Принцип работы люминесцентной лампы

Сравнение с другими лампами

Сравнение эффективности ламп накаливания, галогенных ламп, компактных люминесцентных ламп (зелёная линия) и светодиодных ламп, по-вертикали оси графика отложена потребляемая мощность в Вт, по горизонтальной оси графики — световой поток (Φν{\displaystyle \Phi _{\nu }}) в Люменах (лм)

По сравнению с лампами накаливания КЛЛ теоретически имеют больший срок службы. Однако из-за повышенных требований к качеству изготовления и условиям эксплуатации срок службы КЛЛ на практике может быть соизмерим или даже оказаться меньше срока службы ламп накаливания. Основными причинами, снижающими срок службы лампы, являются нестабильность напряжения в сети, частые включения-выключения лампы, эксплуатация при повышенной или пониженной температуре окружающей среды.

По энергоэффективности (коэффициенту полезного действия) КЛЛ примерно в 5 раз превосходят лампы накаливания. Однако, в отличие от ламп накаливания, большинство КЛЛ, имеют низкое качество как потребителя электроэнерии, которое характеризуется коэффициентом мощности, около 0,5. Низкий коэффициент мощности приводит к искажению формы напряжения в сети, дополнительным нагрузкам и потерям при передаче электроэнергии. Для устранения указанного недостатка ЭПРА некоторых ламп снабжаются корректорами коэффициента мощности.

Новые разработки позволили использовать энергосберегающую лампу совместно с устройствами снижения/увеличения освещения (диммерами). Для диммирования компактных люминесцентных ламп светорегуляторы, разработанные для ламп накаливания не подходят — в этом случае следует использовать КЛЛ только со специальными электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА) с возможностью управления.

Благодаря применению электронного ПРА КЛЛ имеют улучшенные характеристики по сравнению с традиционными люминесцентными лампами — более быстрое включение, отсутствие мерцания и жужжания. Также существуют лампы с системой плавного запуска. Система плавного запуска прогревает электроды лампы при включении в течение 1—2 секунд: это значительно продлевает срок службы лампы, но все же не позволяет избежать эффекта «временной световой слепоты».

В то же время компактные люминесцентные лампы по габаритам, энергоэффективности и сроку службы проигрывают светодиодным лампам, а по световой отдаче уступают газоразрядным металлогалогенным лампам.

КЛЛ с индуктивным возбуждением электрического разряда в газе имеют ещё больший срок службы (15000—18000 часов), их срок службы не уменьшается от частых включений и выключений и имеют более широкий температурный диапазон работы.

Принцип работы люминесцентного светильника

Особенность работы люминесцентных светильников заключается в том, что их нельзя напрямую подключать в сеть питания. Сопротивление между электродами в холодном состоянии большое, и величина тока, протекающего между ними, недостаточна для возникновения разряда. Для зажигания требуется импульс высокого напряжения.

Лампа с зажженным разрядом характеризуется низким сопротивлением, которое имеет реактивную характеристику. Для компенсации реактивной составляющей и ограничения протекающего тока последовательно с люминесцентным источником света включается дроссель (балласт).

Многим непонятно, для чего нужен стартер в люминесцентных лампах. Дроссель, включенный в цепь питания совместно со стартером, формирует импульс высокого напряжения для запуска разряда между электродами. Так получается потому, что при размыкании контактов стартера на выводах дросселя формируется импульс ЭДС самоиндукции величиной до 1кВ.

Для чего нужен дроссель

Использование дросселя для люминесцентных ламп (балласта) в цепях питания необходимо по двум причинам:

• формирование напряжения запуска;
• ограничение тока через электроды.

Принцип работы дросселя основан на реактивном сопротивлении катушки индуктивности, которой является дроссель. Индуктивное сопротивление вносит сдвиг фаз между напряжением и током, равный 90º.

Из того, что ограничивающей ток величиной, является индуктивное сопротивление, следует, что дроссели, предназначенные для ламп одной мощности, нельзя использовать для подключения более или менее мощных устройств.

