Изучаем лампы дневного света

Люминесцентные лампы. Виды и работа. Применение и маркировка

Свою историю люминесцентные лампы начинают с газоразрядных приборов, изобретенных в XIX веке. По светоотдаче и экономичности они значительно превосходят лампы накаливания. Применяются для освещения жилых помещений, учреждений, больниц, спортивных сооружений, цехов производственных предприятий.

Принцип работы и основные свойства

Чтобы произошел разряд, к колбе с противоположных сторон подсоединены электроды. Напрямую подключать газоразрядные лампы к сети нельзя. Обязательно используется пусковые регулирующие устройства – балласты.

Если число включений не превышает 5 раз в день, то люминесцентный источник гарантированно прослужит 5 лет. Это почти в 20 раз больше, чем для ламп накаливания.

Среди недостатков люминесцентных ламп выделяют:

• Нестабильную работу при низкой температуре.
• Необходимость в правильной утилизации из-за паров ртути.
• Присутствие мерцания, для борьбы с которым требуется усложнять схему.
• Сравнительно большие размеры.

Однако люминесцентные лампы чрезвычайно экономичны, поскольку потребляют мало энергии, дают больше света и дольше работают. Не удивительно, что они заменили обычные лампочки почти во всех учреждениях и на предприятиях.

Разновидности люминесцентных ламп

Лампы бывают низкого и высокого давления. Трубки низкого давления устанавливают в помещениях, высокого давления – на улицах и в мощных осветительных приборах.

Ассортимент люминесцентных осветительных приборов довольно широк. Они отличаются размером и формой трубки, типом цоколя, мощностью, цветовой температурой, светоотдачей и другими характеристиками.

В зависимости от формы трубки люминесцентные лампы бывают:

• Трубчатыми (прямыми), обозначаются буквой Т или t, имеют прямую форму.
• U-образными.
• Кольцевыми.
• Компактными, применяются для светильников.

Прямые, U-образные и кольцевые типы объединят в один вид линейных ламп. Наиболее часто встречаются осветительные приборы в форме трубок. После буквы T или t стоит число. Оно указывает на диаметр трубки, выраженный в восьмой части дюйма. Т8 означает, что диаметр составляет 1 дюйм или 25,4 мм, Т4 – 0,5 дюйма или 12,7 мм, Т12 – 1,5 дюйма или 38,1 мм.

Чтобы сделать лампу более компактной, ее колбу изгибают. Для запуска таких ламп используют встроенный электронный дроссель. Цоколь делают либо под стандартные лампы, либо под специальные светильники.

Цоколь люминесцентной лампы может быть типа G (штырьковый с двумя контактами) или типа E (винтовой). Последний тип применяется в компактных моделях. Цифры после буквы G указывают на расстояние между контактами, а после буквы E – диаметр в миллиметрах.

Спектр излучения люминофора для люминесцентных ламп

Человеческий глаз воспринимает волны длинной 380÷780 нм. Кроме них солнечный свет содержит излучение ультрафиолетового и инфракрасного спектра.

В люминесцентных лампах ультрафиолетовое излучение люминофором преобразуется в видимый свет. Внутреннюю поверхность колб дешевых модификаций покрывают одним слоем люминесцирующего состава. Результат: они излучают голубой или желтый свет, но при этом происходит искажение цветов предметов.

Трубки дорогих моделей покрывают тремя либо пятью слоями люминофора. Это делает освещение похожим на естественный свет из-за увеличения числа диапазонов излучения. Достигается максимальное качество цветопередачи.

По спектральному составу излучения люминесцентные светильники разделяют на три группы:

1. Стандартные (1 слой люминофора). Являются источниками белого цвета. С их помощью освещают общественные заведения.
2. С улучшенной цветопередачей (3 или 5 слоев люминесцирующего вещества). Передача света у таких моделей лучше и их световой поток больше на 12 %, чем у стандартных аналогов. Лампы данного вида используют в музеях, мебельных салонах, ими оснащают витрины.
3. Специальные. В них используется люминофоры особого типа либо с добавками. Спектральный состав излучения определяется назначением устройства, например, для соляриев, бактерицидные.

