 |
Тема 7. Газоразрядные лампы низкого давления
|
|
|
|
Рассматриваемые вопросы:
- люминесцентные лампы;
- схемы включения люминесцентных ламп в сеть;
- утилизация люминесцентных ламп
Рекомендуемая литература:
- Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света: Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1983.
- Епанешников М.М. Электрическое освещение. Учебное пособие для вузов. – М.: Энергия, 1973.
- Козинский В.А. Электрическое освещение и облучение. – М.: Агропромиздат, 1991.
Краткое содержание
Люминесцентные лампы (л.л.) считаются лампами низкого давления 1 ÷ 1,5 Па (6·10-3 ÷ 1·10-2 мм рт. ст.) потому, что под этим давлением находятся пары ртути в разрядном промежутке.
После откачки воздуха из колбы лампы, она заполняется, чаще всего, аргоном (давление около 400 Па) и дозированным количеством ртути (30 ÷ 40 мг).
Преобразование электрической энергии в видимое излучение происходит в два этапа. Электрический ток, протекающий между электродами, вызывает электрический разряд в парах ртути и сопровождается электролюминесценцией.
Лучистая энергия, возникающая при этом, воздействует на люминофор и преобразуется в видимое излучение (фотолюминесценция).
В люминесцентных лампах используются люминофоры с максимальной спектральной чувствительностью, в области резонансного излучения ртути (254 и 185 нм), на которую приходит более 60 % энергии ртутного разряда. В зависимости от требуемой цветности излучения подбирается и люминофор (вольфрамит кальция – синий или сине-белый, борат кадмия – малиново-красный, цинк – бериллий силикат – оранжевый и т.д.).
В люминесцентных лампах мощностью 40 Вт около 63,5 % потребляемой энергии превращается в УФ- излучение, 34,5 % уходит на тепловые потери и примерно 2 % превращается в видимое излучение.
|
|
|
Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, в которой при установившемся режиме происходит разряд в парах ртути возбуждающий свечение люминофора. Ртуть вводится в лампу в виде строго дозированного количества, а для облегчения зажигания лампы трубка заполняется аргоном. На концах трубки впаяны вольфрамовые электроды, покрытые оксидом, а цоколи имеют по два штырьковых контакта. Для поддержания режима горения дуги необходимо иметь балластное сопротивление, включенное последовательно с лампой. В сетях переменного тока в качестве балласта используются дроссели и конденсаторы или комбинация того и другого. При этом, возникает временной сдвиг между током и напряжением и коэффициент мощности такой схемы составляет около 0,5. Балластные устройства комплектуются в общем корпусе и называются пускорегулирующей аппаратурой (ПРА).
Сетевое напряжение, при котором лампа работает в установившемся режиме, недостаточно для её зажигания. Чтобы это стало возможным, необходимо или нагреть электроды, повысив тем самым эмиссию электронов, или сообщить лампе импульс повышенного напряжения. В обычной схеме включения люминесцентной лампы (рис.3.5.3) оба эти приема используются с помощью стартера, включенного параллельно лампе.
Рисунок 3.5.3 Принципиальная схема включения люминесцентной лампы 1- стартер; 2- лампа 3- балластное сопротивление (дроссель); 4- конденсатор для увеличения коэффициента мощности.
Стартер представляет собой миниатюрную лампочку тлеющего разряда с неоновым наполнением, имеющую два биметаллических электрода. Нормально, электроды разомкнуты, но при возникновении разряда в неоне они быстро разогреваются и, изгибаясь, замыкаются накоротко. После замыкания стартера ток, ограниченный только сопротивлением дросселя и электродов, имеет значение в 2-3 раза больше значения рабочего тока лампы. Поэтому электроды лампы быстро разогреваются, а электроды стартера, тем временем остывая, размыкают цепь стартера. В момент разрыва цепи стартера в дросселе возникает импульс повышенного напряжения, что также способствует зажиганию лампы. Когда лампа зажглась, стартер вторично сработать не может, так как за счет потерь в ПРА напряжение на стартере и лампе падает примерно до половины значения сетевого напряжения, что соответствует номинальному напряжению лампы в рабочем режиме
|
|
|
Рисунок 3.5.4 Двухламповая схема включения ламп мощностью 18,20 Вт
EL – люминесцентная лампа
C1 - компенсирующий конденсатор ёмкостью 4-6 мкФ;
C2, C3 – конденсаторы ограничения радиопомех ёмкостью 0,5 мкФ;
LL – аппарат пускорегулирующий;
S - стартер
Имеются другие схемы, в которых стартеры не применяются, а электроды имеют постоянный подогрев от специальной обмотки ПРА. Эти схемы называются бесстартерными. Для надежной работы таких схем необходимо иметь лампы с нанесенной на колбе токопроводящей полосой. В ряде случаев, в частности при использовании ламп для освещения открытых пространств, бесстартерные схемы имеют ряд преимуществ, но основной, или более распространенной схемой следует считать стартерную.
