Люминесцентное и неоновое освещение
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Люминесцентное и неоновое освещение»
На предыдущих уроках мы с вами говорили, что из-за низкой стоимости широкое применение находят лампы накаливания. Но все чаще лампы накаливания заменяют люминесцентными лампами или светильниками на их основе.
Объяснить это можно тем, что такие лампы создают больший световой поток при меньшем потреблении электроэнергии.
Как же выглядит люминесцентная лампа? Она представляет собой стеклянную трубку, из которой удалён воздух.
Свечение лампы происходит за счёт специального вещества – люминофора, которым покрыта внутренняя поверхность трубки. Люминофор начинает светиться при облучении ультрафиолетовым светом.
В трубку вводят небольшое количество инертного газа и вводят капельку ртути. Как правило, в качестве газа – используют аргон. У каждого конца трубки располагаются нити накала, которые выполняют роль электродов лампы.
Принцип работы люминесцентной лампы такой: нити накала нагреваются, испускают электроны. Они в свою очередь нагревают аргон и ртуть. Под действием тепла капелька ртути испаряется и переходит в газообразное состояние. При электрическом пробое паров ртути возникает ультрафиолетовое свечение паров ртути. Оно имеет слегка фиолетовый оттенок.
Процесс пробоя паров ртути похож на молнию при грозе. Но в природе это кратковременный процесс, а в лампе он поддерживается источником энергопитания и дросселем. На схеме он обозначается сокращённо Др.
Поясним, что дроссель – это катушка с железным сердечником. Он служит не только для ограничения силы тока в лампе, но и для создания дополнительного кратковременного напряжения, достаточного для эффекта пробоя.
Люминофорное покрытие начинает светиться тогда, когда на него падает ультрафиолетовое излучение.
Нити накала в люминесцентной лампе включаются и выключаются автоматически. Для этого используется специальный пусковой выключатель – стартёр. Если стартёра нет, то его можно заменить кнопкой или обычным выключателем.
Срок службы люминесцентных ламп составляет до 12 000 часов. Причём коэффициент полезного действия больше чем у ламп накаливания в несколько раз.
Но и система запуска у люминесцентных ламп сложнее.
Ещё одной особенностью люминесцентных ламп можно назвать то, что обращаться с ними надо с большой осторожностью.
Связано это с тем, что ртуть – очень опасна для жизни людей. После того, как лампы выйдут из строя их ни в коем случае нельзя выбрасывать в общие контейнеры для мусора. Разбивать их тоже категорически нельзя. Существуют специальные пункты утилизации. Собирают испорченные лампы в специальные контейнеры.
Именно из-за сложностей подключения и утилизации эти лампы не так активно используются в быту. Для их обслуживания нужна определённая квалификация.
Но несмотря на это, в последнее время люминесцентные лампы и светильники с ними все больше и больше проникают в нашу жизнь. Бытовые люминесцентные лампы уже смонтированы в герметизированном корпусе и их нельзя ремонтировать в бытовых условиях.
Существуют и люминесцентные лампы, которые размещаются в силиконовом контуре. Он может располагаться как поверх лампы, так и под стеклянной колбой. Силикон предохраняет трубку и колбу от разрушения, смягчает удар при падении и выполняет склеивающую функцию, если лампа всё таки разбилась. Ещё одной функцией cиликоновой прокладки можно назвать – декоративную: она делает свет более мягким.
Светильники подключаются к электрической сети с помощью вилки и включается выключателем, который вмонтирован в корпус.
Теперь давайте поближе познакомимся с неоновыми лампами.
В трубку такой лампы закачивают неон, который смешивают с другими газами для получения свечения разного цвета.
Неон без добавок светится оранжевым цветом.
Но с разными добавками можно получить синее, зелёное, красное и белое свечение.
Так, например, для того, чтобы получить синий цвет свечения, необходимо в трубку наряду с неоном закачать гелий
Для сиреневого цвета – аргон
Сине-белый цвет – криптон и так далее.
Принцип работы неоновой лампы такой: к трубке с помощью электродов от источника переменного тока подаётся высоковольтное напряжение. Оно вызывает пробой в газе. Чем длиннее трубка лампы, тем большее напряжение нужно для её зажигания. Но, если перед нами небольшие неоновые лампы, которые часто используют для устройств индикации, то для их работы достаточно напряжения в сто десять вольт.
Если мы говорим о неоновых рекламах, то для работы каждой из них надо несколько десятков киловольт. Получить такое высокое напряжение можно с помощью повышающих трансформаторов. Посмотрите на схему включения неоновой лампы.
Интересно, что иногда «неонками» ошибочно называют ультрафиолетовые лампы, которые создают эффект светящейся одежды на дискотеках.
Подведём итоги урока.
Сегодня на уроке мы узнали, что свечение люминесцентных ламп происходит за счёт люминофора – вещества, которое начинает светиться при облучении ультрафиолетовым свечением паров ртути.
Для долговременного эффекта ультрафиолетового свечения используется источник энергопитания и дроссель.
Для включения и выключения нитей накала в люминесцентных лампах используется специальный пусковой выключатель – стартёр.
Мы поговорили о том, что свечение неоновых ламп происходит за счёт пробоя в газе неоне, которым заполнена трубка лампы. Для такого пробоя необходимо с помощью электродов к трубке подать высоковольтное напряжение.
Ещё мы узнали что для того, чтобы лампа горела разными цветами, надо закачать в трубку другие газы помимо неона.
Устройство люминесцентной лампы, схема и принцип работы
Люминесцентные
Люминесцентные устройства выглядят как стеклянный сосуд, который может иметь разнообразный вид, матового цвета с выступающими на концах контактами подключения.
Конфигурация люминесцентных изделий может быть по типу трубки, тора, либо спирали. При изготовлении поверхности лампы в ней делают вакуумную среду и наполняют ее инертным газом. Именно реакция инертного газа в совокупности с электричеством делает свечение, производят лучи холодного или теплого оттенка, который обычно называют дневным. Поэтому ЛЛ называют устройствами дневного света.
Устройство
Конструкция люминесцентной лампы состоит из:
- прозрачной вытянутой трубки;
- двух цоколей с двумя электродами;
- стартер, начинающий работать от розжига;
- электромагнитный дроссель;
- конденсатор от сети.
Колба лампочки производится из кварцевого стекла. В начале работы на производстве из колбы выкачивают воздух и создают вакуумную среду, а потом она наполняется смесью инертного газа с добавлением ртути. Последняя должна быть в газообразном состоянии, потому что внутри высокое давление.
Поверхность колбы изнутри покрывается фосфоресцирующим веществом, оно перерабатывает энергию ультрафиолетового света в видимый человеческому глазу луч.