В некоторых пределах возможны допуски. Так, ранее отечественная промышленность выпускала люминесцентные светильники с мощностью 40 Вт. Дроссель 36W для люминесцентных ламп современного производства можно без опасений использовать в цепях питания устаревших светильников и наоборот.

Отличия дросселя от ЭПРА

Дроссельная схема включения люминесцентных источников освещения отличается простотой и высокой надежностью. Исключение составляет регулярная замена стартеров, поскольку в их состав входит группа размыкающих контактов для формирования импульсов запуска.

В то же время схема имеет существенные недостатки, которые заставили искать новые решения включения ламп:

• длительное время запуска, которое увеличивается по мере износа лампы или снижения напряжения питания;
• большие искажения формы напряжения питающей сети (cosф
• мерцание свечения с удвоенной частотой питающей сети из-за малой инерционности светимости газового разряда;
• большие массо-габаритные характеристики;
• низкочастотный гул из-за вибрации пластин магнитной системы дросселя;
• низкая надежность запуска при отрицательных температурах.

Проверка дросселя ламп дневного света затрудняется тем, что приборы для определения короткозамкнутых витков распространены мало, а при помощи стандартных приборов можно только констатировать факт наличия или отсутствия обрыва.

Для устранения указанных недостатков разработаны схемы электронной пуско-регулирующей аппаратуры (ЭПРА). Работа электронных схем основана на другом принципе формирования высокого напряжения запуска и поддержания горения.

Высоковольтный импульс генерируется электронными компонентами, а для поддержки разряда используется высокочастотное напряжение (25-100 кГц). Работа ЭПРА может осуществляться в двух режимах:

• с предварительным подогревом электродов;
• с холодным запуском.

В первом режиме на электроды подается низкое напряжения в течение 0.5-1 секунды для первоначального нагрева. По истечении времени подается высоковольтный импульс, из-за которого происходит зажигание разряда между электродами. Данный режим технически реализуется сложнее, но увеличивает срок службы ламп.

Режим холодного запуска отличается тем, что напряжение запуска подается на непрогретые электроды, вызывая быстрое включение. Такой способ запуска не рекомендован для частого использования, поскольку сильно сокращает срок работы, но его можно использовать даже с лампами с неисправными электродами (с перегоревшими нитями накала).

Схемы с электронным дросселем имеют такие преимущества:

полное отсутствие мерцания;
широкий температурный диапазон использования;
малые искажения формы напряжения сети;
отсутствие акустических шумов;
увеличение срока службы источников освещения;
малые габариты и вес, возможность миниатюрного исполнения;
возможность диммирования — изменения яркости путем управления скважности импульсов питания электродов.

Виды стартеров для ламп дневного света

Было разработано несколько различных видов стартеров, но распространение получила только одна разновидность, в основе принципа действия которой используется тлеющий разряд.

У подобных приспособлений существует сразу несколько разных классификаций, одна из основных разделяет их по особенностям строения электродов:

1. У несимметричной разновидности один из электродов всегда остается в зафиксированном и неподвижном состоянии. Второй электрод при этом может всегда двигаться и обязательно в качестве материала для его изготовления используется сразу несколько различных металлов.
2. Симметричная разновидность, в которой оба электрода имеют биметаллическое происхождение. Такой вид стартеров на сегодняшний день используется гораздо чаще, поскольку он гораздо выгоднее несимметричного аналога.

Также, в иных случаях, классификация стартеров может осуществляться в зависимости от следующих факторов:

1. Мощность ламп, которые приспособление должно зажигать, обычно этот параметр варьируется от 4-22В до 80-140В.
2. Ведущие производители, занимающиеся изготовлением стартеров для ламп. На сегодняшний день, лидерами являются Phillips, Narva, Osramи GeneralElectric.
3. Популярные модели с учетом их особенностей.

Принцип работы дросселя.

