Принцип работы люминесцентной лампы

Принцип работы и устройство

Лампочка состоит из таких элементов:

1. Трубка или колба. Этот компонент бывает разным в зависимости от исполнения.
2. Цоколь. Он может быть 1 или 2.
3. Нити накаливания, что расположены внутри.
4. На внутренней поверхности нанесен люминофор – важнейшая деталь.
5. Внутри содержится в вакуумных условиях инертный газ, пары ртути, под стабильным давлением.

Когда лампочка включается, между электродами внутри возникает дуговой тлеющий разряд. Газ проводит ток и провоцирует появление УФ излучения. Люминофор поглощает его и воспроизводит заметный для человеческого зрения свет. В подобных источниках применены энергосберегающие технологии. Разряд внутри поддерживает термоэлектронная эмиссия заряженных частиц с поверхностью катода.

Важно! В зависимости от того какой люминофор нанесен могут быть разные оттенки свечения

Некоторые данные для облегчения выбора

Естественно, что от мощности лампы зависит ее долговечность, а также сила светового потока, в том числе и через некоторое время работы. Зная подобные параметры люминесцентных ламп, можно подобрать оптимальный световой прибор, который не испортит настроения при установке.

К примеру, при потребляемой мощности подобного светового прибора в 30 ватт средний срок службы составит 15 000 часов. Средняя сила светового потока после 100 часов горения у белой (ЛБ) будет равна 140 лм, теплой и холодной белой – 100 лм. У дневной – 180 лм, а у дневной цветной этот показатель будет равен 80 лм. А вот у ЛДЦ параметры уже будут другими.

Необычная люминесцентная лампа

Не стоит забывать о том, что бесстартерные лампы хотя и расходуют не меньше электроэнергии, чем светильники со стартером, но все же долговечность их работы немного больше. А потому наилучшим вариантом будет приобретение именно таких люминесцентных ламп с последующим исключением из схемы их включения стартеров. Сделать это нетрудно, и времени много такая работа не займет.

В зависимости от формы трубки люминесцентные лампы бывают:

• трубчатыми (прямыми), обозначаются буквой Т или t, имеют прямую форму;U-образными;кольцевыми;компактными, применяются для светильников.

Прямые, U-образные и кольцевые типы объединят в один вид линейных ламп. Наиболее часто встречаются осветительные приборы в форме трубок.После буквы T или t стоит число. Оно указывает на диаметр трубки, выраженный в восьмой части дюйма.

Т8 означает, что диаметр составляет 1 дюйм или 25,4 мм, Т4 – 0,5 дюйма или 12,7 мм, Т12 – 1,5 дюйма или 38,1 мм.Чтобы сделать лампу более компактной, ее колбу изгибают. Для запуска таких ламп используют встроенный электронный дроссель. Цоколь делают либо под стандартные лампы, либо под специальные светильники.

Основные технические характеристики

Чтобы ориентироваться в многообразии ламп, которые можно встретить в магазине и выбрать лампу наиболее подходящую для конкретного помещения или осветительного прибора, необходимо знать, какие характеристики определяют их потребительские качества.

Мощность энергосберегающих ламп и световой поток

Мощность, измеряемая в ватах (Вт), характеризует, сколько электрической энергии потребуется, чтобы обеспечить требуемую норму освещенности, измеряемую в люксах (лк). Санитарными нормами установлены различные нормы освещенности жилых, офисных и производственных помещений.

Чтобы ориентироваться в выборе эконом лампы по мощности следует ознакомиться с документами:

• СНиП 23-05-95;
• СанПин 2.2.1/2.1.1.1278-03.

И составленной на их основе таблицей:

ТАБЛИЦА 1

Норма освещенности жилых и бытовых помещений

Наименование помещения	Освещенность поверхности искусственными источниками света (лк)
Жилые комнаты, спальни, гостиные	150
Столовые, кухни	150
Детские комнаты	200
Кабинеты, мастерские, библиотеки	300
Холлы, коридоры	50
Ванные комнаты, туалеты	50
Кладовые, подсобные помещения	30

Цветовая температура

Человеческий глаз различает цвета благодаря тому, что способен улавливать световые волны различной длины. В видимой части спектра они распределяются от фиолетового до красного цветов. Соответственно оттенку, который дает электрическая лампа, определяется ее цветовая температура, измеряемая в градусах Кельвина (К°).

