Принцип работы и устройство ламп дневного света

Параметры и технические характеристики

Несмотря на разнообразие моделей и модификаций, существуют определенные показатели, характерные для всех люминесцентных ламп. К ним относятся следующие:

• Характеристики излучаемого света: яркость, световой поток, цвет и область спектра, пульсации светового потока.
• Параметры электрического плана, связанные с мощностью, питающим током, рабочим напряжением. Учитывается тип разряда и область свечения, непосредственно участвующая в процессе освещения.
• Эксплуатационные качества, определяемые сроком службы, световой отдачей, размерами и конфигурацией люминесцентных лампочек. Следует учесть, что две первые группы параметров во многом зависят от питающего напряжения и внешних условий окружающей среды.

Одним из основных признаков, по которым различаются лампы дневного света, считается напряжение горения, напрямую связанное с используемым разрядом.

Они разделяются следующим образом:

• Лампы до 220 вольт с дуговым разрядом, с оксидным катодом накаливающимся самостоятельно. Он предварительно нагревается, после чего загорается сама лампа.
• Лампы до 750 вольт с дуговым разрядом. Этим устройствам не требуется предварительный нагрев катодов, их мощность составляет свыше 60 Вт, используются преимущественно за рубежом.
• Лампы с тлеющим разрядом. Используют в работе холодные катоды, функционируют от малых токов, не более 200 мА. Используются в рекламном и сигнальном освещении.

В большинстве областей и систем освещения применяются светильники первой группы. Мощность люминесцентных ламп этого типа составляет 15-80 Вт, а средний срок эксплуатации составляет более 12 тысяч часов. При этом каждая лампа должна суммарно проработать минимум 4800-6000 часов. За этот период допустимое снижение светового потока составляет 40% и менее от первоначального. Допустимый температурный режим – 5-55С, наиболее благоприятные условия эксплуатации – при температуре 5-25С.

Температурный спектр и маркировка люминесцентного свечения

Человеческий глаз воспринимает цвета в зависимости от их яркости. Если яркость невысокая, то лучше воспринимается синий спектр. Поэтому с выбором светильников стоит определиться на начальной стадии, например, по окончании работы по ремонту и отделке того или иного помещения. Если необходимо установить потолочные лампы в квартире или загородном доме, то наиболее естественным будет выглядеть свет с температурой в три тысячи кельвин. Поскольку для таких помещений средняя яркость составляет около восьмидесяти люкс. Для яркости четыреста люкс такой свет будет казаться жёлтым. Подобная освещённость характерна массовым рабочим местам, офисам, объектам производственного назначения. Исходя из такой яркости, этому типу помещений более подходят лампы дневного света температурой в четыре – шесть тысяч кельвин.

Цветовая температура

Все светильники различаются по маркировке. Буква «Л» впереди означает тип источника света – люминесцентные. Ниже приведена краткая маркировка люминесцентных светильников.

• «Д» – дневной свет;
• «ХБ» – холодный белый свет;
• «Б» – простой белый;
• «ТБ» – тёплый белый свет;
• «Е» – белый дневной;
• последняя буква в ряде случаев определяет оттенок свечения, например, красный – «К», зелёный – «З», синий – «С», ультрафиолетовый – «УФ» и другие.

Кроме того, современная промышленность выпускает специальные лампы дневного света с улучшенной цветопередачей. У них после букв, указывающих цвет свечения и оттенок, ставится буква «Ц». Буквами «ЦЦ» обозначается самый высокий уровень цветопередачи. Особенности конструкции этого вида устройств также обозначаются буквами:

• «Р» – лампа с рефлектором;
• «К» – кольцевого типа;
• «У» – вид подковы;
• амальгамная – «А»;
• светильники, оборудованные специальным устройством быстрого запуска – «Б»;
• лампы тлеющего разряда – «ТЛ».

В конце отображаются цифры, характеризующие мощность данной лампы в ваттах.

