Газоразрядные лампы: классификация, устройство и как выбрать оптимальные варианты

Ищете идеальные газоразрядные лампы, чтобы создать уютную атмосферу в доме? Или хотите подобрать освещение для ускорения роста растений в теплице? Использование энергосберегающих источников света не только улучшит внешний вид интерьера и поможет в агрономии, но и будет способствовать снижению затрат на электричество. Согласны?

В этой статье мы подробно рассмотрим различные виды газоразрядных ламп, их особенности, технические параметры и возможности применения как высоко-, так и низковольтных моделей. Мы также включили иллюстрации и видеоматериалы, которые помогут вам сделать правильный выбор среди энергосберегающих ламп.

Устройство и характеристики газоразрядных ламп

Все основные компоненты лампы располагаются внутри стеклянной колбы. Именно здесь происходит разряд электрических частиц. Внутреннее наполнение может состоять из паров натрия или ртути, а также инертных газов.

В качестве газа-наполнителя могут использоваться аргон, ксенон, неон и криптон. Наиболее распространены модели с парообразной ртутью.

Ключевые элементы газоразрядной лампы включают: конденсатор (1), стабилизатор тока (2), переключающие транзисторы (3), устройство для подавления помех (4) и транзистор (5).

Конденсатор обеспечивает бесперебойную работу без мигания. Транзистор, обладая положительным температурным коэффициентом, позволяет моментально запустить газоразрядную лампу без мерцания. Запуск внутренней системы происходит после создания электрического поля в газоразрядной трубке.

При этом в газе появляются свободные электроны, которые ионизируют атомы металлов, вызывая избыточную энергию, которая и становится источником света — фотонами. Электрод, излучающий свет, расположен в центре лампы, а цоколь объединяет всю конструкцию.

Газоразрядные лампы способны излучать различный спектр света, который видим человеческим глазом — от ультрафиолетового до инфракрасного. Это достигается за счет нанесения специального люминесцентного покрытия внутри колбы.

Области применения газоразрядных ламп

Газоразрядные лампы широко используются в различных областях. Наиболее часто их можно встретить на городских улицах, в производственных и торговых помещениях, офисах, вокзалах и крупных ТЦ. Они также используются для подсветки рекламных щитов и фасадов зданий.

Лампы ГРЛ имеются и в автомобильных фарах. Чаще всего это неоновые модели, обладающие высокой светоотдачей. Некоторые автомобильные фары могут содержать металоидные соли или ксенон.

Первыми газоразрядными лампами для автомобилей были марки D1R, D1S. К ним относятся и последующие модели — D2R и D2S, где S указывает на прожекторную оптику, а R — на рефлекторную. Лампы ГР также применяются в фотосъемке.

На изображении показаны импульсные ГРЛ, используемые в фотосъемке: ИФК120 (а), ИКС10 (б), ИФК2000 (в), ИФК500 (г), ИСШ15 (д), ИФП4000 (г).

Эти лампы дают возможность контролировать световой поток при фотографировании. Они небольшие, яркие и экономичные. Однако недостатком является отсутствие возможности регулирования теневых эффектов от источника света.

В сельском хозяйстве газоразрядные лампы используются для облучения растений и животных, а также для стерилизации и обеззараживания продуктов. Для этих целей лампы должны иметь соответствующий диапазон длин волн.

При этом концентрация мощности излучения также играет важную роль, поэтому предпочтение отдается мощным моделям.

Типы газоразрядных ламп

Газоразрядные лампы классифицируются по различным параметрам, включая тип свечения и давление, в соответствии с их назначением. Все модели создают определенный световой поток. Классификация происходит по следующим категориям:

• люминесцентные лампы;
• газосветные лампы;
• индукционные лампы.

В люминесцентных лампах световый поток формируется из атомов и молекул, которые возбуждаются газовым разрядом.

В газосветных лампах люминофоры активируются газовым разрядом, что приводит к их светоизлучению. Индукционные лампы базируются на свете, исходящем от электродов, которые нагреваются в процессе разряда.

