Świetlówki - co to jest? Zasada działania

Lampy fluorescencyjne są gazowo-wyładowczymi źródłami światła. Ich strumień światła powstały w wyniku luminescencji luminoforów, na które wpływ mają promieniowanie ultrafioletowe absolutorium. Jego widzialna jasność zwykle nie przekracza 1-2%. Lampy fluorescencyjne (LL) są szeroko stosowane w oświetlaniu pomieszczeń różnego typu. Ich sprawność świetlna jest wielokrotnie większa niż w tradycyjnych żarówkach. W pewnych warunkach (zasilanie wysokiej jakości, użycie statecznika, zgodność z ograniczeniami liczby przełączeń), takie lampy mogą służyć dziesiątki razy dłużej niż lampy żarowe. Dziś zapoznamy się z historią lampy fluorescencyjnej i zasadą jej pracy.

Zakres stosowania

Liniowe lampy fluorescencyjne od dawna stanowią najbardziej dogodną i ekonomiczną metodę oświetlania przestrzeni publicznych: biura, instytucje edukacyjne, sklepy, szpitale, przedsiębiorstwa i tak dalej. Wraz z pojawieniem się nowoczesnych technologii, które pozwalają na stworzenie kompaktowego LL dla zwykłych wkładów E14 lub E27, szybko zyskały popularność w życiu codziennym i zaczęły wymuszać tradycyjne żarówki. Najczęściej w życiu codziennym korzystamy z oszczędnych świetlówek o mocy 18 lub więcej watów.

Dzięki zastosowaniu stateczników elektronicznych zamiast zwykłego elektromagnetyzmu można znacznie poprawić charakterystykę działania lamp - aby pozbyć się szumu i migotania, aby zwiększyć wydajność i zwartość.

Główne zalety świetlówek w porównaniu ze zwykłymi dla wszystkich żarówki żarowe to wysoka moc światła (więcej niż kilka razy) i dłuższy czas pracy (ponad kilkadziesiąt razy). Ich zastosowanie jest szczególnie ważne w przypadkach, gdy oświetlenie nie wyłącza się przez długi czas, ponieważ włączenie jest najtrudniejszym trybem, a czas pracy zależy od liczby włączeń. Tak więc, pomimo wyższych kosztów, świetlówki mogą znacznie zaoszczędzić.

Historia

Pierwsze podobieństwo oprawy z lampą fluorescencyjną zostało opracowane w 1856 r. Przez Heinricha Geisslera, który uzyskał luminescencję ze szklanej rurki wypełnionej gazem i wzbudzonej za pomocą solenoidu. W 1893 roku na wystawie w Chicago Thomas Edison po raz pierwszy pokazał publiczności świetlistą poświatę. Rok później, mf Lampa wypełniona azotem i dwutlenkiem węgla i emitująca różowo-białe światło została stworzona przez Moore'a. Sukces tego wynalazku był bardzo ograniczony. W 1901 r. Peter Hewitt stworzył lampę rtęci emitującą niebiesko-zielone światło. Było to spowodowane kolorem, który nie był odpowiedni do praktycznego zastosowania. Jednak wynalazek Hitt'a był bliski nowoczesnym lampom i miał znacznie większy potencjał niż poprzednie lampy. W 1926 roku Edmund Jermer wraz ze swoim personelem zaproponował zwiększenie ciśnienia wewnątrz kolby i pokrył ją fluorescencyjnym proszkiem, który przekształca promieniowanie ultrafioletowe w jednolitą biel. Wkrótce firma General Electric kupiła patent od wynalazcy, a pod jego kierownictwem do 1938 roku LL wprowadził na szeroki rynek. Tak więc w przypadku Jermer'a początek historii lamp fluorescencyjnych jest często kojarzony.

