Как работают люминесцентные лампы: Принцип работы люминесцентной лампы и ее устройство

Разное

Содержание

Принцип работы люминесцентной лампы и ее устройство

люминесцентная лампа

Принцип работы люминесцентной лампы базируется на эффекте классической люминесценции.

Электрическим разрядом в ртутных парах создаётся ультрафиолетовое излучение, преобразуемое посредством люминофора в видимое свечение.

При самостоятельном подключении и ремонте таких осветительных приборов учитываются особенности устройства и принцип их действия.

Устройство люминесцентной лампы

Люминесцентная лампа относится к категории классических разрядных источников освещения низкого давления. Стеклянная колба такой лампы всегда имеет цилиндрическую форму, а наружный диаметр может составлять 1,2см, 1,6см, 2,6см или 3,8см.

Цилиндрический корпус чаще всего прямой или U-изогнутый. К торцевым концам стеклянной колбы герметично припаиваются ножки с электродами, выполненными из вольфрама.

устройство электроприбора

Устройство лампочки

Внешней стороной электроды подпаиваются к цокольным штырям. Из колбы осуществляется тщательное откачивание всей воздушной массы через специальный штенгель, расположенный в одной из ножек с электродами, после чего происходит заполнение свободного пространства инертным газом с ртутными парами.

На некоторые типы электродов в обязательном порядке производится нанесение специальных активирующих веществ, представленных окислами бария, стронцием и кальцием, а также незначительным количеством тория.

Схема

Стандартная схема подключения люминесцентной лампы значительно сложнее, нежели процесс включения традиционной лампы накаливания.

Требуется применять особые пусковые устройства, качественные и мощностные характеристики которых оказывают непосредственное влияние на сроки и удобство эксплуатации осветительного прибора.

вариант подключения лампы

Схема подключения люминесцентных ламп без дросселя и стартера

В настоящее время практикуется несколько схем подключения, которые отличаются не только по уровню сложности выполняемых работ, но и набором используемых в схеме устройств:

  • подключение с применением электромагнитного балласта и стартера;
  • подключение с электронным пускорегулирующим аппаратом.

Второй вариант подключения предполагает генерирование высокочастотного тока, а сам непосредственный запуск и процесс работы осветительного прибора запрограммированы электронной схемой.

чертеж подключения лампочки

Схема подключения лампы с дросселем и стартером

Чтобы правильно выполнить подключение осветительного прибора, необходимо знать устройство дросселя и стартера, а также учитывать правила подключения такого оборудования.

Как загорается люминесцентная лампа?

Как работает люминесцентная лампа? Функционирование люминесцентного осветительного прибора обеспечивается следующими поэтапными действиями:

  • на электроды, расположенные на цокольных штырях, подаётся напряжение;
  • высокое сопротивление газовой среды в лампе провоцирует поступление тока через стартер с образованием тлеющего разряда;
  • ток, проходящий через электродные спирали, в достаточной степени прогревает их, а разогретые стартерные биметаллические контакты замыкаются, что прекращает разряд;
  • после остывания стартерных контактов происходит их полное размыкание;
  • самоиндукция вызывает возникновение импульсного напряжения дросселя, достаточного для включения освещения;
  • проходящий через газовую среду ток уменьшается, а полное отключение стартера обуславливается недостаточностью напряжения.

лампы Вуда

Лампы спецназначения

Основным назначением устанавливаемых конденсаторов является эффективное снижение помех. Входные конденсаторы обеспечивают существенное понижение реактивной нагрузки, что важно при необходимости получить качественное освещение и продлить срок службы прибора.

Блок 1

Для чего нужен дроссель в люминесцентной лампе

Дроссель позволяет обеспечить требуемый для полноценного функционирования лампы электрический импульс. Принцип такого дополнительного устройства основан на сдвиге фазы переменного тока, что способствует получению необходимого количества тока для горения паров, которыми наполнена внутренняя часть лампы.

В зависимости от уровня мощности, рабочие параметры дросселя и сфера его использования могут варьироваться:

  • 9 Вт — для стандартной энергосберегающей лампы;
  • 11 w и 15 w — для миниатюрных или компактных осветительных приборов и энергосберегающих ламп;
  • 18 w — для настольных осветительных приборов;
  • 36 Вт — для люминесцентного светильника с малыми показателями мощности;
  • 58 Вт — для потолочных светильников;
  • 65 Вт — для многоламповых приборов потолочного типа;
  • 80 Вт — для мощных осветительных приборов.

При выборе нужно также ориентироваться на индуктивное сопротивление, регулирующее показатели мощности тока, подающегося на контакты люминесцентного осветительного прибора.

Принцип работы стартера люминесцентной лампы

Конструкция устройства представлена компактной стеклянной колбой, заполненной инертным газом. Колба установлена внутри металлического или пластикового корпуса, с парой электродов, один из которых относится к биметаллическому типу.

Напряжение на зажигание стартера не должно быть выше, чем номинальное напряжение питающей сети. В процессе подключения схемы запуска к питающей электросети, значительная часть напряжения переходит на разомкнутые стартерные электроды. Под воздействием напряжения обеспечивается образование тлеющего разряда, небольшая часть которого используется для разогрева биметаллических электродов.

принцип работы люминесцентной лампы

Схема работы стартера

Результатом нагревания становится изгиб и замыкание электроцепи, с последующим прекращением тлеющего разряда внутри стартера. Проход тока по цепи последовательно соединенных дросселя и катодов вызывает их эффективный прогрев. Временем замкнутого состояния стартерных электродов определяется продолжительность прогрева катодов любой люминесцентной лампы.

Средний срок эксплуатации стартера равен продолжительности работы осветительного прибора, но с течением времени уровень интенсивности напряжения тлеющего внутреннего разряда заметно понижается.

Устройство и принцип работы люминесцентного светильника

Современные люминесцентные светильники относятся к категории наиболее распространенных типов надежных и долговечных осветительных приборов. Если до недавнего времени такие устройства использовались преимущественно в обустройстве освещения административных и офисных зданий, то в последние годы они всё чаще находят применение в жилых помещениях.

Источник света в таких видах светильников представлен люминесцентной или газоразрядной лампой, функционирующей благодаря свойству некоторых газообразных и парообразных веществ достаточно мощно светиться в условиях электрического поля.

люминесцентный источник света

Светильник люминесцентный

Люминесцентные лампы, устанавливаемые в малогабаритные и компактные светильники, могут обладать кольцевидной, спиралевидной или любой другой формой, что положительно сказывается на габаритах осветительного прибора.

Выпускаемые лампы принято подразделять на линейные и компактные модели. Первый вариант имеет характерные отличия по длине, а также диаметру колбы. Компактные модели имеют, как правило, изогнутую трубку, а основные различия представлены типом цоколя.

Блок 2

Несмотря на кажущуюся простоту устройства, и несложный принцип работы люминесцентной лампы, чтобы продлить срок службы прибора и получить качественное освещение, важно строго соблюдать схему подключения и использовать комплектующие только от проверенных и хорошо зарекомендовавших себя производителей.

Видео на тему

Принцип работы люминесцентной лампы

Категория: Источники освещения

Применение светильников дневного света позволяет экономить электроэнергию по сравнению с использованием обыкновенных осветительных приборов накаливания. О принципе работы люминесцентной лампы необходимо знать специалистам, занятым работой с электричеством.

Люминесцентные лампы

Историческая справка

Газоразрядная колба появилась еще в 1856 году и называлась трубкой Гейслера. Использование высоковольтной катушки позволило возбудить в ней свечение газа зеленого цвета. Через несколько лет предложено было покрыть внутреннюю поверхность колбы люминофором.

Изделия более яркого белого спектра появились лишь в 1926 году благодаря исследованиям Эдмунда Гермера. По своему устройству они уже стали похожи на те, которые можно видеть сегодня.

Устройство люминесцентной лампы

Для того чтобы понять принцип работы однолампового светильника, надо познакомиться с его схемой. Светильник состоит из следующих элементов:

  • стеклянная цилиндрическая трубка;
  • два цоколя с двойными электродами;
  • стартер, работающий на начальном этапе поджига;
  • электромагнитный дроссель;
  • конденсатор, подключенный параллельно питающей сети.

Колба изделия выполнена из кварцевого стекла. На начальном этапе ее изготовления из нее откачан воздух и создана среда, состоящая из смеси инертного газа и паров ртути. Последняя находится в газообразном состоянии за счет избыточного давления, созданного во внутренней полости изделия. Стенки покрыты изнутри фосфоресцирующим составом, он превращает энергию ультрафиолетового излучения в видимый человеческому глазу свет.

К выводам электродов на торцах устройства подводится переменное напряжение сети. Внутренние вольфрамовые нити покрыты металлом, который при разогреве испускает со своей поверхности большое количество свободных электронов. В качестве таких металлов могут применяться цезий, барий, кальций.

Движение электронов в лампе

Электромагнитный дроссель представляет собой катушку, намотанную для повышения индуктивности на сердечнике из электротехнической стали с большой величиной магнитной проницаемости.

Стартер работает на начальном этапе процесса тлеющего разряда, протекающего в газовой смеси. В его корпусе находятся два электрода, один из которых биметаллический, способный под действием температуры изгибаться и изменять свои размеры. Он выполняет роль замыкателя и размыкателя электрической цепи, в которую включен дроссель.

Принцип работы люминесцентного светильника

Как работает люминесцентная лампа? Сначала образуются свободно движущиеся электроны. Это происходит в момент включения питающего переменного напряжения в областях вокруг вольфрамовых нитей накаливания внутри стеклянного баллона.

Эти нити за счет покрытия их поверхности слоем из легких металлов по мере нагрева создают эмиссию электронов. Внешнего напряжения питания пока недостаточно для создания электронного потока. Во время движения эти свободные частицы выбивают электроны с внешних орбит атомов инертного газа, которым заполнена колба. Они включаются в общее движение.

На следующем этапе в результате совместной работы стартера и электромагнитного дросселя создаются условия для увеличения силы тока и образования тлеющего разряда газа. Теперь наступает время организации светового потока.

Движущиеся частицы обладают достаточной кинетической энергией, необходимой для перевода электронов атомов ртути, входящей в состав лампы в виде небольшой капли металла, на более высокую орбиту. При возвращении электрона на прежнюю орбиту высвобождается энергия в виде света ультрафиолетового спектра. Преобразование в видимый свет происходит в слое люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность колбы.

Преобразование в видимый свет

Для чего нужен дроссель в люминесцентной лампе

Это устройство работает с момента старта и на протяжении всего процесса свечения. На разных этапах задачи, выполняемые им, различны и могут быть разделены на:

  • включение светильника в работу;
  • поддержание нормального безопасного режима.

На первом этапе используется свойство катушки индуктивности создавать импульс напряжения большой амплитуды за счет электродвижущей силы (ЭДС) самоиндукции при прекращении протекания переменного тока через ее обмотку. Амплитуда этого импульса напрямую зависит от величины индуктивности. Он, суммируясь с переменным сетевым напряжением, позволяет кратковременно создать между электродами напряжение, достаточное для разряда в лампе.

При созданном постоянном свечении дроссель выполняет роль ограничивающего электромагнитного балласта для цепи дуги с низким сопротивлением. Его цель теперь – стабилизация работы для исключения дугового замыкания. При этом используется высокое индуктивное сопротивление обмотки для переменного тока.

Принцип работы стартера люминесцентной лампы

Устройство предназначено для управления процессом запуска светильника в работу. При первоначальном подключении сетевого напряжения оно полностью прикладывается к двум электродам стартера, между которыми существует небольшой промежуток. Между ними возникает тлеющий разряд, в котором температура увеличивается.

Один из контактов, выполненный из биметалла, имеет возможность под действием температуры изменять свои размеры, изгибаться. В этой паре он выполняет роль подвижного элемента. Возрастание температуры приводит к быстрому замыканию электродов между собой. По цепи начинает протекать ток, это приводит к понижению температуры.