2.7. Люминесцентные лампы диаметром 16 мм и 7 мм, работающие только с ЭПРА

Таблица 2.7.1. Люминесцентные лампы диаметром 7 мм

Рис. 15. Люминесцентные лампы диаметром 7 мм

Таблица 2.7.2. Люминесцентные лампы диаметром 16 мм

Рис. 16. Люминесцентные лампы диаметром 16 мм

Схемы со стартером

Самыми первыми появились схемы со стартерами и дросселями. Это были (в некоторых вариантах и есть) два отдельных устройства, под каждое из которых имелось свое гнездо. Также в схеме есть два конденсатора: один включен параллельно (для стабилизации напряжения), второй находится в корпусе стартера (увеличивает длительность стартового импульса). Называется все это «хозяйство» — электромагнитным балластом. Схема люминесцентного светильника со стартером и дросселем — на фото ниже.

Схема подключения люминесцентных ламп со стартером

Вот как она работает:

• При включении питания, ток протекает через дроссель, попадает на первую вольфрамовую спираль. Далее, через стартер попадает на вторую спираль и уходит через нулевой проводник. При этом вольфрамовые нити понемногу раскаляются, как и контакты стартера.
• Стартер состоит из двух контактов. Один неподвижный, второй подвижный биметаллический. В нормальном состоянии они разомкнуты. При прохождении тока биметаллический контакт разогревается, что приводит к тому, что он изгибается. Согнувшись, он соединяется с неподвижным контактом.
• Как только контакты соединились, ток в цепи мгновенно вырастает (в 2-3 раза). Его ограничивает только дроссель.
• За счет резкого скачка очень быстро разогреваются электроды.
• Биметаллическая пластина стартера остывает и разрывает контакт.
• В момент разрыва контакта возникает резкий скачок напряжения на дросселе (самоиндукция). Этого напряжения достаточно для того, чтобы электроны пробили аргоновую среду. Происходит розжиг и постепенно лампа выходит на рабочий режим. Он наступает после того, как испарилась вся ртуть.

Рабочее напряжение в лампе ниже сетевого, на которое рассчитан стартер. Потому после розжига он не срабатывает. В работающем светильнике его контакты разомкнуты и он никак в ее работе не участвует.

Эта схема называется еще электромагнитный балласт (ЭМБ), а схема работы электромагнитное пускорегулирующее устройство — ЭмПРА . Часто это устройство называют просто дросселем.

Один из ЭмПРА

Недостатков у этой схемы подключения люминесцентной лампы достаточно:

• пульсирующий свет, который негативно сказывается на глазах и они быстро устают;
• шумы при пуске и работе;
• невозможность запуска при пониженной температуре;
• длительный старт — от момента включения проходит порядка 1-3 секунд.

Две трубки и два дроссели

В светильниках на две лампы дневного света два комплекта подключаются последовательно:

• фазный провод подается на вход дросселя;
• с выхода дросселя идет на один контакт лампы 1, со второго контакта уходит на стартер 1;
• со стартера 1 идет на вторую пару контактов той же лампы 1, а свободный контакт соединяют с нулевым проводом питания (N);

Так же подключается вторая трубка: сначала дроссель, с него  — на один контакт лампы 2, второй контакт этой же группы идет на второй стартер, выход стартера соединяется со второй парой контактов осветительного прибора 2 и свободный контакт соединяется с нулевым проводом ввода.

Схема подключения на две лампы дневного света

Та же схема подключения двухлампового светильника дневного света продемонстрирована в видео. Возможно, так будет проще разобраться с проводами.

https://youtube.com/watch?v=8fF5KQk4L2k

Схема подключения двух ламп от одного дросселя (с двумя стартерами)

Практически самые дорогие в этой схеме — дросселя. Можно сэкономить, и сделать двухламповый светильник с одним дросселем. Как — смотрите в видео.