Zasada działania

Kiedy lampa fluorescencyjna jest podłączona do sieci, wyładowanie elektryczne występuje pomiędzy dwiema elektrodami umieszczonymi na przeciwległych końcach. Z powodu przepływu prądu przez parę rtęci, która wypełniała wewnętrzną wnękę lampy, promieniowanie UV jest niewidoczne dla ludzkiego oka. Za pomocą fosforu osadzonego na ścianach promieniowanie to zamienia się w światło widzialne. Tak więc luminofor został zaprojektowany do pochłaniania promieniowania UV i emitowania światła widzialnego. Zmiana jego składu może różnić się odcieniem blasku lampy.

Zalety i wady lamp fluorescencyjnych

LL ma następujące zalety:

1. Wysoka wydajność świetlna i wydajność.
2. Różnorodne odcienie blasku.
3. Światło rozproszone.
4. Długa żywotność.

Wady świetlówek:

1. Zagrożenie chemiczne. Powodem są toksyczne opary rtęci.
2. Nierówne, nieprzyjemne dla światła, powodujące zniekształcenie koloru oświetlanych powierzchni. Lampy pozbawione tego problemu mają mniejszą moc świetlną.
3. Luminofor "działa" w miarę upływu czasu, w wyniku czego zmienia się widmo, strumień świetlny maleje, a wydajność spada.
4. W przypadku podwójnej częstotliwości sieci niektóre lampy mogą migotać.
5. Dostępność narzędzi sterujących.
6. Niski współczynnik mocy.

Połączenie

Z elektrycznego punktu widzenia lampa fluorescencyjna jest urządzeniem o ujemnej rezystancji. Oznacza to, że im silniejszy przepływa przez nią prąd, tym większy spadek oporu. W związku z tym, przy bezpośrednim połączeniu lampy z siecią, szybko przestaje działać z powodu zbyt dużego prądu. Problem ten rozwiązuje się, podłączając lampę przez tak zwany statecznik.

W najprostszej wersji prosty rezystor działa jak statecznik. Jego wadą jest utrata znacznej ilości energii. Straty można uniknąć, wykorzystując jako statecznik kondensatora lub cewkę indukcyjną, tworząc reaktancję. Stateczniki elektromagnetyczne i elektroniczne są obecnie najbardziej popularne.

Statecznik elektromagnetyczny

Stateczniki do lamp fluorescencyjnych są urządzeniami balastowymi. Urządzeniami tego typu są dławik (rezystor indukcyjny) połączony szeregowo z lampą. Aby uruchomić lampę z balastem, potrzebujesz również rozrusznika. Zaletą tego połączenia jest jego prostota i niski koszt. Główną wadą jest migotanie lamp przy dwukrotnej częstotliwości napięcia sieciowego. Z tego powodu osoby przebywające w pokoju zwiększają zmęczenie oczu, co może niekorzystnie wpływać na ich zdrowie. Ponadto lampy ze statecznikiem elektromagnetycznym pracują przez stosunkowo długi czas (od jednej do kilku sekund, w zależności od ich żywotności), budzą i emitują więcej energii niż ich odpowiedniki z elektronicznym statecznikiem.

Oprócz powyższych wad, warto również zwrócić uwagę na efekt bramkowania, który występuje z powodu migotania lamp. Jego istotą jest to, że podczas obserwacji obiektu obracającego się lub oscylującego, którego częstotliwość ruchu jest równa częstotliwości migotania lampy fluorescencyjnej, obiekt ten może wydawać się nieruchomy. Podobny efekt może wystąpić, na przykład, podczas monitorowania obracającego się wrzeciona lub wiertarka, mikser kuchenny, piły cyrkulacyjne i inne urządzenia do przenoszenia. Dlatego, aby uniknąć obrażeń, przy produkcji lamp fluorescencyjnych do podświetlania mechanizmów ruchomych dopuszcza się tylko dodatkową instalację żarówek.

Statecznik elektroniczny

Ten typ statecznika jest reprezentowany przez obwód elektroniczny, który przekształca napięcie sieciowe na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości, który zasila lampę. Zaletą tego balastu jest brak migotania i buczenia. Ponadto, w porównaniu z analogiem elektromagnetycznym, ma mniejszą masę i rozmiar.

