Исследование режимов работы компактных люминесцентных ламп низкого давления

Содержание работы

1. Изучить устройство компактных люминесцентных ламп низкого давления, принцип работы и схемы их включения в сеть.

2. Исследовать зависимости электрических и светотехнических параметров компактных люминесцентных ламп от уровня подводимого напряжения.

3. Снять вольтамперные характеристики, для нескольких типов, компактных люминесцентных ламп

4. Снять осциллограммы тока и напряжения, провести анализ.

5.Определить координаты цвета, цветности и коррелированную цветовую температуру исследуемых источников излучения.

Общие сведения

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) являются одной из разновидностей люминесцентных ламп и все процессы, происходящие в них, аналогичны процессам, присутствующим в линейных люминесцентных лампах. Отличаются пониженным содержанием ртути, в пределах 2-3 мг, и значительно меньшими габаритными размерами. Компактные люминесцентные лампы с резьбовым цоколем (лампы группы Б) и встроенным ПРА предназначены для непосредственной замены ламп накаливания, в тех же типах светильников, что позволяет значительно снизить расход электрической энергии на цели освещения. Лампы со штыревыми контактами (лампы группы А) имеют не только различное расположение контактных групп, но и различное расположение фиксирующих ребер цоколя, что позволяет исключить ошибки включения лампы в патрон светильника с другим типом ПРА.

При разработке компактных люминесцентных ламп возникли значительные трудности, связанные с уменьшением размеров трубок и

 

особенно их диаметра. С уменьшением диаметра трубки резко сокращался средний срок службы КЛЛ в связи с тем, что используемые галофосфатные люминофоры неустойчивы к воздействию плазмы электрического разряда в парах ртути. Эта задача была решена в связи с разработкой редкоземельных люминофоров (начало 1990гг.), устойчивых к разрушительному действию плазмы, в разрядных трубках небольшого диаметра. При производстве компактных люминесцентных ламп используются трех и пятислойные люминофоры на основе редкоземельных металлов. В зависимости от состава люминофоров изменяется цветность излучения ламп. Следует заметить, что стоимость таких люминофоров в 30-40 раз выше, чем люминофор для линейных люминесцентных ламп. Для обеспечения требуемых электрических и светотехнических характеристик КЛЛ разрядные трубки изгибаются или свиваются в спираль, по виду получается несколько прямых участков (каналов). В связи с этим, лампы могут быть двухканальными, четырехканальными и т.д. На концах трубок ввариваются катодные узлы и закрепляются в цоколях определенной конструкции, которая определяется типом КЛЛ и видом ПРА. Также как и в линейных люминесцентных лампах, вольфрамовые электроды покрываются оксидами бария, калия, стронция. Трубки ламп заполняются инертным газом аргоном с добавлением дозированного количества ртути. В результате разряда в газе возникает ультрафиолетовое излучение (до 98%), которое преобразуется в слое люминофора в видимое излучение.

Характерные кривые силы света для ламп с разным числом каналов показывают, что лучшая равномерность распределения светового потока у КЛЛ с большим количеством каналов. На рис.2.19 приведены КСС двухканальной и четырех канальной ламп, в продольной и поперечной плоскостях [Айз ].

а) б) в) г)

Рисунок 2.19 – Кривые силы света в канделах на 1000 лм:

а,б – в продольной и поперечной плоскостях для двухканальной лампы;

в,г – в продольной и поперечной плоскостях для четырехканальной лампы.

Компактные люминесцентные лампы более критичны к температуре окружающей среды, по сравнению с линейными люминесцентными лампами накаливания. Максимального значения светового потока КЛЛ достигают в течение некоторого времени (1-2 минуты) от момента зажигания, в зависимости от температуры окружающей среды и расположения лампы в пространстве. Для обеспечения уровня светового потока более 90%, для большинства ламп, рекомендуется диапазон температур окружающей среды от 10^оС до 45^оС. Некоторые типы ламп могут работать в более широком диапазоне температур, например: цоколем вниз от 10^оС до 50^оС, а цоколем вверх от -10^оС до +50^оС. Применяемые амальгамные технологии позволяют поддерживать стабильный световой поток в указанном диапазоне температур. Световая отдача достигает 70 -78 лм/Вт, срок службы от 6000 до 20000 часов [PHILIPS]. Принято различать компактные интегрированные лампы и компактные не интегрированные лампы. Компактные интегрированные люминесцентные лампы имеют встроенные электронные ПРА и, чаще всего, резьбовой цоколь Е14 или Е27 (группа Б). Не интегрированные компактные люминесцентные лампы (группа А) могут иметь двух штырьковый или четырехштырьковый цоколь. КЛЛ с двухштырьковым цоколем изготавливаются со стартером и конденсатором, а четырехштырьковые компактные люминесцентные лампы изготавливаются без встроенного стартера и конденсатора. Характеристики таких ламп зависят от условий эксплуатации и типа применяемого ПРА или ЭПРА. Электронные ПРА позволяют увеличивать частоту питания ламп до 50 кГц, в результате чего уменьшатся пульсация светового потока. Кроме того, осуществляется предварительный подогрев электродов ламп и обеспечивается мягкий запуск, что сказывается на продлении срока службы (рис.2.20).

