Принцип работы стартера лампы дневного света: Для чего нужен стартер для люминесцентных ламп, все подробно

Схема и принцип работы. Как горит люминесцентная лампа

Люминесцентная лампа (ЛЛ) — это источник света, создаваемый электрическим разрядом в среде паров ртути и инертного газа.В этом случае возникает невидимое ультрафиолетовое свечение, воздействующее на слой люминофора, нанесенный на внутреннюю часть стеклянной колбы. Типовая схема включения люминесцентной лампы — балласт с электромагнитным балластом (ЭМПРА).

Устройство и описание ЛЛ

Колба большинства ламп всегда имела цилиндрическую форму, но теперь она может иметь форму сложной фигуры. На концах в него вмонтированы электроды, конструктивно похожие на некоторые спирали ламп накаливания из вольфрама.Они припаяны к внешним контактам, находящимся под напряжением.

Газопроводящая среда внутри LL имеет отрицательное сопротивление. Он проявляется в уменьшении напряжения между противоположными электродами при увеличении тока, которое необходимо ограничивать. Схема включения люминесцентной лампы содержит балласт (индуктор), основное назначение которого — создание большого импульса напряжения для ее зажигания. Кроме него, в состав ЭМИА входит стартер — лампа тлеющего разряда с двумя электродами, помещенными внутри нее в среде инертного газа.Один из них выполнен из электрода. В исходном состоянии электроды разомкнуты.

Принцип работы ЛЛ

Схема стартера для включения люминесцентных ламп работает следующим образом.

1. Напряжение подается на цепь, но сначала ток не течет через LL из-за высокого сопротивления среды. Ток течет по катодным спиралям и нагревает их. Кроме того, он также попадает в стартер, для которого приложенного напряжения достаточно, чтобы вызвать внутри тлеющий разряд.
2. Когда контакты стартера нагреваются от проходящего тока, биметаллическая пластина замыкается. После этого металл становится проводником, и разряд прекращается.
3. Биметаллический электрод охлаждается и размыкает контакт. В этом случае катушка индуктивности генерирует импульс высокого напряжения из-за самоиндукции, и LL воспламеняется.
4. Через лампу протекает ток, который затем уменьшается в 2 раза, так как напряжение на катушке индуктивности падает. Недостаточно перезапустить стартер, контакты которого остаются разомкнутыми во время горения ЛЛ.

Схема соединения двух установленных в одной лампе, предусматривает использование для них одной общей индуктивности. Они соединены последовательно, но у каждой лампы по одному параллельному пускателю.

Недостатком лампы является отключение второй лампы при выходе из строя одной из них.

Важно! С люминесцентными лампами необходимо использовать специальные выключатели. В бюджетных устройствах пусковые токи большие, и контакты могут заклинивать.

Бездроссельное включение люминесцентных ламп: схемы

Несмотря на невысокую стоимость, электромагнитные балласты имеют недостатки.Они послужили причиной создания электронных схем зажигания (ЭПРА).

Как LL запускается с электронными балластами

Бездроссельное переключение люминесцентных ламп осуществляется через электронный блок, в котором происходит последовательное изменение напряжения при их зажигании.

Преимущества электронной схемы запуска:

• возможность запуска с любой временной задержкой;
• не нужен массивный электромагнитный индуктор и пускатель;
• отсутствие гудящих и мигающих ламп;
• высокая светоотдача;
• легкость и компактность устройства;
• более длительный срок службы.

Современные электронные балласты имеют компактные размеры и низкое энергопотребление. Их называют драйверами, помещая в цоколь фонарика. Бездроссельное включение люминесцентных ламп позволяет использовать обычные стандартные патроны.

Электронная балластная система преобразует сетевое напряжение переменного тока в высокочастотное. Сначала нагревают электроды LL, а затем прикладывают высокое напряжение. На высокой частоте повышается эффективность и полностью устраняется мерцание.Схема включения может обеспечивать или с плавным увеличением яркости. В первом случае срок эксплуатации электродов значительно сокращается.

Повышенное напряжение в электронной схеме создается колебательным контуром, что приводит к резонансу и зажиганию лампы. Пуск намного проще, чем в классической схеме с электромагнитным индуктором. Затем напряжение также снижается до желаемого значения удержания разряда.

Осуществляется выпрямление напряжения, после чего оно параллельно сглаживается подключенным конденсатором С 1.После подключения к сети сразу заряжается конденсатор С 4 и пробивается динистор. На трансформаторе TR 1 и транзисторах T 1 и T 2 запускается полумостовой генератор. Когда частота достигает 45-50 кГц, создается резонанс с помощью последовательной цепи C 2, C 3, L 1, подключенной к электродам, и лампа загорается. Эта схема также имеет дроссель, но с очень маленькими размерами, что позволяет разместить его в цоколе лампы.

Электронные балласты имеют автоматическую настройку LL при изменении характеристик.Через некоторое время изношенная лампа требует повышения напряжения для зажигания. В цепи ЭМРА он просто не запустится, а электронный балласт подстраивается под изменение характеристик и тем самым позволяет устройству работать в благоприятных условиях.

Преимущества современных ЭПРА следующие:

• плавное включение;
• рентабельность работы;
• консервация электродов;
• исключение мерцания;
• низкотемпературное исполнение;
• компактность;
• прочность.

К недостаткам можно отнести более высокую стоимость и сложную схему розжига.

Применение умножителей напряжения

Метод позволяет включать ЛЛ без электромагнитного балласта, но используется в основном для продления срока службы ламп. Схема включения перегоревших люминесцентных ламп позволяет им проработать еще некоторое время, если мощность не превышает 20-40 Вт. В этом случае нити могут быть как целыми, так и сгоревшими. В обоих случаях выводы каждой нити накала необходимо замкнуть накоротко.

После выпрямления напряжение удваивается, и лампа загорается мгновенно. Конденсаторы С 1, С 2 подобраны на рабочее напряжение 600 В. Их недостаток — большие габариты. Конденсаторы C 3, C 4 слюдяные на 1000 В.

LL не предназначены для питания постоянного тока. Со временем ртуть накапливается возле одного из электродов, и свечение ослабевает. Для его восстановления поменяйте полярность, перевернув лампу. Вы можете установить переключатель так, чтобы его не снимать.

Цепь пуска люминесцентных ламп

Цепь пуска требует длительного прогрева лампы.Кроме того, его иногда приходится менять. В связи с этим существует еще одна схема с подогревом электродов через вторичные обмотки трансформатора, которая также выполняет функцию балласта.

Когда люминесцентные лампы включаются без стартера, они должны иметь обозначение RS (быстрый запуск). Лампа со стартерным запуском здесь не подойдет, потому что ее электроды дольше нагреваются и катушки быстро перегорают.

Как включить перегоревшую лампу?

Если спирали вышли из строя, LL можно поджечь без умножителя напряжения, используя обычную схему EMPA.Схема включения перегоревшей люминесцентной лампы немного отличается от обычной. Для этого к пускателю последовательно подключают конденсатор, а контакты электродов закорачивают. После такой небольшой переделки лампа проработает еще какое-то время.

Заключение

Конструкция и схема включения люминесцентной лампы постоянно совершенствуется в сторону экономичности, уменьшения габаритов и увеличения срока службы. Важно правильно им пользоваться, разбираться во всем многообразии выпускаемых типов и знать эффективные способы подключения.

Включение люминесцентных ламп намного сложнее, чем включение ламп накаливания.
Их розжиг требует наличия специальных пусковых устройств, а от качества работы этих устройств зависит срок службы лампы.

