флуоресцентные лампы что это такое
Флуоресцентные лампы (люминесцентные). Виды и 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:
Также флуоресцентные лампы делятся по другим признакам:
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.
Принцип действия
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.
Достоинства
Флуоресцентные лампы нашли широкое применение в связи с тем, что они обладают значительными достоинствами, по сравнению с простыми лампами накаливания.
Недостатки
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 флуоресцентные 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.
Светильники люминесцентных ламп дороже, чем лампы накаливания, потому что они требуют балласта для регулирования тока через лампу, но более низкая стоимость энергии обычно компенсирует более высокую начальную стоимость. Компактные люминесцентные лампы теперь доступны в тех же популярных размерах, что и лампы накаливания, и используются в качестве энергосберегающей альтернативы в домах.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Физические открытия
Ранние газоразрядные лампы
Один из бывших сотрудников Эдисона создал газоразрядную лампу, добившуюся определенного коммерческого успеха. В 1895 году Дэниел Макфарлан Мур продемонстрировал лампы длиной от 2 до 3 метров (от 6,6 до 9,8 футов), в которых для излучения белого или розового света использовался углекислый газ или азот соответственно. Они были значительно сложнее лампы накаливания и требовали как источника питания высокого напряжения, так и системы регулирования давления наполняющего газа.
Лампы на ртутных парах продолжали развиваться медленными темпами, особенно в Европе, и к началу 1930-х годов они получили ограниченное применение для крупномасштабного освещения. В некоторых из них использовались флуоресцентные покрытия, но они использовались в основном для цветокоррекции, а не для увеличения светоотдачи. Лампы на парах ртути также предвосхитили люминесцентные лампы с их включением балласта для поддержания постоянного тока.
Неоновые лампы
Коммерциализация люминесцентных ламп
В дополнение к наличию инженеров и техников, а также помещений для научно-исследовательских работ по люминесцентным лампам, General Electric контролировала то, что она считала ключевыми патентами, касающимися флуоресцентного освещения, включая патенты, первоначально выданные Hewitt, Moore и Küch. Более важным, чем это, был патент на электрод, который не разрушался при давлении газа, которое в конечном итоге использовалось в люминесцентных лампах. Альберт У. Халл из исследовательской лаборатории GE в Скенектади подал заявку на патент на это изобретение в 1927 году, которое было выдано в 1931 году. General Electric использовала свой контроль над патентами, чтобы предотвратить конкуренцию со своими лампами накаливания, и, вероятно, задержала внедрение люминесцентного освещения на 20 лет. годы. В конце концов, военное производство потребовало круглосуточных фабрик с экономичным освещением и люминесцентными лампами.
Принцип работы
Строительство
Трубки люминесцентных ламп часто бывают прямыми и имеют длину от около 100 миллиметров (3,9 дюйма) для миниатюрных ламп до 2,43 метра (8,0 футов) для ламп высокой мощности. У некоторых ламп трубка изогнута в круг, используется для настольных ламп или других мест, где требуется более компактный источник света. П-образные лампы большего размера используются для обеспечения того же количества света в более компактных помещениях и используются в особых архитектурных целях. Компактные люминесцентные лампы имеют несколько трубок малого диаметра, соединенных в пучок из двух, четырех или шести, или трубку небольшого диаметра, свернутую в спираль, чтобы обеспечить большое количество светового потока в небольшом объеме.
Светоизлучающие люминофоры наносятся на внутреннюю часть трубки в виде покрытия, напоминающего краску. Органическим растворителям дают испариться, затем трубку нагревают почти до температуры плавления стекла, чтобы удалить оставшиеся органические соединения и сплавить покрытие с трубкой лампы. Необходим тщательный контроль размера зерна подвешенных люминофоров; крупные зерна приводят к слабому покрытию, а мелкие частицы приводят к плохому уходу за светом и эффективности. Большинство люминофоров лучше всего работают с размером частиц около 10 микрометров. Покрытие должно быть достаточно толстым, чтобы улавливать весь ультрафиолетовый свет, производимый ртутной дугой, но не настолько толстым, чтобы люминофорное покрытие поглощало слишком много видимого света. Первые люминофоры были синтетическими версиями природных флуоресцентных минералов с небольшими количествами металлов, добавленных в качестве активаторов. Позже были обнаружены другие соединения, позволяющие изготавливать лампы разных цветов.