Ксеноновые автомобильные лампы превосходят галогенные по яркости и светоотдаче более чем в два раза.

Газоразрядные лампы делятся на ртутные, натриевые, ксеноновые и металлогалогенные в зависимости от их наполнения. Дальнейшая классификация базируется на уровне давления внутри колбы.

Лампы высокого давления имеют давление в диапазоне от 3х10⁴ до 10⁶ Па. Лампы низкого давления включаются при значениях от 0,15 до 10⁴ Па. Свыше 10⁶ Па — это сверхвысокого давления.

Тип #1 — Лампы высокого давления

Лампы высокого давления (РЛВД) отличаются тем, что их содержимое находится под высоким давлением. Эти лампы характеризуются высоким световым потоком и низким энергопотреблением. Чаще всего используются ртутные модели, которые применяются для уличного освещения.

Эти разрядные лампы демонстрируют отличную светоотдачу и устойчивость к неблагоприятным погодным условиям, однако плохо переносят низкие температуры.

Среди устройств высокого давления выделяются несколько категорий: ДРТ и ДРЛ (ртутные дуговые), ДРИ — аналогичные ДРЛ, но с добавлением йодидов, а также несколько модификаций на их основе. Также имеются натриевые дуговые модели (ДНаТ) и ксеноновые (ДКсТ).

Первая из них — модель ДРТ. Буква Д в маркировке указывает на дуговую конструкцию, Р — на ртутный тип, а буква Т обозначает трубчатую форму. Визуально это прямая трубка, изготовленная из кварцевого стекла, с вольфрамовыми электродами с обеих сторон. Она используется в облучательных установках и содержит небольшое количество ртути и аргона.

На концах лампы ДРТ присутствуют хомуты с держателями, которые соединяет металлическая полоска для облегчения зажигания.

Лампу подключают к сети последовательно через дроссель, используя резонансную схему. Световой поток лампы ДРТ состоит на 18% из ультрафиолетового излучения, на 15% — из инфракрасного, а оставшиеся 52% составляют потери. Основное назначение — служить надежным источником ультрафиолетового излучения.

Для освещения участков, где цветопередача не критична, используют лампы ДРЛ (дуговые ртутные). В них ультрафиолетовое излучение практически отсутствует, инфракрасное составляет 14%, видимый свет — 17%, а тепловые потери составляют 69%.

Конструкция ламп ДРЛ позволяет зажигать их от 220 В без использования высоковольтного устройства. Наличие дросселя и конденсатора уменьшает пульсацию светового потока и повышает мощностной коэффициент.

Когда лампа подключена в последовательной цепи с дросселем, возникает тлеющий разряд между дополнительными и основными электродами. Этот разряд ионизируется, создавая разряд между основными вольфрамовыми электродами, после чего работа поджигающих электродов приостанавливается.

Конструкция лампы ДРЛ включает: колбу (1), главные электроды (2), вспомогательные электроды (3), резисторы (4), горелку (кварцевую трубку) (5) и цоколь (6).

Горелки ДРЛ обычно имеют четыре электрода: два основных и два поджигающих, наполненные инертными газами с добавлением ртути.

Металлогалогенные лампы ДРИ также относятся к категории высокого давления и отличаются улучшенными цветовыми характеристиками по сравнению с ДРЛ. Состав добавок влияет на вид спектра излучения; отличия в форме колбы и отсутствие дополнительных электродов и люминофорного покрытия также важны.

В схеме подключения ДРЛ используется импульсное зажигающее устройство (ИЗУ). Внутри трубок находятся составляющие из галогенной группы, что улучшает качество видимого спектра.

Инертный газ, содержащийся в колбе МГЛ, служит буфером. Благодаря этому электрический ток проходит через горелку даже при низких температурах.

С повышением температуры как ртуть, так и добавки испаряются, меняя сопротивление лампы, световой поток и спектр излучения. На основе контейнеров такого типа разработаны модели ДРИЗ и ДРИШ, первая предназначена для использования в пыльных и влажных помещениях, а вторая — для освещения пространств при съемках цветного телевидения.