Сетевое напряжение и мощность лампы

Для нормальной работы источников освещения требуется рабочее напряжение сети 220В с частотой 50 Гц. Это стандартные параметры, отклонение от которых отрицательно влияет на технические характеристики люминесцентных ламп, снижая их функциональность и качество освещения.

От напряжения практически полностью зависит потребляемая мощность. Его воздействие проявляется следующим образом:

• Значительные перепады напряжения приводят к изменению мощности в люминесцентной лампе как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Даже очень мощный прибор будет слабо светить при недостаточном напряжении, произойдет снижение энергоэффективности ламп. Поэтому, прежде чем говорить о неисправности, следует замерить сетевое напряжение.
• Резкие колебания напряжения значительно снижают качество светового потока. В случае изменения частоты возрастает коэффициент пульсации и лампа начинает мерцать.
• Нестабильность сетевого напряжения приводит к быстрому износу и снижению работоспособности источника освещения. Колебания не должны превышать 10% от номинала, в противном случае срок службы люминесцентных ламп снизится и они быстро выйдут из строя.

Мощность и спектр

Чтобы источник освещения мог нормально работать, его необходимо подключать к сети 220  В с частотой 50 Гц. Отклонение может негативно сказаться на стабильности освещения, значительно сократить срок службы.

Перепады напряжения способны изменять мощность электрического прибора, снижая его эффективность. Даже самая мощная лампа при недостатке напряжения будет светить слабо.

Современные ЛЛ имеют практически любые оттенки. Спектр цветовой температуры меняется от классического теплого до дневного света. По оттенкам каждая лампа маркируется соответственно.

Отдельно стоит рассмотреть осветительные устройства с ультрафиолетовым свечением. Они обозначаются отметкой ЛУФ, тогда как приборы рефлекторного синего цвета имеют маркировку ЛСР. УФ-лампы используются для бактерицидной обработки помещений.

Большая часть люминесцентных ламп выдает поток, по своей длине приближенный к обычному солнечному свету. Увидеть сходство между спектрами можно на картинке ниже.

Рисунок 4. Сравнение спектра солнечного света и ЛЛ

Слева показан спектр солнечного света, справа – спектр качественной люминесцентной лампы. Свет солнца обладает более ровной характеристикой, однако сходство определенно наблюдается. У ЛЛ присутствует ярко выраженный пик в зеленой области, тогда как в красной области налицо падение.

Питание от 220В без дросселя и стартера

Дело в том, что стартеры периодически выходят из строя, а дроссели перегорают. Всё это стоит не дешево, поэтому есть несколько схем для подключения светильника без этих элементов. Одну из них вы видите на рисунке ниже.

Диоды можно выбирать любые с обратным напряжением не менее 1000В и током не меньше чем потребляет светильник (от 0,5 А). Конденсаторы выбирайте с таким же напряжением в 1000В и ёмкостью 1-2 мкФ

Обратите внимание, что в этой схеме включения выводы лампы замкнуты между собой. Это значит, что спирали в процессе зажигания не участвуют и можно использовать схему для розжига ламп, где они перегорели

Такую схему можно использовать для освещения подсобных помещений и коридоров. В гараже можно применять, если в нём вы не работаете на станках. Светоотдача может быть ниже, чем при классическом подключении, а световой поток будет мерцать, хоть это и не всегда заметно для человеческого глаза. Но такое освещение может вызвать стробоскопический эффект — когда вращающиеся части могут казаться неподвижными. Соответственно это может привести к несчастным случаям.

Примечание: во время экспериментов учтите, что запуск люминесцентных источников света в холодное время года всегда осложнен.

На видео ниже наглядно показано, как запустить люминесцентную лампу, используя диоды и конденсаторы:

Есть еще одна схема подключения люминесцентной лампы без стартера и дросселя. В качестве балласта при этом используется лампочка накаливания.

