Газорозрядні лампи засновані на фізичному взаємодії електричного розряду в газах. Люмінесцентна лампа (ЛЛ) - основний представник газорозрядних джерел світла.
Типи люмінесцентних ламп:
- люмінесцентна лампа низького тиску - застосовується в побуті і на виробничих підприємствах, тиск в таких лампах в районі 300-400 Па;
- високого тиску - використовується в установках великої потужності і при застосуванні на відкритому повітрі (високий тиск дозволяє зменшити чутливість до зниженої температури зовнішнього середовища, а так само використовується для збільшення терміну служби електродів лампи).
Лінійна люмінесцентна лампа - широко поширений і вживаний вид люмінесцентних ламп, іноді помилково кажуть колбчатие або трубчасті. Являє собою прямолінійну, двоцокольні трубку, по кінцях якої уварені скляні ніжки з укріпленими електродами. На внутрішню поверхню наноситься люмінофор (суміш фосфору з іншими речовинами), всередині наповнена інертним газом (Ar, Ne, Kr) або їх сумішами і герметично запаяна, вводиться чітко дозовану кількість ртуті.
Малюнок 1 - Лінійна люмінесцентна лампа
Термін служби люмінесцентної лампи набагато більше, ніж у ламп розжарювання, він варіюється від 2000 до 20000 годин. На термін служби перш за все впливає:
- якість електричної енергії в мережі;
- обраний баласт для запуску і його якість виконання;
- кількість, частота включень / виключень - перерви в роботі.
Принцип роботи люмінесцентної лампи заснований на ефекті люмінесценції. Електроди лампи знаходяться на різних її кінцях, при включенні лампи виникає так званий тліючий розряд (електричний розряд в газі, який зазвичай створюється, якщо мають місце малий струм і низький тиск газу). Лампа наповнена інертним газом або їх сумішшю і ртуттю (рідко використовують амальгаму), стінки зсередини покриті люмінофором (речовина, що перетворює поглинену енергію в світлову). Інертний газ необхідний для односпрямованого руху електричного розряду, взаємодія якого з інертним газом і парами ртуті викликає виникнення ультрафіолетового випромінювання (УФ), що знаходиться поза зоною видимого спектру. Люмінофор поглинає УФ і виділяє світло у видимому діапазоні.
Змінюючи склад люмінофора можна міняти і колірну розмаїтість люмінесцентної лампи. Раніше основною проблемою використання люмінесцентних ламп була відсутність надійних і ефективних люмінофорів, лише після їх винаходу люмінесцентні лампи почали набувати популярності.
Існує виконання ламп, в яких УФ випромінювання виникає від взаємодії електричного розряду з інертним газом, тобто без ртуті, світловий потік таких ламп набагато менше, але зате безпечні в експлуатації.
Газосветние лампи - робота відбувається без люмінофора, випромінюється тільки видиме світло від взаємодії електричного розряду з інертним газом.
Люмінесцентні лампи завоювали широке поширення в громадських приміщеннях: лікарні, школи, офіси. Такі лампи мають великі масогабаритні показники, і тому для їх розміщення потрібно багато місця. Застосовуються при освітленні робочих місць, фасадів, рекламних вивісок, холодильних камер з продукцією в магазинах.
Однак, з появою компактних люмінесцентних ламп (КЛЛ), які оснащені електронним баластом і цоколями Е27, Е14 (міньйон), люмінесцентні лампи такого виконання завоювали нішу в побуті, прийшли на заміну лампочкам розжарювання . Але відповідна це заміна для використання в домашніх умовах?
Може, виробники і вказують на гарантію в кілька років і величезний термін служби люмінесцентних ламп, але при використанні її в побуті пред'явлені показники не виправдовуються. В основному через невиконання правил експлуатації, які важко дотримуватися в побутових умовах:
- не можна використовувати в закритих плафонах (дуже чутливі до нагрівання навколишнього середовища);
- часте включення / вимикання сильно прискорює знос.
Маркування люмінесцентних ламп виконується трьома цифрами:
- перша цифра - це індекс передачі кольору (відповідність природності кольору);
- друга і третя - колірна температура світіння.
