Люминесцентное освещение: как это работает

Люминесцентное освещение: как это работает?

Удобные и практичные люминесцентные лампы широко используются в разных сферах деятельности человека. Сегодня трудно представить офисы, учебные аудитории, спортзалы и другие помещения общественного назначения без ламп дневного света. Среди причин их популярности — долговечность, экономичность, высокое качество и яркость освещения. Рассмотрим подробнее, что из себя представляет и как работает люминесцентная лампа.

Особенности конструкции, принципы работы

Устройство и работа люминесцентных ламп, независимо от производителя, их размера или формы, имеют общие конструктивные и функциональные особенности. Классическая схема включает:

• Стеклянную кварцевую колбу с парами ртути и инертным газом (это может быть гелий, аргон, неон или ксенон). Стекло может быть матовым, прозрачным или цветным. Колба изнутри покрыта слоем люминофора.
• 1-2 цоколя с группой электродов (2 или 4 контактных стержней с нитью накаливания, покрытой эмиссионным веществом).
• Пускорегулирующий аппарат (стартер и дроссель). Стартер для первоначального поджига — корпус из пластика или металла с небольшой стеклянной колбой, внутри которой расположены электроды: один неподвижный и один подвижный (биметаллический). Трубка заполнена инертным газом.

Принцип работы стартера люминесцентной лампы-излучателя газоразрядного типа простой: в обычном состоянии электроды разомкнуты. После подачи электричества подвижный электрод под воздействием температуры изгибается, что приводит к его быстрому замыканию с неподвижным электродом, последующему понижению температуры и разрыву цепи. Электромагнитный дроссель вступает в работу после сигнала от стартера, создает импульс напряжения большой амплитуды, достаточный для моментального разогрева электродов внутри колбы.

Цоколь. Применяют цоколи двух видов: традиционный патронный с резьбой и маркировкой Е с диаметром резьбы в мм (можно использовать в любых бытовых осветительных устройствах), а также двухконтактный штырьковый (маркировка G с указанием расстояния между контактами в мм (например — 5, 23, 24).

Принцип действия люминесцентной лампы низкого давления основан на эффекте классической люминесценции: возникшая под воздействием электроразряда энергия ультрафиолетового излучения благодаря нанесенному на поверхности колбы люминофору превращается в видимое глазу человека свечение. В зависимости от наличия в составе покрытия различных химических компонентов, световой поток может приобретать различные оттенки: нейтральный, дневной, теплый белый, холодный белый.

Принцип работы люминесцентной лампы со стартером традиционен:

• подключение к источнику переменного тока;
• подача электрической энергии на электроды стартера;
• передача электрической энергии на дроссель, в результате индукции сила тока возрастает в 2-3 раза;
• разогрев электродов внутри лампы;
• возникновение дугового разряда, появление УФ-излучения

Мощность и насыщенность светового потока зависят от размеров лампы.

Какую модель предпочесть?

На рынке есть большой выбор линейных и компактных люминесцентных ламп для общего или специального освещения. Учитывая тот факт, что принцип работы люминесцентной лампы основан на электрическом разряде в парах ртути, которая может нанести вред здоровью человека, многие пользователи стараются не использовать подобные источники света в спальной, детской и других жилых помещениях. Как показывает приведенное выше описание работы люминесцентной лампы, ее использование при аккуратном обращении, сохранении целостности колбы и правильной утилизации, абсолютно безопасно. Наша компания предлагает исключительно оригинальную продукцию известных производителей электрической осветительной техники:

(Германия) — модели FQ HO 54W/840 G5, L 18W/640 T8 G13; STUDIOLINE 55W/5600K 2G11; (Голландия, производительные мощности расположены в Польше) — Philips TL-D 18W/54-765 1SL/25; (Бельгия) — SYLVANIA F48T12/CW/HO 60W R17d.

В «УВИНТЕХ» можно купить экономичные, надежные, комфортные для зрения люминесцентные лампы нового поколения, которые не навредят здоровью человека.

Схема люминесцентной лампы, электрическая схема и принцип действия лампы дневного света.

