Газоразрядные лампы: виды, устройство, как правильно выбрать лучшие

Виды газоразрядных ламп.

По давлению различают: 

• ГРЛ низкого давления 
• ГРЛ высокого давления

Газоразрядные лампы низкого давления.

Люминесцентные лампы (ЛЛ) – предназначены для освещения. Представляют собой трубку, покрытую изнутри люминофорным слоем. На электроды подается импульс высокого напряжения (обычно от шестисот вольт и выше). Электроды разогреваются, между ними возникает тлеющий разряд. Под воздействием разряда начинает излучать свет люминофор. То, что мы видим – это свечение люминофора, а не сам тлеющий разряд. Они работают при низком давлении.

Подробнее о люминесцентных лампах — тут

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) принципиально ничем не отличаются от ЛЛ. Различие только в размерах, форме колбы. Плата с электроникой для запуска, как правило, встроена в сам цоколь. Все направлено на миниатюризацию.

Подробнее об устройстве КЛЛ —  тут

Лампы подсветки дисплеев также не имеют принципиальных отличий. Питаются от инвертора.

Индукционные лампы. Этот тип осветителя не имеет никаких электродов в свое колбе. Колба традиционно заполнена инертным газом (аргон) и парами ртути, а стенки покрыты слоем люминофора. Ионизация газа происходит под действие высокочастотного (от 25 кГц) переменного магнитного поля. Сам генератор и колба с газом могут составлять одно целое устройство, но есть и варианты разнесённого изготовления.

Газоразрядные лампы высокого давления.

Существуют и приборы высокого давления. Давление внутри колбы превышает атмосферное.

Дуговые ртутные лампы (сокращенно ДРЛ) ранее применялись для наружного уличного освещения. В настоящее время применяются все реже. На смену им приходят металлогалогеновые и натриевые источники света. Причина – низкая эффективность.

Внешний вид лампы ДРЛ

Дуговые ртутные лампы с йодидами (ДРИ) содержат горелку в виде трубки из плавленого кварцевого стекла. В ней находятся электроды. Сама горелка наполнена аргоном – инертным газом с примесями ртути и йодидов редкоземельных металлов. Может содержать цезий. Сама горелка размещена внутри колбы из жаропрочного стекла. Из колбы выкачан воздух, практически горелка находится в вакууме. Более современные оснащаются горелкой из керамики – она не темнеет. Применяются для освещения больших площадей. Типичные мощности от 250 до 3500 Вт.

Дуговые натриевые трубчатые лампы (ДНаТ) имеют вдвое большую светоотдачу в сравнении с ДРЛ при тех же потребляемых мощностях. Эта разновидность предназначена для уличного освещения. Горелка содержит инертный газ – ксенон и пары ртути и натрия. Эту лампу можно сразу узнать по свечению – свет имеет оранжево-желтый или золотистый оттенок. Отличаются довольно большим временем перехода в выключенное состояние (около 10 минут).

Дуговые ксеноновые трубчатые источники света характеризуются белым ярким светом, спектрально близким к дневному. Мощность лам может достигать 18 кВт. Современные варианты выполнены из кварцевого стекла. Давление может достигать 25 Атм. Электроды изготавливаются из вольфрама, легированного торием. Иногда применяется сапфировое стекло. Такое решение обеспечивает преобладание ультрафиолета в спектре.

Световой поток создается плазмой около отрицательного электрода. Если в состав паров входит ртуть, то свечение возникает возле анода и катода. К этому типу относят и вспышки. Типичный пример – ИФК-120. Их можно опознать по дополнительному третьему электроду. Благодаря своему спектру они отлично подходят для фотодела.

Металлогалогенные газоразрядные лампы (МГЛ) характеризуются компактностью, мощностью и эффективностью. Зачастую применяются в осветительных приборах. Конструктивно представляют собой горелку, помещенную в вакуумную колбу. Горелка изготовлена из керамики, либо кварцевого стекла и заполнена парами ртути и галогенидами металлов. Это необходимо для корректировки спектра. Свет излучается плазмой между электродами в горелке. Мощность может достигать 3.5 кВт. В зависимости от примесей в парах ртути возможен разный цвет светового потока. Обладают хорошей светоотдачей. Сроком эксплуатации может достигать 12 тысяч часов. При этом имеет хорошую цветопередачу. Долго выходит на рабочий режим – около 10 минут.

