Текст
Цена 26 коп.
М.И.ФУТЕНФИРОВ
ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ
ЛАМПЫ
БИБЛИОТЕКА
ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
Выпуск 421
М. И. ФУГЕНФИРОВ
ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
«Э Н Е Р Г И Я»
МОСКВА, 1975
6П2.19
Ф 94
УДК 621.327
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
Большем Я. М., Зевакин А. И., Каминский Е. А., Мандрыкин С. А.,
Розанов С. П., Рябцев Ю. И., Семенов В. А., Синьчугов Ф. И.,
Смирнов А. Д., Соколов Б. А., Устинов П. И.
Фугенфиров М. И.
Ф 94 Газоразрядные лампы. Изд. 2-е, перераб. и доп.
М., «Энергия», 1975.
128 с. с ил. (Б-ка электромонтера. Вып. 421).
В книге приводятся основные сведения о газоразрядных лампах,
применяемых для освещения промышленных предприятий, обществен-
ных и жилых зданий, в транспортных устройствах и наружных уста-
новках. Рассматриваются практические схемы включения этих ламп
в сеть. Даны материалы об эксплуатации осветительных установок
с газоразрядными лампами.
Первое издание книги вышло в 1968 г. под названием «Что нужно
знать о газоразрядных лампах».
Книга рассчитана на электромонтеров, бригадиров и производите-
лей работ по монтажу и эксплуатации осветительных установок.
30310-422
051(01)-75
120-75
6П2.19
(Е) Издательство «Энергия», 1975
ПРЕДИСЛОВИЕ
На протяжении всей многовековой истории человече-
ства жизнедеятельность людей была связана с искус-
ственными источниками света. Вместе с развитием науки
и техники, ростом культуры и благосостояния общества
совершенствовались и развивались источники света, обес-
печивающие искусственное освещение жилищ, различ-
ных видов производств, открытых пространств и т. п. Чем
выше технический и культурный уровень общества, тем
более сложные и многообразные требования предъявля-
ются к технике освещения, тем больше и разнообразнее
применяемые источники света.
В настоящее время наиболее массовым источником
света являются лампы накаливания, которые обладают
рядом ценных качеств, делающих их использование в ря-
де случаев рациональным и даже необходимым. В то
же время эти лампы имеют весьма существенный недо-
статок— очень низкую экономичность и малый срок
службы.
Значительные технические трудности, связанные с по-
вышением экономичности ламп накаливания, привели
к появлению новых, весьма эффективных источников све-
та, в основе которых лежит явление газового разряда.
Современный этап развития светотехники характери-
зуется широким внедрением в осветительную практику
большого ассортимента газоразрядных ламп, обладаю-
щих высокой эффективностью и большим сроком службы,
что дает возможность более экономично решать вопросы
повышения качества освещения. Грандиозные задачи по
созданию материально-технической базы коммунизма тре-
буют использования наиболее эффективных методов ос-
воения огромных капиталовложений в новое строитель-
ство, получение максимальной экономии расходуемых
средств. Одной из важнейших задач, стоящих перед на-
шей промышленностью, является всемерное повышение
производительности труда. Широкое и все возрастающее
3
применение во всех отраслях народного хозяйства эконо-
мичных газоразрядных источников света — один из спо-
собов решения поставленных задач.
Осветительные установки с газоразрядными лампами
значительно сложнее установок с лампами накаливания.
Это связано с тем, что почти все газоразрядные лампы не
могут быть прямо включены в сеть без специального при.
бора —пускорегулирующего аппарата. Эксплуатация по-
добных установок требует от обслуживающего персонала
знания физических процессов, происходящих в этих лам-
пах и в схемах их включения, так как только с учетом
особенности работы каждого типа ламп можно правиль-
но организовать их эксплуатацию и добиться высокой
эффективности осветительной установки.
Настоящая книга является вторым, переработанным
и дополненным изданием и посвящена рассмотрению
принципов устройства и работы наиболее распространен-
ных газоразрядных ламп, их схем включения и эксплуа-
тации и имеет назначение ознакомить монтажников и
эксплуатационников с этими источниками света.
1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП
Независимо от типа ламп их свойства характери-
зуются рядом параметров, которые можно разделить на
технические и эксплуатационные.
Технические параметры источника свс-та за-
висят от типа лампы и определяют те ее свойства, кото-
рые связаны с физическими процессами, лежащими в ос-
нове принципа действия того или иного вида источника
света. Основными техническими параметрами любого
источника света являются лучистый или световой поток,
создаваемый лампой, потребляемая мощность и срок
службы.
Лучистый или световой поток. Излучение,
создаваемое источником света, характеризуется его энер-
гией, а энергию излучения обычно оценивают по ее мощ-
ности, т. е. по энергии, излучаемой в единицу времени.