Балласты
Люминесцентные лампы могут работать непосредственно от источника постоянного тока с напряжением, достаточным для зажигания дуги. Балласт должен быть резистивным и потреблять примерно столько же энергии, сколько и лампа. При работе от постоянного тока пусковой выключатель часто предназначен для изменения полярности питания лампы каждый раз, когда она запускается; в противном случае ртуть скапливается на одном конце трубки. По этим причинам люминесцентные лампы (почти) никогда не работают напрямую от постоянного тока. Вместо этого инвертор преобразует постоянный ток в переменный и обеспечивает функцию ограничения тока, как описано ниже для электронных балластов.
Влияние температуры
На характеристики люминесцентных ламп в значительной степени влияет температура стенки колбы и ее влияние на парциальное давление паров ртути внутри лампы. Поскольку ртуть конденсируется в самом холодном месте лампы, необходимо тщательно продумать конструкцию, чтобы поддерживать в этом месте оптимальную температуру, около 40 ° C (104 ° F).
Использование амальгамы с другим металлом снижает давление пара и расширяет оптимальный температурный диапазон вверх; тем не менее, температуру «холодного пятна» на стенке колбы по-прежнему необходимо контролировать, чтобы предотвратить конденсацию. Люминесцентные лампы высокой мощности имеют такие особенности, как деформированная трубка или внутренние радиаторы для контроля температуры холодного пятна и распределения ртути. Сильно нагруженные небольшие лампы, такие как компактные люминесцентные лампы, также включают в себя зоны теплоотвода в трубке, чтобы поддерживать давление паров ртути на оптимальном уровне.
Убытки
Лишь часть электроэнергии, потребляемой лампой, преобразуется в полезный свет. Балласт рассеивает тепло; электронные балласты могут иметь КПД около 90%. На электродах возникает фиксированное падение напряжения, которое также выделяет тепло. Часть энергии в столбе паров ртути также рассеивается, но около 85% превращается в видимый и ультрафиолетовый свет.
Не все УФ-излучение, попадающее на люминофорное покрытие, преобразуется в видимый свет; некоторая энергия теряется. Самая большая разовая потеря в современных лампах связана с более низкой энергией каждого фотона видимого света по сравнению с энергией УФ-фотонов, которые их генерируют (явление, называемое стоксовым сдвигом ). Падающие фотоны имеют энергию 5,5 электронвольт, но производят фотоны видимого света с энергией около 2,5 электронвольт, поэтому используется только 45% энергии ультрафиолета; остальное рассеивается в виде тепла.
Люминесцентные лампы с холодным катодом
Лампы с холодным катодом обычно менее эффективны, чем лампы с термоэлектронной эмиссией, потому что напряжение катодного падения намного выше. Мощность, рассеиваемая из-за катодного падения напряжения, не влияет на светоотдачу. Однако это менее важно для более длинных трубок. Повышенное рассеивание мощности на концах трубок также обычно означает, что лампы с холодным катодом должны работать при более низкой нагрузке, чем их эквиваленты с термоэлектронной эмиссией. Учитывая, что в любом случае требуется более высокое напряжение на лампе, эти лампы можно легко сделать длинными и даже работать в виде последовательных цепочек. Они лучше подходят для сгибания в специальные формы для надписей и вывесок, а также могут быть мгновенно включены или выключены.
Запуск
Газ, используемый в люминесцентной лампе, должен быть ионизирован, прежде чем дуга сможет «загореться». Для небольших ламп для зажигания дуги не требуется большого напряжения, и запуск лампы не представляет проблемы, но для больших ламп требуется значительное напряжение (в диапазоне от тысячи вольт). Было использовано много разных пусковых схем. Выбор схемы основан на стоимости, напряжении переменного тока, длине трубки, мгновенном или не мгновенном пуске, диапазонах температур и наличии деталей.
Предварительный нагрев
До 1960-х годов использовались четырехконтактные термостартеры и ручные выключатели. Выключатель стартера тлеющего автоматически подогревает катоды лампы. Он состоит из нормально разомкнутого биметаллического переключателя в небольшой герметичной газоразрядной лампе, содержащей инертный газ (неон или аргон). Переключатель накаливания будет циклически нагревать нити и инициировать импульсное напряжение для зажигания дуги; процесс повторяется до тех пор, пока не загорится лампа. Как только трубка ударяется, падающий основной разряд сохраняет катоды горячими, позволяя продолжать эмиссию электронов. Выключатель стартера не замыкается снова, потому что напряжение на горящей трубке недостаточно для запуска тлеющего разряда в стартере.
