Принцип работы люминесцентной лампы — устройство и суть — ElectricX.ru

06.09.2023

Люминесцентные лампы (ЛЛ) занимают значимое положение среди источников освещения. У них множество преимуществ перед лампами накаливания. Впервые появившись в конце 30-х годов ХХ века, они прошли долгий путь эволюции.

История создания ЛЛ
Устройство и принцип работы ЛЛ
Спектр излучения люминофора
Разновидности ЛЛ
Маркировка
Отечественная
Зарубежная
Технические характеристики
Особенности подключения к сети
Электромагнитный балласт
Электронный балласт
Причины выхода из строя
Область применения
Сравнение с другими источниками света
Какую люминесцентную лампу выбрать

История создания ЛЛ

Ученым пришлось много поработать, чтобы в наших домах, на предприятиях и в офисах появились люминесцентные лампы. В течение 19 века была изобретена вакуумная трубка, проводились эксперименты с инертными газами, создавались электроды и разрабатывался состав флуоресцентного покрытия.

Впервые свечение газов под действием потока заряженных частиц зафиксировал Михаил Ломоносов в 1743 году. В 1856 году Генрихом Гейслером была изобретена стеклянная вакуумная трубка. Он изобрел вакуумный насос, с помощью которого стало возможным откачивать воздух из закрытой колбы. Затем, когда ученый пропустил через трубку с откаченным воздухом электрический ток, было видно слабое синее свечение.

Физик Александр Беккерель предложил покрывать трубку Гейслера слоем веществ, способных люминесцировать. Ученый наблюдал свечение люминофора под действием электрического тока.

Томас Эдисон в конце 19 века изобрел и запатентовал проект устройства в виде колбы, которая изнутри была покрыта химическим соединением кальция и вольфрама под воздействием рентгеновского излучения. Такая лампа отличалась небольшим сроком службы, поэтому не смогла стать источником света. Ученый же отказался дальше экспериментировать с изобретением, так как добился успеха с лампой, в которой источником света была вольфрамовая нить.

В 1895 г. Даниелем Муром впервые был использован на практике аналог люминесцентной лампы.

В качестве инертного газа использовался диоксид углерода или азот (во время опыта свечение имело розовый цвет, как на рисунке). Несмотря на сложность конструкции, инженеры заметили преимущества перед лампочкой накаливания. Через 9 лет системы Мура стали везде устанавливаться в офисах и магазинах.

В 1901 г. Питер Хьюитт предложит использовать в лампах пары ртути. Использование таких источников света было ограничено из-за сине-зеленого свечения. Затем они стали применяться в уличном освещении.

В 1927 г. появилась привычная люминесцентная лампа. Ее свет оказался наиболее близким к естественному. Чтобы добиться его, ученые покрыли колбу слоем люминофора.

Через 7 лет патент на изобретение источника света купила компания General Electric. Первые массовые продажи люминесцентных ламп начались в 1938 г. В это время во многих странах уже знали, что такое люминесцентная «дневная» лампаи как она устроена.

Устройство и принцип работы ЛЛ

Устройство люминесцентной лампы существенно отличается от других осветительных приборов. Этот источник света выпускается в виде стеклянной колбы, в которой внутренняя поверхность покрыта веществом, преобразующим поглощаемую энергию в видимый свет. Оно состоит преимущественно из кальция галофосфата и прочих примесей. В дорогих моделях ламп используются редкоземельные элементы.

Колба лишена воздуха: вместо него закачивается смесь благородных газов и паров ртути. Химический состав люминофора и газов отличается у каждой модели. Внутри смеси находится нить накала, изготовленная из вольфрама.

Принцип работы экономной люминесцентной лампы связан со следующими электрохимическими процессами:

на контакты подается напряжение, и в цепи нити накала протекает ток;
при этом выделяется тепловая энергия, в результате чего эмиттеры активируют благородный газ. Это явление происходит с выделением ультрафиолетового излучения;
ультрафиолет, достигая стеклянной колбы, активирует свечение люминофорного покрытия.

Многим читателям будет интересно узнать, из чего состоит ЛЛ.

Конструкция лампы:

прозрачная вытянутая трубка;
два цоколя и два электрода;
стартер;
дроссель электромагнитный;
конденсатор.

