Вы желаете купить газоразрядные лампы для создания уникальной атмосферы в вашем доме? Или, возможно, вам нужны лампочки для улучшения роста растений в тепличных условиях? Использование энергосберегающих источников света не только преобразит интерьер, но и окажет поддержку в агрономии, а также поможет сократить счета за электроэнергию. Ведь так, не правда ли?
Мы готовы помочь вам разобраться в различных типах осветительных приборов газоразрядного типа. В данной статье вы найдете информацию о ключевых особенностях, характеристиках и областях применения ламп высоко- и низкодавления. Мы также подготовили изображения и видеоматериалы, которые помогут вам выбрать наилучший вариант экономичных ламп.
Краткое содержание статьи
Устройство и характеристики разрядных ламп
Все основные компоненты лампы заключаются в стеклянной колбе, где и происходит разряд электрических частиц. Внутри могут находиться пары натрия, ртути или инертные газы.
В качестве газовой начинке используют аргон, ксенон, неон и криптон. Наиболее распространены модели, наполненные парообразной ртутью.
Ключевыми элементами газоразрядной лампы являются: конденсатор (1), стабилизатор тока (2), переключающие транзисторы (3), устройство для подавления помех (4), транзистор (5).
Конденсатор обеспечивает стабильную работу без мерцания. Транзистор имеет положительный температурный коэффициент, обеспечивающий мгновенный запуск лампы без мерцаний. Внутренний механизм начинает функционировать после возникновения электрического поля в трубке газоразряда.
В результате этого в газе образуются свободные электроны, которые, сталкиваясь с атомами металла, способны его ионизировать. При переходе некоторых из этих электронов выделяется избыточная энергия, создающая световые волны — фотоны. Источник света, образующий свечение, расположен в центре лампы. Вся система соединяется через цоколь.
Лампа может генерировать различные световые оттенки в диапазоне, видимом для человека — от ультрафиолетовых до инфракрасных. Для этого внутренняя поверхность колбы покрывается люминесцентным веществом.
Сферы применения ГРЛ
Газоразрядные лампы находят широкое применение в разных областях. Наиболее часто их можно увидеть на городских улицах, в производственных помещениях, магазинах, офисах, на вокзалах и в крупных торговых центрах. Их также используют для подсветки рекламных щитов и фасадов зданий.
ГРЛ применяются и в автомобильных фарах, особенно в виде неоновых моделей, обладающих высокой светоотдачей. Некоторые фары оснащаются металлогалогенными солями или ксеноном.
Первые газоразрядные светильники для транспорта обозначались как D1R, D1S. Затем появились D2R и D2S, где S указывает на прожекторный тип, а R — на рефлекторный. Лампы ГР также используются в фотосъемке.
На изображении представлены импульсные ГРЛ для фотосъемки: ИФК120 (а), ИКС10 (б), ИФК2000 (в), ИФК500 (г), ИСШ15 (д), ИФП4000 (г).
Во время фотографирования такие лампы позволяют контролировать интенсивность светового потока. Они компактны, мощны и экономичны. Однако есть и недостаток — сложно визуально управлять светотенями, создаваемыми источником света.
В аграрной сфере газоразрядные лампы используются для облучения животных и растений, а также для стерилизации и дезинфекции продуктов. Для этих целей лампы должны обладать длиной волн, соответствующие нужному диапазону.
Важно также учитывать концентрацию мощности излучения. Поэтому предпочтение отдается мощным приборам.
Виды газоразрядных ламп
Газоразрядные лампы классифицируются по типу свечения и давлению, в зависимости от цели применения. Все они формируют определенный световой поток. На основании этого критерия они делятся на:
- люминесцентные лампы;
- газосветные модели;
- индукционные устройства.
В первых вариантах источник света составляют атомы, молекулы или их комбинации, возбуждаемые разрядом вгазовой среде.
В газосветных лампах активизируется люминофор, покрывающий колбу, благодаря газовому разряду, и начинают испускать свет. Третий тип работает за счет свечения электродов, раскаленных от газового разряда.
Ксеноновые лампы для автомобилей обеспечивают светоотдачу и яркость, превышающие галогенные лампы более чем в два раза.