В настоящее время выпускается ряд различных по схеме и конструкции ПРА. Согласно классификации, при полном обозначении ПРА указывается следующее:
а) число ламп, подключаемых к ПРА;
б) обозначение типа аппаратов: ДБ – дроссель балластный; УБ - стартерный; АБ – бесстартерный, быстрого зажигания; МБ - бесстартерный, мгновенного зажигания; буква И - индуктивного типа; Е - емкостного; К- компенсированный аппарат;
в) мощность лампы (числитель), а напряжение сети (знаменатель);
г) наличие (буква А) или отсутствие (не обозначается) фазового сдвига между токами ламп многолампового аппарата;
д) характер исполнения: встроенное (В) или независимое (Н);
е) уровень шума: нормальный (не обозначается), пониженный (П), особо низкий (ПП);
ж) условный номер разработки аппарата.
На блоке ПРА указывается также пригодность для установки его вне зданий.
В стартерных схемах потери в ПРА составляют около 25 %, в бесстартерных – около 35%. Последние схемы приводят также к некоторому сокращению срока службы ламп.
|
|
|
Люминесцентные лампы общего назначения массово выпускаются мощностью от 15 до 80 Вт, причем в ближайшее время должны появиться и более мощные лампы (уже изготовляемые рядом иностранных фирм). По цвету, излучения выпускаются люминесцентные лампы общего назначения белые (ЛБ), дневные (ЛД и ЛДЦ), тепло-белые (ЛТБ) холодные (ЛХБ), а также ряд типов ламп, обеспечивающих улучшенную цветопередачу, применительно к тем или иным объектам освещения. В установках наружного освещения обычно применяются наиболее экономичные лампы ЛБ (световая отдача до 75 лм/Вт), так как цветопередача в условиях наружного освещения не играет существенной роли.
Обладая многими положительными качествами (высокая экономичность, разнообразная цветность, большой срок службы, небольшая яркость), люминесцентные лампы имеют и существенные недостатки. Единичная мощность их мала и вряд ли будет повышена в ближайшие годы более, чем до 150-200 Вт. Схема включения ламп относительно сложна; чтобы смягчить явления стробоскопии, необходимо применять многоламповые светильники с еще более усложненной схемой включения; потери в ПРА велики (около 25 %), что снижает экономичность установки; световые характеристики лампы сильно зависят от температуры окружающей среды. Применительно к установкам наружного освещения последнее обстоятельство весьма существенно.
Люминесцентные лампы общего назначения рассчитаны, в основном, на работу при температуре окружающей среды 20-25 ºС, что способствует температуре стенок лампы 40-50 ºС, хотя безотказное включение ламп обеспечивается в пределах температур от 5 до 50 ºС. При отрицательных температурах среды стенки лампы значительно охлаждаются, давление ртутных паров падает, уменьшается интенсивность излучения разряда, лампа работает с пониженной световой отдачей, а зажигание её затрудняется, и становиться не надежным. Поэтому в зимних условиях применение люминесцентных ламп в открытых светильниках недопустимо.
В условиях повышенной температуры среды световая отдача ламп также снижается. Для таких условий выпускаются амальгамные лампы, в которых ртуть содержится в составе амальгамы. В зависимости от способа их установки они могут применяться в двух режимах: при температуре окружающего воздуха 5-30 ºС и при температуре 30-60 ºС, причем в последнем случае они дают световой поток на 25 % больше, чем стандартные лампы.
Для обеспечения надежного зажигания люминесцентных ламп в условиях низких температур применяются бесстартерные схемы включения, закрытые светильники и т.д.
|
|
|
