Устройство и принцип работы газоразрядной лампы. Виды и принцип работы современных светодиодных ламп История газоразрядной лампы

Области применения

Благодаря линейчатому спектру излучения газоразрядные лампы первоначально применялись лишь в специальных случаях, когда получение заданного спектрального состава излучения являлось фактором более важным, чем значение световой отдачи. Возникла широкая номенклатура , предназначенных для применения в научно-исследовательской аппаратуре, которые объединяют под одним общим названием - спектральные лампы.

Рисунок 1. Спектральные лампы с парами натрия и магния

Возможность создания интенсивного ультрафиолетового излучения, отличающегося высокими химической активностью и биологическим действием, привела к использованию газоразрядных ламп в химической и полиграфической промышленности, а также в медицине.

Короткая дуга в газе или парах металла при сверхвысоком давлении отличается высокой яркостью, что позволило в настоящее время отказаться от открытой угольной дуги в прожекторной технике.

Применение люминофоров, позволившее получать газоразрядные лампы с непрерывным спектром излучения в видимой области, определило возможность внедрения газоразрядных ламп в осветительные установки и вытеснение из ряда областей ламп накаливания.

Особенности изотермической плазмы, обеспечивающей получение спектра излучения, близкого к излучению тепловых источников, при температурах, недоступных в лампах накаливания, привели к разработке сверхмощных осветительных ламп со спектром, практически совпадающим с солнечным.

Практическая безынерционность газового разряда позволила применить газоразрядные лампы в фототелеграфе и вычислительной технике, а также создать импульсные лампы, концентрирующие в кратковременном световом импульсе огромную световую энергию.

Видео 1. Импульсные лампы

Требования снижения расхода электроэнергии во всех областях народного хозяйства расширяют применение экономичных газоразрядных ламп, объем выпуска которых непрерывно растет.

Лампы тлеющего разряда

Как известно, нормальный тлеющий разряд возникает при малых плотностях тока. Если при этом расстояние между катодом и анодом настолько мало, что в его пределах не может разместиться столб разряда, то имеют место катодное свечение и отрицательное тлеющее свечение, покрывающие поверхность катода. Расход мощности в лампе тлеющего разряда весьма мал, так как мал ток, а напряжение определяется лишь катодным падением. Излучаемый лампой световой поток незначителен, однако совершенно достаточен для того, чтобы зажигание лампы было заметным, особенно если разряд происходит в газе, дающем цветное излучение, например в неоне (длина волны 600 нм, красный цвет излучения). Такие лампы различной конструкции широко используют в качестве индикаторов. Так называемые цифровые лампы являлись ранее составной частью многих автоматических устройств с цифровыми указателями.

Рисунок 3. Лампа тлеющего разряда предназначенная для индикации цифр

При длинном газоразрядном промежутке с расстоянием между электродами значительно большим, чем прикатодная область, основное излучение разряда сосредотачивается в столбе разряда, который при тлеющем разряде отличается от столба при дуговом разряде лишь меньшей плотностью тока. Излучение такого столба может иметь высокую световую отдачу при большой длине. Высокое значение катодного падения напряжения в тлеющем разряде обусловило разработку ламп на высокое напряжение питания, то есть напряжение на них значительно превосходит напряжение, считающееся безопасным по условиям работы в закрытых помещениях, особенно бытовых. Однако такие лампы с успехом применяют для различного рода рекламных и сигнальных установок.

Рисунок 4. Лампы с длинным столбом тлеющего разряда

Преимуществом лампы тлеющего разряда является простота конструкции катода по сравнению с катодом лампы дугового разряда. Кроме того, тлеющий разряд менее чувствителен к наличию случайных примесей в газоразрядном пространстве, а следовательно, более долговечен.

Лампы дугового разряда

Дуговой разряд применяется практически во всех газоразрядных лампах. Связано это с тем, что при дуговом разряде ослабевает катодное падение напряжения и уменьшается его роль в балансе энергии лампы. Дуговые лампы могут быть изготовлены на рабочие напряжения равные напряжениям электрических сетей. При небольшой и средней плотности тока дугового разряда, а также при невысоком давлении в лампе источником излучения в основном выступает положительный столб, а свечение катода практически не имеет никакого значения. Повышая давление газа или паров металла наполняющих горелку прикатодная область постепенно уменьшается, а при значительных давлениях (более 3 × 10 4 Па) ее практически не остается совсем. Увеличением давления в лампах достигают высоких параметров излучения при небольших расстояниях между электродами. Высокие значения светоотдачи при совсем малых расстояниях можно получить при сверхвысоких давлениях (более 10 6 Па). С ростом давления и уменьшением расстояния между электродами сильно возрастает плотность тока и яркость шнура разряда.

При увеличении давления и плотности тока происходит образование изотермической плазмы, излучение которой в основном состоит из нерезонансных спектральных линий, возникающих при переходе электрона в атоме на более низкие, но не основные уровни.

Дуговой разряд используют в самых различных газах и парах металлов от самых низких давлений до сверхвысоких. В связи с этим конструкции колб дуговых ламп чрезвычайно разнообразны как по форме, так и по роду применяемого материала. Для ламп сверхвысокого давления большое значение приобретает прочность колб в условиях высоких температур, что привело к разработке соответствующих методов их расчета и исследования параметров.

