2.3 Газоразрядные лампы
В газоразрядных лампах электроэнергия преобразуется в свет при прохождении электрического тока через газ или пары металла. Цвет светового излучения зависит от рода газа, его давления и от вида люминофора, нанесенного на внутренние стенки стеклянного баллона лампы. Газоразрядные лампы наполняются инертными газами (неоном, аргоном, криптоном или ксеноном), а также парами ртути или натрия.12
2.3.1 Газоразрядные лампы низкого давления
Трубчатые люминесцентные лампы низкого давления (рис. 4), получившие широкое распространение в осветительных установка, существенно отличаются от ламп накаливания по всем своим характеристикам. В основе действия люминесцентных источников света лежат различные способы превращение различных видов энергии в оптическое излучение. В современных источниках света используется электролюминесценция (оптическое излучение атомов, ионов, молекул жидких и твердых тел под действием ударов электронов, ионов, ускоренных в электрических полях, до энергий, достаточных для возбуждения) и фотолюминесценция (оптическое излучение, возникающее при поглощении оптического излучения другого источника).
Рис. 4 Общий вид ртутной люминесцентной лампы низкого давления
Люминесцентная лампа представляет собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором (люминофоры – твердые или жидкие вещества, способные излучать свет под действием различного рода возбуждений). Из трубки откачан воздух, и она заполнена аргоном при давлении 400 Па с добавлением капельки ртути (60 - 120 мг), которая при нагревании превращается в ртутные пары.
Внутри трубки на ее концах в стеклянных ножках впаяны электроды с вольфрамовой биспиральной нитью, покрытой слоем оксидов щелочноземельных металлов (бария, кальция, стронция), способствующих более интенсивному излучению электронов. Электроды присоединены к контактным штырькам, закреплённых в цоколе.
Когда к противоположным электродам подводится напряжение определенной величины, возникает электрический разряд в газовой среде лампы, с выделением теплоты, под действием которым ртуть испаряется. Такой разряд сопровождается мощным ультрафиолетовым излучением, часть которого люминофор преобразует в видимое излучение. Выбором и качеством люминофора определяется цвет излучаемого света и эффективность работы лампы.
Люминесцентные лампы дугового разряда подразделяют на лампы общего и специального назначения. Их условное обозначение состоит из нескольких букв и чисел. Первая буква (Л) характеризует принадлежность лампы к данному виду, следующие буквы означают либо цвет излучения, либо особенности спектра излучения: Б – белая; Д – дневная; Е – естественная; ТБ – тепло-белая; ХБ – холодно-белая; Ф – фотосинтетическая; УФ – ультрафиолетовая; К, Ж, Р, З, Г – соответственно красная, желтая, розовая, зеленая, голубая; Ц – с улучшенной цветопередачей. Далее следуют буквы, означающие конструктивные особенности ламп: А – амальгамная; Б – быстрого пуска; К – кольцевая; Р - рефлекторная; U – образная; Щ – щелевая. Число после букв означает номинальную мощность в ваттах, а следующее число – отличительную особенность лампы по сравнению с базовой моделью.
Технические данные люминесцентных ламп в схемах стартерного зажигания приведены в табл. 4
Таблица 4
Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) работают по тому же принципу, как и обычные люминесцентные лампы, но имеют другое конструктивное исполнение. Компактные люминесцентные лампы предназначены для непосредственной замены малоэффективных ламп накаливания, что позволяет экономить до 75% потребляемой электроэнергии. Они имеют встроенный пускорегулирующий аппарат (ПРА) и снабжены стандартным резьбовым цоколем. Выпускаются КЛЛ мощностью от 5 до 57 Вт и сроками службы от 6 до 12 тыс. ч.
Для зажигания и горения ламп необходимо включение последовательно с ними пускорегулирующий аппарат. Существуют стартерные и бесстартерные ПРА, причем в первых начальный подогрев электродов обеспечивается кратковременным замыканием контактов стартера, включенного параллельно лампе, во-вторых – подачей на электроды напряжения от специальных устройств, построенных на базе схем умножения напряжения (рис. 5), накальных трансформаторов и т.п.
Рис. 5. Стартерная схема включения люминесцентной лампы
В момент включения схемы в сеть к электродам лампы 1 и стартера 2 приложено полное сетевое напряжение, так как тока в цепи нет и потеря напряжения на дросселе 3 отсутствует. Пока электроды лампы не нагрелись, напряжение в сети недостаточно для зажигания лампы, однако достаточно для зажигания стартера. В стартере возникает разряд и в схеме протекает ток по цепи: сеть – первый электрод лампы – стартер – второй электрод лампы – дроссель – сеть.
Для устранения ряда недостатков, сопровождающих работу газоразрядных ламп, в схему вводятся конденсаторы 4-6. Параллельно электродам стартера включается конденсатор 4, назначение которого состоит в уменьшении амплитуды и увеличении длительности импульса напряжения, что способствует надежному зажиганию лампы. Параллельно лампе включается конденсатор 5. Он предназначен для повышения коэффициента мощности схемы. Также параллельно подключаются конденсаторы 6, средняя точка которых соединяется с корпусом светильника. Они предназначены для подавления радиопомех, распространяющихся по сети.
Время зажигания ламп при нормальном напряжении электрической сети должно составлять не более 10 с, а время выхода ламп на предельные характеристики – не более 15 мин.