Люмінесцентна лампа

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Види люмінесцентних ламп
Позначення люмінесцентних ламп у схемотехніці
Свічення лампи в сильному електромагнітному полі під ЛЕП

Люмінесце́нтна (флуоресцентна) ла́мпа, лампа денного світла — 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.

Застосування люмінесцентних ламп[ред.ред. код]

Мінісенсор2 і DALI ЕПРА в світильнику (дозволяють індивідуальне управління кожного світильника)

Люмінесцентні лампи — найрозповсюдженіше й економне джерело світла для створення розсіяного освітлення у 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 низького тиску. Вона є скляною трубкою (колбою), заповненою парами ртуті, з нанесеним на внутрішню поверхню шаром люмінофора.

Історія[ред.ред. код]

Першим пращуром лампи денного світла була лампа Генріха Гайслера, який 1856 року одержав синювате світіння від заповненої газом трубки, збудженої за допомогою соленоїда. На всесвітній виставці в Чикаго (штат Іллінойс, 1893 рік) Томас Едісон вперше показав людству люмінесцентне світіння. 1894 року М. Моор створив лампу, у котрій використовувався азот і вуглекислий газ, що випромінювали рожево-біле світло. Ця лампа мала досить помірний успіх. Пітер Купер Г'юіт 1901 року, 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 мала набагато вищу ефективність, ніж лампи Гайслера чи Еллінойса. 1926 року Едмунд Джермер та його співробітники запропонували збільшити тиск у колбах, а також почали покривати їх флуоресцентним порошком, який перетворював ультрафіолетове світло, що випромінюється збудженою плазмою в однорідне біле 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.

Принцип роботи[ред.ред. код]

Під час роботи люмінесцентної лампи між двома електродами, що розташовані на протилежних кінцях лампи, виникає електричний струм та, як наслідок, електричний розряд. У лампі, яка заповнена парами ртуті, змінний струм призводить до появи УФ-випромінювання. Це випромінювання невидиме для людського ока, тому його перетворять у видиме світло за допомогою явища люмінесценції. Для цього внутрішні стінки лампи покриті спеціальною речовиною — люмінофором, що поглинає УФ-випромінювання і випромінює видиме світло. Змінюючи склад люмінофора, можна змінювати відтінок одержаного світла.

Електрод ультрафіолетової лампи з прозорою колбою, без люмінофору
Електромагнітний баласт (дросель) для люмінесцентної лампи на 20Вт з зображенням принципової схеми підключення виробництва СРСР, 1987 рік

Особливості підключення[ред.ред. код]

Сучасний електромагнітний баласт
Схема підключення лінійної ЛЛ з електромагнітним баластом: а-мережевий вхід 220В, b-дросель, d-стартер, c-компенсаційний конденсатор, е-біметалевий електрод, f-конденсатор

Обмеження струму[ред.ред. код]

З погляду електротехніки люмінесцентна лампа — пристрій зі слабким опором (чим більший струм через неї проходить — тим більше знижується її опір). При цьому газовий розряд у лампі відбувається при відносно сталій напрузі на електродах лампи, яка в основному визначається щільністю парів ртуті та довжиною лампи і становить для різних ламп біля 60-120В. Тому за безпосереднього підключення до електричної мережі з більшою напругою, лампа дуже швидко вийде з ладу через стрімке зростання струму, що буде проходити крізь неї при такому підключенні. Щоб запобігти цьому, лампи до мережі підключають через спеціальний пристрій обмеження струму (баласт).

У найпростішому випадку, баластом може бути звичайний резистор, однак у такому баласті значна кількість енергії буде втрачена на нагрів баласту. Щоб уникнути цих втрат при живленні ламп змінним струмом як баласт застосовують реактивний опір (конденсатор або котушка індуктивності).

На сьогодні, найбільше поширення одержали два типи баластів — електромагнітний і електронний.

Електромагнітний баласт[ред.ред. код]

Виготовлений у СРСР електромагнітний баласт «1УБИ20» був значним проривом у цій області. Вадою 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 або кнопка.