После появления дугового разряда из катодного пятна выбивается основная масса электронов. Светящаяся катодная часть разряда начинается с катодного пятна, представляющего из себя небольшую светящуюся точку на спирали. Катодных пятен бывает несколько. В самокалящихся катодах катодное пятно занимает небольшую часть его поверхности, перемещаясь по ней по мере испарения оксида. Если плотность тока высока на материале катода возникают местные тепловые перегрузки. По причине таких перегрузок приходится применять катоды специальных сложных конструкций. Количество конструкций катодов разнообразно, но все они могут быть разделены на катоды ламп низкого давления, высокого давления и сверхвысокого давления.

Рисунок 5. Трубчатая газоразрядная лампа низкого давления

Рисунок 6. Газоразрядная лампа высокого давления

Рисунок 7. Газоразрядная лампа сверхвысокого давления

Разнообразие материалов, применяемых для колб дуговых ламп, большие значения токов требуют решения вопроса о создании специальных вводов. Подробно о конструкциях газоразрядных ламп можно прочитать в специальной литературе.

Классификация ламп

Аналогично лампам накаливания газоразрядные лампы отличаются между собой областью применения, видом разряда, давлением и видом наполняющего газа или паров металла, использованием люминофора. Если смотреть глазами изготовителей газоразрядных ламп то они могут также отличаться особенностями конструкций, важнейшими из которых являются форма и размеры колбы (газоразрядного промежутка), используемый материал из которого изготавливается колба, материал и конструкция электродов, конструкция цоколей и выводов.

При классификации газоразрядных ламп могут возникнуть некоторые затруднения связанные с многообразием признаков, на основе которых они могут быть классифицированы. В связи с этим для классификации принятой в настоящее время и используемой в качестве основы системы обозначений газоразрядных ламп, определен ограниченный ряд признаков. Стоит отметить, что для ртутных трубчатых низкого давления, являющихся наиболее массовыми газоразрядными лампами, существует своя система обозначений.

Итак, для обозначения газоразрядных ламп пользуются следующими основными признаками:

1. рабочее давление (лампы сверхвысокого давления – более 10 6 Па, высокого давления – от 3 × 10 4 до 10 6 Па и низкого давления – от 0,1 до 10 4 Па);
2. состав наполнителя, в котором происходит разряд (газ, пары металла и их соединений);
3. наименование используемого газа или пара металла (ксенон – Кс, натрий – На, ртуть – Р и тому подобные);
4. вид разряда (импульсный – И, тлеющий – Т, дуговой – Д).

Форма колбы обозначается буквами: Т – трубчатая, Ш – шаровая; если на колбу лампы наносится люминофор то в обозначение добавляется буква Л. Лампы делятся также по: области свечения – лампы тлеющего свечения и лампы со столбом разряда; по способу охлаждения – на лампы с принудительным и естественным воздушным охлаждением, лампы с водяным охлаждением.

Ртутные трубчатые люминесцентные лампы низкого давления принято обозначать проще. Например, в их обозначении первая буква Л говорит о том, что лампа принадлежит к данному виду источников света, последующие буквы – а их может быть одна, две или даже три, обозначают цветность излучения. Цветность является важнейшим параметром обозначения, так как цветность определяет область использования лампы.

Классификация газоразрядных ламп может также вестись по их значимости в области техники освещения: дуговые лампы высокого давления с исправленной цветностью; дуговые трубчатые лампы высокого давления; дуговые высокого давления; дуговые натриевые лампы низкого и высокого давления; дуговые высокого давления; дуговые шаровые сверхвысокого давления; дуговые ксеноновые трубчатые и шаровые лампы; люминесцентные лампы низкого давления; электродосветные, импульсные и другие виды специальных газоразрядных ламп.

Разрядные источники оптического излучения, в том числе светового, работают по принципу преобразования в оптическое излучение энергии дугового электрического разряда.

Тихий и тлеющий электрические разряды из-за крайне малого КПД излучения для целей освещения и облучения не используют.

В зависимости от давления внутри разрядной колбы различают лампы: низкого (0,1...10 4 Па), высокого (3×10 4 …10 6 Па) и сверхвысокого (более 10 6 Па) давления. От значения рабочего давления в колбе зависят КПД и спектр излучения разрядной лампы.

У разрядных ламп низкого давления энергетический КПД (Фл/Рл ) высокий, а световой КПД потока излучения (Фс/Фл ) мал, так как значительная часть их излучения сосредоточена в невидимой УФ-зоне спектра. Для разрядных ламп высокого давления наоборот: энергетический КПД меньше, а световой КПД больше.

Так как эффективный световой КПД лампы (Фс/Рл ) равен произведению КПД энергетического (Фл/Рл ) и светового (Фс/Фл ), то это обусловило равноценную применимость обоих типов ламп.

В отличие от ламп накаливания, имеющих сплошной спектр излучения, разрядные лампы обладают ступенчатым или полосовым спектром, состав излучения которого зависит от состава газа и паров металла, наполняющих разрядную колбу (рис.2.1).

Рис.2.2. Устройство (а) и типовая стартерная схема включения (б) трубчатой разрядной лампы низкого давления:
1 – колба; 2 – стеклянная ножка; 3 – спиральный электрод; 4 – цоколь; 5 – штыревые токоподводы.