Колба изготовлена из прозрачного стекла. Из нее откачивается воздух, и уже в вакуумную среду вводится инертный газ и пары ртути. Изнутри поверхность колбы покрывается фосфоресцирующим веществом.

К электродам подается переменный электрический ток. Вольфрамовая нить покрывается металлом, испускающим во время работы электроны (например, барий, таллий и проч.). Дроссель обладает высокой магнитной проницаемостью.

Электрод своей наружной частью спаян с цоколем. На некоторые виды электродов напыляется активирующее вещество (бария или таллия оксид). Ртуть повышает срок эксплуатации источника света.

Стартер – это обязательный элемент любой люминесцентной лампы. Состоит из неоновой лампы и параллельно подключенного конденсатора. Это устройство имеет малую емкость и с дросселем образует контур, необходимый для импульса. Поломка стартера приводит к спаиванию контактов.

Спектр излучения люминофора

Обычно рассматриваемые виды ламп выдают световой поток, который максимально приближен к естественному солнечному свету. В дешевых устройствах излучается холодный или теплый свет. Трубки дорогих моделей покрываются изнутри несколькими слоями люминофора. Это дает самое лучшее качество цветопередачи.

Выделяют 3 группы люминесцентных источников света по спектру дневного света.

Стандартного строения – дают природный цвет. Ими освещаются офисы.
Лампы улучшенной цветопередачи – имеют несколько слоев люминофора. У таких светильников лучше передача света и выше световой поток. Их используют для освещения витрин или мебельных магазинов.
Специальные – имеют в своем составе особые люминофоры. Их используют в соляриях, а также для дезинфекции помещений.

Разновидности ЛЛ

Узнаем, какие бывают эти осветительные приборы. Лампы с люминофором обладают широким спектром технических параметров.

В зависимости от давления газа в колбе различают источники света низкого и высокого давления. Светильники низкого давления имеют невысокую плотность газа. Они применяются главным образом в быту. Приборы высокого давления создают насыщенный, плотный световой поток. Применяются в мощных приборах и отличаются длительным сроком эксплуатации.

Изначально изготавливались только линейные варианты люминесцентных ламп. По мере развития технологий начали появляться компактные устройства. Линейная лампа может быть прямой, кольцевой или U-образной. Чем больше габариты колбы, тем больше мощность источника света.

Компактные лампы различаются по форме, размеру колбы, а также типоразмеру и типу цоколя. Как правило, колба изготавливается в виде спирали. Такое исполнение очень удобно для использования в быту.

Цоколь может быть стандартным (Е) или штыревым (G). В последнем случае число перед буквой показывает количество пар контактов, а после – расстояние между контактами. Гораздо реже встречаются цоколи W и F.

Встречаются и специальные осветительные приборы. Они отличаются от бытовых спектром излучения. Можно встретить такие лампы:

с улучшенной цветопередачей (например, для музеев или типографий);
с излучением, близким к солнечному (применяются в медицинских целях);
для растений и рассады;
для аквариумов (в том числе с синим цветом и ультрафиолетом);
лампы для помещений с птицами;
светильники с различными цветами: применяются для световых эффектов;
для соляриев;
из черного стекла (применяются для некоторых лабораторных исследований);
для озонирования и стерилизации.

Лампы ртутные ртутно кварцевые ДРЛ люминесцентные могут быть низкого, высокого и сверхвысокого давления. Прибор изготовлен в виде кварцевой колбы, которая заполняется аргоном, неоном с добавлением ртути (металлической). В противоположные концы помещаются электроды из тугоплавкого металла.

После того, как на электроды поступает напряжение, в трубке появляется разряд, от которого ртуть испаряется и излучает УФ-лучи, распространяющийся за пределы кварцевой колбы. В свою очередь она помещена в стеклянную колбу, покрытую люминофором и заполненную инертным газом. Под воздействием ультрафиолета он ярко светится.

Маркировка

С помощью маркировки определяют главные характеристики люминесцентных ламп дневного света. Она будет отличаться в зависимости от страны производителя.