К концам электродов лампочки подсоединяется переменное напряжение сети. Нити из вольфрама покрываются тяжелым металлом, который во время работы испускает электроны. В основном используются цезий, барий, талий. Дроссель похож на катушку, у которой высокая величина магнитной проницаемости.
Электрод
Наружной частью электрод спаивается с цоколем. Из сосуда начинают обильное откачивание всего воздуха с помощью штенгеля, который находится в одной из ножек c электродами. Далее начинается наполнение вакуумной среды инертными газами c добавками ртути.
На определенные виды электродов обязательно напыляют активирующее вещество, например оксид бария, талия или кальция.
Атом ртути
В люминесцентную лампу добавляют немного ртути, которая превращается в пар во время розжига разряда, и некоторую часть аргона, которая помогает повышению срока эксплуатации изделия и улучшению условий для оживления атомов ртути.
При включении устройства к сети подается электрический разряд, оживляющий работу паров ртути. Тонкая пленка люминофора активизируется под воздействием света паров ртути.
Стеклянная трубка
Трубка из стекла может иметь различный диаметр. Сила светового потока может быть разной, это зависит от мощности люминесцентной лампы. Для ее правильной работы необходим стартер дроссельного вида.
Внимание! Температура в трубке не должна быть свыше 55 градусов. Поэтому данную лампу нельзя применять в промышленных горячих цехах.
Люминофор
Самой главной частью люминесцентного устройства будет слой люминофора. КПД люминофоров— соотношение величины излучаемых квантов к величине, поглощённых по большей степени, зависит от качества сырья, используемого при производстве люминофора.
Характеристики
Основные параметры люминесцентных ламп:
- спектр мощности лампочки — от 10 до 90 ватт (для бытового пользования);
- среднее напряжение — 220 и 127 В;
- температура плавления вольфрама — 6000К;
- световой луч — может превышать 100 Лм/1Вт;
- параметры цоколя — 1E14 и стандарт E27;
- размер сосуда — 14, 18, 28, 38мм;
- срок эксплуатации — от 10000 до 35000 часов;
- КПД свыше 20%.
Главным большим недостатком лампочек будет высокая чувствительность к температурным скачкам. Уже при температуре −15 градусов изделие будет плохо работать. При высокой жаре лампочки перестают включаться и могут сильно перегреться.
Принцип работы ламп
Показатели спектральной цветопередачи существенно выше, чем у раскаленной вольфрамовой нити. Их свет дает натуральные оттенки, для глаз такое освещение более полезно, а глаза устают меньше.
Условно выделено три типа газоразрядных источников света – низкого (не более 0,01 МПа), высокого (0,1 МПа до 1 МПа) и сверхвысокого давления (более 1МПа). Они имеют значительные различия в конструкции.
При подаче напряжения электроды (катоды) разогреваются, между ними возникает тлеющий разряд, который вызывает свечение люминофорного покрытия.
Для создание ультрафиолетового излучения применяется газоразрядные источники. Их отличие состоит лишь в том, что применяется кварцевое стекло для изготовления колбы. Люминофорное покрытие отсутствует.
Обычное стекло его не пропускает. Такие приборы применяются часто в соляриях и для обеззараживания помещений.
Как подключить люминесцентную лампу
В традиционной схеме всего три элемента:
- Сам люминесцентный источник света,
- Стартер,
- Дроссель.
Дроссель представляет собой обычную катушку индуктивности с наборным сердечником из пластин. Стартер – устройство, состоящее из малогабаритной неоновой лампы и конденсатора. Внутри ее колбы находятся подвижные биметаллические контакты. В момент подачи напряжения между биметаллическими контактами стартера возникает разряд, его электроды изменяют свою геометрию и замыкают цепь. Дроссель играет роль балласта. Электроды источника света прогреваются, стартер отключается, возникает тлеющий разряд, вызывающий свечение люминофора, нанесенного на внутреннюю сторону колбы. Согласно ГОСТам, схема должна включиться в течение максимум 10 секунд.
Для включения двух ламп не нужно дублировать схему. Можно использовать только один дроссель.
Обе этих схемы можно дополнить конденсатором, включенным параллельно к источнику питания. Это улучшит режим. В первой схеме параметры мощности источника света, дросселя, стартера должны совпадать. Во второй схеме параметры дросселя должны быть равны сумме мощностей двух ламп, а параметры стартеров должны соответствовать мощности каждой из ламп.
Выбор конденсатора осуществляется исходя из номинала мощности ЛЛ. Конденсатор в таком источнике света служит для компенсации реактивной мощности, и при отсутствии её учёта как бы не обязателен. Есть — хорошо, нет — ничего страшного. Не редко, при перепадах напряжения или некачественном конденсаторе происходит его возгорание.
| Люминесцентные лампы (ЛЛ) | |
| Мощность лампы, Вт | Параллельно включенный конденсатор 250 В, мкФ |
| 15 | 4.5 |
| 18 | 4.5 |
| 30 | 4.53 |
| 36 | 4.53 |
| 58 | 7.05 |
Существует и так называемая схема холодного старта. Она позволяет запустить даже лампу со сгоревшими электродами. Кроме того, схема с умножителем напряжения увеличивает период эксплуатации источника света.
Этот вариант несколько сложнее и применяется при мощностях не более 40 Вт. Здесь лампа питается постоянным током и включение происходит практически мгновенно, так как выпрямленное напряжение суммируется. Довольно быстро ртуть будет скапливаться в районе одного из электродов, при этом яркость падает. В этом случае достаточно поменять полярность. Конденсаторы С1 и С2 должны иметь напряжение порядка 900 В. А С3 и С4 – от 1000 В. Обычно применяют слюдяные конденсаторы. На электроды прикладывается напряжение порядка 900 Вольт. Со временем люминофор конечно же выгорит, и лампа будет подлежать замене и утилизации. Эта хороша тем, что позволят применять лампы с электродами, находящимися в обрыве.
Существуют и полностью готовые решения – ЭПРА. Это полностью полупроводниковое устройство, которое пришло на смену электромагнитной классике.
Собрать готовый светильник с ним очень просто.
На входные клеммы устройства подается напряжение питания. Выходные клеммы предназначены для непосредственного подключения лампы.
Достоинства электронного пуско-регулирующего аппарата:
- Простота подключения.
- Повышает срок эксплуатации лампы.
- Снижает время включения лампы.
- Отсутствует мерцание при запуске.
- Долговечность.
Подробнее о ЭПРА вы можите прочитать — тут
Осветители на лампах высокого давления имеют такую схему.
