Принцип работы газоразрядных ламп. Газоразрядные лампы: принцип работы, виды и особенности применения

Как устроены газоразрядные лампы. Какие бывают виды газоразрядных ламп. Каковы преимущества и недостатки газоразрядных ламп. Где применяются газоразрядные лампы.

Принцип работы газоразрядных ламп

Газоразрядные лампы работают на принципе электрического разряда в газовой среде. Внутри стеклянной колбы лампы находится инертный газ (аргон, неон, криптон и др.) или пары металлов (ртуть, натрий). При подаче электрического напряжения между электродами лампы происходит ионизация газа и возникает электрический разряд, сопровождающийся световым излучением.

Основные элементы конструкции газоразрядной лампы:

• Стеклянная колба
• Электроды
• Газовое наполнение
• Люминофорное покрытие (в некоторых типах ламп)
• Цоколь

Преимущества газоразрядных ламп по сравнению с лампами накаливания:

• Более высокая световая отдача (до 100-200 лм/Вт)
• Больший срок службы (до 20 000 часов)
• Возможность получения различных спектров излучения

Классификация газоразрядных ламп

Газоразрядные лампы классифицируют по нескольким признакам:

По давлению газа внутри колбы:

• Лампы низкого давления (0,1-100 Па)
• Лампы высокого давления (более 100 кПа)

По типу газового наполнения:

• Ртутные лампы
• Натриевые лампы
• Металлогалогенные лампы
• Ксеноновые лампы
• Неоновые лампы

По конструкции:

• Трубчатые лампы
• Компактные лампы
• Шаровые лампы

Особенности газоразрядных ламп низкого давления

Газоразрядные лампы низкого давления имеют следующие особенности:

• Давление газа внутри колбы 0,1-100 Па
• Температура стенок колбы 30-40°C
• Световая отдача 50-100 лм/Вт
• Срок службы 10 000-20 000 часов

Наиболее распространенные типы ламп низкого давления:

• Люминесцентные лампы
• Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)
• Натриевые лампы низкого давления

Люминесцентные лампы состоят из стеклянной трубки, заполненной парами ртути низкого давления и инертным газом. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором. При электрическом разряде пары ртути излучают в основном в ультрафиолетовой области спектра. Это излучение преобразуется люминофором в видимый свет.

Характеристики газоразрядных ламп высокого давления

Газоразрядные лампы высокого давления характеризуются следующими параметрами:

• Давление газа внутри колбы более 100 кПа
• Температура горелки 600-1000°C
• Световая отдача 50-150 лм/Вт
• Срок службы 6 000-20 000 часов

Основные типы ламп высокого давления:

• Дуговые ртутные лампы (ДРЛ)
• Металлогалогенные лампы (МГЛ)
• Натриевые лампы высокого давления (НЛВД)
• Ксеноновые лампы

Дуговые ртутные лампы имеют колбу из кварцевого стекла, наполненную парами ртути под высоким давлением. Они излучают голубовато-зеленый свет. Для улучшения цветопередачи внутреннюю поверхность внешней колбы покрывают люминофором.

Применение газоразрядных ламп в различных сферах

Газоразрядные лампы нашли широкое применение в различных областях:

Уличное и промышленное освещение:

• Натриевые лампы высокого давления
• Металлогалогенные лампы
• Ртутные лампы

Офисное и бытовое освещение:

• Люминесцентные лампы
• Компактные люминесцентные лампы

Автомобильные фары:

• Ксеноновые лампы

Декоративное освещение:

• Неоновые лампы

Медицина:

• Бактерицидные ультрафиолетовые лампы

Сельское хозяйство:

• Фитолампы для стимуляции роста растений

Выбор типа газоразрядной лампы зависит от конкретных требований к освещению, таких как световая отдача, цветопередача, срок службы и экономичность.

Преимущества и недостатки газоразрядных ламп

Газоразрядные лампы обладают рядом преимуществ и недостатков по сравнению с другими источниками света.

Преимущества:

• Высокая световая отдача (до 100-200 лм/Вт)
• Длительный срок службы (до 20 000 часов)
• Возможность получения различных спектров излучения
• Хорошая цветопередача (у некоторых типов ламп)
• Экономичность

Недостатки:

• Необходимость использования пускорегулирующей аппаратуры
• Чувствительность к колебаниям напряжения
• Длительный период разгорания (для некоторых типов ламп)
• Пульсации светового потока
• Содержание ртути (в некоторых типах ламп)

Несмотря на указанные недостатки, газоразрядные лампы остаются востребованными во многих сферах благодаря своей эффективности и долговечности.

Экологические аспекты использования газоразрядных ламп

Использование газоразрядных ламп связано с определенными экологическими проблемами:

• Содержание ртути в люминесцентных и некоторых других типах ламп
• Необходимость специальной утилизации отработавших ламп
• Риск загрязнения окружающей среды при неправильной утилизации

Для решения этих проблем принимаются следующие меры:

• Разработка безртутных технологий освещения
• Создание систем сбора и переработки отработавших ламп
• Информирование населения о правилах обращения с газоразрядными лампами

Правильная утилизация газоразрядных ламп позволяет минимизировать их негативное воздействие на окружающую среду.

Перспективы развития газоразрядных ламп

Несмотря на конкуренцию со стороны светодиодных технологий, газоразрядные лампы продолжают совершенствоваться. Основные направления развития:

• Повышение энергоэффективности
• Улучшение цветопередачи
• Увеличение срока службы
• Разработка безртутных технологий
• Создание «умных» газоразрядных ламп с возможностью управления

Газоразрядные лампы остаются важной частью современных систем освещения, особенно в промышленности и уличном освещении, где их характеристики наиболее востребованы.

Газоразрядная лампа: устройство, принцип работы, классификация

Среди большого разнообразия осветительного оборудования существуют лампы различного принципа действия. Сегодня достаточно весомую нишу в общем объеме устройств освещения занимают газоразрядные лампы. В чем заключается принцип их работы, и как они устроены, мы рассмотрим в данной статье.