Рисунок 2.20 – Устройство компактной интегрированной люминесцентной лампы с витой колбой и электронным пускорегулирующим устройством

В состав электронного ПРА входят: конденсатор обеспечивающий работу лампы без мигания; стабилизатор тока лампы; переключающие транзисторы; устройство подавления радиопомех; терморезистор с положительным температурным коэффициентом для мгновенного запуска без мерцания.

Компактные люминесцентные интегрированные лампы могут изготавливаться различной формы и вида: трубчатой формы, без дополнительной колбы, с различным количеством каналов; лампы с дополнительной колбой; энергосберегающие лампы со встроенными сенсорными переключателями (включение или выключение в зависимости от уровня освещенности);

лампы похожие формой на колбы ламп накаливания (не предназначенные для работы с диммерами и электронными устройствами управления); лампы с различными типами рефлекторных колб;

энергосберегающие лампы кольцевидной формы; лампы с декоративной витой колбой, имеющие лучшее световое распределение, по сравнению с трубчатыми компактными лампами.

На рисунках 2.21 – 2.23 приведены некоторые типы компактных люминесцентных интегрированных ламп наиболее известных европейских производителей PHILIPS, OSRAM и др.

 

 

а) б) в)

Рисунок 2.21 – Компактные люминесцентные интегрированные лампы с цоколем Е27: а – восьмиканальная компактная люминесцентная лампа с регулируемым световым потоком для использования со стандартными настенными диммерами, 18W/827, 220-240В, R_a = 82, Ф = 1050 лм,

Т = 6000 ч.;

б – энергосберегающая компактная люминесцентная лампа с внешней колбой, выпускаются мощностью от 15 до 23 Вт, амальгамные технологии позволяют поддерживать постоянный световой поток в широком диапазоне температур от – 20 до + 40 ⁰С, 20W/827, 230-240B, R_a =82,

Ф = 1200 лм, Т = 15000 ч.;

в – энергосберегающие лампы имеющие колбы по форме ламп накаливания мощностью от 8 до 23 Вт, диапазон рабочих температур от

- 20 до + 40 0С, 20W/827, 230-240B, R_a = 82, Ф = 1200 лм. Т = 12000 ч.

 

 

а) б) в)

Рисунок 2.22 – Компактные люминесцентные интегрированные лампы с цоколем Е27 и Е14: а – энергосберегающие лампы теплой и бежевой цветности излучения мощностью от 5 до 11 Вт, диапазон рабочих температур от +10 до +45 ⁰С, Р = 11 Вт, 220 – 240B, R_a = 80, Ф = 500лм,

Т = 8000 ч.;

б – энергосберегающие лампы формы свечи, мощностью от 5 до 12 Вт, диапазон рабочих температур от +10 до + 45 ⁰С, 12W/827, 230-240 B, R_a = 82, Ф = 610 лм, Т = 10000 ч.;

в – энергосберегающие лампы с витой колбой мощностью 5 и 8 Вт, диапазон рабочих температур от +10 до + 45 ⁰С, 8W/827, 220-240 B, Ф = 370 лм, Т = 6000 ч.

 

 

а) б) в) г)

Рисунок 2.23 – Компактные люминесцентные интегрированные лампы специального назначения: а – энергосберегающие лампы с рефлекторной колбой R50, c цоколем GU10 или E14 мощностью 7 Вт, 230-240В, R_a = 82, Ф = 160 лм, Т = 10000 ч.;

б – энергосберегающие лампы с рефлекторной колбой PAR38 мощностью 20 и 23 Вт, R_a = 82, световой поток 850 и 1250 лм соответственно, срок службы 8000 ч.;

в – энергосберегающие лампы кольцевидной формы, с цветовыми температурами 2700 и 6500К, мощностью 25 Вт, 220-240 В, R_a = 82, Ф = 1800 лм, Т = 6000 ч.;

г – энергосберегающие лампы с декоративной витой колбой и цоколем Е14, Е27, В22, Е40, мощностью от 5 до 75 Вт, 220-240В, со световым потоком от 300 до 5550 лм, со сроком службы 8000 – 10000 ч.