Мощность оптического излучения называют лучистым по-
током и единицей его измерения является ватт (Вт). Для
оценки источника света недостаточно знать лучистый по-
ток, так как он излучается лампой в окружающее про-
странство неравномерно во всех направлениях. Поэтому
дополнительно следует знать пространственное распре-
деление лучистого потока, а также изменение его по вре-
мени. Не менее важно знать спектральное распределение
лучистого потока, так как обычно поток источника света
состоит из излучений с разными длинами волн, и в за-
висимости от вида источника света его спектр может
быть различным.
Практически нам приходится оперировать не с поня-
тием лучистый поток, а с его эффективным значением, ко-
торое представляет собой часть лучистого потока, и его
называют световым потоком. Дело в том, что глаз
человека имеет не одинаковую чувствительность к излу-
чению с разной длиной волн. Наибольшую чувствитель-
ность глаз имеет к излучению с длиной волны 555 нм
5
(желто-зеленый цвет). Если оцепить лучистый поток ис-
точника света по тому воздействию, который он оказыва-
ет на глаз человека, т. е. с учетом чувствительности гла-
за к излучению с разной длиной волны, до мы получим
ту часть лучистого потока, которая воспринимается гла-
зом, и можем перейти от лучистых величин к световым.
Таким образом, под световым потоком мы будем пони-
мать мощность светового излучения, оцениваемую по све-
товому ощущению, которое оно производит на средний
человеческий глаз. Единица светового потока — л ю м е н
(лм). Значит, световой поток лампы характеризует коли-
чество световой энергии, излучаемой в единицу времени
в видимой области спектра, которая может быть полезно
использована для целей освещения или облучения.
Мощность, потребляемая источником света из сети,
определяемая напряжением на лампе и силой тока, а
также их изменением во времени, характеризует количе-
ство электрической энергии, затрачиваемое источником
света в единицу времени на создание светового потока.
Срок службы. При эксплуатации любого источни-
ка света имеют место процессы, приводящие к изменению
его характеристик, в частности к уменьшению светового
потока, а также нарушающие сам механизм превращения
электрической энергии в световую, ведущие к выходу из
строя источника света. В этой связи различают полезный
и полный срок службы ламп.
Полезным сроком службы лампы называют
время ее работы в часах, в течение которого изменение
характеристик лампы лежит в установленных пределах.
Допустимое изменение характеристик лампы определя-
ется исходя из экономической целесообразности ее
эксплуатации с пониженными характеристиками. Напри-
мер, для осветительных ламп считается экономически
целесообразным допускать снижение светового потока до
70% его первоначального значения. Дальнейшее умень-
шение светового потока лампы приводит к неэффектив-
ной ее работе в установке.
Полным сроком службы называют время в ча-
сах, по истечении которого лампа перестает действовать,
например из-за потери способности зажигания разряда
в нормальных условиях эксплуатации.
Полезный и полный сроки службы ламп определяют-
ся многими факторами, как правило, независимыми друг
от друга. Они будут различными для разных типов источ-
6
ников света и для каждой лампы в отдельности. Срок
службы зависит от конструкции лампы, технологии ее
производства и условий эксплуатации. Так как все ука-
занные причины действуют одновременно, а их отдельное
влияние па срок службы трудно проконтролировать, фак-
тический срок службы отдельных ламп может существен-
но отличаться от срока службы, полученного в специаль-
ных контролируемых условиях.
В этой связи для характеристики срока службы того
или иного типа источника света вводится понятие сред-
него срока службы или средней продолжи-
тельности горения. Под средней продолжительно-
стью горения партии из п ламп понимается среднее ариф-
метическое из полных сроков службы этой партии ламп.
Однако па практике часто вместо определения среднего
арифметического из полных сроков службы партии ламп
применяют следующий прием.
Если испытывается нечетное число ламп, то средняя
продолжительность горения определяется продолжитель-
ностью горения лампы, занимающей среднее место в по-
рядке их выхода из строя. При четном количестве п ис-
пытуемых ламп средняя продолжительность горения ламп
определяется как средняя продолжительность горения
двух ламп, занимающих место, п/2 и п/(2+ 1) в порядке
их выхода из строя. Обычно для определения средней
продолжительности горения берется не менее 10 ламп.
В стандартах и технических условиях па лампы, как
правило, указывается средняя продолжительность горе-
ния, а также минимальное значение срока службы, кото-
рое может иметь каждая лампа. Например,
в ГОСТ 6825-70 на люминесцентные лампы указано, что
средняя продолжительность горения ламп всех типов
должна быть не менее 10 000 ч, а для каждой лампы не
менее 7000 ч.
Э к сплуатац и онныехарактер и стики.К ос-
новным эксплуатационным характеристикам источника
света можно отнести его эффективность или полезную от-
дачу и приспособленность к использованию в освети-
тельной или облучательной установке.
Эффективность или полезнаяотдача лам-
пы. Известно, что не вся электрическая энергия, потреб-
ляемая источником света, превращается в лучистый или
световой поток. Значительная часть энергии преобразует-
ся в другие виды энергии, главным образом в тепловую.