Через небольшой промежуток времени происходит разрыв цепи, что является командой для вступления в работу ЭДС самоиндукции дросселя. Последующий процесс был описан выше. Стартер понадобится только на этапе следующего включения.

Стартер на схеме лампы

Варианты исполнения

Существует большое разнообразие электролюминесцентных ламп, но все они могут иметь различие по:

  • форме исполнения;
  • виду балласта;
  • внутреннему давлению.

Форма исполнения может быть как у обычных люминесцентных ламп – линейная трубка либо трубка в виде латинской буквы U. К ним добавились компактные варианты, выполненные под привычный цоколь с использованием различных спиральных колб.

Балласт является приспособлением, стабилизирующим работу изделия. Электронный и электромагнитный виды являются самыми распространенными схемами включения.

Внутреннее давление определяет область использования изделий. В бытовых целях или общественных местах нашли применение лампы низкого давления или энергосберегающие образцы. В промышленных помещениях или местах с пониженными требованиями к цветопередаче используют экземпляры высокого давления.

Для оценки способности освещения применяют показатель мощности лампы и ее светоотдачи. Можно привести еще много различных параметров классификации и вариантов исполнения, но их количество постоянно увеличивается.

как устроена, какое напряжение на лампе

Вот уже продолжительное время, весь мир напряженно думает о дополнительной экономии электрической энергии. Этому способствует использование энергосберегающих ламп, которые известны миру более 50 лет. Это достойная альтернатива традиционным лампам накаливания. Единственным спорным моментом является вопрос ее утилизации. Ниже предлагается рассмотреть, как устроена люминесцентная лампа, на что обратить внимание потенциальному покупателю.

Описание

Визуально люминесцентная лампа представляет собой стеклянную колбу. Как правило, выполняется в белом цвете, по краям выступают соответствующие контакты подключения. Форма может быть выполнена в виде:

  • Трубки или стержня
  • Тора
  • Спирали

Лампа в виде спирали

В процессе производства из колбы выкачивается воздух, после чего закачивается в конструкцию инертный газ. В результате действия электричества инертный газ приводит к последующему свечению самого изделия. При этом создаются потоки холодного, теплого света, последний называется «дневным». От этого и возникло второе название ламп. Лампа светить бы не могла, если на поверхность колбы с внутренней стороны не был нанесен люминофор. В самом изделии находится ртуть.

Внимание! Из-за наличия ртути в составе относительно актуальности использования лампы до сих пор не угасают многочисленные споры у экологов во всем мире.

Виды ламп

Технические характеристики

Перед совершением покупки необходимо знать, какое напряжение на люминесцентной лампе и почему обязательно стоит обратить внимание на данный показатель при выборе изделия:

  • Накаливание мощностью 20 Вт будет соответствовать люминесцентной, мощностью 5-7 Вт.
  • Накаливание мощностью 40 Вт будет соответствовать люминесцентной, мощностью 10-13 Вт.
  • Накаливание мощностью 60 Вт будет соответствовать люминесцентной, мощностью 15-16 Вт.
  • Накаливание мощностью 75 Вт будет соответствовать люминесцентной, мощностью 18-20 Вт.
  • Накаливание мощностью 100 Вт будет соответствовать люминесцентной, мощностью 25-30 Вт.
  • Накаливание мощностью 150 Вт будет соответствовать люминесцентной, мощностью 40-50 Вт.
  • Накаливание мощностью 200 Вт будет соответствовать люминесцентной, мощностью 60-80 Вт.

Характеристики изделия

Достоинства и недостатки

К преимуществам данного изделия можно отнести энергоэффективность. Под данным определением принято понимать количество потребляемой во время эксплуатации светильником с подключенными люминесцентными лампами электрической энергии.

Внимание! Отмечается, что изделие куда выгоднее обычной лампы накаливания и может запросто использоваться в дальнейшем во время эксплуатации как альтернативный источник света.

Благодаря устройству светильника с люминесцентными лампами качество излучения в разы выше. При учете, что цветовая передача лампы накаливания сравнительно невысока, под действующим светом люминесцентной лампы можно запросто различать истинные цвета без искажений.

К достоинствам стоит отнести и долговечность. Они могут запросто обеспечивать свечение вплоть до 10000 часов.

Мягкий свет благоприятно влияет на зрение, при этом само освещение куда более комфортное, поскольку излучение равномерно распределено по всей поверхности изделия. К примеру, если взять лампу накаливания, то яркая спираль быстро вызывает усталость глаз.

К недостаткам относится зависимость от условий сети, а также определенное количество запусков. Выходит из строя, как правило, ранее заявленного производителем срока. Нельзя не отметить и наличие паров ртути в конструкции.

Преимущества использования

Принцип работы

Инертный газ необходим для обеспечения тлеющего разряда. Ртуть же является актуальным компонентом, который позволяет усиливать разряд. Люминофор потребуется для последующего преобразования ультрафиолетового света, что актуально в свете видимого спектра. Электроды потребуются в дальнейшем для подключения лампы в электрическую схему, создания соответствующих разрядов электронов.

Устройство и принцип работы

Как только напряжение подается на контакты, электроды начинают испускать электроны, которые, перемещаясь по колбе, создают разряд. Специально для этого, в схему дополнительно включают устройство, которое создает разовый электрический разряд, актуальный для старта свечения. Данное устройство носит название стартер фото, его задача сводится к тому, чтобы в кратковременном отрезке увеличивать силу тока примерно в 3-4 раза.

Внимание! Чтобы обеспечивать полноценный запуск, последующую работу люминесцентной лампы, потребуется дополнительное устройство, которое называется дросселем. Это название фактически устарело, но продолжает активно использоваться.

Область применения

Актуальным решением станет использование лампы для освещения жилых домов, а также медицинских, общественных и учебных заведений. Помимо этого, нашла широкое применение в спортивных, а также торговых комплексах, прочно войдя в жизнь каждого пользователя. Постепенно люминесцентные конструкции все же сумели вытеснить традиционные лампы накаливания.

Актуальными данные элементы стали по той причине, что по технико-экономическим показателям они значительно эффективнее обычных ламп накаливания. Традиционная лампочка в этом случае будет расходовать только 6-8% на выполнение освещения, остальная же энергия будет трансформироваться в нагрев. В данном случае стоит отметить, что у люминесцентных источников данный показатель будет на 80% выше, что и обеспечит выгоду от его последующей покупки. Могут обеспечивать создание разного спектра, как дневного, естественного, так и холодного или теплого. Это позволит без проблем разнообразить и украсить палитру интерьера.

Применение изделий

Помимо этого, они часто используются как источник контролируемого ультрафиолетового излучения, который отличается полезностью для жителей наиболее крупных мегаполисов. Их отличает продолжительность эксплуатации, доходит порой до 20000 часов, а также возможность легко устанавливать взамен неактуальных ламп накаливания.

Подключение к сети

Перед тем как выполнить подключение, стоит продумать разметку. Следует относиться к этому процессу с должным вниманием, ведь от этого во многом зависит качество последующей работы. Пометки необходимо делать в тех местах, где планируется установить как лампочку, так и выключатель. Выключатель ставится возле двери на высоте порядка 80-90 сантиметров от пола. Важно следить, чтобы при открытии двери выключатель не был перекрыт, чтобы оставался к нему полноценный доступ.

Подключение к светильнику

Внимание! Отмечаются маршруты последующей проводки, она должна идти непосредственно от выключателя и вплоть до распределительного элемента, после чего также нужно отметить и путь от лампочки до той же распределительной коробки или розетки.

Люминисцентные лампы на данный момент намного опережают по уровню энергоэффективности давно устаревшие лампы накаливания. Они прочно вошли в обиход как жителей квартир, так и владельцев промышленных зданий, чему способствует их широкая палитра спектра освещения и экономичность.

Как работает люминесцентная лампа

Люминесцентная лампа, явившаяся результатом целого ряда открытий и исследований (подробнее об этом в статье история люминесцентной лампы), сегодня стала одним из основных источников искусственного света, как в офисных помещениях, так и в частных домах и квартирах. Ряд выгодных отличий от популярной еще пару десятков лет назад лампы накаливания, позволили люминесцентной лампе достаточно успешно конкурировать с «фаворитными» источниками света, а также привело к созданию ее боле совершенных и компактных модификаций. Но речь в этой статье пойдет не о ее достоинствах или недостатках, а о том, как она работает.

Все виды люминесцентных ламп, будь то популярные сейчас «экономки» или старые длинные лампы дневного света, построены и работают примерно по одному и тому же принципу. Отличие может быть лишь в электронной схеме подключения к источнику питания.

Конструкция люминесцентной лампы

Лампа состоит из стеклянной колбы (может быть самой разнообразной формы и размеров), двух (иногда четырех) электродов, инертного газа, ртути (паров), люминофора и схемы запуска (в экономках она находится внутри корпуса лампы).

Электрод представляет собой два проводящих электрических контакта (обычно из проволоки), к которым подводится электрический ток и нить накала, покрытую специальным эмиссионным веществом для более эффективного испускания электронов в процессе работы и большей продолжительности  службы самой лампы.

Принцип работы люминесцентной лампы

Когда электрическая цепь лампы подает на электроды ток, они начинают постепенно разогреваться и испускать электроны. Но этих электронов недостаточно, чтобы зажечь между электродами, так называемый тлеющий разряд – поток ионизированных частиц газа. Тогда в работу вступает та часть схемы управления, которая отвечает за запуск лампы. Кратковременный импульс напряжения зажигает инертный газ в лампе, а затем и пары ртути. Симбиоз этих веществ, ионизированных электрическим током, приводит к возникновению свечения в невидимой для нас ультрафиолетовой области спектра.

Чтобы преобразовать ультрафиолетовый свет в видимый свет, используется люминофор, нанесенный на стенки стеклянной колбы. Получается двойное преобразование. Сначала электроны, испускаемые электродами лампы, ионизируют газ и пары ртути, а затем ионизированные частицы возбуждают люминофор, заставляя его испускать видимый для нашего глаза свет.

Разница в принципе работы обычной длинной лампы дневного света и «экономки» лишь в том, что в первом случае схема запуска состоит из дросселя (индуктивности), конденсатора и стартера. Во втором же эти функции выполняет более сложная электрическая схема, в состав которой входят другие электронные компоненты.

Сейчас производители используют различный состав люминофора, чтобы менять цвет свечения люминесцентных ламп или как еще говорят – его температуру. Более желтое (теплое) свечение имеет температуру порядка 2700 К, естественное дневное (белое) – порядка 4100 К, я яркое (холодный свет) – примерно 6000 К. Подобную маркировку можно встретить и на самих лампах.

< Предыдущая   Следующая >

Как проверить люминесцентную лампу: обнаружение и устранение неисправностей

Самым популярным источником искусственного света является люминесцентная лампа, которая потребляет в 5–7 раз меньше электроэнергии, чем лампа накаливания, а светит так же ярко. Более экономичные светодиоды с драйверами не смогли вытеснить лампы дневного света с рынка в силу своей высокой цены.

В течение срока использования ЛДС могут потерять работоспособность. Для устранения неполадок необходимо знать, как проверить люминесцентную лампу, в том числе – мультиметром. Об этом и пойдет речь.

Лампа дневного светаЛампа дневного светаЛюминесцентная лампак содержанию ↑

Принцип работы

Люминесцентная лампа по принципу действия приравнивается к газоразрядным источникам света, является энергосберегающей. Из стеклянной колбы откачивается воздух и помещается инертный газ с капелькой ртути 30 мг. В противоположные стороны встроены спиральные электроды, напоминающие нить накаливания. Эти электроды припаяны с обеих сторон к двум контактным ножкам, помещенным в диэлектрические пластины. Трубка изнутри покрыта слоем люминофора. Длина, диаметр и форма колбы могут быть разными, внутреннее строение от этого не меняется.

