Первой была изобретена стеклянная вакуумная трубка. В 1856 году немецкий изобретатель Генрих Гейслер изобрел вакуумный насос, который мог удалять (откачивать) воздух из стеклянной бутылки. Прямая, трубчатая бутылка позже была названа трубкой Гейслера.
Принцип работы люминесцентной лампы
Среди эвакуационных светильников наибольшую известность получили люминесцентные лампы. Они выполнены в виде стеклянных цилиндров с люминофорным покрытием на внутренней стороне. Принцип работы люминесцентной лампы заключается в создании газового разряда в газовой среде, смешанной с разбавленными парами ртути внутри лампы. Затем люминофор, источник основного светового потока, начинает светиться под воздействием ультрафиолетового излучения.
Прежде чем мы рассмотрим, как работает люминесцентная лампа, необходимо хотя бы в общих чертах рассмотреть историю ее создания. Впервые явление свечения было замечено в середине 18 века известным русским ученым М.В. Ломоносовым. Для эксперимента использовалась стеклянная сфера, наполненная водородом. После подачи электрического тока сфера начала излучать видимый свет. Однако это устройство не считалось источником света, и обширные работы в этой области начались еще в 19 веке.
В 1856 году немецкому стеклодуву Гейслеру удалось откачать воздух из стеклянной бутылки с помощью вакуумного насоса собственного изобретения. Используя высоковольтную катушку, он создал зеленоватое свечение внутри бутылки. Устройство стало известно как вакуумная трубка Гейслера. В 1859 году Александр Беккерель покрыл трубки веществами, обладающими флуоресцентными свойствами. С этого момента началось развитие этого вида осветительной техники. Проекты остались экспериментами, но идея получила дальнейшее развитие на практике.
Первую демонстрацию трубок Гейслера в 1891 году провел американский ученый Никола Тесла. Он показал на практике, что трубки с различными покрытиями могут светиться под воздействием высокочастотного электрического поля. В том же году Тесла получил патент на аргоновые газоразрядные лампы для систем освещения.
Первые ртутьсодержащие лампы были разработаны американцем Питером Хьюиттом. Ртутные пары излучали бледный сине-зеленый свет, и по своим техническим характеристикам эти приборы превосходили лампы Эдисона. Однако полученные оттенки не нашли широкого применения в искусственном освещении. Мягкое белое свечение было достигнуто в 1926 году немецким изобретателем Эдмундом Гермером. Флуоресцентный порошок — люминофор — был нанесен на внутреннюю поверхность лампочки, и давление в лампочке было увеличено. Свет от этого источника был намного ярче, чем от ламп накаливания. Дизайн этих устройств был задуман как максимально приближенный к современным люминесцентным лампам.
В 1934 году компания General Electric получила патент и начала производство этого нового типа ламп. Они сразу же стали очень популярными и использовались во всем мире для искусственного освещения вместо обычных ламп.
Особенности конструкции
Колбы всех ламп, независимо от их формы, всегда цилиндрические. Они имеют внешний диаметр 12, 16, 26 и 38 мм. Источники света обычно расположены по прямой линии, но некоторые образуют кольцо, U-образную форму, спираль и т.д.
В конструкции люминесцентной лампы концы запаяны стеклянными стержнями, в которые вмонтированы электроды зажигания. Они изготовлены из вольфрама и имеют спиральное расположение, как обычные лампы накаливания. Снаружи электроды подключаются к клеммам основания, которые служат контактами. Прямоугольные и U-образные лампы оснащены двумя типами цоколей — G5 и G13. Цифры на этой маркировке означают расстояние между штифтами в миллиметрах. Рассматривая, как устроена лампа, следует помнить, что в одно из стеклянных оснований погружен специальный стержень, через который изнутри лампы нагнетается воздух. Затем внутрь вводится инертный газ, содержащий небольшое количество ртути (около 30 мг). Вместо чистой ртути может также использоваться амальгама — сплав ртути и таких металлов, как индий, висмут и другие. Вольфрамовые электроды покрыты активирующим веществом. Для этой цели используются оксиды бария, кальция или стронция. В некоторых случаях добавляется торий.
Основная функция электродов — посылать и принимать ионы и электроны, которые позволяют току протекать в пространстве, где генерируется разряд. Чтобы запустить процесс выделения тепла, их нагревают до температуры 1100-1200 градусов. Поверхность активирующего вещества начинает испускать электроны. Во время работы слой этого вещества постепенно уменьшается и оседает на стенках стекла, а от этого зависит общий срок службы люминесцентной лампы. Максимальное излучение ультрафиолетовой ртути достигается за счет максимально эффективного использования разряда. Для этого внутри лампы должна поддерживаться определенная температура. Его диаметр определяется этим техническим условием.