Устройство и принцип работы

В сравнении с другими типами ламп, газоразрядные устройства имеют целый ряд отличий. Что сказывается и на их конструктивных особенностях, и на принципе действия. Чтобы разобраться с основами получения светового излучения в газоразрядных лампах, для начала рассмотрим их конструктивные особенности.

Рис. 1. Устройство газоразрядной лампы

• Цоколя – предназначен для подключения газоразрядного устройства к электрической сети. Может выполняться в различных типах и размерах, под параметры конкретного светильника.
• Колбы – изготавливается из жаропрочного стекла, предназначена для создания вакуума вокруг горелки. Выполняется герметичной для предотвращения нарушения разреженной среды по отношению к окружающему пространству. 
• Кронштейна крепления – представляет собой несущую конструкцию, выступающую и в роли опоры для газовой горелки, и в качестве одного из проводников электрического тока.
• Горелки – как правило, трубка из оксида металла, внутри которой и происходит электрический разряд. Наполняется смесью инертных газов и паров металла, в зависимости от модели, наполняемые компоненты могут существенно отличаться.
• Электродов – предназначены для начала искрообразования и продолжения горения тлеющего разряда.

Принцип действия газоразрядных ламп заключается в получении светового потока от ионизации смести газа и паров металла. Рассмотрим принцип их работы  на следующем примере (см. рисунок 2):

Рис. 2. Принцип действия газоразрядной лампы

При подаче напряжения на светильник с газоразрядной лампой осуществляется его преобразование через пускорегулирующий аппарат (ПРА). Затем повышенное напряжение порядка 2 – 5кВ поступает на электроды лампы. Этого достаточно для пробоя газового промежутка, поэтому, сначала возникает искра, а затем загорается тлеющий разряд внутри трубки.

Температура горения разряда достигает 1300 ºС, за счет чего смесь разогревается до такого состояния, когда все свободные частицы обладают достаточной энергией для выхода за пределы атома. Физически этот процесс сопровождается планомерным повышением интенсивности светового потока по мере разогрева газоразрядной среды. При этом можно наблюдать некоторые колебания цветового спектра свечения по мере изменения диапазона излучаемой волны.

Заметьте, несмотря на то, что в конструкции самой газоразрядной лампы ПРА отсутствует, без него запустить устройство не получится. В состав пускорегулирующего аппарата входит:

• дроссель-трансформатор, предотвращающий резкое нарастание тока при протекании переходного процесса;
• импульсное зажигающее устройство  – кратковременно увеличивает напряжение на электродах лампы до величины пробоя искрового промежутка;
• конденсатор – применяется для сглаживания кривой напряжения, но  устанавливается не во все модели ПРА.

В зависимости от типа газоразрядной лампы, будет отличаться и устройство ПРА, технические особенности его компонентов. Поэтому для каждого конкретного вида осветительного оборудования устанавливаются свои модули.

Чем заполняются газоразрядные лампы?

Рис. 3. Пример наполнения газоразрядной лампы

Для наполнения газоразрядных ламп применяются различные типы инертных газов, которые будут активироваться при подаче напряжения на контакты цоколя. Наиболее распространенными из них являются аргон, неон, ксенон и криптон. В некоторых моделях применяется смесь нескольких газовых для получения газоразрядной среды с заданными свойствами.

Помимо инертного газа, лампа может заполняться парами металлов, самые известные из которых натрий и ртуть. В зависимости от способа приведения газоразрядной лампы в рабочее состояние они также разделяются на несколько видов. Но, следует отметить, что наличие металла не является обязательным условием, так как на практике встречаются лампы исключительно с инертным газом – ксеноновые и неоновые. Поэтому в таких моделях в качестве наполнителя используется только газ.

Отдельной категорией являются металлогалогенные лампы, колба которых заполняется не только инертными газами и парами натрия и ртути, но и галогенидами металлов.

Классификация

Современный рынок газоразрядных источников света предоставляет достаточно большое разнообразие моделей. В зависимости от технических параметров, наполнения и других факторов можно выделить несколько категорий, по которым они будут отличаться.

Так, в зависимости от наполнения, все модели  можно разделить на:

• натриевые;
• ртутные;
• металлогалогенные;
• ксеноновые;
• неоновые.

В зависимости от источника света газоразрядные лампы можно подразделить на:

• индукционные;
• газосветные;
• люминесцентные.

В зависимости от величины давления, создаваемого газом внутри колбы, все устройства подразделяются на лампы:

• низкого давления;
• высокого давления;
• сверхвысокого давления.

Рассмотрим два последних фактора разделения газоразрядных ламп по видам  более детально.

По источнику света

Рис. 4. Типы газоразрядных ламп

В зависимости от источника получения светового излучения все газоразрядное оборудование бывает индукционное, газосветное, люминесцентное. Индукционные модели приводятся в свечение посредством электродов, которые раскаляются от протекания электрического разряда. За счет чего их еще называют электродосветными лампами.

В газосветных лампочках источником излучения выступают молекулы или атомы, возбуждаемые протекающим  электрическим процессом. При этом в газовой среде образуется достаточное количество энергии для постоянного излучения. Люминесцентные лампы имеют специальное покрытие на поверхности колбы, содержащее люминофоры. Протекающий в газоразрядной лампе  разряд активизирует частицы газа, которые, в свою очередь, воздействуют на люминофор.

По величине давления

Рис. 5. Лампы высокого и низкого давления

В зависимости от величины формируемого давления внутри газоразрядного источника света все модели подразделяются на три класса:

• Низкого давления – от 0,15 до 10⁴ Па, часто применяются в бытовых целях, ярко выраженным представителем являются люминесцентные лампы;
• Высокого давления – от 3×10⁴ до 10⁶ Па, отличаются достаточно большим потоком света при малом потреблении электроэнергии, как правило, устанавливаются на улице, так как хорошо переносят сложные метеоусловия;
• Сверхвысокого давления – более 10⁶ Па, применяются для медицинских целей, пищевой промышленности и прочих отраслей, где требуется получить высокоинтенсивное излучение на малой площади.