Газоразрядные лампы высокого давления

Особенностями газоразрядных ламп, по словам специалистов, является их высокая светоотдача и длительный срок службы в широком диапазоне температур окружающей среды. В нашем климатическом поясе для архитектурного (наружного) освещения предпочтительней использовать именно газоразрядные лампы, поскольку они отлично работают при минусовой температуре.

Применение газоразрядных ламп рекомендуется только с защитным стеклом, качественными комплектующими и квалифицированной сборкой схемы, иначе они небезопасны для домашнего использования. Так, например, взрыв лампы или короткое замыкание в цепи может привести к пожару. Также следует отметить, что газоразрядные лампы светят в полную силу не сразу, а по истечении 2 — 7 минут.

В группу газоразрядных ламп входят металлогалогенные, натриевые и ртутные лампы.

Металлогалогенные лампы — это ртутные лампы высокого давления, в которых используются добавки из йодидов металлов, в том числе редкоземельных, а также сложные соединения цезия и галогенида олова. Все эти добавки значительно улучшают световую отдачу и характеристики цветопередачи ламп при ртутном разряде.

Все металлогалогенные лампы дают белый свет с различной цветовой температурой. Их особенность состоит в хорошем уровне цветопередачи. Любые предметы и растения под ними смотрятся абсолютно естественно.

По словам специалистов, металлогалогенные лампы широко используются в освещении объектов коммерческой недвижимости, а также выставок, служебных помещений, гостиниц и ресторанов, для подсветки рекламных щитов и витрин, освещения спортивных сооружений и стадионов, для архитектурной подсветки зданий и сооружений.

Достоинства металлогалогенных ламп:

Недостатки металлогалогенных ламп::

Натриевые лампы принадлежат к числу наиболее эффективных источников видимого излучения: они обладают самой высокой световой отдачей среди газоразрядных ламп, экономны и имеют длительный срок службы. Обычно лампы излучают характерный желтый цвет, но если в состав зажигающего вещества входит ксенон, они дают яркий белый свет. Натриевые лампы бывают высокого (излучают свет теплого желтого цвета, подходящий для освещения больших парков, дорог и площадей) и низкого давления (идеально подходят для уличного освещения).

Достоинства натриевых ламп:

Недостатки натриевых ламп:

Газоразрядные натриевые лампы применяются для освещения улиц, а также промышленных помещений, где основными условиями являются экономность и яркость, а требования к светопередаче несущественны.

Работа ртутной лампы основывается на использовании излучения электрического разряда в парах ртути. Лампы данного типа отличаются высокой светоотдачей при сравнительно небольших габаритах, они имеют длительный срок службы. 40% излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра. Для увеличения светоотдачи ультрафиолетовое излучение преобразуют в видимый свет с помощью люминофора, которым покрыта колба лампы.

Эти лампы позволяют значительно снижать затраты при установке, эксплуатации и техническом обслуживании в следующих областях применения:дорожное освещение, освещение ландшафтов.

Ртутная лампа высокого давления содержит пары ртути, парциальное давление которых во время работы достигает 105 Па. Такие лампы обладают высокой надежностью, хорошей цветопередачей, позволяют снизить затраты на установку и техническое обслуживание. Применяются для внутреннего и наружного освещения коммерческих и производственных объектов, для декоративного и охранного освещения.

Ртутно-вольфрамовая лампа — лампа, внутри которой в одной и той же колбе находятся разрядная трубка ртутной лампы высокого давления и спираль лампы накаливания, соединенные последовательно. Колба может быть покрыта люминофором. Вольфрамовая спираль служит дополнительным источником света в красной области света и одновременно выполняет функцию балластного давления для ртутной горелки. Благодаря этому устройству улучшается передача цвета и отпадает необходимость использования дополнительного дросселя.