Дроссель выполняет роль балластного устройства. Предохранитель защищает лампу и дроссель от скачка напряжения.
Как проверить люминесцентную лампу
Неисправности могут визуально проявляться таким образом.
- Лампа не зажигается совсем.
- Наблюдается мерцание при работе.
- Мерцание перед выходом на рабочий режим.
- Гудение.
- Мерцание при горении.
Во время эксплуатации газоразрядные лампы могу потерять работоспособность. При сборке осветительного прибора на основе люминесцентных ламп иногда источник света желательно проверить до установки.
Первоначально требуется провести осмотр на наличие повреждений. Если колба имеет повреждения, то использовать такую лампу нельзя. То же самое касается и сеточки трещин. Такая колба во время работы однозначно разрушится, а ртуть может привести к заражению помещения.
Вторым моментом следует осмотреть колбу в районе расположения электродов, там не должно быть потемнений на внутренней стороне.
Обратимся к устройству самой лампы. С двух сторон у нее размещены электроды, они делаются из вольфрама, так как это тугоплавкий металл. Для увеличения срока службы эти электроды покрываются щелочным соединением. Это способствует облегчению зажигания тлеющего разряда и защищает электроды. Часты включения и выключения влекут за собой частое нагревание и остывание защитного покрытия. Таким образом со временем оно просто отслаивается, образуются незащищенные участки на вольфрамовом электроде. В момент запуска вольфрамовая нить разогревается неравномерно. Открытые участки разогреваются сильнее происходит сначала точечное выгорание, со временем произойдёт разрушение электрода. О начале выгорания и свидетельствует такое потемнение. Это — щелочные соединения, которые осаждаются на люминофорном слое. Но даже если электрод находится в обрыве, а колба лампы цела и люминофор не обсыпался, то лампу еще возможно какое-то время использовать. При этом применяется схема умножителя.
Если на контактах электродной нити, либо по краям самой газоразрядной лампы видно оранжевое свечение, при этом освещение не включается, то это говорит о разгерметизации колбы, внутри уже присутствует воздух.
Довольно часто причина отсутствия освещения банальна: отсутствие контакта. Дело в том, что контактные пластины и контактные штырьки для подключения электродов окисляются. Иногда они могут просто быть ослаблены. Восстанавливается это достаточно быстро, их следует почистить при помощи мелкозернистой наждачки, либо жидкости на основе спирта. Отлично подходит для этих целей изопропиловый спирт (он же изопропанол). Также не произойдет розжига при низких температурах (менее минус 50 градусов Цельсия) и при скачках напряжения свыше семи процентов.
Целостность электродов можно проверить еще и мультиметром. Режим прозвонки (значок диода на приборе). В случае целостности контактов, Вы услышите писк, как при замыкании щупов. Можно воспользоваться режимом омметра, прибор должен показать сопротивление 3-16 Ом. В случае индикации бесконечного сопротивления электрод находится в обрыве и в традиционных схемах (также как и с ЭПРА) использование принципиально невозможно.
При использовании классической схемы со стартером и дросселем, лампу, у которой хотя бы один из электродов находится в обрыве зажечь не удастся. Если балластный дроссель находится в обрыве, то лампа также не загорится. Исправный дроссель должен обладать сопротивлением 60 Ом, плюс-минус 5 Ом. Вышедший из строя дроссель можно определить «на глаз» по косвенным признакам: характерный запах, пятна.
Спектр излучения люминофора для люминесцентных ламп
Человек способен видеть излучение в диапазоне от 380 до 780 нм. Свет – это энергия в различных диапазонах излучения. Солнечный свет включает в себя не только видимый человеком диапазон. Имеются еще инфракрасный и ультрафиолетовый. Обычно источники света в жилых и рабочих помещениях снабжены УФ-фильтрами. Такое решение снижает вредное для кожи излучение.
Существуют и специальные лампы для бактерицидной обработки помещения, так как раз и необходимо отсутствие УФ-фильтра.
Обычно люминесцентные лампы дают световой поток спектрально приближенный к обычному солнечному свету.
Левая часть изображение показывает спектр солнечного света. Правая – спектр хорошей лампы дневного света. Можно увидеть, что спектрально они похожи. Свет солнца имеет более ровную характеристику. Свет ЛЛ имеет ярко выраженный пик в зеленой части, и резкий спад в красной части. Спектр свечения многих люминесцентных ламп захватывает весь видимый диапазон. Дорогие лампы захватывают часть инфракрасного и ультрафиолетового диапазона. Чем ближе искусственный свет по спектру к естественному, тем более он благоприятен для человека. Соответственно, показатели жизнедеятельности будут выше. Это уже доказано физиологическими исследованиями. Поэтому рекомендуется для рабочих мест и в жилых помещениях применять источники света спектр которых приближен к солнечному. В некоторых случаях люминесцентные источники света будут более предпочтительны даже в сравнении со светодиодными.
Какую люминесцентную лампу стоит выбрать
Сейчас в продаже много разных источников света. Продуманное расположение источников света создает чувство комфорта. Сложность выбора состоит в том, необходимо рассматривать не только мощностные параметры, но и цветопередачу, спектральный диапазон. С яркостью все понятно, чем больше мощность, тем больше яркость. В этом случае все зависит от линейных размеров освещаемого помещения. Если их сравнить с обычными лампами накаливания, то при равной мощности ККЛ (компактная люминесцентная лампа) имеет яркость в среднем в пять раз выше.
Цветовая температура должна коррелировать с конкретными нуждами. Цветовая температура — Важный параметр. 2700 К – это тепло-желтый свет, 4200 – обычный белый, а 6400К – холодный синий. Для глаз наиболее комфортно от 4000 К до 5000К. Существуют также осветители с различным окрасом люминофорного слоя. Это уже для дизайнерского креатива в оформлении помещений.
Сейчас много разных форм и конфигураций люминесцентных источников света для создания оформления. Теоретически возможно создать любую форму для дизайнерского проекта.
Классическое подключение через электромагнитный балласт
Особенности схемы
В соответствии с этой схемой в цепь включается дроссель. Также в составе схемы обязательно присутствует стартер.
Дроссель для люминесцентных ламп 
Стартер для люминесцентных ламп — Philips Ecoclick StartersS10 220-240V 4-65W
Последний представляет собой маломощный неоновый источник света. Устройство оснащено биметаллическими контактами и питается от электросети с переменными значениями тока. Дроссель, стартерные контакты и электродные нити подключаются последовательно.
Вместо стартера в схему может включаться обыкновенная кнопка от электрозвонка. В данном случае напряжение будет подаваться путем удерживания кнопки звонка в нажатом положении. Кнопку нужно отпустить после зажигания светильника.
