Газоразрядные лампы. Разрядные источники света Лампочки газоразрядные

Газоразрядная лампа — это источник света, излучающий в видимом диапазоне энергию. Физической основой является электрический разряд в газах. Газоразрядные лампы еще называют просто разрядными.

Газоразрядные лампы: типы и виды

Типы (виды) газоразрядных ламп:

Устройство:

1. колба;
2. цоколь;
3. горелка;
4. электрод основной;
5. электрод поджигающий;
6. токоограничительный резистор.

Принцип работы

В находящемся внутри колбы наполнителе происходит электрический разряд между электродами. Эта энергия становится тем светом, который рассеивается и передается через стеклянную колбу.

Диоды оборудуются пускорегулирующим устройством для стабилизации, ограничения силы тока, зажигания. У всех газоразрядных ламп световая отдача не мгновенная — около двух-трех минут необходимо для аккумулирования прибором полной силы.

Классификация ГЛ

Различаются:

• по типу разряда;
• по виду газа;
• составом паров металла;
• внутренним давлением;
• применением люминофора;
• сферой применения.

Также отличаются согласно классификации заводов-производителей характерными особенностями конструкций:

1. формой и размерами колбы,
2. конструкцией электродов,
3. используемыми материалами,
4. внутренним исполнением цоколя и выходов.

Признаков, по которым обычно классифицируют газоразрядные лампы очень много. Чтобы не запутаться окончательно, рекомендуем пройтись по списку:

• вид внутреннего газа (пары металлов или их комбинации – ксенон, ртуть, криптон, натрий и прочие, а также газы);
• внутреннее рабочее давление (0,1 — 104 Па – низкое, 3 × 104 — 106 Па – высокое, 106 Па – сверхвысокое);
• вид внутреннего разряда (импульсный, дуговой, тлеющий);
• форма колб (Т — трубчатая, Ш — шаровая);
• метод охлаждения (устройства с водяным, естественным, принудительным охлаждением);
• нанесение люминофора на колбу маркируется буквой Л.

По источнику света ГЛ подразделяются, на:

1. люминесцентные лампы (ЛЛ) с выходящим наружу светом от слоя люминофора, что покрывает диод;
2. газосветные с выходящим наружу светом от газового разряда;
3. электродосветные, в которых используется свечение электродов (они возбуждаются газовым разрядом).

По величине давления:

• ГРЛВД — газоразрядные лампы высокого давления;
• ГРЛНД — газоразрядные лампы низкого давления.

Разрядные характеризуются высокой эффективностью трансформации электрической энергии в световую.

Модель	Описание
	Вещество: пары металлов ртути. Разновидность газоразрядных ламп, электрический источник света, непосредственно для генерации оптического излучения применяется газовый разряд в парах ртути.
	Вещество: пары металлов ртути. Электрическая ртутная газоразрядная лампа, ориентированная для получения УФ- излучения, с колбой из кварцевого стекла. Существуют и ртутно-кварцевые лампы.
	Вещество: пары металлов ртути. Разновидность газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления.
	Вещество: пары металлов ртути. Разновидность электрических диодов, широко используемых для освещения больших и объёмных территорий (заводские цеха, улицы, площадки), где не предъявляются требования к цветопередаче ламп, но необходима высокая светоотдача, лампы ДРЛ, как правило, мощностью от 50 до 2000 Вт, рассчитаны изначально на работу в электросетях переменного тока с напряжением питания 220 В.
	Вещество: пары металлов ртути. Похожа по принципу работы со ртутными и натриевыми, но с преимуществом. Вольфрамовая спираль позволяет включать лампу без пускорегулирующего аппарата (ПРА), используются в осветительных приборах, ориентированных для освещения промышленных объектов, улиц, открытых пространств, парковых зон
	Вещество: натрий. Натриевая газоразрядная лампа - это электрический источник света, в качестве светящегося тела - газовый разряд в парах натрия. Доминирующим в спектре является резонансное излучение натрия, свет - яркий оранжево-жёлтый.
	Вещество: инертные газы. Заполнены внутри под низким давлением неоном, излучающим оранжево-красное свечение.
	Вещество: инертные газы. Относятся к источникам искусственного света, в их колбе, заполненной ксеноном, светится электрическая дуга, испускает яркий белый свет, по спектру близкий к дневному.
	Вещество: неон со ртутью. Наполненные неоном и ртутью, выступают в качестве индикатора, в обычном режиме свечение ртути не видно, но при зажигании разряда на максимально отдаленных между собой электродах, то оно становится заметным, индикаторные характеризуются оранжево-красным свечением, в качестве материала электродов – молибден, железо, алюминий, никель. Катод, для снижения порога зажигания покрывается активирующим веществом. Включается в сеть соответствующего напряжения через балластный резистор, что предотвращает переход тлеющего разряда в дуговой, при этом, у определенных типов ламп токоограничивающий резистор встраивается в цоколь, а сама лампа – включается непосредственно в сеть.