Разрядные лампы низкого давления имеют разрядную колбу 1 в виде стеклянной трубки, на концах которой в цоколь 4 вмонтированы штыревые токоподводы 5 (рис.2.2 а). В оба цоколя 4 лампы через стеклянные ножки 2 впаяны оксидированные электроды 3 , выполненные в виде моноспирали из вольфрама. У осветительных ламп внутренняя часть колбы из обычного стекла, которое не пропускает УФ-излучение, покрыта слоем люминофора. У ламп для УФ-облучения колбы выполняют из специального кварцевого или увиолевого стекла, которое имеет высокий коэффициент пропускания УФ-излучения соответствующей зоны УФ-спектра. Внутренний объем колбы заполняют аргоном и вводят небольшое количество ртути. Электрический разряд в лампе начинается в атмосфере инертного газа аргона, а затем по мере испарения ртути продолжается в её парах.

В люминесцентных разрядных лампах преобразование электрической энергии в видимое излучение происходит в два этапа .

На первом этапе электрический разряд в парах ртути сопровождается УФ-излучением в виде двух монохроматических потоков с длинами волн 253,7 и 184,9 нм, которые сами по себе являются мощными источниками бактерицидного излучения.

На втором этапе возникающее коротковолновое УФ-излучение преобразуется в слое люминофора колбы в видимое. То есть, в излучение с большей длиной волны и, соответственно, согласно (1.1) и (1.2) с меньшей энергией фотонов, так как что часть энергии фотонов теряется в слое люминофора на втором этапе преобразования. Изменяя состав люминофора, изменяют спектральный состав видимого излучения лампы.

Маркировка люминесцентных ламп низкого давления содержит буквенное обозначение, начинающееся с буквы Л (люминесцентная) и второй буквы, раскрывающей особенности ее спектра излучения: Б - белая, ТБ - тепло-белая, ХБ - холодно-белая, Д - дневная, Е - естественная, БЕ - белая естественная, ХЕ - холодная естественная. Ц - с повышенной цветопередачей, УФ - ультрафиолетовая, Ф - фотосинтезная, Р - рефлекторная, У - U – образная, К – кольцевая. После буквенного обозначения следуют цифры, указывающие мощность лампы в ваттах, и через дефис - номер разработки. Например, ЛБР-80 - лампа люминесцентная белая рефлекторная мощностью 80 Вт.

Средняя продолжительность горения осветительных люминесцентных ламп низкого давления составляет 12...15 тыс.ч, светоотдача - 40...80 лм/Вт, мощность - от 3 до 200 Вт (наиболее массовые мощностью 15...80 Вт).

Из-за падающей волътамперной характеристики электрического разряда для стабилизации режима в цепь разрядной лампы необходимо включать токоограничивающее балластное сопротивление, которое может быть активным (например лампы типа ДРВЛ), индуктивным (большинство ламп), емкостным или их комбинацией. Поэтому в сеть разрядные лампы включают через специальный пускорегулирующий аппарат (ПРА), который обеспечивает зажигание лампы и стабилизацию её дугового разряда в рабочем режиме.

На схеме, показанной на рисунке 2.2 б, представлен типовой вариант включения люминесцентной лампы низкого давления с использованием дроссельного ПРА и лампового стартера тлеющего разряда. Схема содержит осветительную люминесцентную лампу низкого давления EL, индуктивное балластное сопротивление в виде дросселя LL, ламповый стартер VL, помехоподавляюший конденсатор С2 и компенсирующий конденсатор С1 , повышающий коэффициент мощности установки с 0,4...0,6 до 0,92...0,95. Сопротивление R предназначено для разряда конденсаторов С1 и С2 после отключения лампы от сети.

При включении схемы и незагоревшейся лампе EL сетевое напряжение практически полностью оказывается приложенным к стартеру, выполненному в виде лампы тлеющего разряда VL. Под действием высокого напряжения в стартере VL возникает тлеющий электрический разряд. Под действием выделяющегося в результате разряда тепла биметаллические электроды стартера VL изгибаются и в конечном итоге замыкаются. Разряд прекращается, и спиральные электроды лампы EL за счет замыкания контактов стартера VL разогреваются током, примерно в 1,5 раза превышающим номинальный ток лампы. Процесс разогрева длится 0,5...3 с, пока биметаллические электроды стартера не остынут и не разомкнут цепь разогрева. В результате размыкания цепи разогрева со стороны дросселя LL возникает ЭДС самоиндукции, которая, накладываясь на напряжение сети, вызывает электрический разряд и загорание предварительно разогретой лампы EL, обладающей к этому моменту повышенной электронной эмиссией нагретых электродов. За счет протекания тока загоревшейся лампы EL на дросселе LL возникает дополнительное падение напряжения, которое уменьшает напряжение на электродах стартера VL ниже значения его зажигания, и работа стартера VL при зажженной лампе EL прекращается.

В настоящее время выпускаются энергоэконмичные люминесцентные лампы низкого давления пониженной мощности: 18 Вт вместо 20 Вт, 36 Вт вместо 40 Вт и 58 Вт вместо 65 Вт. Они имеют уменьшенный диаметр трубчатой колбы (25 мм вместо 40 мм) и повышенную световую отдачу.

Наряду с трубчатыми люминесцентными лампами низкого давления для целей электроосвещения широкое применение нашли дуговые ртутные люминесцентные лампы высокого давления типа ДРЛ.

На рисунке 2.3 а показано устройство четырехэлектродной люминесцентной лампы высокого давления типаДРЛ, а на рисунке, б - типовая схема её включения в сеть.

Зажиганию четырехэлектродной разрядной лампы типа ДРЛ способствует предварительный тлеющий разряд между основным 11 и поджигающим б электродами (рис. 2.3 а). Период разгорания лампы типа ДРЛ длится около 5 мин. За это время происходит разогрев внутренней колбы 8 и испарение находящейся в ней ртути с одновременным повышением давления внутри колбы 8. При этом электрический разряд распространяется на основные электроды. Лампа выходит на нормальный режим со стабилизацией всех её параметров.