7
Поэтому для характеристики эффективности источника
света вводят понятие электрический к. п. д. лампы, под
которым понимают отношение лучистого потока, созда-
ваемого лампой, к потребляемой ею мощности. Вторым
показателем эффективности источника света является его
полезная отдача, которая оценивается по эффективному
потоку лампы, отнесенному к потребляемой мощности.
Применительно к источникам света, создающим видимое
излучение, как мы видели выше, таким эффективным по-
током является световой поток. Следовательно, в данном
случае такой характеристикой будет световая отда-
ча, выражаемая в люменах на ватт (лм/Вт). Таким об-
разом, световая отдача лампы является основным пара-
метром, характеризующим экономичность лампы.
Приспособленность источника света к ис-
пользованию в осветительной или облучательной уста-
новке может характеризоваться многими показателями'
возможностью изготовления ламп на различные мощно-
сти, что создает условия их рационального использова-
ния в данной установке; характером распределения све-
тового потока в пространстве и размерами светящегося
тела, от которых зависит размещение источников света
в установке и конструкция осветительных приборов, слу-
жащих для соответствующего перераспределения свето-
вого потока в пространстве; возможностью использования
стандартных устройств для подвода тока к лампе и ис-
пользованием стандартных источников питания; влияни-
ем на параметры источника света условий эксплуатации;
универсальностью источника света, позволяющей его ис-
пользовать в различных типах осветительных или облу-
чательиых установках, и, наконец, гигиеничностью лампы,
обеспечивающей гигиену органа зрения и безопасность
применения.
2. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ
Конструкция, принцип действия и работа в электриче-
ской цепи.
Люминесцентные лампы относятся к группе газораз-
рядных источников света. Лампа представляет собой ци-
линдрическую стеклянную трубку (рис. 1), по концам
которой вварены стеклянные ножки с укрепленными на
них электродами. На внутреннюю поверхность трубки
наносится тонкий слой кристаллического порошка — лю-
8
минофора. После соответствующей вакуумной обработки
производится тщательная откачка лампы и наполнение
ее инертным газом или смесью инертных газов при дав-
лении несколько паскалей (Па). Чаще всего лампы на-
полняются аргоном, иногда применяют в смеси с аргоном
пеон, криптон и др. Введение в лампу инертного газа об-
легчает процесс зажигания разряда в лампе, предохра-
няет электроды от разрушения и увеличивает интенсив-
Рис. 1. Конструкция люминесцентной лампы.
I трубка-колба; 2 —ножка; Я — электрод; 4 — цоколь; 5 штырек;
6 — изолирующее гетинаксовое донышко.
ность излучения разряда. Внутрь лампы также вводится
дозированное количество ртути, которая при работе лам-
пы переходит в парообразное состояние. Давление насы-
щенных ртутных паров в лампе устанавливается в интер-
вале 0,8-г-1,33 Па и только при этом давлении свечение
разряда будет иметь максимальное значение. Давление
паров ртути в лампе зависит от температуры стенок труб-
ки, поэтому при работе лампы наиболее холодная часть
трубки, где конденсируется ртуть, должна иметь темпера-
туру не более 40—45 °C. Отклонение температуры от ука-
занного оптимального предела в ту или иную сторону
приводит к снижению интенсивности свечения разряда,
так как при этом изменяется давление насыщенных па-
ров ртути.
Для обеспечения указанных выше пределов темпера-
туры холодной части трубки лампы плотность тока, про-
ходившего через лампу, не должна превышать опреде-
ленной величины. Поэтому мощность, выделяемая с еди-
ницы длины разряда, иначе говоря — удельная мощность,
9
йе может быть больше известного предела, так как от се
величины зависит температура стенок трубки. Из сказан-
ного выше становится понятным, что для получения лам-
пы заданной мощности необходимо выбрать трубку со-
ответствующей длины. На температуру стенок трубки
также оказывают влияние условия их охлаждения и до-
пустимая удельная мощность, что обусловливает выбор
соответствующего диаметра трубки.
Газовый разряд в люминесцентных лампах происхо-
дит в парах ртути при низком давлении. В этих усло-
виях газовый разряд генерирует главным образом неви-
димое, ультрафиолетовое излучение и в очень небольшом
количестве видимый свет, придающий разряду голубова-
тый оттенок. Преобразование ультрафиолетового излуче-
ния разряда в видимый свет основано на явлении люми-
несценции, откуда лампы и получили свое название.
Некоторые вещества, например галофосфат кальция,
содержащий в себе фосфат кальция, галоиды — фтор и
хлор, сурьму и марганец, поглощая ультрафиолетовое
излучение, за счет полученной энергии начинают испус-
кать видимый свет. Такие вещества называют люмино-
форами. В зависимости от природы люминофора меняет-
ся спектр испускаемого ими света. Комбинируя различ-
ные люминофоры и создавая в определенном отношении
их смесь, можно получить лампы с любым спектральным
составом излучения.