Наприклад, 927 означає, що індекс передачі кольору - 90 Ra, 2700К - колірна температура випромінюваного світлового потоку, яка характерна для світіння лампи розжарювання.
Люмінесцентна лампа не може включатися безпосередньо в мережу (пряме включення) без використання додаткової апаратури, це обумовлена декількома факторами:
- для виникнення електричної дуги в лампі необхідно висока напруга, порядку 1000В;
- в робочому режимі струм в лампі зростає в кілька разів і лампа вийде з ладу, якщо не зробити його обмеження (негативне диференціальний опір).
Баласт для люмінесцентних ламп - спеціальний пристрій, який застосовується для вирішення вищеописаних проблем.
Підключення люмінесцентних ламп проводиться поширеними пускорегулирующими апаратами: електромагнітний баласт (ЕМПР) і електронний баласт (ЕПРА).
Електромагнітний баласт (ЕМПР) - електромагнітний пускорегулюючі апарати) складається з послідовно підключеного з лампою дроселя, а так само стартер, який послідовно підключеного між нитками розжарення.
Малюнок 1 - Схема підключення люмінесцентних ламп
1 - Електроди лампи, які є вольфрамовими нитками і покриті спеціальною пастою. Вона запобігає сильне нагрівання нитки розжарення і забезпечує стабільний, надійний електричний розряд. Момент включення ламп найшкідливіший в її роботі, при запуску розряд відбувається в якійсь точці, а не по всій площі, таким чином, погіршуючи властивості нитки в конкретних місцях. Згодом електроди висихають, опадають і навколо них на лампі утворюються чорні скупчення (найчастіше по краях лампи, біля цоколів).
2 - Стартер для люмінесцентних ламп, який зазвичай представлений у вигляді маленької неонової лампи.
3 - Електрод стартера.
Схема підключення люмінесцентних ламп.Прі замиканні вимикача SA струм не починає протікати по ланцюгу, а ось прикладена напруга викликає в стартері виникнення тліючого заряду; цієї напруги мало для запалювання лампи. Стартер складається з двох електродів, зазвичай один з них біметалічний (бувають обидва), при виникненні тліючого розряду він нагрівається, від чого згинається і через певний час електроди замикаються, при цьому починає протікати струм в ланцюзі і через спіралі лампи. Спіралі нагріваються. Електроди стартера остигають і в певний момент часу вони розімкнуться, ланцюг розірветься і різко ток перестане текти. Але різка зміна струму на котушці індуктивності неможливо і внаслідок її самоіндукції відбувається стрибок напруги на дроселі, за допомогою якого і відбувається запалювання (старт) люмінесцентної лампи.
Конденсатор С1 виконує роль гасителя радіоперешкод.
Дросель L служить не тільки для створення заряду для запуску люмінесцентної лампочки, але і також перешкоджає зростанню струму в робочому режимі лампи. Напруга в ланцюзі нижче напруги мережі на величину самоіндукції дроселя.
Ємність С2 підвищує (компенсує) косинус фі - коефіцієнт потужності для поліпшення впливу роботи лампи на мережу живлення.
Виникнення електричного розряду при пуску лампи може кілька разів повторяться, викликане явище тим, що не вся ртуть перейшла в газоподібний стан, після декількох розрядів відбувається перехід в нормальний режим роботи.
При використанні електромагнітного баласту (ЕМПР) мають місце недоліки:
- тривалий пуск лампи (1-3с, залежить від ступеня її зносу);
- при відсутності додаткового конденсатора, в ланцюзі буде малий косинус фі - 0,5;
- постійний гул, який зростає з зносом дроселя;
- при малих температурах, близько 10 º С яскравість лампи знижується через падіння внутрішнього тиску люмінесцентної лампи;
- неможливість пуску при мінусовій температурі.
Електронний баласт (ЕПРА) для люмінесцентних ламп
Характерною особливістю ЕПРА (електронний пускорегулюючі апарати) є частота струму, що подається на електроди лампи і становить 25-133кГц, внаслідок чого, мерехтіння світла стає непомітним для людського ока.