Лампу накаливания использовать на 40-60 Вт, как показано на фото:

Альтернативой описанным способам является использование платы от энергосберегающих ламп. Фактически это тот же ЭПРА, что используется с трубчатыми аналогами, но в миниатюрном формате.

На видео ниже наглядно показано, как подключить люминесцентную лампу через плату энергосберегающей лампы:

2

Подключение с электромагнитным балластом – классическая схема

Первые лампы дневного света включались через дроссель и стартер. Раньше это были отдельные устройства (в некоторых моделях так и сейчас) с гнездами в корпусе светильника для каждого. Схема также имеет 2 конденсатора. Один размещен в стартере – продлевает импульс, второй стабилизирует напряжение. Все оборудование называют электромагнитным балластом.

Этот тип подключения имеет несколько преимуществ:

прошел испытание временем и подтвердил надежность;простой;комплектующие недорогие по стоимости.

Практическое применение выявило многие недостатки, особенно по сравнению с электронной схемой подключения ЛДС:

потребляет на 15%!б(MISSING)ольше электричества;тяжелый осветительный прибор;долго включается, особенно когда стареет лампа;плохо работает на холоде;гудит дроссель, звук нарастает со временем;мерцает свет, что плохо сказывается на зрении.Схема для одной лампы

При монтаже вначале вставляют в гнездо стартер для соединения с нитями накаливания в колбе. К свободным контактам подключают дроссель. На сетевые провода параллельно устанавливают конденсатор.

Маркировка

Маркировка дает всю необходимую информацию о производителе, мощности, типе цоколя, сроке службы, оттенке, диаметре колбы и виде люминесцентной лампы.

Первая буква «Л» подтверждает, что прибор относится к люминесцентному типу. Далее указывается оттенок излучения. Он обозначается:

• Д – дневной свет;
• Б – белый;
• ХБ – холодный белый;
• ТБ – теплый белый;
• Е – естественно-белый;
• У – универсальный;
• УФ – ультрафиолет;
• К, Ж, З, Г, С – оттенки цвета;
• Ц – улучшенная цветопередача;
• ЦЦ – сверхулучшенная цветопередача.

Маркировка, состоящая из буквы «Т» с последующими значениями 18, 26 и 38 обозначает диаметр колбы. Мощность можно узнать по показателям, указанным в W или Вт (13 W, 28 Вт).

Далее идет описание цоколя:

• FS – одинарный;
• FD – 2-ухцокольная (трубчатая);
• FB – компактная.

Напряжение представлено в двух видах: 127 и 220 В. Форму лампы можно понять по следующей маркировке:

• U – дуговая или U-образная;
• Р – рефлектор;
• 4U – 4-ехдуговая;
• G – шар;
• S – спираль;
• Т – таблетка;
• С – в виде свечи.

Также в маркировке может  быть указана особенность конструкции:

• «А» – наличие амальгамы;
• «Б» – быстрый пуск;
• «ТЛ» – тлеющий разряд.

Вся информация описывается производителем на упаковочной коробке лампы.

Подключение

С электротехнической точки зрения, люминесцентная лампа – это устройство с отрицательным сопротивлением. Это значит, что чем более сильный ток через нее проходит, тем больше падает сопротивление. В этой связи при непосредственном подключении лампы к электросети она быстро выходит из строя из-за чересчур сильного тока. Эта проблема решается путем подключения лампы через так называемый балласт.

В простейшем варианте в качестве балласта выступает простой резистор. Его недостаток состоит в потере значительного количества энергии. Избежать потерь можно путем использования в качестве балласта конденсатора или катушки индуктивности, создающих реактивное сопротивление. Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются электромагнитные и электронные балласты.

