Устройство ламп люминесцентных: Принцип работы люминесцентной лампы — Блог о строительстве

Лампы. Какие выбрать? Устройство и принцип работы ламп.

Работа любого осветительного прибора невозможна без источника света. Приобретая светильник, важно знать, какие лампы к нему подойдут. Лампы бывают разной формы, разной мощности, разным цоколем и т.д. Разберемся подробно в классификации ламп.

По принципу работы лампы делятся на:

• 
  Лампы накаливания, в т.ч. галогенные
• 
  Газоразрядные
• 
  Светодиодные

Лампа накаливания

Самая распространенная лампа. Состоит из цоколя и стеклянной колбы, в которой отсутствует воздух, либо колба наполнена газом. Внутри лампы находится вольфрамовая нить накала, она очень сильно нагревается при прохождении через нее электрического тока и излучает свет.

Достоинства лампы накаливания:

• 
  Низкая стоимость
• 
  Мгновенно запускается
• 
  Не содержит паров ртути
• 
  Работает при любой температуре окружающего воздуха
• 
  Излучает естественный свет
• 
  Совместима с диммерами (устройствами для плавного регулирования яркости лампы)

Недостатки ламп накаливания:

• 
  Очень низкий КПД. 95% потребляемой электроэнергии идет на нагрев
• 
  Недолговечность. Срок службы составляет 1000 часов
• 
  Теряется яркость в процессе эксплуатации. Это связано с испарением вольфрама и оседанием его на внутренней стороне колбы лампы, вследствие чего лампочка мутнеет

Галогенная лампа

Это разновидность лампы накаливания с аналогичным принципом работы. Разница лишь в том, что колба таких ламп изготавливается очень малого размера и содержит внутри себя пары брома или йода. В лампе накаливания, как было описано выше, происходит испарение вольфрама и осаждение его на колбе с внутренней стороны. Пары брома или йода не дают осаживаться испарившемуся вольфраму на стеклянную колбу, и как бы «возвращают» его обратно на нить накала. Небольшой размер колбы объясняется тем, что процесс, описанный выше, может происходить только в колбе небольшого объема с очень близко расположенной нитью накала. В связи с тем, что вольфрамовая нить расположена очень близко к колбе, возникает очень сильный нагрев лампы, который достигает 500°C. Поэтому важно, чтобы на лампе при установке не оставалось жирных следов от пальцев. Дело в том, что в месте загрязнения лампы происходит большой местный нагрев, возникают микротрещины на стекле и лампа выходит из строя раньше заявленного срока. Устанавливать галогенные лампы можно только в специальных перчатках, либо через кусок ткани.

Достоинства галогенных ламп:

• 
  Те же, что и у ламп накаливания
• 
  Увеличенный срок службы, который составляет 4000 часов
• 
  Яркость практически не теряется в процессе эксплуатации
• 
  Светоотдача выше, чем у ламп накаливания

Недостатки галогенных ламп:

• 
  Очень сильный нагрев
• 
  Чувствительны к перепадам напряжения, сокращается срок службы

Люминесцентные лампы.

На смену лампам накаливания пришли люминесцентные лампы, или как многие их называют «энергосберегающие». Такие лампы способны выдать тот же световой поток, что и лампа накаливания, потребляя в 5 раз меньше электроэнергии. Например, люминесцентная лампа мощностью 15 Вт будет аналогична 75 Ваттной лампе накаливания. Люминесцентная лампа состоит из цоколя и колбы. Колба выполнена из стекла и наполнена инертным газом с добавлением паров ртути. Внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором. В результате работы лампы возникает ультрафиолетовое излучение. Люминофор преобразует это излучение в видимый нам свет. В компактных люминесцентных лампах (КЛЛ) с цоколем E27 и E14 имеется встроенная электронная пускорегулирующая аппаратура (ЭПРА), необходимая для запуска лампы. Без ЭПРА работа таких ламп невозможна, и если ЭПРА выходит из строя, то лампа, что называется «перегорает». Поэтому люминесцентные лампы прослужат дольше всего, если будут непрерывно находиться во включенном состоянии, нежели постоянно включаться/выключаться. Существуют люминесцентные лампы и с внешним ЭПРА, они используются, например, в светильниках типа «Армстронг». В случае выхода из строя ЭПРА, он подлежит замене.