В стартерах с выключателем накаливания неисправная трубка будет циклически повторяться. В некоторых пусковых системах использовалось тепловое отключение от сверхтока для обнаружения повторных попыток пуска и отключения цепи до ручного сброса.
Коэффициент мощности коррекция (ПКА) конденсатор розыгрышей ведущего тока от сети для компенсации отстающего тока, цепью лампы.
В электронных пускателях используется другой метод предварительного нагрева катодов. Они могут быть сменными с пускателями накаливания. Они используют полупроводниковый переключатель и «мягкий запуск» лампы путем предварительного нагрева катодов перед подачей пускового импульса, который зажигает лампу в первый раз без мерцания; это удаляет минимальное количество материала с катодов во время запуска, продлевая срок службы лампы. Утверждается, что это продлевает срок службы лампы обычно в 3-4 раза для лампы, часто включаемой, например, в быту, и уменьшает почернение концов лампы, типичное для люминесцентных ламп. Схема обычно сложна, но сложность заложена в ИС. Электронные пускатели могут быть оптимизированы для быстрого пуска (типичное время пуска 0,3 секунды) или для наиболее надежного пуска даже при низких температурах и с низким напряжением питания со временем пуска 2–4 секунды. Устройства с более быстрым запуском могут издавать слышимый шум во время запуска.
Электронные стартеры пытаются запустить лампу только на короткое время при первоначальном включении питания и не пытаются повторно запустить лампу, которая не работает и не может поддерживать дугу; некоторые автоматически выключают вышедшую из строя лампу. Это исключает повторное зажигание лампы и постоянное мерцание вышедшей из строя лампы с помощью стартера накаливания. Электронные стартеры не подвержены износу и не нуждаются в периодической замене, хотя они могут выйти из строя, как и любая другая электронная схема. Производители обычно указывают срок службы 20 лет или столько же, сколько и светильник.
Мгновенный старт
Быстрый старт
Быстрый старт
ПРА с быстрым запуском используют небольшой автотрансформатор для нагрева нитей при первом включении питания. Когда возникает дуга, мощность нагрева нити уменьшается, и трубка запускается в течение полсекунды. Автотрансформатор либо совмещен с балластом, либо может быть отдельным блоком. Трубки должны быть установлены рядом с заземленным металлическим отражателем, чтобы они не ударяли. Балласты с быстрым запуском более распространены в коммерческих установках из-за более низких затрат на техническое обслуживание. Балласт быстрого запуска устраняет необходимость в переключателе стартера, который является частым источником отказов ламп. Тем не менее балласты с быстрым запуском также используются в бытовых (жилых) установках из-за того, что балласты с быстрым запуском включаются почти сразу после подачи питания (при включении переключателя). ПРА с быстрым запуском используются только в цепях 240 В и предназначены для использования с более старыми, менее эффективными лампами T12.
Флуоресцентные светильники – это модные декоративные аксессуары
Флуоресцентные светильники – это модные декоративные аксессуары, которые помогают сбалансировать пространство. Стильное внутреннее освещение подчеркивает основные элементы домашнего декора и играет большую роль в создании атмосферы в любой комнате. Многие эксперты рекомендуют использовать люминесцентные лампы по трем причинам.
В первую очередь, компоненты освещения в полно размерной люминесцентной лампе имеют по сравнению с обычными лампами накаливания в четыре раза большую мощность для преобразования электроэнергии.
Срок службы люминесцентных ламп длиннее и, кроме того, люминесцентные светильники являются одним из лучших вариантов освещения функциональной области, из-за чего они широко используются в качестве освещения кабинета. Компактный размер позволяет устанавливать их практически в любом месте. Мы рассмотрим, как работают люминесцентные светильники, их основные характеристики, преимущества и недостатки, а в галерее ниже вы можете увидеть различные типы люминесцентных ламп, панели для люминесцентного освещения, современные люминесцентные лампы и т. д.
Как работает флуоресцентное освещение?