Подключение лампы с электромагнитным балластом
Порядок действия схемы с балластом электромагнитного типа выглядит следующим образом:
- после включения в сеть, дроссель начинает накапливать электромагнитную энергию;
- через стартерные контакты обеспечивается поступление электричества;
- ток устремляется по вольфрамовым нитям нагрева электродов;
- электроды и стартер нагреваются;
- происходит размыкание контактов стартера;
- аккумулированная дросселем энергия высвобождается;
- величина напряжения на электродах меняется;
- люминесцентная лампа дает свет.
В целях повышения показателя полезного действия и уменьшения помех, возникающих в процессе включения лампы, схема комплектуется двумя конденсаторами. Один из них (меньший) размещается внутри стартера. Его главная функция заключается в погашении искр и улучшении неонового импульса.
Схема подключения одной люминесцентной лампы через стартер
Среди ключевых преимуществ схемы с балластом электромагнитного типа можно выделить:
- надежность, проверенную временем;
- простоту;
- доступную стоимость.
- Недостатков, как показывает практика, больше, чем преимуществ. Среди их числа нужно выделить:
- внушительный вес осветительного прибора;
- продолжительное время включения светильника (в среднем до 3 секунд);
- низкую эффективность системы при эксплуатации на холоде;
- сравнительно высокое потребление энергии;
- шумную работу дросселя;
- мерцание, негативно воздействующее на зрение.
Порядок подключения
Подсоединение лампы по рассмотренной схеме выполняется с задействованием стартеров. Далее будет рассмотрен пример установки одного светильника с включением в схему стартера модели S10. Это современное устройство имеет невозгораемый корпус и высококачественную конструкцию, что делает его лучшим в своей нише.
Главные задачи стартера сводятся к:
- обеспечению включения лампы;
- пробою газового промежутка. Для этого цепь разрывается после довольно длительного нагрева электродов лампы, что приводит к выбросу мощного импульса и непосредственно пробою.
Дроссель используется для выполнения таких задач:
- ограничения величины тока в момент замыкания электродов;
- генерации напряжения, достаточного для пробоя газов;
- поддержания горения разряда на постоянном стабильном уровне.
В рассматриваемом примере подключается лампа на 40 Вт. При этом дроссель должен иметь аналогичную мощность. Мощность же используемого стартера равна 4-65 Вт.
Подключаем в соответствии с представленной схемой. Для этого делаем следующее.
Первый шаг
Параллельно подключаем стартер к штыревым боковым контактам на выходе люминесцентного светильника. Эти контакты представляют собой выводы нитей накаливания герметичной колбы.
Второй шаг
На оставшиеся свободными контакты подключаем дроссель.
Третий шаг
К питающим контактам подключаем конденсатор, опять-таки, параллельно. Благодаря конденсатору будет компенсироваться реактивная мощность и уменьшаться помехи в сети.
Подключение через современный электронный балласт
Подключение источника света с электронным балластом
Особенности схемы
Современный вариант подключения. В схему включается электронный балласт – это экономное и усовершенствованное устройство обеспечивает гораздо более длительный срок службы люминесцентных ламп по сравнению с вышерассмотренным вариантом.
В схемах с электронным балластом люминесцентные лампы работают на повышенном напряжении (до 133 кГц). Благодаря этому свет получается ровным, без мерцаний.
Современные микросхемы позволяют собирать специализированные пусковые устройства с низким энергопотреблением и компактными размерами. Это дает возможность помещать балласт прямо в цоколь лампы, что делает реальным производство малогабаритных осветительных приборов, вкручивающихся в обыкновенный патрон, стандартный для ламп накаливания.
При этом микросхемы не только обеспечивают светильники питанием, но и плавно подогревают электроды, повышая их эффективность и увеличивая срок службы. Именно такие люминесцентные лампы можно использовать в комплексе с диммерами – устройствами, предназначенными для плавного регулирования яркости света лампочек. К люминесцентным лампам с электромагнитными балластами диммер не подключишь.
По конструкции электронный балласт является преобразователем электронапряжения. Миниатюрный инвертор трансформирует постоянный ток в высокочастотный и переменный. Именно он и поступает на нагреватели электродов. С повышением частоты интенсивность нагрева электродов уменьшается.
Включение преобразователя организовано таким образом, чтобы сначала частота тока находилась на высоком уровне. Люминесцентная лампочка, при этом, включается в контур, резонансная частота которого значительно меньше начальной частоты преобразователя.
Далее частота начинает постепенно уменьшаться, а напряжение на лампе и колебательном контуре увеличиваться, за счет чего контур приближается к резонансу. Интенсивность нагрева электродов также увеличивается. В какой-то момент создаются условия, достаточные для создания газового разряда, в результате возникновения которого лампа начинает давать свет. Осветительный прибор замыкает контур, режим работы которого при этом изменяется.
При использовании электронных балластов схемы подключения ламп составлены так, что у регулирующего устройства появляется возможность подстраиваться под характеристики лампочки. К примеру, спустя определенный период использования люминесцентные лампы требуют более высокого напряжения для создания начального разряда. Балласт сможет подстроиться под такие изменения и обеспечить необходимое качество освещения.
Таким образом, среди многочисленных преимуществ современных электронных балластов нужно выделить следующие моменты:
Люминесцентные лампы
Люминесце́нтная 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.
Содержание
Область применения
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.
Главными достоинствами люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания являются высокая светоотдача (люминесцентная лампа 23 Вт даёт освещенность как 100 Вт лампа накаливания) и более длительный срок службы (2000 [1] -20000 часов против 1000 часов). В некоторых случаях это позволяет люминесцентным лампам экономить значительные средства, несмотря на более высокую начальную цену.
Применение люминесцентных ламп особенно целесообразно в случаях, когда освещение включено продолжительное время, поскольку включение для них является наиболее тяжёлым режимом и частые включения-выключения сильно снижают срок службы.
История
Первым предком лампы дневного света была лампа Генриха Гайсслера, который в 1856 году получил синее свечение от заполненой газом трубки, которая была возбуждена при помощи соленоида. В 1893 году на всемирной выставке в Чикаго, штат Иллинойс, Томас Эдисон показал люминесцентное свечение. В 1894 году М. Ф. Моор создал лампу, в которой использовал азот и углекислый газ, испускающий розово-белый свет. Эта лампа имела умеренный успех. В 1901, Питер Купер Хьюитт демонстрировал ртутную лампу, которая испускала свет синего-зелёного цвета, и таким образом была непригодна в практических целях. Это было, однако, очень близко к современному дизайну, и имело намного более высокую эффективность чем лампы Гайсслера и Эдисона. В 1926 году Эдмунд Джермер и его сотрудники предложили увеличить операционное давление в пределах колбы и покрывать колбы флуоресцентным порошком, который преобразовывает ультрафиолетовый свет, испускаемый возбуждёной плазмой в более однородно бело-цветной свет. Э.Джермер в настоящее время признан как изобретатель лампы дневного света. General Electric позже купила патент Джермера, и под руководством Джорджа Э. Инмана довела лампы дневного света до широкого коммерческого использования к 1938 году.