Преобразование ультрафиолетового излучения в ви-
димый свет происходит только в слое люминофора, так
как обычное стекло, из которого изготавливаются трубки
большинства типов ламп, почти не пропускают ультра-
фиолетового излучения. Параметры люминофорного слоя
оказывают сильное влияние на световые характеристики
ламп. Они зависят от толщины люминофорного слоя,
его структуры, величины зерен порошка, их формы и
ряда других факторов. При недостаточной толщине слоя
происходит неполное поглощение возбуждающего свече-
ния люминофора ультрафиолетового излучения, а при
слишком толстом слое часть созданного видимого излу-
чения поглощается в самом слое люминофора.
Важным элементом конструкции лампы является ее
электродный узел.
На рис. 2 показана конструкция стеклянной ножки
люминесцентной лампы со смонтированным на ней элек-
тродом. Ножка вваривается в торцовую часть трубки при
10
помощи тарелки /. Собственно электрод 7 представляет
собой биспираль или триспираль из вольфрамовой про-
волоки. концы которой приварены или зажаты в никеле-
вые поддерживающие электроды 3. Поддерживающие
электроды могут состоять из двух или трех элементов.
При двухзвеньевой конструкции поддерживающего элек-
трода он состоит из двух ча-
стей, сваренных между собой.
Никелевая часть электрода 3
входит внутрь лампы. Плати-
нитовая часть электрода 4 за-
штамповывается в лопатке
2 ножки и служит для обеспе-
чения вакуумно-плотного сое-
динения со стеклом. Для этого
платинит должен обладать ко-
эффициентом линейного рас-
ширения, примерно равным ко-
эффициенту расширения стек-
ла. В трехзвепьевых электро-
дах к концу платинитового
участка приваривается медная
проволока 5, присоединяемая
к штырькам цоколя.
Одна из ножек лампы име-
ет штенгель 6, через который
производится откачка и напол-
нение лампы.
Рис. 2. Конструкция стек-
лянной ножки люминесцент-
ной лампы.
/—тарелка; 2 — лопатка; 3 —
никелевая часть электрода;
4 — платиновая часть электрода;
5 — медная часть электрода; 6 —
штенгель: 7 — электрод; 8 —
экран; 9 — отверстие для откач-
ки и наполнения лампы.
Некоторые типы электродов
снабжаются экранами 8 в виде
«усов» из никелевой проволо-
ки. Экраны предназначены для
защиты от разрушения оксид-
ного электрода при бомбарди-
ровке его электронами в анод-
ный полупериод (когда на
электроде устанавливается положительный потенциал).
Биспираль катода покрывается слоем оксида из смеси
трех карбонатов щелочноземельных металлов: бария,
стронция и кальция. В ходе вакуумной обработки лампы
при ее изготовлении карбонаты превращаются в окислы
и активируются, т. е. приобретают способность стать
мощным источником электронов, необходимых для под-
держания в лампе газового разряда.
Возможность зажигания в люминесцентной лампе
газового разряда, или сокращенно зажигание ламп, опре-
деляется двумя факторами: доведением температуры
электродов до величины, обеспечивающей необходимую
термоэлектронную эмиссию электронов, и подачей на
лампу необходимого по величине и продолжительности
действия напряжения, создающего условия для начала
ионизации газа в лампе.
Выполнение этих условий может быть достигнуто
различными способами, поэтому существует большое
количество схем и приборов включения ламп.
Процессы на электродах люминесцентных ламп.
Явления, протекающие на электродах и в приэлектрод-
ных частях разряда в период зажигания лампы и ее го-
рения, оказывают большое влияние на характеристики
лампы и ее эффективность. Кроме того, знание этих
процессов позволяет понять те требования, которые
предъявляются к схемам включения ламп. Рассмотрим
вкратце основные моменты работы электродов люминес-
центных ламп.
При работе лампы на постоянном токе один электрод
играет роль катода, а второй — анола. При питании лам-
пы переменным током, как мы видели выше, электроды
попеременно выполняют роль катода и анода.
Основная задача катода—обеспечить поступление
необходимого количества электронов из катода в между-
электродное пространство для поддержания требуемого
режима газового разряда. Анод является приемником
электронов, направляющихся из мсждуэлектродпого
пространства в электрическую цепь.
Необходимая эмиссия электронов из катода в общем
случае может поддерживаться за счет двух механизмов:
термоэлектронной эмиссии и автоэлектронной эмиссии.
В первом случае электрод должен быть нагрет до соот-
ветствующей температуры, что можно обеспечить путем
подвода необходимого количества энергии к электроду.
