Газоразрядные лампы: разновидности и принцип действия + особенности работы

Вы хотите приобрести газоразрядные лампы, чтобы создать в помещении особую атмосферу? Или ищите лампочки для стимуляции роста растений в теплице? Оснащение экономичными источниками света не только сделает более выигрышным интерьер и поможет в растениеводстве, но и позволит экономить электроэнергию. Ведь верно?

Мы поможем вам разобраться с ассортиментом осветительных приборов газоразрядного типа. В статье рассмотрены их особенности, хаpaктеристики и сфера применения лампочек высокого и низкого давления. Подобраны иллюстрации и видеоролики, которые помогут найти оптимальный вариант энергосберегающих ламп.

Содержание статьи:

• Устройство и хаpaктеристики разрядных ламп
• Сферы применения ГРЛ
• Виды газоразрядных ламп
  • Вид #1 — лампы высокого давления
  • Вид #2 — лампы низкого давления
• Положительные и отрицательные стороны ГРЛ
• Выводы и полезное видео по теме

Устройство и хаpaктеристики разрядных ламп

Все основные детали лампы заключены в стеклянную колбу. Здесь происходит разряд электрических частиц. Внутри могут находиться как пары натрия или ртути, так и какой-либо из инертных газов.

В качестве газового наполнения применяют такие варианты, как аргон, ксенон, неон, криптон. Более популярны изделия, наполненные парообразной ртутью.

Основные узлы газоразрядной лампы это: конденсатор (1), стабилизатор тока (2), транзисторы переключающие (3), устройство подавления помех (4), транзистор (5)

Конденсатор отвечает за работу без мигания. Транзистор владеет положительным температурным коэффициентом, который обеспечивает мгновенный запуск ГРЛ без мерцания. Работа внутренней конструкции начинается после того, как в газоразрядной трубке пройдет генерация электрического поля.

В процессе в газе появляются свободные электроны. Соударяясь с атомами металла, они его ионизируют. При переходе отдельных из них, появляется избыточная энергия, порождающая источники свечения — фотоны. Электрод, являющийся источником свечения, находится в центре ГРЛ. Всю систему объединяет цоколь.

Лампа может излучать разные световые оттенки, которые может видеть человек — от ультрафиолетовых до инфpaкрасных. Чтобы это стало возможным, внутреннюю часть колбы покрывают люминесцентным раствором.

Сферы применения ГРЛ

Газоразрядные лампы востребованы в самых разных областях. Наиболее часто их можно встретить на городских улицах, в производственных цехах, магазинах, офисах, вокзалах, больших торговых центрах. Применяют их и для подсвечивания щитов с рекламой, фасадов зданий.

ГРЛ используют и в фарах автомобилей. Наиболее часто это лампы, отличающиеся высокой светоотдачей — неоновые модели. Некоторые автомобильные фары наполняют металлогалоидными солями, ксеноном.

Первые газоразрядные осветительные приборы для трaнcпортных средств имели обозначение D1R, D1S. Следующие — D2R и D2S, где S указывает на прожекторную оптическую схему, а R — рефлекторную. Применяют лампочки ГР и при фотосъемках.

На фото импульсные ГРЛ, применяемые при фотосъемках: ИФК120 (а), ИКС10 (б), ИФК2000 (в), ИФК500 (г), ИСШ15 (д), ИФП4000 (г)

В процессе фотографирования эти лампы позволяют держать под контролем световой поток. Они компактные, яркие и экономичные. Отрицательным моментом является неумение визуально управлять светотенями, которые образует сам источник света.

В сельскохозяйственной сфере ГРЛ используют для облучения животных, растений, для стерилизации и обеззараживания продуктов. Для этой цели лампы должны иметь длину волн соответствующего диапазона.

Концентрация мощности излучения в этом случае также имеет большое значение. По этой причине наиболее подходящими являются изделия мощные.

Виды газоразрядных ламп

Делят ГРЛ на виды по типу свечения, такому параметру, как давление, применительно к цели использования. Все они образуют конкретный световой поток. Исходя из этого признака, они подразделяются на:

• люминесцентные приборы;
• газосветные разновидности;
• индукционные варианты.

В первых из них источником света являются атомы, молекулы или их комбинации, возбуждаемые разрядом в газовой среде.