После отключения разрядной лампы высокого давления её повторное зажигание возможно только после остывания лампы и соответствующего снижения давления во внутренней разрядной колбе до значения, при котором возможен повторный процесс зажигания.

В соответствии с новыми нормами по освещению для осветительных установок рекомендуется применять в первую очередь газоразрядные лампы как наиболее экономичные.

Рис. 1.5. Вольт-амперная характеристика газоразрядного промежутка:
1 - тихий разряд; 2 - переходная область; 3 - нормальный тлеющий разряд; 4 - аномальный тлеющий разряд; 5 -дуговой разряд.
Работа газоразрядных источников света основана на использовании электрического разряда в газовой среде и парах металла. Чаще всего для этого применяют аргон и пары ртути. Излучение происходит за счет перехода электронов атомов ртути с орбиты с высоким содержанием энергии на орбиту с меньшей энергией. При этом возможно несколько видов электрических разрядов (например, тихий, тлеющий, дуговой). Дуговой разряд имеет наибольшую плотность электрического тока и как следствие этого создает наибольший световой поток.
На рисунке 1.5 изображена вольтамперная характеристика электрического разряда в газе при изменении тока от нуля до предельного значения.
При определенных плотностях тока характер процесса ионизации межэлектродного промежутка - лавинообразный. В этом случае с увеличением тока сопротивление межэлектродного промежутка резко уменьшается, что ведет, в свою очередь, к еще большему увеличению тока и, как следствие этого, к аварийному режиму. Такой режим может возникнуть, если включить газоразрядный источник света непосредственно в сеть. При увеличении напряжения от нуля до значения (рис. 1.5) ток плавно увеличивается. Дальнейшее увеличение напряжения до значения UT приводит к неустойчивой точке в, после которой ток резко возрастает за счет уменьшения сопротивления промежутка при лавинообразной ионизации. Ограничить этот ток, а следовательно, и стабилизировать режим работы в области 5 можно путем включения токоограничивающего сопротивления, называемого балластным, так как мощность на нем расходуется бесполезно Значение балластного сопротивления можно определить графически. Для этого, имея вольтамперную характеристику газоразрядного источника излучения, необходимо задаться рабочей точкой А и величиной напряжения сети Uc.
Тогда
(1.17)
Точка А характеризуется двумя видами сопротивления: статическим
и динамическим


Рис. 1.6. Изменение положения рабочей точки при изменении напряжения сети (а) и сопротивления балласта (б).
Рис. 1.7. Влияние величины Ua/Ue на стабильность работы газоразрядной лампы npи изменении напряжения питающей сети.
Динамическое сопротивление на падающем участке рассматриваемой волы амперной характеристики отрицательно.
Изменить положение рабочей точки А можно либо путем изменения сопротивления R (рис. 1.6,6), либо путем изменения напряжения сети Uc (рис. 1.6,с). При этом изменяется как статическое Rлc, так и динамическое Rлд сопротивление лампы. Необходимо отметить, что статическое сопротивление лампы Rлд вместе с сопротивлением балласта определяют рабочий ток в каждой точке, а динамическое- устойчивость горения дуги. Устойчивость горения дуги определяется из условия
(1-18)
Это условие соблюдается на участке вольт-амперной характеристики правее точки Д. При этом чем дальше вправо рабочая точка отстоит от точки Д, тем устойчивей горит дуга, так как уменьшается реакция тока на случайные небольшие изменения напряжения сети Uc.
Работа газоразрядной лампы в любой рабочей точке возможна при различных значениях напряжения сети Uc. Для этого необходимо подобрать сопротивление балласта таким, чтобы рабочий ток оставался постоянным (рис. 1.7). Однако стабильность работы лампы при этом будет различной. Чем выше напряжение питающей сети Uc и соответственно сопротивление балласта Rб, тем меньше влияют отклонения напряжения на ток лампы. Но следует помнить, что при этом возрастают потери мощности в балластном сопротивлении. Учитывая это, в практике рекомендуется балластное сопротивление брать таким, чтобы соблюдалось условие, позволяющее получить достаточную устойчивость работы газоразрядных ламп при минимальных потерях в балласте.
Для работы на постоянном токе используются активные балласты, на переменном - индуктивные и емкостные (иногда и активные).
Все газоразрядные источники по значению рабочего давления делятся на лампы низкого, высокого и сверхвысокого давления.
Люминесцентные лампы низкого давления представляют собой стеклянную цилиндрическую колбу, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором. В торцы колбы вварены стеклянные ножки. На ножках смонтированы вольфрамовые электроды в виде биспиралей, покрытые слоем оксида (окисла щелочно-земельных металлов), обеспечивающего хорошую эмиссию электронов. Для защиты от бомбардировки в анодный период к электродам приварены проволочные экраны. На концах колба имеет цоколи со штырьками. Из колбы лампы откачан воздух и введен в нее аргон при давлении около 400 Па с небольшим количеством ртути (30-50мг.).
В люминесцентных лампах световая энергия возникает в результате двойного преобразования энергии электрического тока. Во-первых, электрический ток, протекая между электродами лампы, вызывает электрический разряд в парах ртути, сопровождающийся излучением (электролюминесценция). Во-вторых, возникающая при этом лучистая энергия, большая часть которой представляет собой ультрафиолетовое излучение, воздействует на люминофор, нанесенный на стенки колбы лампы и преобразуется в световое излучение (фотолюминесценция). В зависимости от состава люминофора получают видимые излучения различного спектрального состава. Наша промышленность выпускает люминесцентные лампы пяти типов: дневного света ЛД, дневного света с улучшенной цветопередачей ЛДЦ, холодно-белого света ЛХБ, белого света ЛБ и тепло-белого ЛТБ. Колбы люминесцентных ламп чаще всего имеют прямолинейную, образную и кольцевую формы. Люминесцентные лампы выпускаются мощностью 15, 20, 30, 40, 65 и 80 Вт. В сельском хозяйстве применяются лампы преимущественно мощностью 40 и 80 Вт (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Характеристики люминесцентных ламп, используемых в сельском хозяйстве