Основное, что делает дроссель – это производит сдвиг фазы переменного тока в момент перехода через ноль. За счет этого поддерживается тлеющий разряд в колбе газоразрядной лампы. Для ограничения тока, проходящего через электроды лампы выбран дроссель так как он имеет реактивное сопротивление. Кроме того, любая катушка индуктивности может накапливать энергию.

Для зажигания тлеющего разряда необходим импульс электрического тока, это тоже обеспечивается дросселем.

При подаче питания на схему происходит следующее:

1. Ток идет по схеме через каушку, электроды лампы и стартер. Он сравнительно не велик, не более 50 мА.
2. В колбе стартера происходит ионизация газа, температура растет.
3. Биметаллические контакты замыкаются, сила тока возрастает до 600 мА. Дальнейший ток ограничивается дросселем
4. Этого тока вполне достаточно для разогрева электродов лампы EL
5. В лампе EL1 начинает протекать тлеющий разряд, образуется ультрафиолетовое излучение.
6. Люминофорное покрытие под действием образовавшегося ультрафиолета начинает испускать свет с видимой длиной волны.

Важно помнить, что параметры лампы и дросселя коррелируют. Обычно самостоятельное изготовление дросселя лишено смысла

Сейчас на рынке очень много различной пуско-регулирующей аппаратуры. Дополнительно дроссель снижает помехи и сглаживает пульсации.

Как подключить лампу

Люминесцентную лампу можно подключить несколькими способами. Выбор зависит от условий эксплуатации и предпочтений пользователя.

Подключение с использованием электромагнитного балласта

Распространен метод подключения с использованием стартера и ЭмПРА. Питание в сети запускает стартер, который замыкает биметаллические электроды.

Ограничение тока в схеме осуществляется за счет внутреннего дроссельного сопротивления. Рабочий ток можно увеличить практически в три раза. Стремительный нагрев электродов и появление процесса самоиндукции вызывают зажигание.

Подключение при помощи ЭмПРА

Сравнивая метод с другими схемами подключения ламп дневного света, можно сформулировать недостатки:

• значительный расход электроэнергии;
• длительный запуск, который может занимать 3 с;
• схема не способна функционировать в условиях пониженных температур;
• нежелательное стробоскопическое мигание, негативно влияющее на зрение;
• дроссельные пластинки по мере износа могут издавать гудение.

Две трубки и два дросселя

В данном случае реализуется последовательное подключение нагрузок с подачей фазы на вход сопротивления.

Выход через фазу соединяется с контактом осветительного прибора. Второй контакт направляется на нужный вход стартера.

Схема с двумя трубками и двумя дросселями

От стартера контакт идет к лампе, а свободный полюс — к нулю схемы. Так же подключается второй светильник. Подсоединяется дроссель, после чего монтируется колба.

Схема подключения двух ламп от одного дросселя

Для подсоединения двух осветительных приборов от одного стабилизатора потребуется два стартера. Схема экономная, поскольку дроссель это наиболее дорогой компонент системы. Схема показана на рисунке ниже.

Схема подключения двух светильников от одного дросселя

Электронный балласт

Электронный балласт представляет собой современный аналог традиционного электромагнитного стабилизатора. Он значительно улучшает пуск схемы и делает использование осветительного прибора более комфортным.

Поступающий на нагрузку ток выпрямляется через диодный мост. При этом напряжение сглаживается, а конденсаторы гарантируют стабильную подачу электроэнергии.

Подключение с помощью электронного балласта

Обмотки трансформатора в данном случае включаются противофазно, а генератор нагружается высокочастотным напряжением. При подаче резонансного напряжения внутри колбы происходит пробой газовой среды, который порождает необходимое свечение.

Сразу после розжига сопротивление и подаваемое на нагрузку напряжение падают. Запуск при помощи схемы обычно занимает не более секунды. Причем можно легко использовать источники освещения без стартера.

Использование умножителей напряжения

Использование умножителей напряжения

Метод помогает использовать люминесцентную лампу без электромагнитной балансировки. В ряде случаев он наиболее эффективен и продлевает срок службы аппарата. Даже перегоревшие приборы способны проработать некоторое время при мощностях, не превышающих 40 Вт.