Отечественная

Используется сочетание букв и цифр. Для букв используется 4 позиции. Первая позиция обозначается буквой Л и означает «лампа». Следующая позиция показывает индекс цветопередачи и может состоять из одной или нескольких букв:

Маркировка	Значение
Д	Дневной спектр
ХБ	Лампочка холодного белого свечения
Б	Естественный цвет
ТБ	Теплый свет белых оттенков
ЕБ	Естественный спектр света
УФ	УФ-спектр
Г	Голубое свечение
С	Синий оттенок
К	Красное излучение
Ж	Желтый оттенок
З	Зеленый свет

Буквы третьей позиции обозначают качество цветопередачи. «Ц» означает улучшенное качество, а «ЦЦ» — повышенное качество цветопередачи. Такие светильники используются для декоративных эффектов.

Последняя позиция обозначает конструкцию светильника:

А – амальгамный тип;
Б – быстрый пуск;
К – кольцевой тип;
Р – рефлекторный;
У – U-образные.

Зарубежная

В начале маркировки ставится мощности в ваттах и латинская буква W. Для обозначения типа свечения применяются буквенные коды.

Код	Значение
530	Обозначает теплый тон с невысокой цветопередачей.
Цвет, близкий к холодному, уровень цветопередачи –посредственный.
765	Свет имеет голубой оттенок, уровень передачи цветов – посредственный.
827	Излучает свет, приближенный к лампе накаливания, с хорошей цветопередачей.
830	Свет этой лампы приближен к галогенной лампочке, передача цветов – хорошая.
840	Такая лампа излучает свет белого оттенка, с хорошей цветопередачей.
865	Дневной спектр, передача цветов – хорошая.
880	Спектр света – дневной, отличная цветопередача.
930	Тон излучаемого света – теплый.
940	Холодный тон с естественной цветопередачей, средней светоотдачей.
Эти источники света отличаются непрерывным спектром.

Технические характеристики

В этом списке приводятся самые важные характеристики люминесцентных источников света.

Мощность. Как правило, для бытовых целей используются светильники от 10 до 80 Вт мощности. На промышленных объектах мощность источников света может достигать 2 кВт. Лампы длиной 120 см наиболее распространенные. Чем больше длина лампы, тем она имеет большую мощность.
Напряжение. В большинстве случаев это стандартное для нас напряжение в 220 В.
Цветовая температура обычно изменяется в пределах 2700 — 6500 градусов Кельвина.
Светоотдача. Это количество светового потока, который выделяет лампа в перерасчете на каждый ватт потребляемой мощности. Обычно на каждый ватт приходится от 40 до 60 люмен, однако есть и более эффективные модели.
Габариты зависят от каждой модели светильника. Вес люминесцентной лампыв среднем – около 170 г. Определить вес по маркамбывает достаточно сложно из-за зависимости этого параметра и длины от потребляемой мощности и светового потока.
Тип цоколя: Е27 (стандартный), Е14 (миньон), штырьковые образцы и проч.
Показатели срока годности. Обычно это от 8 до 12 тыс. часов. Некоторые усовершенствованные приборы, могут работать до 20 тыс. часов.

Используются такие виды цоколей:

Е14;
Е27;
Е40;
G23;
2G7;
G24Q1;
G24Q2;
G24Q2.

Особенности подключения к сети

Люминесцентные экономные светильники имеют несколько вариантов подключения к электрической сети. Самые популярные — схемы с электромагнитным и электронным балластом.

Электромагнитный балласт

Эта схема включения лампы-аналога ЛБ 40 наиболее старая. Используется для пуска ЛЛ с холодными катодами. Источник света подключается через стартер и дроссель. В момент, когда начинает подаваться напряжение, в стартере значительно нарастает ток, так как этот элемент имеет низкое сопротивление. Однако сила тока не нарастает до величины короткого замыкания, благодаря наличию дросселя. В лампе запускается электрический разряд, и при нагревании стартер размыкается.

Электронный балласт

При таком подключении в устройстве применяется автогенератор, состоящий из трансформатора и транзисторного блока. Этот элемент выдает напряжение с повышенной частотой, поэтому появляется свечение без мерцаний.

В каждой лампе балласт применяется соответственно со схемой подключения.