Чтобы избежать вредного воздействие излучения ультрафиолетового спектра на кожу человека, осветительные устройства в рабочих, жилых помещениях оснащают УФ-фильтрами. В таких местах лучший вариант – это лампы максимально приближенные спектрально к солнечному свету.

Подключение с применением электромагнитного балласта или ЭПРА

Особенности строения  не позволяют подключить ЛДС непосредственно в сеть 220 В – работа от такого уровня напряжения невозможна. Для запуска требуется напряжение не ниже 600В.

С помощью электронных схем необходимо последовательно друг за другом обеспечить нужные режимы работы, каждый из которых требует определенного уровня напряжений.

Режимы работы:

• розжиг;
• свечение.

Запуск заключается в подаче импульсов высокого напряжения (до 1 кВ) на электроды, в результате чего между ними возникает разряд.

Отдельные виды пускорегулирующей аппаратуры, перед тем как произвести пуск, нагревают спираль электродов. Накаливание помогает легче запустить разряд, нить при этом меньше перегревается и дольше служит.

После того как светильник загорелся, питание производится переменным напряжением, включается энергосберегающий режим.

В устройствах, выпускаемых промышленностью, используются два вида пускорегулирующей аппаратуры (ПРА):

• электромагнитный пускорегулирующий аппарат ЭмПРА;
• электронный пускорегулирующий аппарат – ЭПРА.

Схемы предусматривают различное подключение, оно представлено ниже.

Схема с ЭмПРА

В состав электрической схемы светильника с электромагнитной пускорегулирующей аппаратурой (ЭмПРА) входят элементы:

• дроссель;
• стартер;
• компенсирующий конденсатор;
• люминесцентная лампа.

В момент подачи питания через цепь: дроссель – электроды ЛДС, на контактах стартера появляется напряжения.

Биметаллические контакты стартера, находящиеся в газовой среде, нагреваясь, замыкаются. Из-за этого в цепи светильника создается замкнутый контур: контакт 220 В – дроссель – электроды стартера – электроды лампы – контакт 220 В.

Нити электродов, разогреваясь, испускают электроны, которые создают тлеющий разряд. Часть тока начинает течь по цепи: 220В – дроссель – 1-й электрод – 2-й электрод – 220 В. Ток в стартере падает, биметаллические контакты размыкаются. По законам физики в этот момент возникает ЭДС самоиндукции на контактах дросселя, что приводит к возникновению высоковольтного импульса на электродах. Происходит пробой газовой среды, возникает электрическая дуга между противоположными электродами. ЛДС начинает светиться ровным светом.

В дальнейшем подсоединенный в линию дроссель обеспечивает низкий уровень силы тока, протекающего через электроды.

Дроссель, подключенный в цепь переменного тока, работает как индуктивное сопротивление, снижая до 30 % коэффициент полезного действия светильника.

Внимание! С целью уменьшения потерь энергии в схему включают компенсирующий конденсатор, без него светильник будет работать, но электропотребление увеличится

Схема с ЭПРА

Внимание! В рознице ЭПРА часто встречаются под наименованием электронный балласт. Название драйвер продавцы применяют для обозначения блоков питания для светодиодных лент

Внешний вид и устройство электронного балласта, предназначенного для включения двух ламп, мощностью 36 ватт каждая.

В схемах с ЭПРА физические процессы остаются прежними. В некоторых моделях предусмотрено предварительное нагревание электродов, что увеличивает срок службы лампы.

На рисунке показан внешний вид ЭПРА для различных по мощности устройств.

Размеры позволяют разместить ЭПРА даже в цоколе Е27.

Компактные ЭСЛ – один из видов люминесцентных могут иметь цоколь g23.

На рисунке представлена упрощенная функциональная схема ЭПРА.

