Принцип работы
Принцип запуска ЛДС с электромагнитным балластомПри работе люминесцентной лампы между двумя электродами, находящимися в противоположных концах лампы, возникает низкотемпературный дуговой электрический разряд. Лампа заполнена инертным газом и парами ртути, проходящий ток приводит к появлению УФ излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом — люминофором, которое поглощает УФ излучение и излучает видимый свет. Изменяя состав люминофора, можно менять оттенок свечения лампы.
Электромагнитный балласт
Электромагнитный балласт «1УБИ20» серии 110 завода ВАТРА, СССР.Электромагнитный балласт представляет собой электромагнитный дроссель, подключаемый последовательно с лампой. Параллельно лампе подключается стартёр, представляющий собой неоновую лампу с биметаллическими электродами и конденсатор. Дроссель формирует за счёт самоиндукции запускающий импульс, а также ограничивает ток через лампу. Преимуществом электромагнитного балласта является простота конструкции. Недостатков же такой схемы достаточно много:
Долгий запуск (1-3 сек в зависимости от степени износа лампы);
Меньший срок службы ламп;
Большее потребление энергии, чем у электронной схемы;
Малый cos φ;
Низкочастотный гул (100Гц), исходящий от дросселя;
Мерцание лампы с удвоенной частотой сети, которое может повредить зрению, а иногда бывает опасным (из-за стробоскопического эффекта вращающиеся синхронно с частотой сети предметы могут казаться неподвижными. Поэтому люминесцентные лампы с электромагнитным балластом не применяют для освещения подвижных частей станков и механизмов)
Большие габариты и масса
Электронный балласт
Электронный балластЭлектронный балласт подаёт на электроды лампы напряжение не с частотой сети, а высокочастотное (20-60 кГц), в результате чего заметное для глаз мигание ламп исключено. Может использоваться один из двух вариантов запуска ламп:
Холодный запуск - при этом лампа зажигается сразу после включения. Такую схему лучше использовать в случае, если лампа включается и выключается редко, так как режим холодного пуска более вреден для электродов лампы.
Горячий запуск - с предварительным прогревом электродов. Лампа зажигается не сразу, а спустя 0,5-1 сек, зато срок службы увеличивается, особенно при частых включениях и выключениях.
Потребление электроэнергии люминесцентными светильниками при использовании электронного балласта обычно на 20-25% ниже. Использование централизованных систем освещения с автоматической регулировкой позволяет сэкономить до 85% электроэнергии.
Механизм запуска лампы с электронным балластом
Электронный балласт
Мерцание лампыВ отличие от электромагнитного балласта для работы электронного балласта обычно не требуется отдельный специальный стартер так как такой балласт в общем случае способен сформировать необходимые последовательности напряжений сам. Существуют различные способы запуска люминесцентных ламп. Чаще всего электронный балласт подогревает катоды ламп и прикладывает к катодам напряжение, достаточное для зажигания лампы, обычно — переменное и более высокой частоты, чем сетевое (что заодно устраняет мерцание лампы, характерное для электромагнитных балластов). В зависимости от конструкции балласта и временных параметров последовательности запуска лампы такие балласты могут обеспечивать, например, плавный запуск лампы с постепенным нарастанием яркости до полной за несколько секунд или же мгновенное включение лампы. Часто встречаются комбинированные методы запуска, когда лампа запускается не только за счет факта подогрева катодов лампы, но и за счет того, что цепь, в которую включена лампа, является колебательным контуром. Параметры колебательного контура подбираются так, что при отсутствии разряда в лампе в контуре возникает явление электрического резонанса, ведущее к значительному повышению напряжения между катодами лампы. Как правило, это ведет и к росту тока подогрева катодов, поскольку при такой схеме запуска спирали накала катодов нередко соединены последовательно через конденсатор, являясь частью колебательного контура. В результате за счет подогрева катодов и относительно высокого напряжения между катодами лампа легко зажигается. После зажигания лампы параметры колебательного контура изменяются, резонанс прекращается и напряжение в контуре значительно падает, сокращая ток накала катодов. Существуют вариации данной технологии. Например, в предельном случае балласт может вообще не подогревать катоды, вместо этого приложив достаточно высокое напряжение к катодам, что неизбежно приведет к почти мгновенному зажиганию лампы за счет пробоя газа между катодами. По сути этот метод аналогичен технологиям, применяемым для запуска ламп с холодным катодом (CCFL). Данный метод достаточно популярен у радиолюбителей, поскольку позволяет запускать даже лампы с перегоревшими нитями накала катодов, которые не могут быть запущены обычными методами из-за невозможности подогрева катодов. В частности, этот метод нередко используется радиолюбителями для ремонта компактных энергосберегающих ламп, которые являются обычными люминесцентными лампами со встроенным электронным балластом в компактном корпусе. После небольшой переделки балласта такая лампа может еще долго служить невзирая на перегорание спиралей подогрева, и ее срок службы будет ограничен только временем до полного распыления электродов.
