Описание и принцип работы лампочки

Виды газоразрядных ламп.

По давлению различают: 

• ГРЛ низкого давления 
• ГРЛ высокого давления

Газоразрядные лампы низкого давления.

Люминесцентные лампы (ЛЛ) – предназначены для освещения. Представляют собой трубку, покрытую изнутри люминофорным слоем. На электроды подается импульс высокого напряжения (обычно от шестисот вольт и выше). Электроды разогреваются, между ними возникает тлеющий разряд. Под воздействием разряда начинает излучать свет люминофор. То, что мы видим – это свечение люминофора, а не сам тлеющий разряд. Они работают при низком давлении.

Подробнее о люминесцентных лампах — тут

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) принципиально ничем не отличаются от ЛЛ. Различие только в размерах, форме колбы. Плата с электроникой для запуска, как правило, встроена в сам цоколь. Все направлено на миниатюризацию.

Подробнее об устройстве КЛЛ —  тут

Лампы подсветки дисплеев также не имеют принципиальных отличий. Питаются от инвертора.

Индукционные лампы. Этот тип осветителя не имеет никаких электродов в свое колбе. Колба традиционно заполнена инертным газом (аргон) и парами ртути, а стенки покрыты слоем люминофора. Ионизация газа происходит под действие высокочастотного (от 25 кГц) переменного магнитного поля. Сам генератор и колба с газом могут составлять одно целое устройство, но есть и варианты разнесённого изготовления.

Газоразрядные лампы высокого давления.

Существуют и приборы высокого давления. Давление внутри колбы превышает атмосферное.

Дуговые ртутные лампы (сокращенно ДРЛ) ранее применялись для наружного уличного освещения. В настоящее время применяются все реже. На смену им приходят металлогалогеновые и натриевые источники света. Причина – низкая эффективность.

Внешний вид лампы ДРЛ

Дуговые ртутные лампы с йодидами (ДРИ) содержат горелку в виде трубки из плавленого кварцевого стекла. В ней находятся электроды. Сама горелка наполнена аргоном – инертным газом с примесями ртути и йодидов редкоземельных металлов. Может содержать цезий. Сама горелка размещена внутри колбы из жаропрочного стекла. Из колбы выкачан воздух, практически горелка находится в вакууме. Более современные оснащаются горелкой из керамики – она не темнеет. Применяются для освещения больших площадей. Типичные мощности от 250 до 3500 Вт.

Дуговые натриевые трубчатые лампы (ДНаТ) имеют вдвое большую светоотдачу в сравнении с ДРЛ при тех же потребляемых мощностях. Эта разновидность предназначена для уличного освещения. Горелка содержит инертный газ – ксенон и пары ртути и натрия. Эту лампу можно сразу узнать по свечению – свет имеет оранжево-желтый или золотистый оттенок. Отличаются довольно большим временем перехода в выключенное состояние (около 10 минут).

Дуговые ксеноновые трубчатые источники света характеризуются белым ярким светом, спектрально близким к дневному. Мощность лам может достигать 18 кВт. Современные варианты выполнены из кварцевого стекла. Давление может достигать 25 Атм. Электроды изготавливаются из вольфрама, легированного торием. Иногда применяется сапфировое стекло. Такое решение обеспечивает преобладание ультрафиолета в спектре.

Световой поток создается плазмой около отрицательного электрода. Если в состав паров входит ртуть, то свечение возникает возле анода и катода. К этому типу относят и вспышки. Типичный пример – ИФК-120. Их можно опознать по дополнительному третьему электроду. Благодаря своему спектру они отлично подходят для фотодела.

Металлогалогенные газоразрядные лампы (МГЛ) характеризуются компактностью, мощностью и эффективностью. Зачастую применяются в осветительных приборах. Конструктивно представляют собой горелку, помещенную в вакуумную колбу. Горелка изготовлена из керамики, либо кварцевого стекла и заполнена парами ртути и галогенидами металлов. Это необходимо для корректировки спектра. Свет излучается плазмой между электродами в горелке. Мощность может достигать 3.5 кВт. В зависимости от примесей в парах ртути возможен разный цвет светового потока. Обладают хорошей светоотдачей. Сроком эксплуатации может достигать 12 тысяч часов. При этом имеет хорошую цветопередачу. Долго выходит на рабочий режим – около 10 минут.