• холодный голубоватый свет дают лампы с цветовой температурой от 6 600 до 5 400 К°;
• привычный дневной свет имеет световую температуру 5 400 – 4 600 К°;
• свет свечи или камина имеют световую температуру 2 200 – 1 800 К°.

Большинство бытовых энергосберегающих ламп имеют три градации цветовой температуры:

 Индекс цветопередачи

Большинство бытовых энергосберегающих ламп имеют три градации цветовой температуры:

• холодный белый свет (резкое голубоватое освещение, искажающее цветопередачу, придающее коже бледный, болезненный оттенок);
• дневной свет (максимально приближенный к свету Солнца, находящегося в зените);
• теплый белый свет (самый комфортный, не раздражающий сетчатку глаза свет).

Соответственно им человек воспринимает окружающий его мир и окраску предметов. Холодный свет преимущественно используют в производственных и офисных помещениях.

Форма цоколя и регулировка яркости

Большинство энергосберегающих ламп адаптированы к стандартным цоколям, которые используются для галогенных и ламп накаливания.

Самыми распространенными разновидностями лампочек являются с резьбовым цоколем E27  и Е14, Патронами с таким диаметром оснащено большинство бытовых осветительных приборов. В точечных источниках света, используемых в натяжных и подвесных потолках популяре штырьковый цоколь, обозначаемый в миллиметрах между контактами, а также, в зависимости от напряжения лампы:

ТАБЛИЦА 2

Размеры и обозначения штырьковых цоколей галогенных и светодиодных ламп

Регулировка мощности лампочки энергосберегающей представляет сложности. В отличие от ламп накаливания, для работы этих устройств используются электронные схемы, чувствительные к перепаду напряжения. При падении напряжения на 10% люминесцентные лампы перестают работать, а светодиодные работают нестабильно.

В настоящее время разработаны устройства – регуляторы мощности (диммеры), которые могут работать совместно со светодиодными лампами. Однако, они сильно удорожают и без того недешевые лампы.

Срок службы энергосберегающих ламп

Рекордсменом в рейтинге энергосберегающих ламп по продолжительности работы являются лампы LED энергосберегающие лампы с качественными светодиодами: Cree, Osram, Philips.  Они имеют срок службы 50 000-100 000 часов. Китайские производители заявляют на свои лампы срок эксплуатации 25 000 – 30 000 часов.

Ориентироваться на эти данные, размещаемые на упаковке, не следует. Светодиоды имеют свойство «выгорать» прогрессивно снижая светоотдачу. При падении светового потока на 15-20% лампу приходится менять. Поэтому надо ориентироваться на то, что эффективный срок службы лампы будет составлять не более 20% срока, заявленного на упаковке.

Таким образом, выбирайте лампочку для дома, ориентируясь на реальный срок службы китайской светодиодной лампы стоимостью 80 – 250 рублей — около 5 000 часов, что сопоставимо со сроком службы лампы накаливания, стоимостью от 9 до 20 рублей.

Компактные люминесцентные лампы

Хотя современные линейные люминесцентные лампы имеют множество достоинств, однако для использования в быту они не подходят, так как имеют большие габариты и ограничивают возможности дизайна в квартире. Благодаря техническому прогрессу, появилась возможность трубки линейных ламп изгибать в любую форму и сделать электронный балласт малогабаритным. Запатентована компактная люминесцентная лапа была в 1984 году. Размер компактной лампочки стал соизмерим с лампочками накаливания, и появилась возможность заменять последние без переделки светильников. Совсем недавно компактные лампочки называли энергосберегающими лампами, но с появлением светодиодных ламп, это название стало не соответствовать действительности.

Принцип работы компактной лампы не отличается от принципа работы линейной люминесцентной лампы. Так же на концах трубки имеются две нити накала, между которыми при приложении напряжения возникает дуговой разряд, излучающий ультрафиолетовые волны, под действием которых люминофор начинает светиться.