Подробно про способы и схемы подключения люминесцентных ламп можно прочитать в этой статье

Дополнительно информацию об устройстве, принципе действия и схеме подключения в сеть ЛЛ можно посмотреть в видео

Люминесцентная лампа: устройство, принцип действия и схема подключения в сеть

Причины выхода из строя

Люминесцентные «дневные» лампы – это источники света со сравнительно продолжительным сроком службы. Часто покупатель может столкнуться с отказом люминесцентной лампы или значительным ухудшением ее работы. В списке показаны наиболее частые причины неисправности длинных ламп:

выход из строя нити накала (в таком случае лампа вовсе не светит);
разрушение контактов;
разгерметизация колбы (в таком случае происходит излучение оранжевого света);
перегорание стартера или конденсатора (лампа мерцает или не может запуститься);
повреждение обмотки дросселя (попеременное включение или выключение источника света);
замыкание в патроне или в контактах (наблюдается мигание).

По своим параметрам люминесцентные источники превосходят лампы накаливания. Разберем подробно их плюсы и минусы:

высокая эффективность: лампы выдают значительно больший световой поток на каждый ватт электрической энергии

доступны несколько вариантов цветового спектра

могут применяться для разных целей

срок эксплуатации примерно в 10 раз превышает аналогичный показатель ламп накаливания

экономичность: 20-ваттный люминесцентный источник света соответствует световому потоку, который издает 100-ваттная лампа накаливания

большое количество оттенков излучаемого света

издают рассеянный световой поток

слабый нагрев (соответствуют правилам пожарной безопасности, так как не перегревают плафон)

наличие различных форм, конструкций, что помогает воплощать в жизнь всевозможные дизайнерские решения

небольшой вес

наличие разных оттенков

наличие в составе ртути обусловливает необходимость правильной утилизации

необходимость использования пусковых устройств

люминофорный слой со временем теряет свои свойства, что выражается в снижении коэффициента полезного действия и некотором изменении излучаемого спектра

зависимость работы от температуры окружающей среды

рассматриваемые лампы требуют более сложных систем монтажа

их стоимость намного выше, чем обычных лампочек накаливания

при частых включениях и выключениях, перепадах напряжения тока срок их эксплуатации существенно снижается

достаточно хрупкие

во время свечения мигают, что приводит к утомлению глаз

задержка включения из-за необходимости разогрева

Некоторые люди не знают, что внутри таких ламп и выбрасывают их как обычный мусор. В них содержится ртуть, причем в некоторых случаях – в опасных концентрациях. Так, содержание этого элемента в одной лампе ДРЛ может доходить до 1 г. В приборах типа ЛБ 36 ядовитого вещества может быть несколько сотен миллиграммов. Этого количества вполне достаточно, чтобы его пары причинили вред человеку, животным. Продолжительное накапливание ртути в организме вызывает различные заболевания.

Учитывая плюсы и минусы этих источников света, можно выбрать для своего жилья или офиса эффективный осветительный прибор.

Область применения

Люминесцентные лампы отличаются относительно низким потреблением энергии. Они востребованы для освещения общественных мест и квартир. Эти источники света незаменимы там, где требуется хорошая цветопередача. Области, где применяютсяосветительные люминесцентные приборы, достаточно широкие. В частности, это:

больницы;
офисы;
государственные администрации
школы (ими освещаются классы и коридоры);
стоматологические кабинеты;
ювелирные мастерские;
парикмахерские салоны;
магазины;
музеи и выставочные залы;
типографии;
покрасочные цехи.

современное освещение парикмахерского салона

Люминесцентные источники света широко применяются для освещения помещений большой площади. При этом значительно увеличивается освещенность, а потребление электрической энергии снижается. Наконец, люминесцентные источники света используются для подсветки рабочего места и рекламы на улицах.

Сравнение с другими источниками света

Люминесцентные лампы отличаются от устаревших ламп накаливания и от светодиодных источников света. По сравнению с традиционными лампочками с вольфрамовой нитью ЛЛ потребляют в 5 раз меньше электроэнергии при одинаковой мощности светового потока. Однако они уступают светодиодным лампам по экономности. К примеру, на световой поток, аналогичный 100-ваттной лампе накаливания, ЛЛ расходуют 20 Вт, а светодиоды – 12 Вт.

Однако традиционная «неэкономная» лампа горит одинаково весь период эксплуатации. А люминесцентные приборы со временем начинают светить менее экономно из-за выгорания люминофора. То же относится и к LED. Во время эксплуатации диоды начинают светить тусклее из-за деградации.