Устройство лампы дневного светаУстройство лампы дневного светаСтроение люминесцентной лампы

Включение ЛЛ происходит с помощью пускорегулирующей аппаратуры – электромагнитной или электронной. Электромагнитная пускорегулирующая аппаратура (ЭмПРА) включает в себя главный элемент – дроссель.

ЭмПРА для запуска лампы дневного светаЭмПРА для запуска лампы дневного светаЭлектромеханический дроссель

Это балластное сопротивление в виде катушки индуктивности с металлическим сердечником, последовательно соединенное с ЛДС. Дроссель поддерживает равномерность разряда и корректирует ток при необходимости. В миг включения светильника дроссель сдерживает пусковой ток, пока спиральные нити не разогреются, далее выдает пиковое напряжение от самоиндукции, зажигающее лампу.

Схема работы лампы дневного светаСхема работы лампы дневного светаСхема люминесцентного светильника с ЭмПРА

Обратите внимание! Дроссель сдерживает ток в системе при включении, предотвращая перегрев спиральных нитей в трубке и их перегорание.

Предъявляемые к балластному сопротивлению требования:

  • минимальные потери мощности;
  • малые вес и размер;
  • отсутствие гула;
  • температура накала не выше 600 градусов по Цельсию.

Другой значимый элемент ЭмПРА – стартер тлеющего разряда.

Стартер для люминесцентной лампыСтартер для люминесцентной лампыСтартер тлеющего разряда

Во время включения светильника в стартере возникает разряд тока, накаляющий биметаллические контакты. Они замыкаются, увеличивая ток в цепи светильника, что ведет к разогреву электродов. Далее биметаллический контакт стартера остывает и размыкает цепь. В этот миг балласт (дроссель) выдает высоковольтный импульс на электроды. Между ними возникает дуговой разряд, вызывающий ультрафиолетовое излучение. От этого люминофор на поверхности колбы светится в видимом для человека спектре.

Люминесцентная лампа с электромагнитным дросселем функционирует в двух режимах: зажигания и свечения.

Электронная пускорегулирующая аппаратура (ЭПРА) используется в светильниках нового поколения, увеличивает срок службы лампы и повышает КПД. В режиме свечения уровень напряжения на электродах допускает работу ЛЛ с перегоревшими спиралями, что невозможно при ЭмПРА. В схеме ЭПРА исключается использование стартеров.

Схема подключения лампы без стартераСхема подключения лампы без стартераСхема подключения электронного балласта

Электронные балласты достаточно дорогие и сложны для ремонта своими силами, поэтому имеет место широкое применение электромеханических дросселей.

Электронное устрйство для запуска люминесцентных лампЭлектронное устрйство для запуска люминесцентных лампЭлектронный балласт

Важно! Лампа с электронным балластом функционирует в четырех режимах: включения, предварительного разогревания, зажигания и горения.

к содержанию ↑

Почему перегорают люминесцентные лампы

Часто лампы дневного света перегорают, что делает их похожими на обычные лампы накаливания. Во время включения светильника в колбе возникает электрическая дуга и происходит сильный нагрев спиральных электродов из вольфрама. Высокая температура приводит к разрушению нитей и перегоранию.

Для продления срока эксплуатации вольфрамовую нить покрывают слоем активного щелочного металла. Это стабилизирует тлеющий разряд между электродами и понижает температуру, сохраняя целостность нити на долгое время. Частое включение-выключение светильника разрушает защитное покрытие, оно осыпается. Разряд, проходя через оголенные части нити, точечно нагревает спираль, что приводит к перегоранию. Это видно на старых трубках как потемнение люминофора.

Потемнение люминесцентной лампы с торцаПотемнение люминесцентной лампы с торцаПерегоревшая лампа дневного света

Перегоревшая лампа дневного светаКолба не должна иметь повреждений, иначе лампа сгорит. Если на концах трубки обнаруживается оранжевое свечение, а лампа не загорается, – внутрь ЛДС попадает воздух. ЛЛ нужно менять.

к содержанию ↑

Выявление неполадок и их устранение

Неисправность лампы дневного света выражается в:

  1. Полном отсутствии включения.
  2. Кратковременных мерцаниях лампы с дальнейшим включением.
  3. Продолжительном мерцании без дальнейшего включения.
  4. Гудении.
  5. Мерцании в режиме горения.

Это может неблаготворно сказаться на зрении человека, поэтому следует незамедлительно диагностировать поломку и приступить к ремонту светильника. Для этой цели понадобится мультиметр или тестер сопротивления.

Следует помнить! Чтобы понять, где неисправность, в лампе или в светильнике, нужно заменить ЛЛ на заведомо исправную. Если она загорится, это означает, что дело в лампе. Если нет – следует искать неисправность в светильнике.

Часто ЛЛ не горит из-за плохого контакта между штырьками лампы и контактами патрона. Держатели со временем изнашиваются и окисляются. Следует почистить их спиртосодержащей жидкостью, ластиком, мелкой шкуркой, а при необходимости подогнуть или заменить пластинки контактов для лучшего соприкосновения со штырьками. Следует помнить, что ЛДС не работает при температуре ниже –50 ˚С и при скачках напряжения более 7 %.

к содержанию ↑

Целостность спиралей-электродов

Лампа не загорается. Проверяется при помощи мультиметра или индикатора на наличие сопротивления с мини-лампочкой. Переключатель устанавливают на измерение сопротивления – минимальный диапазон, щупами прикасаются к штырькам сначала с одной, потом с другой стороны. Неисправная спираль покажет нулевое сопротивление (нить порвалась). Целая нить покажет незначительное сопротивление – от 3 до 16 Ом. Если даже одна из спиралей покажет обрыв, лампа подлежит замене. Восстановить работоспособность с такой поломкой не получится.

Проверка люминесцентной лампыПроверка люминесцентной лампыПроверка целостности спиралей-электродовк содержанию ↑

Неисправности в электронном балласте

В лампах нового поколения используется электронная пускорегулирующая аппаратура (ЭПРА). Чтобы понять, исправен ли балласт, заменяют его на заведомо рабочий. Если светильник включился, это означает, что поломка была в нем. Старый балласт можно починить в домашних условиях. Сначала можно попробовать заменить предохранитель на аналогичный с таким же диаметром и плавкой вставкой. Если спиральные нити слабо светятся – пробит конденсатор между ними. Его нужно заменить на аналогичный, но с рабочим напряжением 2 кВ. В дешевых балластах ставят конденсаторы на 250–400 В, которые часто сгорают.

Конструкция электронного балласта для люминесцентной лампыКонструкция электронного балласта для люминесцентной лампыУстройство электронного балласта

Транзисторы могут перегореть из-за скачков напряжения. При работе сварочного агрегата или любой мощной техники ЛДС желательно выключать. Транзисторы можно взять из списанных балластов или подобрать по таблице. После замены любого элемента нужно проверить исправность светильника, вставив в него лампу мощностью 40 Вт.

Помните! Электронный балласт нельзя включать без нагрузки, он может быстро сломаться. Стоит уделить внимание контактам. При подключении ЭПРА нужно строго соблюдать полярность.

к содержанию ↑

Как проверить дроссель люминесцентного светильника

Признаки неисправности дросселя:

  • гудение светильника из-за дребезжания пластин;
  • лампа зажигается нормально, потом темнеет по краям и гаснет;
  • перегрев ЛДС;
  • после включения внутри колбы бегают змейки;
  • сильное мерцание.

Проверка аппаратуры запуска лампыПроверка аппаратуры запуска лампыПроверка дросселя

Для проверки дросселя на исправность из светильника вынимают стартер и замыкают накоротко контакты в его патроне. Вынимают лампу и закорачивают контакты в патронах с обеих сторон. Мультиметр устанавливается в режим измерения сопротивления, щупы присоединяются к контактам в патроне лампы. Обрыв обмотки покажет бесконечное сопротивление, а межвитковое замыкание – значение (стрелка) около нуля.

Сгоревший дроссель выдаст себя паленым запахом и пятнами коричневого цвета. Неисправный элемент не подлежит ремонту и требует замены. Новый дроссель подбирают в соответствии с мощностью лампы.

к содержанию ↑

Как проверить стартер

Если при включении ЛДС мерцает, но не загорается, – неисправен стартер. Отдельно от светильника прозвонить стартер мультиметром не удастся, так как без напряжения его контакты разомкнуты. Схема проверки данного элемента включает в себя лампочку 60 Вт и стартер, подключенные последовательно к сети 220 В.

Подключение стартера через лампу накаливанияПодключение стартера через лампу накаливанияСхема проверки стартерак содержанию ↑

Как проверить емкость конденсатора тестером

Неисправный конденсатор, находящийся между проводами сети питания, снижает КПД светильника до 40%. В рабочем состоянии КПД составляет 90%, что более экономично. Для ЛЛ до 40 Вт подойдет конденсатор емкостью 4,5 мкФ. Слишком низкая емкость снижает КПД, высокая – вызовет мерцание. Исправность конденсатора проверяют мультиметром с соответствующей функцией.

Включение люминесцентной лампы без дросселя

Перегоревшим лампам можно дать вторую жизнь, если подключить их в схему без дросселя и стартера, применив постоянное напряжение. Для такой цели применяется двухполупериодный выпрямитель с удвоением напряжения. Когда яркость уменьшится со временем, нужно перевернуть лампу в светильнике, чтобы поменять полюса подключения. Следует подбирать радиоэлементы для схемы с напряжением до 900 В, такое значение достигается при пуске.

Схема запуска перегоревшей люминесцентной лампыСхема запуска перегоревшей люминесцентной лампыСхема подключения сгоревшей лампык содержанию ↑

Утилизация прибора

Люминесцентные лампы содержат пары ртути, вредные для живых организмов и окружающей среды. Утилизация осуществляется лицензированными организациями, с которыми юридические лица заключают договоры. Выбрасывать ЛДС с обычным мусором запрещено.

Ремонт люминесцентных ламп несложен, если следовать схемам и инструкциям, и позволяет продлить срок службы осветительного оборудования.

как снять лампу в светильнике

СодержаниеПоказать

Люминесцентные лампы (ЛЛ) применяются повсеместно. Они надежны, эффективны и экономичны. Однако эксплуатация всегда приводит к замене источника освещения по причине перегорания, поломки стартера или нарушения схемы. Рассмотрим процессы подробнее.

Как работает люминесцентная лампа

Люминесцентные лампы состоят из цоколя, пускорегулирующего аппарата и колбы с электродами. Также в колбе находится инертный газ или пары ртути, а внутренняя поверхность покрыта люминофором. Люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение в видимый свет. Причем энергии на это тратится гораздо меньше, чем в стандартной лампе накаливания (ЛН).

Принцип работы ЛЛ

В продаже представлено большое количество ЛЛ с разными оттенками, в зависимости от люминофора. Обычно ЛЛ имеют вид трубки, подключенной с двух сторон к патрону осветительного оборудования.

Современные бытовые модели выпускаются со стандартными винтовыми цоколями, к которым подсоединена прямая трубка или спираль. Иногда используются цоколи в виде штырьков.

Модели с резьбовыми цоколями чаще всего используют как эффективную замену обычным ЛН.

Напряжение, подаваемое на электроды разогревает их. Испускаемые электроны вступают во взаимодействие с парами ртути и создают невидимое глазу ультрафиолетовое (УФ) излучение. Оно и заставляет люминофор испускать белое свечение.

Читайте также

Как правильно проверить люминесцентную лампу

 

Разновидности цоколей

ЛЛ имеют резьбовый или штырьковый цоколь. В первом случае лампа без проблем размещается в стандартном патроне.

Разновидности цоколей

Штырьковый цоколь может иметь два или четыре штырька. При подключении четырехштырьковых цоколей обязательно потребуется дроссель или другой стабилизатор. Двухштырьковые модели подключаются только через дроссель.