Различие ламп освещения по контактной группе

В большинстве государств существуют определенные стандарты, которые относятся к устройству осветительных приборов. Везде они были разными, поэтому сегодня можно встретить множество разновидностей ламповых цоколей.

1. Тип «E» — цоколь Эдисона. Самый привычный и распространенный тип подсоединения ламп к патрону. Он распространен в России, и используется повсеместно. Существует всего 10 его типоразмеров, но в принятые в РФ стандарты — это Е14, Е27. Е5 часто встречается в иностранной бытовой технике, а Е10 в подсветке холодильников, духовых шкафов и другого кухонного оборудования. В США стандартом являются Е17, Е26 и Е39.
2. Тип «B» — байонетный цоколь. Штифтовое соединение происходит путем вставки лампы и её поворота. Используется в автомобилестроении.
3. Тип «G» — двухштыковый разъем. Вместо резьбы цоколь имеет вид двух штыков, которые вставляются в специальный патрон.
4. Тип «F» — одноштыковый разъем. Иногда встречается на галогеновых и люминесцентных лампах.
5. Тип «R» — с утопленным контактом. Имеет два подпружиненных выступа, которые фиксируют лампу в патроне.
6. Тип «S» — софитный цоколь. Такой цоколь располагается с двух сторон лампы. Называется он так потому, что такие осветительные приборы часто использовались в освещении ванных комнат, зеркал или сцены.
7. Тип «K» — проводное соединение. Кабельное подключение используется при освещении крупных объектов в сочетании с газоразрядными лампами высокого давления.
8. Тип «H» — цоколь для ксеноновых ламп. Применяется в отрасли автомобилестроения. Позволяет с точностью разместить осветительный прибор.
9. Тип «P» — фланцевый цоколь. Также применяется в автомобильной промышленности. Позволяет создать чёткую фокусировку источника света.
10. Тип «T» — телефонный формат. Такой способ соединения встречается в распределительных щитах и пультах управления.

Что выбрать: светодиоды или вольфрамовые лампы?

Обычная лампа накаливания

Это вопрос, ответ на который каждый находит для себя сам, оценив для себя лампы накаливания, их достоинства и недостатки. Советов здесь быть не может. С одной стороны, светодиоды потребляют во много раз меньше электроэнергии и более долговечны в работе, чего нельзя сказать о «лампочках Ильича», а с другой – лампы накаливания оказывают более щадящее действие на зрение человека.

И все же есть статистика, а согласно ей, продажи светодиодов и энергосберегающих ламп в последнее время возросли более чем на 90%, т. к. человеку свойственно идти в ногу с прогрессом, а значит, недалеко время, когда лампы накаливания уйдут в прошлое.

Преимущества и недостатки

Изучив материалы по газоразрядным осветительным приборам, можно понять их особенности. Такие лампы используются несколько десятилетий, можно сказать, что они уже достигли своего предела совершенствования и создать источник света, который будет еще лучше, на этих же физических принципах работы, уже невозможно.

Плюсы

Хорошее равномерное рассеивание света;
Большая экономичность (КПД в несколько раз выше, чем у ламп накаливания);
Большая светоотдача;
Больший срок службы в сравнении с лампами накаливания;
Меньший нагрев при работе;
Разнообразие форм;
Разнообразие цвета люминофора;
Антибактерицидное излучение (отдельный тип);
Можно подключить источник света с обрывом электродов на постоянный ток.

Минусы

Сложности утилизации (колба содержит ртуть);
Постепенная потеря КПД;
Выгорание люминофорного покрытия;
Схема подключения имеет дополнительные элементы;
Прочие малозначимые недостатки.

Мы надеемся, что статья была полезна читателям.

Характеристики ламп

Основными характеристиками всех выпускаемых энергосберегающих приборов являются:

Цветовая температура

При использовании устройств с нитью накаливания получить разную цветовую температуру проблематично. С появлением энергосберегающих устройств стало возможно применять лампы белого света с различным оттенком цвета. По цветовой температуре светильники бывают:

• 6500К — холодный белый свет, который хорошо подходит для уличного освещения;
• 4200К — нейтральный белый, средний между холодным и теплым светом. Подходит для использования в жилых, промышленных, медицинских и других помещениях.
• 2700К — теплый белый свет, создает уют в доме и используется для освещения жилых помещений.