Лампы дневного света довольно широко распространены в использовании, поскольку обладают некоторыми преимуществами перед лампами накаливания. А именно, они экономнее в потреблении электроэнергии, поскольку меньше расходуют энергии на образование тепла, так же у них более рассеянный свет и имеется возможность выбирать свечение с определённым цветом, хотя наиболее популярные и ходовые всё же являются с белым свечением. Ну, а что касается специфики их работы, то скажу следующее: для любой люминесцентной лампы или лампы дневного света, необходимы определённые условия. То есть, поскольку в них содержится инертный газ с парами ртути, а как известно, газы являются плохими проводниками электрического тока. И для их зажигания требуется высокое напряжение пробоя.

Так же, для облегчения этого зажигания, делаются внутри люминесцентной лампы спиральки, которые при подачи напряжения накаляются и тем самым облегчают выход электронов из металла электродов. Учитывая данные условия, простое подключение к контактам лампы дневного света сетевого напряжения не пойдёт. Для этого однажды придумали очень простую схему на дросселе. В ней сочетаются все благоприятные условия для осуществления зажигания и дальнейшего горения люминесцентной лампы. Дроссель, как Вы должны знать, при подаче на него переменного напряжения способен ограничить силу тока, за счет индуктивного сопротивления. Это нам понадобится для дальнейшего поддержания непосредственного горения люминесцентной лампы.

Ещё дроссели умеют выдавать большие ЭДС, за счет внутренней самоиндукции, но для этого необходимо создать в цепи питания кратковременное прерывания, в виде замыкания и размыкания. Это и обеспечивает ещё один элемент схемы, под названием стартёр. Итак, на вход схемы лампы дневного света подается сетевое напряжение 220в. Оно проходит через дроссель и поступает на первую спиральку лампы, с неё переходит на стартёр и с него идёт во вторую спиральку, с которой поступает на вторую клемму сетевого напряжения. Первым срабатывает стартёр.

Напряжение зажигания тлеющего разряда стартера меньше напряжения сети, но больше рабочего напряжения лампы. Его внутренние контакты нагреваются и замыкаются, тем самым обеспечивая прохождение тока через спиральки лампы, нагревая их до температуры 800-900 градусов. Это позволяет легче проходить запуску лампы. После, контакты стартера остывают и размыкаются, что даёт кратковременный импульс на дроссель, а он выдаёт выброс высокого напряжения на электроды люминесцентной лампы, обеспечивая тем самым пробой и дальнейшее горение. Что касается подключённой емкости на входе. Это сетевой фильтр для гашения реактивной мощности, которую вырабатывает дроссель. Без ёмкости конечно лампа то же будет работать, но при этом потребляя больше энергии.

В первом варианте схемы происходит включение одной лампы. В этом случае элементы схемы будут такими: если лампа на 40Вт, то и дроссель на 40Вт, а стартер на напряжение 220в (если лампа одна). При подключении двух ламп к одному дросселю, общая схема уже имеет вид варианта 2, на нашем рисунке. В этом случае, дроссель на 40 Вт, а лампы на 20Вт и стартера, напряжением по 127в каждый. Ну а конденсатор, в первом и втором варианте можно поставить на напряжение не меньше сетевого, а лучше с запасом и емкостью около 0.22мкФ. На этом данная тема, схема люминесцентной лампы электрическая принципиальная, закончена. До следующих статей и удачи.

Дроссель для ламп – принцип работы электромагнитного и индукционного

Люминесцентная лампа относится к газоразрядным устройствам. Следовательно, в ее конструкции должен присутствовать элемент, ограничивающий ток. В противном случае сила тока будет нарастать лавинообразно, что несомненно приведет к поломке лампы, а, возможно, и к ее взрыву. Такой ограничитель разработчиками люминесцентных ламп предусмотрен. Его роль играет электронное или электромагнитное устройство – дроссель (или балласт).

Для чего нужен дроссель

Технические характеристики

Характеристики энергосберегающей лампы предполагают наличие балласта, поглощающего лишнюю мощность в электроцепи. В лампе мощностью 36-40 Вт дроссель забирает около 6 Вт (15%).

Основные функции дросселя:

• подогрев катодов для их подготовки к эмиссии электронов;
• создание напряжения, необходимого для стартового разряда;
• ограничение тока, протекающего по электрической схеме после старта.

В цепи переменного тока дроссель обеспечивает сдвиг фаз между током и напряжением. Величина отставания тока от напряжения, которую вызывает дроссель, указана в его маркировке (cos ϕ). Данная характеристика имеет еще одно название – коэффициент мощности.

Активная мощность определяется по формуле:

P = U х I х cos ϕ, где

При низком коэффициенте мощности растет потребление реактивной энергии.