Модель	Описание
D2S	Диод с цоколем. Хорошая замена штатной в линзованной оптике автомобиля. Устанавливается в фары для ближнего освещения и дальнего - освещает и дорогу, и обочину. Средний срок эксплуатации 2800- 4000 часов. Сейсмоустойчива, высокий показатель качества света. Световой поток – 3000-3200 лм. Цветовая температура – 4300 К. Мощность потребления – 35 Вт.
D1S	Ксеноновый свет. Монтируются в фары автомобиля дальнего и ближнего света. С цоколем. Также предназначен для линзованной оптики. Световой поток – 3200 лм. Мощность потребления – 35 Вт. Цветовая температура – от 4150 до 6000К. Срок эксплуатации – не менее 3000 часов.
	Газоразрядная ртутная с цоколем Е40. Устанавливается в светильники с патроном Е40. Используется для внешнего и внутреннего освещения.Функционирует в комплексе с ПРА. Срок службы 5000 часов. Номинальная мощность 250 Вт. Цветовая температура 5000К.
D4S	Надежный и качественный источник света. Экологически чистые. Устанавливаются в фары автомобиля. Характеризуется широким спектром излучения. Номинальная мощность 35 Вт. Световой поток – 3200 лм, период службы – 3000 часов. Цветовая температура – от 4300 до 6000 К.
D3S	Оригинальная линзованная оптика с цоколем. Номинальная мощность 35 Вт, световой поток – 3200 лм. Срок службы – 3000 часов. Цветовая температура – от 4100 до 6000К. Период службы 3000 часов. Отсутствие ртути. Предназначены для освещения автомобиля.
H7	Цоколь для галогенных ламп.
	Газоразрядная ртутная лампа высокого разряда. Устанавливается в светильники с патроном Е40, используется для внешнего и внутреннего освещения, функционирует в комплексе с ПРА. Номинальная мощность 250 Вт, световой поток – 13000 лм. Цветовая температура – 4000 К, цоколь Е40.
	ГЛ с эллипсоидальной формой колбы. Используется для внешнего и внутреннего освещения. Цоколь Е27. Световой поток – 6300 лм. Мощность 125 Вт. Цветовая температура – 4200 К.
	ГЛ с эллипсоидальной формой колбы. Используется для внешнего и внутреннего освещения. Цоколь Е40. Световой поток – 22000 лм. Мощность 400 Вт. Цветовая температура – 4000 К.
	ГЛ используется для внешнего и внутреннего освещения. Цоколь Е40. Световой поток – 48000 лм, мощность 400 Вт. Цветовая температура – 2000 К.
	ГЛ ДНАТ, эффективный источник света с пониженным уровнем УФ-излучения. Мощность 400 Вт. Трубчатая с односторонним цоколем формы колбы. Цоколь Е40. Цветовая температура – 2100 К. Световая отдача – 120лм/Вт. Используются в закрытых светильниках и для освещения растений. Срок службы – 20000 часов.
	Относится к линейке монохроматических натриевых ГЛНД. Высокая эффективность до 183 лм/Вт. Излучает монохроматический теплый желтый свет. Предназначены для освещения дорог с максимальной яркостью и минимальными энергозатратами, для освещения пешеходных переходов вместо люминесцентных и ртутных источников света. Цветовая температура – 1800 К, цоколь 775 мм.
	Металлогалогенные высококачественные источники света, двухцокольные. Специально разработаны для приборов, создающих световые потоки. Наполнение ламп – ртуть и редкоземельные элементы, что создает луч света высокой яркости с довольно хорошим индексом цветопередачи. Низкий уровень инфракрасного излучения, высокая светоотдача, механическая прочность, прекрасные световые характеристики, стабильность цветовой температуры, возможность "горячего" перезапуска. Мощность 575 Вт. Световой поток 49000 лм. Цветовая температура - 5600 К, период службы – 750 часов.
	Оригинальный номер D1S.
	Эффективный источник света, высокое качество, световой поток 48000Лм. Цветовая температура - 2000 К, период службы – 24000 часов. Цоколь Е40. Трубчатая с односторонним цоколем формы колбы. Световая отдача – 120 лм/Вт. Мощность 400 Вт. Применяется для искусственного освещения цветников, теплиц, питомников для растений.
	Оригинальный номер D3S ближнего света. Применяется для освещения авто.
	Ксеноновая лампа. Мощность 35 Вт. Цоколь D2S. Температура свечения 4300 К. Излучает свет, приближенный к дневному. Длительный срок службы, включается без задержек, ориентированы для использования в автомобиле.
	Ксеноновый диод высокого качества с мощностью 35 Вт. Цоколь D1S. Используется в автомобилях в фарах ближнего света.
	Ксеноновая лампа высокого качества с мощностью 35 Вт. Монтируется в двойные фары.

Область применения ГЛ

Характеризуются обширной областью применения:

1. освещение уличное в городской и сельской местности, в фонарях для подсветки парков, скверов и пешеходных дорожек;
2. освещение общественных помещений, магазинов, производственных сооружений, офисов, торговых площадок;
3. в качестве подсветки рекламных щитов и наружной рекламы;
4. высокохудожественного освещения эстрад и кинотеатров с применением специального оборудования;
5. для освещения транспортных средств (неоновые);
6. в подсветке дома.

Прожектор: область применения и виды

Для открытых пространств, для освещения:

• промышленных территорий;
• спортивных комплексов и стадионов;
• карьеров;
• фасадов зданий и различных сооружений;
• памятников;
• мемориалов;
• развлекательных шоу;
• животноводческих комплексов.

ВАЖНО! Прожекторы различают по форме отражателя и пучку излучения.

• ассиметричные;
• симметричные.

Как проверить газоразрядную лампу?

Необходимо соблюдать несколько правил:

• не спешите вставлять новую годную лампу на место старой, необходимо убедиться, что дроссель не замкнут, в противном случае сгорят сразу две спирали;
• поставьте диод сначала с целыми спиралями, но не рабочую, в которой газ мигает либо тускло светится. Если спирали останутся целыми, то можно ставить новую лампочку, если же сгорят – меняйте дроссель;
• если необходим ремонт, начинать следует со стартера, выходящего чаше со строя в сравнении с другими компонентами светильника;

  Лампы накаливания

  1. низкая световая отдача;
  2. срок службы около 1000 часов;
  3. неблагоприятный спектральный комплекс, искажающий светопередачу;
  4. наделены большой яркостью, но равномерного распределения светового потока не дают;
  5. нить накаливания следует закрывать, чтобы исключить прямого попадания света в глаза и вредного на них воздействия.

  Чем отличаются ГРЛ (читайте выше) и светодиодные?

  Светодиодные:

  • высокая экономичность энергопотребления;
  • экологически чистые, не нуждаются в особых условиях по обслуживанию и утилизации;
  • срок службы – непрерывная работа не менее 40-60 тыс. часов;
  • световой поток стабилизирован во всем диапазоне питающего напряжения от 170- 264 В, при этом без изменений параметров освещенности;
  • быстрое зажигание;
  • отсутствие ртути;
  • отсутствие пусковых токов;
  • имеется возможность главной регулировки мощности;
  • отличная цветопередача.

В соответствии с новыми нормами по освещению для осветительных установок рекомендуется применять в первую очередь газоразрядные лампы как наиболее экономичные.

