С.И. Паламаренко, г Киев
Часть1. Классификация люминесцентных ламп, характеристики обычных люминесцентных ламп, зависимость параметров ламп от напряжения сети, зависимость характеристик от окружающей температуры и условий охлаждения, изменение характеристик люминесцентных ламп в процессе горения, энергоэкономичные люминесцентные лампы, зарубежные люминесцентные лампы, компактные люминесцентные лампы, безэлектродные люминесцентные лампы.
Классификация люминесцентных ламп
Люминесцентные лампы (ЛЛ) делятся на осветительные общего
назначения и специальные. К ЛЛ общего назначения относят лампы мощностью от 15
до 80 Вт с цветовыми и спектральными характеристиками, имитирующими естественный
свет различных оттенков. Для классификации ЛЛ специального назначения используют
различные параметры. По мощности их разделяют на маломощные (до 15 Вт) и мощные
(свыше 80 Вт); по типу разряда на дуговые, тлеющего разряда и тлеющего свечения;
по излучению на лампы естественного света, цветные лампы, лампы со специальными
спектрами излучения, лампы ультрафиолетового излучения; по форме колбы на
трубчатые и фигурные; по светораспределению с ненаправленным светоизлучением и с
направленным (рефлекторные, щелевые, панельные и др.).
Маркировка обычно состоит из 2-3 букв. Первая буква Л
означает люминесцентная. Следующие буквы означают цвет излучения: Д - дневной;
ХБ - холодно-белый; Б - белый; ТБ - теплобелый; Е - естественно-белый; К, Ж, 3,
Г, С - соответственно красный, желтый, зеленый, голубой, синий; УФ -
ультрафиолетовый. У ламп с улучшенным качеством цветопередачи после букв,
обозначающих цвет, стоит буква Ц, а при цветопередаче особо высокого качества -
буквы ЦЦ. В конце ставят буквы, характеризующие конструктивные особенности: Р -
рефлекторная, У - U-образная, К - кольцевая, А - амальгамная, Б - быстрого
пуска. Цифры обозначают мощность в ваттах. Маркировка ламп тлеющего разрада
начинается с букв ТЛ.
Характеристики обычных ЛЛ
В табл.1 приведены характеристики наиболее
распространенных ЛЛ дневного света. Обозначения: Р - мощность; U -напряжение на
лампе; I - ток лампы; R -световой поток; S - световая отдача.
Зависимость параметров ламп от напряжения
сети
При изменении напряжении сети в пределах + 10% изменение
параметров лампы можно определить из соотношения dX/X = Nx dUc/Uc,
где X - соответствующий параметр лампы; dX - его изменение;
Nx - коэффициент для соответствующего параметра. Для схемы с дросселем
коэффициенты имеют следующие значения: для силы света Ni = 2,2; для мощности Np
= 2,0; для светового потока Nф = 1,5. В схеме с емкостно-индуктивным балластом
величины Nx несколько меньше.
При падении напряжения сети ниже допустимого ухудшаются
условия перезажигания. Повышение напряжения выше допустимого вызывает перекал
катодов и перегрев пускорегулирующих устройств. И в том, и в другом случае
происходит значительное сокращение срока службы ламп.
Таблица 1 |
Тип |
Р,Вт |
U, в |
I.A |
R, лм |
S, лм/Вт |
Размеры, мм (рис.1) L1 L2 D |
лдц |
15 |
58 |
0,3 |
450 |
30 |
437,4 452,4 25 |
ЛД ЛХБ |
15 |
58 |
0,3 |
525 |
35 |
437,4 452,4 25 |
15 |
58 |
0,3 |
600 |
40 |
437,4 452,4 25 |
ЛБ |
15 |
58 |
0,3 |
630 |
42 |
437,4 452,4 25 |
ЛТБ |
15 |
58 |
0,3 |
600 |
40 |
437,4 452,4 25 |
лдц |
20 |
60 |
0,35 |
620 |
31 |
589,8 604,8 38 |
ЛД |
20 |
60 |
0,35 |
760 |
39 |
589,8 604,8 38 |
ЛХБ |
20 |
60 |
0,35 |
900 |
45 |
589,8 604,8 38 |
ЛБ |
20 |
60 |
0,35 |
980 |
49 |
589,8 604,8 38 |
ЛТБ |
20 |
60 |
0,35 |
900 |
45 |
589,8 604,8 38 |
лдц |
30 |
108 |
0,34 |
1110 |
37 |
894,6 909,6 25 |
ЛД |
30 |
108 |
0,34 |
1380 |
46 |
894,6 909,6 25 |
ЛХБ |
30 |
108 |
0,34 |
1500 |
50 |
894,6 909,6 25 |
ЛБ |
30 |
108 |
0,34 |
1740 |
58 |
894,6 909,6 25 |
ЛТБ |
30 |
108 |