Чтобы понять, как работают пусковые системы, необходимо предварительно ознакомиться с устройством самого осветительного прибора.

Люминесцентная лампа — это газоразрядный источник света, световой поток которого формируется в основном за счет свечения слоя люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность колбы.

При включении лампы в парах ртути, которыми заполнена трубка, возникает электронный разряд, и возникающее при этом УФ-излучение влияет на покрытие люминофора. При этом частоты невидимого УФ-излучения (185 и 253,7 нм) преобразуются в видимый свет.
Эти лампы имеют низкое энергопотребление и пользуются большой популярностью, особенно в промышленных помещениях.

Схемы

При подключении люминесцентных ламп используется особая контрольно-пусковая техника — балласты.Есть 2 типа балластов: электронный — электронный балласт (электронный балласт) и электромагнитный — электромагнитный балласт (стартер и дроссель).

Основные недостатки

• По сравнению со схемой с ЭПРА, потребление электроэнергии на 10-15% больше.

• Длительный запуск от 1 до 3 секунд (в зависимости от износа лампы)

• Неработоспособность при низких температурах окружающей среды. Например, зимой в неотапливаемом гараже.

• Стробоскопический результат мигания лампы, который плохо влияет на зрение, когда детали машин, вращающихся синхронно с частотой сети, кажутся неподвижными.

• Звук от жужжания дроссельной заслонки, усиливающийся со временем.

Схема переключения с двумя лампами, но с одним дросселем . Следует отметить, что индуктивность индуктора должна быть достаточной для мощности этих двух ламп.
Следует отметить, что в последовательной схеме включения двух ламп используются стартеры на 127 Вольт, по одноламповой схеме они работать не будут, для чего нужны стартеры 220 Вольт

Это схема где, как видите, нет ни стартера, ни дросселя, ее можно использовать, если в лампах перегорела нить накала.В этом случае ЛДС можно поджечь с помощью повышающего трансформатора Т1 и конденсатора С1, который будет ограничивать ток, протекающий через лампу от сети 220 вольт.

Эта схема подходит для всех тех же ламп, в которых перегорела нить накала, но здесь нет необходимости в повышающем трансформаторе, что явно упрощает конструкцию прибора

Но такая схема с использованием диодного выпрямительного моста исключает его мерцание лампы с частотой сети, которое становится очень заметным при ее старении.

или выше

Если стартер в вашей лампе выходит из строя или лампа постоянно мигает (вместе со стартером, если внимательно присмотреться к корпусу стартера) и под рукой нечего заменить, вы можете зажечь лампу без нее — хватит на 1-2 секунды . замкните накоротко контакты стартера или установите кнопку S2 (осторожно опасное напряжение)

такой же корпус, но для лампы с перегоревшей нитью

Схема подключения с использованием электронного балласта или электронного балласта

В отличие от электромагнитных балластов, устройство управления электронным балластом (ЭКГ) подает на лампы напряжение не сетевой частоты, а высокочастотное напряжение от 25 до 133 кГц.А это полностью исключает возможность заметного для глаз мерцания ламп. Электронные балласты используют самогенерирующуюся схему, включающую трансформатор и выходной каскад на транзисторах.

Время чтения ≈ 3 минуты

Наиболее распространенным источником освещения в офисных, промышленных и общественных зданиях являются люминесцентные лампы. В последнее время в связи с экономией энергоресурсов их тоже стали часто использовать в быту.

Standard, помимо своих достоинств, таких как низкое энергопотребление, простота монтажа, невысокая стоимость, имеют ряд конструктивных недостатков.Некоторые из них вытекают из достоинств: используя дешевые устаревшие схемы и материалы, производитель снижает стоимость лампы, заранее ухудшая потребительские качества.

Схема подключения люминесцентных ламп

Подключение одной или двух люминесцентных ламп заводского производства можно изучить, разобрав обычную лампу. Обычная стандартная, широко применяемая схема подключения люминесцентных ламп включает в себя стартер, индуктор, соединительные провода, конденсатор и сами лампы.В этом случае используется так называемая электромагнитная система управления.

Улучшить степень освещенности самостоятельно, убрав надоедливое гудение и моргание, вполне реально. Для этого необходимо заменить устаревшую систему управления на современную электронную — (электронный балласт).

Для начала нужно разобрать лампу, удалить с нее всю начинку. Приобретая новый электронный блок, исходя из параметров вашей лампы, можно будет подключить люминесцентные лампы без дросселя и стартера.Для таких работ вам потребуются отвертки с разными наконечниками, кусачки, отвертка для крепления блоков управления, изолента, отвертка-тестер.

Подключение ЭПРА для люминесцентных ламп несложно осуществить, имея минимальные знания в электрических схемах и навыки работы с электропроводкой. По сути, в самой лампе останется лампа, набор проводов и люминесцентная лампа.

Перед началом работ нужно выделить в корпусе лампы достаточно места для установки электронного блока управления, руководствуясь удобством подключения к клеммам, расположенным на его корпусе.Крепим блок к корпусу при помощи саморезов с помощью обычной отвертки. Подключаем контрольную аппаратуру к лампе и клемме подключения.

Схема подключения для 2-х люминесцентных ламп аналогична, они просто соединяются последовательно, и исходя из этого мощность электронного блока должна быть вдвое больше мощности ламп. Тот же принцип при соединении трех и более ламп в одном корпусе.

После сборки всей конструкции нужно убедиться, что все проводники подключены правильно, после чего можно установить светильник на место.Проверив тестером отсутствие напряжения в сети, подключаем лампу к проводке, соединив провода через специальную клеммную колодку.

Последний аккорд — включение напряжения для проверки правильности работы лампы. Если схема, например, подключение двух люминесцентных ламп, была выполнена правильно, то сам процесс будет сильно отличаться от оригинала. Во-первых, лампы загорятся мгновенно, без так называемого прогрева, во-вторых, исчезнет низкочастотное гудение, свет перестанет пульсировать, заметный человеческому глазу, и общая яркость увеличится.

D для поддержания и стабилизации процесса разряда балластное сопротивление в сети переменного тока в виде или включается последовательно с дросселем люминесцентной лампы и конденсатором. Эти устройства называются балластами (балластами).

Напряжение сети, при котором люминесцентная лампа работает в установившемся режиме, недостаточно для ее зажигания. Для образования газового разряда, т. Е. Пробоя газового пространства, необходимо увеличить эмиссию электронов за счет их предварительного нагрева или подачи на электроды импульса повышенного напряжения.Оба обеспечиваются пускателем, включенным параллельно лампе.

Рассмотрим, как происходит процесс зажигания люминесцентной лампы.

Пускатель представляет собой миниатюрную неоновую лампу тлеющего разряда с двумя биметаллическими электродами, открытыми в нормальном положении.

При подаче напряжения на пускатель возникает разряд, биметаллические электроды изгибаются и замыкаются накоротко. После их замыкания ток в цепях стартера и электродов, ограниченный только сопротивлением индуктора, увеличивается в три раза по сравнению с рабочим током лампы, и электроды люминесцентной лампы быстро нагреваются.При этом биметаллические электроды стартера, охлаждаясь, размыкают его цепь.

В момент размыкания цепи пускателем в индукторе возникает импульс перенапряжения, в результате чего происходит разряд в газовой среде люминесцентной лампы и ее зажигание. После того, как лампа загорится, напряжение на ней составляет примерно половину сетевого. Это напряжение будет на стартере, однако этого недостаточно для его повторного включения. Следовательно, когда лампа горит, стартер разомкнут и в цепь не участвует.