Достоинства люминесцентных ламп:

• 
  Высокий КПД, в 5 раз выше, чем у ламп накаливания.
• 
  Меньший нагрев колбы, по сравнению с лампами накаливания
• 
  Срок службы 6000 часов, что в 6 раз больше, чем у ламп накаливания

Недостатки люминесцентных ламп:

• 
  Зажигаются не мгновенно
• 
  Не совместимы с диммерами
• 
  Содержат опасные пары ртути и должны специальным образом утилизироваться
• 
  При низких температурах возможны проблемы с запуском таких ламп
• 
  Самопроизвольное мерцание выключенной лампы. Происходит, как правило, если присутствует выключатель со световой индикацией. Объясняется тем, что лампа имеет значительную электрическую ёмкость, и даже при небольшой утечке тока эта емкость заряжается. В дальнейшем происходит разряд на электроды лампы, происходит кратковременная вспышка. Чем больше утечка тока, тем чаще будут наблюдаться вспышки света. Такое явление негативно сказывается на сроке службы лампы, а также может очень сильно раздражать, например, ночью.

Светодиодные лампы.

Это еще одна разновидность энергосберегающих ламп.Источником света в таких лампах являются светодиоды, которые помещены в колбу. В корпусе лампы размещается электронный драйвер, который является преобразователем питания.

В процессе работы светодиод вырабатывает тепло, и если он не будет охлаждаться, либо охлаждаться не достаточно, то через некоторое время выйдет из строя или существенно снизится яркость. Чтобы охладить плату со светодиодами на лампах предусмотрены радиаторы. Наиболее эффективным является алюминиевый радиатор, который может быть с ребрами, а может быть и гладким. Гладкий радиатор применяется в недорогих и маломощных лампах. Керамические радиаторы также используются для охлаждения светодиодов и являются весьма эффективными. Встречается также радиатор из алюминия, покрытого пластиком. Пластиковые радиаторы являются самыми неэффективными и, как правило, не вырабатывают свой ресурс.

Выбирая светодиодную лампу не гонитесь за дешевизной. Обратите внимание на радиатор. Отдайте предпочтение лампам с алюминиевым или керамическим радиатором, либо алюминий + пластик. Возьмите лампу в руку. Качественная лампа с алюминиевым радиатором будет заметно тяжелее пластиковой.

Достоинства светодиодных ламп

• 
  Низкое энергопотребление. Потребляют в 10 раз меньше электроэнергии, чем лампы накаливания и в 5 раз меньше, чем люминесцентные
• 
  Долгий срок службы. От 25000 часов и более
• 
  Самая низкая температура корпуса, по сравнению с лампами накаливания и люминесцентными лампами
• 
  Не требуют специальной утилизации, так как не содержат паров ртути

Недостатки светодиодных ламп:

• 
  Стоимость качественных светодиодных ламп выше, чем у ламп накаливания и люминесцентных. В дальнейшем затраты на приобретение таких ламп с лихвой компенсируются экономией электроэнергии
• 
  Деградация светодиодов при недостаточном охлаждении

Классификация ламп по форме:

• 
  Грушевидные. Лампы общего назначения. Используются в качестве источника света в люстрах, закрытых светильниках и т.д.
• 
  Шарообразные. Лампы общего назначения. Используются в качестве источника света в люстрах, закрытых светильниках и т.д.
• 
  Свеча. Используется в люстрах и светильниках, где плафон отсутствует, а также в узких плафонах.
• 
  Свеча на ветру. Декоративная лампа. Используется в люстрах и светильниках, где плафон отсутствует.
• 
  Рефлекторного типа. Используется в точечных светильниках. Дает направленный свет.
• 
  Капсульного типа. Галогенные и светодиодные лампы с цоколем G9 и G4
• 
  Спираль. Компактные люминесцентные лампы общего назначения
• 
  Таблетка. Используется в точечных светильниках.

Все виды форм лампочек на рисунке ниже.

Виды цоколей ламп.

Самые распространенные виды цоколей – это резьбовые и штырьковые.

Резьбовой цоколь маркируется буквой E и двумя цифрами, обозначающими диаметр цоколя в миллиметрах. Это самый распространенный тип цоколя, используется в большинстве осветительных приборов. С резьбовым цоколем выпускаются все виды ламп. Основные виды резьбовых цоколей:

• 
  E27. Диаметр резьбовой части 27 мм.
• 
  E14 (миньон). Диаметр резьбовой части 14 мм.
• 
  E40. Диаметр резьбовой части 40 мм.

Штырьковые цоколи.

