Виды ламп

Источниками света в системе электрического освещения являются устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в световую. К ним относятся лампы накаливания, люминесцентные, ртутно-кварцевые  с исправленной цветностью, металлогалогенные, ксеноновые и натриевые лампы.

Лампы накаливания. Лампы имеют стеклянную колбу, диаметр которой определяется мощностью лампы. Колбы изготавливают из прозрачного матированного, матированного, опалового или «молочного» стекла. Колба укрепляется  в  цоколе  резьбового,  штифтового  или  фокусирующего  исполнения.

Внутри колбы на молибденовых подвесках подвешивается тело накала или излучатель, выполненное в виде спирали из тугоплавкого вольфрама, имеющего температуру плавления 3600oС. Нити накала могут иметь двойную спираль. Нормальные осветительные лампы малой мощности (40 – 60 Вт) выполняются вакуумными, более мощные наполняются смесью инертных газов (аргона и азота) или криптоном. Это позволяет иметь более высокую температуру накала нити.

Основными характеристиками лампы накаливания являются:

электротехнические характеристики:

-          номинальное напряжение;

-          номинальная мощность, потребляемая из сети;

-          светотехнические характеристики:

-          световой поток;

-          световая отдача;

экономические характеристики: срок службы (средняя продолжительность горения) – 1000 часов и выше.

Лампы накаливания для рабочего освещения рассчитаны на напряжения 220 и 36 В (для опасных помещений). Автомобильные и тракторные лампы выпускаются на напряжения 6, 12 и 24 В.

Мощность ламп для освещения выбирается из ряда 15, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 200, 300, 500, 1000 Вт.

Световой поток находится в прямой зависимости от мощности и температуры нити накала. В процессе горения лампы происходит постепенное распыление вольфрама, что приводит к уменьшению диаметра нити накала и увеличению ее сопротивления и, следовательно, к уменьшению ее мощности и светового потока. У ламп, горевших 75% срока службы, допускается уменьшение светового потока до 20%.

Световая отдача ламп растет с увеличением их мощности. С целью получения направленного светового потока, выпускаются лампы с отражающим светом. Часть внутренней поверхности колбы покрывают зеркальным или диффузным отражающим слоем из серебра или алюминия со стороны цоколя.

Получили распространение кварцевые лампы накаливания с йодным (галогенным) циклом. В этих лампах в кварцевую колбу вводится дозированное количество йода, который оседает на внутренней поверхности колбы. Во время горения лампы частицы вольфрама, отрываясь от раскаленной нити накала, оседают на стенках колбы и соединяются с йодом. При этом образуется йодид вольфрама, распадающийся в зоне высоких температур на йод и вольфрам. Частицы йода возвращаются к стенкам колбы, а вольфрам – к нити накала. Срок службы галогенных ламп увеличивается в два раза по сравнению с обычными лампами накаливания. Повышаются и другие характеристики ламп.

Газоразрядные источники излучения. К газоразрядным (газосветным) источникам света относятся газосветные лампы, электродосветные лампы и люминесцентные лампы. В газоразрядных лампах в процессе электрического разряда происходит излучение газа или паров металла; в  электродосветных лампах используется излучение раскаленных при разряде электродов; в люминесцентных лампах в качестве источника излучения используется люминофор, возбуждаемый электрическим разрядом в газе.

Наибольшее распространение получили лампы, в которых в качестве источника света используется разряд в парах ртути. В процессе работы в лампах развивается давление, от величины которого лампы делят на лампы низкого давления до 0,01 МПа, высокого давления до 1 МПа и сверхвысокого давления свыше 1 МПа.

Люминесцентные лампы. В люминесцентных лампах в качестве излучателя применяется люминофор, представляющий собой порошок белого цвета, способный светиться под действием ультрафиолетового излучения. Люминесцентные лампы относятся к лампам низкого давления. В зависимости от цветности и назначения выпускаются лампы следующих типов: ЛБ – лампа белого света, ЛД – лампа дневного света, ЛДЦ – лампы улучшенной цветности, ЛТБ – лампа тепло-белого света, ЛХБ – лампа холодно-белого света. Мощность ламп от 20 до 150 Вт. Люминесцентные лампы имеют светоотдачу в 4–6 раз больше, лампы накаливания такой же мощности.

На рис. 5.1 показана люминесцентная лампа и схема ее включения. Слой люминофора наносится на внутреннюю поверхность колбы, выполненной в виде  трубки  5  (рис.  5.1,  а).  Трубке  можно  придавать  любую  конфигурацию. У торцов трубки расположены спиральные вольфрамовые электроды 4, которые крепятся к стеклянной ножке 3. Электроды 4 припаиваются к штырькам 1, являющимися выводами лампы. Штырьки 1 установлены в цоколе 2. После откачки воздуха под небольшим давлением (6*10^-3 – 10*10^-3) в трубку вводятся аргон и дозированное количество ртути (30–80 мГ). Аргон уменьшает распыление оксидного покрытия электродов 4 и облегчает зажигание разряда внутри лампы при ее включении.