Рис. 1.5. Вольт-амперная характеристика газоразрядного промежутка:
1 - тихий разряд; 2 - переходная область; 3 - нормальный тлеющий разряд; 4 - аномальный тлеющий разряд; 5 -дуговой разряд.
Работа газоразрядных источников света основана на использовании электрического разряда в газовой среде и парах металла. Чаще всего для этого применяют аргон и пары ртути. Излучение происходит за счет перехода электронов атомов ртути с орбиты с высоким содержанием энергии на орбиту с меньшей энергией. При этом возможно несколько видов электрических разрядов (например, тихий, тлеющий, дуговой). Дуговой разряд имеет наибольшую плотность электрического тока и как следствие этого создает наибольший световой поток.
На рисунке 1.5 изображена вольтамперная характеристика электрического разряда в газе при изменении тока от нуля до предельного значения.
При определенных плотностях тока характер процесса ионизации межэлектродного промежутка - лавинообразный. В этом случае с увеличением тока сопротивление межэлектродного промежутка резко уменьшается, что ведет, в свою очередь, к еще большему увеличению тока и, как следствие этого, к аварийному режиму. Такой режим может возникнуть, если включить газоразрядный источник света непосредственно в сеть. При увеличении напряжения от нуля до значения (рис. 1.5) ток плавно увеличивается. Дальнейшее увеличение напряжения до значения UT приводит к неустойчивой точке в, после которой ток резко возрастает за счет уменьшения сопротивления промежутка при лавинообразной ионизации. Ограничить этот ток, а следовательно, и стабилизировать режим работы в области 5 можно путем включения токоограничивающего сопротивления, называемого балластным, так как мощность на нем расходуется бесполезно Значение балластного сопротивления можно определить графически. Для этого, имея вольтамперную характеристику газоразрядного источника излучения, необходимо задаться рабочей точкой А и величиной напряжения сети Uc.
Тогда
(1.17)
Точка А характеризуется двумя видами сопротивления: статическим
и динамическим


Рис. 1.6. Изменение положения рабочей точки при изменении напряжения сети (а) и сопротивления балласта (б).
Рис. 1.7. Влияние величины Ua/Ue на стабильность работы газоразрядной лампы npи изменении напряжения питающей сети.
Динамическое сопротивление на падающем участке рассматриваемой волы амперной характеристики отрицательно.
Изменить положение рабочей точки А можно либо путем изменения сопротивления R (рис. 1.6,6), либо путем изменения напряжения сети Uc (рис. 1.6,с). При этом изменяется как статическое Rлc, так и динамическое Rлд сопротивление лампы. Необходимо отметить, что статическое сопротивление лампы Rлд вместе с сопротивлением балласта определяют рабочий ток в каждой точке, а динамическое- устойчивость горения дуги. Устойчивость горения дуги определяется из условия
(1-18)
Это условие соблюдается на участке вольт-амперной характеристики правее точки Д. При этом чем дальше вправо рабочая точка отстоит от точки Д, тем устойчивей горит дуга, так как уменьшается реакция тока на случайные небольшие изменения напряжения сети Uc.
Работа газоразрядной лампы в любой рабочей точке возможна при различных значениях напряжения сети Uc. Для этого необходимо подобрать сопротивление балласта таким, чтобы рабочий ток оставался постоянным (рис. 1.7). Однако стабильность работы лампы при этом будет различной. Чем выше напряжение питающей сети Uc и соответственно сопротивление балласта Rб, тем меньше влияют отклонения напряжения на ток лампы. Но следует помнить, что при этом возрастают потери мощности в балластном сопротивлении. Учитывая это, в практике рекомендуется балластное сопротивление брать таким, чтобы соблюдалось условие, позволяющее получить достаточную устойчивость работы газоразрядных ламп при минимальных потерях в балласте.
Для работы на постоянном токе используются активные балласты, на переменном - индуктивные и емкостные (иногда и активные).
Все газоразрядные источники по значению рабочего давления делятся на лампы низкого, высокого и сверхвысокого давления.
Люминесцентные лампы низкого давления представляют собой стеклянную цилиндрическую колбу, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором. В торцы колбы вварены стеклянные ножки. На ножках смонтированы вольфрамовые электроды в виде биспиралей, покрытые слоем оксида (окисла щелочно-земельных металлов), обеспечивающего хорошую эмиссию электронов. Для защиты от бомбардировки в анодный период к электродам приварены проволочные экраны. На концах колба имеет цоколи со штырьками. Из колбы лампы откачан воздух и введен в нее аргон при давлении около 400 Па с небольшим количеством ртути (30-50мг.).
В люминесцентных лампах световая энергия возникает в результате двойного преобразования энергии электрического тока. Во-первых, электрический ток, протекая между электродами лампы, вызывает электрический разряд в парах ртути, сопровождающийся излучением (электролюминесценция). Во-вторых, возникающая при этом лучистая энергия, большая часть которой представляет собой ультрафиолетовое излучение, воздействует на люминофор, нанесенный на стенки колбы лампы и преобразуется в световое излучение (фотолюминесценция). В зависимости от состава люминофора получают видимые излучения различного спектрального состава. Наша промышленность выпускает люминесцентные лампы пяти типов: дневного света ЛД, дневного света с улучшенной цветопередачей ЛДЦ, холодно-белого света ЛХБ, белого света ЛБ и тепло-белого ЛТБ. Колбы люминесцентных ламп чаще всего имеют прямолинейную, образную и кольцевую формы. Люминесцентные лампы выпускаются мощностью 15, 20, 30, 40, 65 и 80 Вт. В сельском хозяйстве применяются лампы преимущественно мощностью 40 и 80 Вт (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Характеристики люминесцентных ламп, используемых в сельском хозяйстве

В настоящее время выпускаются новые лампы с улучшенной цветопередачей типа ЛЕ.
По сравнению с лампами накаливания люминесцентные лампы имеют более благоприятный спектральный состав излучения, большую световую отдачу (60 ... 70 лм-Вт-1) и больший срок службы (10 000 ч).
Кроме того, в сельском хозяйстве применяются специальные лампы низкого давления: фитолампы - для выращивания растений, эритемные - для УФ облучения животных и птиц, бактерицидные- в установках обеззараживания. Эритемные и фитолампы имеют специальный люминофор, бактерицидные - без люминофора (табл. 1.4)
Все люминесцентные лампы низкого давления включаются в сеть через балластное сопротивление.