Во вторых – люминофоры, газовый разряд активизирует покрывающий колбу фотолюминесцентный слой, в итоге осветительный прибор начинает источать свет. Лампы третьего вида функционируют за счет свечения электродов, раскаленные от газового разряда.

Ксеноновые лампы, предназначенные для автомобильных фар, по светоотдаче и яркости превышают галогенные аналоги более чем в два раза

В зависимости от наполнения дугоразрядные приборы делят на ртутные, натриевые, ксеноновые, металлогалогенные лампы и другие. Исходя из давления внутри колбы происходит их дальнейшее разделение.

Начиная от значения давления от 3х10⁴ и до 10⁶ Па их относят к лампам высокого давления. В категории низкого приборы попадают при величине параметра от 0,15 до 10⁴ Па. Больше чем 10⁶ Па — сверхвысокого.

Вид #1 — лампы высокого давления

Отличаются РЛВД тем, что содержимое колбы подвержено высокому давлению. Для них хаpaктерно наличие значительного светового потока в сочетании с небольшими энергозатратами. Обычно это ртутные образцы, поэтому их наиболее часто применяют для уличного освещения.

Такие разрядные лампы обладают солидной светоотдачей и эффективной работой в условиях плохой погоды, но низкие температуры они переносят плохо.

Есть несколько базовых категорий ламп высокого давления: ДРТ и ДРЛ (ртутные дуговые), ДРИ — такие же, как и ДРЛ, но с йодидами и ряд модификаций, созданных на их основе. В этот же ряд входят также дуговые натриевые (ДНаТ) и ДКсТ — дуговые ксеноновые.

Первая разработка — модель ДРТ. В маркировке Д обозначает дуговая, символ Р — ртутная, на то, что эта модель трубчатая, указывает буква Т в маркировке. Визуально это прямая трубка, изготовленная из кварцевого стекла. С двух ее сторон — вольфрамовые электроды. Используют ее в облучательных установках. Внутри — немного ртути и аргона.

По краям лампы ДРТ есть хомутики с держателями. Объединяет их металлическая полоска, предназначенная для более легкого зажигания лампы

Подсоединение лампы в сеть выполняют последовательно с дросселем с использованием резонансной схемы. Световой поток лампы ДРТ состоит на 18% из ультрафиолетового излучения и на 15% — из инфpaкрасного. Такой же процент составляет видимый свет. Остальное — потери (52%). Основное применение — как надежный источник ультрафиолетового излучения.

Для освещения мест, где качество цветоотдачи не очень важно, применяют осветительные устройства ДРЛ (дуговые ртутные). Здесь пpaктически нет ультрафиолетового излучения. Инфpaкрасное составляет 14%, видимое — 17%. На тепловые потери приходится 69%.

Особенности конструкции ламп ДРЛ позволяют зажигать их от 220 В без применения высоковольтного импульсного поджигающего устройства. Из-за того, что в схеме есть дроссель и конденсатор, колебания светового потока уменьшаются, коэффициент мощности возрастает.

Когда лампа подключена последовательно с дросселем, происходит тлеющий разряд между дополнительными электродами и основными соседними. Разрядный промежуток ионизируется в результате появляется разряд между главными вольфрамовыми электродами. Работа поджигающих электродов прекращается.

В состав лампы ДРЛ входит: колба (1), электроды главные (2), вспомогательные электроды (3), резисторы (4), горелка (кварцевая трубка) (5), цоколь (6)

Горелки ДРЛ в основном имеют четыре электрода — два рабочих, два поджигающих. Внутренность их наполнена инертными газами с добавкой в их смесь определенного количества ртути.

Металлогалогенные лампы ДРИ также относятся к разряду приборов высокого давления. Их цветовой КПД и качество цветопередачи выше, чем у предыдущих. На вид спектра излучения влияет состав добавок. Форма колбы, отсутствие дополнительных электродов и люминофорного покрытия — главные отличия ламп ДРИ от ДРЛ.

Схема, по которой включают ДРЛ в сеть, содержит ИЗУ — импульсное зажигающее устройство. В трубках ламп присутствуют составляющие, входящие в галогенную группу. Они повышают качество спектра видимого излучения.

Инертный газ в колбе МГЛ служит буфером. По этой причине электрический ток проходит через горелку даже тогда, когда она имеет небольшую температуру

По мере прогревания как ртуть, так и добавки испаряются, изменяя тем самым сопротивление лампы, световой поток, излучающий спектр. На основе приборов этого типа созданы ДРИЗ и ДРИШ. Первую из ламп используют в запыленных влажных помещениях, а также в сухих. Второй — освещают цветные телевизионные съемки.