В настоящее время выпускаются новые лампы с улучшенной цветопередачей типа ЛЕ.
По сравнению с лампами накаливания люминесцентные лампы имеют более благоприятный спектральный состав излучения, большую световую отдачу (60 ... 70 лм-Вт-1) и больший срок службы (10 000 ч).
Кроме того, в сельском хозяйстве применяются специальные лампы низкого давления: фитолампы - для выращивания растений, эритемные - для УФ облучения животных и птиц, бактерицидные- в установках обеззараживания. Эритемные и фитолампы имеют специальный люминофор, бактерицидные - без люминофора (табл. 1.4)
Все люминесцентные лампы низкого давления включаются в сеть через балластное сопротивление.

Характеристики эритемных, бактерицидных и фитоламп

Следует помнить, что зажигание люминесцентных ламп без специальных мероприятий осуществляется при напряжении U3, как правило, больше сетевого Uc. Одним из способов снижения напряжения зажигания U3 является предварительный подогрев электродов, облегчающий эмиссию электронов. Этот подогрев можно осуществлять, используя стартерные и бесстартерные схемы (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Схема включения люминесцентной лампы низкого давления:
1 - зажим сетевого напряжения; 2 - дроссель; 3, 5 - электроды лампы; 4 - трубка; 6, 7 - электроды стартера; 8 - стартер.
Стартер представляет собой миниатюрную неоновую лампу, один или оба электрода которой выполнены из биметалла. При нагревании эти электроды могут между собой замыкаться. В исходном состоянии они разомкнуты. При подаче напряжения на зажимы 1 все оно оказывается практически приложенным к зажимам стартера 6 и 7 и в его колбе 8 возникает тлеющий разряд. За счет протекающего при этом тока выделяется тепло, которое нагревает подвижной биметаллический контакт 7, и он замыкается с неподвижным контактом 6. Ток в цепи в этом случае резко возрастает. Его величина оказывается достаточной для нагрева электродов 5 и 5 люминесцентной лампы, выполненных в виде спиралей. За 1...2 с электроды лампы разогреваются до 800...900°С. Так как разряда в это время в колбе стартера нет, электроды его остывают и размыкаются.
В момент разрыва цепи в дросселе 2 возникает э. д. с. самоиндукции, значение которой пропорционально индуктивности дросселя и скорости изменения тока в момент разрыва цепи. Образовавшееся за счет э. д. с. самоиндукции повышенное напряжение (700... 1000 В) оказывается приложенным к электродам лампы, подготовленным к зажиганию. Между электродами возникает дуговой разряд, и лампа 4 начинает светиться. В этом режиме сопротивление лампы оказывается примерно одинаковым с сопротивлением последовательно включенного дросселя и напряжение на ней снижается приблизительно до половины напряжения сети Это же напряжение приложено к стартеру, включенному параллельно лампе, но стартер больше не зажигается, ибо напряжение его зажигания устанавливается в пределах

Таким образом, стартер и дроссель выполняют важные в процессе зажигания и работы функции. Стартер: 1) замыкает цепь «спирали электродов - дроссель», ток, протекающий при этом, нагревает электроды, облегчая зажигание лампы за счет термоэлектронной эмиссии; 2) разрывает после разогрева электродов лампы электрическую цепь и тем самым вызывает импульс повышенного напряжения на лампе, обеспечивающего пробой газового промежутка.
Дроссель: 1) ограничивает ток при замыкании электродов стартера; 2) генерирует импульс напряжения для пробоя лампы за счет э. д. с. самоиндукции в момент размыкания электродов стартера; 3) стабилизирует горение дуги после зажигания.
Так как стартер является самым ненадежным элементом в схеме зажигания, разработаны и бесстартерные схемы. Предварительный подогрев электродов в этом случае осуществляется от специального накального трансформатора.
Для люминесцентных ламп низкого давления выпускаются специальные пускорегулирующие аппараты (ПРА).
Стартерные ПРА обозначаются 1УБИ, 1УБЕ, 1УБК (цифра указывает число ламп, работающих от одного ПРА, У - стартерный, Б - балласт, И - индуктивный, Е - емкостный; К - компенсированный, т.. е. повышающий коэффициент мощности осветительной установки до 0,9...0,95). Для двух ламп соответственно 2УБИ, 2УБЕ, 2УБК.
Бесстартерные аппараты имеют в своем обозначении букву А: АБИ, АБЕ, АБК. Например, марка ПРА 2АБК-80/220-АНП расшифровывается так: двухламповый бесстартерный аппарат, компенсированный, мощность каждой лампы 80 Вт, напряжение сети 220 В, антистробоскопический (А), для независимой установки (Н), с пониженном уровнем шума (П).
Одним из недостатков газоразрядных ламп является пульсация светового потока, вызывающая стробоскопический эффект - мелькание быстро движущегося предмета. Для уменьшения величины пульсации светового потока рекомендуется включать лампы на разные фазы или применять специальные антистробоскопические ПРА.