В некоторых моделях цоколи уже включают в себя встроенный пускорегулирующий аппарат. Резьба в этом случае может быть двух стандартных диаметров.

Что нужно, чтобы заменить лампу

Для замены лампы не требуется специальный инструмент. Все работы проводят руками, а винты откручивают отверткой. Нужно лишь соблюдать технику безопасности и избегать чрезмерной нагрузки на колбу.

Читайте также

Как переделать светильник дневного света в светодиодный

 

Процесс замены лампы

Разнообразие цоколей люминесцентных ламп подразумевает разные подходы при замене оборудования. Рассмотрим как правильно менять наиболее популярные модели.

С цоколем G5

Лампы с цоколем G5 обычно ставят в крупные потолочные светильники.

Светильник с патроном G5

Как поменять лампу дневного света с цоколем G5:

  1. Светильник полностью обесточить переключателем в щитке.
  2. Снять плафон. Обычно деталь крепится при помощи винтов или защелок.
  3. Взяться за края лампы и повернуть ее на 90 градусов вокруг своей оси в соответствии с указанным на корпусе направлением. Операция позволяет разъединить контакт и вытащить устройство.
  4. Подбирается новая лампа с аналогичными характеристиками.
  5. Края новой лампы аккуратно вставить в соответствующие пазы патрона и повернуть ее на 90 градусов вокруг оси. Иногда при фиксации можно услышать характерный щелчок.
  6. Плафон установить на место.
  7. Проверить работоспособность схемы, подключив ее к питанию и щелкнув переключателем.

Если после монтажа светильник не включается, можно попробовать подвигать новый элемент в пазах или повторить процедуру установки. Иногда прибор не сразу контактирует с нужными элементами в патроне.

Невозможность запуска полностью исправного нового прибора связана с неисправностями в стартере или дросселе светильника. Для ремонта обратитесь к мастеру.

G13

Цоколи G13 и G5

Цоколь G13 отличается от цоколя G5 только размерами. Цифра рядом с буквой G определяет расстояние между штырями. Лампа устанавливается аналогично.

G23

В светильниках для офиса и дома часто используются приборы с цоколями G23, имеющие выступ между штырьками. Замена таких ламп имеет свою специфику.

Светильник с патроном G23

Инструкция по замене лампы с цоколем G23:

  1. Светильник отключить от розетки.
  2. Положить прибор на стол кверху плафоном для удобства.
  3. Потянуть за край лампы в направлении от плафона, аккуратно высвободив ее из-под удерживающей скобы. Нередко скобы оказываются сломанными, что не влияет на работу светильника.
  4. Потянуть за лампу и, покачивая, вытащить из патрона. Возможно, потребуется приложить значительное усилие, однако важно максимально мягко воздействовать на колбу.
  5. Купить новую люминесцентную лампу с теми же характеристиками и размерами. В магазин можно взять с собой неисправную для сравнения.
  6. Вставить новую ЛЛ в светильник. После размещения может потребоваться нажать на торец колбы для фиксации устройства. Должен быть слышен характерный щелчок.

Люминесцентные лампы содержат определенную концентрацию ртути и относятся к отходам повышенной опасности. Выкидывать их вместе с обычным мусором ни в коем случае нельзя. Необходимо найти специальный бак или обратиться к службам по утилизации подобных отходов.

GX23

Цоколи G23 и GX23

Цоколь GX23 — разновидность наиболее распространенного G23. Отличие в форме выступа между контактами. Устанавливается аналогично.

Техника безопасности

При замене люминесцентных ламп необходимо соблюдать стандартные правила:

  • Все работы проводить чистыми сухими руками без соприкосновения с токопроводящими поверхностями. Можно воспользоваться специальными перчатками.
  • Извлекая старую лампу и вкручивая новую, держаться только за пластиковую часть, под которой находится пускорегулирующий аппарат. Сильное воздействие на колбу может привести к поломке.
  • Подбирать осветительный прибор под конкретные параметры, не завышая и не занижая их. В противном случае вероятна нестабильная работа устройства с пульсациями и быстрым выходом из строя.
  • Если лампа разбилась, сразу предпринять меры по обеззараживанию помещения и утилизации опасных отходов.

Видео по теме: Как самому поменять лампу дневного света

В ролике в 5 шагов описан процесс замены ламы

Люминесцентные лампы — технические характеристики

Практически каждый из нас в выборе освещения для каких-либо целей сталкивался с трудностью выбора того или иного  осветительного прибора.

Сейчас на рынке этой сферы представлено великое множество вариантов, каждый из которых отличается своими положительными качествами и, конечно, некоторыми недостатками.

Тем не менее, есть и те продукты производства, которые уже долгое время сохраняют признание потребительского сегмента.

К числу таких изделий можно отнести люминисцентные лампы, которые нашли широкое применение практически повсеместно. Их эксплуатационные характеристики отмечены на самом высоком уровне, а недостатки можно счесть не слишком значительными.

Словом, для монтажа системы освещения это довольно оптимальный вариант, который к тому же отличается своей экономичностью.

Что такое люминесцентные лампы и их характеристики

Люминесцентная лампа – это довольно распространенное явление в нашей жизни.

Наверняка каждый из нас посещал какие-либо общественные учреждения и замечал специфику освещения в этих зданиях. Однако о том, что именно представляет собой это изделие, знает мало кто.

Люмиисцентные лампы относятся к газозарядным устройствам, основывающим свою работу на воздействии с физической стороны электрического разряда в газах.

В таком устройстве содержится ртуть, обеспечивающая ультрафиолетовое излучение, которое в самой лампе превращается в свет.

Происходит этот процесс с помощью очень важного элемента – люминофора.

Люминофор может быть смесью каких либо химических элементов, например, галофосфата кальция с чем-либо. Подбирая люминофор какого-либо типа, можно добиться самых интересных эффектов, например, изменения цветового решения света лампы.

 

При выборе изделия стоит обратить внимание на один из самых важных показателей – общий индекс цветопередачи. Обозначается он сочетанием букв Ra, и чем большее значение указано в сопроводительной документации к лампе, тем лучше она будет производить свою работу.

 

 

Благодаря такой системе освещения люминисцентная лампа стала явным лидером перед теми же лампами накаливания.

А если учесть, что эксплуатационные характеристики ее обеспечивают куда более длительный срок пользования, то о правильности выбора, обращенного в пользу люминисцентной лампы, задумываться не стоит.

К содержанию ↑

Преимущества и недостатки люминесцентных ламп

Как и все вокруг нас, люминесцентные лампы обладают своими положительными и отрицательными сторонами. К счастью, вторых гораздо меньше.

 

Как было сказано ранее, люминесцентные лампы – явный лидер среди средств освещения. Превосходство перед лампами накаливания не трудно заметить даже самому не опытному в электрике человеку.

Достоинства

К числу достоинств этого элемента относятся следующие:

  • светоотдачу она совершает в куда большей степени, да и качество света несколько выше, чем у других осветительных элементов;
  • длительный срок эксплуатации, обеспечивающий отсутствие перебоев в работе с лампами;
  • КПД такого изделия значительно выше;
  • Рассеянный свет, оказывающий меньший вред на состоянии сетчатки глаза, а значит, при эксплуатации этой лампы вы сможете значительно уменьшить риск проблем со зрением;
  • широкий диапазон в плане цветовых решений света.

Недостатки

Конечно, негативные качества у люминесцентных ламп тоже имеют место быть. В этот перечень входят следующие пункты:

  • Содержание ртути в таких изделиях представляют некоторую химическую опасность и требуют специальной утилизации;
  • Ленточный спектр распределяется не равномерно, а это может вызвать некоторое неудобство в плане восприятия реального цвета предметов, которые освещаются люминесцентной лампой; однако, здесь следует допустить некоторую оговорку: существуют экземпляры, которые представляют практически полноценный сплошной спектр, но степень светоотдачи в этом случае падает;
  • Люминофор, содержащийся в этих лампах, со временем производит свою работу с меньшей эффективностью, это уменьшает коэффициент полезного действия лампы и снижает степень светоотдачи;
  • В установке люминесцентной лампы обязательно нужно купить дополнительный пускорегулирующий элемент, который либо обойдется потребителю в довольно крупную сумму, но будет отличаться оптимальными эксплуатационными качествами, либо по цене он будет несколько дешевле, зато обеспечит высокий уровень шума и ненадежность работы;
  • Низкий показатель мощности, следовательно, этот вариант не слишком подходит для электросети.Имеют место быть и менее значительные недостатки, однако, их влияние играет не слишком значимую роль в применении люминесцентных ламп.

Классификация и типология люминесцентных ламп

Естественно, что прогресс в производстве таких изделий, как люминесцентные лампы, не стоит на месте, и если ранее применялись в основном аналогичные экземпляры со схожими техническими характеристиками, то сегодня потребитель может подобрать себе тот вариант, который будет для него наиболее оптимальным и эффективным.

Существует множество признаков, по которым можно классифицировать эти лампы, но тем не менее, самым основным из, все же, будет признак показателей давления.

На данный момент на рынке представлены газозарядные ртутные экземпляры высокого и низкого давления.

Лампы высокого давления нашли свое применение в основном в освещении вне помещений. Поскольку такие изделия обладают высокой мощностью, то внутри здания их свет будет довольно неприятен для восприятия его глазом.

Также лампы высокого давления отлично подходят для сборки каких-либо осветительных установок.

Лампы низкого давления обладают сравнительно меньшей мощностью, а значит, подходят для применения внутри зданий.

Назначение помещения может быть абсолютно любым: люминесцентные лампы такого показателя подойдут и для цеховых и производственных зданий, и для жилых помещений.

Помимо разделения ламп по принципу давления существует еще и классификация по диаметру трубки или колбы лампы, а также по схеме зажигания.

Для примера можно взять продукты самых известных производителей, например, Osram и Philips. Если внимательно присмотреться к данным на упаковке, то можно увидеть букву и цифру рядом. Это и есть маркировки типа изделия.

Итак, люминесцентные лампы подразделяются на:

  • Т5 – лампы с таким показателем являются довольно редким явлением, не нашедшим признания у покупательского сегмента. Стоимость их довольно высока, однако степень светоотдачи показывает прекрасные результаты – до 110 лм/ватт. Стоит отметить, что сейчас производители значительно увеличили объемы производства люминесцентных ламп с таким показателем.
  • Т8 – новый продукт, имеющий довольно высокую цену и рассчитанный на нагрузку не более 0,260 А.
  • Т10 – аналог лампам маркировки Т12, отличающийся довольно низким качеством и уровнем эффективности.
  • Т12 – лидер рынка люминесцентных ламп. Включает в себя широкое разнообразие подтипов, что говорить, практически все стандартные модели относятся к этой группе. В их число входят представители практически всех производителей люминесцентных ламп.

Упомянутый выше принцип классификации по схеме зажигания имеет под собой два типа: требующие стартера и не требующие его.

Мощность тоже является довольно значимой характеристикой люминесцентных ламп, соответственно, это тоже стало фактором для выделения отдельной классификации.

По показателям мощности лампы подразделяются на:

  • Стандартные – с маркировкой Т12;
  • HO – лампы высокой мощности, однако, отличаются сравнительно меньшей светоотдачей;
  • VHO – лампы, способные выдержать нагрузку до 1,5 А;
  • «Эконом» — варианты люминесцентных ламп.

К числу критериев, по которым можно распределить лампы по группам, относят и длину.

Вариантов эта дифференциация представляет великое множество. Как правило, производители в обязательном порядке указывают эти данные в инструкции или на упаковке.

Классификация по  использованию стартера

Стоит отметить и тот факт, что люминесцентные лампы можно разделить на виды и по типу подключения их.

 

 

Однако в этом случае выделить какие-либо точные категории довольно сложно, поскольку каждый тип, выделенный, например, по мощности или необходимости присутствия стартера, требует соблюдения своих нюансов.