Фара

Конструкция фары в целом подобна обычным модулям. Однако чтобы удовлетворить ограничениям в отношении ослепления других участников движения, в данной случае необходимо выдерживать большую точность параметров, что влечет дополнительные издержки производства.

Источником света в газоразрядной лампе является электрическая дуга. Поперечник колбы газоразрядной лампы всего 10 мм. Колба изготовлена из кварцевого стекла, в ней расположены два электрода, промежуток между которыми составляет 4 мм. Расстояние между концом электрода и опорной поверхностью лампы составляет 25 мм, это соответствует размерам стандартной галогенной лампы.

При комнатной температуре лампа содержит смесь ртути, солей различных металлов и ксенона под давлением. Когда лампа включается, ксенон сразу начинает светиться и испаряет ртуть и металлические соли. Высокая световая эффективность возникает за счет смеси паров металлов. Ртуть производит большую часть света, а металлические соли определяют цветовой спектр. На рисунке показан спектр излучения, создаваемого газоразрядной лампой в сравнении со спектром галогенной лампы. В таблице приведены различия между газоразрядной (DI) и галогенной (HI) лампами (цифры приблизительные и даны только для сравнения).

Таблица. Сравнение HI и DI ламп

Тип лампы	Видимый свет, %	Тепло, %	УФ излучение, %
HI	8	92	1
DI	28	58	14

Высокий уровень ультрафиолетового излучения от газоразрядной лампы означает, что по соображениям безопасности требуется использовать специальные фильтры. На рисунке еще раз показана светимость газоразрядной лампы в сравнении с галогенной. Отдача газоразрядной лампы примерно в три раза больше.

Чтобы зажечь газоразрядную лампу необходимо последовательно пройти следующие четыре стадии:

1. Воспламенение — высокий импульс напряжения создает искру между электродами, что вызывает ионизацию промежутка, — создается трубчатая дорожка разряда.
2. Мгновенное свечение — ток, текущий по дорожке разряда, возбуждает ксенон, который далее испускает свет в количестве 20% от максимального значения лампы.
3. Разгон — лампа теперь работает при возрастающей мощности, температура быстро повышается, ртуть и металлические соли испаряются. Давление в лампе увеличивается по мере увеличения светового потока, и происходит смешение спектра от синего цвета к белому.
4. Непрерывный режим — теперь лампа работает при стабилизированной мощности около 35 Вт. Такой режим гарантирует, что поддерживается горение дуги и световой выходной поток не мерцает. К этому моменту достигается световой поток порядка 28 000 лм и цветовая температура 4500 °К.

Чтобы управлять описанными выше стадиями работы лампы, требуется балластная система. Для создания дуги необходимо высокое напряжение, которое может достигать 20 кВ. В течение разгона балластная система ограничивает ток, а затем ограничивает также и напряжение. Контроль потребляемой мощности позволяет световому потоку расти очень быстро, но предохраняет от превышения заданного уровня, которое уменьшило бы срок службы лампы. Балластная система также включает в себя схемы подавления радиоизлучения и схемы обеспечения безопасности.

Полный модуль фары может быть сконструирован различными способами, поскольку газоразрядная лампа производит в 2,5 раза больший световой поток при температуре, вдвое меньшей, чем у обычных галогенных ламп. Это предоставляет большие возможности в моделировании фары и, следовательно, в дизайне передней части автомобиля.

Если система GDL используется как луч ближнего света, требуются модули фар с автоматическим выравниванием потока света из-за высоких интенсивностей свечения. Однако использование её для дальнего света может создавать проблему вследствие природы процесса включения и выключения лампы. Подходящим решением может быть система GDL с непрерывным лучом ближнего света, снабженная дополнительно обычными фарами дальнего света (система с четырьмя фарами).

Tags: Свет, Фары

Вперед Устройство двигателей тракторов МТЗ: МТЗ-80, МТЗ-82 и МТЗ-80Л, МТЗ-82Л

Все записи

Назад Схемы освещения

Плюсы

Газоразрядные лампы обладают рядом достоинств. Их применяют из-за:

• Значительной светоотдачи, даже при установке в непрозрачные плафоны.
• Схожести с естественным спектром излучения.
• Разнообразия световых оттенков.
• Рассеянного света.
• Длительного эксплуатационного срока (при хорошем электропитании, балласте, наличии ограничителя для включения/выключения).
• Высокой устойчивости к внешним факторам (поэтому чаще всего используются в уличном освещении).
• Экономичности (предотвращают затраты на дорогостоящие детали к осветительному оборудованию).