И традиционные лампы, и ЛЛ хрупки и требуют бережной транспортировки и хранения. LED более предпочтительны, так как устойчивы к ударам и повреждениям и не содержат токсичных химических элементов.

С финансовой точки зрения самые выгодные — лампы накаливания. Однако, учитывая ее небольшой рабочий ресурс – около 1000 часов — вряд ли это будет преимуществом. Цена люминесцентных ламп выше, однако и срок службы их больше. А за счет экономии электричества они окупаются быстрее.

Какую люминесцентную лампу выбрать

При выборе люминесцентного источника света учитывают его эффективную работу только при узком температурном режиме. Он рассчитан на диапазон температур от 15 до 40°. Максимальная светоотдача происходит при 20 — 25°. При снижении показателей термометра световой поток снижается, так же, как и при превышении температуры.

Также нужно учитывать величину напряжения, размер прибора, силу светового потока и вид цоколя. Изделие должно быть выпущено известным производителем и, что важно – в специализированном магазине, а не на рынке. Подделки опасны для здоровья в связи с риском разгерметизации.

При покупке нужно ориентироваться на то, для чего необходима люминесцентная лампа. Если покупатель выбирает источник света для комнатных растений или аквариума, то он учитывает оптимальную цветовую температуру. Для бытовых нужд самым комфортным считается естественный белый цвет излучения.

Распространены такие модели ламп:

RS – не требуют наличия стартера, зажигаются без разогрева;
InS – с постепенным стартом: начинают светить через несколько секунд после включения;
US – универсальные;
PHs – люминесцентные светильники, требующие стартера.

ЛЛ – это люминесцентная лампа, излучающая свет, наиболее приближенный к естественному. Этот источник света экономит электрическую энергию, так как расходует ее в 5 раз меньше по сравнению с лампочками накаливания. На рынке доступно много разных видов ЛЛ, которые подойдут для различных помещений и работ. Перед выбором этих источников света следует внимательно ознакомиться с техническими характеристиками. Покупать их необходимо в специализированных магазинах.

Информацию о классификации, принципе запуска и горения ЛЛ можно посмотреть в следующем видео

В чем состоят отличия работы люминесцентных ламп от ламп накаливания?

Люминесцентные лампы и лампы накаливания различаются в нескольких аспектах, включая:

Тип свечения: лампы накаливания излучают тепло и свет путем накаливания нити, покрытой металлической оболочкой. Люминесцентные лампы работают по принципу электрического разряда в газе, что приводит к излучению ультрафиолетового света, который затем преобразуется в видимый свет благодаря люминесцентному покрытию внутри лампы.
Энергоэффективность: люминесцентные лампы потребляют гораздо меньше энергии, чем лампы накаливания для производства той же яркости света. Это связано с тем, что большая часть энергии в лампах накаливания тратится на нагревание нити, тогда как люминесцентные лампы используют энергию более эффективно для производства света.
Долговечность: люминесцентные лампы имеют гораздо большую продолжительность службы по сравнению с лампами накаливания. Лампы накаливания имеют нить, которая со временем изнашивается и ломается, что приводит к снижению срока службы лампы. Люминесцентные лампы не имеют нити, которая могла бы сломаться, а их электроды, которые нужны для зажигания, тоже гораздо дольше работают.
Температура: лампы накаливания нагреваются при работе, поэтому требуют некоторого времени для охлаждения, прежде чем их можно будет заменить. Люминесцентные лампы работают при значительно более низкой температуре и не требуют охлаждения перед заменой.
Стоимость: стоимость люминесцентных ламп обычно выше, чем у ламп накаливания, однако они компенсируют это более высокой энергоэффективностью и продолжительностью службы. В долгосрочной перспективе, использование люминесцентных ламп

… может сэкономить деньги на счетах за электроэнергию и на замене ламп в будущем.

Цветовая температура: люминесцентные лампы могут иметь различную цветовую температуру света, что означает, что они могут создавать различные оттенки света. Лампы накаливания дают более теплый и желтоватый оттенок света, в то время как люминесцентные лампы могут создавать более белый и прохладный оттенок.

В целом, люминесцентные лампы более энергоэффективны, долговечны и дают возможность выбрать различные цветовые оттенки света. Однако они имеют более высокую стоимость по сравнению с лампами накаливания. Выбор лампы зависит от потребностей и предпочтений каждого пользователя.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.