Возможны два способа подвода энергии к электроду: от
постороннего источника питания и за счет энергии, вы-
деляющейся в процессе дугового разряда. Электроды,
использующие первый способ нагрева, называют с не-
зависимым н а к а л о м, а во втором случае — с а м о-
калящимися. В люминесцентных лампах используют
самокалящиеся электроды и выход электронов из катода
обеспечивается за счет термоэлектронной эмиссии.
12
Зажигание газового разряда в люминесцентных
лампах. Так как люминесцентная лампа представляет
собой длинную трубку, то для возникновения в ней раз-
ряда необходимо, чтобы было создано достаточно силь-
ное продольное электрическое поле по всей длине труб-
ки, обеспечивающее ионизацию нейтральных атомов газа
во всем междуэлектродном пространстве. Процесс зажи-
гания разряда может быть представлен следующим об-
разом. При подаче па лампу напряжения вначале на од-
ном из электродов происходит пробой газового проме-
жутка между этим электродом и ближайшим участком
стенки трубки. Возникает небольшой разряд со слабым
свечением газа. Стенка трубки приобретает соответст-
вующий потенциал. Если к электродам лампы приложе-
но достаточное по величине напряжение, то процесс ио-
низации начнет распространяться вдоль трубки,
последовательно заряжая все новые участки стенки труб-
ки. Скорость распространения процесса ионизации вдоль
трубки зависит от скорости нарастания питающего на-
пряжения, если эта скорость достаточно мала. Когда
процесс ионизации распространится вдоль всей длины
трубки и достигнет противоположного электрода, то воз-
никает разряд между двумя электродами лампы. Таким
образом, в начальной стадии разряд имеет характер
одноэлектродного разряда, т. е. разряд протекает между
одним электродом лампы и стенкой трубки, затем он пе-
реходит в тлеющий разряд и далее в дуговой.
При тлеющем разряде благодаря большой напряжен-
ности электрического поля вблизи катода положительные
ионы, образующиеся в междуэлектродном пространстве
и находящиеся в районе катода, получают значительные
ускорения в направлении катода. Бомбардируя катод,
положительные ионы вызывают эмиттирование с его по-
верхности электронов, которые обеспечивают поддержа-
ние в лампе тлеющего разряда. Эта стадия газового
разряда оказывает сильное влияние на срок службы
люминесцентных ламп, так как при бомбардировке като-
да положительными ионами с энергией, выше определен-
ной предельной величины, наблюдается усиленное
распыление оксида. Распыление оксида резко уменьшает
его количество на катоде, а продолжительность работы
лампы определяется запасом оксида на электроде и ско-
ростью его расходования. Для увеличения срока службы
лампы необходимо стремиться максимально сокращать
13
возможность распыления оксида, поэтому необходимо
стремиться к максимальному сокращению стадии тлею-
щего разряда. Распыление оксида также имеет место
и в рабочем режиме лампы, однако главным образом
этот процесс наблюдается в период пуска лампы. Явле-
ние распыления оксида может также иметь место в слу-
чае, если при пуске лампы на нее будет подано достаточ-
но высокое напряжение, обеспечивающее зажигание
в ней разряда, но при этом электроды будут нагреты до
температуры, ниже необходимой для начала термоэлек-
тронной эмиссии. При таком режиме включения лампы
ее катод подвергается усиленной бомбардировке ионами,
что вызовет резкое распыление оксида. Длительность
этого процесса зависит от величины поданного на лампу
напряжения: чем оно меньше, тем более длителен этот
процесс. Подобный режим включения лампы называют
холодным зажиганием.
Для иллюстрации влияния холодных зажиганий
ламп на их срок службы можно привести следующие
данные. Если за 100% принять срок службы ламп, вклю-
чаемых с достаточно предварительно нагретыми катода-
ми, то только при одних холодных зажиганиях срок
службы ламп снижается до 30%, а при половине холод-
ных зажиганий он составит величину около 70%.
Из сказанного выше напрашивается естественный
практический вывод о необходимости обеспечения доста-
точной температурной подготовки электрода перед пус-
ком лампы для сохранения на требуемом уровне ее срока
службы. Пол температурной подготовкой понимается
предварительный подогрев электродов ламп. Достаточ-
ность такой подготовки определяется не температурой
электрода, которую он приобретает в результате того или
иного режима подогрева, а температурой, которую он
должен иметь к моменту пробоя газоразрядного проме-
жутка. Температура электродов, таким образом, опреде-
ляет характер процессов, протекающих на них при зажи-
гании лампы.
Проведенные исследования пусковых процессов на
электродах ламп показали, что отрезок времени с мо-
мента начала зажигания разряда, в течение которого
происходит основное распыление оксида, лежит в преде-
лах 0,2—3 с. При одной и той же величине установивше-
гося тока разряда распыление оксида будет тем больше,
чем меньше предварительный ток подогрева. Однако при
14
одинаковой величине тока предварительного подогрева
распыление оксида будет больше в том случае, когда
меньше ток лампы, устанавливающийся в рабочем режи-
ме. Исходя из полученных данных было установлено, что
оптимальная температура электрода, которую нужно
обеспечить к моменту зажигания разряда, чтобы свести
к минимуму разрушение оксида в пусковых режимах,
лежит в диапазоне 800—950°К. ц.лм '’С. ?