В зависимости от материала наполнения, дугоразрядные лампы можно разделить на ртутные, натриевые, ксеноновые, металлогалогенные и прочие. Дальнейшая классификация основывается на давлении газа в колбе.
Лампы, где давление варьируется от 3х10^4 до 10^6 Па, относятся к высоконапорным. При значениях давления от 0,15 до 10^4 Па устройства считаются низкодавленными. Выше 10^6 Па — сверхвысокое давление.
Вид #1 — лампы высокого давления
Газоразрядные лампы высокой мощности отличаются тем, что их содержимое находится под высоким давлением. Они обеспечивают значительное количество света при относительно низких энергозатратах. Чаще всего это ртутные образцы, используемые для уличного освещения.
Эти устройства имеют хорошую светоотдачу и хорошо функционируют при неблагоприятных погодных условиях, однако плохо переносят низкие температуры.
Существует несколько основных групп ламп высокого давления: ДРТ и ДРЛ (ртутные дуговые), ДРИ — аналогичные ДРЛ, но с йодидами, а также ряд модификаций, созданных на их основе. К ним же относятся дуговые натриевые (ДНаТ) и ДКсТ — ксеноновые.
Первая разработка — модель ДРТ. В обозначении «Д» указывает на дуговую природу, «Р» — на ртутный тип, а «Т» говорит о трубчатой конструкции. Внешний вид — это прямая трубка из кварцевого стекла, с вольфрамовыми электродами по обеим сторонам. Применяется она в облучении. Внутри колбы находится небольшой объем ртути и аргона.
По бокам лампы ДРТ располагаются хомутики с держателями. Их соединяет металлическая проволока, облегчая запуск лампы.
Подключение устройства осуществляется последовательно с дросселем через резонансную схему. Световой поток от лампы ДРТ состоит на 18% из ультрафиолетового излучения, на 15% — из инфракрасного, видимый свет составляет тоже 15%, а потери составляют 52%. В основном используется как надежный источник ультрафиолетового излучения.
Лампы ДРЛ (дуговые ртутные) применяются для освещения там, где не столь важно качество цветопередачи. У таких ламп практически отсутствует ультрафиолет. Инфракрасное излучение составляет 14%, видимый свет — 17%, тепловые потери составляют 69%.
Конструкция ламп ДРЛ позволяет запускать их от 220 В без использования высоковольтного импульсного устройства. За счет наличия дросселя и конденсатора колебания потока света уменьшаются, а коэффициент мощности увеличивается.
При последовательном подключении с дросселем возникает тлеющий разряд между вспомогательными и основными электродами, ионизируя пространство между ними, что приводит к возникновению разряда между главными вольфрамовыми электродами. Работа поджигающих электродов прекращается.
Конструкция лампы ДРЛ включает: колбу (1), главные электроды (2), вспомогательные электроды (3), резисторы (4), горелку (кварцевая трубка) (5), цоколь (6).
Горелки ДРЛ обычно имеют четыре электрода — два основные и два поджигающих. Внутри них находятся инертные газы с добавлением ртути.
Металлогалогенные лампы ДРИ также относятся к категории устройств высокого давления, обладая лучшими цветопередачей и цветовым КПД по сравнению с предыдущими. На спектр их излучения влияют добавленные вещества. Главное отличие заключается в форме колбы и отсутствии дополнительных электродов и люминофорного покрытия.
Подключение ламп ДРЛ выполняется через ИЗУ — импульсное зажигающее устройство. В колбах этих ламп содержатся элементы группы галогенов, которые улучшают качество спектра видимого света.
Инертный газ в колбе МГЛ служит буфером, позволяя электрическому току проходить через горелку, даже когда она имеет невысокую температуру.
С прогреванием ртуть и добавки начинают испаряться, изменяя тем самым сопротивление лампы, световой поток и спектр излучения. На основе таких устройств созданы ДРИЗ и ДРИШ. Первые используются в условиях запыленных и влажных помещениях, а вторые подходят для освещения цветных телевизионных съемок.
Наивысшую эффективность показывают натриевые лампы ДНаТ, связанные с длиной излучаемых волн — от 589 до 589,5 нм. Эти натриевые устройства высокого давления функционируют при давлении примерно 10 кПа.