Цоколь лампы соединяется с патроном при помощи штырьков. Маркировка начинается с буквы G с одной и более цифрами. Цифры обозначают расстояние между штырьками. После буквы G в маркировке могут присутствовать буквы U X Y Z, которые определяют модификацию конструкции. Например, лампы G5.3 и GX5.3 не взаимозаменяемы. Типы штырьковых цоколей в таблице ниже.

• G4. Используется в галогенных и светодиодных миниатюрных лампах напряжением 12В, 24В, 220В
• G9. Используется в галогенных и светодиодных миниатюрных лампах напряжением 12В, 24В, 220В
• G5. Используется в трубчатых лампах
• GU5.3. Софитная лампа, используется в точечных светильниках
• GU10. На концах штырьков имеются утолщения для фиксации лампы в патроне путем поворачивания

Лампы люминесцентные – устройство и принцип работы

Люминесцентная лампа – это искусственный газоразрядный источник света, в котором электрический разряд в парах ртути вызывает свечение люминофора, которым покрыта внутренняя поверхность стеклянной трубки лампы. Первую газоразрядную лампу изобрел немецкий ученый Генрих Гейслер в 1856 году.

Люминесцентная лампа, при одинаковой потребляемой мощности светит в несколько раз ярче, чем лампа накаливания. Срок службы люминесцентных ламп составляет до 5 лет и напрямую зависит не от времени ее свечения, а от количества включений.

Люминесцентные лампы выпускаются в двух исполнениях – линейные и компактные. Линейные имеют вид трубки с контактами на торцах. В компактных лампах, для уменьшения габаритных размеров трубка изогнута и вписана в форму цилиндра.

Линейные люминесцентные лампы

Линейные люминесцентные лампы из-за больших размеров в быту применяются редко. Они в основном используются для освещения производственных и складских помещений, залов, офисов, магазинов, общественных мест. Так как срок их службы на порядок больше, чем срок службы ламп накаливания, то существенно снижаются затраты на обслуживание.

На счет экономии электроэнергии могу сказать следующее. Я провел измерения, и оказалось, что мощность, потребляемая 38 ваттной люминесцентной лампой практически равна мощности, потребляемой 80 ваттной лампочкой накаливания. Это связано с тем, что половина мощности теряется на дросселе (электромагнитном балласте). В дополнение дроссель еще издает акустический шум частотой 50 Гц, а перед выходом из строя, лампы начинают мигать, что тоже не приносит радости.

В современных светильниках с линейными люминесцентными лампами электромагнитный балласт заменен электронным, что существенно повысило КПД светильников, исчез шум и мигание. Но главная проблема до сих пор до конца не решена. В каждой лампе находится до 70 мг ртути в жидком виде, а возможность сдать на утилизацию вышедшие из строя лампы в настоящее время во многих селениях отсутствует. Не один раз наблюдал случаи падения ламп из рук электриков при замене. Лампа разбивалась, и мелкие шарики ртути раскатывались по полу. Их как могли, собирали в пакетик и выбрасывали в урну. Иногда, понимая опасность ртути, место падения промывали водным раствором хлорного железа или хлорки.

Правительство России 3 сентября 2010 года выпустило Постановление №681 «Об утверждении Правил обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств, электрических ламп, ненадлежащие сбор, накопление, использование, обезвреживание, транспортирование и размещение которых может повлечь причинение вреда жизни, здоровью граждан, вреда животным, растениям и окружающей среде», в котором подробно описана вся процедура обращения и утилизации отработанных ламп. Но в конечном итоге все зависит от человека, а наше общество еще не в полной мере осознает опасность для всего живого, которую несет в себе ртуть.

Схема подключения люминесцентной лампы

с электромагнитным балластом

Подключаются люминесцентные лампы с электромагнитным балластом в соответствии с ниже представленной электрической схемой.

При подаче питающего напряжения на схему, в первоначальный момент времени, полное напряжение питающей сети, пройдя через дроссель, нити накала лампы, прикладывается к выводам стартера. Стартер представляет собой неоновую лампочку с двумя контактами, на одном из которых приварена биметаллическая пластина. Напряжение ионизирует неон и через стартер начинает проходить значительный ток, который разогревает газ и биметаллическую пластину. Пластина изгибается и замыкает выводы стартера. По замкнутой цепи начинает проходить электрический ток и разогревает нити накала лампы.