0,34 |
1500 |
50 |
894,6 909,6 25 |
лдц |
40 |
108 |
0,41 |
1520 |
38 |
1199,4 1214,4 38 |
ЛД |
40 |
108 |
0,41 |
1960 |
49 |
1199,4 1214,4 38 |
ЛХБ |
40 |
108 |
0,41 |
2200 |
55 |
1199,4 1214,4 38 |
ЛБ |
40 |
108 |
0,41 |
2480 |
62 |
1199,4 1214,4 38 |
ЛТБ |
40 |
108 |
0,41 |
2200 |
55 |
1199,4 1214,4 38 |
лдц |
80 |
108 |
0,82 |
2720 |
34 |
1500 1515 38 |
ЛД |
80 |
108 |
0,82 |
3440 |
43 |
1500 1515 38 |
ЛХБ |
80 |
108 |
0,82 |
3840 |
48 |
1500 1515 38 |
ЛБ |
80 |
108 |
0,82 |
4320 |
54 |
1500 1515 38 |
ЛТБ |
80 |
108 |
0,82 |
3840 |
48 |
1500 1515 38 |
Зависимость характеристик от окружающей температуры и
условий охлаждения
Изменение температуры трубки по сравнению с оптимальной как
в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, вызывает снижение светового
потока, ухудшение условий зажигания и сокращение срока службы. Надежность
зажигания стандартных ламп при работе со стартерами начинает особенно заметно
падать при температурах ниже -5°С и при понижении напряжения сети. Например, при
-10°С и напряжении сети 180 В вместо 220 В число незажигающихся ламп может
доходить до 60-80%. Такая сильная зависимость делает применение ЛЛ в помещениях
с низкими температурами неэффективным.
Повышение температуры относительно оптимальной может
происходить при повышении температуры окружающей среды и при работе ламп в
закрытой арматуре. Перегрев ЛЛ кроме уменьшения светового потока сопровождается
некоторым изменении их цвета. На рис.2 показана зависимость параметров ЛЛ
от температуры окружающей среды.
Изменение характеристик ЛЛ в процессе
горения
В первые часы горения происходит некоторое изменение
электрических характеристик ламп, связанное с доактивиров-кой катодов,
выделением и поглощением различных примесей. Эти процессы обычно заканчиваются
на первой сотне часов. В течение остального срока службы электрические характеристики изменяются очень незначительно. Происходит постепенное уменьшение яркости свечения люминофора и светового потока лампы (рис.3: кривая 1 для ЛЛ 40 Вт, кривая 2 для ЛЛ 15 и 30 Вт). В некоторых лампах уже спустя несколько сотен часов горения начинают появляться темные налеты и пятна у концов трубки, связанные с распылением катодов. Они свидетельствуют о плохом качестве ламп.
Энергоэкономичные люминесцентные лампы
(ЭЛЛ)
ЭЛЛ предназначены для общего освещения и полностью
взаимозаменяемы со стандартными ЛЛ мощностью 20, 40 и 65 Вт в существующих
осветительных установках без замены светильников и пускорегулирующей аппаратуры.
Они имеют стандартную длину, стандартные значения рабочих токов и напряжений на
лампах и те же или близкие значения световых потоков, что и у стандартных ламп
соответствующей цветности при пониженной на 10% мощности (18, 36 и 58 Вт).
Внешне ЭЛЛ отличаются от стандартных ламп только меньшим диаметром (26 мм вместо
38 мм). За счет уменьшения диаметра снижается расход основных материалов
(стекло, люминофор, газы, ртуть и др.).
Для обеспечения того же падения напряжения на лампах при
уменьшении их диаметра пришлось применить для наполнения смесь аргона с
криптоном и снизить давление до 200-330 Па (вместо обычных 400 Па в стандартных
лампах). В ЭЛЛ возрастает температура трубки до 50°С, но создавать специальные
условия для охлаждения не требуется. Люмино-форный слой в ЭЛЛ находится в более
тяжелых рабочих условиях, поэтому наиболее подходящими для этих ламп являются
редкоземельные люминофоры. Однако такие люминофоры примерно в 40 раз дороже
стандартного галофосфата кальция (ГФК), поэтому и лампы с такими люминофорами в
несколько раз дороже обычных. Для снижения стоимости ламп применяют двухслойное
покрытие. Сначала на стекло наносят ГФК, а поверх него редкоземельный люминофор небольшой
толщины.