Срок службы компактной лампы

Срок службы компактных ламп по данным производителей составляет 8000 часов и существенно сокращается от нестабильности питающего напряжения в сети, частотой включения-выключения лампы, работой в условиях пониженной или повышенной температуры окружающей среды. Как показала практика, чаще всего компактные лампы выходят из строя по причине перегорания нитей накала. Второе место занимает отказ радиоэлементов в схеме электронного балласта.

Конструкция компактной лампы

Конструкция компактной лампы представляет собой две чашки из термостойкой пластмассы, в одной закреплена трубка, а на другой установлен цоколь. Компактные лампы, как и лампы накаливания, выпускаются с , это позволяет вкручивать их в существующие светильники вместо ламп накаливания. В полости чашек находится печатная плата, на которой размещена схема пускорегулирующего устройства. Такая конструкция позволяет разобрать лампу, проверить целостность нитей накала и в случае их исправности отремонтировать электронику. Если нить накала в обрыве, то лампа подлежит утилизации.

Часть потребляемой компактной лампочкой мощности теряется и выделяется в схеме пускорегулирующего устройства в виде тепла. Так как в чашках перфорация для циркуляции воздуха для охлаждения отсутствует, то радиоэлементам приходится работать в области предельной температуры. Эти условия существенно снижают срок службы радиоэлементов, особенно высоковольтного электролитического конденсатора. Таким образом, выход из строя радиоэлементов является одной из причин перегорания нитей накала лампы.

Выше приведена типовая электрическая схема пускорегулирующего устройства. Качественное пускорегулирующее устройство должно зажигать лампу спустя 0,5-1 секунду после ее включения, то есть, когда нити накала уже разогрелись. Такой режим включения существенно продлевает срок службы нитей накала и как следствие, самой лампы.

Цветовая температура компактной лампы

В продаже представлены компактные люминесцентные лампы цветовых температур 2700°K, 3300°K, 4200°K, 5100°K, 6400°K. Чем выше число, тем белее излучаемый свет. Лампа с цветовой температурой 2700°K излучает свет, как лампа накаливания, 4200°K светит теплым белым цветом, а 6400°K холодным белым. Восприятие человеком света зависит от времени суток. В дневное время лучше воспринимается белый свет, а в вечернее и ночное – с желтым оттенком, как светит лампа накаливания. Этот факт надо учитывать при выборе компактной лампы.

В настоящее время компактные лампы, еще не успев вытеснить из эксплуатации лампы накаливания, уже морально устарели. На смену им пришли светодиодные лампы, многократно превосходящие по техническим характеристикам люминесцентные лампы.

Маркировка

На сегодняшний день существует несколько маркировок люминесцентных ламп, сейчас рассмотрим каждую из них.

Отечественная

Отечественная маркировка представлена цифро-буквенной аббревиатурой, которая расшифрована на картинке.

Первая буква «Л» — лампа.

Вторая буква – характеристика светового потока (Д — дневной, ХБ — холодный белый, ТБ — белый, ЕБ — естественно белый, Б — белый, УФ – ультрафиолетовый, Г – голубой, С – синий, К – красный, Ж – желтый, З – зеленый).

Третья буква – качество цветопередачи (Ц – улучшенное качество, ЦЦ – особо высокое качество).

Четвертая буква – конструктивная особенность (А –амальгамная, Б – быстрого пуска, К – кольцевая, Р – рефлекторная, У – у образная).

Цифра после букв – мощность в Вт.

Обращаем Ваше внимание на то, что в маркировке люминесцентной лампы могут присутствовать такие аббревиатуры, как ЛХЕ и ЛЕ, что означает естественного свет и холодный естественный свет

Зарубежная

Зарубежная маркировка представлена в данной таблице:

Как вы видите, вместо цифро-буквенного шифра используется трехзначное число, а также определение в виде простой подписи на английском языке (к примеру, марка cool white так и переводиться «холодный свет»).

