Принцип работы люминесцентной лампы

Температура и срок службы

Кристаллы светодиодов небольшие, но излучают достаточно интенсивный световой поток. При этом часть энергии уходит в тепло. Его отвод осуществляется посредством алюминиевых радиаторов. Если изделие кустарного производства, то это существенно уменьшит его срок службы. Тот же эффект создает отсутствие необходимого количества термопасты. Отметим, что при низком температурном режиме эти особенности не проявляют себя.

Люминесцентные трубки менее устойчивы к морозам. При температуре ближе к нулю им приходится тратить довольно много времени на набор рабочей температуры. Без этого устройство не может выйти на номинальный уровень яркости. В условиях повышенной влажности на люминесцентной трубке происходит образование пленки, снижающей поверхностное сопротивление. Это в свою очередь оказывает влияние на напряжение зажигания устройства.

В целом, если цените долговечность, то замена люминесцентных ламп на светодиодные лампы будет актуальна для вас. Срок службы последних составляет от пятидесяти до ста тысяч часов. Отметим, что энергосберегающие лампочки имеют запас прочности практически в 5–10 раз меньший.

Конечно, когда речь идет о сроках службы, имеются в виду качественные изделия брендовых производителей, дающих соответствующую гарантию. Дешевые подделки неизвестных производителей как светодиодные, так и люминесцентные, отработают от силы год–два.

Как из одной розетки сделать несколько: все способы

Когда на ограниченной площади комнаты необходимо использовать несколько потребителей электроэнергии, наличия одной розетки недостаточно.

При временном подключении приборов лучшим выходом из ситуации будет использование бытового удлинителя с блоком розеток, оснащённого устройством защиты от перегрузок. Если же дополнительное оборудование размещается стационарно или подключается часто, кабель удлинителя на полу – неудобство, а вставляемые в розетку тройники из штепсельных разъёмов выпадают.

В ряде случаев решить проблему можно реконструкцией имеющейся точки подключения – вместо одной розетки установить несколько. Операция эта технически не сложна, но не всегда разрешена к исполнению, поэтому рассмотрим, в каких случаях такая модернизация безопасна, и как её выполнить правильно.

Способы не равноценны, поэтому для правильного выбора нужно знать особенности используемых устройств.

Внешний вид

Есть две основные разновидности люминесцентных ламп по внешнему виду.

Линейный тип

Конструкция подразумевает использование удлиненной колбы (трубки). Область применения — общественные и промышленные объекты (например, торговые или спортивные залы). Маркировка содержит букву «Т».

Компактный тип (КЛЛ, или «экономки»)

Предназначены для бытового применения. Характеризуются изогнутой колбой, напоминающей спираль. Делятся на две подкатегории:

• со штырьковым цоколем — в маркировке используется буква G, а цифрами обозначается расстояние между штырьками;
• со стандартным цоколем (по аналогии с лампами накаливания) — буква E, цифрами указан диаметр цоколя.

Штырьковые КЛЛ без дросселя эксплуатируют в настольных светильниках.

Классическая схема c использованием электромагнитного балласта

Совокупность дросселя и стартера также называют электромагнитным балластом. Схематически такой вид подключения можно представить в виде нижерасположенного рисунка.

Для увеличения коэффициента полезного действия,a также уменьшения реактивных нагрузок в схему вводятся два конденсатора – они обозначены С1 и С2.

• Обозначение LL1- дроссель, иногда его называют балластником.
• Обозначение Е1 – стартер, как правило он представляет собой небольшую лампочку тлеющего разряда c одним подвижным биметаллическим электродом.

Изначально, до подачи тока эти контакты разомкнуты, поэтому ток в схеме напрямую на лампочку не подается, а нагревает биметаллическую пластину, которая нагреваясь выгибается и замыкает контакт. В результате возрастает ток, нагревающий нити нагрева в люминесцентной лампе, а самом стартере ток уменьшается и электроды размыкаются. В балласте начинается процесс самоиндукции, приводящий к созданию высокого импульса напряжения, обеспечивающего образование заряженных частиц, которые взаимодействуя с люминофором покрытия, обеспечивают возникновение светового излучения.

