Газоразрядни лампи: видове, устройство, как да изберете правилно най-добрите

Вие искате да закупите газоразрядни лампи, за да създадете в помещението специална атмосфера? Или търсите крушки за стимулиране растежа на растения в оранжерия? Оборудването с икономични източници на светлина не само ще направи по-изгоден интериора и ще помогне в растениевъдството, но и ще позволи да спестите електроенергия. Нали така?

Ние ще ви помогнем да се ориентирате в асортимента от осветителни уреди от газоразряден тип. В статията са разгледани техните особености, характеристики и сфера на приложение на крушките с високо и ниско налягане. Подбрани са илюстрации и видеоклипове, които ще ви помогнат да намерите оптималния вариант на енергоспестяващи лампи.

Устройство и характеристики на разрядните лампи

Всички основни детайли на лампата са заключени в стъклена колба. Тук се осъществява разряд на електрически частици. Вътре могат да се намират както пари на натрий или живак, така и някой от инертните газове.

Като газово пълнеж се използват варианти като аргон, ксенон, неон, криптон. По-популярни са изделията, напълнени с парообразен живак.

Основните възли на газоразрядната лампа са: кондензатор (1), стабилизатор на тока (2), превключващи транзистори (3), устройство за потискане на смущенията (4), транзистор (5)

Кондензаторът отговаря за работа без мигане. Транзисторът притежава положителен температурен коефициент, който осигурява мигновен старт на ГРЛ без трептене. Работата на вътрешната конструкция започва след като в газоразрядната тръба се генерира електрическо поле.

В процеса в газа се появяват свободни електрони. Сблъсквайки се с атомите на метала, те го йонизират. При преминаване на отделни от тях, се появява излишна енергия, пораждаща източници на светене — фотони. Електродът, който е източник на светене, се намира в центъра на ГРЛ. Цялата система се обединява от цокъл.

Лампата може да излъчва различни светлинни нюанси, които човек може да види — от ултравиолетови до инфрачервени. За да стане това възможно, вътрешната част на колбата се покрива с луминесцентен разтвор.

Сфери на приложение на ГРЛ

Газоразрядните лампи са търсени в най-различни области. Най-често могат да се срещнат по градските улици, в производствени цехове, магазини, офиси, гари, големи търговски центрове. Използват се и за осветяване на рекламни табла и фасади на сгради.

ГРЛ се използват и в фаровете на автомобили. Най-често това са лампи, отличаващи се с висока светлинна ефективност — неонови модели. Някои автомобилни фарове се пълнят с металхалогенни соли и ксенон.

Първите газоразрядни осветителни уреди за превозни средства са имали обозначение D1R, D1S. Следващите — D2R и D2S, където S указва прожекторна оптична схема, а R — рефлекторна. Използват се ГР крушки и при фотоснимки.

На снимката импулсни ГРЛ, използвани при фотоснимки: ИФК120 (а), ИКС10 (б), ИФК2000 (в), ИФК500 (г), ИСШ15 (д), ИФП4000 (г)

По време на фотографирането тези лампи позволяват да се контролира светлинният поток. Те са компактни, ярки и икономични. Отрицателен момент е невъзможността визуално да се управляват светлосенките, които образува самият източник на светлина.

В селскостопанската сфера ГРЛ се използват за облъчване на животни, растения, за стерилизация и обеззаразяване на продукти. За тази цел лампите трябва да имат дължина на вълните от съответния диапазон.

Концентрацията на мощността на излъчване в този случай също има голямо значение. Поради това най-подходящи са мощните изделия.

Видове газоразрядни лампи

Разделят ГРЛ на видове според типа на излъчване, на параметър като налягането, приложимо към целта на използване. Всички те образуват конкретен светлинен поток. Въз основа на този признак те се подразделят на:

• луминесцентни уреди;
• газосветни разновидности;
• индукционни варианти.

В първите от тях източник на светлина са атомите, молекулите или техните комбинации, възбуждани от разряд в газова среда.

Във вторите — луминофори, газовият разряд активизира покриващия колбата фотолуминесцентен слой, в резултат на което осветителният уред започва да излъчва светлина. Лампите от третия вид функционират благодарение на излъчването на електродите, нагрети от газовия разряд.

Ксеноновите лампи, предназначени за автомобилни фарове, по светлинна ефективност и яркост превишават халогенните аналози повече от два пъти

В зависимост от пълнежа дъгоразрядните уреди се делят на живачни, натриеви, ксенонови, металхалогенни лампи и други. Въз основа на налягането вътре в колбата става по-нататъшното им разделяне.

Като се започне от стойности на налягането от 3×10⁴ до 10⁶ Pa, те се отнасят към лампите с високо налягане. В категорията на ниското налягане уредите попадат при стойност на параметъра от 0,15 до 10⁴ Pa. Повече от 10⁶ Pa — свръхвисоко.

Вид #1 — лампи с високо налягане

РЛВД се отличават с това, че съдържанието на колбата е подложено на високо налягане. Характерно за тях е наличието на значителен светлинен поток в съчетание с малки енергийни разходи. Обикновено това са живачни образци, поради което най-често се използват за улично осветление.

Такива разрядни лампи притежават солидна светлинна отдача и ефективна работа в условия на лошо време, но ниските температури понасят лошо.

Има няколко основни категории лампи с високо налягане: ДРТ и ДРЛ (живачни дъгови), ДРИ — същите като ДРЛ, но с йодиди и редица модификации, създадени на тяхна основа. В същия ред влизат също дъгови натриеви (ДНаТ) и ДКсТ — дъгови ксенонови.

Първата разработка — модел ДРТ. В маркировката Д означава дъгова, символът Р — живачна, на това, че този модел е тръбен, показва буквата Т в маркировката. Визуално това е права тръба, изработена от кварцово стъкло. От двете ѝ страни — волфрамови електроди. Използват я в облъчвателни уредби. Вътре — малко живак и аргон.

По краищата на лампата ДРТ има хомутки с държачи. Обединява ги метална лентичка, предназначена за по-лесно запалване на лампата

Свързването на лампата към мрежата се извършва последователно с дросел, като се използва резонансна схема. Светлинният поток на лампата ДРТ се състои от 18% ултравиолетово излъчване и 15% инфрачервено. Същият процент представлява видимата светлина. Останалото — загуби (52%). Основно приложение — като надежден източник на ултравиолетово излъчване.

За осветяване на места, където качеството на цветопредаване не е много важно, се прилагат осветителни устройства ДРЛ (дъгови живачни). Тук практически няма ултравиолетово излъчване. Инфрачервеното съставлява 14%, видимото — 17%. На топлинни загуби се падат 69%.

Особеностите на конструкцията на лампите ДРЛ позволяват те да бъдат запалвани от 220 V без прилагане на високоволтово импулсно подпалващо устройство. Поради това, че в схемата има дросел и кондензатор, колебанията на светлинния поток намаляват, коефициентът на мощност нараства.

Когато лампата е свързана последователно с дросела, възниква тлеещ разряд между допълнителните електроди и основните съседни. Разрядният промеждутък се йонизира и в резултат се появява разряд между главните волфрамови електроди. Работата на подпалващите електроди се прекратява.

В състава на лампата ДРЛ влизат: колба (1), главни електроди (2), помощни електроди (3), резистори (4), горелка (кварцова тръба) (5), цокъл (6)

Горелките ДРЛ обикновено имат четири електрода — два работни, два подпалващи. Вътрешността им е напълнена с инертни газове с добавка на определено количество живак в тяхната смес.

Металхалогенните лампи ДРИ също принадлежат към категорията на устройствата с високо налягане. Тяхната цветова ефективност и качество на цветопредаване са по-високи от тези на предходните. Върху вида на излъчвания спектър влияе съставът на добавките. Формата на колбата, липсата на допълнителни електроди и луминофорно покритие са основните разлики на лампите ДРИ от ДРЛ.

Схемата, по която се включват ДРЛ в мрежата, съдържа ИЗУ — импулсно запалващо устройство. В тръбите на лампите присъстват съставки, влизащи в халогенната група. Те повишават качеството на спектъра на видимото излъчване.

Инертният газ в колбата на МГЛ служи като буфер. Поради това електрическият ток преминава през горелката дори когато тя има ниска температура.

С напредването на загряването както живакът, така и добавките се изпаряват, променяйки по този начин съпротивлението на лампата, светлинния поток и излъчвания спектър. На основата на устройства от този тип са създадени ДРИЗ и ДРИШ. Първата от лампите се използва в запрашени влажни помещения, както и в сухи. Втората осветява цветни телевизионни снимки.

