Люминесцентные лампы.

Принципиально иным, по сравнению с лампами накаливания, типом источника света являются люмине­сцентные лампы. Они входят в большую группу газоразрядных ис­точников, в которых световое излучение является результатом про­цессов, вызванных электрическим разрядом, — прохождением тока через газы или пары металлов.

Достоинства:

Относительно просты

Большой диапазон с точки зрения цветопередачи

Относительно высокая светоотдача

Большой срок службы

Недостатки:

Мигание лампы

Старение лампы

Наличие ПРА

Малый диапазон мощностей

Чувствительность к снижению напряжения

Ограниченный температурный диапазон работы

Люминесцентные трубчатые лампы низкого давления образуют при работе ионизированные пары металла и газа, производящие видимое и ультрафиолетовое излучение, которое с помощью люминофоров на внутренних стенках трубки лампы преобразуются в излучение, ощущаемое глазом. Трубчатые люминесцентные лампы (ЛЛ) низкого давления с дуговым разрядом в парах ртути по цветности излучения делятся на : белого света (ЛБ, цветовая температура 3500К); тепло-белого света (ЛТБ, 2700К); холодно-белого света (ЛХБ, 4850К); дневного света (ЛД, 6500К) и лампы дневного света с исправленной цветностью (ЛДД). При включении ламп в сеть переменного тока коэффициент пульсации всех типов ламп составляет 23% (кроме ламп типа ЛДЦ - 43%).

Особенностями ЛЛ являются:

• включение в сеть только с пускорегулирующим аппаратом (ПРА);

• работа в ограниченном диапазоне температур (от 5 до 40°С);

• чувствительность к отклонениям напряжения: при снижении напряжения на 10% лампа не зажигается, на 20% - зажженная лампа гаснет;

• повышение напряжения зажигания при повышенной влажности.

 

Мощность ламп 4-150Вт, светоотдача достигает 75-80лм/Вт, срок службы до 12000-25000 ч., но к концу этого срока световой поток снижается до 60% начального.

Разновидностью ламп являются малогабаритные люминесцентные лампы (т.н. «экономные»). Некоторые из них имеют встроенные узлы управления, тогда как другие требуют применения отдельной балластной нагрузки (дросселя). Небольшие размеры достигаются за счет сгибания газоразрядной трубки. Эти лампы потребляют приблизительно одну четвертую мощности ламп накаливания с вольфрамовой нитью при той же световой отдаче. Срок службы данных ламп в пять раз больше срока службы ламп накаливания с вольфрамовой нитью. Малогабаритные лампы имеют широкий круг применений в качестве замены либо альтернативы лампам накаливания с вольфрамовой нитью.

Существуют лампы тлеющего дугового, высокочастотного и импульсного разрядов; в ЛЛ используется дуговой разряд, свето­вая же энергия излучается специальным веществом — люминофо­ром, который начинает светиться под действием ультрафиолетового или других видов облучения. Дуговой разряд в газе или парах ме­талла и является источником, возбуждающим свечение люмино­фора. Наиболее интенсивное ультрафиолетовое излучение дает электрический дуговой разряд в парах ртути.

В качестве люминофора для ЛЛ применяют вещества, наибо­лее интенсивно светящиеся именно при ультрафиолетовом облуче­нии. От состава люминофора зависят спектр светового излучения, к. п. д. и световая отдача ламп. В светотехнике сейчас наиболее ши­роко применяют галофосфат кальция, активированный сурьмой и марганцем, который почти вытеснил другие люминофоры. Концент­рация марганца в этом люминофоре и отношение содержания фто­ристого и хлористого кальция сильно влияют на спектр излучения.

В зависимости от давления газов или паров, в которых проис­ходит дуговой разряд, ЛЛ делят на лампы низкого, высокого и сверхвысокого давления.

Для освещения судовых помещений и в быту широко применя­ют люминесцентные лампы низкого давления (рис. 154).

С внутренней стороны стеклянной трубки 4 наносят слой люми­нофора 3. Трубку наполняют небольшим количеством паров ртути и инертным газом — аргоном. В оба ее торца впаяны по два штырька, к которым подключены вольфрамовые спирали 2. Спи­рали покрыты оксидным слоем, обладающим хорошей термоэлект­ронной эмиссией. Для возникновения между электродами (спиралями) трубки ду­гового электрического разряда необходимы два условия: разогрев спирали и создание кратковременного всплеска напряжения, зна­чительно превышающего рабочее напряжение лампы. Оба эти усло­вия автоматически выполняются схемой включения, в которую вхо­дят стартер 1 и дроссель 5. В качестве стартера используют неоно­вую лампу специальной конструкции. Один ее электрод (или оба) выполнен из биметаллической пластины.

