лампы осветительные

Рис. 1. Лампы накаливания.

Рис. 1.
Лампы накаливания.

ла́мпы освети́тельные — искусственные источники света, действие которых основано на превращении энергии какого-либо вида (тепловой, электрической, химической и т. д.) в оптическое излучение (свет) — электромагнитное излучение с длинами волн от 1 нм (ультрафиолетовое) до 1 мм (инфракрасное). По своей физической природе осветительные лампы подразделяются на тепловые, разрядные и люминесцентные. Тепловыми называют лампы, в которых свет возникает при нагревании тел до высокой температуры. К ним относятся электрические лампы накаливания, а также все пламенные источники света — газовые, керосиновые, свечные и др. Излучение тепловых ламп имеет непрерывный спектр, зависящий от температуры тела и его свойств. Например, металл по мере повышения температуры сначала излучает в основном красный свет, затем белый (как говорят, раскаляется добела). Разрядными называют лампы, которые излучают свет в результате прохождения электрического тока через газы, пары металлов или их смеси, т. е. электрического разряда в газе; люминесцентными — источники света, в которых используется способность некоторых твёрдых, жидких или газообразных тел (люминофоров) излучать свет под действием различного рода возбуждений: электрического напряжения (электролюминесцентные лампы), поглощения оптического излучения (фотолюминесцентные лампы) или продуктов радиоактивного распада (радиолюминесцентные источники света). Разрядные и люминесцентные лампы генерируют свет, спектр которого, как правило, состоит из набора отдельных спектральных линий (линейчатый спектр).

В целом ряде случаев применяются источники смешанного излучения, например разрядные лампы с люминофорами.

Наиболее распространены электрические осветительные лампы, генерирующие свет за счёт электрической энергии. Они характеризуются 5 группами параметров: светотехническими, электротехническими, конструктивными, эффективности и надёжности.

Светотехнические параметры: световой поток (измеряется в люменах, лм), сила света (в канделах, кд), яркость (в кд/м²), цвет излучения (цветовая температура и индекс цветопередачи, характеризующие спектральный состав излучения источника света и степень правильности воспроизведения цвета освещаемых объектов по сравнению с дневным освещением).

Электротехнические параметры: потребляемая (активная) мощность лампы (в ваттах, Вт), напряжение питания (в вольтах, В), сила тока (в амперах, А) и род тока (постоянный или переменный различной частоты). Для характеристики разрядных ламп дополнительно используются следующие понятия: напряжение на лампе в момент зажигания и в рабочем режиме, потери мощности в пускорегулирующем аппарате, коэффициент мощности (отношение активной мощности к полной).

Конструктивные параметры: геометрические размеры, масса, тип цоколя, форма колбы, характеристики применяемых материалов и др.

Эффективность ламп определяется прежде всего световой отдачей, показывающей, сколько люменов светового потока генерирует лампа на каждый ватт поглощённой электрической мощности (лм/Вт). Разрядные лампы характеризуются как световой отдачей самой лампы, так и комплекта лампа — пускорегулирующий аппарат.

Эффективность ламп в значительной степени связана и с таким показателем надёжности, как долговечность ламп. Долговечность ламп определяется как полным, так и полезным сроком службы (тыс. часов). Под полным сроком службы понимается продолжительность горения лампы от начала эксплуатации до момента полной или частичной утраты работоспособности; например, для ламп накаливания — из-за полного перегорания нити накала, для разрядных ламп — из-за потери способности зажигаться. Полезный срок службы — это продолжительность горения ламп от начала эксплуатации до момента выхода за установленные пределы одной из основных характеристик лампы, например из-за снижения светового потока или яркости ниже допустимого предела.

Основные характеристики наиболее массовых осветительных ламп приведены в таблице.