Пускатель одноламповый для включения люминесцентной лампы: Л — люминесцентная лампа, Д — индуктор, Ст — стартер, С1 — С3 — конденсаторы.

, включенный параллельно пускателю и конденсаторы на входе схемы, предназначены для снижения уровня радиопомех. Конденсатор, подключенный параллельно стартеру, кроме того, увеличивает срок службы стартера и влияет на зажигание лампы, способствуя значительному снижению импульса напряжения в стартере (с 8000 до 12000 В до 600 до 1500 В). при увеличении энергии импульса (за счет увеличения его длительности).

Недостатком описанной схемы стартера является низкий cos phi, не превышающий 0,5. Увеличение cos phi достигается либо включением конденсатора на входе, либо применением индуктивно-емкостной схемы. Однако в этом случае cos phi составляет 0,9 — 0,92 из-за наличия на кривой тока высших гармонических составляющих, определяемых спецификой газового разряда и балластов.

В двухламповых светильниках компенсация реактивной мощности достигается включением одной лампы с индуктивным, а другой с индуктивно-емкостным балластом.В этом случае cos phi = 0,95. Кроме того, такая схема балласта позволяет в значительной степени сгладить пульсации светового потока люминесцентных ламп.

Цепь переключения двухфазных балластов

Наибольшее распространение для включения люминесцентных ламп мощностью 40 и 80 Вт получила наша двухимпульсная схема зажигания стартера с использованием компенсированных балластных устройств 2УБК-40/220 и 2УБК-80/220, работающих по «расщепленной фазе». схема. Они представляют собой законченные электрические устройства с дросселями, конденсаторами и разрядными сопротивлениями.

Последовательно с одной из ламп включается только индуктор-индуктивность, что создает фазовое отставание тока от приложенного напряжения. Последовательно со второй лампой, помимо индуктора, включается конденсатор, емкость которого примерно в 2 раза больше индуктивности индуктора, что создает опережение тока, в результате чего общий коэффициент мощности комплекта составляет около 0,9 -0,95.

Кроме того, включение специально подобранного конденсатора последовательно с индуктором одной из двух ламп обеспечивает фазовый сдвиг между токами первой и второй ламп, при котором глубина колебаний общего светового потока двух ламп лампы будут значительно уменьшены.

Для увеличения тока нагрева электродов включается компенсационная катушка последовательно с емкостью, которая отключается пускателем.

Схема включения двухлампового стартера 2УБК: Л — лампа дневного света, Ст — стартер, С — конденсатор, r — сопротивление разряда. Корпус ПРА 2УБК обозначен пунктирной линией.

Пусковые схемы включения люминесцентных ламп

Недостатки коммутационных цепей стартера (значительный шум, создаваемый балластами во время работы, воспламеняемость в аварийных условиях и т. Д.), а также низкое качество выпускаемых стартеров привели к постоянному поиску экономичных и рациональных балластов, так что они в основном используются в установках, где они довольно простые и дешевые.

Для надежной работы бестартерных цепей которых рекомендуется использовать лампы с нанесенной на колбы токопроводящей лентой.

Наиболее распространенные трансформаторные схемы для быстрого пуска люминесцентных ламп, в которых дроссель используется в качестве балластного сопротивления, а катоды также подогреваются нитью трансформатора.

В настоящее время расчетами установлено, что пусковые схемы для внутреннего освещения более экономичны, и поэтому они преимущественно распределенные. В цепях стартера потери энергии составляют примерно 20-25%, в цепях без стартера — 35%

В последнее время схемы переключения люминесцентных ламп с электромагнитными балластами постепенно заменяются схемами с более функциональными и экономичными электронными балластами (балластами).

При расчете осветительных сетей с люминесцентными лампами необходимо учитывать, что даже с помощью компенсированных схем без балластов невозможно полностью уничтожить фазовый сдвиг.Поэтому при определении номинального тока сетей с люминесцентными лампами косинус фи = 0,9 для цепей с компенсацией реактивной мощности и косинус фи = 0,5, если в цепях отсутствуют конденсаторы. Кроме того, необходимо учитывать потери мощности в балластах.

При выборе сечения проводов четырехпроводных сетей с люминесцентными лампами следует учитывать некоторые особенности таких сетей. Дело в том, что нелинейность вольт-амперной характеристики люминесцентных ламп, а также наличие в своем назначении индукторов со стальным сердечником и конденсаторов выливают несинусоидальность кривой тока и, как следствие, , появление высших гармоник, существенно изменяющих ток нейтрального провода даже при равномерной фазной нагрузке.

Ток в нейтральном проводе может достигать значений, близких к току в фазном проводе 85-87% от I ф. Отсюда следует необходимость выбора сечения нулевого провода в сетях четырехпроводного люминесцентного освещения равным сечению фазных проводов, а при прокладке проводов в трубах допустимую токовую нагрузку следует принимать как для четырехпроводной. в одной трубе.

Отличительным принципом схемы подключения люминесцентных ламп является необходимость включения в нее пусковых устройств, от них зависит продолжительность работы.

Чтобы разобраться в схемах, необходимо понимать принцип работы этих светильников.

Устройство светового типа представляет собой герметичный сосуд, наполненный газом особой консистенции. Расчет смеси проводился с целью тратить меньше энергии на ионизацию газа по сравнению с обычными лампами, за счет этого можно значительно сэкономить на освещении дома или квартиры.

Для постоянного освещения необходимо провести тлеющий разряд.Этот процесс обеспечивается подачей нужного напряжения. Проблема только в следующей ситуации — такой разряд возникает от напряжения питания, которое выше рабочего напряжения. Но и эту проблему решили производители.

С обеих сторон лампы установлены электроды, принимающие напряжение и поддерживающие разряд. Каждый электрод имеет два контакта, к которым подключается источник тока. За счет этого нагревается зона, окружающая электроды.

Лампа загорается после нагрева каждого электрода. Это происходит из-за воздействия импульсов высокого напряжения и последующей работы под напряжением.

При воздействии разряда газы в контейнере лампы активируют излучение ультрафиолетового света, который не воспринимается человеческим глазом. Чтобы человеческое зрение могло различить это свечение, колба внутри покрыта люминофором, который сдвигает частотный интервал освещения в видимый интервал.

При изменении структуры этого вещества происходит изменение гаммы цветовых температур.

Важно! Нельзя просто включить лампу в сети. Дуга появится после нагрева электродов и импульсного напряжения.

Обеспечить такие условия помогают специальные балласты.

Нюансы схемы подключения

Схема этого типа должна предусматривать наличие дроссельной заслонки и стартера.

Стартер выглядит как небольшой источник питания неоновой подсветки. Для его питания требуется электрическая сеть с переменным значением тока, также он оборудован рядом биметаллических контактов.

Дроссель, контакты пускателя и резьба электродов соединены последовательно.

Возможен другой вариант при замене стартера на кнопку от входа звонка.

Напряжение будет осуществляться удержанием кнопки в нажатом состоянии. Когда лампа загорится, ее нужно отпустить.

• подключенный индуктор сохраняет электромагнитную энергию;
• с помощью контактов стартера подаётся электричество;
• ток передается с помощью нагревательных электродов из вольфрамовой нити;
• подогрев электродов и стартера;
• , то размыкаются контакты стартера;
• энергия, накопленная дроссельной заслонкой, высвобождается;
• лампа включается.