Механизм запуска лампы с электромагнитным балластом
При включении пускатель срабатывает несколько раз подряд
стартерВ классической схеме включения с электромагнитным балластом для автоматического регулирования процесса зажигания лампы применяется пускатель (стартер), представляющий собой миниатюрную газоразрядную лампу, обычно неоновую. Один электрод стартера неподвижный жёсткий, другой — биметаллический, изгибающийся при нагреве. Есть также стартеры и с двумя гибкими электродами (симметричные). В исходном состоянии электроды стартера разомкнуты. Стартер подключен параллельно лампе так, чтобы при замыкании его электродов ток проходил через спирали лампы.
В момент включения к электродам лампы и стартера прикладывается полное напряжение сети, так как ток через лампу отсутствует и падение напряжения на дросселе равно нулю. Электроды лампы холодные и напряжение сети недостаточно для её зажигания. Но в стартере от приложенного напряжения возникает тлеющий разряд, и ток проходит через электроды лампы и стартера. Ток разряда мал для разогрева электродов лампы, но достаточен для разогрева электродов стартера, отчего биметаллическая пластинка, изгибается и замыкается с жёстким электродом. Ток в цепи возрастает и разогревает электроды лампы. Когда электроды стартера остывают, цепь размыкается, и благодаря самоиндукции происходит бросок напряжения на дросселе, необходимый для зажигания дуги. Параллельно стартеру подключен миниатюрный конденсатор небольшой емкости, служащий для подавления радиопомех и улучшения условий зажигания лампы. Конденсатор вместе с дросселем образует колебательный контур, который стабилизирует напряжение и увеличивает длительность импульса зажигания. При отсутствии конденсатора этот импульс будет слишком коротким, а амплитуда слишком большой и энергия, накопленная в дросселе израсходуется на разряд в стартере. К моменту размыкания стартера электроды лампы уже достаточно разогреты, но в лампе ещё не вся ртуть испарилась и разряд проходит в атмосфере аргона. Как только вся ртуть в колбе лампы испаряется, лампа выходит на рабочий режим.
Рабочее напряжение лампы ниже сетевого за счёт падения напряжения на дросселе, поэтому повторного срабатывания стартера не происходит. В процессе зажигания лампы стартер иногда срабатывает несколько раз подряд, если он размыкается в момент, когда мгновенное значение тока дросселя равно нулю, либо электроды лампы еще недостаточно разогреты. По мере износа рабочее напряжение растёт, количество циклов срабатывания стартера увеличивается, и в конце концов лампа уже не может выйти на рабочий режим. Это вызывает характерное мигание вышедшей из строя лампы. Когда лампа гаснет, можно видеть свечение катодов, разогретых током, протекающим через стартер.
Люминофоры и спектр излучаемого света
Типичный спектр люминесцентной лампы.