Podczas korzystania z tego rodzaju połączenia można uzyskać tzw. Zimny ​​start - natychmiastowe uruchomienie lampy. Jednak ze względu na to, że ten tryb ma niekorzystny wpływ na żywotność lamp, stosuje się gorący start, który obejmuje podgrzewanie elektrod. Musimy przyznać, że ogrzewanie trwa nie dłużej niż jedną sekundę, więc ta funkcja połączenia nie powoduje żadnych niedogodności.

Uruchomienie statecznika elektromagnetycznego

W klasycznym schemacie uruchamiania lampy z statecznikiem elektromagnetycznym stosuje się rozrusznik (rozrusznik), czyli miniaturową lampę neonową z wyładowaniem gazowym z parą metalowych elektrod. Jedna z elektrod jest sztywna i nieruchoma, a druga jest bimetaliczna, zginająca się. Dlatego w stanie początkowym elektrody są otwarte.

Rozrusznik uruchamia się równolegle z lampą. W momencie włączenia pełne napięcie jest doprowadzane do elektrod rozrusznika i lampy. Wynika to z faktu, że prąd płynący przez lampę nie gaśnie, a spadek napięcia na rozruszniku wynosi zero.

Ponieważ elektrody lampy są zimne, napięcie sieciowe nie wystarcza do zapłonu. Ze względu na występowanie rozładowania w rozruszniku, prąd przechodzi przez lampę i wystarcza dla elektrod starterowych, ale nie wystarcza do ogrzania lampy. W rezultacie prąd we wspólnym obwodzie rośnie i ogrzewa elektrody lampy. Gdy tak się stanie, elektrody rozruchowe zostają schłodzone i otwarte. Z powodu chwilowego zerwania obwodu na dławik pojawia się szczyt napięcia, który stymuluje zapłon lampy. Tymczasem elektrody są już wystarczająco ciepłe.

Podczas spalania napięcie w lampie wynosi około połowy sieci, a także w rozruszniku. Powodem jest to, że przechodzi przez przepustnicę, spada, co eliminuje wielokrotne uruchamianie rozrusznika.

Po uruchomieniu rozrusznik może działać kilka razy. Wynika to z odchyleń jego charakterystyki od charakterystyki lampy. W niektórych przypadkach rozrusznik zaczyna się cyklować. Jeśli tak się stanie, lampa jest stale wygaszana i miga ponownie. Podczas gaszenia można kontemplować blask katod nagrzanych prądem.

Elektroniczny start balastu

W przypadku statecznika elektronicznego z reguły nie ma potrzeby stosowania osobnego specjalnego rozrusznika, ponieważ ten statecznik może niezależnie tworzyć niezbędne sekwencje napięciowe.

Uruchomienie lampy fluorescencyjnej z elektronicznym statecznikiem może odbywać się przy użyciu różnych technologii. W najbardziej typowym z nich, urządzenie sterujące ogrzewa katody lampy i zasila je napięciem wystarczającym do zapłonu. Z reguły jest napięciem przemiennym i wielkiej częstotliwości. Takie połączenie eliminuje migotanie lamp, co stanowi znaczącą wadę stateczników elektromagnetycznych.

W zależności od cech konstrukcyjnych i parametrów czasowych sekwencji rozruchu lampy, takie urządzenia sterujące mogą zapewnić zarówno natychmiastowe przełączanie światła, jak i płynne, ze stopniowym zwiększaniem jasności.

Często łączone metody rozruchu są stosowane, gdy lampa jest aktywowana nie tylko przez ogrzewanie katod, ale także dlatego, że obwód, który je zasila, działa jako obwód oscylacyjny. Charakterystyki obwodu oscylacyjnego są dobrane w taki sposób, że w przypadku braku wyładowania w lampie występuje w nim zjawisko rezonansu elektrycznego, które prowadzi do znacznego wzrostu napięć między katodami lampy. Zwykle prowadzi to również do zwiększenia prądu grzewczego katody. Powodem jest to, że przy stosowaniu takiego obwodu rozruchowego żarnika, katody są często połączone szeregowo przez kondensator i działają jako część obwodu oscylacyjnego. W wyniku tego, dzięki podgrzaniu katod i wysokiemu napięciu między nimi, lampa zapala się szybko i łatwo.