Выбирает энергосберегающую лампу для своих потребностей

Подбирая для себя данное устройство, следует придерживаться определённых правил, которые впоследствии будут влиять на его показатели качества и долговечности.

Маркировка популярных производителдей

На какие технические характеристики следует обратить внимание:

Особенности помещения, где лампу будут устанавливать.Температура, при которой устройству необходимо будет функционировать.Качество вашей энергосети.Габариты лампы. Если она слишком длинная или широкая, есть шанс что она не поместиться в ваш светильник.Необходимая потребность в мощности, цвете и разновидности светового потока.

Подобрав устройство в соответствии с данными правилами, вы гарантировано получите хороший продукт, который сможет соответствовать всем вашим потребностям.

В данной области нету явного фаворита среди производителей. Каждый дорогой, например, Philips, и более дешёвый бренд может выпускать продукцию с определённой долей бракованных изделий. У более дорогих марок philips данный процент брака будет несколько ниже.

Поэтому подбирая прибор для себя, следует отталкиваться от ваших финансовых возможностей. В среднем цена на одну лампочку philips составляет три-четыре доллара.

Цветные лампочки philips и специализированные будут стоить несколько дороже. За цвет вы переплатите примерно десять-пятнадцать процентов. Специализированные устройства могу стоить порядка десяти и более долларов, это могут быть бактерицидные и фито лампы.

Историческая справка

История создания люминесцентной лампы интересна и поучительна сама по себе. В процессе ее разработки появились дополнительно полезные и для других областей технологии: вакуумная откачка, получение разных по составу люминофоров и другие.

Сначала была изобретена вакуумная стеклянная трубка. В 1856 году немецкий изобретатель Генрих Гайслер изобрел вакуумный насос, позволивший удалять (откачивать) воздушную среду из стеклянной колбы. Впоследствии колба в виде прямолинейной трубки стала именоваться трубкой Гайслера.

На концы трубки припаивались металлические электроды для проведения экспериментов по пропусканию электрического тока либо через вакуум (остаточный газ в трубке), либо через различные газы, которые напускались после откачки воздуха. При достижении напряжения пробоя от одного электрода к другому начинал течь ток и возникало свечение слабой интенсивности, цвет которого менялся в зависимости от того, какой именно газ напускался взамен удаленного воздуха: двуокись углерода (для белого свечения) или азот (для розового).

Экспериментальная лампа Гайслера

Далее французский физик Александр Беккерель в 1859 году предложил наносить на внутреннюю поверхность стеклянной трубки тонкий слой люминесцирующего слоя (люминофора), который начинал светиться в видимой области спектра при возбуждении атомов ультрафиолетовым (УФ) излучением.

В 1901 году американец Питер-Купер Хьюитт предложил добавлять ртуть, что существенно повысило яркость нового светового источника. ЛЛ была экономичней лампочек накаливания в 8 раз, но ее излучение имело сине-зеленый оттенок, придававший человеческим лицам жутковатый трупный цвет.

На основании этих результатов знаменитый американский изобретатель Томас Эдисон в 1907 году впервые запатентовал люминесцентную лампу с люминофором из вольфрамата кальция.

За год до Эдисона аналогичную лампу смог воспроизвести Даниэль Фарлан Мур, экспериментировавший с двуокисью углерода (СО₂) и азотом (N₂).

Ближе всего к современному варианту ЛЛ подошли в 1927 году немецкие изобретатели Эдмунд Джермер, Фридрих Мейер и Ганс Шпаннер. Первоначальной целью их исследований было получение источника УФ-излучения. После нанесения люминофора определенного состава лампа стала давать равномерный белый свет, что привело Э. Джермера к мысли о создании нового источника дневного света, комфортного для глаз человека.

Кроме этого инженеры значительно улучшили параметры ЛЛ, увеличив давление паров ртути. Получение соответствующего патента закрепило за Э. Джермером авторские права на базовые принципы устройства ЛЛ.