Принцип работы
При работе люминесцентной лампы между двумя электродами находящимися в противоположных концах лампы возникает тлеющий электрический разряд. Лампа заполнена парами ртути и проходящий ток приводит к появлению УФ излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом — люминофором, которое поглощает УФ излучение и излучает видимый свет. Изменяя состав люминофора можно менять оттенок свечения лампы.
Особенности подключения
С точки зрения электротехники люминесцентная лампа — устройство с отрицательным дифференциальным сопротивлением (чем больший ток через неё проходит — тем меньше её сопротивление, и тем меньше падение напряжения на ней). Поэтому при непосредственном подключении к электрической сети лампа очень быстро выйдет из строя из-за огромного тока, проходящего через неё. Чтобы предотвратить это, лампы подключают через специальное устройство (балласт).
В простейшем случае это может быть обычный резистор, однако в таком балласте теряется значительное количество энергии. Чтобы избежать этих потерь при питании ламп от сети переменного тока в качестве балласта должно применяться реактивное сопротивление (конденсатор или катушка индуктивности).
В настоящее время наибольшее распространение получили два типа балластов — электромагнитный и электронный.
Электромагнитный балласт
Электромагнитный балласт представляет собой индуктивное сопротивление (дроссель) подключаемое последовательно с лампой. Для запуска лампы с таким типом балласта требуется также стартер. Преимуществами такого типа балласта является его простота и дешевизна. Недостатки — мерцание ламп с удвоенной частотой сетевого напряжения (частота сетевого напряжения в России = 50 Гц), что повышает утомляемость и может негативно сказываться на зрении, относительно долгий запуск (обычно 1-3 сек, время увеличивается по мере износа лампы), большее потребление энергии по сравнению с электронным балластом. Дроссель также может издавать низкочастотный гул.
Помимо вышеперечисленных недостатков, можно отметить ещё один. При наблюдении предмета вращающегося или колеблющегося с частотой равной или кратной частоте мерцания люминесцентных ламп с электромагнитным балластом такие предметы будут казаться неподвижными из-за эффекта стробирования. Например этот эффект может затронуть шпиндель токарного или сверлильного станка, циркулярную пилу, мешалку кухонного миксера, блок ножей вибрационной электробритвы.
Во избежание травмирования на производстве запрещено использовать люминесцентные лампы с электромагнитным балластом для освещения движущихся частей станков и механизмов без дополнительной подсветки лампами накаливания.
Электронный балласт
Электронный балласт представляет собой электронную схему, преобразующую сетевое напряжение в высокочастотный (20-60 кГц) переменный ток, который и питает лампу. Преимуществами такого балласта является отсутствие мерцания и гула, более компактные размеры и меньшая масса, по сравнению с электромагнитным балластом. При использовании электронного балласта возможно добиться мгновенного запуска лампы (холодный старт), однако такой режим неблагоприятно сказывается на сроке службы лампы, поэтому применяется и схема с предварительным прогревом электродов в течение 0,5-1 сек (горячий старт). Лампа при этом зажигается с задержкой, однако этот режим позволяет увеличить срок службы лампы.
Механизм запуска лампы с электромагнитным балластом
В классической схеме включения с электромагнитным балластом для автоматического регулирования процесса зажигания лампы применяется пускатель (стартер), представляющий собой миниатюрную газоразрядную лампочку с неоновым наполнением и двумя металлическими электродами. Один электрод пускателя неподвижный жёсткий, другой — биметаллический, изгибающийся при нагреве. В исходном состоянии электроды пускателя разомкнуты. Пускатель включается параллельно лампе.
В момент включения к электродам лампы и пускателя прикладывается полное напряжение сети, так как ток через лампу отсутствует и падение напряжения на дросселе равно нулю. Электроды лампы холодные и напряжение сети недостаточно для её зажигания. Но в пускателе от приложенного напряжения возникает разряд, в результате которого ток проходит через электроды лампы и пускателя. Ток разряда мал для разогрева электродов лампы, но достаточен для электродов пускателя, отчего биметаллическая пластинка, нагреваясь, изгибается и замыкается с жёстким электродом. Ток в общей цепи возрастает и разогревает электроды лампы. В следующий момент электроды пускателя остывают и размыкаются. Мгновенный разрыв цепи тока вызывает мгновенный пик напряжения на дросселе что и вызывает зажигание лампы, это явление основано на самоиндукции. Параллельно стартеру подключен миниатюрный конденсатор небольшой емкости, служащий для уменьшения создаваемых радиопомех. Кроме того, он оказывает влияние на характер переходных процессов в стартере так, что способствует зажиганию лампы. Конденсатор вместе с дросселем образует колебательный контур, который контролирует пиковое напряжение и длительность импульса зажигания (при отсутствии конденсатора во время размыкания электродов стартера возникает очень короткий импульс большой амплитуды, генерирующий кратковременный разряд в стартере, на поддержание которого расходуется большая часть энергии, накопленной в индуктивности контура). К моменту размыкания стартера электроды лампы уже достаточно разогреты. Разряд в лампе возникает сначала в среде аргона, а затем, после испарения ртути, приобретает вид ртутного. В процессе горения напряжение на лампе и пускателе составляет около половины сетевого за счёт падения напряжения на дросселе, что устраняет повторное срабатывание пускателя. В процессе зажигания лампы пускатель иногда срабатывает несколько раз подряд вследствие отклонений во взаимосвязанных между собой характеристиках пускателя и лампы. В некоторых случаях при изменении характеристик пускателя и\или лампы возможно возникновение ситуации когда стартер начинает срабатывать циклически. Это вызывает характерный эффект когда лампа периодически вспыхивает и гаснет, при погасании лампы видно свечение катодов накаленных током протекающим через сработавший стартер.