Спектр излучения: непрерывный 60-ватной лампы накаливания (вверху) и линейчатый 11-ватной компактной люминесцентной лампы (внизу), линейчатый спектр излучения может вызвать искажения в цветопередачеМногие люди считают свет, излучаемый люминесцентными лампами, грубым и неприятным. Цвет предметов, освещенных такими лампами, может быть несколько искажён. Отчасти это происходит из-за синих и зелёных линий в спектре излучения газового разряда в парах ртути, отчасти - из-за типа применяемого люминофора.
Во многих дешевых лампах применяется галофосфатный люминофор, который излучает в основном жёлтый и синий свет, в то время как красного и зелёного излучается меньше. Такая смесь цветов глазу кажется белым, но при отражении от предметов свет может содержать неполный спектр, что воспринимается как искажение цвета. Однако такие лампы, как правило, имеют очень высокую световую отдачу.
В более дорогих лампах используется «трёхполосный» и «пятиполосный» люминофор. Это позволяет добиться более равномерного распределения излучения по видимому спектру, что приводит к более натуральному воспроизведению света. Однако такие лампы, как правило, имеют более низкую световую отдачу. Помимо прочего, колбы дорогих (специальных) ламп изготавливаются из кварцевого стекла пропускающие лучи в ультрафиолетовом диапазоне волн.
В домашних условиях оценить спектр лампы можно с помощью компакт-диска. Для этого нужно посмотреть на отражение света лампы от рабочей поверхности диска - в дифракционной картине будут видны спектральные линии люминофора. Если лампа расположена близко, между лампой и диском лучше поместить экран с маленьким отверстием.
Специальные люминесцентные лампы
Также существуют специальные люминесцентные лампы с различными спектральными характеристиками:
Лампы, отвечающие самым высоким требованиям к цветопередаче естественного цвета при дневном освещении 5400К, служат для устранения эффекта цветовой мимикрии. Она незаменима в случаях, когда нужна атмосфера живого дневного света, например, в типографиях, зубоврачебных кабинетах, и лабораториях, при просмотре диапозитивов и в специализированных магазинах текстильных товаров.
Лампы, которые излучают свет, который по своей спектральной характеристике схож с солнечным светом. Данные лампы рекомендуется для помещений с недостатком дневного света, например для офисов, банков и магазинов. Благодаря своей очень хорошей цветопередаче и высокой температуре цвета (6500К) она идеально подходит для сравнения красок и медицинской светотерапии.
Лампы для растений и аквариумов с усиленным излучением в спектральном диапазоне синего и красного света. Идеально воздействует на фотобиологические процессы. Данные лампы с обозначениями излучают свет с минимальным содержанием ультрафиолетовой составляющей типа А (при абсолютном отсутствии ультрафиолетовых составляющих типа В и С).
Декоративные лампы красного, жёлтого, зелёного и синего цвета. Цветные люминесцентные лампы особенно пригодны для декоративного освещения и создания специальных световых эффектов. Помимо прочего, люминесцентная лампа желтого света, не содержащего ультрафиолетовую составляющую. Поэтому эта лампа рекомендована для стерильных производств, например, для цехов по изготовлению микросхем, а также для общего освещения без УФ-излучения.
Люминесцентные лампы, предназначенные для освещения помещений, в которых содержатся птицы. Спектр этих ламп содержит ближний ультрафиолет, что позволяет создать более комфортное для них освещение, приблизив его к естественному, так как птицы, в отличие от людей, имеют четырехкомпонентное зрение.
Лампы, предназначенные для освещения мясных прилавков в супермаркетах. Свет этих ламп имеет розовый оттенок, в результате такого освещения мясо приобретает более аппетитный вид, что привлекает покупателей[6].
