Особливості роботи люмінесцентних ламп

Люмінісцентні лампи

Люмінесцентна лампа являє собою скляну трубку, в торці якої упаяні електроди. Використовувані для освітлення житлових будівель люмінесцентні лампи низького тиску мають біспіральние або тріспіральние електроди з вольфрамової дроту, на які нанесено шар активного речовини (оксиду), що володіє низькою роботою виходу при температурі близько 900 - 950 ° С.
У трубки з відкачано повітря введені маленькі кількості ртуті, що створюють при нормальній температурі незначний тиск її насичують парів, і інертний газ з парціальним тиском в кілька сотень Паскалей (мм ртутного стовпа). Інертний газ спрощує запалювання ламп і зменшує розпилення оксиду електродів. Дугового розряд в парах ртуті володіє високою ефективністю перетворення електричної енергії в УФ-випромінювання, яке знаходиться за межами видимої частини спектра. На внутрішню поверхню трубки рівномірно по всій довжині нанесено шар люмінофора, що модифікує ультрафіолетову частину випромінювання в видиме випромінювання.

Поєднання 2-ух позначених причин - розряду в парах ртуті та перетворення ультрафіолетового випромінювання в шарі люмінофора - забезпечує високу світлову віддачу люмінесцентних ламп. Світловий потік люмінесцентних ламп однієї і тієї ж потужності і конструкції залежить від марки застосованого люмінофора і технології його нанесення. Промисловість випускає люмінесцентні лампи 5 типів по кольоровості випромінювання (ЛД, ЛДЦ, ЛХБ, ЛБ і ЛТБ), Що мають різне значення світлового потоку. У табл. 1 наведені значення світлового потоку люмінесцентних ламп потужністю 20, 40 і 65 Вт залежно від марки люмінофора.

Таблиця 1 Значення світлового потоку люмінесцентних ламп після 100 ч горіння, лм

З табл. 1 видно, що більший світловий потік мають лампи типу ЛБ. У зв`язку з тим що особливих вимог до перенесення кольорів в освітлювальних установках загальнобудинкових приміщень не пред`являється, рекомендується використовувати люмінесцентні лампи типу ЛБ або ЛТБ.

Люмінесцентні лампи відрізняються від ламп розжарювання тим, що для включення їх в мережу потрібно застосування пускорегулювальних апаратів. Останнє обумовлено падаючої вольт-амперної характеристикою газового розряду люмінесцентних ламп, в яких зі зменшенням напруги на лампі зростає струм, що проходить через неї. При конкретному підключенні люмінесцентних ламп в мережу будь-який короткострокове зниження напруги призводить до лавиноподібного наростання струму через лампу і до перегорання її електродів. Тому основне призначення пускорегулювальних апаратів полягає в стабілізації струму, що протікає через лампу, при допустимих коливаннях напруги мережі. Крім стабілізації струму лампи пускорегулюючі апарати роблять ще одну функцію: роблять умови для надійного запалювання лампи.

Як частин, що стабілізують характеристики розряду, використовують дроселі (індуктивний баласт) і послідовно з`єднані дросель і конденсатор (індуктивно ємнісний баласт). На рис. 20 наведені схеми однолампових стартерних пускорегулювальних апаратів з індуктивним і індуктивно-ємнісним баластом.

Особливістю цих схем є низьке значення коефіцієнта потужності і значуща величина споживаного реактивного струму. Підвищення реактивного струму викликає струмовий перевантаження мережі, нарощує втрати потужності в ній і може стати причиною спрацьовувань апаратів захисту. Тому в будинках доцільно використовувати один і дволампове освітлювальні прилади з високим коефіцієнтом потужності (з компенсованими пускорегулирующими апаратами типу УБК або АБК). Підвищення коефіцієнта потужності в однолампових світильниках з індуктивним баластом досягається включенням паралельно вхідним затискання освітлювального приладу компенсуючого конденсатора Сп (На рис. 20а показаний пунктиром). Через несинусоїдної форми струму лампи практично неможливо збільшити коефіцієнт потужності до одиниці. Реактивна потужність вищих гармонік струму лампи залишається некомпенсований і коефіцієнт потужності завжди менше 1. Для однолампових освітлювальних приладів гранична величина коефіцієнта потужності знаходиться в межах 0,92 - 0,94. У дволампових світильниках компенсація реактивної потужності досягається при включенні однієї лампи з індуктивним, а інший - з індуктивно-ємнісним баластом. Найбільша величина коефіцієнта потужності в дволампових світильниках домагається 0,98.

На рис. 21 а показані статичні вольт-амперні характеристики (т. е. залежність між струмом і напругою, відповідна в кожній точці сталому електронного режиму елемента) люмінесцентної лампи, індуктивного баласту і їх сумарна риса при почерговому з`єднанні лампи і баласту, на рис. 21 б відповідно вольт-амперні характеристики лампи, індуктивно-ємнісного баласту і сумарна.

нехай точки А та А1 відповідають точкам розміреним роботи лампи з баластом при номінальній напрузі мережі Uн. Струм лампи і баласту в даному випадку буде дорівнює Iлн, а напруга на лампі Uлн визначається на вольт-амперної характеристики лампи в точках З і С1.При збільшенні напруги мережі відUн до U2 точки розміреним роботи лампи з баластом пересуваються відповідно в точки В і В 1. ток лампи зростає до Iл2, а напруга на ній знижується до Uл2 (Відповідно точкиD іD1. Як видно з малюнків, зміна струму лампи при індуктивно-ємнісного баласті буде істотно менше, ніж при індуктивному. Конкретне зміна струму лампи і характеристик баластного опору залежить від типу лампи, баласту і значення напруги мережі живлення. Конфігурації струму і потужності люмінесцентної лампи в залежності від напруги мережі живлення визначаються виразами: для струму лампи

Iл: Iл.н =? (U: U н - 1) + 1 для потужності лампи Pл: Pл.н =? (U: U н - 1) + 1

де ? і ? коефіцієнти нестабільності відповідно по потужності і струму лампи, Pл.н і Iл.н відповідно потужність і струм лампи при номінальній напрузі мережі Uн.

Для люмінесцентних ламп граничне значення коефіцієнтів ? і ? становить 2. Це означає, що при .Зміна напруги мережі на 10% ток і потужність лампи повинні змінюватися менш ніж на 20%.

Зменшення терміну служби люмінесцентних ламп при підвищенні напруги мережі визначається 2-ма факторами: руйнуванням катода за рахунок зростання його температури, обумовленої зростанням струму лампи, і руйнуванням катода за рахунок насиченою бомбардування його позитивними іонами при зростанні миттєвих значень струму лампи. Для люмінесцентних ламп, що працюють в стартерной схемою включення, встановлено, що підвищення струму на 1% зменшує термін служби катодів на 1,5%. Таким чином, коливання напруги мережі впливають на головні характеристики люмінесцентних ламп істотно менше, ніж на характеристики ламп розжарювання. Термін служби люмінесцентних ламп, що працюють в стартер- них і бесстартерних схемах включення, при коливанні напруги мережі на +10% НЕ знижується. Завдяки великому терміну служби і стабільності світлового потоку люмінесцентних ламп річні експлуатаційні витрати на освітлювальні установки з цими лампами істотно менше, ніж на установки з лампами розжарювання.