Po zapłonie zmieniają się parametry obwodu oscylacyjnego, rezonans zatrzymuje się, a napięcie w obwodzie ulega znacznemu zmniejszeniu, zmniejszając w ten sposób prąd żarzenia katod.

Istnieją różne warianty tej technologii. Na przykład, w skrajnych przypadkach, balast może wcale nie ogrzewać katod, lecz tylko przykładać do nich napięcie wystarczająco wysokie do zapłonu z powodu rozkładu gazu znajdującego się między katodami. Podobną technologię stosuje się do uruchamiania lamp z zimną katodą. Jest popularny wśród szynek, dzięki możliwości uruchomienia nawet z wypalonymi włóknami katodowymi. Konwencjonalne metody nie mogą ich uruchomić, ponieważ katody w tym przypadku nie nagrzewają się. W szczególności, radioamatorzy wykorzystują tę metodę do przywracania kompaktowych energooszczędnych lamp, które są zwykłymi lampami fluorescencyjnymi z elektronicznym statecznikiem wbudowanym w małe opakowanie. Po przerobieniu statecznika taka lampa działa przez długi czas, pomimo wstępnego podgrzewania cewek grzewczych. Jego żywotność jest ograniczona, z wyjątkiem czasu całkowitego rozpylania elektrod.

Powód awarii

Elektrody lamp fluorescencyjnych są włóknami wolframowymi powleczonymi aktywną masą (pastą) metali ziem alkalicznych. To ta pasta zapewnia świecące wyładowanie. Bez tego włókna wolframowe wypaliłyby się znacznie szybciej. W procesie pracy z lampą wklej stopniowo rozpada się, blaknie i odparowuje. Proces jest przyspieszany w przypadku częstych rozruchów, gdy wyładowanie w krótkim okresie czasu przebiega nie przez cały obszar elektrody, ale na małej jej powierzchni. Prowadzi to do przegrzania elektrody i pojawienia się ciemnienia na końcach lampy, co zwykle wskazuje na jej bliskie uszkodzenie.

Gdy pasta jest całkowicie wypalona, ​​prąd lampy spada, a napięcie wzrasta. W rezultacie rozrusznik zaczyna zapalać się stale, powodując miganie, które również wskazuje, że dni lampy są w górze. Elektrody są w ciągłym ogrzewaniu, a na koniec jedna z nich wypala się. Zdarza się to kilka dni po pojawieniu się migotania.

W ostatnich minutach pracy lampa świeci się bez migotania. W tym momencie wyładowanie przechodzi przez resztki elektrody, na której nie ma już aktywnej masy. Kiedy resztki wolframu odpadają lub wyparowują, wyładowanie dostaje się do poprzeczki (filamenty wolframowe wykonane z drutu). Po wypaleniu trawnika lampa zacznie ponownie migotać. Jeśli go wyłączysz i ponownie włączysz, nie będzie już świecić.

Opisany powyżej mechanizm wypalania lampy dotyczy modeli wykorzystujących stateczniki elektromagnetyczne. W przypadku stateczników elektronicznych wszystko dzieje się trochę inaczej. Podobnie jak w poprzednim przypadku, wszystko zaczyna się od spalenia aktywnej masy elektrod, a następnie ich przegrzania i wypalenia jednego z włókien. Różnica polega na tym, że natychmiast po wypaleniu lampa gaśnie bez migotania i mrugania. Wynika to z konstrukcji statecznika elektronicznego, który zapewnia automatyczne wyłączenie lampy w przypadku jej awarii.

Fosfory i widmo emisyjne

Wielu użytkowników uważa światło fluorescencyjne za szorstkie i nieprzyjemne. Ponadto kolor obiektów oświetlanych przez takie lampy może być zniekształcony. Wynika to z niebieskich i zielonych linii w widmie emisyjnym wyładowania i rodzaju użytego fosforu.