Дополнительная информация! Выбор цветовой температуры индивидуален и зависит от предпочтений человека и целей, для которых будет использовано освещение.

Тип цоколя

Тип цоколя стандартизирован и существует в двух исполнениях:

• резьбовое: обозначение данного цоколя начинается с буквы Е и заканчивается числом, который обозначает диаметр цоколя (Е14, Е27).
• штырьковое: маркировка начинается с буквы G, а цифры означают расстояние между контактами.

Дополнительная информация! Для покупки осветительного прибора с правильным цоколем, лучше взять с собой в магазин вышедшую из строя или заглянуть в паспорт светильника.

Срок службы

Энергосберегающие приборы являются надежными и долговечными устройствами. Срок их службы достаточно большой и обычно составляет от нескольких тысяч до десятков тысяч часов работы.

Обратите внимание! Важно понимать, что на срок службы существенно влияет количество циклов включения/отключения. Чем их больше — тем меньше будет служить энергосберегающая лампа

Световой поток и светоотдача

Световой поток — это физическая величина, показывающая количество отдаваемой световой энергии в единицу времени. В международной системе единиц (СИ) Он измеряется в люменах (лм или lm).

Светоотдача ламп показывает соотношение светового потока к мощности прибора (лм/Вт). Старые и неэффективные устройства накаливания имеют низкую светоотдачу (10-20 лм/Вт), более совершенные энергосберегающие устройства имеют высокий коэффициент полезного действия, а соответственно и светоотдачу (около 50-100 лм/Вт).

Важно! Светоотдача может меняться со временем при длительной эксплуатации. Такое изменение является нормальным и связано с износом светодиодов или ухудшением свойств люминесцентного прибора

Мощность

Важной характеристикой всех электрических приборов является мощность. Лампы освещения тоже не являются исключением

При использовании ламп накаливания существенно увеличивается количество потребляемой электрической энергии. Чтобы этого избежать потребители постепенно переходят на энергосберегающие приборы, потому что они энергоэффективные и имеют минимальную мощность лампы при большом световом потоке.

Таблица сравнения ламп, показывающая соответствие мощности накаливания и энергосберегающих:

Мощность, Вт	Световой поток, лм
Накаливания	Светодиодные	Люминесцентные
25	3	6	255
40	5	11	430
60	9	15	720
75	11	19	955
100	14	18	1350
150	19	45	1850
200	27	70	2650

Обратите внимание! На упаковке светодиодных и энергосберегающих устройств производители часто указывают эквивалент (например 11 ватт энергосберегающая лампа равна 40 ваттной накаливания), который соответствует мощности лампы накаливания. Это делается не только из маркетинговых целей, но и для понимания покупателем световой способности прибора

Разновидности

Первоначально в качестве ПРА для люминесцентной лампы использовались электромагнитные дроссели (балласты) со стартерами. Этот комплект назывался электромагнитным пускорегулирующим аппаратом – ЭмПРА. Позже появились электронные аналоги ЭмПРА на транзисторах и микросхемах, выполняющие ту же функцию. Они получили название ЭПРА (электронный пускорегулирующий аппарат), или просто «электронный балласт». Рассмотрим конструкцию и принцип работы этих пускорегулирующих устройств.

Нередко под ЭмПРА подразумевают только электромагнитный дроссель, что не совсем верно. ЭмПРА – это дроссель и стартер – два отдельных узла.

Электромагнитный

ЭмПРА – это обычный дроссель – катушка, намотанная на магнитопроводе, и газоразрядная малогабаритная лампочка со встроенными биметаллическими контактами (рабочими электродами).

Рассмотрим процессы, происходящие в светильнике с ЭмПРА. При включении в колбе стартера зажигается разряд, который нагревает электроды из биметалла. В результате электроды замыкаются и подключают к питающей сети через дроссель спирали электродов ЛЛ. При этом тлеющий разряд в колбе лампочки-стартера гаснет.

Спирали люминесцентной лампы разогреваются, их способность испускать электроны многократно увеличивается. После остывания контактов стартера они размыкаются. В результате на электродах ЛЛ появляется импульс высокого (до 1 кВ) напряжения, создаваемого самоиндукцией дросселя.