Механизм запуска лампы с электронным балластом
В отличие от электромагнитного балласта для работы электронного баласта зачастую не требуется отдельный специальный стартер т.к. такой балласт в общем случае способен сформировать необходимые последовательности напряжений сам. Существуют разные технологии запуска люминесцентных ламп электронными балластами. В наиболее типичном случае электронный балласт подогревает катоды ламп и прикладывает к катодам напряжение, достаточное для зажигания лампы, чаще всего — переменное и высокочастотное (что заодно устраняет мерцание лампы характерное для электромагнитных балластов). В зависимости от конструкции балласта и временных параметров последовательности запуска лампы такие балласты могут обеспечивать например плавный запуск лампы с постепенным нарастанием яркости до полной за несколько секунд или же мгновенное включение лампы. Часто встречаются комбинированные методы запуска когда лампа запускается не только за счет факта подогрева катодов лампы но и за счет того что цепь в которую включена лампа является колебательным контуром. Параметры колебательного контура подбираются так, чтобы при отсутствии разряда в лампе в контуре возникает явление электрического резонанса, ведущее к значительному повышению напряжения между катодами лампы. Как правило это ведет и к росту тока подогрева катодов поскольку при такой схеме запуска спирали накала катодов нередко соединены последовательно через конденсатор, являясь частью колебательного контура. В результате за счет подогрева катодов и относительно выского напряжения между катодами лампа легко зажигается. После зажигания лампы параметры колебательного контура изменяются, резонанс прекращается и напряжение в контуре значительно падает, сокращая ток накала катодов. Существуют вариации данной технологии. Например, в предельном случае балласт может вообще не подогревать катоды, вместо этого приложив достаточно высокое напряжение к катодам что неизбежно приведет к почти мгновенному зажиганию лампы за счет пробоя газа между катодами. По сути этот метод аналогичен технологиям применяемым для запуска ламп с холодным катодом (CCFL). Данный метод достаточно популярен у радиолюбителей поскольку позволяет запускать даже лампы с перегоревшими нитями накала катодов которые не могут быть запущены обычными методами из-за невозможности подогрева катодов. В частности этот метод нередко используется радиолюбителями для ремонта компактных энергосберегающих ламп, которые являются обычной люминисцентной лампой с встроенным электронным балластом в компактном корпусе. После небольшой переделки балласта такая лампа может еще долго служить невзирая на перегорание спиралей подогрева и ее срок службы будет ограничен только временем до полного распыления электродов.
Причины выхода из строя
Электроды люминесцентной лампы представляют собой вольфрамовые нити, покрытые пастой (активной массой) из щелочноземельных металлов. Эта паста и обеспечивает стабильный тлеющий разряд, если бы ее не было, вольфрамовые нити очень скоро перегрелись бы и сгорели. В процессе работы она постепенно осыпается с электродов, выгорает, испаряется, особенно при частых пусках, когда некоторое время разряд происходит не по всей площади электрода, а на небольшом участке его поверхности, что приводит к перегреву электрода. Отсюда потемнение на концах лампы, часто наблюдаемое ближе к окончанию срока службы. Когда паста выгорит полностью, ток лампы начинает падать, а напряжение, соответственно, возрастать. Это приводит к тому, что начинает постоянно срабатывать стартер — отсюда всем известное мигание вышедших из строя ламп. Электроды лампы постоянно разогреваются и в конце концов одна из нитей перегорает, это происходит примерно через 2 — 3 дня, в зависимости от производителя лампы. После этого минуту-две лампа горит без всяких мерцаний, но это последние минуты в ее жизни. В это время разряд происходит через остатки перегоревшего электрода, на котором уже нет пасты из щелочноземельных металлов, остался только вольфрам. Эти остатки вольфрамовой нити очень сильно разогреваются, из-за чего частично испаряются, либо осыпаются, после чего разряд начинает происходить за счет траверсы (это проволочка, к которой крепится вольфрамовая нить с активной массой), она частично оплавляется. После этого лампа вновь начинает мерцать. Если ее выключить, повторное зажигание будет невозможным. На этом все и закончится. Вышесказанное справедливо при использовании электромагнитных ПРА (балластов). Если же применяется электронный балласт, все произойдет несколько иначе. Постепенно выгорит активная масса электродов, после чего будет происходить все больший их разогрев, рано или поздно одна из нитей перегорит. Сразу же после этого лампа погаснет без мигания и мерцания за счет предусматривающей автоматическое отключение неисправной лампы конструкции электронного балласта.
Люминофоры и спектр излучаемого света
Многие люди считают свет излучаемый люминесцентными лампами грубым и неприятным. Цвет предметов освещенных такими лампами может быть несколько искажён. Отчасти это происходит из-за синих и зеленых линий в спектре излучения газового разряда в парах ртути, отчасти из-за типа применяемого люминофора.
Во многих дешевых лампах применяется галофосфатный люминофор, который излучает в основном жёлтый и синий свет, в то время как красного и зелёного излучается меньше. Такая смесь цветов глазу кажется белым, однако при отражении от предметов свет может содержать неполный спектр, что воспринимается как искажение цвета. Однако такие лампы как правило имеют очень высокую световую отдачу.
В более дорогих лампах используется «трехполосный» и «пятиполосный» люминофор. Это позволяет добиться более равномерного распределения излучения по видимому спектру, что приводит к более натуральному воспроизведению света. Однако такие лампы как правило имеют более низкую световую отдачу.
Также существуют люминисцентные лампы, предназначенные для освещения помещений, в которых содержатся птицы. Спектр этих ламп содержит ближний ультрафиолет, что позволяет создать более комфортное для них освещение, приблизив его к естественному, так как птицы, в отличие от людей, имеют четырехкомпонентное зрение.
Производятся лампы, предназначенные для освещения мясных прилавков в супермаркетах. Свет этих ламп имеет розовый оттенок, в результате такого освещения мясо приобретает более аппетитный вид, что привлекает покупателей [2] .
Варианты исполнения
По стандартам лампы дневного света разделяются на колбные и компактные.
Колбные лампы
Представляют собой лампы в виде стеклянной трубки. Различаются по диаметру и по типу цоколя, имеют следующие обозначения:
- T5 (диаметр 5/8 дюйма=1.59 см),
- T8 (диаметр 8/8 дюйма=2.54 см),
- T10 (диаметр 10/8 дюйма=3.17 см) и
- T12 (диаметр 12/8 дюйма=3.80 см).
Применение
Лампы такого типа часто можно увидеть в промышленных помещениях, офисах, магазинах на транспорте и т. д.
Компактные лампы
Представляют собой лампы с согнутой трубкой. Различаются по типу цоколя на:
- G23
- G24
- G24Q1
- G24Q2
- G24Q3
Выпускаются также лампы под стандартные патроны E27 и E14, что позволяет использовать их в обычных светильниках вместо ламп накаливания. Премуществом компактных ламп являются устойчивость к механическим повреждениям и небольшие размеры. Цокольные гнёзда для таких ламп очень просты для монтажа в обычные светильники, срок службы таких ламп составляет от 6000 до 15000 часов.