Характеристики

Для сравнения с другими видами осветительного оборудования, необходимо детально изучить рабочие параметры газоразрядных ламп:

• Время готовности – согласно п.34 ГОСТ 24127-80 это временной интервал, протекающий с начала подачи напряжения до момента выхода лампы на рабочие характеристики.
• Потребляемая мощность – отображает величину нагрузки, потребляемую из сети;
• Срок службы – характеризует продолжительность активной работы лампы, может колебаться от 2000 до 20 000 часов;
• Светоотдача – определяет величину светового потока, получаемого с одного ватта потребленной электроэнергии, может колебаться в пределах от 40 до 220 Лм/Вт;
• Температура цветового свечения – определяет спектр цвета,  излучаемого газоразрядной лампой, в зависимости от модели находится в пределах от 2200 до 20 000 К;

Рис. 6. Температура цветопередачи

• Индекс цветопередачи – указывает на интенсивность восприятия цветов той поверхности, на которую попадает свет;

Рис. 7. Пример влияния индекса цветопередачи

• Напряжение зажигания – в соответствии с п.35 ГОСТ 24127-80 это такая наименьшая разность потенциалов на электродах, которой будет достаточно для начала образования разряда.

Утилизация

В виду наличия ртути и других загрязняющих веществ в составе лампочки, способ их утилизации в корне отличается от остальных видов ламп. Для этих целей работают специальные организации, занимающиеся сбором и дальнейшей демеркуризацией определенной категории газоразрядных ламп.

Рис. 8. Утилизация газоразрядных ламп

Если такая лампочка разобьется у вас дома, необходимо сразу принять для предотвращения отравления парами ртути домочадцев. Более детально об этом вы можете узнать из следующей статьи: https://www.asutpp.ru/razbilas-energosberegayuschaya-lampa.html

Преимущества и недостатки

К основным преимуществам газоразрядных источников света следует отнести:

• Высокий уровень светоотдачи – такие устройства куда эффективнее обычных лампочек Ильича и прекрасно освещают даже через непрозрачные плафоны.
• Длительный период эксплуатации – существенно превосходят лампочки накаливания, а некоторые модели, могут конкурировать даже со светодиодными источниками.
• Простая схема подключения.
• Демократичная стоимость, комплектуется недорогими элементами, которые легко меняются в процессе работы.
• Некоторые версии отлично подходят для установки на улице, но, как правило,  плохо справляются в  условиях сильных морозов.

К основным недостаткам следует отнести наличие пульсации светового потока, необходимость подключения ПРА для запуска, ограниченный диапазон рабочего напряжения, чувствительность к качеству питающего напряжения. Требуется время на разогрев, из-за чего их нецелесообразно использовать в сетях с частой коммутацией. Невозможно регулировать интенсивность свечения при помощи диммера.

Области применения

Несмотря на серьезную конкуренцию со стороны светодиодных осветительных приборов, газоразрядные источники света остаются популярными в ряде отраслей хозяйственной деятельности. Так их часто можно встретить в:

• уличном освещении;
• подсветке рекламных вывесок;
• магазинах, промышленных объектах, торговых центрах, офисных, вокзальных и складских помещениях;
• парках, скверах, зонах отдыха;
• подсветке фасадов зданий и т.д.

Список использованных источников

• Д.Уэймаус «Газоразрядные лампы» 1977
• Фугенфиров М.И. «Газоразрядные лампы» 1975
• Е.А. Зельдин «Импульсные газоразрядные лампы и их схемы включения» 1961

разновидности и принцип действия + особенности работы

Вы хотите приобрести газоразрядные лампы, чтобы создать в помещении особую атмосферу? Или ищите лампочки для стимуляции роста растений в теплице? Оснащение экономичными источниками света не только сделает более выигрышным интерьер и поможет в растениеводстве, но и позволит экономить электроэнергию. Ведь верно?

Мы поможем вам разобраться с ассортиментом осветительных приборов газоразрядного типа. В статье рассмотрены их особенности, характеристики и сфера применения лампочек высокого и низкого давления. Подобраны иллюстрации и видеоролики, которые помогут найти оптимальный вариант энергосберегающих ламп.

Содержание статьи:

• Устройство и характеристики разрядных ламп
• Сферы применения ГРЛ
• Виды газоразрядных ламп
  • Вид #1 — лампы высокого давления
  • Вид #2 — лампы низкого давления
• Положительные и отрицательные стороны ГРЛ
• Выводы и полезное видео по теме

Устройство и характеристики разрядных ламп

Все основные детали лампы заключены в стеклянную колбу. Здесь происходит разряд электрических частиц. Внутри могут находиться как пары натрия или ртути, так и какой-либо из инертных газов.

В качестве газового наполнения применяют такие варианты, как аргон, ксенон, неон, криптон. Более популярны изделия, наполненные парообразной ртутью.

Основные узлы газоразрядной лампы это: конденсатор (1), стабилизатор тока (2), транзисторы переключающие (3), устройство подавления помех (4), транзистор (5)

Конденсатор отвечает за работу без мигания. Транзистор владеет положительным температурным коэффициентом, который обеспечивает мгновенный запуск ГРЛ без мерцания. Работа внутренней конструкции начинается после того, как в газоразрядной трубке пройдет генерация электрического поля.

В процессе в газе появляются свободные электроны. Соударяясь с атомами металла, они его ионизируют. При переходе отдельных из них, появляется избыточная энергия, порождающая источники свечения — фотоны. Электрод, являющийся источником свечения, находится в центре ГРЛ. Всю систему объединяет цоколь.

Лампа может излучать разные световые оттенки, которые может видеть человек — от ультрафиолетовых до инфракрасных. Чтобы это стало возможным, внутреннюю часть колбы покрывают люминесцентным раствором.