Люминесцентная лампа: принцип действия, достоинства и недостатки

— Принцип действия люминесцентных ламп

— Достоинства и недостатки люминесцентных ламп

Принцип действия Принцип действия люминесцентной лампы низкого давления основан на дуговом разряде в парах ртути низкого давления. Получающееся при этом ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимое в слое люминофора, покрывающего внутренние стенки лампы. Лампы представляют собой длинные стеклянные трубки, в торцы которых впаяны ножки, несущие по два электрода, между которыми находится катод в виде спирали. В трубку лампы введены пары ртути и инертный газ, главным образом аргон. Назначением инертных газов является обеспечение надежного загорания лампы и уменьшение распыления катодов. На внутреннюю поверхность трубки нанесен слой люминофора. Если к электродам, вставленным в концы стеклянной трубки, которая заполнена разряженным инертным газом или парами металла, приложить напряжение из расчета не менее 500. 2000 В на 1 м длины трубки, то свободные электроны в полости трубки начинают лететь в сторону электрода с положительным зарядом. Когда к электродам приложено переменное напряжение, направление движения электронов изменяется с частотой приложенного напряжения.В своем движении электроны встречаются с нейтральными атомами газа — заполнителя полости трубки — и ионизируют их, выбивая электроны с верхней орбиты в пространство. Возбужденные таким образом атомы, вновь сталкиваясь с электронами, снова превращаются в нейтральные атомы. Это обратное превращение сопровождается излучением кванта световой энергии. Каждому инертному газу и парам металла соответствует свой спектральный состав излучаемого света: . трубки с гелием светятся светло-желтым или бледно-розовым светом; • трубки с неоном — красным светом; трубки с аргоном — голубым светом. Смешивая инертные газы или нанося люминофоры на поверхность разрядной трубки, получают различные оттенки свечения. Люминесцентные лампы дневного и белого света выполняют в виде прямой или дугообразной трубки из обычного стекла, не пропускающего короткие ультрафиолетовые лучи. Электроды изготавливают из вольфрамовой проволоки. Трубку заполняют смесью аргона и паров ртути. Внутри поверхность трубки покрыта люминофором — специальным составом, который светится под воздействием ультрафиолетовых лучей, возникающих при электрическом разряде в парах ртути. Аргон способствует надежному горению разряда в трубке.

Достоинства люминесцентных ламп. Основным преимуществом люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания являются: . более высокий коэффициент полезного действия (15. 20%), высокая световая отдача и в несколько раз больший срок службы. Таким образом, при затрате той же мощности достигается значительно большая освещенность по сравнению с лампами накаливания; . правильный выбор ламп по цветности может создать освещение, близкое к естественному; о благоприятные спектры излучения, обеспечивающие высокое качество цветопередачи; . люминесцентные лампы значительно менее чувствительны к повышениям напряжения, поэтому их экономично применять на лестничных клетках и в помещениях, освещаемых ночью, когда в сети напряжение повышено. Лампы накаливания (очень чувствительные к повышениям напряжения) быстро перегорают; . малая себестоимость; . низкая яркость поверхности и ее низкая температура (до 50 °С) Недостатки люминесцентных ламп Основным недостатками люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания являются: « сложность схемы включения; • ограниченная единичная мощность (до 150 Вт); • зависимость от температуры окружающей среды (при снижении температуры лампы могут гаснуть или не зажигаться); » значительное снижение светового потока к концу срока службы; • вредные для зрения пульсации светового потока; » акустические помехи и повышенная шумность работы; в при снижении напряжения сети более чем на 10% от номинального значения лампа не зажигается; » дополнительные потери энергии в пускорегулирующеи аппаратуре, достигающие 25. 35% мощности ламп; • наличие радиопомех; • лампы содержат вредные для здоровья вещества, поэтому вышедшие из строя газоразрядные лампы требуют тщательной утилизации.

Распространенные виды таких лампочек

Первичная классификация изделий на люминесцентной основе производится по уровню базового давления. Приборы высокого давления используются для осветительных установок большой мощности и наружного уличного освещения.

Лампы низкого давления применяются в быту для подачи света в производственные, технические и жилые помещения различного назначения.

Вид #1 — модули высокого давления

Устройства высокого давления вырабатывают насыщенный светопоток хорошей плотности. Внутренняя поверхность колбового элемента имеет специальное люминофорное покрытие из фторогерманата или арсената магния.

Рабочая мощность таких люминесцентных ламп колеблется в диапазоне 50-2000 Вт.

