Устройство люминесцентных светильников: Люминесцентные светильники-принцип работы, магазины светильников

Принцип работы люминесцентной лампы и ее устройство

Принцип работы люминесцентной лампы базируется на эффекте классической люминесценции.

Электрическим разрядом в ртутных парах создаётся ультрафиолетовое излучение, преобразуемое посредством люминофора в видимое свечение.

При самостоятельном подключении и ремонте таких осветительных приборов учитываются особенности устройства и принцип их действия.

Содержание

Устройство люминесцентной лампы

Люминесцентная лампа относится к категории классических разрядных источников освещения низкого давления. Стеклянная колба такой лампы всегда имеет цилиндрическую форму, а наружный диаметр может составлять 1,2см, 1,6см, 2,6см или 3,8см.

Цилиндрический корпус чаще всего прямой или U-изогнутый. К торцевым концам стеклянной колбы герметично припаиваются ножки с электродами, выполненными из вольфрама.

Устройство лампочки

Внешней стороной электроды подпаиваются к цокольным штырям. Из колбы осуществляется тщательное откачивание всей воздушной массы через специальный штенгель, расположенный в одной из ножек с электродами, после чего происходит заполнение свободного пространства инертным газом с ртутными парами.

На некоторые типы электродов в обязательном порядке производится нанесение специальных активирующих веществ, представленных окислами бария, стронцием и кальцием, а также незначительным количеством тория.

Схема

Стандартная схема подключения люминесцентной лампы значительно сложнее, нежели процесс включения традиционной лампы накаливания.

Требуется применять особые пусковые устройства, качественные и мощностные характеристики которых оказывают непосредственное влияние на сроки и удобство эксплуатации осветительного прибора.

Схема подключения люминесцентных ламп без дросселя и стартера

В настоящее время практикуется несколько схем подключения, которые отличаются не только по уровню сложности выполняемых работ, но и набором используемых в схеме устройств:

подключение с применением электромагнитного балласта и стартера;

подключение с электронным пускорегулирующим аппаратом.

Второй вариант подключения предполагает генерирование высокочастотного тока, а сам непосредственный запуск и процесс работы осветительного прибора запрограммированы электронной схемой.

Схема подключения лампы с дросселем и стартером

Чтобы правильно выполнить подключение осветительного прибора, необходимо знать устройство дросселя и стартера, а также учитывать правила подключения такого оборудования.

Как загорается люминесцентная лампа?

Как работает люминесцентная лампа? Функционирование люминесцентного осветительного прибора обеспечивается следующими поэтапными действиями:

на электроды, расположенные на цокольных штырях, подаётся напряжение;

высокое сопротивление газовой среды в лампе провоцирует поступление тока через стартер с образованием тлеющего разряда;
ток, проходящий через электродные спирали, в достаточной степени прогревает их, а разогретые стартерные биметаллические контакты замыкаются, что прекращает разряд;
после остывания стартерных контактов происходит их полное размыкание;
самоиндукция вызывает возникновение импульсного напряжения дросселя, достаточного для включения освещения;
проходящий через газовую среду ток уменьшается, а полное отключение стартера обуславливается недостаточностью напряжения.

Лампы спецназначения

Основным назначением устанавливаемых конденсаторов является эффективное снижение помех. Входные конденсаторы обеспечивают существенное понижение реактивной нагрузки, что важно при необходимости получить качественное освещение и продлить срок службы прибора.

Блок 1

Для чего нужен дроссель в люминесцентной лампе

Дроссель позволяет обеспечить требуемый для полноценного функционирования лампы электрический импульс. Принцип такого дополнительного устройства основан на сдвиге фазы переменного тока, что способствует получению необходимого количества тока для горения паров, которыми наполнена внутренняя часть лампы.

В зависимости от уровня мощности, рабочие параметры дросселя и сфера его использования могут варьироваться:

9 Вт — для стандартной энергосберегающей лампы;
11 w и 15 w — для миниатюрных или компактных осветительных приборов и энергосберегающих ламп;
18 w — для настольных осветительных приборов;
36 Вт — для люминесцентного светильника с малыми показателями мощности;
58 Вт — для потолочных светильников;
65 Вт — для многоламповых приборов потолочного типа;
80 Вт — для мощных осветительных приборов.