Наиболее эффективными являются лампы ДНаТ— натриевые . Связано это с длиной излучаемых волн — 589 – 589,5 нм. Приборы натриевые высокого давления функционируют при величине этого параметра около 10 кПа.

Для разрядных трубок таких ламп применяется специальный материал — светопропускающая керамика. Силикатное стекло для этой цели непригодно, т.к. пары натрия очень опасны для него. Рабочие пары натрия, вводимого в колбу, обладают давлением от 4 до 14 кПа. Для них хаpaктерны небольшие потенциалы ионизации и возбуждения.

Электрические хаpaктеристики натриевых ламп зависимы от напряжения сети, продолжительности эксплуатации. Для продолжительного горения необходима пускорегулирующая аппаратура

Чтобы возместить потери натрия, неизбежно возникающие в процессе горения, необходим некоторый его избыток. Это порождает пропорциональную зависимость показателей давления ртути, натрия и температуры холодной точки. В последней происходит конденсация излишка амальгамы.

Когда лампа горит, на ее торцах оседают продукты испарения, что приводит к потемнению концов колбы. Процесс сопровождается изменением в сторону роста температуры катода, повышением давления натрия и ртути. В результате увеличивается потенциал и напряжение лампы. При монтаже ламп натриевых балласты от ДРЛ и ДРИ непригодны.

Вид #2 — лампы низкого давления

Во внутренней полости таких приборов находится газ под давлением более низким, чем внешнее. Разделяют их на ЛЛ и КЛЛ и применяют не только для освещения торговых точек, но и для домашнего обустройства. Люминесцентные лампы в этом ряду — наиболее популярны.

Преобразование энергии электричества в световую происходит в два этапа. Ток между электродами провоцирует излучение в ртутных парах. Основным составляющим лучистой энергии, появляющейся при этом, является коротковолновое УФ излучение. Видимый свет составляет близко 2%. Далее излучение дуги в люминофоре трaнcформируется в световое.

Маркировка люминесцентных ламп содержит как буквы, так и цифры. Первый символ — это хаpaктеристика спектра излучения и конструктивные признаки, второй — мощность в ваттах.

Расшифровка букв:

• ЛД — люминесцентная дневного света;
• ЛБ — белого света;
• ЛХБ — так же белого, но холодного;
• ЛТБС — теплого белого.

У некоторых приборов освещения спектральный состав излучения улучшен с целью получения более совершенной светопередачи. В их маркировке присутствует символ «Ц». Люминесцентные лампы снабжают помещения равномерным, мягким светом.

Преимущество ЛЛ ламп заключается в том, что они для создания одинакового с ЛН светового потока требуют мощности в несколько раз меньшей. Больший у них и срок эксплуатации, а спектр излучения намного благоприятнее

Поверхность излучения ЛЛ довольно большая, поэтому сложно управлять прострaнcтвенным рассредоточением света. В нестандартных условиях, в частности, при большой запыленности, применяют лампы рефлекторные. В этом случае внутреннюю площадь колбы не полностью закрывает диффузный отражающий слой, а только на две третьих ее.

Люминофором покрывают 100% внутренней поверхности. Часть колбы, не имеющая рефлекторного покрытия, пропускает световой поток намного больший, чем такая же по объему трубка обычной лампы — около 75%. Распознать такие лампы можно по маркировке — в нее включена буква «Р».

В отдельных случаях основной хаpaктеристикой ЛЛ выступает цветовая температура Тц. Приравнивают ее к температуре черного тела, выдающего ту же цветность. По очертаниям ЛЛ бывают линейными, U-образными, в форме символа W, кольцевыми. В обозначение таких ламп входит соответствующая буква.

Наиболее популярны приборы, имеющие мощность 15 – 80 Вт. При светоотдаче 45 – 80 лм/Вт горение ЛЛ длится минимум 10 000 часов. На качество работы ЛЛ очень влияет окружающая среда. Рабочей для них считается наружная температура от 18 до 25⁰.

При отклонениях уменьшается как световой поток, так и эффективность светоотдачи, и напряжение зажигания. При низкой температуре шанс на зажигание приближается к нулю.