Характеристики эритемных, бактерицидных и фитоламп

Следует помнить, что зажигание люминесцентных ламп без специальных мероприятий осуществляется при напряжении U3, как правило, больше сетевого Uc. Одним из способов снижения напряжения зажигания U3 является предварительный подогрев электродов, облегчающий эмиссию электронов. Этот подогрев можно осуществлять, используя стартерные и бесстартерные схемы (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Схема включения люминесцентной лампы низкого давления:
1 - зажим сетевого напряжения; 2 - дроссель; 3, 5 - электроды лампы; 4 - трубка; 6, 7 - электроды стартера; 8 - стартер.
Стартер представляет собой миниатюрную неоновую лампу, один или оба электрода которой выполнены из биметалла. При нагревании эти электроды могут между собой замыкаться. В исходном состоянии они разомкнуты. При подаче напряжения на зажимы 1 все оно оказывается практически приложенным к зажимам стартера 6 и 7 и в его колбе 8 возникает тлеющий разряд. За счет протекающего при этом тока выделяется тепло, которое нагревает подвижной биметаллический контакт 7, и он замыкается с неподвижным контактом 6. Ток в цепи в этом случае резко возрастает. Его величина оказывается достаточной для нагрева электродов 5 и 5 люминесцентной лампы, выполненных в виде спиралей. За 1...2 с электроды лампы разогреваются до 800...900°С. Так как разряда в это время в колбе стартера нет, электроды его остывают и размыкаются.
В момент разрыва цепи в дросселе 2 возникает э. д. с. самоиндукции, значение которой пропорционально индуктивности дросселя и скорости изменения тока в момент разрыва цепи. Образовавшееся за счет э. д. с. самоиндукции повышенное напряжение (700... 1000 В) оказывается приложенным к электродам лампы, подготовленным к зажиганию. Между электродами возникает дуговой разряд, и лампа 4 начинает светиться. В этом режиме сопротивление лампы оказывается примерно одинаковым с сопротивлением последовательно включенного дросселя и напряжение на ней снижается приблизительно до половины напряжения сети Это же напряжение приложено к стартеру, включенному параллельно лампе, но стартер больше не зажигается, ибо напряжение его зажигания устанавливается в пределах

Таким образом, стартер и дроссель выполняют важные в процессе зажигания и работы функции. Стартер: 1) замыкает цепь «спирали электродов - дроссель», ток, протекающий при этом, нагревает электроды, облегчая зажигание лампы за счет термоэлектронной эмиссии; 2) разрывает после разогрева электродов лампы электрическую цепь и тем самым вызывает импульс повышенного напряжения на лампе, обеспечивающего пробой газового промежутка.
Дроссель: 1) ограничивает ток при замыкании электродов стартера; 2) генерирует импульс напряжения для пробоя лампы за счет э. д. с. самоиндукции в момент размыкания электродов стартера; 3) стабилизирует горение дуги после зажигания.
Так как стартер является самым ненадежным элементом в схеме зажигания, разработаны и бесстартерные схемы. Предварительный подогрев электродов в этом случае осуществляется от специального накального трансформатора.
Для люминесцентных ламп низкого давления выпускаются специальные пускорегулирующие аппараты (ПРА).
Стартерные ПРА обозначаются 1УБИ, 1УБЕ, 1УБК (цифра указывает число ламп, работающих от одного ПРА, У - стартерный, Б - балласт, И - индуктивный, Е - емкостный; К - компенсированный, т.. е. повышающий коэффициент мощности осветительной установки до 0,9...0,95). Для двух ламп соответственно 2УБИ, 2УБЕ, 2УБК.
Бесстартерные аппараты имеют в своем обозначении букву А: АБИ, АБЕ, АБК. Например, марка ПРА 2АБК-80/220-АНП расшифровывается так: двухламповый бесстартерный аппарат, компенсированный, мощность каждой лампы 80 Вт, напряжение сети 220 В, антистробоскопический (А), для независимой установки (Н), с пониженном уровнем шума (П).
Одним из недостатков газоразрядных ламп является пульсация светового потока, вызывающая стробоскопический эффект - мелькание быстро движущегося предмета. Для уменьшения величины пульсации светового потока рекомендуется включать лампы на разные фазы или применять специальные антистробоскопические ПРА.

Рис. 1 9. Лампа ДРТ (а) и схема ее включения (б):
1 - трубка из кварцевого стекла; 2 - электрод; 3 - хомут с держателем; 4 - токопроводящая полоса.
Рис. 1.10 Четырехэлектродная лампа ДР-С (а) и схема ее включения (б):
1 - ртутно-кварцевая горелка; 2 - колба; 3 - люминофор; 4 - поджигающие электроды; 5 - основные электроды; 6 - токоограничивающие резисторы.
При включении люминесцентных ламп на напряжение повышенной частоты увеличивается их световая отдача, уменьшаются размеры балласта и потери в нем, уменьшается величина пульсации светового потока.
Газоразрядные лампы высокого давления. Наиболее распространенными в сельскохозяйственном производстве являются лампы типа ДРТ - дуговая, ртутная, трубчатая и ДРЛ - дуговая, ртутная, люминесцентная.
Лампа ДРТ представляет собой прямую трубку 1 из кварцевого стекла (рис. 1.9,а), в торцы которой впаяны электроды 2. Трубка заполнена аргоном и небольшим количеством ртути. Так как кварцевое стекло хорошо пропускает УФ излучение, лампа в основном используется для УФ облучения животных и птицы и для обеззараживания воды, продуктов, воздуха и т. д.
Включается в сеть лампа через дроссель (рис. 1.9,6). Зажигание осуществляется кратковременным нажатием кнопки S. При этом через дроссель L и конденсатор С1 протекает ток. При размыкании кнопки ток резко уменьшается и за счет э. д. с. самоиндукции дросселя резко повышается напряжение на электродах лампы, что способствует ее зажиганию. Металлическая полоса Я, подключенная через конденсатор С2, обеспечивает перераспределение электрического поля внутри лампы, что облегчает зажигание лампы.
Лампы ДРЛ используются для освещения. Они могут быть как двух- так и четырехэлектродными. В настоящее время выпускаются только четырехэлектродные лампы, конструкция и схема включения которых показаны на рисунке 1.10. Ртутно-кварцевая горелка I является источником УФ излучений. Колба 2 выполнена из термостойкого стекла и с внутренней стороны покрыта люминофором 3, который преобразует УФ излучение горелки в световое. Для облегчения зажигания четырехэлектродная лампа имеет поджигающие электроды 4. Разряд возникает сначала между поджигающим и основным электродами 5, а затем между основными электродами (рабочий промежуток).
Перспективными для освещения являются металлогалоидные лампы высокого давления типа ДРИ. В колбы этих ламп добавляются иодиды натрия, таллия и индия, что позволяет увеличить световую отдачу в 1,5...2 раза по сравнению с лампами ДРЛ.
Для использования в теплицах на базе лампы ДРЛ разработаны специальные фитолампы типа ДРФ и ДРЛФ. Колба этих ламп выполнена из стекла, выдерживающего при нагретом состоянии брызги холодной воды и покрыта специальным люминофором, имеющим повышенную фитоотдачу. В верхней части колбы нанесен отражающий слой.