Конструкция люминесцентных светильников довольно проста. Электричество подается через электроды в полой трубке, содержащей инертный газ и пары ртути. Лампа работает путем ионизации паров ртути в стеклянной трубке. Это заставляет электроны в газе испускать фотоны при УФ-частотах. Ультрафиолетовый свет преобразуется в стандартный видимый свет, используя люминофорное покрытие на внутренней стороне трубки. Лампа безопасна для человеческого глаза. Стекло предотвращает проникновение ультрафиолетового излучения вне трубки. Существует три основных типа люминесцентных ламп: холодный катод, горячий катод и электролюминесцентный, и все они используют люминофоры, возбуждаемые электронами для создания света. Размер светильников определит количество света – часто лучше использовать две лампы небольшого размера, так как они будут производить больше света, чем один.
Преимущества и недостатки
Люминесцентные лампы были разработаны еще в 1930-х годах, и в наши дни они классифицируются временем. Несмотря на то, что в настоящее время рынок предлагает множество современных решений освещения, таких как светодиодный свет, индукционные лампы и т. д., люминесцентные лампы являются выбором значительного числа клиентов.
Каковы основные преимущества и недостатки люминесцентных светильников, которые делают их настолько популярными не только для промышленных и офисных помещений, но и для освещения в жилых помещениях?
Одним из основных преимуществ люминесцентных светильников является то, что они энергоэффективны и являются хорошим вариантом для внутреннего освещения. Они имеют долгий срок службы, надежны и будут функционировать без перерывов в течение довольно долгого времени. Развитие технологии приводит к низким издержкам производства, что делает люминесцентные светильники менее дорогими, чем альтернативные варианты. Кроме того, люминесцентное освещение предлагает возможности для различной цветовой температуры – от прохладных до теплых белых. Свет рассеивается, что делает люминесцентные лампы подходящими для общего, даже освещения и уменьшения резких теней.
С другой стороны, мы можем отметить, что мерцание высокой частоты может раздражать людей и вызывать напряжение глаз, головные боли и мигрень. Рассеянный свет может быть недостатком, а также преимуществом, поскольку он не очень хорош, когда нужен сфокусированный луч, например, в фаре. Низкокачественные люминесцентные лампы могут создавать свет при перегреве, и многие считают мерцание весьма раздражающим.
Как выбрать подходящий тип люминесцентных ламп?
Люминесцентные лампы обычно определяются цветом и яркостью излучаемых ламп, диаметром и длиной ламп, а также сроком службы разных типов.
Люминесцентные лампочки бывают разных форм, длин и диаметров. Спиральные луковицы являются наиболее популярным типом и дают такое же количество света, как традиционные лампы накаливания, но используют меньше энергии.
А-образные луковицы выглядят как традиционные лампы накаливания, но имеют лучшую эффективность.
Флуоресцентные лампы в форме глобуса, а также лампы в форме трубки в основном используются для освещения ванной комнаты, настенных бра, а также подвесных потолков.
Световые флуоресцентные лампы – отличный выбор для декоративных светильников, где видна лампочка. Хотя они часто не используются для освещения в жилых помещениях, лампы для ламп и циркуляционных ламп популярны для промышленного применения, но это будет хороший выбор для домовладельцев, которые хотели бы иметь яркий свет.
Флуоресцентные светильники в современных домашних интерьерах
Люминесцентные светильники обеспечивают освещение разных цветов. Когда вы выбираете люминесцентные светильники для вашего дома, лучше выбрать «теплый» свет, поскольку «холодный» свет более подходит для промышленных и офисных помещений.
Однако, если вы хотите создать специальное акцентное освещение, вы можете выбрать из многих других цветов – красный, синий, зеленый – и использовать флуоресцентные лампы в качестве декоративного освещения.
Люминесцентные лампы имеют прямую или круглую форму разных размеров и в цвете от холодного белого цвета, подходящего для кухонь и ванных комнат, к теплым белым, который имеет желтоватый оттенок и подходит для жилых помещений и спален. Выберите люминесцентный светильник, соответствующий стилю декора вашего дома.
Люминесцентное освещение можно использовать в любой комнате дома – гостиной, столовой, домашнем офисе, домашнем спортзале, кухне и ванной комнате.
В кухнях люминесцентные лампы в основном используются в качестве дополнительного освещения и устанавливаются в шкафах для освещения рабочей зоны.
Однако, если вы выбираете люминесцентные светильники для ванной комнаты, вам необходимо убедиться, что они безопасны и подходят для использования в зонах с высоким уровнем влажности.