Характеристики основных групп осветительных ламп

Группы ламп				Характеристики
				Световая отдача, лм/Вт	Срок службы, тыс. часов
Лампы накаливания (ЛН)	Нормальные осветительные (ЛОН)			10—15	1,0
	Галогенные (ГЛН)			22—26	2,0—4,0
Разрядные лампы (РЛ)	Низкого давления (РЛНД)	Люминесцентные лампы (ЛЛ)	Прямолинейные	75—93	15,0—20,0
			Компактные (КЛ)	58—62	6,0—10,0
		Натриевые лампы низкого давления (НЛНД)		180—200	2,0—3,0
	Высокого давление (РЛВД)	Дуговые ртутные люминесцентные (ДРЛ)		45—58	15,0—20,0
		Металлогалогенные (МГЛ)	Трехкомпонентные (ДРИ)	80—90	3,0—6,0
			Двухкомпонентные (ДРИ—5, 6)	80—100	6,0—10,0
		Натриевые лампы высокого давления (НЛВД)		85—125	15,0—20,0

Лампы накаливания (ЛН) — наиболее распространённая разновидность осветительных ламп (рис. 1). Главная часть осветительных ЛН — тело накала, которое может представлять собой нить, спираль, биспираль, триспираль и иметь разнообразные форму и размеры. Тело накала, как правило, изготавливается из вольфрамовой проволоки. Вольфрам выбран потому, что он имеет высокую температуру плавления (3650±50 К) и малую скорость испарения, формоустойчив при высоких температурах. Тело накала необходимо изолировать от вредного воздействия на него кислорода воздуха. Для этого вольфрамовую спираль помещают либо в безвоздушное пространство (вакуумные лампы), либо в среду инертных газов (газополные лампы, например криптоновые или аргоновые).

ЛН имеют различные размеры (от крупногабаритных с диаметром колбы более 100 мм до миниатюрных и сверхминиатюрных — менее 5 мм) и форму (шаровую, цилиндрическую, грибообразную, параболическую или эллиптическую для ламп-светильников с внутренним зеркальным отражателем). Лампы имеют тонкостенную выдувную или толстостенную прессованную стеклянную колбу, различные типы цоколей (резьбовые, штифтовые и др.).

Маркировка ЛН содержит следующие основные элементы:

первый элемент — буквы (от одной до четырёх), характеризующие важнейшие физические и конструктивные особенности ламп (В — вакуумные моноспиральные; Г — газополные моноспиральные; Б — газополные биспиральные; К — криптоновые; МТ — с матированной колбой; МЛ — с молочной колбой; 3 — зеркальные и т. д.);

второй элемент — буквы (одна, две), определяющие назначение ламп (А — автомобильные; Ж — железнодорожные; С — судовые; KM — коммутаторные; ПЖ — прожекторные; СМ — самолётные и т. д.);

третий элемент — цифры (от одной до девяти), определяющие номинальное напряжение и (через дефис) номинальную мощность либо силу света. Пример маркировки ЛН: БКМТ 220—100 — ЛН биспиральная криптоновая в матированной колбе на напряжение 220 В и мощностью 100 Вт. Так как срок службы ЛН сильно зависит от напряжения (увеличение напряжения против номинального на 1% снижает срок службы ЛН на 15%), а в электрических сетях встречаются значительные отклонения от номинального напряжения, ЛН выпускаются для работы в различных диапазонах напряжения (например, 220—230 В; 230—245 В). В частности, при номинальном напряжении 220 В в квартирах должны быть лампы на 220—230 В, на лестничных клетках — на 230—240 В.

ЛН отличаются универсальностью применения, исключительной простотой и удобством эксплуатации, относительно низкой ценой. Принципиальный недостаток ЛН — низкая световая отдача (10—15 лм/Вт) при малом сроке службы (1000 часов). Неэффективность ЛН объясняется тем, что 70—76% мощности излучения вольфрамового тела накала при его рабочих температурах лежит в инфракрасной области спектра (т. е. даёт практически в основном тепловое излучение), в то время как на видимую часть спектра приходится только 7—13%. Таким образом, основная часть потребляемой лампой электроэнергии расходуется не на освещение, а на нагрев самой лампы и окружающего пространства. Срок службы ЛН в значительной степени определяется распылением вольфрама при высоких температурах, ведущим к утоньшению и перегоранию нити, а также к почернению колбы.

