Виды люминесцентных ламп

Люминесцентные энергосберегающие лампы предназначены для целей общего освещения и полностью взаимозаменяемы со стандартными люминесцентные лампы мощностью 20, 40 и 65 Вт в существующих осветительных установках без замены светильников и ПРА. Энергосберегающие лампы имеют стандартные длины, стандартные значения рабочих токов и напряжений на лампах и те же или близкие значения световых потоков, что и у стандартных ламп соответствующей цветности (в основном Б) при пониженной на 10% мощности: 18, 36 и 58 Вт. Внешне энергосберегающие лампы отличаются от стандартных ламп 20, 40 и 65 Вт только меньшим диаметром - 26 мм вместо 38 мм. Энергосберегающие лампы обеспечивают получение того же или несколько большего светового потока при уменьшенном на 10% расходе электроэнергии и позволяют за счет уменьшения диаметра трубки существенно снизить расход основных материалов при производстве энергосберегающих ламп (стекло, люминофор, газы, ртуть и др.), уменьшить транспортные расходы и потребности в таре и складских помещениях. В последние годы энергосберегающие люминесцентные лампы получают за рубежом все более широкое применение, постепенно заменяя стандартные люминесцентные лампы.

Для обеспечения того же падения напряжения на энергосберегающих лампах при уменьшении диаметра с 38 до 26 мм пришлось снизить градиент потенциала до прежнего значения путем применения для наполнения смеси аргона с криптоном (70+90% Kj+Ar) и снижения давления до 200-330 Па (вместо обычных 400 Па для PAT в стандартных лампах). При сохранении неизменными действующих значений тока и напряжения на лампе (за счет подбора состава и давления смеси Kr+Аг) переход на меньший диаметр (26 мм вместо 38 мм) приводит к повышению перезажигания и возрастанию крутизны фронта напряжения на энергосберегающей лампе. Форма тока изменяется незначительно. В результате снижается коэффициент мощности энергосберегающей лампы на 7 - 10% и на столько же падает мощность.

Повышение поверхностной электрической нагрузки и облученности в энергосберегающие люминесцентные лампы по сравнению со стандартными лампами ставят люминофорный слой в более тяжелые условия работы. Как показывают эксперименты, энергосберегающие люминесцентные лампы, даже с усовершенствованными люминофорами на основе ГФК, имеют значительно больший спад светового потока, чем стандартные люминесцентные лампы. Наиболее подходящими для этих энергосберегающих ламп являются редкоземельные люминофоры с узкополосными спектрами излучения (УПЛ), обладающие высокой стабильностью к излучению линии 185 нм и позволяющие за счет оптимизации спектра излучения получать высокие значения световой отдачи и общего индекса цветопередачи. Однако из-за весьма высокой цены этих люминофоров (примерно в 40 раз дороже ГФК) энергосберегающие люминесцентные лампы с такими люминофорами в несколько раз дороже стандартных ламп. В целях снижения стоимости энергосберегающих люминесцентных ламп в ряде случаев применяют двухслойное покрытие. Сначала на стекло наносят слой гало-фосфатного люминофора (или их смеси), а поверх него слой смеси редкоземельных УПЛ небольшой толщины (около 25%). Таким путем кроме существенного уменьшения расхода дорогостоящих редкоземельных люминофоров достигается частичная защита гало-фосфатных люминофоров от вредного воздействия излучения 185 нм и дополнительное заполнение спектра. Ведутся также дальнейшие исследования по повышению стабильности ГФК и созданию более дешевых высокостабильных узкополосных люминофоров.

Отечественная промышленность выпускает энергосберегающие люминесцентные лампы мощностью 18, 36 и 58 Вт цветностей ЛБ, ЛДЦ и ЛЕЦ на базе улучшенных ГФК с начальными световыми параметрами, практически совпадающими с параметрами ЛЛ тех же цветностей мощностью 20, 40 и 65 Вт.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)

В начале 80-х годов стали появляться многочисленные типы компактных ЛЛ мощностью от 5 до 25 Вт со световыми отдачами от 30 до 60 лм / Вт и сроками службы от 5 до 10000 ч. Часть типов КЛЛ предназначена для непосредственной замены ламп накаливания. Они имеют встроенную пускорегулирующую аппаратуру и снабжены стандартным резьбовым цоколем Е27.

Разработка КЛЛ стала возможной только в результате создания высокостабильных узкополосных люминофоров, активированных редкоземельными элементами, которые могут работать при более высоких поверхностных плотностях облучения, чем в стандартных ЛЛ. За счет этого удалось значительно уменьшить диаметр разрядной трубки. Что касается сокращения габаритов ламп в длину, то эта задача была решена путем разделения трубок на несколько более коротких участков, расположенных параллельно и соединенных между собой либо изогнутыми участками трубки, либо вваренными стеклянными патрубками.

Все многообразие выпускаемых в настоящее время КЛЛ можно разделить на четыре основные группы.

. Без внешней оболочки, с разрядной трубкой Н- или П-образной формы, специальным цоколем, выносной пускорегулирующей аппаратурой (ПРА) и встроенным стартером (рис. 2, а), где 1 - разрядная трубка; 2 - специальный цоколь G23 с вмонтированным внутри его стартером и конденсатором.

. С призматической или опаловой внешней оболочкой, сложно изогнутой разрядной трубкой, стандартным резьбовым (или штифтовым) цоколем и встроенным стартером и ПРА (рис. 2, б), где 1 - разрядная трубка; 3 - дроссель; 4 - внешняя колба; 5 - полая часть корпуса, внутри которой смонтированы дроссель, стартер, конденсатор, тепловой выключатель.

. Кольцевые, без внешней оболочки, со стандартным резьбовым (или штифтовым) цоколем и встроенным стартером и ПРА (рис. 2, в).