Промышленность выпускает ЭЛЛ мощностью 18, 36 и 58 Вт
цветностей ЛБ, ЛДЦ и ЛЕЦ со световыми параметрами, совпадающими с параметрами
обычных ЛЛ тех же цветностей мощностью 20, 40 и 65 Вт. Под маркой ЛБЦТ
выпускаются ЭЛЛ с трехком-понентной смесью редкоземельных люминофоров со сроком
службы 15000 ч.
Зарубежные ЭЛЛ
Зарубежные фирмы выпускают ЭЛЛ трех-четырех
стандартизованных цветовых тонов и с двух-трехкомпо-нентной
смесью редкоземельных люминофоров. В табл.2 приведены параметры некоторых
типов ЭЛЛ в колбах диаметром 26 мм фирмы OSRAM (Германия).
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.
Таблица2
Марка лампы |
Тип лампы |
|
Световой поток, лм, |
|
|
|
для |
лампы мощностью, Вт |
|
|
Люмилюкс |
18 |
36 |
58 |
L...W/11 |
Дневного цвета |
1300 |
3250 |
5200 |
L...W/21 |
Белого цвета |
1450 |
3450 |
5400 |
L...W/31 |
Тепло-белого цвета |
1450 |
3450 |
5400 |
L...W/41 |
"Интерна" |
1300 |
5200 |
3250 |
|
Люмилюкс делюкс |
|
|
|
L...W/22 |
Белого цвета |
1000 |
2350 |
3750 |
L...W/32 |
Тепло-белого цвета |
1000 |
2350 |
3750 |
|
Стандартные |
|
|
|
L..W/25 |
Универсально белый |
1050 |
2500 |
4000 |
L..W/20 |
Ярко-белого цвета |
1150 |
3000 |
4800 |
L...W/30 |
<p class="pn-normal">Тепло-белого цвета |
1150 |
3000 |
4800 |
Таблица 3
Тип лампы |
Мощность,Вт |
Напряжение, В |
Ток,А |
Световой поток, лм |
Габариты.мм |
Цоколь |
Первая группа КЛ7/ТБЦ КЛ9/ТБЦ КЛ11/ТБЦ |
11,2 12,8 14,8 |
45+5 60+6 90+9 |
0,18 0,17 0,155 |
400 600 900 |
27x13x135 27x13x167 27x13x235 |
Специаль ный G23 |
Вторая группа КЛС9/ТБЦ КЛС13/ТБЦ КЛС18/ТБЦ
КЛС25/ТБЦ |
9 13 18 25 |
220 220 220 220 |
0,093 0,125 0,18 0,27 |
425 600 900 1200 |
Ж85х150 Ж85х160 Ж85х170 Ж85х180 |
Резьбовой Е27 |
Третья группа CIRCOLUX CIRCOLUX
CIRCOLUX |
12 18 24 |
220 220 220 |
: |
700 1000 1450 |
Ж165х100 Ж165хЮ0 Ж216хЮ0 |
Резьбовой Е27 |
Все многообразие выпускаемых в настоящее время КЛЛ можно
разделить на четыре основные группы.
1. Без внешней оболочки, с разрядной трубкой Н- или
П-образной формы, специальным цоколем, выносной пус-корегулирующей аппаратурой (ПРА)
и встроенным стартером (рис.4,а), где 1 -разрядная трубка; 2 - специальный
цоколь G23 с вмонтированным внутри его стартером и конденсатором).
2. С призматической или опаловой внешней оболочкой,
сложно изогнутой разрядной трубкой, стандартным резьбовым (или штифтовым)
цоколем и встроенным стартером и ПРА (рис.4,б), где 1 - разрядная трубка;
3 -дроссель; 4 - внешняя колба; 5 - полая часть корпуса, внутри которой
смонтированы дроссель, стартер, конденсатор, тепловой выключатель).
3. Кольцевые, без внешней оболочки, со стандартным
резьбовым (или штифтовым) цоколем и встроенным стартером и ПРА (рис.4,в).
4. Со стеклянной внешней оболочкой, сложно изогнутой разрядной трубкой,
специальным цоколем, выносным стартером и ПРА.
В первую группу входят КЛЛ, получившие наибольшее распространение. Лампы имеют разрядную трубку с
диаметром 12,5 мм и снабжены специальным двухшты-ревым 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.3.
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 группу входят довольно распространенные за
рубежом КЛЛ со стеклянной или пластмассовой внешней оболочкой и стандартным
резьбовым цоколем Е27 (см. рис.4,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.3
(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 группу входит семейство кольцевых КЛЛ с
резьбовым цоколем и встроенным ПРА, смонтированным в пластмассовом корпусе, расположенном по диаметру
кольцеобразной разрядной трубки (см. РЭ2/2001, рис.4,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 группу входят
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.5, 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.
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.