К содержанию ↑

Где применяются люминесцентные лампы

Как было сказано ранее, люминесцентные лампы находят довольно широкое применение практически повсеместно.

Несмотря на некоторые отрицательные стороны применения этого изделия, достоинства его, все же переоценить довольно трудно.

Каждый из нас учился в школе, посещал учреждения здравоохранения, административные здания и т.д.

Так вот система освещения в этих помещения как раз основывается на применении люминесцентных ламп.

Как правило, это довольно масштабные по своим размерам трубки, обеспечивающие качественное освещение в зданиях с некоторыми архитектурными особенностями.

Но если общественные здания отличаются своими габаритами, например, высокими потолками, большими по площади залами и комнатами, где освещение требуется довольно мощное и постоянное, то в домашних условиях люминесцентные лампы, которые оптимально будут эксплуатироваться там, не подойдут.

К счастью, уровень производственных навыков значительно вырос, а значит, появились адаптированные к домашним условиям люминесцентные лампы.

Они отличаются куда меньшими размерами, имеют в своем составе электронные балласты, которые возможно подключать в патроны, применяемые в домашней электронике.

И несмотря на свежесть этого новшества, адаптированные лампы уже прочно завоевывают этот сегмент рынка.

 

Кстати, существует довольно интересный факт. Уже привычные нам плазменные телевизоры имеют в своем механизме как раз люминесцентные лампы!

 

Конечно, это тоже адаптированный в соответствии со спецификой применения вариант, но, тем не менее, принцип его работы заключается в том же самом явлении. Жидкокристаллические экраны, кстати, ранее изготовлялись только с применением люминесцентных ламп, однако позже они были заменены на светодиоды.

Все мы видели световую рекламу на улицах города. Она тоже не обошлась без применения люминесцентной лампы! Фасады зданий также освещают именно этим изделием.

Хотя на данный момент конкуренцию в области световой рекламы люминесцентным лампам составляют SMD и DIP экраны.

Также люминесцентные лампы получили широкое применение в области растениеводства для выращивания растений.

Если говорить в общем, выделяя основную мысль применения люминесцентной лампы, то можно сделать вывод: их имеет смысл применять в тех случаях, когда требуется снабдить светом помещение больших размерных показателей.

Совместная работа с системами цифрового интерфейса освещения с возможностью адресации позволяет обеспечить и высокую светоотдачу, и, в то же время, не потратить крупных сумм на оплату электроэнергии, ведь по сравнению с лампами накаливания люминесцентные лампы позволяют сократить потребление энергии более чем в половину! Тем самым, являясь энергосберегающими.

Помимо этого, лампы сокращают расходы и длительностью своего применения.

Вывод

Итак, в данной статье мы рассмотрели самую основную информацию о таком благе современных технологий как люминесцентные лампы.

 

Для проведения работ по подключению этого устройства требуется обладать не только четкими представлениями об основах электроники и электротехники, но и быть предельно внимательным при выборе того или иного типа изделия.

 

Соблюдение этих минимальных, но очень важных требований обеспечит вам совершенно беспроблемную эксплуатацию ламп и максимальную полезность от их применения.

К содержанию ↑

Расскажите друзьям!

Понравилась статья? Подписывайтесь на обновления сайта по RSS, или следите за обновлениями В Контакте, Одноклассниках, Facebook, Twitter или Google Plus.

Подписывайтесь на обновления по E-Mail:

Если вы нашли неточность или у вас есть вопрос, напишите в форме комментария ниже:

Как работают люминесцентные лампы

Как работают люминесцентные лампы

Elliott Sound Products Как работают люминесцентные лампы

© 2007 Род Эллиотт (ESP)


Лампы и энергетический индекс

Основной указатель


Содержание


1 Введение

Статья «Традиционные люминесцентные ламповые лампы и их альтернативы» рассматривает работу люминесцентных ламп в довольно простых терминах, но здесь мы рассмотрим лампы и их балласты (как «традиционных» магнитных, так и электронных типов) и немного углубимся в их внутреннюю часть. выработки.Используются альтернативные схемы балласта (например, «опережение / запаздывание»), и это показано в предыдущей статье. Здесь это не рассматривается, потому что речь идет о том, как они работают, а не о способе подключения фитингов.

Принцип работы люминесцентной лампы сильно отличается от простой лампы накаливания, и современные люминесцентные лампы (особенно компактные люминесцентные лампы или КЛЛ) используют электронные балласты для регулирования напряжения на лампе и тока через нее.При первом запуске необходимо обеспечить значительно более высокое напряжение, чем обычно, чтобы вызвать возникновение внутренней дуги, а после запуска ток должен быть ограничен до безопасного значения для трубки.

В этой статье показаны некоторые способы достижения этих целей, начиная с базового индуктивного балласта, который на протяжении многих лет является основой производства люминесцентных ламп.

Обратите внимание, что показанные здесь формы сигналов представляют собой комбинацию моделирования и реальных измерений.При необходимости смоделированные формы сигналов корректируются для соответствия измеренным. Причина этого подхода проста … симулятор не может представить нагрузку с отрицательным импедансом с соответствующими напряжениями удара и другими характеристиками, которые представляет люминесцентная лампа. Точно так же очень сложно (и потенциально смертельно) пытаться уловить все напряжения и токи, которые существуют в цепях реальных люминесцентных ламп.

Хотя принятый подход действительно вносит некоторые незначительные ошибки в показанные формы сигналов, они относительно незначительны, а конечный результат находится в пределах любого традиционного производственного допуска для балластов, ламп и других компонентов.


2 Индуктивный балласт

Для объяснения индуктивного балласта я использовал старую «компактную» люминесцентную лампу, которая идеально подходит для тестирования. Хотя он по-прежнему работает, световой поток несколько ниже, чем должен быть, но это лишь немного меняет некоторые измеренные значения. Принципы не меняются.

Сама лампа имеет следующие характеристики …

Диаметр трубки 11,3 мм (нестандартный)
Длина 533 мм (21 дюйм)
Сопротивление нити (холодное) 12.8 Ом
Сопротивление накала (горячее) 23 Ом
Балластное сопротивление 105 Ом
Индуктивность балласта 2,11 H
Starter Starter
Starter 1,2 нФ

Диаметр люминесцентных ламп обычно обозначается как T8 (например). Это означает, что диаметр равен 8 x 1/8 дюйма, что составляет 1 дюйм (25.4 мм). Ранние трубки были T12 (1½ дюйма или 38 мм в диаметре), но они были уменьшены в размерах до T8, когда были представлены (тогда) «новые» высокоэффективные типы. Стандартная 4-футовая трубка (1200 мм) раньше рассчитывалась на 40 Вт, но их заменили на 36 Вт, а светоотдача была улучшена. Последнее воплощение — T5 (диаметр 16 мм), в котором используется меньшее расстояние между выводами и другой фитинг надгробия. Они также короче (1163 мм) и не подходят для стандартного светильника. разработан для более ранних ламп.

В случае моего тестового образца диаметр трубки намного меньше обычного, потому что лампа обозначена как компактная, поэтому ее складывают, чтобы уменьшить общую длину.Упоминается сопротивление нити, потому что оно будет упомянуто позже в этой статье. Схема представлена ​​ниже и является стандартной во всех отношениях.

Рисунок 1 — Схема люминесцентной лампы

Индуктор — это балласт, и на самом деле это гораздо более важный компонент, чем он может показаться. Он не только ограничивает максимальный ток трубки, но и используется для генерации импульсов высокого напряжения, необходимых для зажигания плазменной дуги внутри трубки. Сама люминесцентная лампа имеет на каждом конце нагреватель, небольшое количество ртути и инертный газ (обычно аргон).Стенка трубки покрыта люминофором, который излучает видимый свет при возбуждении интенсивным коротковолновым ультрафиолетовым светом, излучаемым ртутным дуговым разрядом. Дополнительный конденсатор (C2) предназначен для коррекции коэффициента мощности — подробнее об этом позже.

Маленькая лампочка — стартер. Биметаллическая полоса запечатана в стеклянную оболочку с (обычно) неоновым газом внутри. При подаче питания напряжения более чем достаточно, чтобы вызвать дугу в неоновом пускателе, но не настолько, чтобы вызвать дугу в самой лампе.Тепло от неоновой дуги заставляет биметаллическую полосу изгибаться, пока она не замыкает контакты. Затем дуга в неоновом пускателе прекращается, и сеть подключается через балласт и нити на каждом конце трубки через выключатель стартера.

Когда в пускателе нет дуги (или накаливания), биметаллическая полоса охлаждается, и примерно через секунду выключатель размыкается. Прерывание тока через катушку индуктивности вызывает возврат напряжения — импульс высокого напряжения, который (будем надеяться) запустит дугу в трубке.Если дуга не запускается с первого раза, процесс повторяется до тех пор, пока не начнется. Вот почему стандартные люминесцентные лампы при включении несколько раз мигают. Нити — это нагреватели, которые действуют как катоды (эмиттеры электронов) и необходимы для обеспечения достаточного количества тепла для испарения ртути и обеспечения хорошего потока электронов для возбуждения плазмы. Когда лампа работает нормально, потока электронов достаточно для поддержания приемлемой рабочей температуры нити накала. Обе нити действуют как катоды и аноды поочередно, потому что полярность меняется 50 (или 60) раз в секунду.

Плазма имеет интересную характеристику … отрицательное сопротивление! Как только начинается дуга, более высокий рабочий ток вызывает падение сопротивления и меньшее напряжение появляется на трубке. Если бы это продолжалось, трубка очень быстро разрушилась бы. Балласт предотвращает это, потому что он вводит последовательный импеданс для ограничения тока. Сопротивление не сработает, потому что оно слишком расточительно и не обеспечивает накопления энергии для генерации всплеска обратного напряжения, чтобы повторно зажигать дугу при каждом изменении полярности.

Рисунок 2 — Рабочие кривые

На Рисунке 2 вы можете видеть, что, когда ток трубки (зеленая кривая) максимален, напряжение (красная кривая) на трубке минимально. Вы можете увидеть эффект сразу после каждого скачка напряжения. По мере увеличения тока напряжение падает (для этой трубки минимум составлял ± 126 В). Пик в точке пересечения нуля формы волны тока генерируется балластом, и именно он повторно зажигает дугу для каждого полупериода подключенной сети.На рисунке 3 показано напряжение на балласте — быстрые переходы соответствуют пикам, приложенным к лампе, и происходят около пика напряжения, где ток прерывается, когда проходит через ноль.

Рисунок 3 — Напряжение и ток в балласте

Форма волны напряжения на балласте по существу представляет собой разницу между приложенным сетевым напряжением и напряжением на лампе. Для работы на 120 В напряжение явно меньше, но лампе все еще нужно где-то между 300-400 В, чтобы зажигать (или повторно зажигать) дугу, поэтому балласт должен иметь возможность компенсировать разницу с помощью обратного импульса на каждом нуле. -пересечение тока.У меня нет люминесцентной лампы на 120 В или балласта, поэтому я не могу предоставить полную информацию. То, что люминесцентные лампы вообще работают с напряжением 120 В, несколько примечательно, но легко понять, почему электронные балласты так популярны в США. Многие балласты для стран с напряжением 120 В используют «балласт» автотрансформатора, который увеличивает доступное напряжение и действует как ограничитель тока.


3 Системные потери

В системе несколько потерь, причем балласт является одним из основных факторов.Балласт, использованный в моих тестах, имеет сопротивление постоянному току 105 Ом, поэтому расходуется почти 7 Вт. Потери на самом деле выше, потому что стальные листы очень быстро нагреваются, поэтому «потери в железе» значительны. Это можно уменьшить только за счет использования стали более высокого качества и более тонких листов. Оба значительно увеличат стоимость.

