Устройство и схема подключения люминесцентной лампы

Лампы дневного света появились на рынке вслед за лампами накаливания. Вольфрамовая спираль, как источник светового излучения, из-за высокой температуры служит недолго и расходует много энергии. В этом главные причины поиска новых источников света. Люминесцентная лампа стала первой из семейства газоразрядных излучателей света, которые получили широкое распространение. Для их изготовления используется доступное сырьё. А возможность получения разнообразных вариантов формы колбы наряду с экономичностью и яркостью вывела эти лампы в ряды лидеров на рынке светотехники.

Принцип работы

Все газоразрядные лампы функционируют, используя электрический ток, протекающий через ионы газа. Газом заполняется колба, которая для наиболее эффективной ионизации делается в форме трубки. Трубка может быть как прямой, так и любой другой формы. Электроды, размещённые на концах колбы, создают условия необходимые для свечения газа. Для этого выполняется начальная ионизация, которая называется запуском. Электроды нагреваются и в результате соприкосновения с газом ионизируют его своей температурой.

Для наиболее эффективного нагрева электроды делаются в виде спиралей расположенных между двумя контактами. Поэтому с каждого конца колбы у люминесцентной лампы есть по два контакта. Появление ионов позволяет запустить процесс их перемещения между противоположными электродами – начинает течь электрический ток. В результате процесс появления новых ионов становится всё более интенсивным, а свечение газа усиливается. Оно пропорционально силе тока, протекающего через газ в колбе.

Люминесцентными лампы называются из-за одноименного эффекта. Если один вид излучения поглощается веществом, которое начинает излучать другой вид излучения, значит это люминесценция. Она характерна для излучений с высокой энергией и более короткой длиной волны. Ближайшими к видимому свету из таких излучений являются ультрафиолетовые лучи. Наиболее доступным и эффективным способом их получения является электрический разряд в парах ртути. При относительно малой расходуемой электрической энергии пары ртути излучают наиболее мощное ультрафиолетовое излучение.

Остаётся только преобразовать его в видимый свет, основываясь на эффекте люминесценции. Это делает специальное вещество – люминофор. Его наносят в виде порошка на внутренние стенки колбы. Люминофор может светиться с оттенком света соответствующим своему химическому составу. Поэтому можно получать не только разнообразные оттенки белого света, но и многие другие цвета.

Однако если лампа накаливания подключается к электросети напрямую, люминесцентная не может быть так же подключена.

Лампа накаливания имеет активное сопротивление, которое определено свойствами вольфрамовой спирали. Это резистор, который ограничивает ток. Любая газоразрядная лампа имеет сопротивление, определяемое количеством ионов в колбе. А оно может изменяться в широких пределах прямо пропорционально силе тока протекающего через лампу. Поэтому для необходимого режима свечения применяется ограничитель тока. Но чтобы колба засветилась надо ещё создать процесс начальной ионизации. Поэтому устройства, которые обеспечивают работу люминесцентных ламп, называют пускорегулирующими.

Стандартное решение и схема подключения люминесцентной лампы

Стандартное пускорегулирующее устройство содержит стартер и дроссель. Стартер работает как переключатель схемы соединения контактов для разогрева электродов сразу после включения.

Таким способом обеспечивается ход процесса начальной ионизации. После этого лампа даёт свет от тока, величина которого определяется параметрами дросселя. Через один дроссель можно подключить одну или несколько ламп (схема показана выше). Параметры излучателя и дросселя должны быть согласованы. Если дроссель будет ограничивать ток слишком сильно, свечение будет менее ярким и наоборот. Со временем спиральные электроды из-за нагрева при запуске лампы изнашиваются и перегорают. Но и стартер не безупречен. Его биметаллический контакт, замыкающий цепь накала электродов, тоже изнашивается. И при таких неисправностях лампа перестаёт давать свет.

Новую люминесцентную лампу, как и бывшую в употреблении с повреждёнными электродами можно использовать при иной схеме подключения. Чтобы вызвать начальную ионизацию потребуется более высокое напряжение. Оно вызовет появление и размножение ионов в колбе и она засветится.

Для того чтобы ограничить ток и при этом получить необходимое по величине напряжение на лампе, применяется схема подключения люминесцентной лампы показанная далее. В этой схеме среднее значение тока определяется величиной ёмкости конденсатора С1, а напряжение на лампе зависит от соотношений чисел витков обмоток трансформатора Т1. Величина ёмкости, и габариты трансформатора, определяющие его мощность должны соответствовать мощности лампы EL1. Иначе её свечение не будет оптимальным по яркости.

Вместо повышающего трансформатора можно использовать схему для увеличения напряжения с диодами и конденсаторами в сочетании с дросселем. Вот пример такой схемы:

Одним из недостатков люминесцентных лам является пульсация их света. Эта особенность утомляет зрение и влияет на восприятие быстро движущихся предметов.

Например, перелистывание страниц или быстрое перемещение пальцев руки в сете люминесцентной лампы выглядит в виде отдельных мелькающих кадров. Этот эффект называется «стробоскопическим» и обусловлен переменным напряжением и током в электросети. В лампе накаливания он существенно ослаблен инерцией остывающей спирали. Чтобы ослабить этот эффект в люминесцентной лампе её надо запитать от выпрямителя так как показано на изображении далее слева. Но со временем по мере износа электродов при постоянном токе начинает проявляться тёмное катодное пространство вблизи катода (электрода отрицательной полярности).

Поэтому надо периодически переставлять лампу в светильнике с разворотом на 180 градусов. Можно вместо этого выполнять переключение контактов специальным переключателем. Конденсатор, установленный на выходе выпрямителя, значительно уменьшит пульсации света лампы. От стартера также можно отказаться, используя два конденсатора (показано слева).

Современные энергосберегающие лампы, так же как и большие трубчатые люминесцентные подключаются к электросети через электронные балласты. В них напряжение сначала выпрямляется, а затем преобразуется инвертором в более высокочастотное. Обычно с частотой более 20 кГц. Электронный балласт существенно улучшает качество света. Уменьшаются визуальные пульсации, диапазон допустимого напряжения в сети расширяется, отсутствует гудение, характерное для металлических дросселей. Изображения электронного балласта и схема подключения лампы с его использованием показаны далее.