Ртутные модули высокого давления для корректной работы нуждаются в 220 ваттном номинальном сетевом напряжении. Коэффициент их пульсации обычно составляет от 61 до 74%

Полный розжиг осветительного модуля происходит в течение 3 секунд. Срок службы 80-125-ваттных изделий составляет около 6 000 ч, а лампы от 400 Вт и более могут проработать до 15 000 ч при беспрекословном соблюдении правил эксплуатации, установленных изготовителем.

Вид #2 — изделия низкого давления

ЛЛ низкого давления применяется для обеспечения светопотоком жилых, технических и производственных помещений.

Конструкционно прибор является трубкой из прочного стекла, содержащей внутри аргон под давлением 400 Па и в небольшом количестве ртуть либо амальгаму. На рынке предлагается в самых разнообразных модификациях и оснащается двумя электродными элементами.

Самая низкая температура, которую могут переносить ЛЛ низкого давления, составляет -15 °C. Поэтому для использования на открытых площадках эти источники света считаются неактуальными

Стеклянная колба может иметь самый разный диаметр. Уровень светоотдачи варьируется в зависимости от мощности самого устройства. Для его корректной работы требуется стартер дроссельного типа. Средний срок службы составляет 10 000 часов.

Маркировка

Лампы дневного света можно разделить на две группы – имеющие общее и специальное назначение. Общее назначение – приборы 15–80 ватт. Они могут быть как белыми, так и цветными (красный, желтый, зеленый, голубой и синий).

По параметру мощности бывают маломощными (менее 15 ватт) и мощными (более 80 ватт).

Имеет значение и тип разряда, они тоже бывают разными – дуговой, тлеющий и тлеющего сечения.

Излучение – естественный свет, цветная лампа, со специализированным спектром и ультрафиолетовая.

Форма трубки – трубчатая или фигурная. Светораспределение – направленное излучение (рефлекторная, щелевая, панельная и пр.) и ненаправленное.

Указание особенностей обязательно в названии, поэтому, посмотрев на обозначение люминесцентных ламп, можно определить все показатели этих осветительных приборов. У ЛЛ, имеющих улучшенное качество по цветопередаче, в маркировке за литерой цвета будет проставлена буква Ц, а при условии особого качества – ЦЦ.

К примеру, маркировка лампы выглядит следующим образом – ЛКЦУ-80. Значит, это люминесцентная красная U-образная лампа мощностью 80 ватт. Маркировка люминесцентных ламп OSRAM немного отличается, но все же основные данные в ней те же.

Маркировка люминесцентных ламп

Технические характеристики

Характеристики оборудования зависят от ряда показателей:

Изделия также разграничиваются в зависимости от способа использования и типа помещения, в котором они будут размещаться.

Размеры

Размер трубки (диаметр) указывается при продаже в миллиметрах. В технической документации обозначение чаще всего фиксируется в дюймах (восьмых частях). По стандартам оборудование выпускается в следующих вариантах (диаметр):

• 7 миллиметров.
• 16 миллиметров.
• 26 миллиметров.
• 38 миллиметров.

Размер подбирается в зависимости от сферы использования, места размещения и площади помещения.

Мощность

В настоящее время выпускается больше сотни разнообразных типов ламп. Чаще всего используются осветительные приборы мощностью от 15 до 30 ватт при напряжении 127 Вольт, от 40 до 125 при стандартном напряжении 220 Вольт.

При любой мощности срок службы оборудования может достигать 10 тыс. часов.

Как утилизируют люминесцентные лампы

Внутри колб люминесцентных ламп находится ртуть. Это вещество по ядовитости относится к первому классу опасности.

Содержание ртути в лампе находится в пределах 1÷70 мг (доходит до 1 г). Но даже такой дозы достаточно, чтобы при повреждении колбы нанести вред здоровью человека и другим живым организмам. При регулярном воздействии ядовитых паров ртути происходит ее накапливание в теле, что вызывает развитие различных заболеваний.

Законодательная база

По этой причине в законодательной области разработаны правила обращения и утилизации электронного и электротехнического оборудования, содержащего ртуть:

• на территории Европейского Союза с 2006 года действует Директива RoHS;
• в России – правительственное постановление от 3.09.2010 №681, классификация операций сектора государственного управления (КОСГУ 2020 года подстатьи 225, 226, 244), общероссийский классификатор продукции (ОКПД), ГОСТы (например, 6825-91 – «Лампы трубчатые для общего освещения») и другие нормативные акты.