Най-ефективни са лампите ДНаТ — натриеви. Това е свързано с дължината на излъчваните вълни — 589 – 589,5 nm. Натриевите устройства с високо налягане функционират при стойност на този параметър около 10 kPa.

За разрядните тръби на такива лампи се използва специален материал — светопропускаща керамика. Силикатното стъкло за тази цел е неподходящо, тъй като парите на натрия са много опасни за него. Работните пари на натрий, въвеждан в колбата, притежават налягане от 4 до 14 kPa. За тях са характерни малки потенциали на йонизация и възбуждане.

Електрическите характеристики на натриевите лампи зависят от напрежението на мрежата и продължителността на експлоатация. За продължително горене е необходима пускорегулираща апаратура.

За да се компенсират загубите на натрий, които неизбежно възникват по време на горене, е необходим известен негов излишък. Това поражда пропорционална зависимост между показателите на налягането на живака, на натрия и температурата на студената точка. В последната се получава кондензация на излишъка от амалгама.

Когато лампата гори, по нейните краища се отлагат продукти на изпарение, което води до потъмняване на краищата на колбата. Процесът е съпроводен с промяна в посока на нарастване на температурата на катода, повишаване на налягането на натрия и живака. В резултат се увеличава потенциалът и напрежението на лампата. При монтаж на натриеви лампи баластите от ДРЛ и ДРИ са неподходящи.

Вид #2 — лампи с ниско налягане

Във вътрешната кухина на такива уреди има газ под налягане, по-ниско от външното. Разделят ги на ЛЛ и КЛЛ и ги прилагат не само за осветление на търговски обекти, но и за домашно обзавеждане. Луминесцентните лампи в този ред са най-популярни.

Преобразуването на електрическата енергия в светлинна става на два етапа. Токът между електродите предизвиква излъчване в живачни пари. Основният компонент на лъчистата енергия, която се появява при това, е късовълново UV излъчване. Видимата светлина съставлява около 2%. След това излъчването на дъгата в луминофора се трансформира в светлинна.

Маркировката на луминесцентните лампи съдържа както букви, така и цифри. Първият символ е характеристика на спектъра на излъчване и конструктивни признаци, вторият — мощност във ватове.

Разшифровка на буквите:

• ЛД — луминесцентна дневна светлина;
• ЛБ — бяла светлина;
• ЛХБ — също бяла, но студена светлина;
• ЛТБС — топла бяла светлина.

При някои осветителни уреди спектралният състав на излъчването е подобрен с цел получаване на по-съвършено предаване на светлината. В тяхната маркировка присъства символът «Ц». Луминесцентните лампи снабдяват помещенията с равномерна, мека светлина.

Предимството на ЛЛ лампите се състои в това, че те за създаване на същия светлинен поток като ЛН изискват мощност няколко пъти по-малка. По-голям е и срокът им на експлоатация, а спектърът на излъчване е много по-благоприятен.

Излъчващата повърхност на ЛЛ е доста голяма, затова е трудно да се управлява пространственото разпределение на светлината. В нестандартни условия, по-специално при голямо запрашаване, се използват рефлекторни лампи. В този случай вътрешната площ на колбата не се покрива изцяло от дифузния отразяващ слой, а само на две трети от нея.

С луминофор покриват 100% от вътрешната повърхност. Частта на колбата, която няма рефлекторно покритие, пропуска светлинен поток, много по-голям от този на същата по обем тръба на обикновена лампа — около 75%. Такива лампи могат да бъдат разпознати по маркировката — в нея е включена буква «Р».

В отделни случаи основна характеристика на ЛЛ е цветова температура Тц. Приравняват я на температурата на черното тяло, което произвежда същата цветност. По очертания ЛЛ биват линейни, U-образни, във формата на символ W, пръстеновидни. В обозначението на такива лампи влиза съответната буква.

Най-популярни са уредите с мощност 15 – 80 W. При светлинен добив 45 – 80 lm/W горенето на ЛЛ трае минимум 10 000 часа. На качеството на работа на ЛЛ много влияе околната среда. Работна за тях се счита външната температура от 18 до 25⁰.

При отклонения намалява както светлинният поток, така и ефективността на светлинния добив, и напрежението на запалване. При ниска температура шансът за запалване се доближава до нула.

Пускорегулиращият апарат на КЛЛ е много по-компактен от този на луминесцентната лампа. С помощта на ЕПРА светенето стана по-равномерно, а бръмченето изчезна.