Рис. 1 9. Лампа ДРТ (а) и схема ее включения (б):
1 - трубка из кварцевого стекла; 2 - электрод; 3 - хомут с держателем; 4 - токопроводящая полоса.
Рис. 1.10 Четырехэлектродная лампа ДР-С (а) и схема ее включения (б):
1 - ртутно-кварцевая горелка; 2 - колба; 3 - люминофор; 4 - поджигающие электроды; 5 - основные электроды; 6 - токоограничивающие резисторы.
При включении люминесцентных ламп на напряжение повышенной частоты увеличивается их световая отдача, уменьшаются размеры балласта и потери в нем, уменьшается величина пульсации светового потока.
Газоразрядные лампы высокого давления. Наиболее распространенными в сельскохозяйственном производстве являются лампы типа ДРТ - дуговая, ртутная, трубчатая и ДРЛ - дуговая, ртутная, люминесцентная.
Лампа ДРТ представляет собой прямую трубку 1 из кварцевого стекла (рис. 1.9,а), в торцы которой впаяны электроды 2. Трубка заполнена аргоном и небольшим количеством ртути. Так как кварцевое стекло хорошо пропускает УФ излучение, лампа в основном используется для УФ облучения животных и птицы и для обеззараживания воды, продуктов, воздуха и т. д.
Включается в сеть лампа через дроссель (рис. 1.9,6). Зажигание осуществляется кратковременным нажатием кнопки S. При этом через дроссель L и конденсатор С1 протекает ток. При размыкании кнопки ток резко уменьшается и за счет э. д. с. самоиндукции дросселя резко повышается напряжение на электродах лампы, что способствует ее зажиганию. Металлическая полоса Я, подключенная через конденсатор С2, обеспечивает перераспределение электрического поля внутри лампы, что облегчает зажигание лампы.
Лампы ДРЛ используются для освещения. Они могут быть как двух- так и четырехэлектродными. В настоящее время выпускаются только четырехэлектродные лампы, конструкция и схема включения которых показаны на рисунке 1.10. Ртутно-кварцевая горелка I является источником УФ излучений. Колба 2 выполнена из термостойкого стекла и с внутренней стороны покрыта люминофором 3, который преобразует УФ излучение горелки в световое. Для облегчения зажигания четырехэлектродная лампа имеет поджигающие электроды 4. Разряд возникает сначала между поджигающим и основным электродами 5, а затем между основными электродами (рабочий промежуток).
Перспективными для освещения являются металлогалоидные лампы высокого давления типа ДРИ. В колбы этих ламп добавляются иодиды натрия, таллия и индия, что позволяет увеличить световую отдачу в 1,5...2 раза по сравнению с лампами ДРЛ.
Для использования в теплицах на базе лампы ДРЛ разработаны специальные фитолампы типа ДРФ и ДРЛФ. Колба этих ламп выполнена из стекла, выдерживающего при нагретом состоянии брызги холодной воды и покрыта специальным люминофором, имеющим повышенную фитоотдачу. В верхней части колбы нанесен отражающий слой.

Встретить газоразрядные лампы высокого давления и низкого в разных интерпретациях можно совершенно неожиданно и сразу в нескольких сферах жизни современного человека. Они освещают улицу в виде автомобильных фар и фонарей, создают комфорт и уют, являясь частью домашнего освещения, и это далеко не все.

Конструктивные особенности изделий

Под газоразрядными лампами следует понимать альтернативный традиционным источникам света компактный прибор, главная особенность которого - излучение света в диапазоне, который человек способен охватить взглядом. Чтобы понять принцип работы устройства, нужно разобраться с его конструктивными особенностями.

Основа изделия - это стеклянная колба. В нее под определенным давлением закачивают пары металла, но чаще газ. Дополнительные элементы - электроды по краям стеклянной колбы.

Понимая особенности строения изделия, можно представить себе принцип его работы. Построен он на действии электрического разряда, который пропускает через себя стеклянная колба с электродами. Ядро колбы - главный электрод. Под ним работает токоограничительный резистор. В то время как электрический разряд проходит через колбу, она начинает излучать свет.

Кроме перечисленных выше электродов и колбы, лампа имеет цоколь. Именно он позволяет расширить сферу использования изделия. Его можно вкручивать в осветительные приборы разного назначения.

Обратите внимание! Чаще всего такие устройства применяют в создании именно уличного освещения. Ими оснащают фонари, а также фары в автомобилях, как уже было отмечено выше.

Разновидности изделий

Выделяют разные виды газоразрядных ламп в зависимости от типа свечения, величины давления.

Если сравнивать потоки светового излучения, создаваемые изделиями, то газоразрядные лампы можно разделить на:

• люминесцентные;
• газосветные;
• электродосветные.

Первые отличаются светом, поступающим наружу за счет слоя люминофора, которым покрыта лампа, активирующегося при газовом разряде.

Газосветные светят за счет света самого газового разряда, а электродосветные освещают с помощью свечения электродов под воздействием газового разряда.

По величине давления изделия можно разделить на лампы высокого и низкого давления.

Первые могут дополнительно разделяться на дуговые ртутные лампы (ДРЛ), а также на дуговые ксеноновые трубчатые (ДКсТ), дуговые ртутные с йодидами (ДРИ) и дуговые натриевые трубчатые (ДНат). Главное их отличие - функционирование без пускорегулирующего устройства. Именно такие лампы чаще всего освещают улицы, дома, автомобили и стенды наружной рекламы.