Наибольший световой КПД имеют ртутные конструкции, у них долгий срок эксплуатации, они компактны, ими легко регулировать световой поток.

Отличительное строение газоразрядных лампочек расширяет область их применения. Ими освещают города/села, подсвечивают скверы, парки, наружную рекламу, рекламные щиты. Такие установки подходят для подсветки магазина, производственной территории, торговой площадки, общественного помещения. Газоразрядные осветительные приборы подходят для подсветки здания, пешеходной дорожки.

Газоразрядные лампочки широко применяются в автомобильном производстве. Для освещения транспортного средства используют конструкцию с высоким уровнем яркости (неоновую). Для заполнения фар применяется газообразная смесь с металлогаллоидными солями и ксеноном.

ЛАМПЫ ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

К данному виду приборов относят источники, рабочее давление газа в колбах которых составляет от 3х104 до 106 Па. Повышенное давление газа позволяет повысить уровень создаваемого светового потока, но при этом, предъявляет особые требования к материалу и конструкции колб.

РТУТНЫЕ ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ

Наиболее распространёнными приборами данного вида являются устройства типа ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные). Зажигание таких световых источников осуществляется с применением специальных пусковых устройств, создающих высоковольтные импульсы.

Основными конструктивными элементами приборов типа ДРЛ являются:

• колба из стекла высокой прочности;
• цоколь с резьбой для вкручивания в электрический патрон;
• кварцевая горелка;
• электроды (главные и дополнительные).

Горелка дуговой ртутной лампочки представляет собой высокопрочную стеклянную герметично запаянную трубку, расположенную внутри общей колбы. Внутри горелки под давлением находится аргон с ртутными парами.

В горелке может быть два или четыре электрода, во втором варианте два из них — основные, два других играют роль дополнительных. Наличие дополнительных электродов обеспечивает более лёгкое зажигание дуги и стабильное её горение.

Розжиг ДРЛ до номинальной яркости происходит в течение некоторого времени, которое зависит от температуры окружающего воздуха и может достигать нескольких минут после включения.

В процессе работы лампа разогревается до значительной температуры, поэтому используются такие приборы, как правило, с электрическими патронами из керамики.

Применяются дуговые ртутные лампочки для наружного освещения либо для освещения больших производственных помещений — цехов, складов и т. п.

НАТРИЕВЫЕ ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ

Излучающей средой приборов этого типа являются пары натрия. Отличительная характеристика натриевой газоразрядной лампы — яркий оранжево–жёлтый цвет свечения. Такой цвет обладает преимуществами в условиях тумана или задымлённости, поэтому широко применяется для уличного освещения.

Самый распространённый представитель источников света этой категории — газоразрядная лампа ДНаТ (дуговая натриевая трубчатая).

Натриевая лампа подобно ртутной содержит две колбы — внешнюю и внутреннюю, являющуюся горелкой. Стекло горелки изготовлено из оксида алюминия.

Это обусловлено тем, что при работе внутренняя колба может разогреваться до температуры 1200°С. Внутри горелки расположены два электрода, находящихся в пространстве, заполненном смесью инертных газов.

Материалом внешней колбы служит специальное боросиликатное стекло, обладающее повышенной тугоплавкостью. При изготовлении из внутреннего пространства внешней колбы производится откачка воздуха. Создающийся при этом вакуум является надёжной защитой от высокой температуры горелки. Такая конструкция работает подобно термосу.

Наибольшее распространение имеют ДНаТ с резьбовым цоколем Е40.

ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ МЕТАЛЛОГАЛОГЕННЫЕ И КСЕНОНОВЫЕ ЛАМПЫ

Особенностью металлогалогенных источников света является скорректированная спектральная характеристика. Коррекция достигается путём добавления в содержимое горелки кроме паров ртути специальных добавок — галогенидов некоторых металлов (йодид натрия и скандия).