Разогрев способствует возникновению в лампе свечения при более низком напряжении. Когда лампа засветила, напряжение на стартере падает до величины, неспособной ионизировать неон и стартер автоматически отключается, нити накала обесточиваются и больше не участвует в работе лампы до следующего ее включения. Стартер можно заменить обыкновенной кнопкой, например от электрического звонка. Тогда подав на лампу напряжение, достаточно нажать и удерживать кнопку до тех пор, пока она не зажжется.

Для того, чтобы лампа не вышла из строя, (при разряде в лампе, сопротивление газа в ней резко уменьшается) устанавливается дроссель, который ограничивает ток до требуемой, в зависимости от мощности лампы, величины и за счет самоиндукции обеспечивает надежный запуск лампы. Конденсатор (компенсирующий) служит для уменьшения величины cos φ (повышает КПД) и одновременно подавляет помехи, возникающие во время пуска. Внутри стартера тоже устанавливается конденсатор небольшой емкости, выполняющий функцию расширения импульса пробоя неона, подавления помех и искрогашения.

Достоинства и недостатки схемы подключения люминесцентной лампы

с электромагнитным балластом

Светильники с люминесцентными лампами, выполненные по электрической схеме с электромагнитным балластом имеют простую конструкцию, высокую надёжность и низкую стоимость. Но имеют следующие недостатки: — большое потребление электроэнергии, по мере старения дросселя возрастающий низкочастотный гул, большое время запуска, снижение яркости при температуре ниже 10 °C, не гарантированный запуск при отрицательных температурах, мерцание с частотой 100 Гц (опасно при работе на оборудовании с вращающимися деталями из-за возникновения стробоскопического эффекта, при совпадении частот кажется, что деталь не вращается), мигание лампы при выработке ресурса, большие габариты и вес.

Подключение люминесцентной лампы через электронный балласт

В современных светильниках с люминесцентными лампами вместо дросселя и стартера используется электронный балласт.

Замена дросселя и стартера электронным балластом (пускорегулирующим устройством) позволила избавиться практически от всех выше перечисленных недостатков. Светильники стали намного меньше потреблять электроэнергии и исчезло мерцание света, срок службы ламп, за счет подачи стабильного питающего напряжения увеличился до 50%. У светильников с пускорегулирующим устройством исключена возможность появление акустического шума в виде низкочастотного гула и мигание ламп при неисправности электрической схемы. В дополнение появилась возможность управлять режимом пуска ламп, холодным пуском (лампа зажигается мгновенно), горячим (лампа загорается в течение 0,5-1 секунды) и плавным пуском (постепенное увеличение яркости свечения в течение заданного интервала времени). При этом цена светильников в целом увеличилась незначительно.

Как очевидно со всех точек зрения, замена светильников с электромагнитным балластом на светильники с электронным пускорегулирующим устройством вполне оправдана. Можно существенно сэкономить, если заменить только дроссель и стартер электронным пускорегулирующим устройством, а арматуру светильника оставить старую. Такая работа по силам электрику любой квалификации.

Замена люминесцентных ламп светодиодными лампами

В настоящее время на смену светильникам с линейными люминесцентными лампами появились светодиодные, которые практически не имеют перечисленных выше недостатков. Они отличаются малым потреблением электроэнергии, длительным сроком службы, и не требуют специальной утилизации. В светодиодных светильниках вместо люминесцентных линейных ламп устанавливают светодиодные. Пока такие светильники достаточно дорогие, но можно снизить стоимость замены, если старый светильник с люминесцентными лампами самостоятельно модернизировать, заменив в них люминесцентные лампы светодиодными.

В продаже есть светодиодные лампы, которые по геометрическим размерам и способу подключения полностью взаимозаменяемые с классическими люминесцентными лампами. Инструкция с примером выполнения подобной замены приведена в статье сайта «Как заменить люминесцентные линейные лампы в светильниках светодиодами».

Компактные люминесцентные лампы

Хотя современные линейные люминесцентные лампы имеют множество достоинств, однако для использования в быту они не подходят, так как имеют большие габариты и ограничивают возможности дизайна в квартире. Благодаря техническому прогрессу, появилась возможность трубки линейных ламп изгибать в любую форму и сделать электронный балласт малогабаритным. Запатентована компактная люминесцентная лапа была в 1984 году. Размер компактной лампочки стал соизмерим с лампочками накаливания, и появилась возможность заменять последние без переделки светильников. Совсем недавно компактные лампочки называли энергосберегающими лампами, но с появлением светодиодных ламп, это название стало не соответствовать действительности.