Для повышения эффективности, уменьшения помех в схемную модель вводятся два конденсатора.

Преимущества схемы:

Простота;

Доступная цена;

Она надежная;

Недостатки схемы:

Большая масса устройства;

Шумная работа;

Лампа мерцает, что плохо влияет на зрение;

Потребляет большое количество электроэнергии;

Устройство включается примерно на три секунды;

Плохая работа при отрицательных температурах.

Приоритет подключения

Подключение по указанной выше схеме происходит со стартерами. Рассматриваемый ниже вариант имеет модель стартера S10 мощностью 4-65Вт., Лампу 40Вт и такую ​​же мощность на индукторе.

Этап 1. Подключение стартера к штыревым контактам лампы, имеющим форму нитей накала.

Этап 2. Остальные контакты подключены к индуктору.

Ступень 3. Конденсатор подключен к силовым контактам параллельно.За счет конденсатора уровень реактивной мощности компенсируется, а количество помех уменьшается.

Особенности схемы подключения

За счет электронного балласта лампа обеспечивает длительный срок эксплуатации и экономию энергии. При работе с напряжениями до 133 кГц свет распространяется без мерцания.

обеспечивают питание светильников, нагревая электроды, тем самым повышая их производительность и увеличивая срок службы.Возможно использование диммеров совместно с лампами данной схемы подключения — это устройства, плавно регулирующие яркость свечения.

Электронный балласт преобразует напряжение. Действие постоянного тока преобразуется в ток высокой частоты и переменного тока, который поступает на нагреватели электродов.

Увеличивается частота, за счет этого происходит уменьшение интенсивности нагрева электродов. Использование в схеме подключения электронного балласта позволяет подстраиваться под свойства лампы.

Достоинства схемы данного типа:

• большая экономия;
• свет включается плавно;
• без мерцания;
• электроды лампы мягко нагреваются;
• допустимая работа при низких температурах;
• компактность и небольшой вес;
• длительный срок действия.

Минусы схемы такого типа:

• сложность схемы подключения;
• высокие требования к установке.

Процедура подключения лампы

Лампа подключается в три этапа:

Электроды нагреваются, благодаря чему устройство плавно и размеренно запускается;

Создается мощный импульс, необходимый для поджога;

Рабочее напряжение уравновешивается и подается на лампу.

Приоритет подключения

Этап 1. Параллельное подключение стартера к каждой лампе.

Этап 2. Последовательное подключение дросселем свободных контактов к сети.

Этап 3. Параллельное подключение конденсаторов к контактам лампы. За счет этого снижаются помехи, а также компенсация реактивной мощности.

Видео — Подключение люминесцентных ламп

Как работают люминесцентные лампы — воздушный цикл

Атомы испускают световые фотоны, когда их электроны возбуждаются. Если вы читали «Как работают атомы», то знаете, что электроны — это отрицательно заряженные частицы, которые движутся вокруг ядра атома (которое имеет чистый положительный заряд).Электроны атома имеют разные уровни энергии в зависимости от нескольких факторов, включая их скорость и расстояние от ядра. Электроны разных уровней энергии занимают разные орбитали. Вообще говоря, электроны с большей энергией движутся по орбиталям дальше от ядра.

Когда атом набирает или теряет энергию, изменение выражается движением электронов. Когда что-то передает энергию атому — например, тепло — электрон может временно перейти на более высокую орбиталь (дальше от ядра).Электрон удерживает это положение лишь на крошечную долю секунды; почти сразу же он притягивается к ядру, к своей первоначальной орбитали. Когда он возвращается на свою первоначальную орбиталь, электрон высвобождает дополнительную энергию в виде фотона, в некоторых случаях светового фотона.

Длина волны излучаемого света зависит от количества выделяемой энергии, что зависит от конкретного положения электрона. Следовательно, разные виды атомов будут испускать разные виды световых фотонов.Другими словами, цвет света определяется тем, какой атом возбужден.

Это основной механизм, работающий почти во всех источниках света. Основное различие между этими источниками — процесс возбуждения атомов. В источнике света накаливания, таком как обычная лампочка или газовая лампа, атомы возбуждаются теплом; в световой палке атомы возбуждаются химической реакцией. Как мы увидим в следующем разделе, люминесцентные лампы обладают одной из самых сложных систем возбуждения атомов.

Вниз по трубам

Центральным элементом люминесцентной лампы является герметичная стеклянная трубка. Трубка содержит небольшое количество ртути и инертный газ, обычно аргон, который находится под очень низким давлением. Трубка также содержит порошок люминофора, нанесенный по внутренней стороне стекла. Трубка имеет два электрода, по одному на каждом конце, которые подключены к электрической цепи. Электрическая цепь, которую мы рассмотрим позже, подключена к источнику переменного тока (AC)

Когда вы включаете лампу, ток течет по электрической цепи к электродам.На электродах имеется значительное напряжение, поэтому электроны будут мигрировать через газ от одного конца трубки к другому. Эта энергия превращает часть ртути в трубке из жидкости в газ. Когда электроны и заряженные атомы движутся по трубке, некоторые из них будут сталкиваться с газообразными атомами ртути. Эти столкновения возбуждают атомы, выталкивая электроны на более высокие энергетические уровни. Когда электроны возвращаются к своему первоначальному уровню энергии, они испускают световые фотоны.

Как мы видели в предыдущем разделе, длина волны фотона определяется конкретным расположением электронов в атоме.Электроны в атомах ртути расположены таким образом, что они в основном испускают световые фотоны в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Наши глаза не регистрируют ультрафиолетовые фотоны, поэтому этот вид света необходимо преобразовать в видимый свет, чтобы осветить лампу.

Здесь и вступает в силу порошковое покрытие лампы. Люминофор — это вещества, излучающие свет при воздействии света. Когда фотон попадает в атом люминофора, один из электронов люминофора перескакивает на более высокий энергетический уровень, и атом нагревается.Когда электрон возвращается на свой нормальный уровень, он выделяет энергию в виде другого фотона. Этот фотон имеет меньше энергии, чем исходный фотон, потому что некоторая энергия была потеряна в виде тепла. В люминесцентной лампе излучаемый свет находится в видимом спектре — люминофор излучает белый свет, который мы видим. Производители могут изменять цвет света, используя различные комбинации люминофоров.

Обычные лампы накаливания также излучают довольно много ультрафиолетового света, но они не преобразуют его в видимый свет.Следовательно, много энергии, используемой для питания лампы накаливания, тратится впустую. Люминесцентная лампа заставляет работать этот невидимый свет, поэтому она более эффективна. Лампы накаливания также теряют больше энергии из-за тепловыделения, чем люминесцентные лампы. В целом, обычная люминесцентная лампа в четыре-шесть раз эффективнее лампы накаливания. Однако люди обычно используют в доме лампы накаливания, поскольку они излучают «более теплый» свет — свет с большим количеством красного и меньшим количеством синего.

Как мы видели, вся система люминесцентных ламп зависит от электрического тока, протекающего через газ в стеклянной трубке.В следующем разделе мы увидим, что люминесцентная лампа должна делать, чтобы установить этот ток.

Готовка на газе

В последнем разделе мы видели, что атомы ртути в стеклянной трубке люминесцентной лампы возбуждаются электронами, протекающими в электрическом токе. Этот электрический ток чем-то похож на ток в обычном проводе, но он проходит через газ, а не через твердое тело. Газовые проводники отличаются от сплошных проводников по многим параметрам.