Благодаря добавке галогенидов происходит заполнение провалов в области красного и жёлтого цветов, свойственным характеристикам ртутного излучения.

В ксеноновых лампах излучающей средой является ксенон, находящийся в колбе под высоким давлением, которое может достигать в некоторых типах ламп 25 атм. Колбы таких источников изготавливаются из кварцевого стекла и даже из сапфира. Ксеноновые газоразрядные лампы дают очень яркое белое свечение, близкое по спектру к дневному свету.

2012-2022 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Плюсы и минусы изделий

Рассмотрим достоинства и недостатки газоразрядных ламп с анализом их основных характеристик.

К основным преимуществам изделий можно отнести следующие моменты:

1. Лампочки отличаются высоким уровнем светоотдачи даже при условии использования плафонов из толстого стекла.
2. Лампы достаточно практичны, особенно, если сравнивать их с обычными лампочками накаливания. В среднем изделие прослужит от 10 тысяч часов, поэтому является особенно незаменимым в создании качественного и долговечного уличного освещения.
3. Изделия демонстрируют повышенный уровень устойчивости, особенно ртутная газоразрядная лампа в условиях сложного климата. Их можно использовать для уличного освещения до первых заморозков в комплекте с обычными плафонами и в зимнее время при условии контакта со специальными фарами и фонарями.
4. Стоимость изделий доступна и приемлема.
5. Лампочки с таким устройством не нуждаются в дорогих комплектующих и могут работать без дополнительной осветительной затратной аппаратуры.
6. Схема подключения изделий проста и понятна, поэтому с монтажом справится каждый своими руками.

Достоинства рассмотрели, теперь назовем минусы. Их немного, но о них также нужно знать:

1. Газоразрядные лампы низкого давления и высокого давления не отличаются идеальной цветопередачей. Все дело в спектре лучей, весьма ограниченном в этих изделиях. Под светом таких лампочек достаточно непросто рассмотреть цвета предметов, поэтому в уличном и автомобильном освещении они наиболее приемлемы.
2. Работают изделия исключительно при условии наличия переменного тока.
3. Для активации лампочек потребуется балластный дроссель.
4. Чтобы изделие заработало, кроме тока ему потребуется увеличенное время для разогрева.
5. Лампочки сложно назвать полностью безопасными из-за возможного содержания в них паров ртути.
6. Световой поток, излучаемый лампочками, имеет неприятную особенность — повышенный уровень пульсации.

Что касается установки, то она не представляет каких-либо сложностей, как уже было отмечено. Процесс аналогичен монтажу стандартных лампочек накаливания.

Сферы применения ГРЛ

Газоразрядные лампы востребованы в самых разных областях. Наиболее часто их можно встретить на городских улицах, в производственных цехах, магазинах, офисах, вокзалах, больших торговых центрах. Применяют их и для подсвечивания щитов с рекламой, фасадов зданий.

ГРЛ используют и в фарах автомобилей. Наиболее часто это лампы, отличающиеся высокой светоотдачей — неоновые модели. Некоторые автомобильные фары наполняют металлогалоидными солями, ксеноном.

Первые газоразрядные осветительные приборы для транспортных средств имели обозначение D1R, D1S. Следующие — D2R и D2S, где S указывает на прожекторную оптическую схему, а R — рефлекторную. Применяют лампочки ГР и при фотосъемках.

На фото импульсные ГРЛ, применяемые при фотосъемках: ИФК120 (а), ИКС10 (б), ИФК2000 (в), ИФК500 (г), ИСШ15 (д), ИФП4000 (г)

В процессе фотографирования эти лампы позволяют держать под контролем световой поток. Они компактные, яркие и экономичные. Отрицательным моментом является неумение визуально управлять светотенями, которые образует сам источник света.

В сельскохозяйственной сфере ГРЛ используют для облучения животных, растений, для стерилизации и обеззараживания продуктов. Для этой цели лампы должны иметь длину волн соответствующего диапазона.