При выборе нужно также ориентироваться на индуктивное сопротивление, регулирующее показатели мощности тока, подающегося на контакты люминесцентного осветительного прибора.

Принцип работы стартера люминесцентной лампы

Конструкция устройства представлена компактной стеклянной колбой, заполненной инертным газом. Колба установлена внутри металлического или пластикового корпуса, с парой электродов, один из которых относится к биметаллическому типу.

Напряжение на зажигание стартера не должно быть выше, чем номинальное напряжение питающей сети. В процессе подключения схемы запуска к питающей электросети, значительная часть напряжения переходит на разомкнутые стартерные электроды. Под воздействием напряжения обеспечивается образование тлеющего разряда, небольшая часть которого используется для разогрева биметаллических электродов.

Схема работы стартера

Результатом нагревания становится изгиб и замыкание электроцепи, с последующим прекращением тлеющего разряда внутри стартера. Проход тока по цепи последовательно соединенных дросселя и катодов вызывает их эффективный прогрев. Временем замкнутого состояния стартерных электродов определяется продолжительность прогрева катодов любой люминесцентной лампы.

Средний срок эксплуатации стартера равен продолжительности работы осветительного прибора, но с течением времени уровень интенсивности напряжения тлеющего внутреннего разряда заметно понижается.

Устройство и принцип работы люминесцентного светильника

Современные люминесцентные светильники относятся к категории наиболее распространенных типов надежных и долговечных осветительных приборов. Если до недавнего времени такие устройства использовались преимущественно в обустройстве освещения административных и офисных зданий, то в последние годы они всё чаще находят применение в жилых помещениях.

Источник света в таких видах светильников представлен люминесцентной или газоразрядной лампой, функционирующей благодаря свойству некоторых газообразных и парообразных веществ достаточно мощно светиться в условиях электрического поля.

Светильник люминесцентный

Люминесцентные лампы, устанавливаемые в малогабаритные и компактные светильники, могут обладать кольцевидной, спиралевидной или любой другой формой, что положительно сказывается на габаритах осветительного прибора.

Выпускаемые лампы принято подразделять на линейные и компактные модели. Первый вариант имеет характерные отличия по длине, а также диаметру колбы. Компактные модели имеют, как правило, изогнутую трубку, а основные различия представлены типом цоколя.

Блок 2

Несмотря на кажущуюся простоту устройства, и несложный принцип работы люминесцентной лампы, чтобы продлить срок службы прибора и получить качественное освещение, важно строго соблюдать схему подключения и использовать комплектующие только от проверенных и хорошо зарекомендовавших себя производителей.

Видео на тему

устройство, принцип работы, виды, маркировка

Среди огромного разнообразия устройств искусственного освещения достаточно весомую нишу занимают люминесцентные лампы. Этот вид световых приборов был впервые представлен еще в 1938 году, бросив вызов единственным монополистам того времени, лампочкам накаливания. С того времени их конструктивные особенности претерпели значительные изменения и доработки за счет чего люминесцентные лампы перешли в разряд энергосберегающих. Но, чтобы разобраться во всех за и против, детально ознакомиться с особенностями их эксплуатации в быту и промышленности, мы детально изучим этот вид осветительных приборов.

Устройство и принцип работы

Конструктивно люминесцентные лампы представляют собой стеклянную колбу, внутренняя поверхность которой покрывается специальным составом – люминофором. Он состоит из галофосфата кальция и других примесей, некоторые варианты содержат редкоземельные элементы – тербий, европий или церий, но такие комбинации являются довольно дорогими.

Из колбы на этапе изготовления откачивается весь воздух, а емкость заполняется смесью инертных газов, чаще всего аргона, и паров ртути. В зависимости от модели лампы химический состав, как инертных газов, так и люминофора будет отличаться. Внутри газовой смеси располагается вольфрамовая нить накала, которая покрывается эмитирующим покрытием.