В твердом проводнике электрический заряд переносится свободными электронами, прыгающими от атома к атому, из отрицательно заряженной области в положительно заряженную.Как мы видели, электроны всегда имеют отрицательный заряд, а это означает, что они всегда тянутся к положительным зарядам. В газе электрический заряд переносится свободными электронами, движущимися независимо от атомов. Ток также переносится ионами, атомами, которые имеют электрический заряд, потому что они потеряли или получили электрон. Как и электроны, ионы притягиваются к противоположно заряженным областям.

Таким образом, чтобы пропускать ток через газ в трубке, люминесцентный свет должен иметь две вещи:

1.Свободные электроны и ионы
2. Разница в заряде двух концов трубки (напряжение)

Обычно в газе мало ионов и свободных электронов, потому что все атомы естественным образом сохраняют нейтральный заряд. Следовательно, через большинство газов трудно проводить электрический ток. Когда вы включаете люминесцентную лампу, первое, что ей нужно сделать, это ввести много новых свободных электронов с обоих электродов.

Есть несколько способов сделать это, как мы увидим в следующих нескольких разделах.

Запустите

В классической конструкции люминесцентных ламп, которая по большей части пришла на второй план, для зажигания лампы использовался специальный механизм включения стартера. Вы можете увидеть, как эта система работает, на схеме ниже.

При первом включении лампы путь наименьшего сопротивления проходит через цепь байпаса и через выключатель стартера. В этой цепи ток проходит через электроды на обоих концах трубки. Эти электроды представляют собой простые нити, как в лампе накаливания.Когда ток проходит через байпасную цепь, электричество нагревает нити. Это отрывает электроны от поверхности металла, отправляя их в газовую трубку, ионизируя газ.

В то же время электрический ток вызывает интересную последовательность событий в выключателе стартера. Обычный выключатель стартера представляет собой небольшую газоразрядную лампу, содержащую неон или другой газ. Колба имеет два электрода, расположенных рядом друг с другом. Когда электричество первоначально пропускается через байпасную цепь, электрическая дуга (по сути, поток заряженных частиц) прыгает между этими электродами, чтобы установить соединение.Эта дуга зажигает лампочку так же, как большая дуга зажигает люминесцентную лампу.

Один из электродов представляет собой биметаллическую полосу, которая изгибается при нагревании. Небольшое количество тепла от зажженной лампы сгибает биметаллическую полосу, так что она входит в контакт с другим электродом. Поскольку два электрода соприкасаются друг с другом, току больше не нужно прыгать по дуге. Следовательно, через газ не протекают заряженные частицы, и свет гаснет. Без тепла от света биметаллическая полоса охлаждается, отклоняясь от другого электрода.Это размыкает цепь.

К тому времени, когда это произойдет, нити уже ионизировали газ в люминесцентной лампе, создав электропроводящую среду. Для возникновения электрической дуги трубке просто нужен скачок напряжения на электродах. Этот толчок обеспечивается балластом лампы, трансформатором особого типа, включенным в цепь.

Когда ток проходит через байпасную цепь, он создает магнитное поле в части балласта.Это магнитное поле поддерживается протекающим током. При размыкании переключателя стартера ток кратковременно отключается от балласта. Магнитное поле схлопывается, что вызывает внезапный скачок тока — балласт высвобождает накопленную энергию.

Этот скачок тока помогает создать начальное напряжение, необходимое для образования электрической дуги в газе. Вместо того, чтобы проходить через байпасную цепь и перепрыгивать через зазор в выключателе стартера, электрический ток течет через трубку.Свободные электроны сталкиваются с атомами, выбивая другие электроны, что создает ионы. В результате получается плазма, газ, состоящий в основном из ионов и свободных электронов, движущихся свободно. Это создает путь для электрического тока.

Удар летящих электронов сохраняет две нити в тепле, поэтому они продолжают испускать новые электроны в плазму. Пока есть переменный ток и нити не изношены, ток будет продолжать течь через трубку.

Проблема с такой лампой в том, что она загорается через несколько секунд.В наши дни большинство люминесцентных ламп рассчитаны на то, чтобы загораться почти мгновенно. В следующем разделе мы увидим, как работают эти современные конструкции.

Light Right Away

Сегодня самая популярная конструкция люминесцентных ламп — это лампы с быстрым запуском. Эта конструкция работает по тому же основному принципу, что и традиционная лампа стартера, но у нее нет выключателя стартера. Вместо этого балласт лампы постоянно пропускает ток через оба электрода. Этот ток сконфигурирован так, что между двумя электродами существует разница зарядов, что создает напряжение на трубке.

При включении люминесцентной лампы обе электродные нити очень быстро нагреваются, выкипая электронами, которые ионизируют газ в трубке. Как только газ ионизируется, разница напряжений между электродами создает электрическую дугу. Текущие заряженные частицы (красные) возбуждают атомы ртути (серебра), запуская процесс освещения.

Альтернативный метод, используемый в люминесцентных лампах с мгновенным запуском, заключается в приложении очень высокого начального напряжения к электродам.Это высокое напряжение создает коронный разряд. По сути, избыток электронов на поверхности электрода заставляет часть электронов попадать в газ. Эти свободные электроны ионизируют газ, и почти мгновенно разница напряжений между электродами вызывает электрическую дугу.

Независимо от конфигурации пускового механизма, конечный результат один и тот же: прохождение электрического тока через ионизированный газ. Этот вид газового разряда имеет своеобразное и проблематичное качество: если ток не контролируется тщательно, он будет постоянно увеличиваться и, возможно, взорвет светильник.В следующем разделе мы выясним, почему это так, и посмотрим, как люминесцентная лампа обеспечивает бесперебойную работу.

Балластные весы

В предыдущем разделе мы видели, что газы не проводят электричество так же, как твердые тела. Одно из основных различий между твердыми телами и газами — их электрическое сопротивление (сопротивление протекающему электричеству). В твердом металлическом проводнике, таком как провод, сопротивление является постоянным при любой заданной температуре, что определяется размером проводника и природой материала.

В газовом разряде, таком как люминесцентная лампа, ток вызывает уменьшение сопротивления. Это связано с тем, что по мере прохождения большего количества электронов и ионов через определенную область они сталкиваются с большим количеством атомов, что освобождает электроны, создавая больше заряженных частиц. Таким образом, ток будет расти сам по себе в газовом разряде, пока есть соответствующее напряжение (и бытовой переменный ток имеет большое напряжение). Если ток в люминесцентном свете не контролировать, он может вывести из строя различные электрические компоненты.

Балласт люминесцентной лампы управляет этим. Самый простой тип балласта, обычно называемый магнитным балластом, работает как индуктор. Базовая катушка индуктивности состоит из катушки с проволокой в ​​цепи, которая может быть намотана на кусок металла. Если вы читали «Как работают электромагниты», вы знаете, что когда вы пропускаете электрический ток по проводу, он создает магнитное поле. Расположение провода концентрическими петлями усиливает это поле.

Этот вид поля влияет не только на объекты вокруг цикла, но и на сам цикл.Увеличение тока в контуре увеличивает магнитное поле, которое прикладывает напряжение, противоположное течению тока в проводе. Короче говоря, намотанный на катушку провод в цепи (индуктор) препятствует изменению тока, протекающего через него (подробности см. В разделе «Как работают индукторы»). Элементы трансформатора в магнитном балласте используют этот принцип для регулирования тока люминесцентной лампы.

Балласт может только замедлить изменения тока — он не может их остановить. Но переменный ток, питающий флуоресцентный свет, постоянно меняет направление, поэтому балласт должен только на короткое время подавлять нарастающий ток в определенном направлении.Посетите этот сайт для получения дополнительной информации об этом процессе.