Концентрация мощности излучения в этом случае также имеет большое значение. По этой причине наиболее подходящими являются изделия мощные.

Устройство и принцип работы

В сравнении с другими типами ламп, газоразрядные устройства имеют целый ряд отличий. Что сказывается и на их конструктивных особенностях, и на принципе действия. Чтобы разобраться с основами получения светового излучения в газоразрядных лампах, для начала рассмотрим их конструктивные особенности.

Рис. 1. Устройство газоразрядной лампы

• Цоколя – предназначен для подключения газоразрядного устройства к электрической сети. Может выполняться в различных типах и размерах, под параметры конкретного светильника.
• Колбы – изготавливается из жаропрочного стекла, предназначена для создания вакуума вокруг горелки. Выполняется герметичной для предотвращения нарушения разреженной среды по отношению к окружающему пространству.
• Кронштейна крепления – представляет собой несущую конструкцию, выступающую и в роли опоры для газовой горелки, и в качестве одного из проводников электрического тока.
• Горелки – как правило, трубка из оксида металла, внутри которой и происходит электрический разряд. Наполняется смесью инертных газов и паров металла, в зависимости от модели, наполняемые компоненты могут существенно отличаться.
• Электродов – предназначены для начала искрообразования и продолжения горения тлеющего разряда.

Принцип действия газоразрядных ламп заключается в получении светового потока от ионизации смести газа и паров металла. Рассмотрим принцип их работы на следующем примере (см. рисунок 2):

Рис. 2. Принцип действия газоразрядной лампы

При подаче напряжения на светильник с газоразрядной лампой осуществляется его преобразование через пускорегулирующий аппарат (ПРА). Затем повышенное напряжение порядка 2 – 5кВ поступает на электроды лампы. Этого достаточно для пробоя газового промежутка, поэтому, сначала возникает искра, а затем загорается тлеющий разряд внутри трубки.

Температура горения разряда достигает 1300 ºС, за счет чего смесь разогревается до такого состояния, когда все свободные частицы обладают достаточной энергией для выхода за пределы атома. Физически этот процесс сопровождается планомерным повышением интенсивности светового потока по мере разогрева газоразрядной среды. При этом можно наблюдать некоторые колебания цветового спектра свечения по мере изменения диапазона излучаемой волны.

Заметьте, несмотря на то, что в конструкции самой газоразрядной лампы ПРА отсутствует, без него запустить устройство не получится. В состав пускорегулирующего аппарата входит:

• дроссель-трансформатор, предотвращающий резкое нарастание тока при протекании переходного процесса;
• импульсное зажигающее устройство — кратковременно увеличивает напряжение на электродах лампы до величины пробоя искрового промежутка;
• конденсатор – применяется для сглаживания кривой напряжения, но устанавливается не во все модели ПРА.

В зависимости от типа газоразрядной лампы, будет отличаться и устройство ПРА, технические особенности его компонентов. Поэтому для каждого конкретного вида осветительного оборудования устанавливаются свои модули.

Как выбирать газовую лампу

При выборе газовой лампы стоит учитывать ее тип, мощность и оттенок испускаемого света. Популярны металлогалогенные светильники, которые могут похвастаться высоким давлением, а также мощным и ярким свечением. Боросиликатное стекло полностью удаляет ультрафиолет, делая свет более безопасным.

Свечение газоразрядного элемента будет близко к белому дневному свету, однако в зависимости от наполнения бывают разные оттенки. Натрий дает желтый цвет, таллий зеленый, а индий – голубой.

Разновидности ГРЛ

В продаже встречаются лампы для подсветки аквариумов или парников. Они имеют особый спектр, более благоприятный для окружающей среды, чем спектр стандартных люминесцентных или натриевых приборов.

Натриевые лампы способны проработать около 25 000 часов, что сопоставимо с показателями светодиодных элементов. При этом испускаемое белое свечение максимально близко к дневному и позволяет детально рассматривать объекты без искажения цветов.

Популярны люминесцентные модели, используемые в промышленности и в быту. Внутри таких элементов находится ртуть

При выборе важно учитывать длительный запуск и значительный нагрев в процессе работы