Такие схемы с использованием балласта имеют ряд достоинств:

• небольшая стоимость требуемого оборудования;
• простота в использовании.

К недостаткам таких схем можно отнести:

• «мерцающий» характер светового излучения;
• значительный вес и крупные габариты дросселя;
• долгое зажигание люминесцентной лампы;
• гудение работающего дросселя;
• почти 15% потерь энергии.
• невозможно использовать совместно с устройствами, которые плавно регулируют яркость освещения;
• на холоде включение значительно замедляется.

Дроссель выбирают строго в соответствии c инструкцией к конкретному виду люминесцентных ламп. Это обеспечит полноценное выполнение им своих функций:

• ограничивать в требуемых значениях величину тока при замыкании электродов;
• генерировать достаточное для пробоя газовой среды в колбе лампы напряжение;
• обеспечивать поддержку горения разряда на стабильном постоянном уровне.

Несоответствие выбора приведет к преждевременному износу ламп. Как правило, дроссели имеют ту же мощность, что и лампа.

Среди наиболее распространенных неисправностей светильников, в которых используют люминесцентные лампы, можно выделить такие:

• отказ дроселля, внешне это появляется в почернении обмотки, в оплавлении контактов: проверить его работоспособность можно самостоятельно, для этого понадобится омметр – сопротивление исправного балласта составляет порядка сорока Ом, если омметр показывает менее тридцати Ом – дроссель подлежит замене;
• отказ стартера – в этом случае лампа начинает светиться только по краям, начинается мигание, иногда лампочка стартера светится, нол сам светильник не зажигается, устранить неисправность можно только заменой стартера;
• иногда все детали схемы исправны, но светильник не включается, как правило, причиной является потеря контактов в ламподержателях: в некачественных светильниках они изготавливаются из некачественных материалов и поэтому плавятся – устранить такую неисправность можно только заменой гнезд ламподержателей;
• лампа мигает по типу стробоскопа, по краям колбы наблюдается почернение, свечение очень слабое – устранение неисправности замена лампы.

Принцип работы и устройство ЛЛ

Люминесцентный прибор представляет собой газозарядный источник света, где в ртутных парах электрический разряд создает интенсивное ультрафиолетовое излучение.

Компактные модули люминесцентного типа имеют стандартный цоколь, благодаря которому становятся удобной заменой ярких, но более энергозатратных ламп накаливания.

Как работает люминесцентная лампочка?

В видимый человеческому глазу свет его преображает специальный состав под названием люминофор, состоящий из галофосфата кальция, смешанного с дополнительными элементами.

После подключения к центральной электросети люминесцентной лампы, внутри стеклянной колбы требуется поддерживать так называемый тлеющий разряд.

Он дает возможность обеспечить свечение люминофорного слоя в постоянном режиме и даже в период кратковременного отключения центрального электропитания.

Раньше классическая лампа люминесцентного типа имела вид запаянной с двух сторон трубки, внутри которой находятся пары ртути. Сейчас приборы выпускаются в более разнообразных формах и конфигурациях

Конструкционные особенности прибора

Традиционная лампа люминесцентного типа — это стеклянный цилиндр с внешним диаметром 12, 16, 26 и 38 мм, обычно представленный как:

• прямая удлиненная трубка;
• изогнутый U-образный модуль;
• кольцо;
• сложная фигура.

В торцевые края герметично впаяны ножки. На их внутренней стороне размещены вольфрамовые электроды, конструктивно напоминающие биспиральные тела накала, встроенные в лампочки «Ильича».

В отдельных типах люминесцентных ламп используются более прогрессивные триспирали, представляющие собой закрученную биспираль. Оснащенные ими приборы имеют повышенный уровень КПД и более низкий порог теплопотери, существенно поднимающие общую эффективность светопотока

С наружной части электродные элементы подпаяны к металлическим штырькам металлического цоколя, на которые подается рабочее напряжение.

