Принцип работы и устройство ламп дневного света

Лампы дневного света – это осветительные приборы, которые позволяют экономить электроэнергию по сравнению с классическими источниками света. Люминесцентные лампы применяются для освещения жилых, рабочих и производственных помещений. Их работа основывается на эффекте люминесценции. Чтобы выбрать подходящую лампочку, нужно знать конструктивные особенности и технические характеристики.

Принцип работы

Люминесцентная лампа – это газоразрядный источник света. Излучение происходит из-за реакции смеси газов, находящихся в колбе. Раньше подобные приборы практически не использовались в бытовых условиях, так как считалось, что они могут навредить зрению. Но после проведения исследований ученые пришли к выводу, что лучи отлично воспринимаются человеческим глазом. Из чего состоит люминесцентная лампа, зависит от ее предназначения. Смесь паров внутри может быть различной.

Конструктивно устройство представляет собой стеклянную трубчатую колбу, на внутреннюю поверхность которой нанесен люминофор. На торцах расположены электроды. Внутри трубки – пары ртутит и смесь газов.

Принцип работы люминесцентной лампы заключается в следующем:

• Под действием электрического поля в лампочке возникает газовый разряд.
• Ток, который проходит через пары, вызывает ультрафиолетовое излучение, из-за чего начинает светиться люминофор.

Колба сделана из стекла, которое не пропускает УФ лучи, а дает лишь видимый свет. Исключение – бактерицидные лампы, для применения которых нужно испускание ультрафиолета.

Преимущества люминесцентных ламп дневного света:

• высокая световая отдача;
• экономия электричества;
• прочность – для изготовления плафонов используются качественные материалы;
• длительность работы;
• разнообразие форм и размеров;
• широкий диапазон цветовых температур;
• создает теплый естественный свет, близкий к дневному излучению.

Недостатки:

• наличие в составе ламы вредных компонентов (ртуть);
• сложность утилизации;
• ограничения по количеству циклов включения и выключения;
• чувствительность к влажности;
• полное включение происходит не сразу;
• может гудеть и мерцать во время работы;
• зависимость стабильной работы от температуры.

Оптимальной рабочей температурой устройства является +20 градусов. Допустимый диапазон – 55 градусов, но он постоянно расширяется с развитием технологий и использованием электронных балластов.

Стоимость лампочек дневного света ниже, чем у светодиодов. Но она больше, чем у ламп накаливания или галогенных приборов.

Разновидности ламп дневного света

Классификация люминесцентных ламп может проводиться по мощности, температуре, форме, способу установки, длине. К самым распространенным относятся лампы высокого и низкого давления. Приборы высокого давления используются на улицах и в светильниках большой мощности. Лампочки низкого давления подходят для люстр в жилых и производственных помещениях.

По типу установки источники света классифицируются на следующие группы:

• подвесные;
• переносные;
• потолочные;
• настенные.

 

По строению лампы бывают:

• компактные;
• кольцевые;
• U образные;
• прямые.

Чаще всего для освещения используется кольцевая и прямая короткая или длинная лампа. Также активно применяются приборы, работающие от аккумулятора или батареек.

Область применения

Лампы дневного света получили широкое распространение благодаря своим преимуществам. Они используются для освещения в домах и квартирах, офисах, производствах и складах, в уличной подсветке и световой рекламе.

В зависимости от спектра цветопередачи лампы бывают:

• аналогичные солнечному излучению – используются в подсветке офисов, производственных цехов, административных организациях;
• с повышенной цветопередачей – подходят для выставок, галерей, музеев, больниц, организаций по продаже красителей, тканей и других художественных приспособлений;
• с повышенным излучением в красном и синем спектре – используются для подсветки аквариумов, теплиц, в магазинах растений, оранжереях;
• со смещением в синюю и УФ часть спектра – декорирование аквариумов;
• свет в УФ спектре – солярии;
• УФ излучение повышенной мощности – антибактериальные лампы.

До активного использования светодиодов люминесцентные светящиеся лампочки применялись для подсветки жидкокристаллических мониторов. Мощные люминесцентные приборы применяются в уличном освещении трасс, стадионов, площадок.

Технические характеристики

К основным техническим характеристикам относятся:

• Цветопередача. Это одна из главных характеристик источника света. Определяется составом люминофора. Люминесцентные приборы имеют широкую цветовую гамму благодаря множеству различных составов. Самые распространенные для домашнего использования – устройства с цветовой температурой 2700 К, дающие теплый естественный оттенок. В рекламной и архитектурной подсветке используются приборы разных цветов – розовые, голубые.
• Цоколь. Можно выделить 2 формы цоколя в зависимости от конструкции – штырьковые и патронные. Штырьковые цоколи используются в светильниках, в которые устанавливается U образная колба. Патронные цоколи имеют классический внешний вид с резьбой разного диаметра. Применяются в домашних светильниках.
• Напряжение. Рабочее питание – 220 В, реже используется последовательное подключение дух ламп, работающее на 127 В.
• Мощность. Самые распространенные – лампы на 18 В. Есть более мощные источники для прожекторов, достигающие 80 Вт.
• Срок службы. Может достигать 40000 часов.
• КПД выше 20%.
• Физические размеры. Например, лампы Армстронг имеют стандартные размеры под ячейку 600х600 мм.
• Степень защиты от пыли и влаги. Определяет возможность безопасной работы при определенных климатических условиях.
• Материал изготовления. Пластик, металл и другие.

При выборе лампы нужно учитывать технические характеристики, а также параметры светильника, в который источник света будет установлен.