Рис. 5.1. Люминесцентная лампа: а – общий вид; б – схема включения; 1 – штырек; 2 – цоколь; 3 – стеклянная ножка; 4 – электрод; 5 – колба; EL – обозначение лампы; LL – дроссель; SK – тепловое реле; С, С2 – конденсатор

Для нормальной работы лампы применяется пускорегулирующая аппаратура – пускатель (стартер), дроссель и конденсатор, которые устанавливаются в светильнике вместе с лампой. В светильнике имеются гнезда для установки штырьков лампы. Имеются бесстартерные люминесцентные лампы.

Стартер служит для автоматического зажигания лампы при ее включении (рис. 5.1, б). Он состоит из теплового реле SK, имеющего два электрода, размещенных в баллоне, наполненном неоном.

Дроссель LL необходим для облегчения зажигания и обеспечения устойчивости горения  лампы. При отсутствии дросселя возникающий в лампе разряд может увеличить проводимость в трубке и привести к недопустимому возрастанию тока.

Конденсатор С, включенный параллельно стартеру, уменьшает радиопомехи, возникающие при срабатывании контактов стартера. Конденсатор С2 применяется для компенсации реактивной мощности дросселя.

При включении люминесцентной лампы EL в сеть между электродами стартера возникает тлеющий разряд, нагревающий биметаллический электрод стартера. Этот электрод, изгибаясь, соединяет между собой последовательно электроды лампы и по ним начинает протекать ток, нагревающий их до температуры 800–900 оС. По мере разогрева лампы находящаяся внутри ртуть испаряется. Вследствие возникновения термоэлектронной эмиссии из электродов вылетают электроны, которые образуют ртутно-электронные облачка вокруг каждого электрода. При соприкосновении электродов стартера исчезает тлеющий разряд. Биметаллический электрод начинает остывать и через некоторое время цепь электродов лампы размыкается. В дросселе оказывается запас энергии. ЭДС самоиндукции дросселя и напряжение сети вызывают зажигание лампы.

В результате прохождения тока между электродами пары ртути ионизируются и испускают ультрафиолетовое излучение, действующее на люминофор, что заставляет его излучать видимый свет.

Выпускаются люминесцентные рефлекторные лампы, предназначенные для эксплуатации в условиях повышенной запыленности. В них около 0,7% внутренней поверхности трубки под слоем люминофора покрыто диффузно отражающим слоем металла. Весь световой поток излучается в направлении выходного окна. Сила света при выходе из выходного окна до 80% выше, чем у обычных люминесцентных ламп. Такие лампы используются в светильниках без отражателей.

Срок службы люминесцентных ламп составляет более 12000 час.

Недостатком люминесцентных и всех газоразрядных ламп является то, что их световой поток пульсирует с двойной частотой тока сети. Может возникнуть стробоскопический эффект. Для устранения этого эффекта газоразрядные лампы применяют двухламповые схемы, у которых световые потоки находятся в противофазе.

Дуговые ртутные лампы (ДРЛ). Лампы ДРЛ относятся к лампам высокого давления с исправленной цветностью. Они обладают высокой светочувствительностью (50-60 лм/Вт), большим сроком службы (до 20 000 час).

Рис. 5.2. Лампа ДРЛ: а – общий вид; б – схема включения; 1 – колба; 2 – горелка; 3 – основной электрод; 4 – цоколь; 5 – резистор; 6 – дополнительный электрод; 7 – слой люминофора; EL – лампа; LL – дроссель; R1, R2 – резисторы

Колба лампы 1 (рис. 5.2, а) имеет эллипсоидную форму, выполнена из термостойкого стекла и изнутри покрыта слоем люминофора 7, предназначенного для исправления цветности. Колба лампы приклеивается к цоколю 4. Внутри колбы расположена горелка 2 в виде трубки из кварцевого стекла с основными 3 и дополнительными электродами 6, впаянными в торцы. Электроды выполнены из вольфрама. Дополнительные электроды подключены к основным через токоограничивающие резисторы 5 на противоположных торцах горелки. Внутри горелки находится аргон и дозированное количество ртути. Для стабилизации свойств люминофора полость колбы 1 заполнена углекислым газом.

Лампа  ДРЛ  (EL)  включается  в  сеть  в  соответствии  с  рис.  5.2,  б. При включении лампы между основными и дополнительными электродами возникает разряд, ионизирующий газ в горелке, что способствует возникновению разряда между главными электродами. После зажигания лампы разряд между основными и вспомогательными электродами прекращается. Дроссель LL применяется для ограничения тока разряда и стабилизации его при отклонениях напряжения в допустимых пределах. Резисторы R1, R2ограничивают ток.

Лампы могут работать в широком диапазоне температур окружающей среды (от -40 до +80 оС).