U-подобные и прямые приборы обычно оснащены цоколями G5 и G13, где буквенная кодировка означает штырьковый тип цокольного элемента, а цифровая показывает, на каком расстоянии друг от друга располагаются рабочие элементы.

Электропроводная среда, располагающаяся внутри стеклянной колбы, обладает отрицательным сопротивлением. Когда между двумя противоположными электродами возникает рост тока, требующий ограничения, оно проявляется и снижает рабочее напряжение.

В схему цепи включения обычной люминесцентной лампочки входит дроссель или балластник. Он отвечает за создание высокоуровневого импульсного напряжения, необходимого для корректной активации лампы.

Рисунок показывает внутреннее обустройство лампы люминесцентного типа и наглядно объясняет базовый принцип работы ее основных составных элементов

Помимо этой детали, ЭмПРА комплектуется стартером. Он представляет собой элемент тлеющего разряда, внутри которого располагаются два электрода, окруженные средой инертного газа.

Один из них состоит из биметаллической пластины. В спящем режиме оба электрода находятся в разомкнутом состоянии.

Распространение филаментов, что предлагает рынок, критерии выбора

С появлением филаментных источников света все больше людей начали переходить на новые изделия. Причиной стал оригинальный дизайн и больший угол свечения без применения дополнительных оптических систем. В стандартных светодиодах, находящихся в пластиковом корпусе, угол 170 градусов, а здесь 300.

Что касается производителей, популярностью пользуется продукция компаний Maxus, Videx, Philips, Osram, Лисма и лампа Томича.

Критерии выбора

При покупке филаментных лампочек важно обращать внимание не только на мощность и тип цоколя, но и на другие критерии

Ниже рассмотрим основные параметры:

1. Тип продукта: декоративная лампа, для освещения, специальная и т. д.
2. Вид цоколя — Е27, Е14 или Е40.
3. Напряжение: 170 — 240 В.
4. Мощность: от 2 — 12 Вт.
5. Аналог лампы накаливания: 16 — 560 Вт.
6. Яркость: от 9 — 1521 Лм.
7. Минимальная площадь освещения.
8. Цвет света — белый (теплый, нейтральный, холодный), красный, желтый, синий, янтарный.
9. Температура цвета: 1800 — 6500 К.
10. Форма — шар, сфера, груша, свеча, круг, спираль, овал, карандаш, декоративная фигурка и прочие.
11. Отделка колбы — матовая, прозрачная, золотистая, янтарная, тонированная, белая, серебристая.
12. Материал — дутое стекло / металл, пластик, стекло, матированное стекло.
13. Высота: 7 — 435 мм.
14. Диаметр: 4 — 225 мм.
15. Управление устройством — выключатель, настенный переключатель, поворотно-нажимной диммер.
16. Угол свечения — 300, 320 или 360 градусов.
17. Индекс передачи цвета: 77 — 90.
18. Марка — Uniel, Elgo, Lexman, Osram, Gauss, Elektrostandart и другие.

Дополнительно учитывайте и другие параметры — полезный световой поток, наличие совместимых приложений, срок службы, максимальное число включений, класс энергопотребления

Обратите внимание на страну-производителя и вид упаковки

Gauss LED Filament E14 свеча

Китайский продукт с цоколем на E14 и мощностью в 11 Вт. Изделие светит как лампочка накаливания на 80 Вт. Цвет освещения нейтрально-белый, а максимальная площадь — 7 кв. м.

Угол сведения составляет 360 градусов, а полезный световой поток 750 Лм. Модель рассчитана на 50 000 включений и отключений, а средний срок службы составляет 35 000 часов.

Лампа светодиодная филаментная Lexman

Устройство, изготовленное в Китае. Модель оборудована цоколем на Е14 и имеет мощность 4,5 Вт. Заявленные параметры позволяют светить также как 40-ватная лампа накаливания.