Пускорегулирующий аппарат КЛЛ намного компактней, чем у люминесцентной лампы. С помощью ЭПРА свечение стало более ровным, а гудение исчезло

К лампам низкого давления принадлежат и люминесцентные компактные — КЛЛ.

Устройство их аналогично обычным ЛЛ:

1. Проходит высокое напряжение между электродами.
2. Воспламеняются пары ртути.
3. Возникает ультрафиолетовое свечение.

Люминофор внутри трубки делает ультрафиолетовые лучи невидимыми для человеческого зрения. Доступным становится только видимое свечение. Компактное исполнение прибора стало возможным после изменения состава люминофора. КЛЛ, как и обычные ЛН, имеют разную мощность, но показатели первых значительно ниже.

Данные о мощности КЛЛ заложены в маркировку светового прибора. Там же есть сведения о виде цоколя, цветовой температуре, виде ЭПРА (встроенный или внешний), индексе цветопередачи

Измерение цветовой температуры происходит в кельвинах. Значение 2700 – 3300 К указывает на цвет теплый желтого оттенка. 4200 – 5400 — белый обычный, 6000 – 6500 — белый холодный с синевой, 25000 — сиреневый. Регулировку цветности осуществляют путем изменения составляющих люминофора.

Индекс цветопередачи дает хаpaктеристику такому параметру, как идентичность естественности цвета со стандартом, приближенным по максимуму к солнечному. Абсолютно черный — 0 Rа, наибольшая величина — 100 Rа. Осветительные приборы КЛЛ входят в диапазон от 60 до 98 Rа.

Лампы натриевые, относящиеся к группе низкого давления, обладают высокой температурой максимально холодной точки — 470 К. Более низкая не сможет способствовать сохранению требуемого уровня концентрации паров натрия.

К своему пику резонансное излучение натрия подходит при температуре 540 – 560 К. Эта величина соизмерима с давлением испарений натрия 0,5 – 1,2 Па. Светоотдача ламп этой категории самая высокая по сравнению с другими осветительными приборами общего применения.

Положительные и отрицательные стороны ГРЛ

Встречаются ГРЛ как в профессиональной аппаратуре, так и в приборах, предназначенных для научных исследований.

Как главные преимущества осветительных приборов этого вида обычно называют такие их хаpaктеристики:

• Уровень светоотдачи высокий. Этот показатель не очень снижает даже толстое стекло.
• Пpaктичность, выражающаяся в долговечности, что позволяет применять их для уличного освещения.
• Устойчивость в сложных климатических условиях. До первого понижения температуры их используют с применением обычных плафонов, а зимой — со специальными фонарями и фарами.
• Доступная стоимость.

Минусов у этих ламп не очень много. Неприятной особенностью является довольно высокий уровень пульсирования светового потока. Вторым веским недостатком является сложность включения. Для устойчивого горения и нормальной работы им просто необходим балласт, ограничивающий напряжение для необходимых приборам пределов.

Третий минус заключается в зависимости параметров горения от достигаемой температуры, которая опосредованно влияет на давление рабочего пара в колбе.

Поэтому большинство газоразрядных приборов набирает стандартные хаpaктеристики горения спустя некоторый временной период после включения. Излучающий спектр у них ограничен, поэтому цветопередача как у ламп высокого напряжения, так и низкого неидеальна.

В таблице представлены основные сведения о самых популярных лампах ДРЛ (дуговых ртутных люминесцентных) и осветительном приборе натриевом. ДРЛ с четырьмя электродами имеет большую светоотдачу, чем с двумя

Работа приборов возможна только в условиях переменного тока. Активируют их при помощи балластного дросселя. Для разогрева необходимо какое-то время. Из-за содержания ртутных паров, они не совсем безопасны.

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Сведения о ГЛ. Что это такое, принцип работы, плюсы и минусы в следующем видеоролике:

Видео #2. Популярно о люминесцентных лампах:

Несмотря на появление все более совершенных осветительных приборов, газоразрядные лампы не теряют своей актуальности. В некоторых сферах они просто незаменимы. Со временем ГРЛ обязательно найдут новые области применения.

Расскажите о том, как выбирали газоразрядную лампочку для установки в дачный уличный или домашний светильник. Поделитесь тем, что лично для вас стало решающим фактором приобретения. Оставляйте, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке, задавайте вопросы и размещайте фото по теме статьи.