Другим явлением, наблюдаемым на электроде и ока-
зывающим влияние на срок службы ламп, является теп-
ловое испарение оксида под влиянием перегрева электро-
дов в целом или его отдельных частей.
Исследование процесса пуска ламп показывает, что
переходу от тлеющего разряда в дуговой, когда он сим-
метрично горит между двумя электродами, предшествует
стадия однополупериодного или несимметричного дугово-
го разряда. Однополупериодный разряд характеризуется
тем, что один из электродов лампы продолжает работать
в режиме автоэлектронной эмиссии и на нем имеет место
тлеющий разряд, а другой электрод успевает нагреться
до температуры, достаточной для начала термоэлектрон-
ной эмиссии, что обеспечивает возникновение на этом
электроде дугового разряда. Лампа, питаемая перемен-
ным током, в этой стадии пускового периода работает
как бы в выпрямительном режиме, т. е. имеет неодина-
ковую проводимость в разных направлениях; при этом
величина тока, проходящего через лампу, может превы-
шать ее номинальный рабочий ток. Такое повышение то-
ка увеличивает нагрузку на холодный электрод, и если
он является катодом, то это вызывает усиленное испаре-
ние оксида, а также может служить причиной появле-
ния искрения на электроде. Длительность стадии однопо-
лупериодного разряда уменьшается с увеличением тока
в рабочем режиме лампы. Однополупериодный режим
работы лампы также создает опасность для отдельных
элементов схемы ее включения, в частности для дроссе-
лей и трансформаторов, через которые при этом прохо-
дит постоянная составляющая тока, вызывая их перегрев.
Чем больше по времени отдельные стадии переход-
ного периода, тем сильнее проявляется их разру-
шающее действие на электроды ламп. Поэтому при вы-
боре схемы зажигания лампы стремятся создать такие
пусковые режимы, при которых длительность переходных
режимов была бы наименьшей.
15
Однако при любом способе зажигания лампы проис-
ходит некоторое уменьшение ее срока службы. Поэтому
вполне естественно, что срок службы люминесцентных
ламп зависит от числа включений, а также от частоты
включений, т. е. количества включений лампы в работу
в течение суток. Например, при трехчасовом и шестича-
совом циклах включения, когда лампа отключается каж-
дые три или шесть часов, сроки службы одной и той же
лампы будут различными.
Известно, что при переменном токе различают ампли-
тудное и действующее значение тока и напряжения. От-
ношение амплитудного значения тока к его действующе-
му значению называют коэффициентом амплитуды. При
синусоидальной форме кривой тока этот коэффициент
численно равен 1,41. Чем больше для данной формы
кривой тока этот коэффициент отличается от величины
1,41, тем больше она искажена, т. е. больше отличается
от синусоидальной.
Срок службы ламп зависит от формы тока, проходя-
щего через лампу. Принято считать, что при коэффициен-
те амплитуды, равном 1,7, срок службы лампы снижается
незначительно, поэтому это значение считается допусти-
мым.
Работа электродов ламп в рабочем режиме. Однопо-
лупериодный разряд в процессе пуска лампы переходит
в симметричный дуговой разряд, и в лампе устанавли-
вается рабочий режим.
В зависимости от свойств катода и условий горения
разряда дуга на катоде может принимать две различные
формы. Если температура катода недостаточна для соз-
дания электронной эмиссии со всей его поверхности, обес-
печивающей полностью рабочий ток дуги, то разряд стя-
гивается, как мы видели, на катоде в яркое катодное
пятно и температура в этом месте оказывается выше,
чем на остальной части катода. Вследствие неравномер-
ности распределения потенциала по катоду пятно распо-
лагается ближе к тому концу катода, к которому подве-
дено напряжение сети. Одним из основных параметров
катодного пятна является его температура. От нее в зна-
чительной степени зависят скорости различных процес-
сов, протекающих на катоде. Так как катодное пятно ста-
новится основным источником электронов для поддержа-
ния разряда, то при работе лампы оксидное покрытие
расходуется главным образом в районе катодного пятна.
16
По мере израсходования оксида пятно постепенно пере-
мещается по катоду, переходя с витка на виток вольфра-
мовой биспирали. Когда на одном из электродов будет
израсходована большая часть оксида, лампа перестанет
работать.
В том случае, когда температура катода достаточна
для обеспечения электронной эмиссии, полностью покры-
вающей рабочий ток дуги, разряд располагается по всей
поверхности катода, и катодное пятно отсутствует.
Переход от одной формы разряда к другой может
произойти при изменении режима нагрева катода, если
его свойства допускаю! существование обеих форм раз-
ряда, при этом такой переход протекает скачкообразно.
