Принцип работы люминесцентных ламп
Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, в торцы которой впаяны электроды. Применяемые для освещения жилых зданий люминесцентные лампы низкого давления имеют биспиральные или триспиральные электроды из вольфрамовой проволоки, на которые нанесен слой активного вещества (оксида), обладающего низкой работой выхода при температуре порядка 900 – 950°С.
В трубки с откачанным воздухом введены небольшие количества ртути, создающие при нормальной температуре незначительное давление ее насыщающих паров и инертный газ с парциальным давлением в несколько сотен паскалей (миллиметров ртутного столба). Инертный газ облегчает зажигание ламп и уменьшает распыление оксида электродов. Дуговой разряд в парах ртути обладает высокой эффективностью преобразования электрической энергии в ультрафиолетовое излучение, которое находится за пределами видимой части спектра. На внутреннюю поверхность трубки равномерно по всей длине нанесен слой люминофора, преобразующего ультрафиолетовую часть излучения в видимое.
Сочетание двух указанных факторов: разряда в парах ртути и преобразования ультрафиолетового излучения в слое люминофора – обеспечивает высокую световую отдачу люминесцентных ламп. Световой поток люминесцентных ламп одной и той же мощности и конструкции зависит от марки примененного люминофора и технологии его нанесения. Промышленность выпускает люминесцентные лампы пяти типов по цветности излучения (ЛД, ЛДЦ, ЛХБ, ЛБ и ЛТБ), имеющих разное значение светового потока. В табл. 1 приведены значения светового потока люминесцентных ламп мощностью 20, 40 и 65 Вт в зависимости от марки люминофора.
Таблица 1 Значения светового потока люминесцентных ламп после 100 ч. горения, лм
Тип лампы |
Световой поток |
Тип лампы | Световой поток | Тип лампы | Световой поток |
ЛДЦ 20-4 |
820 |
ЛДЦ 40-4 | 2100 | ЛДЦ 65-4 | 3050 |
ЛД 20-4 |
920 |
ЛД 40-4 | 2340 | ЛД 65-4 | 3570 |
ЛХБ 20-4 |
935 |
ЛХБ 40-4 | 2600 | ЛХБ 65-4 | 3820 |
ЛТБ 20-4 |
975 |
ЛТБ 40-4 | 2580 | ЛТБ 65-4 | 3980 |
Из табл. 1 видно, что наибольший световой поток имеют лампы типа ЛБ. В связи с тем что особых требований к цветопередаче в осветительных установках общедомовых помещений не предъявляется, рекомендуется применять люминесцентные лампы типа ЛБ или ЛТБ.
Люминесцентные лампы отличаются от ламп накаливания тем, что для включения их в сеть необходимо применение пускорегулирующих аппаратов. Последнее обусловлено падающей вольт-амперной характеристикой газового разряда люминесцентных ламп, в которых с уменьшением напряжения на лампе возрастает ток, проходящий через нее. При непосредственном подключении люминесцентных ламп в сеть любое кратковременное снижение напряжения приводит к лавинообразному нарастанию тока через лампу и к перегоранию ее электродов. Поэтому основное назначение пускорегулирующих аппаратов состоит в стабилизации тока, протекающего через лампу, при допустимых колебаниях напряжения сети. Кроме стабилизации тока лампы, пускорегулирующие аппараты выполняют еще одну функцию – создают условия для надежного зажигания лампы.
В качестве элементов, стабилизирующих параметры разряда, применяют дроссели (индуктивный балласт) и последовательно соединенные дроссель и конденсатор (индуктивно-емкостный балласт). На рис. 1 приведены схемы одноламповых стартерных пускорегулирующих аппаратов с индуктивным и индуктивно-емкостным балластом.
