68.Электрические источники света. Лампы накаливания, люминесцентные лампы низкого и высокого давления. Схемы включения.
По принципу преобразования электрической энергии в энергию видимых излучений источники света делятся на две группы: тепловые (в основном лампы накаливания) и газоразрядные (ртутные трубчатые люминесцентные лампы низкого давления и ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью типа ДРЛ). К последней группе относятся металлогалогенные лампы (ДРИ) и натриевые лампы высокого давления.
В лампах накаливания излучение происходит от накаленного до высокой температуры (2500–3000 К) вольфрамового тела в стеклянной колбе, в которой создан вакуум или находится инертный газ. Лампы различаются по мощности (15–1500 Вт), напряжению (12–220 В), световому потоку.
Лампы накаливания состоят из колбы, цоколя и вольфрамовой моноспирали или биспирали. Биспирали применяют в лампах с большими тепловыми потерями (т. е. в газополных от 40 Вт и выше). Наполнение колб ламп криптоном или смесью азота и аргона позволяет снизить испарение вольфрама и довести его температуру до предельной, но несколько увеличивает тепловые потери. Световая отдача газополных ламп поэтому выше, чем у пустотных.
Основными характеристиками ламп накаливания являются: номинальные напряжения UНВ, мощность РНВт и световой поток FНлм (люмен), а также световая отдача Н= FН/ РН– лм/Вт и средний срок службы (примерно 1000 ч). На характеристики лампы накаливания существенно влияет величина рабочего напряжения.
Достоинства ламп накаливания – простота устройства, дешевизна, удобство эксплуатации, возможность изготовления в широком диапазоне мощностей и напряжений и др. К основным недостаткам относятся: весьма низкая экономичность (только 2–4% потребляемой ими электроэнергии превращается в световую), относительно малый срок службы, пожарная опасность.
Более экономичными, чем лампы накаливания, являются газоразрядные лампы. Большинство их представляет собой запаянную стеклянную колбу цилиндрической, сферической или иной формы с впаянными электродами. Колба заполнена обычно либо инертным газом при определенном давлении, либо газом и небольшим количеством металла (например, ртути, натрия, кадмия). Если к электродам приложить достаточное напряжение (называемое напряжением зажигания), между ними возникнет электрический разряд, который вызовет свечение газа. В зависимости от давления газа и паров металла в рабочем режиме различают газоразрядные лампы низкого давления, высокого давления и сверхвысокого давления. Эти лампы разделяются на лампы тлеющего, дугового и импульсного разрядов. Наиболее широко для освещения применяются люминесцентные трубчатые лампы низкого давления [около 1,3-102 Па]. Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную цилиндрическую трубку 6, заполненную аргоном и дозированным количеством ртути. На концах трубки расположены биспиральные вольфрамовые электроды 3, концы которых выведены через цоколи 2 наружу. Напряжение вызывает электрический разряд в газовом наполнении. Невидимое ультрафиолетовое излучение, возникающее при разряде и составляющее около 85% всей энергии излучения (электролюминесценция), облучает тонкий слой люминофора на внутренней поверхности трубки и вызывает его свечение – фотолюминесценцию.
|
Благодаря этому люминесцентные лампы обладают значительно более высокой экономичностью. Если, например, лампы накаливания 220 В и мощностью 100–300 Вт имеют световую отдачу около 15 лм/Вт, то люминесцентные лампы типа ЛБ40 мощностью 40 Вт имеют световую отдачу 78 лм/Вт. Срок службы люминесцентных ламп 12000 ч. Температура стеклянной трубки не превышает 50°С, что делает их менее пожароопасными по сравнению с лампами накаливания. |
Рис. 5.1. Люминесцентная лампа и схема ее включения: 1 – дроссель: 2 – цоколь; 3 – электроды; 4 – стартер; 5 и 7 – конденсаторы; 6 – трубка |
Люминесцентные лампы включаются в сеть переменного напряжения 127 и 220 В с пускорегулирующей аппаратурой (ПРА), которая обеспечивает зажигание лампы, нормальный режим работы и устранение радиопомех. Пускорегулирующая аппаратура (рис.5.1) состоит из дросселя 1, стартера 4 и конденсаторов 5, 7. Стартер 4 представляет собой миниатюрную неоновую лампу с биметаллическими электродами. В момент включения на электроды стартера подается полное напряжение сети, и между ними возникает тлеющий разряд, разогревающий электроды. От нагрева они изгибаются и замыкаются друг с другом: возникает ток, разогревающий электроды лампы. В этот момент разряд в стартере прекращается, электроды его охлаждаются и размыкаются. Мгновенный разрыв цепи вызывает появление на дросселе импульса обратной электродвижущей силы, который и зажигает лампу. После этого напряжение на лампе составляет около половины сетевого. Такое же напряжение будет и на стартере, что недостаточно для возбуждения тлеющего разряда и его повторного замыкания. Конденсатор 5 снижает уровень радиопомех, а конденсатор 7 улучшает коэффициент мощности лампы, компенсируя индуктивность дросселя.