Для разрядных трубок таких ламп используют специальную светопропускающую керамику, так как силикатное стекло не подходит — пары натрия небезопасны для него. Рабочие пары натрия имеют давление от 4 до 14 кПа с низкими потенциалами ионизации и возбуждения.
Электрические параметры натриевых ламп зависят от напряжения в сети и длительности работы. Для стабильной работы требуется специальная пускорегулирующая аппаратура.
Чтобы компенсировать потери натрия, неизбежные во время работы, необходим его небольшой избыток. Это создает пропорциональную зависимость между давлением ртути, натрия и температурой холодной точки, где происходит конденсация избыточной амальгамы.
Во время работы на торцах лампы оседают продукты испарения, что приводит к потемнению концов колбы. Этот процесс сопровождается увеличением температуры катода, повышением давления ртути и натрия, что, в свою очередь, приводит к возрастанию потенциала и напряжения лампы. Для установки натриевых ламп балласты, предназначенные для ДРЛ и ДРИ, не подходят.
Тип #2 — лампы с низким давлением
Внутри таких устройств содержится газ под давлением, которое ниже, чем внешнее. Они делятся на лампы низкого давления (ЛЛ) и компактные лампы низкого давления (КЛЛ), и используются как для освещения коммерческих пространств, так и в домашних условиях. Среди них наибольшей популярностью пользуются люминесцентные лампы.
Процесс преобразования электрической энергии в свет проходит в два этапа. Ток, протекающий между электродами, вызывает излучение в парах ртути, основной компонент которого — коротковолновое УФ излучение. При этом лишь примерно 2% составляет видимый свет. Затем излучение дуги преобразуется в свет в люминофоре.
Маркировка люминесцентных ламп включает буквы и цифры. Первый символ обозначает характеристики спектра излучения и конструкционные особенности, второй указывает на мощность в ваттах.
- ЛД — люминесцентная дневного света;
- ЛБ — лампа белого света;
- ЛХБ — свет холодного белого оттенка;
- ЛТБС — лампа теплого белого света.
Некоторые осветительные устройства обладают улучшенным спектром излучения, что позволяет добиться лучшей светопередачи. В их маркировке можно увидеть символ «Ц». Люминесцентные лампы обеспечивают равномерное и мягкое освещение в помещениях.
Преимуществом ЛЛ является то, что для получения аналогичного светового потока, как у ламп с высоким давлением (ЛН), им требуется значительно меньшая мощность. У них также длительный срок службы и более благоприятный спектр излучения.
Однако, из-за большой поверхности излучения у ЛЛ трудно регулировать распределение света в пространстве. В условиях повышенной запыленности применяется рефлекторное освещение: диффузный отражающий слой покрывает лишь две трети внутренней области колбы.
Люминофор наносится на всю внутреннюю поверхность колбы. Область без рефлекторного покрытия пропускает большую часть светового потока — около 75%, что значительно превышает аналогичную величину у обычных ламп. Такие устройства можно распознать по букве «Р» в маркировке.
Иногда основной характеристикой ЛЛ является цветовая температура (Тц), которая соотносится с температурой черного тела, имеющего аналогичный цвет. Кроме того, люминесцентные лампы бывают различных форм: линейные, U-образные, в форме буквы W и кольцевые. В их названии также присутствует специальная буква.
Наибольшей популярностью пользуются лампы мощностью от 15 до 80 Вт. При светоотдаче 45–80 лм/Вт их срок службы составляет минимум 10 000 часов. Качество работы ЛЛ во многом зависит от внешней среды. Оптимальный диапазон температуры для функционирования этих ламп составляет от 18 до 25°C.
При отклонениях от этого диапазона снижается как световой поток, так и эффективность, а также возникают сложности при зажигании. В условиях низкой температуры вероятность включения лампы близка к нулю.
Пускорегулирующее устройство КЛЛ более компактно по сравнению с аналогичным для люминесцентной лампы. С использованием электронного балласта свечение становится более стабильным, и исчезает неприятный шум.
К лампам низкого давления также относятся компактные люминесцентные лампы (КЛЛ).
