Устройство люминесцентной лампы, схема и принцип работы

Люминесцентные устройства выглядят как стеклянный сосуд, который может иметь разнообразный вид, матового цвета с выступающими на концах контактами подключения.

Разные оттенки свечения

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.

Превращение в световой луч

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.

Стандартный цоколь

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.
Классическая электросхема

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%.
Принцип действия

Преимущества и недостатки

Главным плюсом люминесцентных устройств будет высокая светоотдача и отличный уровень КПД. Они дают помещению хорошую яркость, которая не портит глаза, и исправно работают спустя долгие часы.

Различные цветовые температуры, похожие по оттенку на дневной свет, помогают выбрать необходимый светильник под разнообразные задачи и для помещений любого предназначения.

Свет от таких ламп будет рассеянным. Мягкое, приятное для глаз сияние испускается не только от нити из вольфрама, но и от всего сосуда лампочки сразу.

Это позволяет применять люминесцентное освещение не только для подсветки, но и для зонирования помещения.

Срок службы люминесцентных устройств будет в диапазоне от 10000 до 20 000 часов либо до 4 лет.

Освещение для растений

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.

Устройство люминесцентной лампы

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

Классическая схема подключения одной ЛЛ

В традиционной схеме всего три элемента:

  1. Сам люминесцентный источник света,
  2. Стартер,
  3. 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.

Схема подключения двух люминесцентных ламп (ЛЛ)

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.

Принципиальная схема питания лампы постоянным током

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.

Внешний вид ЭПРА

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.

Схема питания ДРЛ

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.

Деградация люминофора в ЛЛ

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.

Сравнение спектра

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.

Дизайнерские решения

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
Дроссель для люминесцентных ламп
Стартер для люминесцентных ламп - Philips Ecoclick StartersS10 220-240V 4-65W
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
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
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
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:

  • высокую экономичность эксплуатации;
  • бережный прогрев электродов осветительного прибора;
  • плавное включение лампочки;
  • отсутствие мерцания;
  • возможность использования в условиях низких температур;
  • самостоятельную адаптацию под характеристики светильника;
  • высокую надежность;
  • небольшой вес и компактные размеры;
  • увеличение срока эксплуатации осветительных приборов.

Недостатков всего 2:

  • усложненная схема подключения;
  • более высокие требования к правильности выполнения монтажа и качеству используемых комплектующих.
Взрывозащищенные люминесцентные светильники серии EXEL-V из нержавеющей стали
Взрывозащищенные люминесцентные светильники серии EXEL-V из нержавеющей стали
Источники: https://rusenergetics.ru/lampochki/skhema-podklyucheniya-lyuminestsentnoy-lampy;https://vamfaza.ru/lumin-lampi/; https://stroyday.ru/remont-kvartiry/elektropribory-i-osveshhenie/sxema-podklyucheniya-lyuminescentnyx-lamp.html
Ссылка на основную публикацию

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: