Люмінесцентні лампи
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Люмінесце́нтна ла́мпа — газорозрядне джерело світла, світловий потік якого визначається в основному світінням люмінофорів під впливом ультрафіолетового випромінювання розряду: широко застосовується для загального освітлення, оскільки світлова віддача і термін служби в кілька разів більший, ніж у ламп з ниткою розжарювання того ж призначення.
Зміст |
[ред.] Застосування люмінесцентних ламп
Люмінесцентні лампи — найбільш розповсюджене й економічне джерело світла для створення розсіяного освітлення в приміщеннях нежитлових будинків: офісах, школах, навчальних і дослідницьких інститутах, лікарнях, магазинах, банках, підприємствах. З появою сучасних компактних люмінесцентних ламп, призначених для встановлення в звичайні патрони E27 або ж E14 замість ламп з ниткою розжарювання, вони стали завойовувати популярність і в побуті. Застосування електронних пускорегулюючих пристроїв (баластів) замість традиційних, електромагнітних, дозволяє ще більше поліпшити характеристики люмінесцентних ламп — позбутися від мерехтіння і гудіння, збільшити економічність, підвищити компактність та зручність.
Головними перевагами люмінесцентних ламп у порівнянні з лампами з ниткою розжарювання є висока світловіддача (люмінесцентна лампа у 23 Вт дає таку ж освітленість як 100 Вт лампа розжарювання) і тривалий термін служби (6000-20000 годин проти 1000 годин). Це дозволяє люмінесцентним лампам заощаджувати значні кошти, незважаючи на вищу початкову ціну.
Застосування люмінесцентних ламп особливо доцільне у випадках, коли висока освітленість потрібна в приміщенні тривалий час, оскільки вмикання для цих ламп є найнебезпечнішим режимом і постійні вмикання-вимикання сильно знижують термін їхньої служби. Найбільш розповсюдженим різновидом подібних джерел світла є ртутна люмінесцентна лампа. Вона є скляною трубкою (колбою), заповненою парами ртуті, з нанесеним на внутрішню поверхню шаром люмінофора.
[ред.] Історія
Першим пращуром лампи денного світла була лампа Генріха Гайслера, який у 1856 році одержав синювате світіння від заповненої газом трубки, збудженої за допомогою соленоїда. У 1893 році на всесвітній виставці в Чикаго, штат Іллінойс, Томас Едісон вперше показав людству люмінесцентне світіння. У 1894 році М. Ф. Моор створив лампу, у якій використовувася азот і вуглекислий газ, що випромінювала рожево-біле світло. Ця лампа мала досить помірний успіх. У 1901, Пітер Купер Г'юіт демонстрував ртутну лампу, яка світилася синьо-зеленим кольором, і в такий спосіб була непридатна для практичних застосувань. Її дизайн, однак, був дуже наближеним до сучасного, і лампа маланабагато вищу ефективність, ніж лампи Гайслера чи Еллінойса. У 1926 році Едмунд Джермер та його співробітники запропонували збільшити операційний тиск у колбах, а також почати покривати їх флуоресцентним порошком, який перетворював ультрафіолетове світло, що випромінюється збудженою плазмою у одноріше біло-кольорове світло. Е. Джермер сьогодні визнаний як винахідник лампи денного світла. General Electric пізніше викупила патент Е. Джермера, і під керівництвом Джорджа Е. Інмана забезпечила лампам денного світла широке комерційне використання, починаючи з 1938 року.
[ред.] Принцип роботи
При роботі люмінесцентної лампи між двома електродами, що знаходяться на протилежних кінцях лампи виникає електричний розряд. У лампа, яка заповнена парами ртуті,змінний струм приводить до появи УФ-випромінювання. Це випромінювання невидиме для людського ока, тому його перетворять у видиме світло за допомогою явища люмінесценції Внутрішні стінки лампи покриті спеціальною речовиною — люмінофором, що поглинає УФ-випромінювання і виділяє видиме світло. Змінюючи склад люмінофора можна змінювати відтінок одержаного світла.
[ред.] Особливості підключення
З погляду електротехніки люмінесцентна лампа — пристрій зі слабким опором (чим більший струм через неї проходить — тим більше падає її опір). Тому при безпосередньому підключенні до електричної мережі лампа дуже швидко вийде з ладу через величезний струм, що проходить через неї. Щоб запобігти цьому, лампи до мережі підключають через спеціальний пристрій (баласт).
У найпростішому випадку це може бути звичайний резистор, однак у такому баласті втрачається значна кількість енергії. Щоб уникнути цих утрат при ввімкненні ламп від мережі змінного струму як баласт може застосовуватися реактивний опір (конденсатор або котушка індуктивності).
В даний час найбільше поширення одержали два типи баластів — електромагнітний і електронний.
Виготовленний у СРСР електромагнітний баласт «1УБИ20» був значним проривом у цій області. Недоліком був його низький ККД, тому що реактивна потужність баласту більша від потужності лампи.