Перевагами такого типу баласту є його простота, відносна дешевина, великий термін експлуатації та висока надійність.

Вади — мерехтіння ламп із частотою вдвічі більшою від частоти мережевої напруги (частота мережевої напруги в Україні дорівнює 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 (приблизно на 20 %) в порівнянні з електронним баластом, більші габарити, маса, металоємність. Дросель також, може видавати низькочастотний гул та нагріватись.

Крім перерахованих вище хиб, можна відзначити ще одну. Під час спостереження певного предмету 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 свердлильного 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.

Механізм запуску лампи з електромагнітним баластом[ред.ред. код]

Стартер
Електромагнітний баласт, ПРА B2-класу (Helvar)

У класичній схемі включення з електромагнітним баластом для автоматичного регулювання процесу запалювання лампи застосовується пускач (стартер), що являє собою мініатюрну газорозрядну лампочку з неоновим наповненням і двома металевими електродами. Один електрод пускача нерухомий жорсткий, інший — біметалевий, що згинається при нагріванні. У початковому 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. 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 поспіль унаслідок відхилень у взаємозалежних між собою характеристик пускача і лампи.

Електронний баласт[ред.ред. код]

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, у порівнянні з електромагнітним баластом.

За використання електронного баласту, можливо домогтися миттєвого запуску лампи (холодний старт), однак такий режим несприятливо позначається на терміні служби лампи.

За використання схем з попереднім підігрівом електродів (плавний старт) лампа запалюється із затримкою, однак, цей режим дозволяє збільшити термін служби лампи. В таких схемах використовуються позистори або терморезистори.

  • ЕПРА для 1-10В системи. Ними можна керувати у групі або окремо. Можна з'єднати давач денного світла і тоді, у світлий час дня, давач зменшує яскравість лампи. Особливо популярний у шкільних класах, інститутах і переговорних кімнатах.

Останнім часом замість нього стали використовувати нові цифрові ЕПРА за протоколом DALI.

  • ЕПРА за DALI-протоколом, дозволяють індивідуальне керування кожного світильника, і тому він дуже енергоефективний. Керування освітленням можна робити за допомогою давачів присутності та денного світла. Вимикачів більше не потрібно, коли автоматика вмикає у потрібному місці світло та вимикає, коли нікого більше немає у приміщенні.
  • Останні роки у Європі у багатьох школах, лікарнях та офісах старе освітлення замінюють новими системами керування, завдяки чому досягається енергозбереження від 60 % до 82 %.

Прості та дешеві схеми електронних баластів не розраховано на ввімкнення у мережу без навантаження (за відсутній, або знятій лампі). У такому разі, схеми виходять з ладу. Тому більшість люмінесцентних світильників продаються у комплекті з лампами.

Прості та дешеві схеми також можуть вийти з ладу у разі перегоряння/обриву електроду лампи.

Причини виходу з ладу[ред.ред. код]

Електроди люмінесцентної лампи — вольфрамові нитки, покриті пастою (активною масою) з осно́вних 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 увімкненнях, 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 часто спостерігається 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 виходять з ладу. Електроди лампи постійно розігріваються і, зрештою, одна з ниток перегорає. Це відбувається приблизно через 2—3 дні, залежно 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.

Дугові компактні люмінесцентні лампи з вбудованим електронним баластом зі знятим кожухом

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 або вихід з ладу електронного баласту (залежить від його конструкції).

Іноді в лампах з електронним баластом виходить з ладу саме електронний баласт. Це може відбуватись внаслідок перегріву, наприклад, якщо компактна лампа з вбудованим електронним баластом розташована цоколем вгору і робоча температура такої лампи досить висока.

Наступним фактором є стрибки напруги та підвищена напруга в мережі.

У процесі експлуатації лампи робоча напруга та струм поступово підвищуються внаслідок зносу електродів лампи. При використанні дешевших аналогів компонентів електронних баластів з малим запасом по напрузі та струму такі схеми виходять з ладу.

Спектр випромінювання: безперервний 60-ватної лампи розжарювання (вгорі) і лінійчастий 11-ватної компактної люмінесцентної лампи (внизу)

Люмінофори і спектр випромінюваного світла[ред.ред. код]

Спектр[ред.ред. код]

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.