Магнитные балласты модулируют электрический ток с относительно низкой частотой цикла, что может вызвать заметное мерцание. Магнитные балласты также могут вибрировать с низкой частотой. Это источник слышимого жужжания, которое люди ассоциируют с люминесцентными лампами.

Современные конструкции балластов используют передовую электронику для более точного регулирования тока, протекающего через электрическую цепь. Поскольку они используют более высокую частоту цикла, вы обычно не замечаете мерцания или жужжания, исходящего от электронного балласта.Разным лампам требуются специальные балласты, предназначенные для поддержания определенных уровней напряжения и тока, необходимых для различных конструкций ламп.

Люминесцентные лампы бывают всех форм и размеров, но все они работают по одному и тому же основному принципу: электрический ток стимулирует атомы ртути, что заставляет их испускать ультрафиолетовые фотоны. Эти фотоны, в свою очередь, стимулируют люминофор, излучающий фотоны видимого света. На самом базовом уровне это все, что нужно сделать!

Люминесцентная лампа — Энциклопедия Нового Света

Люминесцентная лампа — это газоразрядная лампа, которая использует электричество для возбуждения паров ртути в аргоне или неоновом газе, в результате чего образуется плазма, излучающая коротковолновый ультрафиолетовый свет. Затем этот свет заставляет люминофор флуоресцировать, производя видимый свет.

В отличие от ламп накаливания, люминесцентные лампы всегда требуют пускорегулирующего устройства для регулирования потока энергии через лампу. В обычных трубных приспособлениях — обычно 4 фута (120 сантиметров) или 8 футов (240 сантиметров) — балласт заключен в приспособление.Компактные люминесцентные лампы могут иметь обычный балласт, расположенный в светильнике, или они могут иметь балласты, встроенные в лампы, что позволяет использовать их в патронах, обычно используемых для ламп накаливания.

Поскольку люминесцентные лампы потребляют значительно меньше энергии, чем лампы накаливания, правительства и промышленность поощряют замену традиционных ламп накаливания люминесцентными лампами в рамках разумной экологической и энергетической политики.

История

Самым ранним предком люминесцентной лампы, вероятно, является устройство Генриха Гейслера, который в 1856 году получил голубоватое свечение от газа, который был запечатан в трубке и возбужден индукционной катушкой.

На Всемирной выставке 1893 года на Всемирной колумбийской выставке в Чикаго, штат Иллинойс, были представлены люминесцентные лампы Николы Теслы.

В 1894 году Д. Макфарлейн Мур создал лампу Мура, коммерческую газоразрядную лампу, предназначенную для конкуренции с лампой накаливания его бывшего начальника Томаса Эдисона. Используемые газы представляли собой азот и диоксид углерода, излучающие соответственно розовый и белый свет, и имели умеренный успех.

В 1901 году Питер Купер Хьюитт продемонстрировал ртутную лампу, которая излучала свет сине-зеленого цвета и, таким образом, была непригодна для большинства практических целей.Однако он был очень близок к современному дизайну и имел гораздо более высокий КПД, чем лампы накаливания.

В 1926 году Эдмунд Гермер и его коллеги предложили увеличить рабочее давление внутри трубки и покрыть трубку флуоресцентным порошком, который преобразует ультрафиолетовый свет, излучаемый возбужденной плазмой, в более однородный белый свет. Сегодня Гермер известен как изобретатель люминесцентной лампы.

General Electric позже купила патент Гермера и под руководством Джорджа Э.К 1938 году компания Inman ввела люминесцентную лампу в широкое коммерческое использование.

Принципы работы

Основной принцип работы люминесцентной лампы основан на неупругом рассеянии электронов. Падающий электрон (испускаемый из катушек проволоки, образующей катодный электрод) сталкивается с атомом газа (например, ртути, аргона или криптона), используемого в качестве излучателя ультрафиолета. Это заставляет электрон в атоме временно подпрыгивать на более высокий энергетический уровень, чтобы поглотить часть или всю кинетическую энергию, доставленную сталкивающимся электроном.Вот почему столкновение называется «неупругим», так как часть энергии поглощается. Это более высокое энергетическое состояние нестабильно, и атом излучает ультрафиолетовый фотон, когда электрон атома возвращается на более низкий, более стабильный энергетический уровень. Фотоны, которые испускаются из выбранных газовых смесей, обычно имеют длину волны в ультрафиолетовой части спектра. Человеческий глаз не видит его, поэтому его необходимо преобразовать в видимый свет. Это делается с помощью флуоресценции. Это флуоресцентное преобразование происходит в люминофорном покрытии на внутренней поверхности люминесцентной лампы, где ультрафиолетовые фотоны поглощаются электронами в атомах люминофора, вызывая аналогичный скачок энергии, а затем падают с испусканием следующего фотона.Фотон, испускаемый в результате этого второго взаимодействия, имеет меньшую энергию, чем тот, который его вызвал. Химические вещества, входящие в состав люминофора, специально подобраны так, чтобы эти испускаемые фотоны имели длину волны, видимую человеческим глазом. Разница в энергии между поглощенным ультрафиолетовым фотоном и испускаемым фотоном видимого света идет на нагрев покрытия люминофора.

Механизм генерации света

Люминесцентная лампа заполнена газом, содержащим пары ртути низкого давления и аргон (или ксенон), реже аргон-неон, а иногда даже криптон.Внутренняя поверхность колбы покрыта флуоресцентным (и часто слегка фосфоресцирующим) покрытием, состоящим из различных смесей солей фосфора металлов и редкоземельных элементов. Катод колбы обычно изготавливается из спирального вольфрама, покрытого смесью оксидов бария, стронция и кальция (выбранной для того, чтобы иметь относительно низкую температуру термоэлектронной эмиссии). Когда включается свет, электроэнергия нагревает катод настолько, что он испускает электроны. Эти электроны сталкиваются и ионизируют атомы благородного газа в колбе, окружающей нить, с образованием плазмы в процессе ударной ионизации.В результате лавинной ионизации проводимость ионизированного газа быстро возрастает, позволяя протекать через лампу более высоким токам. Ртуть, которая существует в точке стабильного равновесного давления пара около одной части на тысячу внутри трубки (с давлением благородного газа, обычно составляющим около 0,3 процента от стандартного атмосферного давления), затем также ионизируется, вызывая ее выделение. свет в ультрафиолетовой (УФ) области спектра преимущественно на длинах волн 253.7 нанометров и 185 нанометров. Эффективность флуоресцентного освещения во многом обязана тому факту, что ртутные разряды низкого давления излучают около 65 процентов своего общего света на линии 254 нм (также около 10-20 процентов света, излучаемого в УФ, приходится на линию 185 нм). УФ-свет поглощается флуоресцентным покрытием лампы, которое повторно излучает энергию на более низких частотах (более длинные волны: две интенсивные линии с длинами волн 440 и 546 нм появляются на коммерческих люминесцентных трубках) (см. Стоксов сдвиг) для излучения видимого света.Смесь люминофоров контролирует цвет света и вместе со стеклом колбы предотвращает утечку вредного ультрафиолетового света.