Компактные люминесцентные не интегрированные лампы низкого давления с длинной дугой разряда, выпускаются с двумя и более параллельными люминесцентными трубками. В качестве балластных устройств используются электронные и электромагнитные аппараты

(ЭПРА и ПРА). Компактные люминесцентные лампы предназначены для основного и дополнительного освещения в профессиональных или полупрофессиональных сферах применения. Например, для освещения правительственных и общественных учреждений, офисов, торговых центров, больниц, гостиниц, ресторанов, театров, жилых домов и др. В зависимости от условий среды, назначения источников света и светильников могут использоваться в световых вывесках, коридорах и системах охранного освещения. Следует обращать внимание на рекомендации производителей по поводу ориентировки ламп в пространстве (цоколь вниз или вверх), т.к. от этого зависит стабильность светового потока и срок службы ОУ.

Некоторые типы компактных не интегрированных люминесцентных ламп приведены на рис.24.

 

 

 

а) б) в) г)

Рисунок 2. 24 – Некоторые типы компактных не интегрированных ламп:

а – компактная люминесцентная лампа с четырьмя параллельными трубками и двухштырьковым цоколем, встроенным стартером и конденсатором, для использования с электромагнитными балластами, без диммирования; выпускаются мощностью 10,13,18 и 28 Вт, имеют световой поток 600, 900, 1200 и 1800 лм, R_a = 82, T = 10000 ч.;

б – компактная газоразрядная лампа с двумя параллельными трубками, четырехштырьковым цоколем без стартера и конденсатора, для использования с электромагнитными балластами, для универсального применения в высоковольтных стартерных схемах включения, низковольтных схемах последовательного зажигания и схемах с высокочастотными электронными балластами;

выпускаются мощностью от 18 до 80 Вт, световой поток от 1200 до 6000 лм, R_a = 80 – 82, T = 20000 ч., возможно диммирование;

в – компактная лампа с шестью параллельными люминесцентными трубками и четырехштырьковым цоколем, для работы с высокочастотным электронным ПРА;

выпускаются мощностью 60,85 и 120 Вт, световой поток с ЭПРА 4000, 6000 и 9000 лм соответственно, R_a = 82, T = 20000 ч., c цоколем 2G8, возможно диммирование;

г – компактная люминесцентная лампа специальной формы (в форме бабочки), для работы с отдельными пускорегулирующими аппаратами; выпускаются мощностью 16, 28 и 38 Вт, световой поток с ЭМПРА 1050, 2050 и 2850 лм соответственно, R_a = 82, T = 12000ч., с цоколем GR8 и GR10, для некоторых типов ламп возможно диммирование.

Компактные люминесцентные лампы, так же как и линейные люминесцентные, имеют градацию по цветности излучения: тепло-белый, белый, холодно-белый, естественный, дневной. В Европе, в последнее время, принято различать: тепло-белый, нейтрально-белый и холодно-белый. Цветовой оттенок оценивается цветовой температурой в градусах Кельвина (К). Первому типу соответствует температура 2500 – 3500К, второму- 4000К и холодно-белому более 5000К (рис.2.25).

 

Рисунок 2.25 – Цветовая температура в градусах Кельвина

 

Качество цветопередачи определяется индексом R_a или CRI. Согласно международной классификации значение индекса от 90 до 100 соответствует отличной цветопередаче. От 80 до 89 хорошей и от 70 до 79 удовлетворительной (см.гл 2.2). Все параметры указываются в каталогах. Цветность излучения указывается в маркировке ламп. Например, 42W/827 или через дробь другие цифры: 827 и 830 теплый, 840 нейтрально-белый, 865 холодно-белый (могут быть 835,930,940,950). Некоторые типы спектров излучения приведены на рисунке 2.26.

 

 

Рисунок 2.26 – Спектры источников излучения теплой цветности

 

На рисунке 2.27, для сравнения, приведены спектры излучения лампы накаливания мощностью 60 Вт и компактной люминесцентной лампы мощностью 11 Вт. Как видно из спектральных диаграмм, лампа накаливания имеет сплошной спектр, и весь диапазон излучения заполнен без разрыва. У компактной люминесцентной лампы, несмотря на присутствие люминофора и за счет этого сглаживание линейчатого спектра, все же прослеживается его линейчатый характер (ближе к полосатому спектру излучения). Это предполагает искажение цветопередачи, по сравнению со сплошным спектром.

 

 

Рисунок 2.27 – Спектры излучения лампы накаливания и компактной люминесцентной лампы