Напряжение зажигания и факторы, определяющие
его величину. Напряжение зажигания является важной
характеристикой лампы, так как его величина опреде-
ляет требования, предъявляемые к пускорегулирующему
аппарату, используемому для включения лампы в сеть.
Величина напряжения зажигания лампы зависит от
внутренних и внешних факторов, с изменением которых
она может меняться в достаточно больших пределах.
С точки зрения условий зажигания разряда в лампе
играют важную роль два переменных фактора: дли-
на и диаметр трубки. При увеличении длины лампы
и уменьшения диаметра трубки напряжение зажигания
возрастает.
Особенностью работы люминесцентных ламп являет-
ся то, что напряжение зажигания у них может значи-
тельно превышать рабочее напряжение, устанавливаю-
щееся на лампе после зажигания разряда. Повышенное
напряжение зажигания в пусковой период создает за-
труднения при разработке схем включения ламп в сеть
и соответствующей аппаратуры для осуществления их
пуска.
Зависимость н а п р я ж е-н и я от темпера-
туры электродов. Если перед подачей на лампу
зажигающего напряжения предварительно нагреть элек-
троды, то это может существенно снизить величину
напряжения зажигания. На рис. 3,а показана зависи-
мость напряжения зажигания ламп мощностью 40 и 80 Вт
от тока накала электродов, из которой видно, на-
сколько эффективен предварительный накал электродов.
Повышенная относительная влажность
окружающей среды свыше60—70% приводит к об-
2—72
17
рйзованию на поверхности трубки проводящей пленки
с высоким сопротивлением за счет частичного растворе-
ния соли стекла атмосферной влагой. Снижение поверх-
ностного сопротивления до величины порядка 100 МОм
ведет к заметному повышению напряжения зажигания
сопротивления соответствует от-
Относительная блажносгль
Рис. 3. Зависимость напряжения зажигания люминесцентной лам-
пы от различных факторов.
а —от тока накала электродов; б — от влажности воздуха; в — от окру-
жающей температуры; г — от давления аргона.
носительной влажности 80—100% (рис. 3,6). Для исклю-
чения влияния влажности на напряжение зажигания
ламп на поверхность трубки наносят проводящую полосу
либо трубку покрывают водоотталкивающей пленкой из
кремнийорганических соединений.
Температура окружающей среды оказывает
влияние на напряжение зажигания лампы. Напряжение
18
имеет минимум при температуре около 10—20°С (рис.З.в).
С понижением температуры превращение ртути в пары
в лампе замедляется, число атомов ртути в газе недоста-
точно для обеспечения начала разряда в лампе, нужны
дополнительные источники свободных электрических за-
рядов. Таким источником могут стать только атомы на-
полняющего трубку газа — аргона, но напряжение, при
котором начинается ионизация атомов аргона, на 50%
выше, чем соответствующее напряжение для атомов рту-
ти. Следовательно, при понижении окружающей темпе-
ратуры для зажигания лампы требуется более высокое
напряжение. На практике в связи с этим приходится
принимать ряд мер, способствующих облегчению зажига-
ния ламп в этих условиях. Эти меры сводятся к созда-
нию различных способов утепления ламп путем помеще-
ния их в защитные колпаки, либо к установке для зажи-
гания ламп специальных аппаратов, создающих повышен-
ное напряжения зажигания. При высоких окружающих
температурах количество атомов ртути велико и значи-
тельная доля энергии электронов затрачивается на воз-
буждение атомов ртути, поэтому требуется подведение
к лампе дополнительной энергии, что также приводит
к повышению напряжения зажигания ламп.
Зависимость напряжения зажигания от
давления аргона, наполняющего лампу (рис. 3,г).
Как видно их этих кривых, минимум напряжения зажи-
гания будет при давлении аргона около 266,6 Па.
Нанесением проводящей полосы, расположенной, как
правило, на наружной поверхности трубки, можно значи-
тельно снизить напряжение зажигания лампы. Вместо
проводящей металлической полосы иногда применяют
прозрачное проводящее прокрытие, которое наносится на
поверхность готовой трубки либо создается в процессе ее
изготовления. Наличие проводящей полосы на лампе ис-
кажает электрическое поле, возникающее в лампе при
подаче на нее напряжения, увеличивая его напряжен-
ность у одного из электродов, не соединенного с полосой.
Это приводит к облегчению пробоя между этим электро-
дом и стенкой трубки. Таким образом, в начальный пе-
риод зажигания лампы проводящая полоса как бы умень-
шает расстояние между электродами лампы, поэтому
необходимое напряжение для возникновения первона-
чального разряда меньше, чем при отсутствии проводя-
щей полосы.