На схеме буквами обозначены:

• А – люминесцентная лампа.
• В – сеть переменного тока.
• С – стартер.
• D – биметаллические электроды.
• Е – искрогасящий конденсатор.
• F – нити накала катодов.
• G – электромагнитный дроссель (балласт).

Высокое напряжение пробивает газовый промежуток. В колбе ЛЛ начинается разряд. При этом ртуть переходит в парообразное состояние, сопротивление газового промежутка резко падает. Чтобы разряд не перешел в неуправляемый дуговой, ток через лампу ограничивается дросселем с большим индуктивным сопротивлением. Поэтому его называют балластом.

Электронный

Внешне электронный балласт для люминесцентных ламп похож на электромагнитный. У него серьезные конструктивные отличия и другой принцип работы.

Как видно на фото, в электронном балласте много радиоэлементов. Рассмотрим типовую структурную схему ЭПРА и узнаем, как он работает.

Переменное сетевое напряжение проходит через фильтр электромагнитных помех, выпрямляется, сглаживается и подается на инвертор. Задача инвертора – обеспечить напряжение для работы ЛЛ. Сформированное инвертором напряжение через схему ограничения тока (балласт) подается на лампу. Схема запуска служит только для пуска ЛЛ. После выполнения своей функции в дальнейшей работе она не участвует.

Узлы инвертора, балласта и пуска на структурной схеме разделены условно. Часто функции балласта выполняет инвертор, дополнительно являющийся стабилизатором тока. В некоторых схемах он играет роль стартера, самостоятельно принимая решение о подогреве спиралей лампы и о подаче на них запускающего высоковольтного импульса.

Более простые схемы запуска представляют собой обычный конденсатор, образующий со спиралями и выходными дросселями колебательный контур. Последний настроен на частоту работы инвертора. Возникающий при погашенной лампе резонанс повышает напряжение на электродах лампы до единиц и даже десятков киловольт и зажигает разряд в колбе без предварительного подогрева спиралей (холодный пуск).

Что даёт такая схема? Прежде всего, мерцание. Обычный электромагнитный дроссель питает лампу переменным током частотой 50 Гц. Люминофор имеет малую инерционность и в промежутках между полуволнами заметно теряет яркость свечения. В результате люминесцентная лампа заметно мерцает. Это плохо для зрения.

Особенно заметно мерцание на изношенных лампах, люминофор которых теряет свойства инерционности.

Инвертор, питающий ЛЛ, работает на частотах десятка и даже сотни кГц. При этом инерционности люминофора достаточно, чтобы «переждать» паузы между питающими импульсами без заметной потери яркости. То есть благодаря ЭПРА у люминесцентной лампы малый коэффициент пульсаций.

Далее электронная схема обеспечивает стабильным питанием лампу, даже если сетевое напряжение отличается от номинального. К примеру, ЭПРА POSVET (фото см. выше) позволяет работать ЛЛ при напряжении в сети от 195 до 242 В. У лампы, подключённой через ЭмПРА, при таких напряжениях либо сократится срок эксплуатации, либо она не запустится.

Подключение через электромагнитный балласт со стартером

Самым простым, дешевым, а потому и наиболее распространенным является электромагнитный балласт. В нем применен самый обычный дроссель, рассчитанный на переменный ток с частотой 50 Гц. Одним из важных недостатков такого дросселя является смещение фазы тока относительно фазы напряжения, при котором эффективность любого электрического устройства снижается.

Схема подключения ЭПРА

В характеристиках обычно указывают не угол, на который происходит смещение, а его косинус — cosφ. Чтобы уменьшить угол расхождения и тем самым увеличить cosφ, приблизив его к единице, в пусковое устройство вводится компенсирующий конденсатор. Подключаться он может по-разному, чаще всего — по схеме параллельной компенсации.

Неотъемлемой частью данной схемы является стартер — газоразрядная лампа в миниатюре, заполненная неоном. У стартера имеются две особенности:

1. Объем неона в нем подобран таким образом, чтобы напряжение зажигания было выше напряжения горения основной лампы, но ниже сетевого напряжения.
2. Один из контактов представляет собой биметаллическую пластину, которая по достижении определенной температуры изгибается (из-за разности коэффициентов линейного расширения входящих в ее состав металлов) и при этом прикасается ко второму контакту стартера.