 

 

При подаче питания на схему в неоновой лампе (стартере) воз­никает тлеющий разряд, ее электроды быстро нагреваются. Биме­таллический электрод прогибается до соприкосновения с другим электродом, замыкая цепь спиралей лампы, которые разогреваются возросшим в цепи током. Биметаллический электрод стартера ос­тывает и выпрямляется, разрывая цепь. Резкое уменьшение тока при наличии в цепи дросселя (индуктивное сопротивление) вызы­вает всплеск напряжения, необходимый для зажигания лампы. Пос­ле зажигания напряжение на электродах лампы и стартера будет немного больше половины напряжения сети за счет падения напря­жения на дросселе. При этом напряжении тлеющий разряд в стар­тере вновь возникнуть не может.

Конденсатор С1 служит для компенсации реактивной мощности, обусловленной наличием дросселя. При отсутствии конденса­тора коэффициент мощности лампы составляет около 0,5. Конден­сатор С2 небольшой емкости служит для устранения радиопомех, вызванных процессом зажигания лампы, и создает более благоприятные условия для работы стартера.

Стартер, выполненный на основе тлеющего разряда неоновой лампы, получил наибольшее распространение, хотя на судах встречаются иногда стартеры ЛЛ, работающие по другому принципу.. Разработаны различные схемы бесстартерного зажигания ламп. Они более надежны, но значительно дороже и вызывают дополнительные потери энергии. Созданы ЛЛ, на внутренней стороне трубок которых нанесена прозрачная электропроводящая пленка, позволяющая осуществлять бесстартерное зажигание лампы.

Люминесцентные лампы значительно экономичнее ламп нака­ливания, менее чувствительны к колебаниям напряжения сети. Их световая эффективность достигает 80 лм/Вт, созданы образцы ЛЛ со световой эффективностью до 100 лм/Вт.

Одним из серьезных недостатков ЛЛ является зависимость све­тового потока от температуры стенок трубки, которая, в свою очередь, зависит от температуры окружающей среды (рис. 155). Объясняется это тем, что давление паров ртути в лампе значи­тельно меняется с изменением температуры. Несколько лучшей стабильностью светового потока обладают лампы с амальгамой (сплав ртути с индием и кадмием), наносимой на стенки трубки.

Люминесцентные лампы малоинерционные, поэтому сила света их колеблется в соответствии с синусоидальным характером пита­ющего напряжения. Такие мигания света не воспринимаются гла­зом, но воспринимаются нервной системой и утомляют человека. Кроме того, они создают стробоскопический эффект у вращаю­щихся деталей, в результате чего деталь кажется неподвижной или вращающейся в другую сторону. По Правилам Регистра необходимо принимать меры к устранению стробоскопического эф­фекта. Наиболее просто это достигается подключением люмине­сцентных ламп одного помещения к различным фазам трехфазной сети. Существуют специальные схемы подключения двух и трех ламп, у которых питающее напряжение сдвинуто по фазе.

Наша промышленность выпускает лампы: ЛБ — белого света, ЛХБ — холодно-белого света, ЛД — дневного света, ЛБА — с амальгамой, ЛДИ, ЛТБИ, ЛХБИ — с улучшенной цветопередачей, ЛХБР — с рефлекторным слоем.

В табл. 9 приведены основные характеристики отечественных ЛЛ.

Таблица 9

Срок службы, т.ч.

Размеры

Срок службы, т.ч.

Размеры

Тип

Uн

Рн

F н

мм

Тип

Uн,

Рн,

Fн,

мм

лампы

В

Вт

лм

лампы

В

Вт

лм

D

L

D

L

ЛД20

ЛБА40

ЛД40

ЛБА80

ЛБ20

ЛБА125

7,5

ЛБ40

ЛХН40

ЛДЦ20

ЛДТБЦ40

ЛДЦ40

 

 

Большую мощность светового излучения при относительно ма­лых размерах источника позволяют получить дуговые ртутные ЛЛ высокого давления типа ДРЛ (рис. 156, а). Их средний срок служ­бы 9 тыс. ч.

Мощным источником ультрафиолетового излучения является дуговой электрический разряд в парах ртути, которые находятся под высоким давлением (до 1 МПа) в трубке из кварцевого стек­ла. Эта трубка находится внутри стеклянной колбы 2 с нанесен­ным на ее стенки люминофором 3.