. Со стеклянной внешней оболочкой, сложно изогнутой разрядной трубкой, специальным цоколем, выносным стартером и ПРА.

Рис. 2 - Виды компактных люминесцентных ламп

В первую группу входят КЛЛ, получившие наибольшее распространение. Лампы имеют разрядную трубку с диаметром 12,5 мм и снабжены специальным двухштыревым цоколем G23. Они выпускаются отечественной промышленностью (под маркой КЛ/ТБЦ) и рядом зарубежных фирм. Лампы наполнены аргоном при давлении 400 Па, что обеспечивает нормальную работу катодов и условия разряда. Лампы легко зажигаются даже при температурах до -20°С, время зажигания не превышает 10 с. Основные параметры таких ламп приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Основные параметры компактных люминесцентных ламп

Серия КЛЛ повышенной мощности состоит из трех ламп мощностью 18, 24 и 35 Вт длиной 251, 362 и 443 мм, с номинальным световым потоком соответственно 1250, 2000 и 2500 лм и сроком службы 5000 ч. Лампы изготавливают в трубках увеличенного до 15 мм диаметра и монтируют на специальном 4-штыревом цоколе.

Во вторую группувходят довольно распространенные за рубежом КЛЛ со стеклянной или пластмассовой внешней оболочкой и стандартным резьбовым цоколем Е27 (см. рис. 2, б). Внутри оболочки смонтированы ПРА, стартер и дважды U-образно изогнутая разрядная трубка. Основные параметры КЛЛ этого типа (отечественные КЛС…/ТБЦ и выпускаемые за рубежом (SL) приведены в табл. 1(РЭ2/2001) (вторая группа).

Ввиду того что разрядные трубки в этом виде ламп работают в закрытой внешней оболочке при температурах, заметно превышающих оптимальную, и нет возможности искусственно создать холодную зону, разрядные трубки наполняют амальгамой ртути.

Лампы предназначены для непосредственной замены ламп накаливания и дают большую экономию электроэнергии. К их недостаткам относят сравнительно большие габариты и особенно массу по сравнению с лампами накаливания, неразборность конструкции, в силу чего после выхода из строя разрядной трубки приходится заменять целиком всю лампу, включая дроссель. В связи с этим некоторые зарубежные фирмы выпускают такие лампы в разборном исполнении.

В третью группувходит семейство кольцевых КЛЛ с резьбовым цоколем и встроенным ПРА, смонтированным в пластмассовом корпусе, расположенном по диаметру кольцеобразной разрядной трубки (см. РЭ2/2001, рис. 2, в). Световая отдача кольцевых КЛЛ даже с полупроводниковыми ПРА уступает световой отдаче Н-образных КЛЛ соответствующих мощностей. Удобство кольцевых КЛЛ состоит в том, что ими можно непосредственно заменять лампы накаливания в осветительном приборе.

В четвертую группувходят лампы, имеющие цилиндрическую или грушевидную внешнюю оболочку, специальный 4-штыревой цоколь, выносные ПРА и стартер. Эти лампы имеют более низкие световые отдачи по сравнению с Н- и П-образными КЛЛ. Поэтому данные об этих лампах не приводятся.

Основные экономические преимущества КЛЛ - значительная экономия электроэнергии и уменьшение необходимого количества ламп для выработки одинакового количества люмен-часов по сравнению с лампами накаливания.

Современные КЛЛ сложны в производстве. Поэтому ведутся теоретические и экспериментальные исследования, направленные на усовершенствование таких ламп.

Безэлектродные КЛЛ

В этих лампах для возбуждения свечения люминофоров используется разряд в парах ртути низкого давления в смеси с инертными газами (аргоном, криптоном). Поддержание заряда осуществляется за счет энергии электромагнитного поля, которое создается в непосредственной близости от разрядного объема. Создание безэлектродных КЛЛ стало возможным благодаря современной микроэлектронике, которая позволила создать малогабаритные и сравнительно дешевые источники высокочастотной энергии с высоким КПД.

Все возможные типы безэлектродных ламп состоят из трех основных узлов: малогабаритного источника ВЧ энергии, устройства для эффективной передачи ВЧ энергии в разряд, называемого индуктором, и разрядного объема. Различия в устройстве и конструкции узлов определяются выбранной для возбуждения разряда высокой частотой. В настоящее время известны три основных типа безэлектродных КЛЛ с примерно одинаковыми энергетическими параметрами: с тороидальным индуктором на ферромагнитном сердечнике (частоты от 25 до 1000 кГц), с соленоидальным индуктором (частоты от 3 до 300 МГц) и сверхвысокочастотные (с частотой свыше 100 МГц).

Анализ показал, что в настоящее время наиболее целесообразно использовать конструкцию с соленоидальным индуктором и внешним по отношению к нему расположением разрядного объема. Конструкция подобной лампы показана на рис. 3,где 1 - цоколь Е-27; 2 - блок автогенератора; 3 - наполнение, ртуть и инертный газ, 4 - соленоидальный индуктор; 5 - люминофорный слой; 6 - цилиндрическая полость в колбе; 7 - стеклянная колба.

Рис. 3 - Безэлектродная компактная люминесцентная лампа

Экспериментальные образцы безэлектродных КЛЛ с соленоидальным индуктором (на частоте 18 МГц) мощностью 30 Вт на сетевое напряжение 220 В 50 Гц с диаметром внешней колбы 75-85 мм имеют световую отдачу 30-40 лм / Вт. При этом ферритовый сердечник разогревается до 300°С.

В настоящее время ни в одной стране нет промышленного выпуска безэлектродных КЛЛ и выпускают только экспериментальные образцы.