Схема выпрямления дает значительное ускорение и возможность увеличить напряжение в два раза. Для  его стабилизации используются конденсаторы.

Важно помнить, что люминесцентные лампочки не предназначены для работы с постоянным током. С течением времени ртуть скапливается в определенном участке, что снижает яркость

Для восстановления показателя необходимо периодически менять полярность, переворачивая колбу. Можно установить переключатель, чтобы не разбирать прибор.

Подключение без стартера

Схема подключения без стартера

Стартер увеличивает время разогрева прибора. Однако он недолговечен, поэтому пользователи задумываются о подключении освещения без него через вторичные трансформаторные обмотки.

Ремонт дросселя.

Неисправность дросселя можно установить с помощью замены стартера и/или люминесцентной лампы на заведомо исправные. Если в этом случае освещения нет, то причина в нем. Неисправность дросселя можно определить и при помощи мультиметра в режиме измерения сопротивления. Работоспособный электромагнитный дроссель имеет сопротивление около 60 Ом. Допустимое отклонение составляет около 10 процентов. Если сопротивление мало, то это указывает на межвитковое замыкание. Это случается на дросселе, который достаточно долго эксплуатируется. Причина заключается в отслоении лакокрасочной изоляции и замыкании витков. Бесконечное сопротивление указывает (либо вообще нет прозвонки) на обрыв, отсутствие контакта. Скорее всего он просто сгорел, так был скачок напряжения.

Помните что при работе с любыми электроприборами необходимо соблюдать технику безопасности! 

Ремонт дросселя для люминесцентной лампы заключается в разборке: снятии кожуха при его присутствии, разборке пластин сердечника и перемотке катушки. Однако, это нецелесообразный процесс в следствие его трудоемкости и низкой цены нового. Его проще заменить на заведомо исправный. При замене необходимо соблюсти мощностные параметры.

Как выбрать: виды и характеристики

Для основания 2P скорость выпрямления не должна быть выше 3 мкм. Желательно, чтобы корпус должен быть изготовлен из огнестойкого поликарбоната (опционально). Для источников освещения 12 Вт контакты должны быть длиной не более 2,2 см. Желательно выбирать ортогональные конденсаторы. Именно этот вид конденсаторов не вызовет проблем с проводимостью тока.

Если нужно выбрать деталь для базы 3P, в первую очередь, нужно обратить внимание на индуктивность детали. Этот параметр должен равняться плюс-минус 2,5 Гн

Кроме того, вы можете выбрать подходящую модель, обратив внимание на:

• сила светового источника;
• тип стартера. Этот параметр зависит от типа дросселя (электрический, электромагнитный);
• тип механизма управления, который находится в лампе;
• тип контактов (подвижные, асимметричные и т. д.);
• параметр тока тлеющего разряда;
• производитель.

Одним из самых важных моментов при выборе источника света для люминесцентных ламп является фирма. Хорошая вещь не может стоить дешево, поэтому не жалейте денег на качественного производителя. Даже расходные материалы (такие как стартер, должны быть оригинальными и качественными).

Рассмотрим виды пускателей, чтобы понять, какой из них лучше и какой пригодится в каждой отдельной ситуации. Сразу отметим, что универсального стартера нет, все имеют плюсы и минусы и специализацию.

Тепловой вид пускателя

Для этой разновидности характерен более длительный период зажигания разогрева. Электроды нагреваются медленнее, что продевает срок работы лампы и снижает вероятность поломки. Из-за сложной конструкции, эти разжигатели потребляют большее количество энергии.

Пускатель электронного типа

Разжигаются быстрее, так как основным источником нагрева является сопротивление тока, который проходит через металлические элементы.

Скорость нагрева и образования света в данном случае будет намного выше, поэтому-таки лампы загораются практически моментально, что может спровоцировать поломку.

Механизм тлеющего разряда

Установлен на лампочках с биметаллическими электродами. Модели такого типа используются чаще других, так как имеют простую конструкцию, быстро зажигают лампу, служат достаточно долго и легко демонтируются.