Сферы применения ГРЛ

Газоразрядные лампы востребованы в самых разных областях. Наиболее часто их можно встретить на городских улицах, в производственных цехах, магазинах, офисах, вокзалах, больших торговых центрах. Применяют их и для подсвечивания щитов с рекламой, фасадов зданий.

ГРЛ используют и в фарах автомобилей. Наиболее часто это лампы, отличающиеся высокой светоотдачей — . Некоторые автомобильные фары наполняют металлогалоидными солями, ксеноном.

Первые газоразрядные осветительные приборы для транспортных средств имели обозначение D1R, D1S. Следующие — D2R и D2S, где S указывает на прожекторную оптическую схему, а R — рефлекторную. Применяют лампочки ГР и при фотосъемках.

На фото импульсные ГРЛ, применяемые при фотосъемках: ИФК120 (а), ИКС10 (б), ИФК2000 (в), ИФК500 (г), ИСШ15 (д), ИФП4000 (г)

В процессе фотографирования эти лампы позволяют держать под контролем световой поток. Они компактные, яркие и экономичные. Отрицательным моментом является неумение визуально управлять светотенями, которые образует сам источник света.

В сельскохозяйственной сфере ГРЛ используют для облучения животных, растений, для стерилизации и обеззараживания продуктов. Для этой цели лампы должны иметь длину волн соответствующего диапазона.

Концентрация мощности излучения в этом случае также имеет большое значение. По этой причине наиболее подходящими являются изделия мощные.

Виды газоразрядных ламп

Делят ГРЛ на виды по типу свечения, такому параметру, как давление, применительно к цели использования. Все они образуют конкретный световой поток. Исходя из этого признака, они подразделяются на:

• ;
• газосветные разновидности;
• .

В первых из них источником света являются атомы, молекулы или их комбинации, возбуждаемые разрядом в газовой среде.

Во вторых — люминофоры, газовый разряд активизирует покрывающий колбу фотолюминесцентный слой, в итоге осветительный прибор начинает источать свет. Лампы третьего вида функционируют за счет свечения электродов, раскаленные от газового разряда.

Ксеноновые лампы, предназначенные для автомобильных фар, по светоотдаче и яркости превышают галогенные аналоги более чем в два раза

В зависимости от наполнения делят на ртутные, натриевые, ксеноновые, и другие. Исходя из давления внутри колбы происходит их дальнейшее разделение.

Начиная от значения давления от 3х10⁴ и до 10⁶ Па их относят к лампам высокого давления. В категории низкого приборы попадают при величине параметра от 0,15 до 10⁴ Па. Больше чем 10⁶ Па — сверхвысокого.

Вид #1 — лампы высокого давления

Отличаются РЛВД тем, что содержимое колбы подвержено высокому давлению. Для них характерно наличие значительного светового потока в сочетании с небольшими энергозатратами. Обычно это ртутные образцы, поэтому их наиболее часто применяют для уличного освещения.

Такие разрядные лампы обладают солидной светоотдачей и эффективной работой в условиях плохой погоды, но низкие температуры они переносят плохо.

Есть несколько базовых категорий ламп высокого давления: ДРТ и ДРЛ (ртутные дуговые), ДРИ — такие же, как и ДРЛ, но с йодидами и ряд модификаций, созданных на их основе. В этот же ряд входят также дуговые натриевые (ДНаТ) и ДКсТ — дуговые ксеноновые.

Первая разработка — модель ДРТ. В маркировке Д обозначает дуговая, символ Р — ртутная, на то, что эта модель трубчатая, указывает буква Т в маркировке. Визуально это прямая трубка, изготовленная из кварцевого стекла. С двух ее сторон — вольфрамовые электроды. Используют ее в облучательных установках. Внутри — немного ртути и аргона.

По краям лампы ДРТ есть хомутики с держателями. Объединяет их металлическая полоска, предназначенная для более легкого зажигания лампы

Подсоединение лампы в сеть выполняют последовательно с с использованием резонансной схемы. Световой поток лампы ДРТ состоит на 18% из ультрафиолетового излучения и на 15% — из инфракрасного. Такой же процент составляет видимый свет. Остальное — потери (52%). Основное применение — как надежный источник ультрафиолетового излучения.

Для освещения мест, где качество цветоотдачи не очень важно, применяют осветительные устройства ДРЛ (дуговые ртутные). Здесь практически нет ультрафиолетового излучения. Инфракрасное составляет 14%, видимое — 17%. На тепловые потери приходится 69%.

Особенности конструкции ламп ДРЛ позволяют зажигать их от 220 В без применения высоковольтного импульсного поджигающего устройства. Из-за того, что в схеме есть дроссель и конденсатор, колебания светового потока уменьшаются, коэффициент мощности возрастает.

Когда лампа подключена последовательно с дросселем, происходит тлеющий разряд между дополнительными электродами и основными соседними. Разрядный промежуток ионизируется в результате появляется разряд между главными вольфрамовыми электродами. Работа поджигающих электродов прекращается.

В состав лампы ДРЛ входит: колба (1), электроды главные (2), вспомогательные электроды (3), резисторы (4), горелка (кварцевая трубка) (5), цоколь (6)

Горелки ДРЛ в основном имеют четыре электрода — два рабочих, два поджигающих. Внутренность их наполнена инертными газами с добавкой в их смесь определенного количества ртути.

Металлогалогенные лампы ДРИ также относятся к разряду приборов высокого давления. Их цветовой КПД и качество цветопередачи выше, чем у предыдущих. На вид спектра излучения влияет состав добавок. Форма колбы, отсутствие дополнительных электродов и люминофорного покрытия — главные отличия ламп ДРИ от ДРЛ.

Схема, по которой включают ДРЛ в сеть, содержит ИЗУ — импульсное зажигающее устройство. В трубках ламп присутствуют составляющие, входящие в галогенную группу. Они повышают качество спектра видимого излучения.