W tanich oprawach z lampami fluorescencyjnymi stosuje się luminofor halofosforanowy emitujący głównie światło żółte i niebieskie, aw mniejszym stopniu światło zielone i czerwone. Dla oka taka mieszanina kolorów wydaje się być białym światłem, ale jeśli światło odbija się od obiektów, zmienia się jego widmo i pojawia się efekt zniekształcenia. Zaletą takich lamp jest duży strumień świetlny.

W droższych modelach zastosowano trzy- lub pięciokrotnie luminofor. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie bardziej równomiernego rozkładu promieniowania nad widmem widzialnym. Tak więc światło jest odtwarzane bardziej naturalnie. Wadą tych lamp nie jest tak wysoka moc jak w poprzednim przypadku.

Istnieją również specjalne lampy fluorescencyjne stosowane do oświetlania pomieszczeń, w których żyją ptaki. Ich asortyment zawiera światło ultrafioletowe, które pozwala zwierzętom niemal nie odczuwać różnicy między naturalnym a sztucznym oświetleniem. Potrzeba takich technologii wynika z faktu, że w przeciwieństwie do ludzi ptaki mają wizję czteroskładnikową.

Opcje wykonania

Lampy fluorescencyjne są standardowo podzielone na żarówki i kompaktowe. Oba typy są używane dość szeroko.

Lampy żarówkowe mają szklaną rurkę jako osłonę. Mogą różnić się rodzajem i średnicą podstawy. Takie lampy są często używane w dużych pomieszczeniach: sklepach, biurach, warsztatach, magazynach i tak dalej.

Kompaktowe lampy fluorescencyjne mają powłokę w postaci cieńszej (w porównaniu do żarówki) zakrzywionej rurki. Wyróżniają się typem piwnicy i wielkością. Lampy te są produkowane pod standardowym nabojem E27 i E14, dzięki czemu mogą być stosowane zamiast tradycyjnych lamp żarowych. Ich moc z reguły waha się od 16-36 watów. Świetlówka tego typu ma niewielkie rozmiary i odporność na naprężenia mechaniczne (oczywiście umiarkowane).

Oprócz rodzaju podstawy, na pudełku pod lampą podane są następujące dane:

1. Kolor promieniowania: D - dzień, B - biały, HB - zimny biały itp.
2. Moc: 16 W, 18 W itp.
3. Długość ciała (jeśli jest to lampa fluorescencyjna w kolbach): 765, 450 itd. Jest to długość w milimetrach.

Powracając do typu bazy, warto zauważyć, że są one gwintowane (na przykład E27) i pin (na przykład G13). Lampa fluorescencyjna może mieć inne rodzaje nakładek, ale nie są one zbyt powszechne.

Wykorzystanie świetlówek

Wszystkie lampy tego typu zawierają rtęć, która jest znana jako substancja toksyczna. W różnych modelach lamp jego dawka może wynosić od 40 do 70 mg. Ale nawet niewielka ilość rtęci w świetlówce o mocy 18 W wystarcza, by spowodować uszkodzenie zdrowia. Rtęć prezentowana jest w postaci pary, więc jeśli lampa jest uszkodzona, należy natychmiast przewietrzyć pomieszczenie.

Po wygaśnięciu żywotności lamp wyrzuca się je zwykłymi śmieciami, co jest całkowicie błędne. Są firmy, które przetwarzają takie lampy, ale zwracają się do nich tylko duże przedsiębiorstwa. W uczciwy sposób należy zauważyć, że ilość rtęci wprowadzanej do powietrza z pokładów na wysypiskach nie jest tak duża, jak ilość tej substancji uwalniana podczas wytwarzania energii. A ponieważ LL są ekonomiczne, ich użycie ma nawet pozytywny wpływ na stan ekologiczny naszej planety. Utylizacja świetlówek jest jednak problemem otwartym.