Электрические аспекты работы

Люминесцентные лампы представляют собой устройства с отрицательным сопротивлением, поэтому, когда через них проходит больше тока (больше ионизированного газа), электрическое сопротивление люминесцентной лампы падает, позволяя протекать еще большему току. Люминесцентная лампа, подключенная непосредственно к сети постоянного напряжения, может быстро самоуничтожиться из-за неограниченного протекания тока.Чтобы предотвратить это, люминесцентные лампы должны использовать вспомогательное устройство, обычно называемое балластом, для регулирования тока, протекающего через лампу.

Хотя балласт может быть (и иногда бывает) таким же простым, как резистор, значительная мощность тратится впустую в резистивном балласте, поэтому балласты обычно используют вместо него реактивное сопротивление (катушка индуктивности или конденсатор). Для работы от сети переменного тока обычно используется простой индуктор (так называемый «магнитный балласт»). В странах, где используется сеть переменного тока на 120 В, сетевого напряжения недостаточно для освещения больших люминесцентных ламп, поэтому балласт для этих больших люминесцентных ламп часто представляет собой повышающий автотрансформатор со значительной индуктивностью рассеяния (чтобы ограничить ток).Любая форма индуктивного балласта может также включать конденсатор для коррекции коэффициента мощности.

В прошлом люминесцентные лампы иногда работали напрямую от источника постоянного тока с напряжением, достаточным для зажигания дуги. В этом случае не было сомнений в том, что балласт должен быть резистивным, а не реактивным, что приводит к потерям мощности в балластном резисторе. Кроме того, при непосредственном питании от постоянного тока полярность питания лампы должна быть изменена каждый раз при запуске лампы; в противном случае ртуть скапливается на одном конце трубки.В настоящее время люминесцентные лампы практически никогда не работают напрямую от постоянного тока; вместо этого инвертор преобразует постоянный ток в переменный и обеспечивает функцию ограничения тока, как описано ниже для электронных балластов.

Более сложные балласты могут использовать транзисторы или другие полупроводниковые компоненты для преобразования сетевого напряжения в высокочастотный переменный ток, а также для регулирования тока в лампе. Их называют «электронными балластами».

Люминесцентные лампы, которые работают непосредственно от сети переменного тока, будут мигать с частотой, в два раза превышающей частоту сети, поскольку мощность, подаваемая на лампу, падает до нуля дважды за цикл.Это означает, что свет мерцает со скоростью 120 раз в секунду (Гц) в странах, которые используют переменный ток с частотой 60 циклов в секунду (60 Гц), и 100 раз в секунду в странах с частотой 50 Гц. Этот же принцип может также вызывать гудение от люминесцентных ламп, фактически от их балласта. И раздражающий гул, и мерцание устраняются в лампах, в которых используется высокочастотный электронный балласт, например, во все более популярной компактной люминесцентной лампе.

Хотя большинство людей не могут напрямую увидеть мерцание 120 Гц, некоторые люди ^[1] сообщают, что мерцание 120 Гц вызывает напряжение глаз и головную боль.Доктор Дж. Вейч обнаружил, что люди лучше читают, используя высокочастотные (20-60 кГц) электронные балласты, чем магнитные балласты (120 Гц). ^[2]

В некоторых случаях люминесцентные лампы, работающие на частоте сети, могут также производить мерцание на самой частоте сети (50 или 60 Гц), что заметно для большего количества людей. Это может произойти в последние несколько часов срока службы лампы, когда катодное эмиссионное покрытие на одном конце почти закончилось, и этот катод начинает испытывать трудности с испусканием достаточного количества электронов в газовый наполнитель, что приводит к небольшому выпрямлению и, следовательно, к неравномерному световому выходу в положительных и отрицательные рабочие циклы сети.Мерцание частоты сети также иногда может исходить от самых концов трубок, поскольку каждый трубчатый электрод поочередно работает как анод и катод в течение каждой половины цикла сети и создает немного отличающуюся диаграмму светового потока в анодном или катодном режиме (это было более серьезная проблема с трубками более 40 лет назад, и в результате многие фитинги той эпохи закрывали концы трубок из поля зрения). Мерцание на сетевой частоте более заметно периферическим зрением, чем в центре взгляда.

Метод «запуска» люминесцентной лампы

Атомы ртути в люминесцентной лампе должны быть ионизированы до возникновения дуги может «ударить» внутри трубки. Для небольших ламп для зажигания дуги не требуется большого напряжения, и запуск лампы не представляет проблемы, но для больших ламп требуется значительное напряжение (в диапазоне от тысячи вольт).

В некоторых случаях это происходит именно так: мгновенный запуск люминесцентные лампы просто используют достаточно высокое напряжение, чтобы разрушить столб газа и ртути и тем самым запустить дугу. Эти лампы можно идентифицировать по тому факту, что

1. У них есть по одному штырю на каждом конце трубки
2. Патроны, в которые они вставляются, имеют разъединяющее гнездо на низковольтном конце, чтобы гарантировать, что сетевой ток автоматически снимается, чтобы лицо, заменяющее лампу, не могло получить удар электрическим током высокого напряжения

В других случаях необходимо предусмотреть отдельное вспомогательное средство запуска.Некоторые люминесцентные конструкции (лампы предварительного нагрева) используют комбинацию нити накала / катода на каждом конце лампы в сочетании с механическим или автоматическим переключателем (см. Фото), которые первоначально соединяют нити накала последовательно с балластом и, таким образом, предварительно нагревают нити перед включением. зажигая дугу.

Эти системы являются стандартным оборудованием в странах с напряжением питания 240 В и обычно используют пускатель накаливания. Раньше также использовались 4-контактные термовыключатели и ручные выключатели. Электронные пускатели также иногда используются с этими электромагнитными балластными устройствами.

Во время предварительного нагрева нити испускают электроны в газовый столб за счет термоэлектронной эмиссии, создавая тлеющий разряд вокруг нитей. Затем, когда пусковой переключатель размыкается, индуктивный балласт и небольшой конденсатор на пусковом переключателе создают высокое напряжение, которое зажигает дугу. Удар трубки надежен в этих системах, но стартеры накаливания часто переключаются несколько раз, прежде чем оставить лампу зажженной, что вызывает нежелательное мигание во время запуска. Старые термостартеры в этом отношении показали себя лучше.

После удара по трубке падающий основной разряд сохраняет нить накала / катод горячим, позволяя продолжать излучение.

Если трубка не ударяется или ударяется, а затем гаснет, последовательность запуска повторяется. При использовании автоматических пускателей, таких как стартеры накаливания, неисправная лампа, таким образом, будет бесконечно работать, мигая снова и снова, поскольку стартер многократно запускает изношенную лампу, а затем лампа быстро гаснет, поскольку эмиссии недостаточно для поддержания нагрева катодов, и лампа ток слишком низкий, чтобы держать пускатель тлеющего разомкнутым.Это вызывает визуально неприятное частое яркое мигание и запускает балласт при температуре выше расчетной. При повороте стартера на четверть оборота против часовой стрелки он отключается, размыкая цепь.

У некоторых более продвинутых пускателей в этой ситуации истекает время ожидания, и они не пытаются повторять пуски, пока не будет сброшено питание. В некоторых старых системах для обнаружения повторных попыток пуска использовалось тепловое отключение сверхтока. Это требует ручного сброса.

Более новый с быстрым запуском балластных конструкций обеспечивает накаливание силовых обмоток внутри балласта; они быстро и непрерывно нагревают нити / катоды, используя низковольтный переменный ток.При запуске не возникает никаких индуктивных всплесков напряжения, поэтому лампы обычно следует устанавливать рядом с заземленным (заземленным) отражателем, чтобы тлеющий разряд мог распространяться по трубке и инициировать дуговый разряд.