Инертный газ в колбе МГЛ служит буфером. По этой причине электрический ток проходит через горелку даже тогда, когда она имеет небольшую температуру

По мере прогревания как ртуть, так и добавки испаряются, изменяя тем самым сопротивление лампы, световой поток, излучающий спектр. На основе приборов этого типа созданы ДРИЗ и ДРИШ. Первую из ламп используют в запыленных влажных помещениях, а также в сухих. Второй — освещают цветные телевизионные съемки.

Наиболее эффективными являются лампы ДНаТ— натриевые . Связано это с длиной излучаемых волн — 589 – 589,5 нм. Приборы натриевые высокого давления функционируют при величине этого параметра около 10 кПа.

Для разрядных трубок таких ламп применяется специальный материал — светопропускающая керамика. Силикатное стекло для этой цели непригодно, т.к. пары натрия очень опасны для него. Рабочие пары натрия, вводимого в колбу, обладают давлением от 4 до 14 кПа. Для них характерны небольшие потенциалы ионизации и возбуждения.

Электрические характеристики натриевых ламп зависимы от напряжения сети, продолжительности эксплуатации. Для продолжительного горения необходима пускорегулирующая аппаратура

Чтобы возместить потери натрия, неизбежно возникающие в процессе горения, необходим некоторый его избыток. Это порождает пропорциональную зависимость показателей давления ртути, натрия и температуры холодной точки. В последней происходит конденсация излишка амальгамы.

Когда лампа горит, на ее торцах оседают продукты испарения, что приводит к потемнению концов колбы. Процесс сопровождается изменением в сторону роста температуры катода, повышением давления натрия и ртути. В результате увеличивается потенциал и напряжение лампы. При монтаже ламп натриевых балласты от ДРЛ и ДРИ непригодны.

Вид #2 — лампы низкого давления

Во внутренней полости таких приборов находится газ под давлением более низким, чем внешнее. Разделяют их на ЛЛ и КЛЛ и применяют не только для освещения торговых точек, но и для домашнего обустройства. Люминесцентные лампы в этом ряду — наиболее популярны.

Преобразование энергии электричества в световую происходит в два этапа. Ток между электродами провоцирует излучение в ртутных парах. Основным составляющим лучистой энергии, появляющейся при этом, является коротковолновое УФ излучение. Видимый свет составляет близко 2%. Далее излучение дуги в люминофоре трансформируется в световое.

Маркировка люминесцентных ламп содержит как буквы, так и цифры. Первый символ — это характеристика спектра излучения и конструктивные признаки, второй — мощность в ваттах.

Расшифровка букв:

• ЛД — люминесцентная дневного света;
• ЛБ — белого света;
• ЛХБ — так же белого, но холодного;
• ЛТБС — теплого белого.

У некоторых приборов освещения спектральный состав излучения улучшен с целью получения более совершенной светопередачи. В их маркировке присутствует символ «Ц». Люминесцентные лампы снабжают помещения равномерным, мягким светом.

Преимущество ЛЛ ламп заключается в том, что они для создания одинакового с ЛН светового потока требуют мощности в несколько раз меньшей. Больший у них и срок эксплуатации, а спектр излучения намного благоприятнее

Поверхность излучения ЛЛ довольно большая, поэтому сложно управлять пространственным рассредоточением света. В нестандартных условиях, в частности, при большой запыленности, применяют лампы рефлекторные. В этом случае внутреннюю площадь колбы не полностью закрывает диффузный отражающий слой, а только на две третьих ее.

Люминофором покрывают 100% внутренней поверхности. Часть колбы, не имеющая рефлекторного покрытия, пропускает световой поток намного больший, чем такая же по объему трубка обычной лампы — около 75%. Распознать такие лампы можно по маркировке — в нее включена буква «Р».

В отдельных случаях основной характеристикой ЛЛ выступает Тц. Приравнивают ее к температуре черного тела, выдающего ту же цветность. По очертаниям ЛЛ бывают линейными, U-образными, в форме символа W, кольцевыми. В обозначение таких ламп входит соответствующая буква.

Наиболее популярны приборы, имеющие мощность 15 — 80 Вт. При светоотдаче 45 – 80 лм/Вт горение ЛЛ длится минимум 10 000 часов. На качество работы ЛЛ очень влияет окружающая среда. Рабочей для них считается наружная температура от 18 до 25⁰.

При отклонениях уменьшается как световой поток, так и эффективность светоотдачи, и напряжение зажигания. При низкой температуре шанс на зажигание приближается к нулю.

Пускорегулирующий аппарат КЛЛ намного компактней, чем у люминесцентной лампы. С помощью ЭПРА свечение стало более ровным, а гудение исчезло

К лампам низкого давления принадлежат и люминесцентные компактные — КЛЛ.

Устройство их аналогично обычным ЛЛ:

1. Проходит высокое напряжение между электродами.
2. Воспламеняются пары ртути.
3. Возникает ультрафиолетовое свечение.

Люминофор внутри трубки делает ультрафиолетовые лучи невидимыми для человеческого зрения. Доступным становится только видимое свечение. Компактное исполнение прибора стало возможным после изменения состава люминофора. КЛЛ, как и обычные ЛН, имеют разную мощность, но показатели первых значительно ниже.

Данные о мощности КЛЛ заложены в маркировку светового прибора. Там же есть сведения о виде цоколя, цветовой температуре, виде ЭПРА (встроенный или внешний), индексе цветопередачи

Измерение цветовой температуры происходит в кельвинах. Значение 2700 – 3300 К указывает на цвет теплый желтого оттенка. 4200 – 5400 — белый обычный, 6000 – 6500 — белый холодный с синевой, 25000 — сиреневый. Регулировку цветности осуществляют путем изменения составляющих люминофора.

Индекс цветопередачи дает характеристику такому параметру, как идентичность естественности цвета со стандартом, приближенным по максимуму к солнечному. Абсолютно черный — 0 Rа, наибольшая величина — 100 Rа. Осветительные приборы КЛЛ входят в диапазон от 60 до 98 Rа.