Типовий спектр люмінесцентної лампи

У багатьох дешевих лампах застосовується галофосфатний люмінофор, що випромінює в здебільшого 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 «п'ятилінійний» люмінофор. Це дозволяє домогтися рівномірнішого розподілу випромінювання у 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.

Індекс кольоропередачі[ред.ред. код]

Індекс світлової температури

Маркування, що застосовується для означення натуральності відображуваного від предметів світла лампи. Чим ближче до 10-ти, тим кольори предметів здаватимуться природнішими:

  • 9 — відмінно;
  • 8-9 — дуже добре;
  • 7-8 — добре;
  • 6-7 — задовільно.

Для домівки рекомендується лампа з індексом не нижче «8».

Індекс світлової температури[ред.ред. код]

Маркування що розрізняє лампи за ступенем «теллоти» випромінюваного світла:

  • < 35 (менше 3500 Кельвін) — теплий колір, світло такої кольорової температури аналогічне до світла лампи розжарювання, воно створює атмосферу комфорту та захищеності, використовується в основному для домашнього освітлення;
  • 35-53 (3500-5300 К) — нейтральний колір, м'яке біле світло, ідеально пристосоване для офісного освітлення;
  • > 53 (понад 5300 К) — холодний колір, використовується для офісного та промислового освітлення.

Для дому рекомендуються лампи з індексом «27».

Фітолампи[ред.ред. код]

Фітолампи — це різновид люмінесцентних ламп, які створені та використовуються спеціально для штучного освітлення рослин. Фітолампи мають більш червоний та синій спектри, ніж звичайні люмінесцентні лампи. Ці спектри необхідні для фотосинтезу рослин. Саме вони забезпечують ріст та розвиток рослин.

Типи ламп[ред.ред. код]

Колбні або лінійні лампи[ред.ред. код]

Лінійна лампа OSRAM, індекс кольоропередачі 8, індекс світлової температури 4000 К (природне світло або прохолодний білий), потужність 14 Ват

За стандартами CIE 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.

Лінійні лампи розрізняють за довжиною трубки (зазвичай довжина трубки пропорційна потужності), діаметром трубки та типом цоколя (наприклад: G13 — відстань між контактами 13 мм)[1].

Потужність лампи Довжина колби
з цоколем G13, мм
Напруга горіння,
В
Струм,
А
15 Вт 450 58 0.3
18 Вт 600 60 0.35
30 Вт 900 108 0.34
36 Вт 1200
40 Вт 1200 108 0.41
58 Вт 1500
80 Вт 1500 108 0.82
Позначення Діаметр у дюймах Діаметр в мм
T4 4/8 12,7
T5 5/8 15,9
T8 8/8 25,4
T10 10/8 31,7
T12 12/8 38,0

Компактні лампи[ред.ред. код]

Універсальна лампа Osram для всіх типів цоколів G24

Це лампи із зігнутою трубкою. Розрізняються за типом цоколя на (G23, G24Q1, G24Q2, G24Q3) — без вбудованого баласту. Баласт розміщується у світильнику.

Випускаються також лампи під стандартні патрони E27 і E14 з вбудованим баластом, 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 становить від 6000 до 15000 годин.

G23[ред.ред. код]

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.

G24[ред.ред. код]

Лампи G24Q1, 24Q2 і G24Q3 не мають вбудованого 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).

Утилізація[ред.ред. код]

Усі люмінесцентні лампи містять ртуть (у дозах від 40 до 70 мг), яка є отруйною речовиною і відносяться до I класу небезпеки для навколишнього середовища[2]. Ця доза може заподіяти шкоду здоров'ю, якщо лампа розбилася. Якщо постійно піддаватися згубному впливові пари ртуті, то вона буде накопичуватися в організмі людини, шкодячи здоров'ю. Подібно до утилізації батарейок, утилізацію лампочок в Україні забезпечують переважно добровольці та оперативно-рятувальна служба[3].

Виробників люмінесцентних ламп в Україні[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]