Към лампите с ниско налягане принадлежат и компактните луминесцентни – КЛЛ.

Устройството им е аналогично на обикновените ЛЛ:

1. Между електродите преминава високо напрежение.
2. Възпламеняват се парите на живака.
3. Възниква ултравиолетово излъчване.

Луминофорът вътре в тръбата прави ултравиолетовите лъчи невидими за човешкото зрение. Достъпно става само видимото светене. Компактното изпълнение на прибора стана възможно след промяна на състава на луминофора. КЛЛ, както и обикновените ЛН, имат различна мощност, но показателите на първите са значително по-ниски.

Данните за мощността на КЛЛ са заложени в маркировката на осветителния прибор. Там също има сведения за вида на цокъла, цветовата температура, вида на ЕПРА (вграден или външен), индекса на цветопредаване.

Измерването на цветовата температура става в келвини. Стойност 2700 – 3300 К показва топъл цвят с жълт оттенък. 4200 – 5400 — бял обикновен, 6000 – 6500 — бял студен с посиняване, 25000 — лилав. Регулирането на цветността се осъществява чрез промяна на съставките на луминофора.

Индексът на цветопредаване дава характеристика на такъв параметър като идентичността на естествеността на цвета със стандарта, максимално приближен до слънчевата светлина. Абсолютно черен — 0 Rа, най-голямата стойност — 100 Rа. Осветителните прибори КЛЛ влизат в диапазона от 60 до 98 Rа.

Натриевите лампи, отнасящи се към групата на ниското налягане, притежават висока температура на максимално студената точка — 470 К. По-ниската температура не може да допринесе за запазване на необходимото ниво на концентрация на натриевите пари.

Към своя пик резонансното излъчване на натрия достига при температура 540 – 560 К. Тази стойност е съизмерима с налягането на изпаренията на натрия 0,5 – 1,2 Pa. Светлинната отдача на лампите от тази категория е най-висока в сравнение с други осветителни прибори с общо предназначение.

Положителни и отрицателни страни на ГРЛ

Срещат се ГРЛ както в професионална апаратура, така и в прибори, предназначени за научни изследвания.

Като главни предимства на осветителните прибори от този вид обикновено се посочват следните техни характеристики:

• Високо ниво на светлинна отдача. Този показател не го намалява дори и дебело стъкло.
• Практичност, изразяваща се в дълготрайност, което позволява да се използват за улично осветление.
• Устойчивост в сложни климатични условия. До първото понижение на температурата ги използват с обикновени плафони, а през зимата – със специални фенери и фарове.
• Достъпна цена.

Минусите на тези лампи не са много. Неприятна особеност е доста високото ниво на пулсиране на светлинния поток. Вторият съществен недостатък е сложността на включване. За устойчиво горене и нормална работа им е просто необходим баласт, ограничаващ напрежението до необходимите за приборите граници.

Третият минус се състои в зависимостта на параметрите на горене от достиганата температура, която косвено влияе върху налягането на работната пара в колбата.

Поради това повечето газоразрядни уреди придобиват стандартни характеристики на горене след известен период от време след включване. Излъчващият спектър при тях е ограничен, поради което цветопредаването, както при лампите с високо напрежение, така и при ниското, не е идеално.

В таблицата са представени основните сведения за най-популярните лампи ДРЛ (дъгови живачни луминесцентни) и натриевия осветителен прибор. ДРЛ с четири електрода има по-голяма светлинна отдача, отколкото с два.

Работата на уредите е възможна само при променлив ток. Активират се с помощта на баластен дросел. За загряване е необходимо известно време. Поради съдържанието на живачни пари, те не са напълно безопасни.

Изводи и полезно видео по темата

Видео #1. Сведения за ГЛ. Какво е това, принцип на работа, плюсове и минуси в следващото видео:

Видео #2. Популярно за луминесцентните лампи:

Въпреки появата на все по-съвършени осветителни уреди, газоразрядните лампи не губят своята актуалност. В някои сфери те са просто незаменими. С времето ГРЛ непременно ще намерят нови области на приложение.

Разкажете за това как избрахте газоразрядната крушка за монтаж в дачен уличен или домашен осветител. Споделете какво за Вас лично стана решаващият фактор за покупката. Оставяйте, моля, коментари в блока по-долу, задавайте въпроси и публикувайте снимки по темата на статията.