Лампы натриевые, относящиеся к группе низкого давления, обладают высокой температурой максимально холодной точки — 470 К. Более низкая не сможет способствовать сохранению требуемого уровня концентрации паров натрия.

К своему пику резонансное излучение натрия подходит при температуре 540 – 560 К. Эта величина соизмерима с давлением испарений натрия 0,5 – 1,2 Па. Светоотдача ламп этой категории самая высокая по сравнению с другими осветительными приборами общего применения.

Положительные и отрицательные стороны ГРЛ

Встречаются ГРЛ как в профессиональной аппаратуре, так и в приборах, предназначенных для научных исследований.

Как главные преимущества осветительных приборов этого вида обычно называют такие их характеристики:

• Уровень светоотдачи высокий. Этот показатель не очень снижает даже толстое стекло.
• Практичность, выражающаяся в долговечности, что позволяет применять их для уличного освещения.
• Устойчивость в сложных климатических условиях. До первого понижения температуры их используют с применением обычных плафонов, а зимой — со специальными фонарями и фарами.
• Доступная стоимость.

Минусов у этих ламп не очень много. Неприятной особенностью является довольно высокий уровень пульсирования светового потока. Вторым веским недостатком является сложность включения. Для устойчивого горения и нормальной работы им просто необходим балласт, ограничивающий напряжение для необходимых приборам пределов.

Третий минус заключается в зависимости параметров горения от достигаемой температуры, которая опосредованно влияет на давление рабочего пара в колбе.

Поэтому большинство газоразрядных приборов набирает стандартные характеристики горения спустя некоторый временной период после включения. Излучающий спектр у них ограничен, поэтому цветопередача как у ламп высокого напряжения, так и низкого неидеальна.

В таблице представлены основные сведения о самых популярных лампах ДРЛ (дуговых ртутных люминесцентных) и осветительном приборе натриевом. ДРЛ с четырьмя электродами имеет большую светоотдачу, чем с двумя

Работа приборов возможна только в условиях переменного тока. Активируют их при помощи балластного дросселя. Для разогрева необходимо какое-то время. Из-за содержания ртутных паров, они не совсем безопасны.

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Сведения о ГЛ. Что это такое, принцип работы, плюсы и минусы в следующем видеоролике:

Видео #2. Популярно о люминесцентных лампах:

Несмотря на появление все более совершенных осветительных приборов, газоразрядные лампы не теряют своей актуальности. В некоторых сферах они просто незаменимы. Со временем ГРЛ обязательно найдут новые области применения.

Расскажите о том, как выбирали газоразрядную лампочку для установки в дачный уличный или домашний светильник. Поделитесь тем, что лично для вас стало решающим фактором приобретения. Оставляйте, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке, задавайте вопросы и размещайте фото по теме статьи.

Определение, принцип, пример, использование и преимущества

В начальный период 1856 года появились газоразрядные трубки, но газоразрядные лампы появились на рынке в 1930-х годах. Первоначально французский ученый Жан Пикард заметил, что бесплодное пространство в ртутном барометре светится, когда ртуть покачивается, когда он ее несет. Многие исследователи вместе с Фрэнсисом Хоксби пытались узнать, что за этим стоит. Первоначально Фрэнсис продемонстрировал газоразрядную лампу в 1705 году. Он продемонстрировал, что пустой или частично пустой стеклянный шар, куда он поместил несколько капель ртути, заряженных статическим током, может генерировать светящийся свет. Этот сценарий позже стал известен как принцип газоразрядной лампы. Итак, эта статья посвящена обсуждению того, что такое газоразрядная лампа, ее принципе работы, типах, примере и многих других связанных понятиях.

Газоразрядные лампы относятся к категории искусственных источников света, которые излучают свет, пропуская электрический разряд через ионизированные газообразные вещества. Обычно в этих лампах используется ксенон, аргон, криптон, неон или комбинация этих газов. Большинство ламп было заполнено другими элементами, такими как натрий, ртуть или другие галогенидные материалы. К основной функциональности, когда газ сгорает и свободные электроны ускоряются электрическим полем, присутствующим в трубке, они сталкиваются с газом и металлическими веществами.

Высокоинтенсивная газоразрядная лампа

Небольшая часть электронов, присутствующих на атомных орбиталях, возбуждается этими столкновительными силами, и они переходят в фазы с более высокой энергией. Когда этот заряженный энергией атом переходит в фазу с меньшей энергией, он высвобождает либо особую энергию, либо фотон, что приводит к ультрафиолетовому, инфракрасному или видимому свету. Эти газоразрядные лампы обеспечивают увеличенный срок службы и производительность, но их дизайн и конструкция несколько запутаны. Кроме того, эти лампы нуждаются в электронике, чтобы обеспечить точное протекание тока через газовое вещество.

Принцип работы газоразрядной лампы

Как правило, газы являются плохими проводниками при повышенных уровнях давления, главным образом, при атмосферном давлении. Но с определенным диапазоном уровней напряжения, в основном напряжение зажигания между двумя электродами, будет генерировать разряд через газ, который сопровождается электромагнитным излучением. Это электромагнитное излучение основано на газе, парах, присутствующих в металле, и давлении в лампе. Обычно для разработки газоразрядных ламп используют натрий, пары ртути и газообразный аргон.

Пример газоразрядной лампы

Когда в газе начинается процесс изоляции, он имеет тенденцию к постоянному усилению, что приводит к падению значения сопротивления цепи, что означает, что газоразрядная лампа имеет отрицательные характеристики сопротивления. Так, чтобы регулировать ток в защищаемом диапазоне, разрабатывается балласт или дроссель. Дроссель выполняет две функции: предлагает уровни напряжения зажигания и соответственно ограничивает значения тока. Так как из-за использования дросселя коэффициент мощности кажется минимальным и составляет 0,3 – 0,4. Так, для повышения значений коэффициента мощности газоразрядной лампы здесь используется конденсатор. Таким образом, результирующий световой спектр является нерегулярным, что означает наличие двух или дополнительных цветных линий. Результирующий световой цвет зависит от пара и поведения используемого газа.