Как выбрать?

На сегодняшний день, данные приспособления широко распространены и их ассортимент можно обнаружить фактически в любой торговой точке, занимающейся реализацией бытовой техники.

При совершении покупки, необходимо обратить внимание на следующие критерии:

1. Производитель пускателя. Из зарубежных компаний наиболее рекомендована продукция фирмы Phillips, среди отечественных вариантов безусловным лидером является Osram. Также, имеется широкий ассортимент китайских стартеров, которые чаще всего имеют схожие названия, но их приобретение не рекомендуется, поскольку качество у подобных устройств всегда значительно ниже, как и срок службы.
2. Номинальное напряжение. При реализации на практике двухламповой схемы, пускатель обязательно должен быть рассчитан на напряжение 127В, данный параметр всегда указывается в маркировке.
3. Мощность, которая должна соответствовать аналогичному параметру используемых источников света.
4. Материал, из которого изготовлен корпус. Во время функционирования приспособления, может возникнуть ряд потенциально опасных ситуаций, которые обуславливаются возможным перегревом и наличием электрической дуги, по этой причине рекомендуется выбирать пускатели с корпусом из огнестойких видов материала.

Достоинства и недостатки

Любой источник света обладает как достоинствами, так недостатками.

К преимуществам трубчатых ЛЛ можно отнести небольшое потребление энергии, высокую светоотдачу, длительный срок службы (средний показатель 12 тыс. часов)

Недостатков не мало:

• большие размеры;
• длительный запуск (до 3-х сек.);
• высокое потребление энергии дросселем;
• шумность во время работы;
• мерцание, вредящее зрению;
• отказ работать при минусовой температуре.

Многих недостатков трубчатых ЛЛ лишены компактные.

КЛЛ с традиционным цоколем обладают:

• повышенной светоотдачей;
• длительным сроком эксплуатации (до 15-и тыс. часов);
• разнообразием цветности света;
• выделением небольшого объема тепла;
• равномерным распределением светового потока;
• возможностью сэкономить до 75% электроэнергии.

К недостаткам компактных люминесцентных ламп относят:

• невозможность эксплуатации при наличии члена семьи с кожными заболеваниями из-за присутствия в излучении ультрафиолета;
• выключение, если напряжение снизилось на 10%;
• невозможность подключения диммера;
• периодическое мерцание;
• наличие в составе фосфора и ртути;
• необходимость в специальной утилизации;
• сравнительно высокие цены.

В холодном помещение для того, чтобы образовался максимальный объем светопотока, требуются 2-3 секунды.

Достоинства светодиодных энергосберегающих источников:

• стопроцентная экологическая безопасность;
• выделение небольшого объема тепла;
• низкое потребление электроэнергии;
• простая установка;
• высокая устойчивость к механическим повреждениям;
• небольшие размеры.

Если изделие качественное, недостатков не много:

• высокая стоимость;
• направление луча в одном направлении (в некоторых ситуациях этот недостаток превращается в преимущество);
• падение яркости в процессе эксплуатации;
• невозможность установки в помещения с повышенной температурой (сауны, бани);
• несовместимость с выключателями, оснащенными подсветкой.

Пошаговая инструкция как заменгить лампу дневного света в потолочном светильнике

Для того чтобы поменять перегоревшую лампу дневного света в потолочном светильнике:

1. Снимите напряжение со светильника. Для надёжности отключите подачу электроэнергии на щитке.

2. Обеспечьте доступ к лампе, сняв плафон или светоотражающую решётку. Плафоны крепятся к источнику света винтами или защёлками. Открутите винты, освободите фиксатор защёлки. Снимите плафон или светоотражающую решётку.

3. Плафон иногда крепится к самой лампе. В этом случае потяните за него и освободите перегоревший источник света.
4. Возьмитесь за колбу двумя руками и поверните на 900 в любую сторону, выньте из патрона.
5. Установите новую лампу, проделав всё в обратном порядке. Поместите цоколь в патрон, повернув колбу на 900 в противоположную сторону.
6. Для проверки работы включите её.