Галогенные лампы накаливания (рис. 2) отличаются от ЛН наличием в наполнении колбы гапогенидов вольфрама (его соединений с галогенами, например йодом или бромом). При работе галогенной лампы накаливания (ГЛН) на внутренней поверхности колбы образуются летучие соединения галогенидов, которые испаряются со стенки колбы при высокой её температуре (не ниже 250°С), возвращаются к телу накала и разлагаются на нём при температуре 1400—1600°С на атомы вольфрама и галогена, восстанавливая таким образом объём вольфрамовой спирали. Замкнутый химический вольфрамогалогенный цикл обеспечивает постоянный обратный перенос распылённых частичек вольфрама на спираль. Благодаря этому обеспечивается возможность повысить температуру нагрева тела накала (что приводит к росту световой отдачи) и срок службы лампы. По сравнению с ЛН новые ГЛН имеют более стабильный во времени световой поток и, следовательно, повышенный полезный срок службы, а также значительно меньшие размеры, более высокие термостойкость и механическую прочность. Малые размеры и прочная оболочка из прозрачной кварцевой колбы позволяют, кроме того, наполнять ГЛН ксеноном до высокого давления и заметно повышать благодаря этому световую отдачу и увеличивать сроки службы.

По конструкции ГЛН подразделяются на две основные подгруппы: линейные (трубчатые) с длинным спиральным телом накала и малогабаритные с компактным телом накала. Первые обычно рассчитаны на сетевое напряжение, вторые — на низкое напряжение (12 или 24 В), которое обеспечивает с помощью трансформаторов (преимущественно электронных).

Разрядные лампы (РЛ). Действие РЛ основано на свечении инертных газов или паров металла при прохождении через них электрического тока. Как правило, ток проходит между двумя электродами, запаянными в прозрачную колбу различной формы (кроме безэлектродных высокочастотных ламп). РЛ делятся на имеющие разряд в газах (газоразрядные лампы), в парах металлов (чаще всего ртути, натрия) и их соединений (например, галогенидов металлов — металлогалогенные лампы). По рабочему давлению РЛ классифицируются на лампы низкого давления (0,1—10⁴ Па), высокого давления (3·10⁴—10⁶ Па) и сверхвысокого (свыше 10⁶ Па); по виду разряда — на лампы дугового, тлеющего или импульсного разрядов.

РЛ имеют наиболее высокую световую отдачу и срок службы по сравнению с ЛН, а также характеризуются разнообразными спектрами излучения и широким диапазоном значений мощности, яркости и другие.гих параметров. Так, световой поток РЛ в 7—10 раз, а срок службы в 10—20 раз больше чем у ЛН. Поэтому современные РЛ всё более широко применяются и постепенно вытесняют ЛН, обеспечивая значительную экономию электроэнергии (до 80%). Основной недостаток РЛ — сравнительная сложность их включения в сеть, связанная с особенностями разряда, для зажигания которого требуется более высокое напряжение, чем для устойчивого горения. Для выполнения этого требования РЛ, как правило, работают со специальными пускорегулирующими аппаратами (ПРА), ограничивающими также ток разряда в необходимых пределах. Другой недостаток РЛ — зависимость характеристик от их теплового режима. Это связано с тем, что от температуры окружающей РЛ среды зависит давление рабочего вещества лампы, которое, в свою очередь, влияет на её параметры. У многих РЛ с парами металлов при высоком и сверхвысоком давлениях повторное зажигание возможно только через некоторое время (после отключения), необходимое для остывания лампы.

Из множества разновидностей РЛ в жилище для освещения используются главным образом люминесцентные лампы; для освещения вспомогательных помещений (например, лестничных площадок), дворов, приусадебных участков и др. применяются дуговые ртутные лампы, натриевые лампы высокого давления и металлогалогенные лампы.