Итак, это газоразрядный лэмпворк .

Различные типы

Газоразрядные лампы типов в основном подразделяются на три типа:

Газоразрядные лампы низкого давления

Эти газоразрядные лампы работают при минимальном атмосферном давлении. В основном люминесцентные лампы, которые будут находиться в жилых и офисных помещениях, работают при уровне атмосферного давления 0,3% и генерируют около 100 лм Вт ^-1 . В то время как минимальный диапазон давления натриевых ламп, которые являются самыми мощными газоразрядными лампами, обеспечивает около 200 лм Вт ^-1 , но они имеют пониженные характеристики цветопередачи.

Эти газоразрядные лампы низкого давления излучают монохроматический свет желтого цвета, который подходит только для освещения дорог и других специальных целей. Эти лампы также имеют увеличенный срок службы.

Газоразрядные лампы высокого давления

Эти газоразрядные лампы работают при более высоких значениях давления по сравнению с газоразрядными лампами низкого давления. Это означает, что значения давления могут быть меньше или выше значений атмосферного давления.

Например, натриевая лампа повышенного уровня давления работает в диапазоне 100–200 торр, что означает 15–30 процентов уровня атмосферного давления. Некоторые типы газоразрядных ламп высокого давления:

• Металлогалогенные
• Натрий высокого давления
• Пары ртути высокого давления

Газоразрядные лампы высокой интенсивности

Как правило, это высокоэффективные лампы, имеющие тенденцию обеспечивать увеличенный срок службы для любого типа этих ламп. Они сэкономят почти 80 процентов мощности освещения при замене ламп накаливания.

В этих лампах используется электрическая дуга, обеспечивающая интенсивный спектр света. Подобно люминесцентным лампам, им также нужны балласты. При первоначальном включении этим лампам требуется почти 10 минут для генерации света по той причине, что балласту требуется время для создания электрической дуги. Благодаря интенсивному свету эти лампы очень эффективны и в основном используются в огромных помещениях и для наружного освещения. Поскольку этим газоразрядным лампам требуется несколько больше времени для создания, они подходят для приложений, в которых они могут работать в течение долгих часов. Светоотдача газоразрядной лампы почти в 3 раза больше, чем у галогенной лампы, а срок службы этой лампы составляет около 2000 ч, что составляет всего 300–700 ч для галогенной лампы.

Таким образом, газоразрядные лампы обеспечивают значительно лучшее освещение дороги при потреблении аналогичного количества электроэнергии, и во многих случаях они должны завершать срок службы автомобиля. Газоразрядные лампы высокой интенсивности также дают белый свет, чем галогенные лампы, потому что их цветовой спектр близок к диапазону солнечного спектра.

Газоразрядная лампа Пример

Ксеноновая лампа-вспышка излучает свет в диапазоне 10 ^-3 или 10 ^-6 и в основном используется для освещения фильмов и театров. В частности, версии с мощными лампами, называемые стробоскопами, могут излучать вспышки в течение длительного времени, что позволяет проводить стробоскопический анализ движения. Это пример газоразрядной лампы.

Преимущества газоразрядной лампы

• Эти лампы обеспечивают расширенный спектр видимости
• Увеличенный срок эксплуатации
• Эти экономичные лампы

Недостатки

Некоторые из недостатков газоразрядной лампы :

• Они обеспечивают минимальный коэффициент мощности
• Для этих устройств требуются либо трансформаторы, либо, в некоторых случаях, пускатели, так как пуск несколько затруднен
• Чтобы достичь полного блеска, этим устройствам требуется больше времени
• Эти газоразрядные лампы реализованы только в одном направлении
• Мерцание в этих лампах создает стробоскопический эффект
• Для балансировки выходного тока необходимы балласты

Применение газоразрядных ламп

• Эти газоразрядные лампы чаще всего используются для неоновых вывесок
• Газоразрядные лампы очень эффективны, обеспечивая широкий диапазон яркости
• Применяется во многих бытовых и коммерческих приложениях
• Используется в натриевых фонарях, излучающих оранжевую искру, которую мы наблюдаем на уличных фонарях
• Эти газоразрядные лампы используются для создания пониженного давления и постоянного уровня яркости

Итак, это полное объяснение газоразрядных ламп. В этой лампе имеется внутренний электрический разряд, возникающий между двумя электродами. И развиваемый уровень интенсивности может различаться для каждого типа газоразрядных ламп, и он колеблется от минимального уровня до уровней высокой интенсивности. Соответственно существует множество применений газоразрядных ламп. Достойнее также знать о том, что такое символ газоразрядной лампы ?

Газоразрядные лампы и одиночные источники света (автомобильные)

29.6.

Газоразрядные лампы и отдельные источники света

29.6.1.

Газоразрядные лампы

Только благодаря последним разработкам газоразрядные фары (ГДЛ) нашли применение в транспортных средствах. Они обеспечивают более эффективное освещение и имеют потенциал для новых дизайнерских возможностей передней части автомобиля, соответствующих аэродинамическому стилю, с соответствующими положениями освещения из соображений экономии и безопасности.

Система GDL состоит из трех основных компонентов, таких как лампа, балластная система и фара.

Лампа (DD.

Работа этой лампы отличается от работы обычных ламп накаливания и требует гораздо более высокого напряжения. На рис. 29.29 показан принцип работы газоразрядной (ГР) лампы.

Балластная система.

В балластной системе используется блок зажигания и управления. Этот блок преобразует напряжение электрической системы в напряжение для работы лампы. Он управляет стадией зажигания, разгоном и регулированием во время непрерывного использования. Он также контролирует работу с точки зрения безопасности.

Налобный фонарь.

Фара более или менее похожа на обычные блоки. Однако, чтобы соответствовать ограничениям, установленным для ослепления, необходима более точная отделка, что увеличивает производственные затраты.
Источником света в газоразрядной лампе является электрическая дуга, а сама газоразрядная лампа имеет диаметр всего около 10 мм. Два электрода из кварцевого стекла выступают внутрь колбы. Зазор между этими электродами составляет 4 мм, а расстояние между концом электрода и контактной поверхностью колбы составляет 25 мм, что такое же, как и в стандартной лампе HI.