Стоит обратить внимание на тот факт, что лампы высокого давления газоразрядного типа используются чаще всех остальных. Натриевые и ртутные модели просто незаменимы в создании ярких баннеров рекламы, освещающих улицы в ночное время. Жилые и офисные помещения с помощью таких ламп освещают нечасто.

А вот что такое газоразрядные лампы с низким давлением? Они классифицируются на ЛЛ и КЛЛ. Эти лампочки с успехом выполняют функции ранее используемых ламп накаливания. Именно их удобнее и практичнее всего использовать для создания не только уличного, но и домашнего освещения.

Среди ламп низкого давления наиболее популярными считаются люминесцентные. Такие лампы для уличного освещения подходят как нельзя лучше. Вкручивая их в фонари, можно добиться высокой эффективности работы за счет мощного преобразования электроэнергии в световую.

Как построена работа лампочки

Рассмотрим принцип работы газоразрядных ламп подробнее, основываясь на их конструктивных особенностях.

Начнем с того, что лампа газоразрядная генерирует свет за счет создаваемого в теле стеклянной колбы электрического разряда. Газ, закачиваемый в колбу под давлением, лежит в основе освещения. Для создания уличного освещения чаще всего применяют инертные газы:

• аргон;
• неон;
• ксенон и другие.

Практикуется использование и смесей газов в разных пропорциях. Часто в состав включают натрий или ртуть. На основании их включения натриевая газоразрядная лампа или ртутная и носят свои названия.

Обратите внимание! Ртутные изделия в наши дни более актуальны, чем натриевые. Они используются для создания уличного и домашнего освещения.

Оба варианта лампочек могут считаться металлогалогенными источниками света. Сразу после генерации электрического поля при подаче питания газ и свободные электроны в колбе ионизируются. Это приводит к контакту вращающихся на верхних уровнях атомов электронов с остальными электронами атомов металла, что в свою очередь вызывает их переход к внешним орбиталям и конечному появлению энергии - свечению.

Стоит помнить о том, что свечение, получаемое таким образом, может быть самым разным, начиная от ультрафиолетового и заканчивая инфракрасным. Для экспериментов со свечением используют цветную люминесцентную краску для обработки внутренней части колбы. Цветные стенки колбы помогают ультрафиолетовому излучению приобрести видимый цветной свет.

Плюсы и минусы изделий

Рассмотрим достоинства и недостатки газоразрядных ламп с анализом их основных характеристик.

К основным преимуществам изделий можно отнести следующие моменты:

1. Лампочки отличаются высоким уровнем светоотдачи даже при условии использования плафонов из толстого стекла.
2. Лампы достаточно практичны, особенно, если сравнивать их с обычными лампочками накаливания. В среднем изделие прослужит от 10 тысяч часов, поэтому является особенно незаменимым в создании качественного и долговечного уличного освещения.
3. Изделия демонстрируют повышенный уровень устойчивости, особенно ртутная газоразрядная лампа в условиях сложного климата. Их можно использовать для уличного освещения до первых заморозков в комплекте с обычными плафонами и в зимнее время при условии контакта со специальными фарами и фонарями.
4. Стоимость изделий доступна и приемлема.
5. Лампочки с таким устройством не нуждаются в дорогих комплектующих и могут работать без дополнительной осветительной затратной аппаратуры.
6. Схема подключения изделий проста и понятна, поэтому с монтажом справится каждый своими руками.

Достоинства рассмотрели, теперь назовем минусы. Их немного, но о них также нужно знать:

1. Газоразрядные лампы низкого давления и высокого давления не отличаются идеальной цветопередачей. Все дело в спектре лучей, весьма ограниченном в этих изделиях. Под светом таких лампочек достаточно непросто рассмотреть цвета предметов, поэтому в уличном и автомобильном освещении они наиболее приемлемы.
2. Работают изделия исключительно при условии наличия переменного тока.
3. Для активации лампочек потребуется балластный дроссель.
4. Чтобы изделие заработало, кроме тока ему потребуется увеличенное время для разогрева.
5. Лампочки сложно назвать полностью безопасными из-за возможного содержания в них паров ртути.
6. Световой поток, излучаемый лампочками, имеет неприятную особенность - повышенный уровень пульсации.

Что касается установки, то она не представляет каких-либо сложностей, как уже было отмечено. Процесс аналогичен монтажу стандартных лампочек накаливания.

Область применения

За счет конструктивных особенностей и уникального принципа работы, а отчасти и благодаря доступности таких комплектующих, как конденсаторы для газоразрядных ламп, изделия сегодня более чем востребованы, причем в самых разных сферах жизнедеятельности человека.

Чаще всего свет от изделий можно увидеть:

• на улицах городов и сел исходящим от фонарей;
• в магазинах и производственных зданиях, торговых центрах и офисах, вокзалах и аэропортах;
• на пешеходных дорогах и в подсветке парков, скверов, фонтанов;
• на рекламных щитах;
• на фасадах зданий кинотеатров, концерт-холлов в комплекте с дополнительным оборудованием, способным увеличивать эффект от свечения.

Совершенно отдельным пунктом стоит отметить использование такого рода лампы для авто в фарах. Чаще всего здесь применяются неоновые лампы с высоким уровнем интенсивности света. Некоторые современные марки ТС уже оснащены фарами, заполненными ксеноном и металлогалоидными солями.