Стартер подключен между электродами лампы последовательно с ними, как бы в обход разрядного промежутка, то есть параллельно ему.

Подключение люминесцентных ламп через ЭПРА

Вот как работает эта схема:

1. При подаче напряжения на лампу газовый промежуток в стартере пробивается и возникает дуга, замыкающая цепь «дроссель — 1-й электрод — стартер — 2-й электрод». По этой цепи течет ток, величина которого ограничивается дросселем. Он заставляет греться электроды лампы, также от дугового разряда в стартере греются его электроды.
2. Когда биметаллический контакт стартера достаточно разогревается, он сгибается и прикасается ко второму контакту, вследствие чего ток направляется мимо стартера и тот начинает остывать.
3. Остыв, биметаллический контакт отсоединяется от второго контакта и из-за размыкания цепи на дросселе возникает значительный импульс напряжения. Если этот импульс возникнет в момент однонаправленной фазы сетевого напряжения, то суммарное напряжение на дросселе окажется достаточным для пробоя промежутка между электродами лампы и та включится. Вероятность такого совпадения относительно невелика, поэтому описанный цикл успевает обычно повториться несколько раз. При этом происходит характерное мигание лампы, что считается одним из недостатков светильников этого типа.

Во время повторяющихся попыток включения стартер становится источником радиочастотных помех, для подавления которых параллельно ему подключается конденсатор.

Полезные свойства рефлектора Минина

Рефлектор обладает множеством полезных свойств, оказывающих положительное влияние на человека:

• активизирует процессы кровообращения;
• стимулирует метаболические процессы, ускоряя регенерацию в несколько раз;
• снимает мышечные боли и отёки после травм и растяжений;
• обезболивает;
• обладает иммуномодулирующим действием.

Прибор незаменим при атеросклерозе, ишемии, инсультах, нарушениях кровообращения, так как:

• укрепляет стенки кровеносных сосудов;
• способствует понижению вязкости крови;
• увеличивает скорость кровотока;
• регулирует систему гемостаза.

Синяя лампа благоприятно влияет на кровеносную систему

Теплотерапия показана при лечении негнойных воспалительных патологий ЛОР – органов, протекающих без высокой температуры:

• отит и синусит;
• ОРЗ и ОРВИ;
• острый ринит.

 При этих заболеваниях лампу используют в конце болезни, чтобы ускорить восстановительный период. 

Светильники до появления электрического аналога

Человек искал пути освещения в ночное время с тех самых пор, как стал “человеком разумным”. Если на экваторе световой день достаточно длинный, то в северных широтах зимой он составляет всего 6-7 часов. Человек — не медведь, он не может спать остальные 16-17 часов. Технология освещения жилищ во всем мире в доэлектрическую эпоху была одна: огонь. Вначале это был просто костер в пещере. Затем, по мере цивилизации и усложнения жизненного уклада, стали появляться прообразы ламп. В огнестойкую емкость заливали подходящий состав и клали фитиль из ткани. В разных странах для этих целей использовали разные жидкости: жиры, растительные и минеральные масла, природный газ. Подобные лампы были пожароопасны и нещадно чадили. Да и свет от них был весьма тусклым.

В Средние века придумали свечи из пчелиного воска. Чадили они меньше. Использование большого количества свечей позволяло хорошо освещать помещения. Но пожароопасность никуда не ушла — необходимо было вовремя их гасить. Естественно, что использование большого количества свечей было доступно только богатым аристократам или мещанам. Простолюдинам по-прежнему оставалось довольствоваться тусклым светом восковой свечки или керосиновой лампы.

Схема компактной люминесцентной лампы (КЛЛ)

Плата КЛЛ довольно компактна и помещается в основание держателя. Несмотря на компактность, он эффективно выполняет требования дросселя. Схема КЛЛ объясняется в последующих пунктах.