У лампы G23 внутри цоколя расположен стартер, для запуска лампы дополнительно необходим только дроссель. Их мощность обычно не превышает 14 Ватт. Основное применение — настольные лампы, зачастую встречаются в светильниках для душевых и ванных комнат. Цокольные гнезда таких ламп имеют специальные отверстия для монтажа в обычные настенные светильники.
Лампы G24Q1,G24Q2 и G24Q3 также имеют встроенный стартер, их мощность как правило от 11 до 36 Ватт. Применяются как в промышленных, так и в бытовых светильниках. Стандартный цоколь G24 можно крепить как шурупами, так и на купол (современные модели светильников).
Утилизация
Все люминесцентные лампы содержат ртуть (в дозах от 40 до 70 мг), ядовитое вещество. Эта доза может причинить вред здоровью, если лампа разбилась, и если постоянно подвергаться пагубному воздействию паров ртути, то они будут накапливаться в организме человека, нанося вред здоровью. По истечении срока службы лампу, как правило, выбрасывают куда попало. На проблемы утилизации этой продукции в России индивидуальные потребители не обращают внимания, а производители стремятся устраниться от проблемы. Существует несколько фирм по утилизации ламп, и крупные промышленные предприятия обязаны сдавать лампы на переработку.
Принцип работы люминесцентной лампы
Среди газоразрядных осветительных приборов широкую известность получили люминесцентные лампы. Они изготавливаются в форме стеклянных цилиндров, на внутреннюю поверхность которых нанесен слой люминофора. Принцип работы люминесцентной лампы состоит в появлении внутри колбы газового разряда в газовой среде, смешанной с разреженными ртутными парами. Далее под влиянием ультрафиолетового излучения начинает светиться люминофор, являющийся источником основного светового потока.
Как появились люминесцентные лампы
Прежде чем рассматривать вопрос, как работает люминесцентная лампа, необходимо хотя бы в общих чертах изучить историю ее появления. Впервые эффект свечения наблюдал известный русский ученый М.В. Ломоносов еще в середине 18 века. В эксперименте был использован стеклянный шар, наполненный водородом. После того как к нему был приложен электрический ток, шар начал испускать видимый свет. Однако это устройство не рассматривалось в качестве источника освещения, а полноценная работа в этой области началась уже в 19 веке.
В 1856 году немецкому стеклодуву Гейслеру удалось откачать воздух из стеклянной колбы с помощью изобретенного им же вакуумного насоса. Используя высоковольтную катушку, он вызвал внутри колбы свечение зеленоватого цвета. Данное устройство получило название трубки Гейслера. Немного позднее, в 1859 году Александр Беккерель осуществил покрытие трубок изнутри веществами, обладающими люминесцирующими свойствами.
Именно с этого момента началось развитие технологий данного типа освещения. Проводимые работы так и остались экспериментами, но сама идея получила дальнейшее развитие на практике.
Первую демонстрацию трубок Гейслера в 1891 году провел американский ученый Никола Тесла. Он на практике показал возможность светиться у трубок с различными покрытиями под действием высокочастотного электрического поля. В этом же году Тесла получил патент на аргоновые газоразрядные лампы, спроектированные для систем освещения.
Первые лампы для светильника на основе ртути удалось получить американцу Питеру Хьюитту. Ртутные пары светились мягким сине-зеленым светом, а по техническим характеристикам эти устройства превосходили лампы Эдисона. Однако полученные цветовые оттенки не нашли широкого применения в искусственном освещении.
Ровное белое свечение было получено в 1926 году немецким изобретателем Эдмундом Гермером. На внутреннюю часть колбы наносился флуоресцентный порошок – люминофор, после чего внутри нее увеличивалось давление. Свет от такого источника был гораздо ярче по сравнению с лампами накаливания. Конструкция этих устройств считается максимально близкой к современным люминесцентным лампам.
С 1934 года компания General Electric приобрела патент и приступила к выпуску осветительных приборов нового типа. Они сразу же приобрели широкую популярность и стали повсеместно использоваться в искусственном освещении вместо обычных лампочек.
Особенности конструкции
Колбы всех ламп, независимо от конфигурации, всегда имеют цилиндрическую форму. Их наружный диаметр составляет 12, 16, 26 и 38 мм. Чаще всего источники света изготавливаются прямыми, но некоторые из них сформированы в кольцо, букву U, спираль и т.д.
Устройство люминесцентной лампы предполагает герметичное соединение торцов со стеклянными ножками, внутри которых установлены зажигательные электроды. Они изготавливаются из вольфрама и закручиваются в спираль, так же как у обычных ламп накаливания. Снаружи электроды соединяются со штырьками цоколя, выполняющими функцию контактов. Устройства прямой и U-образной формы для светильника оборудованы двумя видами цоколей – G5 и G13. В указанной маркировке цифры означают размер зазора между штыревыми контактами в миллиметрах.
Рассматривая вопрос, как устроена лампа, следует помнить, что в одну из стеклянных ножек впаян специальный штенгель, через который производится откачка воздуха изнутри колбы. После этого внутрь закачивается инертный газ с небольшим количеством ртути, примерно 30 мг. Вместо чистой ртути может использоваться амальгама, представляющая собой ее сплавы с такими металлами, как индий, висмут и другие. Вольфрамовые электроды покрываются активирующим веществом. Для этой цели используются оксиды бария, кальция или стронция. В некоторых случаях к ним добавляется торий.
Основной функцией электродов является отдача и прием ионов и электронов, обеспечивающих течение электрического тока в пространстве, где образуется разряд. Чтобы запустить процесс термоэмиссии, они разогреваются до температуры 1100-1200 градусов. Электроны начинают вылетать с поверхности активирующего вещества. В процессе эксплуатации слой этих веществ постепенно уменьшается, происходит его оседание на стеклянных стенках, что делает зависимым от этого общий срок эксплуатации люминесцентной лампы.
Максимальное ультрафиолетовое излучение ртути достигается наиболее эффективным использованием разряда. Для этого внутри колбы должна поддерживаться определенная температура. Ее диаметр определяется именно этим техническим условием.
Работоспособность лампы для светильника во многом зависит от плотности тока. Чтобы найти эту величину, необходимо значение тока разделить на площадь сечения цилиндра. Мощность лампы находится в прямой зависимости с ее длиной, поэтому просто так колбу нельзя сделать короче. В связи с этим, габариты стали уменьшаться за счет измененной конфигурации, при которой общая протяженность изделия остается прежней.