При подаче питания на схему (рис. 156, б) начинает заряжать­ся конденсатор С через резистор Я и полупроводниковый диод В. Когда напряжение конденсатора достигнет определенной величи­ны, происходит пробой разрядника Р и конденсатор быстро разря­жается через добавочную обмотку дросселя Др. В этот момент дроссель действует как импульсный трансформатор. На его основ­ной обмотке возникает кратковременный всплеск напряжения, не­обходимый для зажигания лампы.

 

 

Рис. 156. Люминесцентная лампа высокого давления типа ДРЛ и схемы ее за­жигания

 

 

Люминесцентные лампы высокого давления выпускают мощно­стью 250—1000 Вт. Они имеют относительно малые размеры и световую эффективность до 50 лм/Вт. Таким образом, лампа ти­па ДРЛ мощностью 1000 Вт дает такой же световой поток, что и шесть ламп накаливания мощностью 500 Вт каж­дая.

В табл. 10 приведены основные характеристики ламп типа ДРЛ отечественного производства.

 

Тип лампы	Uн, В	Рн, Вт	Fн тыс.лм	Iраб / Iпуск ,А	Срок службы, тыс. ч	Тип цоколя
ДРЛ80			3,2	0,6/1,68		Е27
ДРЛ125			5,6	1,15/2,6		Е27
ДРЛ250			11,5	2,15/4,5		Е40
ДРЛ400				3,25/7,15		Е40
ДРЛ700				5, 45/12		Е40
ДРЛ1000				7,5/16,5		Е40

Таблица 10.

 

Разработаны так же газоразрядные лампы вы­сокой интенсивности, в которых дуговой разряд происходит в тя­желых инертных газах — криптоне и ксеноне при сверхвысоком давлении. Созданы так же трубчатые лампы с ксеноновым наполнением мощностью 4,5; 6; 10; 20 и 100 кВт с естест­венным и водяным охлаждением. Световая эффективность наибо­лее мощной лампы (100 кВт) «Сириус» составляет 50 лм/Вт, а общий световой поток 5-Ю⁶ лм, что соответствует 1000 лампам на­каливания мощностью 300 Вт каждая.

Возможности газоразрядных ламп далеко не исчерпаны. В пос­леднее время, например, разработан новый материал для колб из поликристаллической окиси алюминия, который намного превос­ходит применяющееся сейчас кварцевое стекло.

Наиболее экономичными источниками света являются натрие­вые газоразрядные лампы (галогенные), в которых излучение в видимой части спектра достигается вследствие электрического разряда в парах натрия. Таким образом, если в люминесцентных лампах дуговой разряд дает ультрафиолетовое излучение, а полезный световой поток получается благодаря вторичному свечению люминофора, то в натриевых лампах полезный световой поток возникает непосред­ственно в дуговом разряде.

Разработаны натриевые лампы низкого и высокого давления. Давление газов в трубке составляет 1300-2000 Па. Та­кие лампы выпускают мощностью до 200 Вт, их срок службы — до 7000 ч, световая эффективность 100—180 лм/Вт. Однако желтый свет этих ламп мало пригоден для общего освещения, его можно использовать для освещения загородных автострад или в качестве декоративного.

Натриевые лампы высокого давления (2600—6500 Па), дающие приятный золотисто-белый свет, выпускают мощностью до 1000 Вт; их срок службы — до 20 тыс. ч, световая эффективность 100—140 лм/Вт.

Включение натриевых ламп в работу подобно включению лю­минесцентных ламп.

Наиболее перспективными источниками света являются металлогалогенные газоразрядные лампы, в которых к парам ртути до­бавляют йодиды различных металлов.

 

Таблица 11

Тип лампы	Uн сети, В	Uн на лампе, В	Рн, Вт	Fн, тыс.лм	Іраб/Іпуск , А	Тип лампы	Uн сети, В	Uн на лампе, В	Рн, Вт	Fн, тыс.лм	Іраб/Іпуск , А
ДРИ250 ДРИ400 ДРИ700	220 220 220			18,7 59,5	2,15/4,3 3,25/7,15 6,5/13,3	ДРИ1000 ДРИ2000 ДРИ3500	220 380 380	130 230 220	1000 2000 3500	90 190 280	8,55/17,5 9,0/19,4 18/34

 

Металлогалогенные лампы высокого давления (тип ДРИ) по конструкции аналогичны лампам ДРЛ, отличаются высокой светоэффективностью и большими возможностями в получении заданной цветовой температуры при хорошей цветопередаче. Это дает возможность выпускать лампы ДРИ любого назначения с заданными световыми характеристика­ми (табл. 11).