Основные неисправности

Неисправности люминесцентных ламп

К основным причинам, по которым люминесцентные лампы дневного света выходят из строя, относятся:

• Износ вольфрамовой нити. Из вольфрамовой нити, которая покрыта активной массой, делаются электроды. Со временем покрытие разрушается и осыпается, из-за чего нить выходит из строя.
• Постоянное срабатывание стартера в лампочках с ЭмПРА. Оно напрямую связано с выгоранием электродов. При постоянном срабатывании стартеров светильник начинает мигать, что негативно сказывается на здоровье человека.
• Неисправность дросселя. Если сломался дроссель, электрический ток в цепи значительно возрастает, из-за чего резко нагреваются электроды. Под действием высоких температур электроды разрушаются, и лампа перестает работать.
• Некачественная защита в лампах с ЭПРА. В приборах с электронным балластом устанавливается схема автоматического отключения при перегорании лампы. В дешевых устройствах неизвестного производителя защита может быть некачественной или отсутствовать вовсе. Это приводит к повышению напряжения и перегоранию транзисторов балласта.
• Неправильный выбор конденсатора. Если конденсатор не подходит под мощность лампы, произойдет пробой.

Если лампа сломалась, осуществить самостоятельный ремонт сложно. Рекомендуется обратиться к специалисту или приобрести новый прибор.

Ремонт ЭПРА

Если модуль ЭПРА вышел из строя, то для его ремонта потребуются определенные знания электроники и умение пользоваться мультиметром. Если базовых знаний электроники нет, то лучше всего просто произвести замену блока целиком, либо отдать в мастерскую на ремонт. Чтобы рассмотреть подробности ремонта ЭПРА не хватит многотомника.

Поиск неисправности необходимо начинать с осмотра платы. Неисправные электронные элементы имеют характерную черному. Корпуса деталей могут почернеть, а на плате будет заметно темное пятно. Обязательно нужно просмотреть и токоведущие дорожки.

Как и любом ремонте, часто, перегоревший элемент – это не причина, а следствие.

Инструментальную диагностику начинаем с проверки предохранителя. Как правило на плате он обозначается латинской буквой F и цифрой – порядковым номером.

Прозвонка элементов ЭПРА с помощью мультиметра

При ремонте балласта для люминесцентных источников света обратите внимание на электролитические конденсаторы. Если конденсатор деформирован – вздулся, он подлежит замене

Здесь важно использовать конденсатор с напряжением не ниже того, который был установлен. Больше – можно, меньше – нет

Емкость не желательно менять. Обязательно соблюсти полярность. Неправильная полярность – основная причина взрыва конденсатора.

Далее стоит произвести прозвонку полупроводников. Диоды не должны быть в пробое – при любой полярности щупов мультиметра Вы не должны слышать писк. Тоже касается и униполярных транзисторов. Затвор, исток, сток не должны прозваниваться накоротко в любых позициях.

Большинство мастеров сервисных центров предпочитают не браться за ремонт схемы пускателя. Да и потребителю могут выставить счет на сумму большую, чем стоит новый аппарат. Мастера считают, что при выходе более одного компонента на плате, ремонт считается экономически нецелесообразным.

Варианты исполнения

По стандарту, люминесцентные лампы подразделяют на колбные и компактные. Оба типа используются довольно широко.

Колбные лампы имеют в качестве оболочки стеклянную трубку. Они могут отличаться по типу и диметру цоколя. Такие лампы часто используются в крупных помещениях: магазины, офисы, цеха, склады и так далее.

Компактные люминесцентные лампы имеют оболочку в виде более тонкой (по сравнению с колбными) изогнутой трубки. Их различают по типу цоколя и размерам. Эти лампы производятся под стандартный патрон Е27 и Е14, поэтому их можно использовать вместо ламп накаливания в обычных светильниках. Их мощность, как правило, колеблется в пределах 16-36 Вт. Люминесцентная лампа такого типа имеет небольшие габариты и устойчивость к механическим воздействиям (умеренным, разумеется).

Кроме типа цоколя, на коробке из-под лампы указываются такие данные:

1. Цвет излучения: Д – дневной, Б – белый, ХБ – холодно-белый и т. д.
2. Мощность в ватах: 16W, 18W и т. д.
3. Длина корпуса (если это колбный вариант люминесцентной лампы): 765, 450 и т. д. Подразумевается длина в миллиметрах.