Свет освещения тепло-белый (ближе к желтому), площадь освещения около двух квадратных метров, а угол свечения составляет 360 градусов.

Полезный световой поток находится на уровне 470 Лм. Лампочка имеет ресурс на 25 000 включений и отключений, а также срок службы в 25 000 часов.

Преимущества светодиодных ламп

Светодиодные лампы обладают рядом преимуществ:

• Экономичные светильники на основе таких ламп потребляют небольшое количество электричества.
• Являются самыми долговечными и служат в 20 раз дольше обычных лампочек.
• Почти не нагреваются, поэтому удобно менять, безопасны для детей.
• Яркость таких ламп не изменяется в зависимости от уровня напряжения и с течением временем.
• Яркие лампы безопасно устанавливаются в люстры с ограничением мощности.
• Световой поток и цвет максимально приближены к натуральным.
• Это экологичный аналог других ламп, так как не содержит в составе опасных веществ для жизни и здоровья человека.
• Светодиодная лампа сразу включается на полную мощность. Не требует времени для прогрева, как, например, люминесцентные лампы.

Люминесцентные светильники: характеристики и устройство

Люминесцентными светильниками принято считать устройства, работающие с соответствующим видом газоразрядных ламп. Принцип работы источников света основан на способности электрического тока излучать световые волны ультрафиолетового спектра при прохождении через металлизированный газ.

В люминесцентных лампах используются ртутные пары и минеральный люминофор, преобразующий ультрафиолетовое свечение в свет видимого спектра. Лампы имеют продолжительный срок службы (> 5 лет), хорошую яркость, превышающую аналогичный показатель ламп накаливания в несколько раз, и более широкие возможности в плане оттенков и температуры свечения.

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

Схемы со стартером

Самыми первыми появились схемы со стартерами и дросселями. Это были (в некоторых вариантах и есть) два отдельных устройства, под каждое из которых имелось свое гнездо. Также в схеме есть два конденсатора: один включен параллельно (для стабилизации напряжения), второй находится в корпусе стартера (увеличивает длительность стартового импульса). Называется все это «хозяйство» — электромагнитным балластом. Схема люминесцентного светильника со стартером и дросселем — на фото ниже.

Схема подключения люминесцентных ламп со стартером

Вот как она работает:

• При включении питания, ток протекает через дроссель, попадает на первую вольфрамовую спираль. Далее, через стартер попадает на вторую спираль и уходит через нулевой проводник. При этом вольфрамовые нити понемногу раскаляются, как и контакты стартера.
• Стартер состоит из двух контактов. Один неподвижный, второй подвижный биметаллический. В нормальном состоянии они разомкнуты. При прохождении тока биметаллический контакт разогревается, что приводит к тому, что он изгибается. Согнувшись, он соединяется с неподвижным контактом.
• Как только контакты соединились, ток в цепи мгновенно вырастает (в 2-3 раза). Его ограничивает только дроссель.
• За счет резкого скачка очень быстро разогреваются электроды.
• Биметаллическая пластина стартера остывает и разрывает контакт.
• В момент разрыва контакта возникает резкий скачок напряжения на дросселе (самоиндукция). Этого напряжения достаточно для того, чтобы электроны пробили аргоновую среду. Происходит розжиг и постепенно лампа выходит на рабочий режим. Он наступает после того, как испарилась вся ртуть.

Рабочее напряжение в лампе ниже сетевого, на которое рассчитан стартер. Потому после розжига он не срабатывает. В работающем светильнике его контакты разомкнуты и он никак в ее работе не участвует.

Эта схема называется еще электромагнитный балласт (ЭМБ), а схема работы электромагнитное пускорегулирующее устройство — ЭмПРА . Часто это устройство называют просто дросселем.

Один из ЭмПРА

Недостатков у этой схемы подключения люминесцентной лампы достаточно:

• пульсирующий свет, который негативно сказывается на глазах и они быстро устают;
• шумы при пуске и работе;
• невозможность запуска при пониженной температуре;
• длительный старт — от момента включения проходит порядка 1-3 секунд.