Рис. 1. Устройство и принцип действия люминесцентной лампы

Принцип действия такой энергосберегающей лампы заключается в такой последовательности электрохимических процессов:

На контакты газоразрядной ртутной лампы подается напряжение питания, за счет чего в цепи нити накаливания начинает протекать электрический ток.
При протекании электрического тока с поверхности нити начинает распространяться тепловая энергия и частицы эмиттеры, которые активируют инертный газ и обуславливают выделение ультрафиолетового излучения.
Свечение газов имеет относительно низкий процент видимого спектра, так как большая часть приходится на ультрафиолетовые волны. Но при достижении ультрафиолетом стеклянной колбы газоразрядной лампы, происходит активация и последующей свечение люминофора.

Спектр свечения люминесцентных лампочек может варьироваться в довольно широком диапазоне. Выбор оттенков свечения в осветительных устройствах осуществляется посредством изменения процентного соотношения магния и сурьмы в составе люминофора.

Также важным моментом является температурный показатель, поэтому величина подаваемого напряжения и протекающего электрического тока должны иметь постоянное значение для каждого диаметра колбы. Именно строгое соблюдение электрических характеристик по отношению к ее геометрическим параметрам в люминесцентной лампе позволяет выдавать нужный цвет и яркость свечения.

Разновидности

Все разнообразие люминесцентных ламп характеризуется достаточно большим спектром параметров. Но в рамках данной статьи мы рассмотрим наиболее отличительные из них.

По величине давления газа внутри колбы, на практике различают светильники высокого и низкого давления:

Высокого давления – такие люминесцентные приборы выдают плотный световой поток насыщенных цветовых оттенков. Применяются в достаточно мощных моделях с номиналом от 50 до 2000 Вт, характеризуются сроком службы от 6 тыс. до 15 тыс. часов.
Низкого давления – отличается относительно небольшой плотностью газа в емкости, применяется для освещения помещений в быту или на производстве.

По форме колбы энергосберегающей лампочки – колба может иметь классическую грушевидную форму со стеклянной спиралью внутри, продолговатую вытянутую форму, вид спиралевидной трубки закрученной вокруг оси, кольцевидные и других форм.

Рис. 2. Разновидности колбы

По конструкции цоколя различают люминесцентные лампы со стандартным цоколем E с числовым обозначением, указывающим диаметр самого цоколя газоразрядного источника. G – штыревой, в котором число после буквенной маркировки показывает расстояние между контактами, а перед на количество пар контактов. Также можно встретить модели с цоколем типа W и F, но они используются довольно редко.

Рис. 3. Разновидности цоколей

По цветовой температуре свечения различают люминесцентные приборы с горячим желтым и холодным синим спектром. Также существуют варианты нейтрального цвета свечения. Цветовые температуры подбираются в соответствии с поставленными задачами: теплые для жилья, холодные для производственных объектов.

Рис. 4. Цветовая температура

Маркировка

Система обозначения люминесцентных лампочек определяет их основные параметры Однако, в зависимости от страны производителя будут отличаться и стандарты в обозначении. Для сравнения рассмотрим оба варианта маркировки на примере отечественных и зарубежных производителей.

Отечественная

Отечественная маркировка включает в себя буквенно-цифровое обозначение, которое включает в себя четыре позиции для букв и одну для чисел. К примеру: ЛБЦК-60.

Первая буква в маркировке Л означает лампа. Вторая позиция более сложная, она может выражаться как одной, так и парой буквосочетаний, обозначает индексы цветопередачи, в ней возможны такие варианты:

Д – дневного спектра;
ХБ – холодное белое свечение;
Б – белого цвета;
ТБ – белый теплых оттенков;
ЕБ – белый естественного спектра;
УФ – ультрафиолетового спектра;
Г – голубого цвета;
С – синего оттенка;
К – красный спектр излучения;
Ж – желтого оттенка
З – зеленого цвета.

Третья позиция определяет качество цветопередачи, но в наличии есть только два варианта Ц – улучшенного качества или ЦЦ – особенно повышенного, которое часто применяется в декоративном освещении.

В четвертой позиции указывается конструкция светильника. Имеются пять основных позиций:

А – амальгамного типа;
Б – с быстрым пуском;
К – кольцевого вида;
Р – рефлекторные лампы
У – U образные.

Зарубежная

Люминесцентные лампы зарубежного образца имеют идентичный принцип маркировки. В начале указывается мощность изделия в ваттах, ее легко узнать по латинской букве W.

Тип свечения определяется цифровым кодом с буквенным пояснением на английском:

530 – это теплый тон люминесцентных ламп, но относительно плохой цветопередачи;
640/740 – не совсем холодный, но близкий к нему с посредственным уровнем цветопередачи;
765 – голубого оттенка с посредственным уровнем передачи цветов;
827 – близкий к лампе накаливания, но с хорошей передачей цветов;
830 – близкий к галогенной лампочке, с хорошим уровнем передачи цвета;
840 – белого оттенка с хорошим уровнем передачи цветов;
865 – дневного спектра с хорошей цветопередачей;
880 – дневной спектр с отличной степенью передачи света;
930 – теплый тон с отличными параметрами цвета и низким уровнем светоотдачи;
940 – холодный тон с отличной передачей цвета и средним уровнем светоотдачи.
954/965 – люминесцентные устройства с непрерывным спектром.

Технические характеристики

Важными техническими характеристиками для люминесцентных ламп являются:

Мощность лампы – может варьироваться в пределах от 10 до 80 Вт для классических бытовых нужд, промышленные модели могут достигать 2000 Вт;
Номинальное напряжение – в большинстве случаев применяется напряжение 220В;
Температура цветового свечения – варьируется в пределах от 2700 до 6500°К;
Светоотдача – количество выделяемого светового потока в перерасчете на 1Вт потребленной электроэнергии для люминесцентных устройств составляет от 40 до 60Лм/Вт, но существуют и более эффективные модели;
Габаритные параметры – зависят от конкретной модели люминесцентной лампы;
Тип цоколя – E14 (миньон), E27 (стандартный типоразмер), G10 и G13 штырькового образца и другие.

Особенности подключения к сети

В виду сложностей, связанных с ионизацией газового промежутка, в люминесцентных лампах может использоваться несколько вариантов схемы включения, упрощающих зажигание разряда. Наиболее популярными являются электрические схемы электромагнитного и электронного балласта, которые мы и рассмотрим далее.

Электромагнитный балласт

Является наиболее старым вариантом, применяемым в пуске люминесцентных ламп с холодными катодами.

Рис. 5. Схема подключения с электромагнитным балластом

Как видите, в этой схема лампа подключается через электромагнитный дроссель и стартер. В момент подачи напряжения стартер, состоящий из биметаллической пластины, представляет собой цепь с очень низким сопротивлением, поэтому ток в нем нарастает в значительной степени, но не доходит до величины КЗ благодаря дросселю. Этот процесс запускает электрический разряд в люминесцентной лампе, а при нагревании электроды стартера разомкнуться.

Электронный балласт

Такой способ подключения предусматривает использование специального автогенератора, собранного на трансформаторе и транзисторном блоке, способном выдавать напряжение повышенной частоты, что позволяет получить световой поток без мерцаний.

Рис. 6. Использование электронного балласта

Как видите, готовый блок электронного балласта для питания люминесцентных ламп, применяется в соответствии со схемой подключения, которая указывается прямо на корпусе изделия.

Причины выхода из строя

Достаточно часто потребители, столкнувшиеся с проблемой прекращения работы или ухудшением параметров свечения люминесцентных ламп, задаются вопросом поиска причин неисправности.

Наиболее частыми причинами выхода люминесцентных ламп со строя являются:

перегорание нити накала – характеризуется полным отсутствием свечения;
нарушение целостности контактов – также не дает лампе загореться;
разгерметизация колбы с последующим выходом инертного газа – характеризуется вспышками оранжевого цвета;
перегорание стартера, пробой его конденсатора – мерцание, неспособность долго запуститься, черное пятно возле контактов;
обрыв обмотки дросселя или пробой на корпус – не включается или дает попеременное включение/выключение в процессе работы люминесцентной лампы;
замыкание в патроне люминесцентной лампы или его контактах – характеризуется миганием, но без последующего пуска.

Плюсы и минусы

В связи с жесткой конкуренцией на рынке люминесцентные осветительные приборы принято сравнивать с параметрами работы ламп другого принципа действия.

К преимуществам люминесцентных устройств следует отнести:

Достаточно высокая эффективность, в сравнении с теми же лампами накаливания выдают на порядок больший световой поток на каждый ватт потребленной электроэнергии;
Имеет несколько вариантов цветового спектра, что делает обоснованным их применение для различных целей;
Срок эксплуатации до наработки на отказ в 10 – 15 раз превышает тот же показатель у ламп накаливания и галогенок;
Достаточно большое разнообразие конструкций – компактные, большие, удлиненные и т.д.

Однако и недостатков у люминесцентных ламп существует немало:

Гораздо более высокая стоимость;
Наличие ртути, которая при разрушении колбы попадает в окружающее пространство;
Даже уцелевшие отработанные лампы требуют специальной утилизации, которая также требует дополнительных затрат;
Стабильность работы во многом зависит от температуры и влажности окружающей среды;
Люминесцентные лампочки вызывают повышенную усталость глаз при длительном чтении или зрительном напряжении;
В сравнении со светодиодными светильниками, бояться механических повреждений;
Не поддаются классическим методам управления яркостью.

Область применения

Перечень сфер, в которых могут устанавливаться люминесцентные лампы, достаточно большой. Наиболее часто вы можете встретить их в бытовых помещениях или офисах как основное освещение. В магазинах или торговых центрах устанавливаются в качестве приборов подсветки витрин, стен и других элементов интерьера и могут легко заменить неоновую лампочку. Часто их можно встретить в подсветке коридоров и помещений большой площади удлиненными трубчатыми люминесцентными светильниками.

В промышленной сфере часто применяются как лампы для работы прожекторного освещения, которое охватывает большую площадь. Прожекторные люминесцентные приборы имеют отличную светопередачу, несмотря на удаленность по высоте от освещаемой поверхности.

Запуск — Как работают люминесцентные лампы

Классическая конструкция люминесцентной лампы, которая по большей части отошла на второй план, использовала специальный механизм пускового выключателя для освещения трубки.

Вы можете увидеть, как эта система работает на диаграмме ниже.

При первом включении лампы путь наименьшего сопротивления проходит через обходную цепь и через выключатель стартера . В этой цепи ток проходит через электроды на обоих концах трубки. Эти электроды простые нитей , как в лампе накаливания. Когда ток проходит через обходную цепь, электричество нагревает нити накала. Это выпаривает электроны с поверхности металла, направляя их в газовую трубку, ионизируя газ.

В то же время электрический ток запускает интересную последовательность событий в переключателе стартера. Обычный пусковой выключатель представляет собой небольшую газоразрядную лампу, содержащую неон или какой-либо другой газ. Лампа имеет два электрода, расположенных рядом друг с другом. Когда электричество сначала проходит через байпасную цепь,

электрическая дуга (по сути, поток заряженных частиц) прыгает между этими электродами, чтобы создать соединение. Эта дуга зажигает лампочку так же, как большая дуга зажигает люминесцентную лампу.

«»

Один из электродов представляет собой биметаллическую полоску , которая изгибается при нагревании. Небольшое количество тепла от зажженной лампочки изгибает биметаллическую полосу, так что она входит в контакт с другим электродом. Когда два электрода соприкасаются друг с другом, току больше не нужно прыгать дугой. Следовательно, через газ не протекают заряженные частицы, и свет гаснет. Без тепла света биметаллическая полоса остывает, отгибаясь от другого электрода. Это открывает цепь.

«» Внутри корпуса обычного люминесцентного стартера находится небольшая газоразрядная лампа.

К тому времени, когда это произойдет, нити уже ионизируют газ в люминесцентной лампе, создав электропроводящую среду. Трубке просто нужен скачок напряжения на электродах, чтобы образовалась электрическая дуга. Этот толчок обеспечивается балластом

лампы , специальным трансформатором, включенным в цепь.

Когда ток протекает через обходную цепь, он создает магнитное поле в части балласта. Это магнитное поле поддерживается протекающим током. При размыкании пускового выключателя ток кратковременно отключается от балласта. Магнитное поле разрушается, что создает внезапный скачок тока — балласт высвобождает накопленную энергию.

«» Балласт, выключатель стартера и люминесцентная лампа соединены вместе в простой цепи.