Возвращаясь к типу цоколей, стоит отметить, что они бывают резьбовыми (например, Е27) и штырьковыми (например, G13). Люминесцентная лампа может иметь и другие типы цоколей, но они слабо распространены.

Люминофоры и спектр излучения

Многие пользователи считают, что свет люминесцентных ламп грубый и неприятный. Кроме того, цвет предметов, которые освещаются такими лампами, может искажаться. Виной тому синие и зеленые линии в спектре излучения разряда и тип применяемого люминофора.

В дешевых светильниках с люминесцентными лампами используют галофосфатный люминофор, излучающий главным образом желтый и синий свет, и в меньшей мере зеленый и красный свет. Глазу такая смесь цветов кажется белым светом, однако если свет отражается от предметов, его спектр меняется и возникает эффект искажения. Достоинством таких ламп является высокая световая отдача.

В более дорогих моделях применяет трех- или пятиполосный люминофор. Благодаря этому удается получить более равномерное распределение излучения по видимому спектру. Так свет воспроизводится более натурально. Недостатком этих ламп является не такая высокая светоотдача, как в предыдущем случае.

Существуют также специальные люминесцентные лампы, используемые в освещении помещений, в которых живут птицы. Их спектр содержит ближний ультрафиолет, позволяющий питомцам практически не чувствовать разницу между естественным и искусственным освещением. Необходимость применения таких технологий обусловлена тем, что в отличие от людей, птицы имеют четырехкомпонентное зрение.

Достоинства и недостатки лампы

К достоинствам ЛБ относятся:

• Повышенная световая отдача, высокий коэффициент действия — примерно в 2-3 раза больше, чем у лампочек накаливания. В среднем люминесцентная лампочка дает в 5-7 раз больше света, чем обычная лампа накаливания;
• Охват большой территории. Одна лампочка может осветить значительную площадь;
• Экономное потребление электричества. ЛБ меньшей мощности потребляет меньше электричества, при этом она дает столько же света, что и более сильные лампы накаливания;
• Наличие цветных и специальных моделей (бактерицидных, ультрафиолетовых). Их можно использовать в медицине, пищевой промышленности, для декорирования помещений;
• Длительный срок службы. Минимальный срок составляет 4,8 тысяч часов, максимальный — 20 тысяч. В среднем лампочки прослужат около 12 тысяч часов;

Вам это будет интересно Все о Led лампочках

Светильники ЛБ 36 пользуются популярностью

Важно! Срок службы напрямую зависит от количества включений и выключений. Обычно в общественных местах светильники быстрее выходят из строя

Невысокая цена: цена составляет 50-100 рублей.*

Недостатками являются:

Внутри лампы содержится ртуть, что делает ее опасной для человека. Утилизировать светильники можно только через специальные пункты сбора ртутных ламп

Если лампа разобьется, потребуется проявить осторожность при уборке последствий;
Для работы необходим специальный дроссель, из-за которого конечная стоимость увеличивается;
Любые неполадки могут вызвать мерцание лампы, которое плохо отражается на зрении и самочувствии, становится причиной головой боли и усталости.

Описание люминесцентных ламп

Они относятся к газоразрядным лампам низкого давления – внутри колбы оно не превышает 400 Па. Средой для распространения электрического разряда служит инертный газ аргон. Для увеличения проницаемости среды в него добавлена металлическая ртуть, превращающаяся в пар при разогреве.

Дело в том, что газовая смесь со ртутью дает свечение сине-зеленого цвета, плохо воспринимающееся глазом человека. Люминофор сдвигает спектр излучения в более комфортную для него область. Обычно оно имеет белый или синеватый оттенок, аналогичный свету солнца в полдень. Поэтому источники света такого типа получили обиходное название «лампы дневного света».