Разрядной лампой называют ту лампу, которая излучает энергию в диапазоне, который является видимым. Стоит сразу отметить, что такие лампы очень эффективны в плане преобразования электрической энергии в световую энергию. На сегодняшний день наблюдается невероятный рост цен на электроэнергию, а так же на осветительную аппаратуру. И по этой причине начинается внедрение новых технологий, которые позволяют сократить затраты производителей, и сделать использование электрической энергии более доступным.

Разрядные лампы, которые используются для освещения, условно делят на три разные группы, по принципу того, какой источник света выходит наружу и используется человеком. В первую очередь, это дуговые ртутные люминесцентные, металлогалогенные и натриевые лампы высокого давления.
По устройству всех основных элементов, эти лампы мало чем отличаются друг от друга. В горелке из прочного тугоплавкого материала, который является очень стойким в химическом плане, возникает свечение. Это все происходит в присутствии газов и металлических паров. Подобный процесс называют электролюминесценцией. Для ртутных люминесцентных, а так же металлогалогенных ламп, горелку выполняют из кварца. Что касается натриевых ламп высокого давления, то их горелка сделана из поликорна - специальной керамики. Во всех горелках находится зажигающий газ, в роли которого могут выступать ксенон или аргон. Еще в них всегда присутствуют пары металлов под высоким давлением. Соответственно, в дуговых ртутных люминесцентных лампах находятся пары ртути, в металлогалогенных - пары ртути и смеси галоидов некоторых других металлов. В натриевых лампах высокого давления содержатся пары ртути и натрия.

Под воздействием напряжения, которое прикладывается к электродам горелки, происходит разряд. Чтобы зажигание произошло легко, во многих лампах устанавливают вспомогательный электрод. Сама горелка находится в большой колбе, которая обычно прозрачная (у натриевых ламп высокого давления, а так же у металлогалогенных ламп). У ртутных люминесцентных ламп колба изнутри покрыта люминофором, который оказывает влияние на качество цветопередачи.
Особое внимание следует уделить ртутной лампе, которая работает по принципу того, что источник света получается на основе соединений газового разряда и паров ртути. Они тоже делятся на группы, в зависимости от давления: это могут быть лампы с низким давлением, с высоким, и сверхвысоким.
В некоторых лампах внешняя колба отсутствует. Зачастую такими являются малогабаритные натриевые лампы высокого давления и металлогалогенные лампы. Чаще всего такие лампы используются для установки в прожекторы и другие подобные объекты. Все лампы характеризуются тем, что их мощность может достигать высоких показателей: около 1000 или 2000 Вт. Если металлогалогенные и натриевые лампы высокого давления используют для внутреннего освещения, их мощность колеблется от 35 до 70 Вт, у дуговых ртутных люминесцентных ламп в таком случае мощность будет равняться 50, 80, 125 Вт.

Лампу часто характеризует то, насколько она чувствительна к перепадам напряжения. Так вот, самые нечувствительные к колебаниям напряжения - это дуговые ртутные люминесцентные лампы. Если напряжение изменяется примерно на 15% в меньшую или большую сторону, то такая лампа повышает или понижает свой световой поток примерно на 30%.
Эти лампы можно эксплуатировать достаточно продолжительное время. Их срок службы равняется примерно пятнадцати тысячам часов. Но иногда срок службы натриевых ламп высокого давления может достигать и двадцати тысяч часов.
Важным моментом является световая отдача. Меньше всего световая отдача у дуговых ртутных люминесцентных ламп, и она равняется 40-60 лм/Вт. Далее можно отметить металлогалогенные лампы, которые находятся посередине, и их отдача колеблется от 60 до 100 лм/Вт. Количество световой отдачи прямо пропорционально зависит от мощности лампы.
Дуговые ртутные люминесцентные лампы традиционно применяются для освещения открытых территорий производственного, сельскохозяйственного назначения. Так же такие лампы хорошо подходят для освещения разнообразных складских помещений. Дуговые ртутные люминесцентные лампы отличаются большой экономией электроэнергии, и поэтому им часто отдают большее предпочтение. Еще ртутные лампы активно применяют для освещения городов, высоких производственных цехов, а так же для освещения больших строительных площадок.

Металлогалогенные лампы хорошо подходят для закрытых или открытых спортсооружений, некоторых зальных помещений в общественных зданиях, а так же для высоких производственных цехов с большими требованиями к цветопередаче. Лампы с хорошей мощностью, неважно какого типа, успешно используются при освещении территорий вокруг дома, гаража и т.д.
Можно сказать, что натриевые лампы высокого давления, а так же металлогалогенные лампы, у которых мощность от 70 до 100 Вт, уверенно вытесняют люминесцентные лампы в освещении общественных и жилых зданий. Практически все виды ламп активно используют для того, чтобы освещать фасады зданий снаружи, а так же для декоративного светового оформления города. В первую очередь, с их помощью освещают памятники, фонтаны, архитектурные сооружения, зеленые насаждения и т.д.
В то же время можно отметить некоторые недостатки, которые присущи всем видам разрядных ламп. В первую очередь, они довольно дорого стоят. Это очень сложная и серьезная технология, которая требует значительных затрат. Так же следует указать на большие размеры таких ламп.

Так же лампе нужно определенное время для того, чтобы выйти на нужный рабочий режим. На переменном токе промышленных частот очень часто происходит мерцание или гудение во время функционирования лампы. Особо опасными могут быть пары ртути, которые при деформации лампы могут проникнуть в помещение. По этой причине применять такие лампы следует только в светильниках, у которых есть защитный спектр, а так же использовать импульсные зажигающие устройства.
Сейчас специалисты занимаются исследованиями для того, чтобы модифицировать разрядные лампы и сделать их более удобными в применении, потому что на самом деле это очень качественная и экономичная технология. Самое важное заключается в том, что такие лампы активно используются в промышленности, а так же в городском освещении, что подтверждает их надежности и долговечность работы. В то же время, чтобы использовать лампы подобного типа, необходимо тщательно ознакомиться со всеми инструкциями по эксплуатации, и приобрести все элементы для нормального функционирования лампы.

