или пара металлов (натрий, ртуть).

Таким образом, среда газа/пара металла – это и есть проводник тока, который от вольфрамового электрода с большим потенциалом (фазы, «+») проводит его к вольфрамовому электроду с меньшим потенциалом (нуля, «-»), излучая минимум тепла при высокой степени светоотдачи.

Это разновидность описанной выше лампы ДРИ, внутри колбы которой частично нанесено зеркальное покрытие для отражения света, которое формирует направленный поток лучей. Он позволяет фокусировать излучение на освещаемый объект и снижать световые потери, возникающие из-за переотражений.

При этом в составе среды газа/пара могут применяться и галогены (фтор/F, хлор/Cl, бром/Br, йод/I), которые улучшают светоотдачу и остальные показатели газоразрядных ламп.

Существует также и газоразрядные люминесцентные лампы – лампы, в которых в результате разряда в парах ртути образуется невидимое для человеческого глаза ультрафиолетовое излучение (тепловое излучение), которое преобразуется в видимый свет при помощи находящегося на внутренних стенках колбы напыления люминофора (соединений галофосфата).

Виды газоразрядных ламп подразделяются на лампы низкого и высокого давления – по давлению внутри колбы.

Лампы высокого давления имеют в качестве основного преимущества высшую степень светоотдачи, и подразделяются в свою очередь по типу наполнителя на:

Ртутные газоразрядные лампы высокого давления имеют напыление люминофора, является Люминесцентной лампой высокого давления и обозначается аббревиатурой ДРЛ.

Натриево-ртутные газоразрядные лампы высокого давления именуются также как просто натриевые и обозначаются аббревиатурой ДНаТ.

Иодидо-металло-ртутные газоразрядные лампы, а точнее лампы высокого давления с наполнителем — иодидами редкоземельных металлов с вмещением ртутных паров, именуются как металлогалогенные лампы и носят аббревиатуру ДРИ.

Инертно-газовые газоразрядные лампы высокого давления являются сугубо газовыми лампами, в которых применяются аргон, ксенон, неон, криптон или же их смеси и носят названия соответственно содержания газа.

Лампы низкого давления имеют преимущества только при освещении помещений, не нуждающихся в высокой мощности осветительных приборов; чаще всего – это декоративного освещения источники света, которые в зависимости от наполнителя бывают такие:

o ртутные с инертным газом;

Схема подключения ДРИ

Схема подключения лампы типа ДРЛ

Четырехэлектродная ртутная лампа включается в работу через дроссель и предохранитель .

Плавкая вставка защищает схему от возможных коротких замыканий, а дроссель ограничивает ток, проходящий через среду кварцевой трубки. Индуктивное сопротивление дросселя подбирается по мощности светильника. Включение лампы под напряжение без дросселя приводит к ее быстрому перегоранию.

Конденсатор, включенный в схему, компенсирует реактивную составляющую, вносимую индуктивностью.

Особенности конструкции

Внутреннее устройство лампы ДРИ очень похоже на то, котороеиспользуется у ДРЛ.

Лампы низкого давления с наполнителем паров ртути с примесью разновидностей инертного газа, именуемые как обыкновенные люминесцентные лампы (ЛЛ) и содержат еще слой люминесцена (см. принцип работы газоразрядных ламп).

Лампы низкого давления с наполнителем паров натрия – не являются таковыми, как предыдущие из-за совсем иного принципа действия, обозначаются аббревиатурой ДнаС.

Прочитав вышеописанные виды и принцип работы, Вы уже догадались, что по источнику света эти лампы подразделяются на газоразрядные и люминесцентные, а что касается низкого давления таких ламп, он на сегодняшний день их производят в качестве энергосберегающих.

Газоразрядная лампа является источником свечения, который генерирует свет, создавая электрический разряд через ионизированный газ. Как правило, эти лампы используют такие газы, как:

§ ксенон, а также смеси этих газов.