Люминесцентные лампы начали массово производиться и продаваться только в 1938 году, когда лампы четырех типоразмеров были обнародованы американской фирмой «General Electric», которая выкупила патенты и надолго получила почти монопольные права на освоение этого перспективного рынка.

Классификация

Разновидностей люминесцентных лам существует много, ведь они используются не только для освещения помещений, но и для специфических целей. К примеру, лечебных. Они отличаются по вариантам исполнения, что также влияет на сферу применения.

Варианты исполнения

Изначально такие лампы были исключительно линейными, но с развитием технологий появились и компактные. Оба вида имеют одинаковые свойства, негативные и положительные стороны. Данную группу можно назвать общие, так как, по сути, они отличаются формой колбы и в определенной мере конструкцией.

Линейные лампы

Это ртутная лампа прямого, кольцевого или U-образного исполнения. Такие имеют классификацию по:

1. Длине.
2. Диаметру колбы.

При этом чем больше по габаритам лампа, тем она мощнее. Для линейных ламп используется цоколь G13, а диаметр колбы: Т4, Т5, Т8, Т10, Т12. Цифры после «Т» означают диаметр стеклянного элемента, выраженный в дюймах. Указанные выше типоразмеры считаются стандартными.

Основное отличие подобной конфигурации в том, что она имеет вваренные электроды по краям, которые направлены внутрь изделия. Снаружи установлены цоколи с контактными штырьками для подключения ее в цепь.

Линейные лампы преимущественно используют в офисах, торговых центрах, транспорте, других общественных местах. Все потому что они потребляют не больше 15% электроэнергии, если брать за 100% потребления энергию лампочкой накаливания.

Компактные

Компактные классифицируются по:

• Форме и размеру колбы.
• Размеру и типу цоколя.

В основном колба в них изогнутая, и «сложена» в виде спирали или в другую форму. За счет этого они и компактны. Использование в бытовых условиях очень удобное и практичное. Ведь можно найти изделие со стандартным цоколем (е27) и устанавливать в любой бытовой светильник без какой-либо его переделки. Кроме того, цоколи бывают: g-11, g23 и другие.

Есть ЛЛ с улучшенной светопередачей. Эта их особенность достигается за счет нанесения нескольких слоев люминофора. Как результат, они качественней ретранслируют цвета. Могут быть как линейного, так и компактного исполнения.

Специальные

Основное отличие их от стандартных люминесцентных ламп дневного света – это спектр излучения. Существуют такие специальные:

• Лампы дневного света, отвечающие повышенным требованиям по цветопередаче. Используются для типографий, музеев, картинных галерей.
• Источники света со спектральным излучением близким к солнечному. Часто используются в медицинских целях для проведения светотерапии.
• Для растений (рассады в том числе) и аквариумов, обозначаются fluora. Для них характерен усиленный спектральный диапазон синего и красного. Он оказывает положительное влияние на фотобиологические процессы. Могут использоваться даже в саду или в собственной теплице.

• Аквариумные с преобладанием синего спектра и ультрафиолета. Они помогают создать оптимальные условия для роста кораллов. Отдельные виды способны при таком освещении флуоресцировать.
• Изделия для освещения помещений, в которых содержаться птицы. Их спектр излучения характеризуется присутствием ближнего ультрафиолета. Это способствует созданию оптимальных условий для птиц, очень приближенных к естественным, применять их стараются в домашних условиях в холодное время года, а на фабриках круглогодично.
• Лампы с разной цветностью: зеленые, синие, фиолетовые, красные, желтые и др. Активно используются для создания световых эффектов, к примеру, в ночных клубах и других развлекательных заведениях. Достигается световой эффект за счет окрашивания колбы или покрытия ее специальным составом люминофора изнутри. Подобные цветные лампы розового оттенка активно используются для подсветки мясных витрин в магазинах. Они делают мясо привлекательным для глаз, а значит, покупатель с большей вероятностью его купит.
• Лампы для соляриев. Еще одно направление среди специальных люминесцентных осветительных элементов.
• УФ лампы из черного стекла, переносные. Используются в сфере лабораторных исследований.
• Лампы для стерилизации и озонирования – ртутно-кварцевые и бактерицидные, гигиенические.