Дроссели классифицируются по уровню мощности и шума.

По уровню мощности дроссели делятся на три класса:

• С – с низким уровнем;
• В – с супернизким;
• D – со средним уровнем поглощения.

Технические характеристики дросселя должны соответствовать мощности лампы: в противном случае она быстро придет в негодность.

Различаются дроссели и по уровню шума:

• С – очень низкий;
• А – особо низкий;
• П – пониженный;
• Н – нормальный.

Принцип работы

Устройство в лампе работает в паре со стартером по такому принципу:

• при подаче напряжения на лампу ток попадает на стартер – элемент, состоящий из баллона и конденсатора (в баллоне, заполненном инертным газом, размещены контакты из биметалла);
• под воздействием напряжения происходит ионизация газа, и ток протекает по цепи дросселя. Газ и контакты разогреваются, что приводит к увеличению силы тока до 0,5 А. Следом разогреваются и катоды и освобождаются электроны. Они, в свою очередь, способствуют разогреву ртутных паров, помещенных в трубку лампы;
• как только контакты замыкаются, завершается ионизация. Температура стартера падает, контакты размыкаются.

Самоиндукция, которая возникает в дросселе, накладывается на амплитудные колебания электрической сети. Это приводит к пробиванию газового наполнения лампы, и ток снова устремляется через дроссельную цепь и катод.

Как выбрать нужный вид

Выбрать дроссель к люминесцентной лампе, в первую очередь обращайте внимание на его мощность: она должна совпадать с мощностью светильника.

Немаловажную роль при выборе играет и производитель: лучше, если это будет известная компания, продукция которой широко применяется. Покупая дешевые изделия неизвестных изготовителей, вы рискуете напрасно выбросить деньги.

Еще один вопрос, требующий решения: какой дроссель вы хотите купить – электронный или электромагнитный. Цены на них заметно отличаются.

Cтоимость электромагнитного дросселя в зависимости от мощности начинается примерно со 150 рублей (импортный вариант), а
минимальная цена на электронный дроссель составляет около 500 рублей.

Рекомендуем Вам также более подробно ознакомиться с мощностью люминесцентных ламп.

Электронный дроссель не требует установки стартера в лампу.

Классификация приборов

В люминесцентных лампах могут использоваться электромагнитные или электронные дроссели. Каждому из видов присущи определенные достоинства и недостатки.

Электромагнитные

Электромагнитный дроссель представляет собой катушку с металлическим сердечником. Для обмотки используются медный и алюминиевый провода. От их диаметра зависит нормальная работа светильника. Потери мощности устройства составляют от 10 до 50%.

Чем мощнее люминесцентная лампа, тем меньше процент потерь мощности.

Люминесцентные лампы с электромагнитными дросселями стоят недорого, не требуют дополнительной настройки. Однако электромагнитный дроссель весьма чувствителен к нестабильности электрической сети. Малейшее колебание приводит к мерцанию лампы и повышению уровня шума: светильник начинает гудеть.

Перед зажиганием лампы из-за несинхронности работы дросселя с частотой сети происходят вспышки. Они приводят к ускоренному износу ПРА.

На разогревание электромагнитного дросселя тратится четверть мощности светильника.

Два класса электромагнитных дросселей – D и С – запрещены Европейской комиссией. На данный момент на рынке можно найти люминесцентные лампы с электромагнитными дросселями только классов В1 и В2. Они характеризуются пониженными потерями электроэнергии.

Электромагнитные дроссели имеют право на жизнь, они обеспечивают достаточную надежность светильников. Но сейчас их активно вытесняют электронные балласты.

Электронные ПРА

Электронный дроссель имеет более сложную конструкцию. В его состав входят:

1. Фильтр электромагнитных помех. Гасит электромагнитные импульсы самого светильника и устраняет внешние помехи – от сети.
   выпрямитель: служит для преобразования тока.
2. Схема коррекции коэффициента мощности. Отвечает за контроль сдвига по фазе переменного тока, который проходит через нагрузку.
3. Фильтр сглаживающий. Снижает уровень пульсации переменного тока.
4. Инвертор. Отвечает за преобразование постоянного тока в переменный.
5. Балласт. Индукционная катушка, участвующая в накоплении энергии, подавлении помех и плавной регулировке яркости свечения.

Некоторые модели ЭПРА оснащаются защитой от перепадов напряжения (колебаний напряжения в электрической сети или ошибочного пуска устройства без лампы).