Как работает устройство с люминофором
Принцип работы люминесцентных ламп во многом зависит от ее конструкции. Газ, наполняющий внутреннее пространство колбы, создает электропроводную среду с отрицательным сопротивлением. Его проявление заключается в изменении напряжения между электродами, расположенными с противоположных сторон. Напряжение начинает снижаться при возрастании тока, который требует ограничения.
Включение в работу люминесцентной лампы для светильника осуществляется при помощи электромеханической пускорегулирующей аппаратуры – ЭмПРА. Основными компонентами данной схемы служат дроссель и стартер. Первое устройство создает импульс напряжения с большой величиной, обеспечивающий зажигание. Второй компонент представляет собой лампу тлеющего разряда, внутри которой в газовой среде размещаются два электрода. Один электрод является биметаллической пластиной, а в исходном положении они оба разомкнуты.
Запуск лампы и ее принцип действия происходят в следующей последовательности:
- В пусковую схему изначально поступает напряжение. Изначально ток не будет проходить через лампу, поскольку он ограничивается высоким сопротивлением внутренней среды. Он попадает на спирали катодов и производит их разогрев. Одновременно ток идет на стартер и дает толчок к образованию внутри него тлеющего разряда.
- После того как под действием тока контакты дросселя разогреются, наступает замыкание биметаллической пластины. В результате, металл становится проводником и действие разряда прекращается.
- На следующем этапе происходит остывание биметаллического электрода, что приводит к размыканию контактов. В дросселе под влиянием самоиндукции образуется импульс высокого напряжения, дающий толчок к зажиганию лампы.
- Ток, проходящий через лампу для светильника, постепенно уменьшается в два раза из-за падения напряжения на дросселе. Его не хватает, чтобы повторно запустить стартер с разомкнутыми контактами, но сама лампа будет продолжать свою работу.
Если в один светильник установлены сразу две светящиеся лампы, схема включения предусматривает для них общий дроссель. Подключение ламп осуществляется последовательно, однако к каждой из них параллельно подключен собственный стартер. При выходе из строя одной из ламп, вторая также отключается. В схеме включения рекомендуется устанавливать только качественные выключатели. У бюджетных моделей возможно залипание контактов под влиянием пусковых токов. Поскольку дроссель и стартер являются основными компонентами пусковой схемы, их работу следует рассмотреть более подробно.
Дроссель: назначение и устройство
Люминесцентные светильники не могут быть включены как обычные лампы, одной лишь подачей электроэнергии. Для того чтобы они заработали и начали светиться, необходимо использовать специальную пускорегулирующую аппаратуру.
Ток, протекающий через электроды требуется ограничить, поэтому в схеме используется сопротивление, называемое балластом. Его функции выполняет дроссель, в котором присутствует реактивное сопротивление, не выделяя при этом лишнего тепла. Он ограничивает ток, тем самым предупреждая его нарастание после подключения к сети.
Помимо включения, дроссель в пусковой схеме выполняет следующие функции:
- Создает безопасный ток, достаточный для быстрого разогрева электродов в лампе при розжиге.
- В обмотке образуется импульс высокого напряжения, благодаря которому внутри колбы возникает разряд.
- Стабилизирует разряд при достижении током номинального значения.
- Обеспечивает устойчивую работу лампы, несмотря на скачки и перепады сетевого напряжения.
Основным элементом дросселя служит катушка индуктивности, которая состоит из проводов, намотанных на сердечник. Именно она выполняет основную ограничивающую функцию. Вся конструкция залита компаундом – специальной массой, устойчивой к возгоранию. За счет этого обеспечивается дополнительная изоляция проводов. Катушка помещается в корпусе из термоустойчивой пластмассы.
Функции стартера в схеме подключения
Вторым компонентом, входящим в состав пускорегулирующей аппаратуры, является стартер, имеющий довольно простую конструкцию. Продукция разных производителей отличается собственными параметрами и техническими характеристиками, которые необходимо учитывать при покупке ламп. Однако устройство и принцип работы этих приборов одинаковый.
Конструкция стартера выполнена в виде стеклянного баллона, заполненного инертным газом – неоном или смесью водорода с гелием. В цоколь баллона неподвижно впаяны металлические электроды, выведенные наружу. Сама стеклянная конструкция располагается в металлическом или пластмассовом корпусе, покрытом термоизоляционным составом.
Параллельно с электродами подключен конденсатор емкостью 0,003-0,1 мкф, предназначенный для борьбы с радиопомехами, возникающими при контакте электродов. Кроме того, данный элемент принимает участие в запуске лампы и понижает величину импульса напряжения, возникающего во время размыкания электродов. Параллельное включение конденсатора существенно понижает вероятность залипания электродов под действием электрической дуги.
Основной функцией стартера является замыкание и размыкание электрической цепи, запуск механизма розжига инертного газа, закачанного в колбу. При замыкании цепи электроды самой лампы нагреваются, и весь процесс зажигания заметно облегчается. После нагрева цепь разрывается с одновременным образованием импульса повышенного напряжения, пробивающего газовый промежуток колбы. Такой принцип работы каждого стартера.
Несмотря на устойчивую и долговременную работу, схемы ЭмПРА с использованием стартера считается несовершенной. Рабочий процесс нередко сопровождается мерцанием, шумом дросселя и другими неприятными явлениями. Поэтому все современные люминесцентные лампы работают с более совершенной электронной пусковой схемой – ЭПРА.
Подключение через электронный балласт – ЭПРА
Схема ЭПРА с люминесцентными лампами функционирует на основе полупроводниковых элементов, что позволило снизить габариты и повысить качество работы этих устройств. Заметно возросли сроки эксплуатации, повысился КПД, появилась возможность плавной регулировки яркости, увеличился коэффициент мощности.
В состав схемы электронного пускорегулирующего устройства входят следующие компоненты:
- Устройство для выпрямления тока и напряжения.
- Фильтр электромагнитных излучений.
- Корректор для регулировки коэффициента мощности.
- Фильтр сглаживания напряжения.
- Инверторная схема.
- Элемент с функциями дросселя.
Схема ЭПРА может быть мостовой или полумостовой. Первый вариант предназначен для очень мощных ламп, а второй используют все остальные люминесцентные лампы низкого давления.
В основе работы электронного балласта лежат увеличенные частотные характеристики, обеспечивающие равномерное свечение, без каких-либо мерцаний. Современные микросхемы, используемые в конструкции, позволили существенно уменьшить размеры устройства и обеспечить равномерный подогрев электродов. Благодаря ЭПРА, люминесцентная лампа может быть автоматически подстроена под конкретные технические характеристики.