Ключевые компоненты печатной платы КЛЛ

Печатная плата КЛЛ содержит следующие ключевые компоненты:

• Мостовой выпрямитель из диода 1Н-4007
• Подавитель помех
• Конденсатор фильтра
• Предохранитель
• Точка снабжения

Работу КЛЛ можно разделить на две широкие фазы:

• Начальная фаза
• Нормальная фаза

Начальная фаза

Стартовый сегмент состоит из динистора, C2, D1 и R6. Компоненты D3, R3, D2 и R1 работают как схема защиты, а остальные как цепь нормальной работы. Вы должны помнить следующую терминологию:

• D относится к диоду
• R обозначает резистор
• С обозначает конденсатор
• Q обозначает транзистор

Динистора, C2 и R6 посылают импульс напряжения на базу транзистора Q2, в результате чего он получает пороговое значение и начинает работать. Как только операция начинается, диод D1 блокирует весь участок. Конденсатор С2 также разряжается (после полной зарядки) каждый раз, когда работает транзистор Q2.

Поэтому после его первого запуска осталось недостаточно энергии для повторного открытия Динистора. Далее транзисторы возбуждаются с помощью трансформатора TR1. Когда напряжение повышается от резонансного контура (L1, TR1, C3 и C6), трубка загорается, как только резонансное напряжение определяется конденсатором C3 (который питает нити). На данный момент напряжение C3 превышает 600В.

Нормальная фаза

Сразу после ионизации газа, присутствующего в вакуумной трубе, выполняется практическое замыкание конденсатора С3. Это приводит к понижению напряжения. После этого С6 начинает движение чейнджером. Этот чейнджер генерирует очень небольшое напряжение, но достаточно, чтобы лампа работала во включенном состоянии.

При нормальном рабочем состоянии, если транзистор переходит в состояние ОТКРЫТО, ток, подаваемый на TR1, продолжает увеличиваться до насыщения сердечника трансформатора, и, таким образом, подача на базу падает, в результате чего он закрывает транзистор.

Сразу после этого процесса второй транзистор возбуждается обратной обмоткой TR1, и процесс продолжается.

Варианты исполнения

Существует большое разнообразие электролюминесцентных ламп, но все они могут иметь различие по:

• форме исполнения;
• виду балласта;
• внутреннему давлению.

Форма исполнения может быть как у обычных люминесцентных ламп – линейная трубка либо трубка в виде латинской буквы U. К ним добавились компактные варианты, выполненные под привычный цоколь с использованием различных спиральных колб.

Балласт является приспособлением, стабилизирующим работу изделия. Электронный и электромагнитный виды являются самыми распространенными схемами включения.

Внутреннее давление определяет область использования изделий. В бытовых целях или общественных местах нашли применение лампы низкого давления или энергосберегающие образцы. В промышленных помещениях или местах с пониженными требованиями к цветопередаче используют экземпляры высокого давления.

Для оценки способности освещения применяют показатель мощности лампы и ее светоотдачи. Можно привести еще много различных параметров классификации и вариантов исполнения, но их количество постоянно увеличивается.

Ксенон и галоген: в чем разница

В отличие от традиционных галогенных ламп накаливания, которые используют газ галоген, ксеноновые фары используют газ ксенон. Это газообразный элемент, который может излучать яркий белый свет, когда через него проходит электрический ток. Ксеноновые лампы также называют разрядными лампами высокой интенсивности или HID (High Intensity Discharge Lamp).

В 1991 году седаны BMW 7-й серии были первыми автомобилями, которые использовали систему ксеноновых фар. С тех пор крупные производители автомобилей устанавливают эти системы освещения в своих моделях. В целом установка ксеноновых фар говорит о высоком классе и повышенной стоимости автомобиля.

Переоснащение с галогенных фар

Если у вас уже установлены галогеновые фары, то установка ксеноновой системы освещения может быть довольно сложной и дорогой. Конечно, лучшим вариантом является наличие ксенона в стоке.

Требуется время для достижения полной яркости

Включение галогеновой фары дает вам полную яркость в мгновение ока. Для ксеноновой лампы вам понадобится несколько секунд, чтобы лампа прогрелась и достигла полной рабочей мощности.

Ксеноновые фары очень популярны в наши дни благодаря яркости, которую они обеспечивают. Как и у всех, у этой системы освещения автомобиля есть свои плюсы и минусы. Взвесьте эти факторы, чтобы определить, нужен ли вам ксенон.

Свое мнение и опыт использования ксенона оставляйте в комментарии – обсудим!

05.11.2020

Екатерина Смирнова / автор статьи

Высшее образование по специальности “Менеджер по персоналу”. Закончила доп. курсы “Косметологии”. Закончила курсы по повышению проф. мастерства копирайтера.

Написано статей

4