Много ламп заполнены дополнительными газами, такими как натрий и ртуть, в то время как другие используют металлогалогенные добавки.

При подаче питания на лампу, электрическое поле генерируется в трубке. Это поле образует включения свободных электронов в ионизированный газ, т.е. обеспечивает столкновение электронов с газом и атомами металла. Некоторые электроны, вращающиеся вокруг этих атомов, обеспечивают столкновения в более высокое энергетическое состояние. В таких случаях высвобождается энергия фотонов. Этот свет может быть каким угодно от инфракрасного видимого и до ультрафиолетового излучения. Некоторые лампы имеют люминесцентное покрытие на внутренней стороне колбы для преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет.

Некоторые лампы трубчатой формы содержат специальный источник бета-излучения, чтобы обеспечить ионизацию газа внутри. В этих трубах, тлеющий разряд, обеспеченный катодом, сведен к минимуму, в пользу так называемого положительного столба энергии. Самый яркий пример такой технологии – энергосберегающие неоновые лампы, газоразрядные импульсные ифк и флуоресцентные.

Виды газоразрядных ламп.

Наибольшей эффективностью, на сегодняшний день, обладают лампы разрядные в парах натрия . Кроме этого вида разрядных ламп широко распространены люминесцентные лампы (разрядные лампы низкого давления), металлогалогенные лампы , дуговые ртутные люминесцентные лампы . Меньше распространены лампы в парах ксенона .

4.1 Натриевая газоразрядная лампа

Натриевая газоразрядная лампа (НЛ) — электрический источник света, светящимся телом которого служит газовый разряд в парах натрия. Поэтому преобладающим в спектре таких ламп является резонансное излучение натрия; лампы дают яркий оранжево-жёлтый свет. Эта специфическая особенность НЛ (монохроматичность излучения) вызывает при освещении ими неудовлетворительное качество цветопередачи. Из-за особенностей спектра НЛ применяются в основном для уличного освещения, утилитарного, архитектурного и декоративного. Применение НЛ для освещения производственных и общественных зданий крайне ограничено и обуславливается, как правило, требованиями эстетического характера.

В зависимости от величины парциального давления паров натрия лампы подразделяют на натриевые лампы низкого давления (НЛНД) и натриевые лампы высокого давления (НЛВД)

Исторически первыми из натриевых ламп были созданы натриевые лампы низкого давления (НЛНД) . В 1930-х гг. этот вид источников света стал широко распространяться в Европе. В СССР велись эксперименты по освоению производства НЛНД, существовали даже модели, выпускавшиеся серийно, однако внедрение их в практику общего освещения прервалось из-за освоения более технологичных ламп ДРЛ, которые, в свою очередь, стали вытесняться НЛВД.

НЛНД отличаются рядом особенностей, существенно затрудняющих как их производство, так и эксплуатацию. Во-первых, пары натрия при высокой температуре дуги весьма агрессивно воздействуют на стекло колбы, разрушая его. Из-за этого горелки НЛНД обычно выполняются из боросиликатных стёкол. Во-вторых, эффективность НЛНД сильно зависит от температуры окружающей среды. Для обеспечения приемлемого температурного режима горелки последняя помещается во внешнюю стеклянную колбу, играющую роль «термоса».

Создание натриевых ламп высокого давления (НЛВД) потребовало иного решения проблемы защиты материала горелки от воздействия паров натрия: была разработана технология изготовления трубчатых горелок из оксида алюминия A _l2 O ₃ . Такая керамическая горелка из термически и химически устойчивого и хорошо пропускающего свет материала помещается во внешнюю колбу из термостойкого стекла. Полость внешней колбы вакуумируется и тщательно дегазируется. Последнее необходимо для поддержания нормального температурного режима работы горелки и защиты ниобиевых токовых вводов от воздействия атмосферных газов.

Горелка НЛВД наполняется буферным газом, в качестве которого служат газовые смеси различного состава, а также в них дозируется амальгама натрия (сплав с ртутью). Существуют НЛВД «с улучшенными экологическими свойствами» — безртутные.