При включении лампы ток из выпрямителя поступает на буфер конденсатора. Там происходит сглаживание частоты пульсации. Высокое напряжение попадает на инвертор и заряжает микросхемы и конденсаторы.

При достижении напряжения 5,5 В микросхема сбрасывается. Зарядка конденсатора обратной связи (компенсационной) регулируется транзисторами. Как только напряжение достигнет 12 В, система входит в следующую фазу – предварительного нагрева.

Поджиг происходит при минимальном значении напряжения 600 В. Этот процесс происходит всего за 1,7 сек.

В отличие от электромагнитного, электронный дроссель не допускает чрезмерного нагревания осветительного прибора, поэтому возникновения пожара можно не бояться.

Схема подключения с люминесцентными лампами 2х18

Для подключения двух ламп мощностью 18W требуется индукционный тип устройства мощностью не менее 36 Вт (подойдет ПРА на 40 Вт) и два стартера S2 на 4-22 Вт.

Читайте также более подробно про люминесцентный светильник 2х36.

Стартеры подключаются параллельно каждой лампе. В результате будут задействованы по одному контакту-штырю с каждой стороны лампы. Остальные контакты подключаются через индукционный дроссель к питающей электрической сети.

Снизить помехи и компенсировать реактивную мощность можно при помощи конденсатора, подключенного параллельно к питающим контактам осветительного прибора.

Присутствие конденсатора не требуется, если в люминесцентной лампе предусмотрена встроенная защита.

Вариантов, подключения ПРА и ЭПРА множество, поэтому далее приведет несколько понятных рисунков-схем с самыми распространенными видами соединений.

Подключить своими руками

Электромагнитный дроссель можно изготовить и своими руками. Но делается это редко. Гораздо чаще умельцы самостоятельно восстанавливают ПРА, так как приобрести нужную модель не всегда удается (особенно трудно найти ее в «глубинке»).

С устройства снимается защитный чехол и две половинки сердечника (они имеют Г-образную форму). Затем снимается обмотка. Если по каким-то причинам снятие витков провода затруднено, их можно срезать, используя ножовку по металлу.

Для новой обмотки можно использовать медный провод диаметром 0,64-0,8 мм. Тысячу витков наматывают без межслойной изоляции внавал.

Чем больше мощность дросселя, тем проще его восстановить. Маломощные (следовательно, и малогабаритные) дроссели заливаются компаундом, что делает процесс их восстановления весьма проблематичным.

На перемотку дросселя уходит не более двух часов.

Сравнение двух видов дросселей позволяет сделать вывод, что несомненное преимущество имеют ЭПРА. Они легче и меньше по габаритам. Такие характеристики облегчают создание миниатюрных осветительных приборов, потребность в которых неуклонно возрастает.

Видео

Данное видео более подробно расскажет Вам про дроссель для люминесцентных ламп.

Дроссели для люминесцентных ламп

Увеличение тока за счет газового разряда в работающей люминесцентной лампе приводит к уменьшению напряжения на ее электродах. Поэтому, для продолжения процесса, в схему включения лампы приходится вводить балласт, препятствующий возрастанию тока. В качестве балласта в стартерной схеме подключения ламп используется электромагнитный дроссель. Он представляет собой катушку провода, намотанного на специальном ферромагнитном сердечнике. Индуктивные свойства дросселя, обусловленные его конструкцией, позволяют также применять его для создания условий запуска люминесцентных ламп.

Дроссель для запуска люминесцентной лампы

По обычной схеме дроссель для люминесцентной лампы подключается последовательно с ее катодами. Параллельно катодам подключается стартер. После подключения системы к источнику переменного электрического тока промышленной частоты и размыкания цепи электродами стартера, в дросселе возникает импульс напряжения, достаточно большой величины. При совпадении по фазе импульса напряжения дросселя с импульсом напряжения сети, суммарное значение напряжения способно превысить значение, необходимое для запуска лампы с подогретыми электродами, что должно привести к зажиганию лампы .

Виды дросселей

В процессе работы лампы, сопротивление дросселя ограничивает силу тока, протекающего по цепи, до определенного значения, необходимого для создания условий ее нормального функционирования. Определенная часть мощности расходуется при этом на нагревание дросселя, не выполняя никакой полезной работы. По величине потери мощности дроссели подразделяются на три вида: D — обычный уровень, С — пониженный и В — особо низкий уровень потерь. В зависимости от вида дросселя уровень потерь энергии на нем может составлять от 15 до 100 % мощности самой лампы.