Наивысшую эффективность показывают натриевые лампы ДНаТ, излучающие волны длиной 589 – 589,5 нм. Эти натриевые лампы высокого давления функционируют при давлении около 10 кПа.

Для разрядных трубок натриевых ламп используют специальное светопропускающее керамическое покрытие, поскольку пары натрия могут повредить силикатному стеклу. Рабочие пары натрия в колбе имеют давление от 4 до 14 кПа и отличаются низкими потенциалами ионизации и возбуждения.

Электрические характеристики натриевых ламп зависят от напряжения в сети и времени работы. Для долговременной эксплуатации требуется установка пускорегулирующей аппаратуры.

Чтобы компенсировать неизбежные потери натрия в процессе работы, необходимо обеспечить его избыток, что создает пропорциональную зависимость между давлением ртути, натрия и температурой холодной точки, где происходит конденсация избытка амальгамы.

Когда лампа функционирует, на ее наконечниках оседают продукты испарения, что приводит к их потемнению. Этот процесс также вызывает увеличение температуры катода и повышение давления натрия и ртути. В результате наблюдается рост потенциала и напряжения лампы. При установке натриевых ламп следует избегать использования балластов ДРЛ и ДРИ.

Тип #2 — лампы с низким давлением

Внутри таких светильников находится газ с давлением ниже атмосферного. Их делят на ЛЛ и КЛЛ, и они используются не только для освещения коммерческих объектов, но и в домашнем интерьере. Люминесцентные лампы являются наиболее распространенными в этом классе.

Процесс преобразования электрической энергии в свет проходит в два этапа. Ток между электродами вызывает излучение в ртутных парах. Основной частью излучаемой энергии является ультрафиолетовое (УФ) излучение, которое составляет приблизительно 2% от общего света. Далее УФ-излучение преобразуется в видимый свет в люминофоре.

Маркировка люминесцентных ламп включает как буквы, так и цифры. Первая буква указывает на характеристики спектра излучения и конструктивные особенности, а вторая — на мощность в ваттах.

• ЛД — люминесцентная лампа дневного света;
• ЛБ — лампа белого света;
• ЛХБ — холодный белый свет;
• ЛТБС — теплый белый свет.

Некоторые модели имеют улучшенные спектральные характеристики для повышения светопередачи. В их марке добавлена буква «Ц». Люминесцентные лампы создают мягкий и равномерный свет в помещениях.

Главным преимуществом ЛЛ ламп является то, что для получения потока света, эквивалентного лампам ЛН, требуется значительно меньшая мощность. Они также имеют больший срок службы и более благоприятный спектр излучения.

Поскольку площадь их излучения довольно велика, сложнее контролировать распределение света в пространстве. В условиях с большим количеством пыли используются рефлекторные лампы, в которых диффузный отражающий слой закрывает только две трети внутренней поверхности колбы.

Внутренняя поверхность колбы полностью покрыта люминофором. Зона без рефлекторного покрытия пропускает световой поток на 75% больше, чем аналогичная обычная лампа. Такие лампы распознаются по маркировке с буквой «Р».

В некоторых случаях важной характеристикой ЛЛ является цветовая температура (Тц), которая равняется температуре черного тела с аналогичной цветностью. Лампы бывают линейными, U-образными, в виде W, а также кольцевыми. Каждая из них имеет соответствующую букву в названии.

Наибольшей популярностью пользуются модели мощностью от 15 до 80 Вт. При светоотдаче 45-80 лм/Вт срок службы ЛЛ составляет не менее 10 000 часов. На работу ЛЛ сильно влияет окружающая температура, оптимальной считается температура от 18 до 25°C.

При отклонениях от этого диапазона снижается световой поток, эффективность и напряжение. В условиях низких температур вероятность зажигания сводится к нулю.

Пускорегулирующее устройство для КЛЛ более компактно по сравнению с люминесцентными лампами. Благодаря ЭПРА свечение стало равномернее, а шум почти исчез.

К группе низкого давления также относятся компактные люминесцентные лампы (КЛЛ).