4.2 Люминесцентная лампа

Люминесцентная лампа — газоразрядный источник света, световой поток которого определяется в основном свечением люминофоров под воздействием ультрафиолетового излучения разряда; видимое свечение разряда не превышает нескольких процентов.

Люминесцентные лампы широко применяются для общего освещения, при этом их световая отдача в несколько раз больше, чем у ламп накаливания того же назначения. Срок службы люминесцентных ламп может до 20 раз превышать срок службы ламп накаливания при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу коммутаций, в противном случае быстро выходят из строя. Наиболее распространённой разновидностью подобных источников является ртутная люминесцентная лампа. Она представляет собой стеклянную трубку, заполненную парами ртути, с нанесённым на внутреннюю поверхность слоем люминофора.

Люминесцентные лампы — наиболее распространённый и экономичный источник света для создания рассеянного освещения в помещениях общественных зданий: офисах, школах, учебных и проектных институтах, больницах, магазинах, банках, предприятиях. С появлением современных компактных люминесцентных ламп, предназначенных для установки в обычные патроны E27 или E14 вместо ламп накаливания, они стали завоёвывать популярность и в быту. Применение электронных пускорегулирующих устройств (балластов) вместо традиционных электромагнитных позволяет улучшить характеристики люминесцентных ламп — избавиться от мерцания и гула, ещё больше увеличить экономичность, повысить компактность.

4.3 Ртутная газоразрядная лампа

Ртутные газоразрядные лампы представляют собой электрический источник света, в котором для генерации оптического излучения используется газовый разряд в парах ртути. Для наименования всех видов таких источников света в отечественной светотехнике используется термин «разрядная лампа», включенный в состав Международного светотехнического словаря, утверждённого Международной комиссией по освещению.

В зависимости от давления наполнения различают разрядные лампы низкого давления (РЛНД), разрядные лампы высокого давления (РЛВД) и разрядные лампы сверхвысокого давления (РЛСВД).

К разрядным лампам низкого давления относят ртутные лампы с величиной парциального давления паров ртути в установившемся режиме менее 100 Па. Для разрядных ламп низкого давления эта величина составляет порядка 100 кПа, а для разрядных ламп сверхвысокого давления — 1 МПа и более.

Для общего освещения цехов, улиц, промышленных предприятий и других объектов, не предъявляющих высоких требований к качеству цветопередачи, применяются разрядные лампы высокого давления типа ДРЛ.

ДРЛ (Дуговая Ртутная Люминофорная) — принятое в отечественной светотехнике обозначение РЛВД, в которых для исправления цветности светового потока, направленного на улучшение цветопередачи, используется излучение люминофора, нанесённого на внутреннюю поверхность колбы.

Устройство лампы ДРЛ

Первые лампы ДРЛ изготовлялись двухэлектродными. Для зажигания таких ламп требовался источник высоковольтных импульсов. В качестве него применялось устройство ПУРЛ-220 (Пусковое Устройство Ртутных Ламп на напряжение 220 В). Электроника тех времен не позволяла создать достаточно надёжных зажигающих устройств, а в состав ПУРЛ входил газовый разрядник, имевший срок службы меньший, чем у самой лампы. Поэтому в 1970-х гг. промышленность постепенно прекратила выпуск двухэлектродных ламп. На смену им пришли четырёх-электродные, не требующие внешних зажигающих устройств.

Для согласования электрических параметров лампы и источника электропитания практически все виды РЛ, имеющие падающую внешнюю вольт-амперную характеристику, нуждаются в использования пускорегулирующего аппарата, в качестве которого в большинстве случаев используется дроссель, включенный последовательно с лампой.

Рис.1 Ртутная лампа высокого давления.