Эффективность лампы для светильника в значительной степени зависит от плотности тока. Для определения этого значения необходимо разделить текущее значение на площадь поперечного сечения цилиндра. Мощность лампы прямо пропорциональна ее длине, поэтому лампу нельзя просто сделать меньше. Поэтому размеры были уменьшены путем изменения конфигурации таким образом, чтобы общая длина изделия осталась прежней.
Как работает устройство с люминофором
Функционирование люминесцентной лампы в значительной степени зависит от ее конструкции. Газ, заполняющий внутреннюю часть лампы, образует электропроводящую среду с отрицательным сопротивлением. Он вызывает изменение напряжения между электродами на противоположных сторонах. Напряжение начинает снижаться при увеличении тока, который необходимо ограничивать.
Люминесцентная лампа для светильников включается с помощью электромеханического механизма управления — ЭПРА. Основными компонентами этой схемы являются дроссель и стартер. Первое устройство генерирует высоковольтный импульс, который вызывает воспламенение. Второй компонент представляет собой лампу накаливания, в которой два электрода расположены в газовой среде. Один электрод представляет собой биметаллическую пластину, и в исходном положении оба электрода открыты.
Ввод светильника в эксплуатацию и его работа должны осуществляться в следующем порядке:
- Сначала на пусковую цепь подается напряжение. Сначала ток не проходит через лампу, поскольку он ограничен высоким сопротивлением внутренней среды. Она достигает катодных катушек и нагревает их. В то же время ток поступает в стартер и вызывает в нем тлеющий разряд.
- Как только контакты дросселя нагреваются под действием тока, биметаллическая пластина закрывается. Это превращает металл в проводник, и разряд прекращается.
- На следующем этапе биметаллический электрод остывает, и контакты размыкаются. Индукция в дросселе создает высоковольтный импульс, который вызывает зажигание лампы.
- Ток, проходящий через лампу к светильнику, постепенно уменьшается вдвое из-за падения напряжения на катушке дросселя. Недостаточно перезапустить стартер с разомкнутыми контактами, но сама лампа будет продолжать работать.
Если в одном светильнике установлены две лампы, схема подключения должна включать общую дроссельную катушку для обеих ламп. Лампы соединены последовательно, но каждая лампа имеет свой стартер, соединенный параллельно. Если одна лампа выходит из строя, вторая также гаснет. Рекомендуется устанавливать в цепи только качественные выключатели. В некачественных моделях под воздействием входного тока контакты могут залипать. Поскольку дроссель и стартер являются основными компонентами цепи стартера, их работу следует изучить более тщательно.
Электромагнитный дроссель представляет собой катушку, намотанную на сердечник из высокопроницаемой электротехнической стали для увеличения индуктивности.
Устройство люминесцентной лампы.
Давайте сначала разберемся, как устроена люминесцентная лампа и лампа дневного света (CFL).
Люминесцентная лампа состоит из:
- Стеклянная трубка (лампа), покрытая внутри специальным соединением — фосфором — и заполненная инертным газом:
- Две вольфрамовые нити в торцевых колпачках, покрытые металлом, который при нагревании отдает большое количество свободных электронов:
- Капля ртути внутри колбы лампы.
Конструкция люминесцентной лампы с дроссельным управлением.
Принцип работы люминесцентной лампы (светильника).
Ртуть в лампе испаряется. В результате внутри стеклянной трубки постоянно присутствуют пары ртути. Когда электрический ток проходит через нити накала, они (нити) нагреваются. Металл, которым они покрыты, начинает отдавать свободные электроны. Эти частицы, в свою очередь, выбивают электроны из атомов инертного газа.
Теперь включается зажигание. Подвижная биметаллическая пластина нагревается и замыкается с неподвижным контактом. Ток резко возрастает, и в лампе ЛДС возникает тлеющий разряд. Частицы, выделяемые атомами инертного газа, сталкиваются с атомами ртути, что приводит к испусканию света в ультрафиолетовом диапазоне. Это вызывает свечение люминофорного покрытия.
Зачем нужен дроссель для люминесцентной лапы? Принцип его работы.
Дроссель необходим для обеспечения зажигания лампы и ее последующего поддержания. В момент зажигания дроссель способствует созданию волны напряжения с достаточно большой амплитудой. Это вызывает разряд между катодом и анодом (собственно нитью накаливания на концах лампы). После включения лампы он обеспечивает безопасную работу, действуя в качестве балласта в цепи разряда и предотвращая возникновение дугового замыкания.
Это также может вас заинтересовать — «Открытие электричества».
