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.

Схема включения люминесцентной лампы.

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.

Схема устройства люминесцентной лампы.

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

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.

Рисунок 1. Схема включения люминесцентной лампы.

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.

Рисунок 2. Схема изменения тока люминесцентной лампы.

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 отU_н 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 U_л2 (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 I_л  : I_л.н =? (U : U_н – 1) + 1, для мощности лампы P_л : P_л.н =? (U : U_н – 1) + 1,

где ? и  ? – коэффициенты нестабильности по мощности и току лампы соответственно, P_л.н и I_л.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.