При отсутствии свечения подожмите источник света – возможен плохой контакт между цоколем и патроном.

Как снять, вставить и собрать в светильники с цоколем G5 и G13

Люминесцентные источники света с цоколем G5 и G13 применяются на кухне, в ванной комнате, для подсветки зеркал. Они устанавливаются в потолочные светильники. Перегорание подтверждает тёмное кольцо на конце колбы. Причиной неисправности может быть отказ стартера (балласта) или дросселя. Для замены люминесцентного источника:

1. Снимите напряжение со светильника. Для надёжности отключите подачу электроэнергии на щитке.
2. Разберите светильник. Обеспечьте доступ к колбе, сняв плафон или светоотражающую решётку. Плафоны крепятся к источнику света винтами, защёлками. Открутите винты отвёрткой или освободите фиксатор защёлки. Снимите плафон или светоотражающую решётку.
3. В одноламповых светильниках плафон крепится за саму лампу. В этом случае потяните за него и освободите перегоревший источник света.
4. Для снятия колбы возьмитесь за неё двумя руками и поверните вокруг своей оси на 900 в произвольную сторону. Штыри цоколя выйдут из направляющих гнёзд в патроне.
5. Потяните источник света в противоположную сторону от светильника и вытащите из патрона.
6. Приобретите новую лампу. Её характеристики и размеры должны быть такие же, как у перегоревшего источника.
7. Для установки нового источника света поместите его концы в патрон до упора, поверните на угол 900 в произвольную сторону до лёгкого щелчка. Зафиксируйте положение. Подайте питание на светильник и проверьте его работу. При нормальном свечении поставьте на место плафон или решётку. Если светильник не горит, отключите его и пошевелите колбу в разные стороны для лучшего контакта с патроном. При отсутствии свечения вытащите её и установите заново.

Если принятые меры не приводят к положительным результатам, возможно неисправен стартер или дроссель.

Как выкрутить в светильниках с современными типами  цоколей G23, GX23

Люминесцентные источники света с цоколями G23, GX23 применяются в настольных светильниках.

Они отличаются формой и размерами штырей.

Крепление цоколя с патроном такое же, как у других видов, поэтому порядок замены перегоревшей лампы не меняется.

Для этого:

1. Обесточьте светильник, выдернув шнур из розетки.
2. Освободите колбу от плафона при помощи фиксатора. Для извлечения потяните за край колбы в противоположную сторону от плафона, достаньте из фиксатора. Покачивая, потяните в сторону от патрона и вытащите её.
3. Сходите в магазин со старой лампой и купите такую же новую.
4. Установите колбу в светильник в обратном порядке, вставив цоколь в патрон. Прижимая колбу к патрону, надавите на неё до щелчка.

Люминесцентная лампа содержит до 5 мг ртути. При замене повреждённого источника света на новую лампу, её нельзя выбрасывать с бытовым мусором, а необходимо правильно утилизировать. Для этого существуют специальные организации.

Предыдущая
ЛюминесцентныеОпределение неисправностей люминесцентных ламп
Следующая
ЛюминесцентныеХарактеристики компактных люминесцентных ламп

Выводы.

Хоть схема и имеет полувековую историю, она до сих пор остается актуальной. ПРА необходим для работы люминесцентной лампы. Все компоненты производятся и стоят недорого. К достоинствам этой схемы можно отнести ее простоту и доступность компонентов. Обычно дроссель является самым долгоживущим компонентом схемы.

Из минусов отмечено, что при использовании классической схемы при включении освещения несколько секунд наблюдается мерцание. Это плохо отражается на сроке полезной эксплуатации самого источника света. Т.е. Лампа проработает меньше в такое схеме, чем при использовании электронного пускателя.

В плане экономической целесообразности, при частом включении и выключении света использовать такую элементную базу не выгодно, проще приобрести электронный пускатель, хоть его покупка и обойдется дороже, но это будут одномоментные затраты.