Рис. 29.29. Принцип работы лампы GD.
При комнатной температуре и под давлением колба содержит смесь ртути, различных солей металлов и ксенона. Ксенон загорается сразу после включения света и испаряет ртуть и соли металлов. Смесь паров металлов обеспечивает высокую светоотдачу. Большая часть света генерируется ртутью, а цветовой спектр обеспечивается солями металлов. На рис. 29.30 сравнивается спектр света, излучаемого лампой GDL и галогенной лампой HI. В следующей таблице представлены выходные данные ламп DI и HI, а цифры приведены только для сравнения.

Лампа	Легкий	Тепло	УФ-излучение
Привет	8%	92%	< 1%
ДВ	28%	58%	14%

Рис. 29.30. Сравнение спектра света, излучаемого лампой GDL (слева) и галогенной лампой HI (справа).
С точки зрения безопасности высокая мощность УФ-излучения системы GDL требует специальных фильтров. Яркость ГДЛ и лампы HI сравнивается на рис. 27.31. Средняя мощность системы GDL в три раза выше, чем у лампы HI.
Для запуска лампы DI необходимо последовательно пройти следующие четыре этапа.

Зажигание.

Импульс высокого напряжения вызывает проскальзывание искры через электроды, которая ионизирует зазор и создает толчок трубчатого разряда.

Мгновенный свет.

Ток, протекающий по пути разряда, возбуждает ксенон, который, следовательно, излучает свет примерно на 20 % от его непрерывного значения.

Разгон.

Теперь лампа работает на повышенной мощности, и температура быстро растет, из-за чего испаряются ртуть и соли металлов. Давление в лампе также увеличивается с увеличением светового потока. Следовательно, свет переходит из синего в белый диапазон.

Непрерывный.

Теперь лампа работает со стабилизированной номинальной мощностью 35 Вт, обеспечивая стабильную дугу без мерцания. Достигнут световой поток 28000 лм и цветовая температура 4500 К.

Рис. 27.31. Сравнение яркости лампы GDL и галогенной лампы HI.
Балластная система (рис. 29.32) управляет вышеуказанными этапами работы. Для зажигания дуги создается высокое напряжение порядка 20 кВ. Во время разгона балластная система ограничивает ток, а затем и напряжение. Этот контроль мощности позволяет очень быстро увеличивать свет, но предотвращает перерегулирование, которое может сократить срок службы лампы. Блок балласта также обеспечивает радиоподавление и безопасность, для чего предусмотрены соответствующие цепи.

Рис. 29.32. Балластная система для управления ГДЛ.
Система налобного освещения может быть спроектирована для использования с лампой DI, которая создает в 2,5 раза больший световой поток при температуре, вдвое меньшей, чем у обычной лампы HI. Это обеспечивает большую гибкость для фары и стиля. Когда система GDL используется в качестве луча ближнего света, требуются самовыравнивающиеся фары из-за высокой силы света. Использование в качестве основного луча может быть проблемой из-за включения/выключения. Ближний свет, который остается включенным все время и дополняется обычным дальним светом (четырехфарная система), может быть наиболее подходящим использованием.
29.6.2.

Ультрафиолетовые фары

Hella проделала большую работу по улучшению качества и дизайна фар. Одним из важных шагов является разработка газоразрядного света (GDL), как обсуждалось в предыдущем разделе. Hella также участвовала в использовании GDL для ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение почти невидимо, но светится в темноте. Он не ослепляет встречный транспорт, но освещает люминесцентные предметы, такие как специально обработанная дорожная разметка и одежда. Ультрафиолетовый свет также проникает сквозь туман и дымку и даже проходит через несколько сантиметров снега.
Hella также работала с Volvo и Saab в Швеции. В экспериментальной установке подготовлено 80 км дорог с флуоресцентными знаками и разметкой. Использовались четыре автомобиля с фарами, с двумя обычными галогенными фарами ближнего света и двумя УФ-лампами. УФ-лампы включаются одновременно с ближним светом, эффективно удваивая их дальность действия, но не ослепляя.
Двухступенчатые синие фильтры используются для подавления видимого света. Точный контроль цвета фильтра используется для фильтрации UVB и UVC, поскольку они могут вызвать повреждение глаз и рак кожи. Оставшийся UVA находится за пределами видимого спектра и используется, например, в лампах для загара. Для дополнительной защиты от слабого голубого свечения фар с близкого расстояния эти фары включаются только во время движения автомобиля. Разработка все еще продолжается, но это выглядит очень многообещающим претендентом на безопасность дорожного движения.
20.6.3.

Освещение с одним источником света

Разработки, касающиеся использования газоразрядных ламп в системе освещения транспортных средств, как описано выше, также предоставили новый способ использования центрального источника света для освещения транспортных средств
. Эта новая система может позволить уменьшить размер фары для той же мощности или улучшить освещение при том же размере, однако, вероятно, произойдет компромисс. На рис. 29.33 показано использование системы GDL в качестве центрального источника света для всех фар автомобиля.

Рис. 29.33. Использование GDL в качестве центрального источника света для всех фар автомобиля.
Свет от сверхсветового источника распределяется на фары и другие лампы по световоду или оптоволоконному каналу. Свет от ГДЛ поступает в оптоволокно через специальные линзы и аналогичным образом выходит из световода (рис. 29.34). Специальная линза распределяет необходимый свет. Такие функции, как индикаторы, могут выполняться через экраны или даже с помощью электрохроматических переключателей, если они станут доступными.

Рис. 29.34. Свет от ГДЛ попадает в оптоволокно через специальные линзы и аналогичным образом выходит из световода.

Рис. 29.35. В качестве фары свет от ГДЛ поступает в несколько пучков стекловолокна.