Их конструкция аналогична обычным ЛЛ:
- Создается высокое напряжение между электродами.
- Воспламеняются ртутные пары.
- Формируется ультрафиолетовое свечение.
Люминофор внутри трубки делает ультрафиолетовые излучения неприметными для человеческого глаза: доступен лишь видимый свет. Компактный размер устройств стал возможен за счет изменения состава люминофора. КЛЛ, подобно обычным ЛН, имеют различные мощности, хотя показатели первых на порядок ниже.
Информация о мощности КЛЛ содержится в маркировке, где указаны также тип цоколя, цветовая температура, форма электронного балласта (встраиваемый или внешний) и индекс цветопередачи.
Цветовая температура измеряется в кельвинах. Значения от 2700 до 3300 К обозначают теплый желтый цвет, от 4200 до 5400 — стандартный белый, а от 6000 до 6500 — холодный белый с синеватым оттенком, 25000 К указывает на сиреневый цвет. Корректировка цветности осуществляется путем изменения компонентов люминофора.
Индекс цветопередачи показывает, насколько цвет, поддерживаемый источником света, соответствует естественному цвету, приближенному к солнечному. Значение 0 Ra соответствует абсолютно черному цвету, а 100 Ra — максимальному. Осветительные приборы КЛЛ демонстрируют индекс в пределах 60–98 Ra.
Среди натриевых ламп, относящихся к группе низкого давления, максимальная температура холодной точки достигает 470 К. Более низкие значения не позволят поддерживать необходимую концентрацию натриевых паров.
Пик резонансного излучения натрия наблюдается при температуре 540–560 К, что соответствует давлению паров натрия в диапазоне 0,5–1,2 Па. Лампы этого типа показывают наивысшую эффективность светотехнических коэффициентов по сравнению с другими широко использующимися источниками света.
Положительные и отрицательные стороны ГРЛ
ГРЛ (газоразрядные лампы) находят свое применение как в профессиональных установках, так и в научных приборах.
Основные достоинства осветительных приборов данного типа включают:
- Высокая светопроизводительность. Этот параметр почти не меняется даже при использовании толстого стекла.
- Долговечность, благодаря которой они подходят для уличного освещения.
- Устойчивость в тяжелых климатических условиях. В обычных условиях их можно использовать без особых изменений, а зимой — в специальных осветительных устройствах.
- Доступная цена.
Недостатков у этих ламп немного. Одной из проблем является значительное пульсирование светового потока. Другое серьезное ограничение — сложность их включения. Чтобы обеспечить стабильное горение, им требуется балласт, который регулирует напряжение в пределах, необходимых для нормальной работы.
Третий недостаток связан с зависимостью параметров горения от температуры, что в свою очередь влияет на давление рабочего газа в колбе.
Поэтому многие газоразрядные лампы достигают стандартных характеристик работы лишь через некоторое время после запуска. Их излучающий спектр ограничен, и цветопередача как ламп с высоким, так и низким давлением не идеальна.
В таблице представлены ключевые данные о наиболее популярных дуговых ртутных люминесцентных лампах (ДРЛ) и натриевых осветительных приборах. ДРЛ с четырьмя электродами имеют более высокую светопроизводительность по сравнению с лампами с двумя электродами.
Работа этих приборов возможна в условиях только переменного тока. Они активируются с помощью балластного дросселя, что требует некоторого времени для разогрева. Из-за наличия ртутных паров, они не совсем безопасны в использовании.
Выводы и полезное видео по теме
Видео #1. Узнайте больше о ГЛ: что это такое, как они функционируют, их преимущества и недостатки в следующем видео:
Видео #2. Информация о люминесцентных лампах в доступной форме:
Несмотря на внедрение новых технологических решений в освещении, газоразрядные лампы по-прежнему сохраняют свою востребованность. В ряде сфер они остаются незаменимыми, и со временем ГРЛ обязательно откроют новые возможности для применения.
Поделитесь своим опытом выбора газоразрядной лампы для освещения дачи или дома. Что стало основным критерием для вас при покупке? Оставляйте свои комментарии, вопросы, а также фотографии по теме в нижеприведённом блоке.