Каждая нить накала имеет горячее сопротивление 23 Ом, и при работе лампы на каждой нити накала присутствует напряжение почти 6 В. Помните, что во время работы конец нити накала, идущий к стартеру, отключается (за исключением очень маленькой емкости на стартере).Измеренное напряжение представляет собой градиент, вызванный током плазмы, и каждая нить накала рассеивает около 1,5 Вт (всего 3 Вт). Только в этих компонентах люминесцентная лампа расходует 10 Вт подаваемой мощности в виде тепла (7 Вт для балласта, 3 Вт для нити накала).

Хотя балластные отходы могут быть уменьшены с помощью более качественного устройства, потеря накала необходимы для работы лампы. Это относится ко всем люминесцентным лампам, за исключением специализированных типов с холодным катодом, но для них требуется такой же специализированный электронный балласт.CCFL (люминесцентные лампы с холодным катодом) чаще всего встречаются в ЖК-мониторах и телевизорах, но теперь их заменяют светодиоды в новых моделях.

Есть еще одна потеря, которую пользователь не видит и даже не оплачивает. Эти потери являются результатом низкого коэффициента мощности люминесцентных ламп, и это вызвано преимущественно индуктивной нагрузкой. Индуктивная нагрузка вызывает запаздывающий коэффициент мощности, когда максимальный ток возникает после максимального напряжения. Вы также можете рассматривать это как точку, где нагрузка (лампа и индуктор) фактически возвращает некоторую мощность источнику.Для поставщика электроэнергии это означает, что трансформаторы, кабели и генераторы переменного тока должны выдерживать больший ток, чем должен быть. Это становится очень дорогостоящим, когда очень много нагрузок имеют низкий коэффициент мощности.

Рисунок 4 — Напряжение Vs. Текущие, нескорректированные и исправленные

На рисунке 4 вы можете видеть, что нескорректированная форма волны тока имеет видимые искажения около точки пересечения нуля. Как вы также можете видеть, среднеквадратичный ток также значительно выше, чем указано в номинальной мощности.Реактивные нагрузки имеют разные значения мощности и ВА, но для резистивной (или нереактивной) нагрузки они одинаковы.

В этом случае ток без C2 составляет 256 мА, а при добавлении C2 он падает до 162 мА. При приложенном напряжении 240 В это означает, что …

Без компенсации Общая мощность = 38 Вт
ВА = 61,4 Коэффициент мощности = 0,62
С компенсацией Общая мощность = 38 Вт
ВА =9 Коэффициент мощности = 0,97

Коэффициент мощности можно рассчитать, используя фазовую задержку или разделив фактическую мощность на ВА (Вольт * Ампер). Для угла сдвига по фазе ток отстает от напряжения на 57,4 °, а коэффициент мощности рассчитывается путем взятия косинуса фазового угла — 0,53 в данном случае. Цифры разные, потому что форма волны тока не является чистой синусоидой — она ​​имеет искажения. Добавление конденсатора сдвигает фазу искажения, так что форма сигнала компенсированного тока имеет плоскую вершину (что-то вроде ограничения усилителя).Хотя это вносит гармоники в сеть, их влияние далеко не так плохо, как в некомпенсированной цепи, о чем свидетельствует скорректированный коэффициент мощности. Добавление конденсатора правильного номинала в чисто индуктивную цепь (без искажения формы сигнала) даст коэффициент мощности, равный единице — идеальный вариант.

Обратите внимание, что использование косинуса фазового угла (CosΦ) является сокращением, и может использоваться только , когда оба
напряжение и ток являются синусоидальными волнами.Он вообще не работает для сигналов с сильными искажениями, например, генерируемых электронными нагрузками, и будет давать неверные
ответ для индуктивных нагрузок, которые включают искажения (например, люминесцентные лампы). Вы всегда получите , получите правильный ответ, если разделите реальную мощность на ВА.

Также доступны пускорегулирующие аппараты с «быстрым запуском» и пускорегулирующие устройства без пускового устройства. Они выходят за рамки данной статьи, которая предназначена для описания основных принципов, а не для подробного описания всех имеющихся балластов люминесцентного освещения.


4 электронных балласта

Электронные балласты становятся все более распространенными, потому что их можно сделать более эффективными, чем типичный магнитный балласт, и для них требуется гораздо меньше материала. Это делает их дешевле (в изготовлении, но не обязательно для вас), чем люминесцентные лампы с обычным балластом. В частности, теперь все компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) используют электронный балласт, который обычно поставляется с самой лампой. Хотя это удобно, это ужасная трата ресурсов, потому что все электронные компоненты просто выбрасываются при выходе из строя лампы.Лампы T5 в настоящее время становятся стандартом для люминесцентного освещения, и для максимального срока службы электронный балласт необходим.

В некоторой степени повышение эффективности по сравнению с магнитным балластом может быть иллюзией — по крайней мере, частично. Поскольку они намного легче, есть реальная и определенная экономия на транспортных расходах, но магнитные балласты могут быть такими же эффективными, как электронная версия, а может быть, даже больше. Как бы то ни было, переход к электронным балластам сейчас не остановить, и по мере того, как цена снизится, их использование будет продолжать расти.У электронных балластов есть и другие преимущества, о которых мы поговорим позже.

Типовая (более или менее) принципиальная схема электронного балласта, используемого в КЛЛ, показана ниже. Те, которые используются для обычных люминесцентных ламп, будут очень похожи, но обычно будут использовать обновленные компоненты. В то время как электроника в КЛЛ может прослужить всего 15 000 часов, стационарный электронный балласт, как ожидается, прослужит 100 000 часов или более (более 10 лет непрерывной работы).На самом деле электронный балласт должен быть способен прослужить столько же, сколько и его магнитный аналог, поэтому срок службы 40 лет не так глуп, как может показаться.

Рисунок 5 — Схема электронного балласта [2]

Схема на Рисунке 5 представляет собой несколько упрощенную версию схемы, показанной в листе данных Infineon. Он полностью скорректирован по коэффициенту мощности и имеет защиту для обнаружения неисправных (или отсутствующих) ламп. Характерным режимом отказа люминесцентных ламп является «выпрямление», когда одна нить накала (катод) становится значительно слабее другой.Если не обнаружено, смещение постоянного тока приведет к отказу коммутирующих устройств, что сделает балласт бесполезным (маловероятно, что кто-то отремонтирует их, когда они сломаются).

Электронный балласт действительно имеет ряд преимуществ перед магнитной версией. Поскольку дуга полностью погаснет примерно через 1 мс, при использовании более высокой частоты, чем сеть 50 или 60 Гц, дуга останется. Его не нужно наносить повторно, а просто меняет направление [1]. Кроме того, светоотдача увеличивается примерно на 10% выше 20 кГц, поэтому улучшается световая отдача.

До тех пор, пока коэффициент мощности всех этих электронных балластов не будет скорректирован, они будут вызывать проблемы с распределением. К сожалению, во многих странах не требуется, чтобы приборы малой мощности (обычно менее 75 Вт) имели коррекцию коэффициента мощности, но, учитывая распространение КЛЛ и электронных балластов в обычных люминесцентных лампах, это придется изменить. Поскольку освещение используется в каждом доме, проблема неисправленного коэффициента мощности выйдет из-под контроля, если что-то не будет сделано.

В отличие от магнитного балласта (индуктора), коэффициент мощности электронного балласта нельзя скорректировать простым добавлением конденсатора. Как видно на диаграмме выше (хотя это может быть не сразу очевидно), на выходе входного мостового выпрямителя имеется очень маленький конденсатор емкостью 220 нФ. Первый полевой МОП-транзистор работает как повышающий преобразователь и переключается на протяжении каждого полупериода. Таким образом, среднеквадратичный ток, потребляемый из сети, поддерживается в фазе с напряжением, а форма волны тока является приблизительно синусоидальной.Это дает очень хороший коэффициент мощности — возможно лучше 0,9. Чтобы предотвратить возвращение высокоскоростных коммутационных импульсов в сеть, необходима обширная фильтрация, на что указывает фильтр EMI (электромагнитные помехи) на входе.

Для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) используется несколько более простая схема, так как схемы предназначены для выбрасывания. Лично я считаю это бессмысленным расточительством и надеюсь, что это не будет продолжаться (или, по крайней мере, будет введена переработка, чтобы восстановить как можно больше).Типичный инвертор CFL показан ниже …

Рисунок 6 — Типовая схема электронного балласта CFL

Я говорю «достаточно типичный», потому что реальные схемы сильно различаются. Доступны специализированные микросхемы драйверов MOSFET, но большинство дешевых (потребительских) CFL будут использовать вариант вышеупомянутого. Обратите внимание, что резистор 0,47 Ом, показанный на входе, обычно представляет собой плавкий резистор, и он используется в первую очередь в качестве предохранителя. Почему бы не использовать настоящий предохранитель? Резисторы дешевле.Большинство деталей будет выбрано таким образом, чтобы выжить в течение указанного срока службы лампы, поэтому лучшие методы проектирования обычно игнорируются, если можно ожидать, что деталь с более низким номиналом (и более дешевая) прослужит около 10 000 часов.

Трансформатор (T1) обеспечивает обратную связь с транзисторами и генерирует базовый ток, необходимый для надежного переключения. Цикл инициируется DIAC — двунаправленным устройством, которое имеет резкий переход из непроводящего состояния в проводящее.Поскольку он имеет характеристики, очень похожие на устройство с отрицательным импедансом, его часто используют в диммерах, люминесцентных балластах и ​​даже стробоскопах. Для получения дополнительной информации щелкните здесь, чтобы просмотреть руководство по DIAC.

Обратите внимание, что схемы, показанные выше, предназначены только для информации и не должны быть построены так, как показано. Для некоторых компонентов требуются очень специфические параметры, трансформаторы и индукторы имеют решающее значение. В схемах нет ничего плохого, им просто не хватает всей информации, необходимой для их построения.Речь идет о том, как эти вещи работают, а не о том, как их построить.


5 Коэффициент мощности
Коэффициент мощности

не совсем понятен большинству энтузиастов электроники, и это вполне понятно, потому что он мало востребован в общих электронных схемах. Есть аспекты коэффициента мощности, которые даже не понимают многие инженеры, которым следует знать лучше. Когда создаются несинусоидальные формы волны тока, даже многие инженеры делают двойную попытку, потому что они не могут быть использованы для работы с электронными нагрузками.Я рассмотрю здесь оба случая, а также намереваюсь показать методы пассивной и активной коррекции коэффициента мощности. Хотя пассивный PFC (коррекция коэффициента мощности) привлекает своей простотой, на самом деле он оказывается более дорогим из-за необходимости в большом индукторе. Активный PFC кажется сложным (и это действительно так, если вам нужно его спроектировать), но после разработки использует относительно дешевые компоненты.

Самый простой случай — индуктивная нагрузка. Это относится ко многим электрическим машинам, включая двигатели, трансформаторы и (конечно) балласты люминесцентного освещения (магнитные типы).Когда двигатель или трансформатор полностью нагружены, он проявляет себя как резистивная нагрузка и имеет отличный коэффициент мощности. При малых нагрузках эта же часть оказывается индуктивной, и это приводит к отставанию тока от напряжения. Если нагрузка работает в этом режиме большую часть своего срока службы, необходимо применить поправку, чтобы вернуть коэффициент мощности как можно ближе к единице.

Коэффициент мощности резистивной нагрузки всегда единица — это идеально. Каждый вольт и каждый ампер используются для выработки тепла.Распространенными примерами являются электрические обогреватели, тостеры, чайники и лампы накаливания. Однако не все нагрузки резистивные, поэтому давайте рассмотрим типичный пример (но упрощенный для простоты описания и понимания).