Обратите внимание на маркировку ламп для автомобильных фар. Так, например, D1R и D1S - это первое поколение газоразрядных лам, связанных с модулем зажигания.

Лампы второго поколения имеют маркировку D2R и D2S, где R - это изделие для рефлекторной оптической схемы, S - прожекторной.

Нельзя не упомянуть и о роли лампочек такого типа в современной фотосъемке. Постановка света для создания качественной фотографии позволяет ощутить главные преимущества источника.

Импульсные газоразрядные лампы для освещения позволяют фотографировать с постоянным контролем светового потока. Они более яркие, экономичные, имеют компактные размеры. Из минусов использования изделий в этой сфере стоит отметить неспособность визуального контроля светотени, образуемой от источника света такого рода на фотографическом объекте в процессе.

Что нужно знать об индикаторных видах ламп

В качестве альтернативы малогабаритным лампам накаливания использование газоразрядных индикаторных ламп (лампы ин) выглядит более чем оправдано. Такие лампы работают за счет свечения закачанного между электродами газа, помещенного в стеклянную колбу. Какого цвета газ использовали для наполнения колбы, такого цвета получится конечное свечение.

Самые популярные линейные газоразрядные индикаторы - на основе неона. Конструкции можно встретить в елочных гирляндах, не редкость и светильник с наполнением такого рода -лампочкой газоразрядного типа миниатюрных размеров.

Газоразрядные индикаторы отличаются практичностью и экономичностью работы, особенно по сравнению с обычными лампочками. Они имеют невысокий уровень внутреннего сопротивления. Одиночные варианты чаще всего используют для подсвечивания надписей на стекле или пластике, также индикаторы подходят для подсветки символических пиктограмм.

Важно! Газоразрядные индикаторные лампы могут воспроизводить как битовую информацию, так и десятичные цифры.

В заключение отметим, что невозможно искусственно увеличить значение использования газоразрядных ламп в жизни современного человека. Изделия действительно востребованы и в некотором роде даже незаменимы. Сколько еще применений сможет им найти человек в ближайшем будущем? Время покажет.

Газоразрядная лампа - это источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне. Свечение в лампе создается непосредственно или опосредованно от электрического разряда в газе, парах металла или в смеси пара и газа.

Все газоразрядные лампы можно разделить на четыре основные группы:

• металлогалогенные лампы;
• натриевые лампы высокого давления;
• ртутные лампы высокого давления;
• натриевые лампы низкого давления.

Для расчёта освещенности помещения вы можете воспользоваться калькулятором расчета освещенности помещения .

Газоразрядная лампа состоит из стеклянной, керамической или металлической (с прозрачным выходным окном) оболочки цилиндрической, сферической или другой формы, которая содержит газ, иногда небольшое количество металла или др. вещества (например, галоидной соли) с предельно высокой упругостью пара..

Устройство газоразрядных ламп.

3.Горелка;

4.Основной электрод;

5.Поджигающий электрод;

6.Токоограничительный резистор

Характеристики газоразрядных ламп.

• срок службы от 3000 часов до 20000;
• эффективность от 40 до 220 лм/Вт;
• цвет излучения: от 2200 до 20000 К;
• цветопередача: хорошая (3000 K: Ra>80), отличная (4200 K: Ra>90);
• компактные размеры излучающей дуги, позволяют создавать световые пучки высокой интенсивности.

Газоразрядные лампы делятся на три типа:

• газоразрядные лампы низкого давления (от 0,1 до 25 кПа) - люминесцентные лампы;
• газоразрядные лампы высокого давления (от 25 до 1000 кПа) лампа ДРЛ;
• газоразрядные лампы сверхвысокого давления (от 1000 кПа) РЛСВД лампы.

Разрядные лампы высокого давления это что то среднее между лампами накаливания и люминесцентными лампами. Из за повышенной по сравнению с люминесцентными лампами мощности, газоразрядные лампы позволяют добиться интенсивного, концентрированного света, при этом сохраняя все преимущества газоразрядной технологии (экономичность и гибкость в выборе цветности).

Газоразрядные лампы применяют для общего освещения, облучения, сигнализации и других целей..

Принцип действия газоразрядных ламп высокого давления.

Электрические разряды между электродами вызывают свечение наполнителя в разрядной трубке. Излучаемый лампой свет является следствием происходящих в ней дуговых разрядов. Для ограничения тока и для зажигания всем газоразрядным лампам необходимы специальные ПРА . В отличие от газоразрядных ламп (например, ксеноновых ламп) паросветным лампам после зажигания необходимо определенное время пускового режима (2-3 минуты), чтобы достичь своей полной световой отдачи. Это время необходимо собственно для того, чтобы вещества-наполнители могли полностью испариться.

Преимущества газоразрядных ламп.

• высокий КПД;
• длительный срок службы по сравнению с лампами накаливания;
• экономичность;
• высокая степень цветопередачи;
• хорошая стабильность цвета;
• хорошие характеристики светового потока в течение всего срока службы.

Недостатки газоразрядных ламп

• высокая стоимость;
• необходимость пускорегулирующей аппаратуры;
• долгий выход на рабочий режим;
• высокая чувствительность;
• наличие токсичных компонентов и как следствие необходимость в инфраструктуре по сбору и утилизации;
• невозможность работы на любом роде тока;
• невозможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт);
• наличие мерцания и гудения при работе на переменном токе промышленной частоты;
• прерывистый спектр излучения;
• непривычный в быту спектр.