Важно! Разные типы ЛЛ специального назначения активно используются в механике, текстильном, пищевом производстве, криминалистике, сельскохозяйственной сфере

Как переделать люминесцентный светильник

В условиях, когда требуется регулярное и длительное функционирование осветительных приборов, стоит задуматься о том, чтобы вместо люминесцентных ламп задействовать диодные аналоги. Заменить один вариант источника света на другой можно разными способами, первый из которых требует меньших затрат, но и подразумевает большее количество работы.

При этом нужно учесть, что схема подключения заметно разниться в каждом из случаев.

Так, светодиодные лампы функционируют при пониженном напряжении, а значит, должен быть предусмотрен блок питания или драйвер. Схема работы люминесцентных аналогов иная: для работы необходимо установить ПРА (электронный, электромагнитный).

Этапы работ при изменении конструкции люминесцентного светильника, в котором предусмотрены линейные лампы:

1. демонтируются источники света из корпуса осветительного прибора;
2. для замены потребуются светодиодные ленты определенной мощности и блок питания, который выдержит такую нагрузку;
3. для крепления используется несколько наборов крепежа по металлу, хомуты, отрезки ленты соединяются проводом, сечение которого составляет 0,25 кв. мм, сами же излучатели располагаются на пластмассовых планках;
4. хомуты крепятся к корпусу светильника, в них вставляются пластмассовые планки, на которые наклеиваются ленты, предварительно соединенные между собой и подключенные к блоку питания;
5. рассеиватель устанавливается на место, и светильник возвращается на потолок/стену.

Кроме того, подобные источники света оснащены таким же цоколем, что и люминесцентные лампы линейного типа (G13).

Является ли конструкция экономичной?

Если переделать осветительный прибор, установив светодиодные излучатели, такое решение позволит экономить до 50% электроэнергии. Это обусловлено тем, что диодные источники света характеризуются заметно меньшим уровнем энергопотребления, чем люминесцентные.

Поэтому удаление линейных газоразрядных ламп сделает экономию более ощутимой. Конечно, если делать сравнение по стоимости, то диодные аналоги обойдутся дороже. Однако, учитывая невысокий уровень энергопотребления, такие лампочки сравнительно быстро окупятся.

При желании можно своими руками заменить газоразрядные осветительные элементы в светильнике, установив на их место диодные ленты. Так как схема подключения этих ламп имеет отличия, для работы потребуется блок питания, который обеспечит нужный уровень напряжения (12/24/36В).

Где применяются лампы дневного света

Разновидности форм люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы относятся к газоразрядным типам источников света. Это означает, что внутри колбы, представляющей основную массивную часть тела лампы, закачан инертный газ, через который во время работы прибора проходит постоянно горящий электрический разряд.

Газ представляет среду, внутри которой разряд будет возникать без особых проблем, при создании нужного напряжения на контактах. Горящий разряд начинает распространять во все стороны большое количество ультрафиолетового излучения, которое проходит через слои люминофора, которым покрыты внутренние стенки колбы.

Люминофор – это класс веществ, способных преобразовывать ультрафиолетовое излучение в видимую часть светового спектра. Состав люминофора варьируется, в зависимости от свечения, которое в результате необходимо получить. Чаще всего в качестве люминофора используется галофосфат кальция с добавками.

Области применения и типы люминесцентных ламп

Мы уже упомянули лампы низкого давления. Логично, что существуют и варианты высоко давления.

Лампа высокого давления под винтовой цоколь Е 40

Лампы высокого давления обладают не самым приятным спектром для восприятия человеческим глазом, однако они способны выдавать большой световой поток на единицу потребленного ватта мощности, могут работать при отрицательных температурах. По этой причине эти источники света до сих пор применяются для освещения улиц и установок большой мощности.