Электрические устройства, состоящие из прозрачного контейнера, в котором газ питается от напряжения, благодаря чему происходит процесс свечения, называются газоразрядные лампы. Предлагаем рассмотреть, чем разнятся лампы газоразрядные высокого давления и лампы накаливания, как работает данное устройство и где их купить.

Принцип работы газоразрядной лампы

Газоразрядная лампа является источником свечения, который генерирует свет, создавая электрический разряд через ионизированный газ. Как правило, эти лампы используют такие газы, как:

• аргон,
• неон,
• криптон,
• ксенон, а также смеси этих газов.

Много ламп заполнены дополнительными газами, такими как натрий и ртуть, в то время как другие используют металлогалогенные добавки.

При подаче питания на лампу, электрическое поле генерируется в трубке. Это поле образует включения свободных электронов в ионизированный газ, т.е. обеспечивает столкновение электронов с газом и атомами металла. Некоторые электроны, вращающиеся вокруг этих атомов, обеспечивают столкновения в более высокое энергетическое состояние. В таких случаях высвобождается энергия фотонов. Этот свет может быть каким угодно от инфракрасного видимого и до ультрафиолетового излучения. Некоторые лампы имеют люминесцентное покрытие на внутренней стороне колбы для преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет.

Некоторые лампы трубчатой формы содержат специальный источник бета-излучения, чтобы обеспечить ионизацию газа внутри. В этих трубах, тлеющий разряд, обеспеченный катодом, сведен к минимуму, в пользу так называемого положительного столба энергии. Самый яркий пример такой технологии – энергосберегающие неоновые лампы, газоразрядные импульсные ифк и флуоресцентные.

Газоразрядные лампы и виды катодов

Многие слышали термин газоразрядные люминесцентные лампы с холодным катодом CCFL и приборы для освещения с горячим катодом. Но в чем разница, какая их маркировка и какие выбрать?

С горячим катодом

В горячие катоды генерирует электроны сам электрод с термоэлектронной эмиссией. Именно поэтому они еще называются термоэлектронными катодами. Катод обычно представляет собой электрическую нить из вольфрама или тантала. Но теперь они еще покрываются слоем эмиссионного материала, что может производить больше меньше тепла и света, тем самым увеличивая эффективность и световой поток газоразрядной лампы. В некоторых случаях, когда жужжание переменного тока является проблемой, нагреватель электрически изолирован от катода. Этот метод широко используют газоразрядные металлогалогенные лампы (hpi-t plus, deluxе, hid-8) и светильники низкого давления.

Источники света с горячими катодами производят значительно большее количество электронов, чем холодные катоды с той же площадью поверхности. Их используют индикаторные устройства, микроскопы, и даже такие лампы применяют для модернизации электронных пушек.

С холодным катодом

С холодным катодом не производится термоэлектронная эмиссия. Высоковольтные лампы в данном случае, работают на электродах, генерирующих сильное электрическое поле (допустим, марки make), которое ионизирует газ. Поверхность внутри трубки способна производить вторичные электроны, и при этом свести их «падение» к минимуму. Некоторые трубы содержат специальное заземление, которое улучшает эмиссию электронов.

Другой метод работы холодных световых приборов основан на генерации свободных электронов без термоэлектронной эмиссии, за счет полевой электронной эмиссии. Полевая эмиссия происходит в электрических полях, которые создают очень высокое напряжение. Этот метод используется в некоторых рентгеновских трубках, микроскопах, работающих за счет электрических полей, а также его применяют газоразрядные натриевые лампы (lhp, днат 400 5, днат 70, днат 250-5, днат-70, hb4).

Термин «холодный катод» не означает, что он остается в температуре окружающей среды все время. Рабочая температура катода может увеличиваться в некоторых случаях. Например, при использовании переменного тока, из-за чего электроды поменялись местами – стали катод стал анодом. Некоторые электроны также могут вызвать локализацию тепла. Например, люминесцентные лампы: после запуска, вольфрамовая проволока холодная, лампа работает с холодным катодом и явление, описанное выше, используется для нагрева нити. Когда она достигла нужного уровня света, светильник работает нормально, как с горячим катодом. Подобное явление могут демонстрировать некоторые газоразрядные ксеноновые лампочки дрл (d2s, h4 категории d).

Холодный катод устройства требует высокого напряжения, но при этом высоковольтный источник питания не требуется. Это часто явление называется CCL инвертором. Работа инвертора заключается в создании высокого напряжения для организации начального пространственного заряда и первой электрической дуги тока в трубке. Когда это происходит, внутреннее сопротивление трубки уменьшается и увеличивает ток. Преобразователь реагирует на такие перепады, и если температура превышает норму – отключается. Чаще всего такие системы устанавливают для уличного освещения.

Лампы холодного излучения часто встречаются в электронных устройствах. CCFLs (с холодным катодом люминесцентные лампы) используются как диодные лампочки для компьютеров, модемов, мультиметров, газоразрядных индикаторов ин-14, ин 18 и нв 3, и прочего. Кроме того, они широко применяются в качестве ЖК-подсветки. Еще одним примером широкого использования является трубы Nixie.

Виды газоразрядных ламп

Перед тем, как купить какое-либо устройство, нужно обязательно изучить все его характеристики.

Разрядные лампы высокого давления

Лампы низкого давления

Эти лампы содержат газ внутри трубы, находящийся в более низком давлении, чем атмосферное. Классические люминесцентные лампы way относятся к этой категории, хорошо известные сейчас неоновые лампы, а также натриевые лампы низкого давления, которые используются для уличного освещения. Все они имеют очень хорошую эффективность, но наиболее эффективными среди всех газоразрядных ламп являются натриевые лампы son. Проблема этого типа ламп (с цоколем r7s) является то, что она производит только почти монохроматический желтый свет (исключение – бездроссельные люминесцентные лампы).

Лампы высоко-интенсивного разряда

В этой категории, находятся лампы, которые излучают свет при помощи электрической дуги между электродами (е-27). Электроды обычно представлены вольфрамовыми электродами, которые находится внутри полупрозрачного или прозрачного материала. Есть много различных примеров HID (High Intensity) ламп, продажа которых осуществляется у нас в стране, таких как галогеновые (ipf h4 х-41, мн-кх7s-150вт, hq-т), ксеноновые дуговые, и светильники сверхвысокой производительности (UHP).