Четырёх-электродная лампа ДРЛ состоит из внешней стеклянной колбы (1), снабжённой резьбовым цоколем (2). На ножке лампы смонтирована установленная на геометрической оси внешней колбы кварцевая горелка (разрядная трубка) (3), наполненная аргоном с добавкой ртути. Четырёх-электродные лампы имеют основные электроды (4) и расположенные рядом с ними вспомогательные(зажигающие) электроды (5). Каждый зажигающий электрод соединён с находящимся в противоположном конце разрядной трубки основным электродом через токоограничвающее сопротивление (6). Вспомогательные электроды облегчают зажигание лампы и делают её работу в период пуска более стабильной.

В последнее время ряд зарубежных фирм изготавливает трёх-электродныелампы ДРЛ, оснащённые только одним зажигающим электродом. Эта конструкция отличается только большей технологичностью в производстве, не имея никаких иных преимуществ перед четырёх-электродными.

Газоразрядные лампы

Газоразрядные лампы являются родственниками дуговых. Это большое семейство ламп, в которых разряд происходит между электродами в атмосфере какого-либо газа, или пара. Разряд вызывает ионизацию газа, то есть возникает плазма, которая и является рабочим органом системы. Однако, в отличии от дуговых, в газоразрядной лампе используется «тлеющий» разряд. В результате, температура и энергопотребление таких ламп существенно ниже.

Газовый разряд в газах вызывают излучение видимого света, спектр которого зависит от использованного газа.

Самым распространенным примером таких ламп является люминисцентные лампы «дневного света», где излучателем света являются пары ртути. При этом генерируется УФ излучение, которое преобразовывается люминофором в видимый свет.

Люминесцентные лампы накаливания обеспечивают световую отдачу от 30-50 лм/Вт. Они имеют довольно большой срок службы, до 20000 часов.

Газоразрядные лампы, Общие характеристики

Срок службы от 3000 часов до 20000.

· Эффективность от 40 до 220 лм/Вт.

· Цвет излучения : от 2200 до 20000 К

· Цветопередача: хорошая (Ra>80), отличная (Ra>90)

· Компактные размеры излучающей дуги, позволяют создавать световые пучки высокой интенсивности

Области применения

· Художественное освещение театров, кино и эстрады [профессиональное световое оборудование]

· Фонари для подводного использования (элемент дайверского снаряжения)

· Широкое применение получили автомобильные газоразрядные лампы высокой интенсивности – и неоновые, также для авто иногда применяется диодное освещение (их цена несколько ниже). Разряд автомобильной фары заполнен смесью газообразного ксенона и металло-галоидных солей (как например использует Тойота Королла — d2r для toyotaestima 2000, или БМВ 5, для Опеля astra j)). Света создается путем удара дуги между двумя электродами. Лампа имеет встроенный воспламенитель.

Газоразрядные лампы

Газоразрядные лампы – это лампы, принцип действия которых основан на получении света путем преобразования электрического тока при прохождении через пары и газы.
В разрядных лампах могут использоваться пары металлов (ртути или натрия), инертные газы (неон, ксенон и др.), а также их смеси. Наибольшей эффективностью на сегодняшний день обладают натриевые лампы (ДНаТ), они работают в парах натрия и имеют эффективность 150 лм/Вт. Подавляющее большинство разрядных ламп – ртутные. Они работают в парах ртути. В их числе также можно упомянуть дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ). Кроме этого, широко распространены металлогалогенные лампы (МГЛ или ДРИ), в них используется смесь паров ртути, инертных газов и галогенидов металлов. Состав используемых металлов непосредственно влияет на цветовой спектр лампы. Меньше распространены безртутные разрядные лампы, содержащие инертные газы: ксеноновые (ДКсТ), неоновые и другие лампы. Для ограничения тока и зажигания всем газоразрядным лампам необходимы специальные пускорегулирующие аппараты (ПРА).
Все газоразрядные источники можно разделить на три основные группы:

• металлогалогенные лампы;
• натриевые лампы высокого и низкого давления;
• ртутные лампы.