Две трубки и два дроссели

В светильниках на две лампы дневного света два комплекта подключаются последовательно:

• фазный провод подается на вход дросселя;
• с выхода дросселя идет на один контакт лампы 1, со второго контакта уходит на стартер 1;
• со стартера 1 идет на вторую пару контактов той же лампы 1, а свободный контакт соединяют с нулевым проводом питания (N);

Так же подключается вторая трубка: сначала дроссель, с него  — на один контакт лампы 2, второй контакт этой же группы идет на второй стартер, выход стартера соединяется со второй парой контактов осветительного прибора 2 и свободный контакт соединяется с нулевым проводом ввода.

Схема подключения на две лампы дневного света

Та же схема подключения двухлампового светильника дневного света продемонстрирована в видео. Возможно, так будет проще разобраться с проводами.

https://youtube.com/watch?v=8fF5KQk4L2k

Схема подключения двух ламп от одного дросселя (с двумя стартерами)

Практически самые дорогие в этой схеме — дросселя. Можно сэкономить, и сделать двухламповый светильник с одним дросселем. Как — смотрите в видео.

Маркировка

Маркировочное обозначение люминесцентных ламп указано на коробке и содержит данные о фирме, мощности, конструкции цоколя, периоде работы, оттенке свечения и т.д.

Согласно расшифровке индекса первая буква маркировки приборов люминесцентного типа — Л. Последующие буквы указывают на цвет оттенка излучения прибора (дневной, белый, холодный тон белого, ультрафиолетовое излучение и т.д.). Кодовое значение будет включать символы Д, Б, УФ и т.д.

Особенности конструктивного исполнения на маркировках обозначаются соответствующими буквами:

• u-образные люминесцентные лампы (У);
• изделия кольцевой формы (К);
• устройства рефлекторного типа (Р);
• лампы быстрого запуска (Б).

В устройствах люминесцентного вида на маркировке отображаются и показатели свечения, единицей измерения служит Кельвин (К). Показатель температуры 2700 К по оттенку соответствует излучению лампы накаливания. маркировка 6500 К обозначает холодный белоснежный тон.

Причины неисправности

Электроды ЛДС представлены вольфрамовой спиралью, покрытой активными щелочными металлами, которые обеспечивают заряд. С периодом эксплуатации активная масса осыпается с электродов, они приходят в негодность.

В момент включения лампы (пуск разряда и последующий разогрев электродов) происходит дополнительная нагрузка на активную массу, что еще сильнее разрушает ее. На участках с наибольшей потерей активной массы поступает меньше напряжения, что приводит к неравномерной отдаче, и человек наблюдает мерцание лампы в период ее работы. Также осыпание активной массы приводит к полной неисправности лампы, а на концах трубки появляется темный оттенок.

Отсюда следует, что срок службы ЛЛ зависит еще от качества активной массы и частоты включения лампы. Но даже при этих ограничениях срок службы ЛДС как минимум намного выше (2000 запусков против 1000 у обычных лампочек накаливания).

Выводы и полезное видео по теме

Нюансов в выборе LED-трубки под цоколь G13 немало. Чтобы вам проще было разобраться в их ассортименте, мы сделали подборку с обзорами отдельных моделей и разбором схем подключения.

Переделка люминесцентного светильника под LED:

Обзор линейной лампы на светодиодах с описанием устройства и принципов подключения:

Все особенности установки светодиодной трубки вместо люминесцентной:

https://youtube.com/watch?v=py_hdUqyz-E

Популярность светодиодных ламп растет, они выгодны со всех точек зрения. Чтобы заменить ими стандартные трубки «дневного света» в светильнике на потолке, необходимо лишь удалить из цепи питания ряд ненужных элементов. В остальном, линейная LED-лампа Т8 изначально проектировалась под разъемы цоколя G13. Особых трудностей с ее установкой в осветительном приборе возникнуть не должно.