Люминесцентная лампа низкого давления от компании Phillips

ГРЛНД (газоразрядные лампы низкого давления) – заполнены изнутри амальгамой, ртутью и аргоном под давлением 400 Па. Они получили широкое распространение в разных сферах – бытовой, общественной и промышленной.

Освещение промышленных помещений

Трубчатые лампы чаще всего применяют в офисах, общественных зданиях — таких как школы, детские сады, поликлиники и прочее. Также их используют в складах, мастерских и производственных цехах.

Лампы дневного освещения для офиса

В частном домохозяйстве они также нашли применение в быту — лампы для освещения гаража, погребов, подвалов, придомовой территории.

Лампы освещения для гаража

В середине восьмидесятых прошлого века инженеры смогли совместить люминесцентные лампы с распространенными компактными цоколями Е14 и Е 27 винтового типа. С этого времени началась эра покорения энергосберегающими источниками освещения домов и квартир. В России этот бум пришелся приблизительно на 2007-2010 годы, однако он не продлился долго из-за того, что как раз в это время начали массово распространяться светодиоды.

Люминесцентная лампа с цоколем Е 27

Газоразрядные лампы получили большое распространение в рекламном бизнесе – это всем известный неон. Эти лампы, конечно, не относятся к дневным источникам света, но все же.

Многообразие оттенков света достигается за счет изменения состава люминофора

Лампы дневного света активно применяются в растениеводстве, и заменить их тут на 100% пока некому. Все дело в испускаемом спектре света, подбираемом специально под нужное растение.

Освещение теплицы

В аквариумистике также эти лампы используются повсеместно. Они позволяют добиться высокого блеска при хорошей рассеиваемости света.

Подсветка аквариума лампой дневного света

Еще совсем недавно люминесцентные лампы применяли в качестве подсветки для ЖК мониторов и служили такие телевизоры хорошо и долго. У вашего покорного слуги до сих пор стоит и нормально работает телевизор LG, купленный в 2007 году.

Сейчас в этой сфере полностью царствуют светодиоды, имеющие менее сложную пусковую аппаратуру и габариты, что позволило сделать экраны очень тонкими.

Параметры ламп и их маркировка

Все типы люминесцентных ламп обладают своими параметрами и техническими характеристиками, отображаемыми в маркировке изделий. В основном это показатели мощности и цветопередачи, а также различные виды типоразмеров.

В маркировке первая буква Л означает лампу, а следующие буквенные обозначения – это характеристика и соответствующие параметры изделия:

• Д – дневной свет.
• Б – белый.
• ХБ – холодно-белый.
• ТБ – тепло-белый.
• Е – естественных тонов.
• ХЕ – холодный естественный свет.
• Г, К, З, Ж, Р – свет различных цветов и оттенков, которые более подробно отражает таблица.

На некоторых изделиях присутствует буква Ц или ЦЦ, что соответствует люминофору с улучшенной цветопередачей.

Цифровые обозначения наносятся по международным стандартам и включают в себя три цифры. Первая соответствует качеству цветопередачи, 2 и 3 – обозначается цветовая температура люминесцентных ламп. Чем выше первая цифра, тем лучше качество цветопередачи. Повышение остальных цифр делает оттенки цветов более холодными.

Все люминесцентные лампы имеют размеры и диаметр отражаемый следующим образом: Т5 – диаметр 5/8 дюйма или 1,59 см; Т8 – 8/8 или полный дюйм 2,54 см; Т10 – 10/8 дюйма или 3.17 см и т.д. Штырьковые цоколи маркируются как G23, G24, G27, G53 или 2D, а резьбовые – E14, E27, E40. В первом случае цифры означают сколько будет расстояние между штырьками, а во втором – диаметр резьбы цоколей. Для более точного выбора используется специальная таблица.

На каждом изделии указано питающее напряжение и способ его запуска. Например, маркировка люминесцентной лампы RS или rapid start указывает на отсутствие необходимости в дополнительных элементах для пуска, а вся аппаратура уже находится внутри корпуса изделия.