Електромагнітний баласт - це індуктивний опір (дросель), який підключається послідовно з лампою. Для запуску лампи з таким типом баласту потрібний також стартер. Перевагами такого типу баласту є його простота і відносна дешевина. Недоліки - мерехтіння ламп із частотою вдвічі більшою від частоти мережевої напруги (частота мережевої напруги в Україні (СНД) = 50 Гц), що підвищує стомлюваність і може негативно позначатися на зорі людини, відносно довгий запуск (звичайно 1-3 сек, час збільшується в міру зносу лампи), більше споживання енергії в порівнянні з електронним баластом. Дросель також може видавати низькочастотний гул.
Крім перерахованих вище недоліків, можна відзначити ще один. При спостереженні певного предмета з обертовим або коливальним рухом з частотою рівною або кратною частоті мерехтіння люмінесцентних ламп з електромагнітним баластом такі предмети будуть здаватися нерухомими через так званий ефект стробування. Наприклад, цей ефект може відбуватися на шпилі токарного або сверлильного верстата, циркулярної пили, мішалки кухонного міксера, блоці ножів вібраційної електробритви. Щоб уникнути травмування на виробництві заборонено використовувати люмінесцентні лампи для освітлення рухомих частин верстатів і механізмів без додаткового підсвічування лампами розжарювання.
[ред.] Електронний баласт
Електронний баласт - це електронна схема, що перетворює напругу мережі у високочастотний (20-60 кГц) змінний струм, який живить лампу. Перевагами такого баласту є відсутність мерехтіння і гулу, компактніші розміри й менша маса в порівнянні з електромагнітним баластом. При використанні електронного баласту можливо домогтися миттєвого запуску лампи (холодний старт), однак такий режим несприятливо позначається на терміні служби лампи, тому застосовується і схема з попереднім прогрівом електродів протягом 0,5-1 сек (гарячий старт). Лампа при цьому запалюється із затримкою, однак цей режим дозволяє збільшити термін служби лампи.
[ред.] Механізм запуску лампи з електромагнітним баластом
У класичній схемі включення з електромагнітним баластом для автоматичного регулювання процесу запалювання лампи застосовується пускач (стартер), що представляє собою мініатюрну газорозрядну лампочку з неоновим наповненням і двома металевими електродами. Один електрод пускача нерухомий жорсткий, інший — біметалічний, що згинається при нагріванні. У вихідному стані електроди пускача розімкнуті. Пускач включається паралельно лампі. У момент включення до електродів лампи і пускача прикладається повна напруга мережі, тому що струм через лампу відсутній і падіння напруги на дроселі дорівнює нулеві. Електроди лампи холодні і напруги мережі недостатньо для її запалювання. Але в пускачі від прикладеної напруги виникає розряд, у результаті якого струм проходить через електроди лампи і пускача. Струм розряду малий для розігріву електродів лампи, але достатній для електродів пускача, від чого біметалева пластинка, нагріваючись, згинається і замикається з жорстким електродом. Струм у спільному колі зростає і розігріває електроди лампи. У наступний момент електроди пускача остигають і розмикаються. Миттєвий розрив кола струму викликає миттєвий пік напруги на дроселі, що ініціює запалювання лампи. До цього моменту електроди лампи вже досить розігріті. Розряд у лампі виникає спочатку в середовищі аргону, а потім, після випаровування ртуті, стає ртутним ртутного. У процесі горіння напруга на лампі й пускачі складає біля половини напруги мережі за рахунок падіння напруги на дроселі, що запобігає повторному спрацьовуванню пускача. У процесі запалювання лампи пускач іноді спрацьовує кілька разів підряд унаслідок відхилень у взаємозалежних між собою характеристик пускача і лампи.
[ред.] Причини виходу з ладу
Електроди люмінесцентної лампи - вольфрамові нитки, покриті пастою (активною масою) з основних металів. Ця паста і забезпечує стабільний тліючий розряд, якби її не було, вольфрамові нитки дуже швидко перегрілися б і згоріли. У процесі роботи паста поступово обсипається з електродів, вигорає, випаровується, особливо при частих ввімкненнях, коли якийсь час розряд відбувається не по всій площі електрода, а на невеликій ділянці його поверхні, що приводить до локального перегріву. Звідси потемніння на кінцях лампи, яке спостерігається часто ближче до закінчення терміну служби. Коли паста вигорить цілком, струм у лампі починає падати, а напруга, відповідно, зростати. Це приводить до того, що починає постійно спрацьовувати стартер — звідси усім відоме миготіння ламп, що вийшли з ладу. Електроди лампи постійно розігріваються і, зрештою, одна з ниток перегорає. Це відбувається приблизно через 2 — 3 дні, у залежності від виробника лампи. Після цього хвилину-другу лампа горить без усіляких мерехтінь, але це останні хвилини в її житті. В цей час розряд відбувається на залишках перегорілого електрода, на якому вже немає пасти з основних металів, залишився тільки вольфрам. Ці залишки вольфрамової нитки дуже сильно розігріваються, через що частково випаровуються, або обсипаються, після чого розряд починає відбуватися за рахунок траверси (це дротик, до якого кріпиться вольфрамова нитка з активною масою), вона частково оплавляється. Після цього лампа знову починає мерехтіти. Якщо її виключити ще раз, повторне запалювання буде неможливим. На цьому все закінчується. Вищесказане справедливо при використанні електромагнітних баластів. Якщо ж застосовується електронний баласт, усе відбудеться трохи інакше. Поступово вигорить активна маса електродів, після чого буде відбуватися дедалі більший їхній розігрів, таким чином рано чи пізно одна з ниток перегорить. Відразу ж після цього лампа згасне без миготіння та будь-якого мерехтіння, що передбачає автоматичне відключення конструкції електронного баласту.
[ред.] Люмінофори і спектр випромінюваного світла
Багато людей вважають світлове випромінювання люмінесцентних ламп грубим і неприємним. Колір предметів освітлених такими лампами може бути трохи незвичним. Частково це відбувається через сині і зелені лінії в спектрі випромінювання газового розряду в парах ртуті, частково через тип застосовуваного люмінофора.
У багатьох дешевих лампах застосовується галофосфатний люмінофор, що випромінює в основному жовте і синє світло, у той час як червоного і зеленого випромінюється набагато менше. Така суміш кольорів оку здається білим, однак при відображенні від предметів світло може містити неповний спектр, що сприймається як перекручування кольору. Однак такі лампи як правило мають дуже високу світлову віддачу.
У дорожчих лампах використовується «трилінійний» і «пятилінійний» люмінофор. Це дозволяє домогтися рівномірнішого розподілу випромінювання по видимому спектру, що приводить до натуральнішого відтворення світла. Однак такі лампи, як правило, мають нижчу світлову віддачу.
Також існують люмінесцентні лампи, призначені для освітлення приміщень, у яких утримують птахів. Спектр цих ламп містить ближній ультрафіолет, що дозволяє створити для них комфортніше освітлення, наблизивши його до природного, тому що птахи, на відміну від людей, мають чотирикомпонентний зір.
[ред.] Колбні (люмінесцентні) лампи
За стандартам ISO лампи денного світла умовно розділяються на колбні та компактні. Радянська люмінесцентна лампа потужністю 20 Вт («ЛБ-20»). Сучасний європейський аналог цієї лампи — T8 18W. Це лампи у формі скляної трубки. Вони розрізняються за діаметрами і за типом цоколя, мають наступні позначення: T5 ((діаметр 5/8 дюйма=1.59 см), T8 (діаметр 8/8 дюйма=2.54 см), T10 (діаметр 10/8 дюйма=3.17см) і T12 (діаметр 12/8 дюйма=3.80 см)). Лампи такого типу часто можна побачити в промислових приміщеннях, офісах, магазинах і т. д.
[ред.] Компактні лампи
Це лампи із зігнутою трубкою. Розрізняються за типом цоколя на (G23,G24Q1,G24Q2, G24Q3). Випускаються також лампи під стандартні патрони E27 і E14, що дозволяє використовувати їх у звичайних світильниках замість ламп розжарювання. Перевагою компактних ламп є стійкість до механічних ушкоджень і невеликі розміри. Цокольні гнізда для таких ламп дуже прості для монтажу в звичайні світильники, термін служби таких ламп складає від 6000 до 15000 годин.
[ред.] G23
У лампи G23 посередині цоколя розташований стартер, для запуску лампи додатково необхідний тільки дросель. Потужність цієї лампи звичайно не перевищує 14 Вт. Основне застосування — настільні лампи, найчастіше зустрічаються у світильниках для душових і ванних кімнат. Цокольні гнізда таких ламп мають спеціальні отвори для монтажу в звичайні настінні світильники.
[ред.] G24
Лампи G24Q1,G24Q2 і G24Q3 не мають убудованого стартера, їхня потужність як правило від 13 до 36 Вт. Вони застосовуються як у промислових, так і в побутових світильниках. Стандартний цоколь G24 можна кріпити як шурупами, так і на купол (сучасні моделі світильників).
[ред.] Утилізація
Усі люмінесцентні лампи містять ртуть (у дозах від 40 до 70 мг), яка є отруйною речовиною. Ця доза може заподіяти шкоду здоров'ю, якщо лампа розбилася. Якщо постійно піддаватися пагубному впливові пари ртуті, то вона буде накопичуватися в організмі людини, шкодячи здоров'ю. Після закінчення терміну служби лампу, як правило, викидають будь-куди. На проблеми утилізації цієї продукції в Україні не звертають уваги ні споживачі, ні виробники, хоча існують фірми, що займаються утилізацією.