Минусы в работе разрядных ламп

Любые устройства имеют свои недостатки, и газоразрядные светильники не стали исключением:

• если напряжение сети меньше, чем 220 В (допустим, 100), то металогалогенные лампы (hmi-1200), не будут работать;
• запрет на использование в учебных заведениях;
• галогеновые лампы во время работы становятся слишком горячими. Они представляют определенную пожароопасность, и кроме того требуют очень щепетильного ухода – 1 капелька жира на поверхности может заставить её взорваться;
• неоновые лампы излучают свет (особенно, если серия УФ, модель н4), который вреден для глаз при долгом контакте.

Область применения

Широкое применение получили автомобильные газоразрядные лампы высокой интенсивности – и неоновые, также для авто иногда применяется диодное освещение (их цена несколько ниже). Разряд автомобильной фары заполнен смесью газообразного ксенона и металло-галоидных солей (как например использует Тойота Королла – d2r для toyota estima 2000, или БМВ 5, для Опеля astra j)). Света создается путем удара дуги между двумя электродами. Лампа имеет встроенный воспламенитель.

Для освещения промышленных помещений (гу-23а, лд30, тн-0, 3, гу26а), уличных площадей (olympiad 250, Сильвиана производства Украина), билбордов, фасадов зданий, также газоразрядные лампы высокого давления дневного света в квартирах и домах (гост 500-9006-083) и в ПРА.

Монтаж и схема подключения точно такие же, как и при установке простых ламп накаливания.

Газоразрядная лампа – осветительный прибор, принцип действия базируется на горении дуги ионизированного газа. Это обширное семейство, в начале XXI века захватившее в мире едва ли не три четверти сегмента иллюминации. Сюда входят популярные люминесцентные лампы дневного света, лампы ДРЛ. Ещё до внедрения в обиход осветительные устройства, работающие за счёт газового разряда, встречаются в романе Жюля Верна «Путешествие к центру Земли» (1864 год).

История развития электростатической ионизации газов

Принято считать годом рождения газоразрядных ламп 1675. Однажды ночью французский учёный Жан-Феликс Пикар заметил свечение ртутного барометра, когда переносил его из обсерватории в порт святого Майкла. Чтобы читатели представили явление, нужно учесть особенности конструкции. В ртутном барометре имеется трубка, запаянная с конца. Вдобавок наличествует чаша. Оба предмета заполнены металлической ртутью.

Для определения давления трубку резко переворачивают и опускают в чашу. Тогда ртуть под действием земного тяготения стекает вниз, образуя выше себя вакуум. В результате запаянный конец трубки остаётся полым, и протяжённость пустого пространства зависит от атмосферного давления, которое, действуя на ртуть в чаше, призвано уравновесить силу тяжести.

При транспортировке барометра Пикар спешил и сильно растряс прибор. В результате произошла электризация стекла трением о ртуть, и статический заряд вызвал ионизацию металлических паров. Процесс сильно облегчался, благодаря созданному вакууму. Пары ртути и сегодня используются в отдельных газоразрядных источниках света. К примеру, ультрафиолетовая составляющая свечения активизирует люминофор лампы дневного света.

Пикар не смог объяснить обнаруженного явления, но немедленно доложил о произошедшем в научных кругах. Позднее изучением занялся известный швейцарский математик Иоганн Бернулли. Ему задача оказалась также не по зубам, но сей учёный муж активно практиковал опыт со свечением, дал представление французской академии наук. В 1700 году на демонстрации явление лицезрел английский механик, по совместительству учёный, Фрэнсис Хоксби. На базе Королевского научного общества Британии Хоксби принимается активно ставить опыты.

За основу решающего эксперимента Хоксби берет модель электростатического генератора Герике (1660 год). По описаниям машина представляла солидных размеров шар из серы, вращающийся на железном стержне. Трением о ладони оператора объект приобретал при вращении значительный заряд. Дальнейший ход мыслей Хоксби понятен. В инструкции Герике фигурировало предложение залить серу в стеклянный шар, потом разбить. Английский учёный пропустил указанный шаг. К сожалению, неизвестно, имели ли ранние работы (к примеру, трактат Гильберта 1600 года) представление об электризации стекла, но Хоксби выдвинул соответствующее предположение.

В результате экспериментальная установка содержала вместо серного шара стеклянный с каплями ртути на дне, а внутри по возможности создали вакуум. При вращении сферы на железном стержне и электризации путём трения ладонями наблюдалось свечение, чтобы читать книгу в непосредственной близости. В 1705 году английское научное общество продемонстрировало первую газоразрядную лампу. Предоставлялось верное объяснение, что к обнаруженному явлению причастны пары ртути. Потом – ход работ замер на целый век. Не находилось практического применения вновь открытому явлению.

Первые газоразрядные лампы

Нельзя сказать, чтобы XVIII век прошёл бесполезно для исследований в сфере электричества, несмотря на фразу, оброненную выше. Значимыми считаются работы Дюфе, в 1733 году предположившего наличие двух родов зарядов с целью теоретического обоснования наблюдаемого явления. Он их назвал смоляными и стеклянными. Речь идёт об объяснении феномена, рассмотренного Гильбертом в 1600 году:

1. Наэлектризованный шар притягивает тела.
2. Соприкоснувшись с шаром, тела начинают от предмета отталкиваться.

В понимании Дюфе объект приобретал заряд аналогичного знака при соприкосновении. Чем объясняется рассмотренное явление. Но истинный прогресс в науке начался, когда государства отменяли наказание за занятие колдовством. В результате на свет появилась Лейденская банка, а Бенджамин Франклин доказал электрическую природу молнии, Вольта изобрёл первый электрохимический источник энергии. В 1729 году произошло революционное открытие, ставшее основой для прочих: Стивен Грей додумался собрать проводники воедино и получил первую в мире электрическую цепь. С тех пор ток стали передавать на расстояние.