Металлогалогенные лампы (МГЛ, ДРИ, HMI, HTI)
МГЛ– это ртутные лампы высокого давления с добавками йодидов металлов или йодидов редкоземельных элементов, а также комплексных соединений с цезием и галогенидов олова. Они выпускаются в двух базовых конфигурациях: с внутренней оболочкой и без нее. Обычно первые оснащены односторонним винтовым цоколем, а вторые – двусторонним. Некоторые лампы имеют люминофорное покрытие на внутренней стороне наружной стеклянной колбы, что улучшает характеристики излучаемого ими спектра, а также служит для рассеивания света.
Среди МГЛ выделяют: металлогалогенные лампы типа ДРИ (дуговые ртутные с излучающими добавками), короткодуговые HMI-лампы и HTI-лампы.
Металлогалогенные лампы обладают ярким белым светом высокого качества и отличной цветопередачей. В связи с этим они широко используются в различных коммерческих и служебных помещениях, торговых центрах, гостиницах, ресторанах, на выставках. Применяются для подсветки рекламных щитов и витрин, освещения спортивных сооружений и стадионов, архитектурной подсветки зданий и сооружений. МГЛ могут использоваться как мощный источник видимого и ближнего ультрафиолетового излучения. Подробнее о МГЛ

Натриевые лампы (НЛНД, НЛВД)
Это газоразрядный источник света, в котором световой поток создается электрическим разрядом в парах натрия. Эти лампы излучают яркий оранжево-желтый свет, соответствующий спектру резонансного излучения самого натрия. На сегодняшний день натриевые лампы производятся в следующих вариантах:

• лампы с трубчатой прозрачной колбой с резьбовыми цоколями Е27 и Е40. Для работы требуют подключения устройства для зажигания;
• лампы с эллиптической колбой, имеющей люминофорное покрытие. Выпускаются также со стандартными резьбовыми цоколями Е27 и Е40. Как правило, требуют при подключении докомплектации устройством для зажигания, но ряд моделей обходятся без него;
• линейные лампы с двусторонними цоколями RX7s (70–150 Вт) и Fc2 (250 Вт и более).

В зависимости от величины давления паров внутри колбы различают натриевые лампы низкого давления (НЛНД) и высокого давления (НЛВД).
Натриевые лампы используются для освещения улиц, площадей, автотрасс, туннелей, транспортных развязок, аэропортов, железнодорожных вокзалов, архитектурные сооружения, спортивных и строительных площадок и т. д.
Подробнее о натриевых лампах

Ртутная лампа— газоразрядная лампа, в которой используется излучение электрического разряда в парах ртути. Ртутные лампы применяются для освещения, для медицинских целей, в светокопировальных аппаратах, в проекционных установках и т.д. В зависимости от давления наполнения среди РЛ выделяют несколько основных видов:
Лампы газоразрядные дуговые ртутные типа ДРЛ. Лампы ДРЛ предназначены для освещения больших производственных площадей, улиц, скоростных магистралей, туннелей, спортивных сооружений, строительных площадок, и т.д.
Ртутно-кварцевые лампы высокого давления (ПРК, ДРТ). Дуговые ртутные лампы высокого давления типа ДРТ (Дуговые Ртутные Трубчатые).
Ртутно-кварцевые шаровые лампы (ДРШ). Представляют собой дуговые ртутные лампы сверхвысокого давления с естественным охлаждением. Имеют шарообразную форму и дают сильное ультрафиолетовое излучение.
Лампы данного типа отличаются высокой светоотдачей при сравнительно небольших габаритах, они имеют длительные сроки службы. позволяют значительно экономить затраты при установке, эксплуатации и техническом обслуживании в дорожном и ландшафтном освещении. Однако 24 сентября 2014г. Россия подписала Минаматскую конвенцию по ртути. Согласно данной конвенции, с 2020г. будет запрещено производство, импорт или экспорт продукта, содержащего ртуть. Под запрет данной конвенции попадают лампы общего освещения ртутные высокого давления паросветные (РВДП), в частности лампы ДРЛ и ДРИ.