Электрическая машина обычно работает при половинной нагрузке, но может потребоваться полная мощность при запуске или для того, чтобы выдерживать переходные нагрузки. Это может быть двигатель или трансформатор — две из наиболее распространенных используемых электрических машин (люминесцентная лампа с магнитным балластом немного сложнее).В каждом случае индуктивная и резистивная составляющие нагрузки будут равны (для половинной мощности), а формы сигналов напряжения, тока и мощности выглядят следующим образом …

Рисунок 7 — Электрическая машина на половинной мощности

Как и ожидалось, когда резистивная и индуктивная составляющие равны, наблюдается фазовый сдвиг на 45 °, при этом ток отстает от напряжения (запаздывающий коэффициент мощности). Приложенное напряжение — 240 В, резистивная часть нагрузки — 120 Ом, индуктивное реактивное сопротивление — также 120 Ом, мощность — 240 Вт.Мы должны потреблять 1 А от сети (240 В x 1 А = 240 Вт), но вместо этого потребляем 1,414 А. Дополнительный ток необходимо подавать, но он полностью расходуется впустую. Что ж, это не совсем так — его возвращают в сеть. Однако, если многие нагрузки делают то же самое, то оно просто рассеивается в виде тепла в трансформаторах, линиях электропередачи и генераторах электростанций. Очень мало реальных нагрузок являются емкостными, поэтому в схему добавляется конденсатор.

При сдвиге фазы 45 ° коэффициент мощности равен 0.707, и мы потребляем 1,42 А от сети вместо 1 А. Чтобы восстановить ток так, чтобы он был в фазе с напряжением, нам нужно добавить в схему конденсатор. Конденсатор фактически противоположен катушке индуктивности и (сам по себе) будет создавать ведущий коэффициент мощности — ток будет предшествовать напряжению. Добавив в схему конденсатор нужного номинала, коэффициент мощности можно восстановить до единицы, что приведет к значительному снижению тока, потребляемого от сети. Для этого примера 13 мкФ почти идеальны, но даже 10 мкФ уменьшат сдвиг фазы задержки до 14.2 °, и это увеличивает коэффициент мощности до 0,96 — обычно считается максимально близким к идеальному.

Весь процесс несколько противоречит интуиции. То, что нагрузка может потреблять больше тока, чем должно, достаточно легко понять, но то, что повторное потребление большего тока через конденсатор уменьшит сетевой ток, не имеет никакого смысла. Все дело в относительной фазе двух токов, и это действительно работает. В противном случае наша энергосистема оказалась бы в крайне тяжелом положении.

Рисунок 8 — Люминесцентный свет при нормальной работе

На несколько упрощенной схеме выше показаны формы сигналов напряжения и тока люминесцентной лампы. Упрощение состоит в том, что симуляторы не включают в себя нелинейные нагрузки с отрицательным сопротивлением, но на основной принцип (и результирующие формы сигналов) это существенно не влияет. Как видите, форма сигнала тока немного искажена, и это влияет на форму сигнала после применения компенсации. Фактически, гармоники, генерируемые искажением, сдвинуты по фазе, поэтому окончательная форма волны тока выглядит как обрезанная синусоида.Однако после компенсации коэффициент мощности очень хороший, 0,98 — отличный результат.

Без компенсации потребляемый ток составляет 276,5 мА (что дает коэффициент мощности 0,57), а после компенсации он падает до 159,5 мА. Мощность нагрузки (самой лампы) составляет 29,8 Вт, а резистивный компонент балласта (R1) рассеивает 7,8 Вт — это теряется в виде тепла. Все потраченное впустую тепло снижает общую эффективность, но это неизбежно, поскольку реальные компоненты имеют реальные потери.

Ситуация становится намного хуже, когда используется нелинейная (электронная) нагрузка.На рисунке 9 показаны эквивалентная схема и осциллограммы — ток протекает только на пике приложенного напряжения. Хотя этот ток находится в фазе с напряжением, коэффициент мощности ужасен, потому что форма волны тока не похожа на синусоиду. Резкие пики тока имеют сравнительно высокое среднеквадратичное значение, но мощность, подаваемая и подаваемая на нагрузку, намного меньше.

Рисунок 9 — Осциллограммы мощности электронной нагрузки

Скорректированный ток не показан по той простой причине, что для коррекции формы сигнала необходимы значительные дополнительные компоненты.В отличие от случая, когда ток нагрузки является синусоидальным (или близок к нему), простое добавление конденсатора не принесет ничего полезного. Пики тока таковы, что их можно удалить только с помощью фильтра, предназначенного для пропускания только частоты сети. Как показано, ток составляет 296 мА, но, как видно, пиковое значение составляет почти 2 А. Нагрузка рассеивает 28 Вт, но «полная мощность» (ВА) составляет 71,4 ВА. Это дает коэффициент мощности 0,39 — действительно очень плохо. Если вам интересно, куда пропала разница в 1 Вт между источником и нагрузкой, она теряется в диодах.

Добавив фильтр (пассивный PFC), состоящий из катушки индуктивности и пары конденсаторов, это можно улучшить, но требование относительно большой индуктивности значительно увеличивает вес и стоимость. Один Генри примерно настолько мал, насколько вы можете использовать для определения номинальной мощности нагрузки, и хотя большее значение будет работать лучше, оно также снова будет больше, а также будет иметь более высокие потери. По этим причинам пассивная коррекция коэффициента мощности обычно не используется с импульсными источниками питания.

Рисунок 10 — Пассивная коррекция коэффициента мощности

За счет добавления катушки индуктивности и конденсатора, как показано на рисунке, коэффициент мощности значительно повышается.Форма волны тока все еще не очень хорошая, но она намного лучше, чем схема без коррекции. Среднеквадратичный ток снижен с 296 мА до 136 мА, что дает 32,6 ВА. Мощность нагрузки составляет 29 Вт, поэтому коэффициент мощности теперь 0,88, что намного более достойно. Как показано на рисунке 9, электроника практически не имеет потерь. Излишне говорить, что это не так, но речь идет о PFC, а не о потерях в цепи.

Катушка индуктивности (L1) представляет собой относительно большой компонент, и из-за этого будет сравнительно дорогим.Чтобы снизить стоимость и вес, электронная схема коррекции коэффициента мощности является лучшим предложением, и она также будет более эффективной. Более низкие потери мощности означают меньше потерь тепла и более прохладную электронику.

Рисунок 11 — Схема активной коррекции коэффициента мощности

Схема, показанная здесь, почти идентична схеме на рисунке 5, но упрощена, чтобы ее было легче понять. Входящая сеть проходит через фильтр электромагнитных помех, состоящий из C1 и L1. Затем он идет на мостовой выпрямитель, но вместо большого электролитического конденсатора все, что нужно, — конденсатор 220 нФ (C2).Выходной сигнал является пульсирующим постоянным током и изменяется от почти нуля до полного пикового напряжения (340 В для источника питания 240 В RMS). Затем он передается на очень умный повышающий преобразователь режима переключения — L2, Q1 и D5. Это увеличивает любое мгновенное напряжение на его входе до пикового напряжения — в этом случае моделируемый преобразователь стабилизируется на уровне 446 В (несколько выше, чем обычно используется).

Время включения и выключения тщательно контролируется для поддержания тока, который пропорционален форме волны входящего переменного тока, поэтому рабочий цикл (отношение включения-выключения) постоянно изменяется для поддержания правильного повышенного напряжения и пропорционального тока.D6 включен для быстрой зарядки крышки основного фильтра (C3) от сети, а также обеспечивает подзарядку крышки. Это позволяет упростить схему управления.

Выходное напряжение повышающего преобразователя (обычно) регулируется, но регулирование не обязательно должно быть прекрасным, что опять же в некоторой степени упрощает схему. В схеме, показанной на Рисунке 5, вы видите, что индуктор повышающего преобразователя (1,58 мГн) имеет вторичную обмотку. Это используется, чтобы сообщить IC контроллера, когда был достигнут правильный ток.В упрощенной схеме, показанной на рисунке 11, это не используется — период переключения фиксирован (схема была смоделирована, чтобы я мог получить форму тока, показанную ниже). Хотя эта упрощенная версия не так хороша, как «настоящая», она работает довольно хорошо — по крайней мере, в симуляторе.

Рисунок 12 — Формы сигналов активной коррекции коэффициента мощности

Как видите, форма сигнала тока довольно искажена, но измеренные характеристики симулятора впечатляют, несмотря на его относительную простоту.При 60 Вт в нагрузке (балласт и люминесцентная лампа) фактическая мощность сети составляет 61 Вт (потери в диодах, как и раньше), а при токе сети 266 мА он потребляет 64 ВА. Таким образом, коэффициент мощности составляет 0,94 — действительно очень удовлетворительный результат. Это значительно лучше, чем схема пассивной коррекции коэффициента мощности, и этого следовало ожидать. Весь анализ, который я видел, показывает, что активная схема коррекции коэффициента мощности превосходит пассивную схему как с точки зрения общего КПД, так и коэффициента мощности. Катушки индуктивности имеют небольшие размеры (электрически и физически), а потери будут намного ниже, чем в любой пассивной цепи PFC.

Если вам интересно, мощность лампы в два раза больше, чем в двух предыдущих примерах, из-за того, что повышающий преобразователь имеет более высокое выходное напряжение, чем желаемое. Мне очень не хотелось тратить много времени на попытки подобрать уровни мощности, а моя упрощенная версия не регулируется. Обеспечить успешную работу симуляции для импульсного преобразователя было непросто, а симуляции требовали много времени из-за высокочастотного переключения.

Сейчас довольно стандартно, что искажение формы волны обозначается как THD (полное гармоническое искажение), которое в случае активной схемы PFC равно 11.7%. Делайте из этого то, что хотите.


6 Температура

Для правильной работы всех ртутных люминесцентных ламп очень важна температура. Есть относительно узкая полоса над и под которой уменьшается дуга, в результате чего световой поток ниже ожидаемого. Когда трубка холодная, в ней остается меньше паров ртути, поэтому дуга не может достичь полной силы, потому что молекул ртути недостаточно для поддержания разряда на желаемом уровне.

Когда температура слишком высока, давление пара увеличивается, увеличивая эффективное сопротивление дуги и снова уменьшая ток разряда. Для большинства компактных ламп (а также, вероятно, большинства стандартных люминесцентных ламп) температура трубки должна быть около 40 ° C для максимальной светоотдачи. При 0 ° C световой поток составляет всего 40% — действительно очень тусклая лампа. Более высокие температуры не так сильны, но слишком горячая лампа все равно будет сильно разряжена.

Рисунок 13 — Светоотдача в зависимости отТемпература

Когда температура приближается к -38,83 ° C, световой поток полностью прекращается. Это температура, при которой ртуть замерзает, поэтому пары ртути не могут поддерживать дугу и излучать УФ-излучение. Кроме того, по мере снижения температуры напряжение, необходимое для зажигания дуги, увеличивается, и при 0 ° C лампе потребуется примерно на 40% больше напряжения для зажигания по сравнению с напряжением зажигания при нормальной температуре окружающей среды.

Во многих частях света 0 ° C (или ниже) — это нормальная температура окружающей среды в течение многих месяцев в году, поэтому лампу будет труднее запустить и она будет иметь низкую мощность, пока лампа не нагреется немного. .В таких климатических условиях трубу следует закрывать, чтобы защитить ее от ветра, который может значительно снизить температуру и светоотдачу.

.Температура окружающей среды

* Примечание — закрытый светильник обеспечивает повышение температуры на + 10 ° C по сравнению с окружающей средой.

Как и все материалы по этой теме, существуют различия в способе подачи материала, и разные типы трубок могут существенно отличаться друг от друга. Цифры в основном согласуются с приведенным выше графиком, но небольшое примечание предполагает, что заявленные температуры находятся в состоянии теплового равновесия. Для стабилизации может потребоваться некоторое время, поэтому исходная светоотдача при первом включении лампы будет одинаковой для открытых и закрытых светильников.Поскольку объем светильника по отношению к лампе не указан, будут большие отклонения, если размер корпуса будет больше или меньше (неустановленных) значений, используемых в таблице.