Изобретённая в 1746 году Вильямом Ватсоном электрическая машина сплавляла заряд по шёлковым шнурам, что позволило Жану-Антуану Нолле продемонстрировать эффектную дугу в среде разряженного газа. В указанное Готфрид Груммерт высказал предположение, что подобное освещение подойдёт для использования в шахтах и местах, где открытое пламя повышает вероятность взрыва. Иоганн Винклер заметил, что неплохо вместо шаров использовать длинные колбы, согнутые по форме букв алфавита, предвосхитив появление на свет трубок Гейслера и экрана телевизора.

Чуть позднее, в 1752 году, Ватсон частично реализовал перечисленные задумки (первый дисплей запатентован в 1893 году). К примеру, демонстрируя опыт с горением дуги в трубке длиной 32 дюйма. Благодаря столь блистательным открытиям, в 1802 году произошло сразу два значимых для рассматриваемой темы события:

• Англичанин Хампфри Дэви открыл явление свечения накаливаемой электричеством платиновой проволоки.
• Наш соотечественник, В. Петров при помощи вольтова столба, состоящего из 4200 (по другим данным – 2100) пар медных и цинковых пластин. Для сравнения – источник энергии сэра Хампфри Дэви показывал вдвое меньшую мощность (2000 пластин).

Достижения Петрова оказались забыты под влиянием событий Отечественной войны 1812 года и в силу российского наплевательства. В Англии к электричеству подошли серьёзно. Заслуга Хампфри Дэви немалая. Он, будучи химиком, повторяя опыты зарубежного коллеги, начал экспериментировать с различными газовыми средами. Конечно, член Королевского научного общества был знаком с опытами Фрэнсиса Хоксби и захотел проверить, не стало ли новое открытие повторением ранних попыток создать искусственные источники света.

Эти эксперименты привели к открытию линейных спектров газовых разрядов. Попутно замеченные Волластоном и Фраунгофером особенности излучения Солнца в последующем позволили Кирхгофу и Бунзену высказывать предположения о составе атмосферы светила. Это тесно связно с рассматриваемой темой, спектр разряда также линейчатый. К примеру, натриевые лампы дают оранжевый свет, и при помощи люминофора приходится распределение частот корректировать (лампы ДРЛ). Потом эстафету принял Майкл Фарадей (с середины 30-х годов XIX века), показал процесс возникновения дуги в среде разреженных газов. Внёс лепту и Генрих Румкорф, предоставив в руки физиков инструмент для получения импульсов высокого напряжения (катушка Румкорфа, 1851 год). В 1835 году Чарльз Уитстон зарегистрировал спектр разряда дуги в парах ртути, попутно отметив ультрафиолетовую составляющую.

Газоразрядные лампы Гейслера

Первыми коммерчески успешными считаются творения Гейслера. Датой рождения принято считать 1857 год. Упомянутый стеклодув и по совместительству физик догадался в колбу с разряженным газов вставить 2 электрода. Подавая на них напряжение, лицезрел красочный разряд дуги. Гейслер соединил воедино открытия Петрова и Хоксби. Дуга тлеет в колбе с атмосферой из паров газа. А дальнейшее – выбор цвета – уже не составило труда, опираясь на наработки сэра Хампфри Дэви и Майкла Фарадея.

С 80-х годов трубки Гейслера широко выпускаются для целей развлечения населения. Сегодня неоновые огни считаются лицом США. Примечательно, что будучи помещены рядом с источниками сильного электромагнитного излучения — катушки Тесла — лампы Гейслера загораются самопроизвольно. Выполняются условия ионизации разреженной газовой среды. Исследования, сопряжённые с поиском технических решений для целей освещения привели учёных к открытию электрона, измерению его заряда и массы, появлению на свет электронных ламп.

Тем временем в России

Возможность розжига порохового заряда электрической искрой известна примерно с 1745 года. Но едва ли сапер мог унести лейденскую банку или терпеливо натирать шерстью янтарь в любых погодных условиях. Долгое время военное дело не брало во внимание подобные мелочи. В 1812 году российский офицер Шиллинг сумел через электрический элемент питания произвести подводный взрыв. Считается, что военное дело дало толчок к развитию исследований электричества в России. Первая дуговая лампа установлена в 1849 году изобретателем (Якоби) на башне Адмиралтейства Санкт-Петербурга. Ее свет оказался столь ярок, что сравнивался обывателями с солнечным.

Применение прожекторов с разрядными лампами ограничивается военным делом, за малым исключением, когда источники указывают путь кораблям с маяка. Нас в теме интересуют наработки Джона Томаса Рея, датированные 1860 годом, догадавшимся объединить электрическую дугу (Петров и Якоби) с атмосферой паров ртути (Майкл Фарадей) при нормальном давлении.

От Эдисона до современных газоразрядных ламп

Несмотря на явные преимущества, газоразрядные лампы Гейслера демонстрировали существенные недостатки. К примеру, малый срок службы. С 90-х годов XIX века некто Дэниэл МакФарлен Мур работал в компании Эдисона и вскоре после поступления на службу стал изучать историю. Его заинтересовали газоразрядные лампы Гейслера. Что не так с моим светом? – вопрошал Эдисон. Мур ответил: он слишком тусклый, слишком горячий и чересчур красный. Это вся правда о лампах накаливания того времени.

В 1892 году ртутная газоразрядная лампа усовершенствована Мартином Лео Аронсом. Наработка в 1901 году усовершенствована Петером Купером Хьюиттом и обрела коммерческий успех.

С 1894 Мур организовывает две собственные компании, занимающиеся проблемами освещения. Главной особенностью ламп (1896 год) стало то, что газ по мере расходования возобновлялся. В результате устройство работало сколь угодно долго. Первое коммерческое использование зарегистрировано в 1904 году. Лампа с отдачей 10 люменов на 1 Вт осветила магазин оборудования и приборов. Как писали очевидцы, несмотря на сложность и громоздкость (50 ярдов длиной) отдача того стоила. КПД новых газоразрядных ламп в 3 раза превышал аналогичные цифры для ламп накаливания.

Отличительной особенностью стало использование в лампах Мура паров азота и углекислого газа. В результате получался дневной свет. А пары азота давали мягкое свечение и низкую цветовую температуру. Появление на свет вольфрамовых нитей сделало невыгодным дальнейшее производство, компании поглощены (1912 год) Дженерал Электрик, а патенты скуплены. Но Мур не остался без работы, перейдя в лаборатории своего преемника в бесконечной эстафете. Позже изобрёл неоновую лампу.

Желающие узнать больше могут заглянуть в разделы про лампы ДРЛ и люминесцентные лампы.