Принцип действия

Включение дросселя в цепи переменного тока вызывает сдвиг фаз между напряжением и током. При обозначении дросселей обычно указывается косинус угла (cos ф), на значение которого ток отстает от напряжения. Еще его называют коэффициентом мощности. Активная мощность, определяется произведением напряжения, тока и косинуса фи.

Р = U I cosф

Низкая величина косинуса фи приводит к увеличению потребления реактивной энергии, вызывает дополнительную нагрузку на подводящие провода и трансформаторы. Для увеличения косинуса фи в схему работы люминесцентных ламп необходимо дополнительно подключать компенсационный конденсатор. Наиболее часто используется включение конденсатора, параллельного к устройству. Конденсатор с емкостью от 3 до 5 мкФ при работе с люминесцентными лампами мощностью 18 — 36 Вт, позволяет поднимать косинус фи до значения 0,85.

Все дроссели, работающие при частоте 50 Герц, издают шум различной интенсивности.

По параметру звукового шума, выпускаемые дроссели подразделяются на нормальный (Н), пониженный (П), очень низкий (С) и особо низкий (А) уровень.

Мощность включаемых ламп должна соответствовать расчетной мощности дросселя, иначе превышение допустимых параметров может привести к их преждевременному выходу из строя . В обозначении дросселей обычно указывается их мощность (от 4 до 80 Вт), частота и действующее напряжение переменного тока подключаемой сети, а также коэффициент мощности и величина ограничиваемого тока.

Электронный дроссель (ЭПРА)

Большинство недостатков светильников люминесцентных ламп со стартерной схемой включения можно устранить, используя электронные аппараты включения высокой частоты, иногда называемые электронными дросселями. Для получения высокочастотного напряжения, питающее низкочастотное напряжение выпрямляется в постоянное, а затем преобразуется в высокочастотное переменное. Напряжение с частотой от 20 до 40 кГц с выхода преобразователя через усилитель и высокочастотный дроссель поступает на лампу. Для создания условий запуска, параллельно электродам лампы подключается конденсатор , образующий с дросселем последовательный колебательный контур.

При подключении аппарата, благодаря резонансным явлениям в последовательном контуре, происходит резкое увеличение силы протекающего тока и напряжения на его участках. Этого тока достаточно для начального подогрева электродов лампы, а напряжения, возникающего на конденсаторе достаточно для образования газового разряда в люминесцентной лампе. Напряжение на электродах работающей лампы снижается до уровня напряжения свечения, а преобразователь автоматически изменяет частоту импульсов таким образом, чтобы в лампе устанавливалось протекание тока необходимой величины.

Большинство электронных аппаратов включения ламп стабилизируют силу тока при скачках питающего напряжения, а также корректируют коэффициент мощности. Коэффициент мощности лучших моделей электронных аппаратов может достигать 0,99.

Преимущества электронных аппаратов включения

Благодаря использованию переменного тока высокой частоты, светильники с электронными аппаратами включения люминесцентных ламп обладают рядом преимуществ :

· Использование высокочастотного разряда позволяет увеличить световую отдачу ламп. На коротких лампах это увеличение может достигать 40%.

· Запуск ламп становится возможным при низких температурах окружающей среды.

· Уменьшается эффект мерцания светового потока работающих ламп, что позволяет применять их в быту и на производстве для освещения вращающихся деталей.

· Отсутствует звуковой шум, издаваемый низкочастотным электромагнитным дросселем.

· Коэффициент мощности, приближающийся к единице, снимает задачу по компенсации реактивной энергии в сети.

· Запуск с первой попытки позволяет устранить эффект мигания ламп при включении, существенно увеличивая продолжительность их службы.

· Некоторые продвинутые электронные аппараты позволяют изменять мощность светового потока светильника за счет регулировки частоты преобразователя напряжения.

Электронный дроссель значительно легче и меньше по размерам низкочастотного дросселя. Последнее обстоятельство позволяет размещать электронные аппараты включения внутри корпусов миниатюрных люминесцентных ламп, которые находят все большее повсеместное распространение.

При использовании электронных аппаратов включения необходимо также соблюдать соответствие их мощности с мощностью и количеством подключаемых ламп. Это позволит гарантировать надежный запуск и длительную устойчивую работу светильника с люминесцентными лампами.