Конструкция схожа с обычными ЛЛ:

1. Между электродами происходит высокое напряжение.
2. Воспламеняются пары ртути.
3. Возникает ультрафиолетовое свечение.

Люминофор внутри трубки ликвидирует ультрафиолет, позволяя лишь видимому свету проходить. Компактность светильников достигнута благодаря изменению состава люминофора. КЛЛ имеют различные параметры мощности, однако они значительно ниже, чем у традиционных ЛН.

Сведения о мощности КЛЛ указаны в маркировке светильника, где также можно найти информацию о типе цоколя, цветовой температуре, характеристиках ЭПРА (встроенный или внешний) и индексе цветопередачи.

Цветовая температура измеряется в кельвинах. Значения от 2700 до 3300 К соответствуют теплому желтому цвету, 4200 – 5400 — обычному белому, 6000 – 6500 — холодному белому с синеватым оттенком, 25000 — сиреневому. Изменяя составляющие люминофора, можно регулировать цветность света.

Индекс цветопередачи отражает уровень соответствия цвета источника света натуральному свету, максимально приближенному к солнечному. Абсолютно черный — 0 Ra, максимальный — 100 Ra. Осветительные приборы КЛЛ обычно имеют индекс от 60 до 98 Ra.

Натриевые лампы с низким давлением имеют высокую максимальную температуру холодной точки — 470 К. Более низкие температуры не позволяют поддерживать необходимую концентрацию паров натрия.

Для натрия характерна пиковая резонансная температура от 540 до 560 К. Эта температура соответствует давлению паров натрия в пределах 0,5 – 1,2 Па. Светоотдача ламп этой категории является наивысшей по сравнению с другими типами осветительных приборов.

Плюсы и минусы ГРЛ

ГРЛ могут быть найдены как в профессиональной технике, так и в устройствах для научных исследований.

К основным преимуществам таких осветительных приборов относятся:

• Высокая световая отдача. Этот параметр заранее почти не снижается даже при использовании толстого стекла.
• Долговечность, что делает их пригодными для уличного освещения.
• Устойчивость к неблагоприятным климатическим факторам. До первых холодов они могут использоваться с обычными плафонами, в зимний период — со специально предназначенными фонарями.
• Низкая цена.

Недостатков у этих ламп немного. Одним из неприятных моментов является высокий уровень пульсаций светового потока. Второй важный недостаток связан с трудностью в работе включения. Для стабильного горения и нормальной работы лампы нуждаются в балласте, который ограничивает напряжение.

Третьим недостатком является зависимость параметров горения от температуры, которая влияет на давление рабочего пара внутри колбы.

Таким образом, большинство газоразрядных ламп достигает стабильных характеристик горения лишь спустя некоторый промежуток времени после включения. Их излучающий спектр ограничен, что отрицательно сказывается на цветопередаче как у ламп высокого, так и низкого напряжения.

В таблице приведены ключевые данные о самых популярных лампах ДРЛ (дуговых ртутных люминесцентных) и натриевых осветительных приборах. ДРЛ с четырьмя электродами обладает большей световой отдачей, чем ее аналог с двумя электродами.

Эти устройства могут функционировать только на переменном токе. Они активируются с помощью балластного дросселя, и их разогрев занимает некоторое время. Из-за наличия ртутных паров они не совсем безопасны.

Заключение и полезные видео на тему

Видео #1. Информация о ГЛ. Что это такое, принцип действия, преимущества и недостатки смотрите в следующем видео:

Видео #2. Понятное объяснение о люминесцентных лампах:

Несмотря на развитие более современных осветительных систем, газоразрядные лампы продолжают оставаться востребованными. В некоторых областях они незаменимы и вскоре, вероятно, найдут новые сферы применения.

Поделитесь своим опытом выбора газоразрядной лампы для установки в дачный светильник или домашний светильник. Расскажите, что для вас стало главной причиной покупки. Пожалуйста, оставляйте комментарии ниже, задавайте вопросы и делитесь фотографиями по теме статьи.