Электронные балласты часто возвращаются к стилю между стилями предварительного нагрева и быстрого запуска: конденсатор (или иногда автоматически отключающая цепь) может замкнуть цепь между двумя нитями накала, обеспечивая предварительный нагрев нити. Когда трубка загорается, напряжение и частота на лампе и конденсаторе обычно падают, таким образом, ток конденсатора падает до низкого, но ненулевого значения.Обычно этот конденсатор и катушка индуктивности, которая обеспечивает ограничение тока при нормальной работе, образуют резонансный контур, увеличивая напряжение на лампе, так что она может легко запуститься.

Некоторые электронные балласты используют запрограммированный пуск. Выходная частота переменного тока начинается выше резонансной частоты выходного контура балласта, и после того, как нити нагреваются, частота быстро уменьшается. Если частота приближается к резонансной частоте балласта, выходное напряжение возрастает настолько, что лампа загорается.Если лампа не загорается, электронная схема прекращает работу балласта.

Механизмы выхода из строя лампы в конце срока службы

Режим выхода из строя люминесцентных ламп в конце срока службы зависит от того, как вы их используете, и от типа ПРА. В настоящее время существует три основных режима отказа и четвертый, который начинает проявляться:

Эмиссионная смесь заканчивается

«Эмиссионная смесь» на нитях / катодах трубки необходима для того, чтобы электроны могли проходить в газ посредством термоэлектронной эмиссии при используемых рабочих напряжениях трубки. Смесь медленно распыляется путем бомбардировки электронами и ионами ртути во время работы, но большее количество разбрызгивается каждый раз, когда лампа запускается с холодными катодами (метод запуска лампы и, следовательно, тип механизма управления оказывает значительное влияние на это).Лампы, работающие обычно менее трех часов при каждом включении, обычно исчерпывают эмиссионную смесь до того, как выйдут из строя другие части лампы. Распыленная эмиссионная смесь образует темные пятна на концах трубок, которые можно увидеть в старых трубках. Когда вся эмиссионная смесь исчезнет, ​​катод не может пропустить достаточно электронов в газовую начинку, чтобы поддерживать разряд при расчетном рабочем напряжении трубки. В идеале управляющий механизм должен отключать трубку, когда это происходит. Однако некоторые устройства управления будут обеспечивать достаточно повышенное напряжение для продолжения работы лампы в режиме с холодным катодом, что приведет к перегреву конца трубки и быстрому разрушению электродов и их поддерживающих проводов до тех пор, пока они не исчезнут полностью или стекло не потрескается, разрушив Заполнение газом низкого давления и прекращение выпуска газа.

Отказ электроники встроенного балласта

Это касается только компактных люминесцентных ламп со встроенным электронным балластом. Отказ балластной электроники — это несколько случайный процесс, который следует стандартному профилю отказов для любых электронных устройств. Сначала наблюдается небольшой пик ранних отказов, за которым следует спад и неуклонное увеличение срока службы лампы. Срок службы электроники сильно зависит от рабочей температуры — обычно он сокращается вдвое на каждые 10 ° C повышения температуры.Указанный средний срок службы обычно соответствует температуре окружающей среды 25 ° C (это может варьироваться в зависимости от страны). В некоторых фитингах температура окружающей среды может быть намного выше этой, и в этом случае отказ электроники может стать преобладающим механизмом отказа. Точно так же использование компактного цоколя люминесцентных ламп приведет к более горячей электронике и сокращению среднего срока службы (особенно с более высокой номинальной мощностью). Электронные балласты должны быть спроектированы так, чтобы отключать лампу, когда заканчивается смесь выбросов, как описано выше.В случае интегральных электронных балластов, поскольку они никогда не должны снова работать, это иногда достигается путем преднамеренного сгорания какого-либо компонента для окончательного прекращения работы.

Отказ люминофора

Эффективность люминофора падает во время использования. Приблизительно к 25000 часов работы это обычно будет вдвое меньше яркости новой лампы (хотя некоторые производители заявляют, что период полураспада у своих ламп намного больше). Лампы, в которых отсутствуют отказы системы эмиссии или встроенной балластной электроники, в конечном итоге разовьются в этом режиме отказа.Они все еще работают, но стали тусклыми и неэффективными. Процесс идет медленно и часто становится очевидным только тогда, когда новая лампа работает рядом со старой.

В трубке заканчивается ртуть

Ртуть теряется из-за газового наполнения на протяжении всего срока службы лампы, поскольку она медленно поглощается стеклом, люминофором и электродами трубки, где больше не может работать. Исторически это не было проблемой, потому что в трубках содержится избыток ртути. Тем не менее, экологические проблемы в настоящее время приводят к созданию трубок с низким содержанием ртути, в которые гораздо точнее дозируют ртуть, достаточную для обеспечения ожидаемого срока службы лампы.Это означает, что потеря ртути возьмет верх из-за выхода из строя люминофора в некоторых лампах. Симптомы отказа аналогичны, за исключением того, что потеря ртути сначала вызывает увеличенное время разгона (время для достижения полного светового потока) и, наконец, заставляет лампу светиться тускло-розовым светом, когда ртуть заканчивается, а основной газ аргон вступает во владение. первичный разряд.

Люминофор и спектр излучаемого света

Многие люди считают цветовую гамму, создаваемую некоторыми люминесцентными лампами, резкой и неприятной.При флуоресцентном освещении у здорового человека иногда может казаться болезненный размытый оттенок кожи. Это связано с двумя вещами.

Первой причиной является использование ламп плохого качества с низким индексом цветопередачи и высокой цветовой температурой, например «холодный белый». Они имеют плохое качество света, из-за чего доля красного света ниже идеальной, поэтому кожа имеет менее розовую окраску, чем при лучшем освещении.

Вторая причина связана с особенностями типа глаза и трубки.Естественный дневной свет с высокой цветовой температурой выглядит естественным при уровнях дневного освещения, но по мере снижения уровня освещения он становится все более холодным для глаза. При более низких уровнях освещенности человеческий глаз воспринимает более низкие цветовые температуры как нормальные и естественные. Большинство люминесцентных ламп имеют более высокую цветовую температуру, чем лампы накаливания 2700 K, а более холодные лампы не выглядят естественными для глаз при гораздо меньшем дневном освещении. Этот эффект зависит от люминофора лампы и применяется только к лампам с более высокой CCT при значительно меньших уровнях естественного дневного света.

Многие пигменты выглядят немного иначе при просмотре под люминесцентными лампами по сравнению с лампами накаливания. Это связано с разницей в двух свойствах: CCT и CRI.

CCT, цветовая температура, лампового освещения GLS составляет 2700 K, а галогенного освещения — 3000 K, тогда как люминесцентные лампы обычно доступны в диапазоне от 2700 K до 6800 K, что представляет собой значительную вариацию с точки зрения восприятия.

CRI, индекс цветопередачи, является мерой того, насколько хорошо сбалансированы различные цветовые компоненты белого света.Спектр лампы с такими же пропорциями R, G, B, что и у излучателя абсолютно черного тела, имеет индекс цветопередачи 100 процентов, но люминесцентные лампы достигают значений индекса цветопередачи от 50 до 99 процентов. Трубки с более низким индексом цветопередачи имеют несбалансированный цветовой спектр визуально низкого качества, что приводит к некоторому изменению воспринимаемого цвета. Например, пробирка с галогенфосфатом с низким CRI 6800 K, которая выглядит так же неприятно визуально, как и они, заставит красный цвет казаться тускло-красным или коричневым.