Особенностью этих схем являются низкое значение коэффициента мощности и значительная величина потребляемого реактивного тока. Увеличение реактивного тока вызывает токовую перегрузку сети, увеличивает потери мощности в ней и может явиться причиной срабатываний аппаратов защиты. Поэтому в жилых домах целесообразно применять одно- и двухламповые светильники с высоким коэффициентом мощности (с компенсированными пускорегулирующими аппаратами типа УБК или АБК).
Повышение коэффициента мощности в одноламповых светильниках с индуктивным балластом достигается включением параллельно входным зажимам светильника компенсирующего конденсатора Сн (на рис. 1а показан пунктиром). Из-за несинусоидальной формы тока лампы практически невозможно увеличить коэффициент мощности до единицы. Реактивная мощность высших гармоник тока лампы остается некомпенсированной, и коэффициент мощности всегда меньше 1.
Для одноламповых светильников предельная величина коэффициента мощности находится в пределах 0,92 – 0,94. В двухламповых светильниках компенсация реактивной мощности достигается при включении одной лампы с индуктивным, а другой – с индуктивно-емкостным балластом. Максимальная величина коэффициента мощности в двухламповых светильниках достигает 0,98.
На рис. 2 а показаны статические вольт-амперные характеристики (т. е. зависимость между током и напряжением, соответствующая в каждой точке установившемуся электрическому режиму элемента) люминесцентной лампы, индуктивного балласта и их суммарная характеристика при последовательном соединении лампы и балласта, на рис. 21 б, соответственно, вольт-амперные характеристики лампы, индуктивно-емкостного балласта и суммарная.
Пусть точки А и А1 соответствуют точкам стабильной работы лампы с балластом при номинальном напряжении сети Uн. Ток лампы и балласта в этом случае будет равен I лн, а напряжение на лампе Uлн определяется на вольт-амперной характеристике лампы в точках С и С1. При увеличении напряжения сети отUн до U2 точки стабильной работы лампы с балластом перемещаются соответственно в точки В и В1. Ток лампы увеличивается до I л2, а напряжение на ней снижается до Uл2 (соответственно точкиD иD1). Как видно из рисунков, изменение тока лампы при индуктивно-емкостном балласте будет значительно меньше, чем при индуктивном. Конкретное изменение тока лампы и параметров балластного сопротивления зависит от типа лампы, балласта и значения напряжения питающей сети.
http://fazaa.ru/www.youtube.com/watch?v=iPg0Fjo7iqU
Изменения тока и мощности люминесцентной лампы, в зависимости от напряжения питающей сети, определяются выражениями:
для тока лампы Iл : Iл.н =? (U : Uн – 1) + 1, для мощности лампы Pл : Pл.н =? (U : Uн – 1) + 1,
где ? и ? – коэффициенты нестабильности по мощности и току лампы соответственно, Pл.н и Iл.н – мощность и ток лампы при номинальном напряжении сети Uн соответственно.
Для люминесцентных ламп предельное значение коэффициентов ? и ? составляет 2. Это значит, что при изменении напряжения сети на 10% ток и мощность лампы должны изменяться не более чем на 20%.
Уменьшение срока службы люминесцентных ламп при повышении напряжения сети определяется двумя факторами: разрушением катода за счет увеличения его температуры, обусловленной ростом тока лампы, и разрушением катода за счет интенсивной бомбардировки его положительными ионами при возрастании мгновенных значений тока лампы.
Для люминесцентных ламп, работающих в стартерной схеме включения, установлено, что увеличение тока на 1% уменьшает срок службы катодов на 1,5%. Таким образом, колебания напряжения сети влияют на основные параметры люминесцентных ламп значительно меньше, чем на параметры ламп накаливания.
http://fazaa.ru/www.youtube.com/watch?v=PeerFUxDrz4
Срок службы люминесцентных ламп, работающих в стартерных и бесстартерных схемах включения, при колебании напряжения сети на +10% не снижается. Благодаря большому сроку службы и стабильности светового потока люминесцентных ламп годовые эксплуатационные затраты на осветительные установки с этими лампами значительно меньше, чем на установки с лампами накаливания.