Подключение к сети

Газоразрядные источники света не могут подключаться напрямую к электросети. Это связано с тем, что в выключенном состоянии у лампы повышенное сопротивление, поэтому для зажигания нужен импульс высокого напряжения. После появления заряда у лампочки появляется отрицательное дифференциальное сопротивление, что требует включения в цепь дополнительного резистора. В ином случае источник света сломается.

Чтобы решить эти проблемы, применяются балласты. К самым распространенным относятся два вида —  электромагнитные балласты ЭмПРА и электронные балласты ЭПРА.

ЭмПРА

Устройства с электромагнитным пускорегулирующим аппаратом представляют собой дроссель, у которого есть набор индуктивных сопротивлений. Он подключается параллельно люминесцентному источнику определенной мощности. С помощью дросселя формируется запускающий импульс и ограничивается электрический ток, проходящий через лампочку. К преимуществам относятся:

• высокая надежность;
• простота конструкции;
• долгий срок службы.

Недостатки:

• длительность запуска составляет 1-3 секунды;
• требуется большее количество энергии по сравнению с ЭПРА;
• гудение;
• мерцание;
• крупные размеры;
• не работает при отрицательных температурах.

В схеме подключения используется стартер, который представляет собой неоновую лампу, подключенную параллельно конденсатору. У стартера есть 2 электрода – жесткий неподвижный и биметаллический, который изгибается при нагреве. Электроды в обычном состоянии разомкнуты, они замыкаются при подаче электрического тока.

Для создания резонансного контура параллельно подключается конденсатор с малой емкостью. Это помогает сформировать импульс большой длительности для зажигания лампочки.

ЭПРА

Электронный пускорегулирующий аппарат отличается отсутствием мигания лампочки. Он питает источник света высокочастотным напряжением, достигающем 133 кГц. Есть 2 вида ЭПРА по способу запуска:

• холодный – лампочка светится сразу же после включения, подходит для светильников, которые используются редко;
• горячий запуск – электроды прогреваются, лампа загорается через 0,5 – 1 сек.

Преимущества:

• быстрый запуск;
• потребление энергии ниже на 20-25%;
• меньше материальных затрат на утилизацию;
• наличие в продаже устройств с диммером.

По сравнению с лампами, использующими электромеханический балласт, для работы ЭПРА не требуется стартер. Балласт может самостоятельно сформировать необходимую последовательность напряжений. Есть разные способы запуска ламп. Обычно применяется подогрев катодов напряжением большей частоты, чем сетевое.

В контуре компоненты выбираются таким образом, чтобы при отсутствии заряда возникал электрический резонанс. Он приводит к повышению напряжения между катодами. Это приводит к более легкому зажиганию лампочки.

Основные неисправности

К основным причинам, по которым люминесцентные лампы дневного света выходят из строя, относятся:

• Износ вольфрамовой нити. Из вольфрамовой нити, которая покрыта активной массой, делаются электроды. Со временем покрытие разрушается и осыпается, из-за чего нить выходит из строя.
• Постоянное срабатывание стартера в лампочках с ЭмПРА. Оно напрямую связано с выгоранием электродов. При постоянном срабатывании стартеров светильник начинает мигать, что негативно сказывается на здоровье человека.
• Неисправность дросселя. Если сломался дроссель, электрический ток в цепи значительно возрастает, из-за чего резко нагреваются электроды. Под действием высоких температур электроды разрушаются, и лампа перестает работать.
• Некачественная защита в лампах с ЭПРА. В приборах с электронным балластом устанавливается схема автоматического отключения при перегорании лампы. В дешевых устройствах неизвестного производителя защита может быть некачественной или отсутствовать вовсе. Это приводит к повышению напряжения и перегоранию транзисторов балласта.
• Неправильный выбор конденсатора. Если конденсатор не подходит под мощность лампы, произойдет пробой.

Если лампа сломалась, осуществить самостоятельный ремонт сложно. Рекомендуется обратиться к специалисту или приобрести новый прибор.

Маркировка люминесцентных ламп

Есть 2 типа маркировки люминесцентных ламп – отечественная и зарубежная.

Отечественная маркировка записывается в цифробуквенном виде:

• Первая буква – Л, обозначает «лампа».
• Вторая характеризует световой поток (Д – дневной, ХБ – холодный белый, ТБ – теплый белый, ЕБ – естественный белый, Б – белый, УФ – ультрафиолет, К – красный, З – зеленый, Г – голубой, С – синий, Ж – желтый).
• Третья буква – качество цветопередачи. Бывает Ц – улучшенное качество и ЦЦ – особо высокая цветопередача.
• Четвертая буква – конструкция. А – амальгамная, К – кольцевая, У – U-образная, Б – быстрого запуска, Р – рефлектнорая.
• Цифра обозначает мощность лампы в Ватт.

Также естественный белый цвет может маркироваться символами ЛЕ — естественный и ЛХЕ – холодный естественный.

Лампы специального назначения также имеют свою маркировку. Буквами ЛН, ЛК, ЛЗ, ЛЖ, ЛР, ЛГР, ЛУФ маркируются лампы цветного свечения.

В зарубежной маркировке используется трехзначный код и подпись на английском языке. В цифровой форме записывается индекс цветопередачи (первая цифра в формате 1х10 Ra) и цветовая температура (последние 2 цифры). В домах применяются источники с маркировкой 830, 840, 930.

Утилизация лампочек

Вредные вещества, входящие в состав лампы, требуют особой утилизации прибора после выхода из строя. Выбрасывать лампы вместе с бытовым мусором запрещено – это может привести к ухудшению экологической среды.

Чтобы правильно утилизировать приборы, созданы специальные пункты сбора. Они есть в управляющих компаниях района, это прописано по закону. Сдать лампочку можно бесплатно.