По закону утилизацию и вывоз ртутьсодержащего оборудования могут выполнять только фирмы, у которых есть на это лицензия. Частные предприниматели и предприятия обязаны делать паспорта на ядовитые отходы и сдавать их на переработку.

Предварительно они должны заключить договор (на 1 год) с утилизирующей фирмой и дать заявку на переработку. При этом стоимость утилизации зависит от вида ламп, а периодичность вывоза отходов устанавливается по договоренности с каждой обслуживаемой организацией отдельно.

Храниться рабочие и отработавшие ртутьсодержащие светильники должны в специально оборудованных складских помещениях с хорошей вентиляцией. Предприятия и предприниматели должны вести журнал хранения, эксплуатации, переработки и замены люминесцентных ламп.

Методы утилизации

На территории РФ широкое распространение получил термовакуумный метод утилизации. Порядок переработки при этом следующий:

• собранные лампочки дробятся прессом;
• раздробленный материал помещают в камеру с большой температурой;
• образующийся при нагреве газ собирается в вакуумной ловушке.

При аналогичном методе на испаряющийся газ воздействуют жидким азотом. Это вызывает затвердение ртути и упрощает ее сбор.

На практике применяется также способ утилизации с помощью химических реагентов. Ими обрабатывают раздробленные светильники. В результате реакции с ртутью образуются устойчивые соединения. Они гораздо безопаснее.

Полученную ртуть используют повторно. Выделенный люминофор отправляют для захоронения на полигонах.

Процесс утилизации люминесцентных ламп

В некоторых городах есть целые полигоны, где утилизируют токсические вещества. В Москве, например, ртутьсодержащие лампочки, используемые в быту, можно бесплатно сдавать в районные отделения ЖЭКов. По всей стране вышедшие из строя лампы принимают в магазинах IKEA, и других специализированных точках продаж.

Согласно статистике только около 10 % лампочек перерабатывают по правилам, а 90 % утилизируют без их соблюдения. Утилизация вредных отходов является актуальной проблемой сегодняшнего дня из-за ухудшения экологии. В этом деле важна привычка и ответственное отношение к себе и окружающей природе.

По своим техническим характеристикам люминесцентные лампы превосходят лампочки накаливания. Их энергосберегающие показатели и разнообразие вызвали широкое использование таких светильников в общественных и в бытовых условиях.

Сравнительно простое устройство и понятный принцип работы делают возможным при минимальных навыках и знаниях обслуживать эти устройства. Понимание маркировки позволяет самостоятельно заменять вышедший из строя элемент схемы аналогичным по характеристикам. Но постоянно следует помнить и соблюдать технику безопасности.

Стандартные люминесцентные лампы

Все стандартные лампы имеют мощность в пределах от 4-х до 80-ти ватт. Наибольшим спросом пользуются лампочки, мощность которых составляет 18, 36 и 58 ватт. Работа люминесцентных лампочек может осуществляться при самом различном напряжении, поэтому в маркировке его никогда не указывают.

Каждый вид лампочек отечественного производства имеет излучение различной цветности, которое обозначается: ТБ – тепло-белое, Б – белое, Е – естественное, ХБ – холодно-белое и Д – дневное.

Иногда в продаже встречаются осветительные приборы, имеющие красный, желтый, синий, голубой или зеленый цвет излучения, обозначаемый, например, Гцв. Мощность может обозначаться с помощью маркировки 18W 36W 58W. В импортных лампах, через дробь дополнительно проставляется индекс со значением цветопередачи.

Маркировка люминесцентных ламп отличается между собой исходя из производителя продукции.

Например, фирма Филипс обозначается как TL-D, лампы Osram маркируются как Lumilux, продукция Дженерал Электрик имеет обозначение в виде буквы F.Для удобства существует единая мировая система, обозначающая основные виды ламп.Так маркировка FD обозначает линейные лампы, а обозначение FC соответствует кольцевым лампочкам. После этого, в обозначении проставляется мощность, цветовая температура, а также индекс цветопередачи. Наиболее сильным световым потоком обладают люминесцентные лампы с белым цветом, которые используются для обеспечения качественного освещения .