ЕПРА для люмінесцентних ламп дозволяє виконати два види запуску:
- холодний - дуже шкідливий спосіб, його застосування негативно впливає на термін служби лампи. Миттєве висока напруга подається на електроди лампи, відбувається швидке запалювання. Використовують, якщо лампа рідко включається / вимикається;
- гарячий запуск - проводиться з попередніми розігрівом електродів 0,5-1с.
При використанні електронного баласту (ЕПРА) відбувається економія енергії на 20-25% в порівнянні з електромагнітним баластом (ЕМПР). Є різновид електронних баластів, які підтримують діммірованіе (Регулювання інтенсивності світіння) способом регулювання шпаруватості струму.
Люмінесцентні лампи спеціального виконання:
- лампи денного світла, яким характерні найвищі вимоги передачі кольору;
- для рослин акваріумів, випромінювання в діапазоні синього, червоного кольору і ультрафіолету
- лампи декоративного виконання: зеленого, жовтого, малинового кольорів для здійснення світлового дизайну, спеціальних світлових ефектів, підсвічування фасадів;
- освітлення м'ясних прилавків рожевим відтінком, який надає привабливий вигляд м'ясних виробів;
- ультрафіолетові лампи - дезінфекція медичних приміщень і казарм;
- УФ лампи з колбами з «чорного» скла використовуються в наукових цілях для виявлення дрібних тріщин і похибок.
Утилізація люмінесцентних ламп і безпеку
Люмінесцентні лампи в залежності від виконання містять ртуть (1-70мг), яка є отруйною речовиною і належить до першого класу небезпеки. При пошкодженні скляного корпусу лампи, якщо лампа розбилася, може статися отруєння парами ртуті. При цьому ртуть має властивість накопичуватися в організмі, викликаючи ще більший згодом отруєння отруйною речовиною, постійно завдаючи шкоди здоров'ю.
Якщо люмінесцентна лампа розбилася будинку, то потрібно акуратно зібрати скляні осколки колби і обробити можливі місця поширення ртуті розчином марганцівки, після чого провітрити приміщення.
Ми - споживачі, при використанні ламп в побуті не особливо замислюються над утилізацією ртутьвмісних ламп, власне як і їх виробники. Громадські організації вимагають від держав впровадження законів про обмеження використання речовин з потенційною небезпекою, а так само з вимогами організації місць і заводів з утилізації подібних продуктів. Існують фірми з утилізації ламп, в деяких містах районні ЖЕКи здійснюють прийом ламп з подальшою їх переробкою.
В окремих випадках місце ртуті використовується амальгама - сплави металів з ртуттю в рідкому або твердому стані. В цьому випадку при пошкодженні лампи, ртуть залишиться в твердому стані, що спростить її знаходження і подальшу утилізацію. У Росії представлявся ряд вимог на випуск люмінесцентних ламп на основі амальгами.
Використання силіконової оболонки дозволяє захистити споживачів від ртутної пари, оболонка може прокладатися всередині лампи, а може бути нанесена зовні і служити так само в дизайнерських цілях.
Переваги люмінесцентних ламп:
- велика світловіддача люмінесцентних ламп (20 Вт люмінесцентної лампи дає світловий потік, який дорівнює 100Вт лампи розжарювання);
- високий ККД у порівнянні з лампою розжарювання;
- широкий діапазон різноманітності колірної гами світла;
- розсіяне світло, випромінюється з усією поверхні лампи на відміну від лампи розжарювання, де джерелом світла є тіло розжарення.
Не рекомендується включати з датчиками руху, так як шкідливі часті включення.
Недоліки люмінесцентних ламп:
- можливість отруєння хімічною речовиною - ртуть.
- відбувається мерехтіння лампи, яке залежить від частоти мережі. При використанні ЕПРА мерехтіння не зникає, а переходить в високочастотний діапазон - десятки кГц. Можливий стробоскопічний ефект, тобто не можна застосовувати в приміщеннях з бистровращающейся предметами (робочі органи верстатів);
- низьке значення коефіцієнта мощностііз наявність дроселя, що негативно впливає на мережу живлення;
- великі габарити і маса;
- можливість застосування діммера тільки при спеціальній різновиди ЕМПР;
- складна і витратна утилізація;
- на роботу лампи сильно впливає температура навколишнього середовища.