Ссылки

  1. Электронный балласт для люминесцентных ламп, Учебный модуль для студентов — Цзинхай Чжоу, Политехнический институт Вирджинии и Государственный университет
  2. ICB1FL02G Интеллектуальная ИС управления балластом для балластов люминесцентных ламп, техническое описание, версия 1.2, февраль 2006 г., Infineon Technologies AG
  3. Работа флуоресцентных систем при низких температурах (Sylvania)


Лампы и энергетический индекс
Основной указатель

Относительная светоотдача (RLO) [3]
Окружающая температура Открытое приспособление Закрытое приспособление *
-10 ° C 25% 50%
0 ° C 50% 80%
10 ° C 80% 100%
25 ° C 100% 98%
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2007. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана и авторские права © июнь 2007.
.

3. Как работают люминесцентные лампы?

3.4. Физические характеристики ламп

Принципы работы

Люминесцентная лампа генерирует свет от столкновений с горячим
газ («плазма») свободного ускоренного
электроны с атомами–
обычно ртуть — в
какие электроны поднимаются на более высокие уровни энергии, а затем
отступать при излучении на двух линиях УФ-излучения (254
нм и 185 нм).Таким образом
созданное УФ-излучение затем преобразуется в
видимый свет УФ
возбуждение флуоресцентного покрытия на стеклянной оболочке
фонарь. Химический состав этого покрытия подобран так, чтобы
излучать в желаемом спектре.

Строительство

Трубка люминесцентной лампы заполнена газом с низким содержанием
пар ртути под давлением и
благородные газы в целом
давление около 0.3% от
атмосферное давление. В
самая обычная конструкция, пара эмиттеров накала, один
на каждом конце трубки, нагревается током и используется для
испускать электроны, которые
возбуждают благородные газы и газообразную ртуть с помощью ударной ионизации.
Эта ионизация может происходить только в исправных лампах.Следовательно, вредное воздействие на здоровье от этого процесса ионизации
невозможно. Кроме того, лампы часто оснащаются двумя
конверты, что значительно снижает количество УФ-излучения
испускается.

Электрические аспекты эксплуатации

Для запуска лампы и
поддерживать ток на достаточном уровне для постоянного света
эмиссия.В частности, схема подает высокое напряжение на
запускают лампу и регулируют ток через трубку.
Возможны разные конструкции. в
в простейшем случае используется только резистор, что относительно
энергоэффективность. Для работы от
переменный ток (AC)
напряжения сети, использование индуктивного балласта является обычным явлением и было
известен отказ до конца срока службы лампы, вызывающий
мерцание лампы.Различные схемы, разработанные для
начать и запустить
люминесцентные лампы выставляют
различные свойства, то есть излучение акустического шума (гула),
срок службы (лампы и балласта), энергоэффективность и
мерцание интенсивности света. Сегодня в основном улучшенная схемотехника
используется, особенно с компактными люминесцентными лампами, где
электрическую схему нельзя заменить перед люминесцентными лампами.Это снизило количество технических сбоев, вызывающих
эффекты, как указано выше.

ЭМП

Часть
электромагнитный спектр
который включает статические поля, а поля до 300 ГГц — вот что
здесь упоминается как
электромагнитные поля
(ЭДС).Литература о том, какие виды и сильные стороны ЭМП.
которые излучаются из КЛЛ
редко. Однако есть несколько видов ЭДС, обнаруженных в
близость этих ламп. Как и другие устройства, которые зависят
на электричество для выполнения своих функций они излучают
электрические и
магнитные поля в
низкочастотный диапазон (
частота распространения 50 Гц и, возможно, также гармоники
из них, e.г. 150 Гц, 250 Гц и т. Д. В Европе). Кроме того, КЛЛ,
в отличие от
лампы накаливания,
также излучают в высокочастотном диапазоне ЭДС (30-60 кГц).
Эти частоты различаются
между разными типами ламп.

Мерцание

Все лампы будут различать интенсивность света при удвоении мощности от сети.
(линейная) частота, так как
мощность, подаваемая на лампу, достигает пика дважды за цикл при 100
Гц или 120 Гц.За
лампы накаливания это
мерцание уменьшается по сравнению с люминесцентными лампами за счет тепла
емкость нити. Если модуляция света
интенсивности достаточно для восприятия человеческим глазом, тогда
это определяется как мерцание. Модуляции на 120 Гц не видно,
в большинстве случаев даже не при 50 Гц (Зейтц и др.2006).
Флюоресцентные лампы
включая КЛЛ, которые используют
поэтому высокочастотные (кГц) электронные балласты называются
«без мерцания».

Однако как лампы накаливания (Chau-Shing and Devaney, 2004), так и
«немерцающие» люминесцентные источники света (Хазова и О’Хаган
2008) производят еле заметное остаточное мерцание.Дефектный
лампы или схемы могут в некоторых случаях приводить к мерцанию
частот, либо только в
часть лампы или во время цикла запуска в несколько минут.

Световое излучение, УФ-излучение и синий свет

Имеются характерные различия между излучаемыми спектрами.
люминесцентными лампами и
лампы накаливания, потому что
различных принципов работы.Лампы накаливания
настраиваются по своей цветовой температуре за счет специального покрытия
стекло и часто продаются с атрибутом «теплый» или
«Холодные» или, точнее, по их цветовой температуре
профессиональные световые приложения (фотостудии,
магазины одежды и т. д.). В случае люминесцентных ламп
спектральное излучение зависит от покрытия люминофора. Таким образом,
люминесцентные лампы могут быть обогащены синим светом (длины волн
400-500 нм), чтобы
лучше имитируют дневной свет по сравнению с лампами накаливания.
Как и люминесцентные лампы, КЛЛ излучают больше синего цвета.
свет, чем лампы накаливания.На международном уровне
признанные пределы воздействия излучения (200-3000 нм)
испускается лампами и осветительными приборами, защищенными от
фотобиологические опасности (Международная электротехническая
Комиссия 2006 г.). Эти ограничения также включают излучение от
КЛЛ.

УФ-содержание излучаемого спектра зависит как от
люминофор и стеклянная колба люминесцентной лампы.УФ
выброс
лампы накаливания есть
ограничивается температурой нити и
поглощение стекла. Некоторые
КЛЛ с одной оболочкой излучают
УФ-В и следы УФ-С излучения на длине волны 254
нм, что не так
для ламп накаливания (Khazova and O´Hagan 2008).Экспериментальный
данные показывают, что КЛЛ производят больше
УФ-излучение, чем
вольфрамовая лампа. Кроме того, количество
УФ-В излучение производится из
КЛЛ с одним конвертом, с того же расстояния 20 см, составляли примерно
в десять раз больше, чем облучается вольфрамовой лампой
(Мозли и Фергюсон, 2008 г.).

.

Start it Up — Как работают люминесцентные лампы

В классической конструкции люминесцентных ламп, которая по большей части пришла на второй план, для зажигания лампы использовался специальный механизм включения стартера. Вы можете увидеть, как эта система работает, на схеме ниже.

При первом включении лампы путь наименьшего сопротивления проходит через байпасную цепь и через выключатель стартера . В этой цепи ток проходит через электроды на обоих концах трубки.Эти электроды представляют собой простые нитей накала , как в лампе накаливания. Когда ток проходит через байпасную цепь, электричество нагревает нити. Это отрывает электроны от поверхности металла, отправляя их в газовую трубку, ионизируя газ.

Объявление

В то же время электрический ток вызывает интересную последовательность событий в выключателе стартера. Обычный выключатель стартера представляет собой небольшую разрядную лампочку, содержащую неон или другой газ.Колба имеет два электрода, расположенных рядом друг с другом. Когда электричество первоначально пропускается через байпасную цепь, электрическая дуга (по сути, поток заряженных частиц) перескакивает между этими электродами, чтобы установить соединение. Эта дуга зажигает лампочку так же, как большая дуга зажигает люминесцентную лампу.

Один из электродов — биметаллическая полоса , которая изгибается при нагревании. Небольшое количество тепла от зажженной лампы сгибает биметаллическую полосу, так что она входит в контакт с другим электродом.Поскольку два электрода соприкасаются друг с другом, току больше не нужно прыгать как дуга. Следовательно, через газ не протекают заряженные частицы, и свет гаснет. Без тепла от света биметаллическая полоса охлаждается, отклоняясь от другого электрода. Это размыкает цепь.

К тому времени, когда это произойдет, нити уже ионизировали газ в люминесцентной лампе, создав электропроводящую среду.Для возникновения электрической дуги трубке просто нужен скачок напряжения на электродах. Этот толчок обеспечивается балластом лампы, специальным трансформатором, включенным в цепь.

Когда ток течет через байпасную цепь, он создает магнитное поле в части балласта. Это магнитное поле поддерживается протекающим током. При размыкании переключателя стартера ток кратковременно отключается от балласта. Магнитное поле схлопывается, что вызывает внезапный скачок тока — балласт высвобождает накопленную энергию.

Этот выброс тока помогает создать начальное напряжение, необходимое для образования электрической дуги в газе. Вместо того, чтобы проходить через байпасную цепь и перепрыгивать через зазор в выключателе стартера, электрический ток течет через трубку. Свободные электроны сталкиваются с атомами, выбивая другие электроны, что создает ионы. В результате получается плазма , газ, состоящий в основном из ионов и свободных электронов, все свободно движущихся.Это создает путь для электрического тока.

Удар летящих электронов сохраняет две нити теплыми, поэтому они продолжают испускать новые электроны в плазму. Пока есть переменный ток и нити не изношены, ток будет продолжать течь через трубку.

Проблема с такой лампой в том, что она загорается через несколько секунд. В наши дни большинство люминесцентных ламп рассчитаны на то, чтобы загораться почти мгновенно. В следующем разделе мы увидим, как работают эти современные конструкции.

.

Да будет свет — как работают люминесцентные лампы

Чтобы понять люминесцентные лампы, полезно немного узнать о самом свете. Свет — это форма энергии, которую может высвободить атом. Он состоит из множества маленьких частиц, подобных пакетам, которые имеют энергию и импульс, но не имеют массы. Эти частицы, называемые световыми фотонами , являются основными единицами света. (Для получения дополнительной информации см. Как работает свет.)

Атомы испускают световые фотоны, когда их электронов возбуждаются.Если вы читали «Как работают атомы», то знаете, что электроны — это отрицательно заряженные частицы, которые движутся вокруг ядра атома (которое имеет чистый положительный заряд). Электроны атома имеют разные уровни энергии, в зависимости от нескольких факторов, включая их скорость и расстояние от ядра. Электроны разного уровня энергии занимают разных орбиталей . Вообще говоря, электроны с большей энергией движутся по орбиталям дальше от ядра.

Объявление

Когда атом получает или теряет энергию, изменение выражается движением электронов.Когда что-то передает энергию атому — например, тепло — электрон может быть временно на поднят на более высокую орбиталь (дальше от ядра). Электрон удерживает это положение лишь на крошечную долю секунды; почти сразу же он притягивается к ядру, к своей первоначальной орбитали. Когда он возвращается на свою исходную орбиталь, электрон высвобождает дополнительную энергию в виде фотона, в некоторых случаях светового фотона .

Длина волны излучаемого света зависит от того, сколько энергии высвобождается, что зависит от конкретного положения электрона.Следовательно, разные виды атомов будут испускать разные виды световых фотонов. Другими словами, цвет света определяется тем, какой атом возбужден.

Это основной механизм, работающий почти во всех источниках света. Основное различие между этими источниками — процесс возбуждения атомов. В источнике накаливания , таком как обычная лампочка или газовая лампа, атомы возбуждаются теплом; в световой палке атомы возбуждаются химической реакцией.Как мы увидим в следующем разделе, люминесцентные лампы имеют одну из самых сложных систем возбуждения атомов.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *