Флуоресцентные (люминесцентные) лампы. Типы. Устройство. Работа
В современный период флуоресцентные лампы получили широкое применение среди других видов осветительных ламп. Уже в 70-х годах они начали заменять обычные лампы накаливания на производстве и в различных учреждениях. Они имеют достаточно высокую эффективность, качественно освещают помещения и территории.
Флуоресцентная лампа – это источник света, получаемого от свечения разрядов газа. Она состоит из стеклянной трубки, на внутренней поверхности которой нанесен слой люминофора. На торцах трубки находятся электроды в виде спиралей. В полость трубки закачан инертный газ и пары ртути. Под напряжением на электродах в лампе образуется разряд газа, ток проходит по парам ртути, возникает свечение.
Технология изготовления этих ламп постоянно совершенствуется, уменьшаются размеры, повышается яркость и качество света. С 2000-х годов такие лампы используются в домашнем хозяйстве. В настоящее время лампы получили название люминесцентных. По сути и принципу действия это одни и те же лампы. Хотя старое название также используется, поэтому в разной литературе они называются по-разному.
Типы флуоресцентных ламп и их устройство
У нас в стране энергосберегающими лампами называют (люминесцентные) флуоресцентные лампы для бытового применения. Многие не знают, что лампы в виде спирали, которые используются в быту, и называются энергосберегающими, являются по принципу действия флуоресцентными лампами. Энергоэффективность приборов освещения делится на два класса: А и В.
Наиболее правильной будет классифицировать флуоресцентные лампы по различным признакам. Учитывая технологию производства и область применения, выделяют следующие типы ламп:
• Лампы специального назначения.
Также лампы делятся по другим признакам:
- Мощность энергии потребления.
- Световой поток.
- Цветовая температура.
- Индекс цветопередачи.
- Длина лампы.
- Размер цоколя.
- Вид подключения.
- Размещение пускателя. Размещается в корпусе лампы или в светильнике.
Основным элементом флуоресцентных ламп являются пары ртути в малой концентрации. При прохождении через них электрического тока образуется ультрафиолетовое излучение. Люминофор – это химическое вещество, находящееся на внутренней поверхности трубки лампы, преобразующее ультрафиолетовое излучение в видимый для глаз свет. Качество света зависит от состава люминофора.
Рассмотрим принцип работы на схеме включения люминесцентной лампы .
При включении питания в стартере образуется небольшой тлеющий разряд, под действием него нагреваются электроды.
Один из электродов изготовлен из биметаллического материала. При нагревании он изгибается и прикасается к другому электроду. В итоге в цепи резко увеличивается электрический ток, разряд в стартере прекращается. Повышающийся ток нагревает электроды флуоресцентной лампы. они начинают выпускать электроны. Это является подготовкой к запуску работы лампы.
Электроды в стартере в это время охлаждаются, биметаллический элемент выправляется, и между электродами появляется зазор. Сила тока в схеме значительно снижается. В дросселе появляется мгновенное повышенное напряжение, которое называется напряжением самоиндукции. Оно препятствует снижению этого тока. При суммировании с напряжением цепи, напряжение самоиндукции образует в лампе короткий импульс напряжения, которого хватает для образования электроразряда в газе.
Сначала разряд возникает в аргоне, а затем, когда газ разогреется, в ртутных парах. Во время свечения лампы напряжение на электродах, а значит и электродах стартера, подключенного к лампе по параллельной схеме, меньше напряжения цепи на размер ЭДС самоиндукции, появляющейся в дросселе при загорании лампы.
Поэтому, дроссель предназначен не только для запуска люминесцентной лампы, но и в создании препятствия неограниченного повышения тока разряда. Если бы дросселя не было, то при увеличении тока лампа разрушилась бы, либо вышли из строя предохранители сети питания квартиры.
Конденсатор С1 в схеме стартера предназначен для подавления помех радиочастотных волн. А емкость С2 служит для увеличения коэффициента мощности.
Особенности и преимущества флуоресцентных ламп
Ультрафиолетовое излучение заставляет светиться люминофор видимым для глаза человека светом. Стекло колбы лампы не дает выхода вредному ультрафиолетовому излучению. Этим оно защищает наши глаза.
Бактерицидные лампы имеют в своей конструкции кварцевое стекло, которое легко пропускает ультрафиолет. Такие лампы применяются для дезинфекции и кварцевания помещений в медицине. Большое распространение имеют сегодня лампы с амальгамами кадмия и другими элементами. В них давление ртути снижено, вследствие чего расширяется интервал температур отдачи света до 60 градусов. Для чистой ртути эта величина составляет 25 градусов.