Этот всплеск тока помогает создать начальное напряжение, необходимое для образования электрической дуги в газе. Вместо того, чтобы течь через байпасную цепь и перескакивать через зазор в выключателе стартера, электрический ток течет по трубке. Свободные электроны сталкиваются с атомами, выбивая другие электроны, что создает ионы. В результате получается

плазма , газ, состоящий в основном из ионов и свободных электронов, свободно движущихся. Это создает путь для электрического тока.

Воздействие летящих электронов сохраняет тепло двух нитей, поэтому они продолжают испускать новые электроны в плазму. Пока есть переменный ток и нити накала не изношены, ток будет продолжать течь через трубку.

Проблема с такими лампами в том, что они загораются за несколько секунд. В наши дни большинство люминесцентных ламп рассчитаны на почти мгновенное загорание. В следующем разделе мы увидим, как работают эти современные конструкции.

Процитировать это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно процитировать эту статью HowStuffWorks.com:

Том Харрис «Как работают люминесцентные лампы» 7 декабря 2001 г.
HowStuffWorks.com. 10 июня 2023 г.

Бытовое освещение

Люминесцентные лампы являются гораздо более эффективными источниками света, чем лампы накаливания, но их сложнее контролировать. Электрический разряд, который возбуждает пары ртути, должен быть сначала запущен быстро и надежно, а затем необходимо контролировать ток, чтобы он не продолжал расти, пока он не сожжет трубку. Эта функция запуска и управления выполняется устройством, называемым балластом.

Работа лампы накаливания довольно проста и саморегулируема. Вы подаете полное электрическое напряжение на лампочку, и ток нагревает нить накала до тех пор, пока она не начнет светиться. Нагрев нити увеличивает ее электрическое сопротивление, и это сопротивление ограничивает ток до контролируемого значения.

Вы не можете просто подать полное напряжение на люминесцентную лампу; необходимо предусмотреть запуск электрического разряда и последующее управление возникающим током при дуговом разряде в колбе. Было использовано множество различных стратегий и подходов — для получения подробной информации вам нужен отраслевой источник, подобный тому, который поддерживается в Интернете компанией Summit Electrical.

Запуск лампы — первая задача балласта. Основные типы пусковых стратегий: (1) предварительный нагрев, (2) мгновенный пуск в тонком корпусе и (3) быстрый пуск. Если вам нужна актуальная техническая информация, вам следует знать о двух более поздних типах: (4) модифицированный быстрый запуск и (5) мгновенный запуск ламп быстрого запуска.

Стратегия «предварительного нагрева» была оригинальным методом, используемым для флуоресцентных ламп. Нити накаливания в лампе нагреваются в течение нескольких секунд перед подачей на лампу полного рабочего напряжения. Это достигается за счет включения переключателя параллельно газовой трубке, который шунтирует ток вокруг пути газового разряда и через нагреватели накаливания. Через несколько секунд нити накала достигают температуры, необходимой для испускания электронов, и переключатель размыкается, подавая рабочее напряжение на трубку для запуска дугового разряда в газе. Затем балласт должен использовать схему регулирования тока, обсуждаемую ниже.

Система «тонкий мгновенный запуск» производит свет мгновенно, используя трансформатор в балласте для создания напряжения, примерно в три раза превышающего нормальное рабочее напряжение, чтобы «зажечь дугу» в лампе. Предварительный нагрев нитей для этого типа системы не требуется.

Сообщается, что система «быстрого старта» в настоящее время является самой популярной в США. Эти балласты обеспечивают непрерывный нагрев нитей для подачи электронов. Они требуют, чтобы светильник был должным образом заземлен и чтобы лампы находились в пределах 1-2 см от металлического светильника для правильного запуска. Благодаря непрерывному нагреву нитей накала этим устройствам не требуется высокое пусковое напряжение, характерное для тонких моделей с мгновенным пуском. Лампы загораются сразу при низкой яркости и полностью загораются примерно через две секунды.

Когда лампочки зажгутся, балласт должен контролировать ток. Дуговой разряд по своей природе является переменным явлением и может быть подвержен высоким импульсным токам. Основная масса балласта состоит из большой катушки, намотанной на многослойный стальной сердечник, образуя большой индуктор или «дроссель», как его часто называют в промышленности. Катушка также действует как трансформатор. Природа индуктора заключается в ограничении скорости изменения тока, поэтому большая индуктивность балласта подавляет скачки тока.