Принцип работы компактной лампы не отличается от принципа работы линейной люминесцентной лампы. Так же на концах трубки имеются две нити накала, между которыми при приложении напряжения возникает дуговой разряд, излучающий ультрафиолетовые волны, под действием которых люминофор начинает светиться.

Срок службы компактной лампы

Срок службы компактных ламп по данным производителей составляет 8000 часов и существенно сокращается от нестабильности питающего напряжения в сети, частотой включения-выключения лампы, работой в условиях пониженной или повышенной температуры окружающей среды. Как показала практика, чаще всего компактные лампы выходят из строя по причине перегорания нитей накала. Второе место занимает отказ радиоэлементов в схеме электронного балласта.

Конструкция компактной лампы

Конструкция компактной лампы представляет собой две чашки из термостойкой пластмассы, в одной закреплена трубка, а на другой установлен цоколь. Компактные лампы, как и лампы накаливания, выпускаются с цоколями Е14, Е27 и E40, это позволяет вкручивать их в существующие светильники вместо ламп накаливания. В полости чашек находится печатная плата, на которой размещена схема пускорегулирующего устройства. Такая конструкция позволяет разобрать лампу, проверить целостность нитей накала и в случае их исправности отремонтировать электронику. Если нить накала в обрыве, то лампа подлежит утилизации.

Часть потребляемой компактной лампочкой мощности теряется и выделяется в схеме пускорегулирующего устройства в виде тепла. Так как в чашках перфорация для циркуляции воздуха для охлаждения отсутствует, то радиоэлементам приходится работать в области предельной температуры. Эти условия существенно снижают срок службы радиоэлементов, особенно высоковольтного электролитического конденсатора. Таким образом, выход из строя радиоэлементов является одной из причин перегорания нитей накала лампы.

Выше приведена типовая электрическая схема пускорегулирующего устройства. Качественное пускорегулирующее устройство должно зажигать лампу спустя 0,5-1 секунду после ее включения, то есть, когда нити накала уже разогрелись. Такой режим включения существенно продлевает срок службы нитей накала и как следствие, самой лампы.

Цветовая температура компактной лампы

В продаже представлены компактные люминесцентные лампы цветовых температур 2700°K, 3300°K, 4200°K, 5100°K, 6400°K. Чем выше число, тем белее излучаемый свет. Лампа с цветовой температурой 2700°K излучает свет, как лампа накаливания, 4200°K светит теплым белым цветом, а 6400°K холодным белым. Восприятие человеком света зависит от времени суток. В дневное время лучше воспринимается белый свет, а в вечернее и ночное – с желтым оттенком, как светит лампа накаливания. Этот факт надо учитывать при выборе компактной лампы.

В настоящее время компактные лампы, еще не успев вытеснить из эксплуатации лампы накаливания, уже морально устарели. На смену им пришли светодиодные лампы, многократно превосходящие по техническим характеристикам люминесцентные лампы.

Эдуард 20.12.2013

Здравствуйте, Александр Николаевич.

Можно ли восстановить работоспособность энергосберегающей лампы в домашних условиях. Внешне целая, включалась только месяц. Лампа «КОСМОС» Е27 4000К. Заранее спасибо.

Александр

Доброго вечера, Эдуард!

Вскройте лампочку, лезвием плоской отвертки можно разъединить части корпуса. Если что-то сгорело (запах гари чувствуется сразу после вскрытия), то в утиль.

Если вздулся электролитический конденсатор (цилиндрической формы, большой на длинных выводах), то замена его вполне может восстановить работоспособность лампочки.

Если внешне все хорошо, то можно прозвонить мультиметром накальные обмотки, их две, провода от них накручены на четырех граненых штырька. Сопротивление должно быть несколько Ом. Если, обрыв в утиль.

Если ничего не обнаружили, то тоже в утиль, так как в данном случае ремонт экономически нецелесообразен.

Бытовое освещение

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, который создает напряжение, примерно в три раза превышающее 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. Катушка с многослойным сердечником часто «залита» в такой материал, как асфальт, чтобы улучшить отвод тепла, а комбинация заключена в стальной корпус.

Существуют также электронные и гибридные балласты, которые выполняют задачи регулирования. Здесь можно добавить описание этих систем. Комментарии и предложения приветствуются. Если есть подробные схемы работы балласта, было бы интересно — не нашел.

Утилизация люминесцентных ламп, Бюро реабилитации и обращения с отходами, Департамент охраны окружающей среды штата Мэн