При возрастании температуры воздуха больше 25 градусов, температура стенок лампы и давление паров ртути повышается, а поток света снижается. Еще сильнее уменьшается поток света при снижении температуры и давления паров. При этом запуск ламп затрудняется. Поэтому в холодное время применение флуоресцентных ламп ограничено.
Чтобы решить эту проблему, разработана конструкция безртутных люминесцентных ламп, в которых давление инертного газа низкое. В них слой люминофора начинает светиться от излучения с величиной длины волны 58-147 нанометров. Так как давление газа в таких лампах не зависит от температуры воздуха, то поток света не изменяется. Сегодня существуют лампы нового поколения Т5. Они более компактны, в них используется высокочастотный пускатель.
Чем больше длина лампы, тем сильнее поток света. Это происходит из-за уменьшения анодно-катодных потер в потоке света. Поэтому выгоднее применить одну лампочку на 36 ватт, чем 2 лампы по 18 ватт. Срок действия у таких ламп ограничивается распылением катодов. Также снижают срок службы колебания напряжения сети питания и частые переключения.
Флуоресцентные лампы нашли широкое применение в связи с тем, что они обладают значительными достоинствами, по сравнению с простыми лампочками накаливания.
- Повышенная эффективность. Световая отдача выше в 10 раз, чем у ламп накаливания. КПД 25% по сравнению с лампами накаливания – 7%.
- Большой срок работы – до 20000 часов.
- Требуется подключение балласта для нормальной работы лампы.
- Устойчивая работа лампы зависит от температуры воздуха.
Излучение света оказывает на людей значительное воздействие, как психологическое, так и физиологическое, но чаще благотворное. Самым полезным считается дневной свет. Он оказывает влияние на процессы жизни человека, обмен веществ, развитие в физическом плане и т. д. Искусственное освещение отличается от дневного света. Лампы накаливания излучают желтый и красный спектр света, ультрафиолет отсутствует, поэтому они считаются теплыми источниками света.
Еще одним достоинством люминесцентных ламп является возможность образования света разного спектра, от теплого до дневного. Это делает богаче цветовую палитру домашнего быта. Для разных областей применения рекомендуют свои цвета.
Как изготавливают флуоресцентные лампы
Эта лампа была изобретена в 1909 году. До сих пор ее конструкция принципиально не изменилась. Их изготовление является сложным процессом. Нужна механическая хореография, которая включает в себя сварку, и плавку, а также изгибы, пайка, окраска.
Технологический процесс начинается с трубок из стекла. До этого их тщательно подвергают промывке в теплой воде для удаления примесей и грязи. Далее трубкам придается специфическая форма. Их подвергают нагреву в течение половины минуты, потом быстро сгибают по шаблону. Автоматический станок изгибает трубки со скоростью 14 штук в минуту.
Изогнутые трубки идут в камеру, в которой наносится небольшой слой фосфора на внутреннюю поверхность. Фосфор образует световой поток, преобразуя ультрафиолет, образующийся во время ионизации паров ртути. С краев трубки убирают излишки фосфора, для последующей пайки.
Теперь нужно установить компоненты электросхемы. Монтажным автоматом изготавливается катодное устройство. По ним будет поступать ток. Проводникам придается нужная форма, затем их нагревают до определенного значения температуры. Это является подготовкой к следующему этапу, потому что важно не дать катодному покрытию перейти на штырьки.
Нити лампы вставляют в опору. Эмиссионное вещество в этом процессе имеет большое значение. Она испускает электроны, участвующие в образовании светового потока. На следующем этапе соединяют подставку и стеклянную трубку. Пайка производится при высокой температуре.
Теперь остается самый важный процесс, во время которого выкачивают воздух из трубки и заполняют ее инертным газом. На этой же операции в трубку впрыскивается капля ртути, которая очень важна для образования света.
Следующий этап – это размещение проводов, чтобы установить крышку, закрывающую трубку. Крышка создает электрический контакт, и надевается на конец трубки. Она должна иметь абсолютную герметичность, чтобы не было утечки. Теперь лампа готова.
Каждый образец лампы ставят на испытательное колесо для проверки качества.
После тщательной проверки лампы перевозят на упаковку. Эта операция требует необходимой точности и ловкости. С помощью фосфора, ртути и паяльных ламп изготавливается устройство, не изменившееся за последний век.