Люминесцентные лампы для соляриев и косметических салонов бывают трех исполнений[7]:
1.Лампы 78R с практически чистым ультрафиолетовым излучением типа А выше 350 нм. При облучении в этом диапазоне для нормальной кожи опасности получения ожога практически не существует. При достаточно продолжительном облучении вследствие прямой пигментации кожи эффект загара появляется уже вскоре после первого сеанса облучения.
2.Лампы 79 и 79R с высокой мощностью ультрафиолетового излучения типа А для прямой пигментации и с небольшой составляющей ультрафиолетового излучения типа В для нового образования пигмента. Благодаря минимальному значению ультрафиолетовой составляющей типа В риск получения солнечного ожога минимален.
3.Лампы с действием, аналогичным действию солнечного света благодаря значительной составляющей ультрафиолетового излучения типа А и гармоничной составляющей биологически эффективного излучения типа В. После регулярного принятия процедур облучения в результате длительной пигментации кожи образуется свежий и стойкий отпускной загар при высокой степени защиты кожи от облучения. Лампа позволяет проводить облучение с целью создания эффекта натурального загара в кратчайшие сроки и поэтому рекомендуется для профессионального применения.
Ультрафиолетовые люминесцентные лампы с колбами из «чёрного» стекла: Различные материалы обладают способностью преобразовывать невидимое ультрафиолетовое излучение в световое излучение (создавать эффект люминесценции). Такие лампы представляют собой облучатели с длинноволновым ультрафиолетовым излучением, возбуждающим люминесценцию. Поэтому они являются незаменимыми источниками излучения для любых видов исследований с применением люминесцентного анализа. Эти лампы генерируют свое излучение только в длинноволновом ультрафиолетовом диапазоне от 300 до 400 нм, которое не видно для глаза и совершенно безвредно. Видимое излучение почти полностью поглощается. Области применения:
Материаловедение: Исследования материалов с помощью люминесценции, например, выявление тончайших трещин вала двигателя.
Текстильная промышленность: Анализ материалов, например, химического состава и видов примесей в шерстяных материалах. Распознавание невидимых загрязнений и возможных пятен после чистки
Пищевая промышленность: Обнаружение фальсификаций в продуктах питания, мест гниения во фруктах (особенно в апельсинах), мясе, рыбе и т.д.
Криминалистика: Выявление фальшивок среди банкнот, чеков и документов, а также внесенных в них изменений, удаленных пятен крови, подделок картин и т.д.
Почта: Рациональная обработка корреспонденции с помощью автоматических штемпельных машин для конвертов, проверка подлинности почтовых марок
Создание световых эффектов на сценах драматических и музыкальных театров, в кабаре, варьете, дискотеках, барах, кафе
Прочие области применения: Реклама и оформление витрин. Сельское хозяйство (например, проверка посевного материала). Минералогия. Проверка драгоценных камней, искусствоведение.
Облучатели для стерилизации и озонирования: Данные облучатели имеют благодаря своему коротковолновому УФ-излучению типа С бактерицидное воздействие и поэтому применяются для стерилизации. Рациональное применение этих облучателей гарантируется только в специальных, предназначенных для них установках. Поэтому монтаж облучателей в установки должен проводиться только изготовителем установок. Области применения:
стерилизация воды: питьевой воды, воды для плавательных бассейнов, сточных вод
стерилизация и дезодорирование воздуха в кондиционерах, больницах, складских помещениях
стерилизация поверхностей в фармацевтической и упаковочной промышленностях
стирание информации с современных микроэлектронных блоков памяти (ППЗУ) с помощью ламп HNS G5 OFR и HNS 10/U OFFS.
Лампы со специальными цветовыми характеристиками:
LF71 — для полимеризации пластмасс, клеев, лаков, красок на глубину не более 1мм; лечение гипербилирубинемии.
LF78 — для полимеризации пластмасс, клеев, лаков, красок на глубину более 1мм; лечение псориаза; привлечения насекомых в инсектоловушки; для распознавания поддело