Люминесцентные лампы (ЛЛ) — разрядные лампы низкого давления, в которых ультрафиолетовое излучение ртутного разряда преобразуется в видимый свет с помощью люминофоров, нанесённых на внутреннюю поверхность колбы лампы. ЛЛ подразделяются на линейные, фигурные (рис. 3) и компактные (рис. 4).

Основные достоинства ЛЛ, обеспечившие им широчайшее применение и вытеснение ЛН из многих областей использования: высокая световая отдача (до 90—93 лм/Вт); большой срок службы (до 20 000 часов); благоприятный спектр излучения, обеспечивающий высокое качество цветопередачи; низкая яркость; малая температура поверхности. Основные недостатки: большие размеры при относительно малой мощности (например, линейная ЛЛ мощностью 40 Вт при диаметре 26 мм имеет длину 1200 мм); зависимость параметров от температуры окружающей среды (например, сильное снижение светового потока и надёжности зажигания при низких температурах). Оптимальным для ЛЛ является диапазон температур окружающей среды 18—25°С, допустимым — от -5 до 50°С. Затруднено зажигание ЛЛ при высокой влажности.

Световой поток ЛЛ при питании их от сети переменного тока пульсирует с удвоенной частотой тока сети, что может привести к тому, что, например, быстро вращающиеся предметы могут быть восприняты зрением как остановившиеся (к так называемому стробоскопическому эффекту). Для сглаживания пульсаций освещённости, что особенно важно при длительной и напряжённой зрительной работе, необходимо включение ЛЛ со специальными ПРА, которые должны либо обеспечивать высокочастотное питание (с частотой свыше 400 Гц, при которой глаз не замечает этой пульсации), либо (в более простом случае) в светильнике должны использоваться не менее двух ЛЛ, токи которых ПРА сдвигает по фазе относительно друг друга. ЛЛ могут быть также источниками помех в радиоприёмниках и телевизорах, если в светильниках с ЛЛ не применены помехоподавляющие устройства (например, конденсаторы).

Маркировка ЛЛ, как правило, содержит буквы и цифры:

первая буква Л означает, что лампа люминесцентная;

вторая и третья буквы обозначают цвет или спектр излучения: Б — белого света; Д — дневного; Е — естественного; ХБ — холодно-белого; ТБ — тепло-белого; К, С, 3, Г — красного, синего, зелёного, голубого соответственно; Ц — повышенного качества цветопередачи; ЦЦ — особо высокого качества цветопередачи; УФ — ультрафиолетовая; Ф — фотосинтетическая;

последующая буква обозначает конструкцию: Р — рефлекторная; У — U-образная; К — кольцевая; Б — быстрого пуска;

цифры после букв — мощность ЛЛ в ваттах.

Компактные ЛЛ — разновидность наиболее современных и эффективных фигурных ЛЛ с одним, двумя и тремя П- или Н-образными каналами, со встроенным стартёром или без него, с отдельным ПРА или с ПРА, встроенным в резьбовой цоколь лампы. Компактные лампы со встроенным электромагнитным или электронным высокочастотным ПРА предназначены для прямой замены ЛН и обеспечивают экономию электроэнергии на 75—80% по сравнению с ЛН, дающими такой же световой поток. Компактные лампы имеют маркировку КЛ при двух- и четырёхштырьковых цоколях и для работы с отдельным ПРА или КЛЛ при встроенных ПРА и резьбовых цоколях. У компактных ЛЛ световая отдача в 4—5 раз, а срок службы в 6—10 раз выше, чем у ЛН. Компактные лампы мощностью 5 Вт (световой поток 200 лм) заменяют ЛН мощностью 25 Вт; КЛЛ мощностью 7 Вт (400 лм) — ЛН мощностью 40 Вт, соответственно 11 Вт (600 лм) — 60 Вт; 15 Вт (900 лм) — 75 Вт; 20 Вт (1200 лм) — 100 Вт. Относительно высокая стоимость компактных ЛЛ окупается весьма быстро (за 1,5—2 года) за счёт экономии электроэнергии и многолетней службы.

Дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ) — разрядные лампы высокого давления. Принцип действия основан на преобразовании при помощи люминофоров ультрафиолетового излучения ртутного разряда в излучение в красной части спектра. Горелка со ртутью — короткая трубка из прозрачного кварцевого стекла, смонтирована внутри внешней дынеобразной колбы из тугоплавкого стекла. Внутренняя поверхность колбы покрыта тонким слоем порошкообразного люминофора.

ДРЛ наиболее просты в эксплуатации по сравнению с другими разрядными лампами высокого давления, обладают высокими надёжностью работы и сроком службы (15—20 тыс. часов), их характеристики слабо зависят от состояния окружающей среды; могут иметь большую мощность (до 2000 Вт) при малом объёме. Световая отдача ДРЛ относительно невысока (45—58 лм/Вт), они обеспечивают недостаточно хорошую цветопередачу (излишек зелёного и синего излучений), имеют заметную пульсацию светового потока.

Металлогалогенные лампы (МГЛ) — разрядные дуговые лампы высокого давления. Как и другие., состоят из кварцевой разрядной трубки (горелки), заключённой в наружную колбу из термостойкого стекла. Колба МГЛ, в отличие от ДРЛ, как правило, не имеет люминофорного покрытия. В горелку вводятся галогенные соли металлов (иодиды), ртуть и аргон (поэтому МГЛ называют дуговыми ртутными лампами с иодидами — ДРИ). Наиболее распространены ДРИ двух типов: с добавками иодидов натрия, индия и галлия (тройная добавка) и с добавками иодидов натрия и скандия. Первые имеют цветовую температуру 5000 К, вторые — 4000 К.

МГЛ — одна из наиболее перспективных групп искусственных источников света. Они значительно превосходят ДРЛ по световой отдаче (до 100лм/Вт) и по цветопередающим свойствам. Так, для передач цветного телевидения, где последний параметр ламп особенно важен, применяются только осветительные приборы с МГЛ. Кроме того, светящееся тело МГЛ имеет небольшие размеры, что позволяет легко перераспределять в пространстве их световой поток с помощью оптических систем. Вместе с тем, МГЛ требуют для своего зажигания, кроме балластов, специальные высокочастотные импульсные зажигающие устройства. Световая отдача ламп зависит от положения горелки, лампы ДРИ с тройной добавкой имеют меньшую стабильность характеристик во времени и худшую воспроизводимость их от одной партии ламп к другой. В ряде случаев излучение разряда может иметь различную цветность и яркость вдоль горелки при её вертикальном расположении.

Натриевые лампы высокого давления (НЛВД) — наиболее эффективные разрядные лампы, обладающие высокой световой отдачей (85—125 лм/Вт) и незначительным снижением светового потока при длительном сроке службы (15—25 тыс. часов). Цветовая температура излучения около 2100 К (золотистого цвета). Цилиндрическая горелка большей длины и меньшего диаметра, чем у ДРЛ и МГЛ, с твёрдой амальгамой натрия, смонтирована в вакуумированной внешней прозрачной колбе. Ни силикатное стекло, ни кварц непригодны для изготовления горелки, так как при высоких температурах натрий активно взаимодействует с ними и приводит к быстрому их почернению и разрушению. Горелка изготавливается из специального прозрачного керамического материала — особо чистой поликристаллической окиси алюминия.

НЛВД во многих случаях, как и лампы ДРИ, требуют использования импульсных зажигающих устройств. Цветопередающие свойства НЛВД — наихудшие среди других разрядных ламп высокого давления. Существуют НЛВД с улучшенной цветопередачей, но сниженной световой отдачей.

Рис. 2. Галогенные лампы накаливания.

Рис. 2.
Галогенные лампы накаливания.

Рис. 3. Линейные (прямые) и фигурные люминесцентные лампы.

Рис. 3.
Линейные (прямые) и фигурные люминесцентные лампы.

Рис. 4. Компактные люминесцентные лампы.

Рис. 4.
Компактные люминесцентные лампы.