г* 1э
Как было показано выше, напряжение зажигания
ламп не остается величиной постоянной и изменяется
в довольно широких пределах. К этому следует присое-
динить, что в силу ряда технологических причин при из-
готовлении ламп напряжение зажигания от лампы к лам-
пе имеет различное значение. Поэтому, строго говоря, за-
висимости, показанные на рис. 3,а, следует рассматри-
вать как некоторые средние значения для группы ламп,
работающих в данных условиях, и было бы правильнее
изображать эти зависимости не в виде кривой, а в виде
области—зоны вероятных зажиганий ламп при тех или
иных условиях эксплуатации.
Работа люминесцентных ламп на переменном токе.
При включении люминесцентной лампы в сеть перемен-
ного тока на ее электроды будет подано напряжение,
периодически изменяющееся по величине и направлению.
Поэтому каждые полпериода происходит изменение по-
лярности электродов, и в каждый полупериод происходит
зажигание и погасание разряда в лампе. В соответствии
с этим ее световой поток будет следовать за изменением
тока в лампе, возникая в начале каждого полупериода и
прекращаясь в конце его. Следовательно, световой поток
лампы будет изменяться — пульсировать с двойной ча-
стотой по отношению к частоте питающего тока.
В люминесцентных лампах некоторое благоприят-
ное влияние на снижение пульсации светового потока
оказывает явление послесвечения люминофоров, со-
стоящее в том, что в течение некоторого времени
после прекращения их облучения ультрафиолетовым из-
лучением они продолжают излучать видимый свет. Дли-
тельность послесвечения зависит от типа люминофора,
поэтому она различна для разного типа ламп В резуль-
тате описанного явления пульсация светового потока
ламп несколько ослабляется. При освещении движущих-
ся или вращающихся предметов пульсирующим световым
потоком появляется стробоскопический эф-
фект, связанный с искажением зрительного восприятия.
Если, например, освещать таким пульсирующим светом
вращающееся колесо, то при равенстве или кратности ча-
стоты пульсации потока с угловой скоростью вращения
колеса оно будет казаться неподвижным, при меньшей
частоте — зрительно вращение колеса будет восприни-
маться в обратную сторону по сравнению с действитель-
ным направлением вращения. Такой обман зрения опасен
20
при работе с движущимися предметами. Кроме того, ус-
тановлено, что пульсация светового потока вызывает по-
вышенное утомление зрительного аппарата и влияет на
эффективность зрительной работы. Поэтому в осветитель-
ных установках необходимо принимать меры к снижению
пульсации светового потока, что должно быть учтено при
разработке схем включения ламп.
При работе ламп на переменном токе для ограниче-
ния тока в цепи необходимо, как и для большинства ти-
Рис. 4. Способы стабилизации газового разряда.
а — активным сопротивлением; б — индуктивным сопротивле-
нием; в — емкостью.
пов газоразрядных ламп, последовательно с ней вклю-
чить балластное сопротивление. В качестве такого бал-
ластного сопротивления может быть использовано актив-
ное сопротивление (резистор), индуктивность, емкость
или их комбинация. Рассмотрим работу лампы при раз-
личных типах балласта.
Работа лампы с активным сопротивле-
нием. Па рис. 4,а показана схема включения лампы,
а на рис. 5,а приведены кривые, показывающие измене-
ние во времени мгновенных значений напряжения сети,
напряжения на лампе, тока в цепи и светового потока
лампы. Когда в положительный полупериод напряжение
питающей сети, возрастая, достигнет величины напряже-
ния зажигания, в лампе зажжется разряд. После зажи-
гания разряда напряжение на лампе начнет снижаться
до величины напряжения горения и в течение всего вре-
мени горения разряда оно остается почти постоянным.
Когда напряжение в питающей сети уменьшится настоль-
ко, что станет меньше, чем требуется для поддержания
в лампе разряда, он прекратится. Разряд зажжется вновь
в следующий отрицательный полупериод после двстиже-
ния напряжением сети величины напряжения зажигания,
21
и далее процесс будет протекать в таком же порядке,
как и в положительный полупериод. Следовательно, за
время одного полного цикла изменения приложенного
к лампе напряжения в ней дважды повторяется процесс
Рис. 5. Кривые изменения напряжения питающей сети, на-
пряжения на лампе, силы тока и излучения при работе
люминесцентной лампы в .зависимости от типа балласта.
U'3 — напряжение перезажигания; ^ — напряжение горения; Un —
напряжение потухания; ф3— начальная пауза тока; фп — конечная
пауза тока; <р — сдвиг фаз между напряжением питания и током.
зажигания и погасания разряда, и через лампу при этом
проходит переменный ток.
В начале и конце каждого полупериода, когда разряд
в лампе не горит, появляются соответственно начальная
22
ф3 и конечная фп паузы тока. Длительность начальной
и конечной пауз тока зависит от величины напряжения
сети. С увеличением скорости нарастания напряжения на
лампе уменьшается величина напряжения зажигания и
одновременно сокращается длительность начальной и ко-
нечной пауз тока. Это связано со следующими явлениями,
протекающими в лампе в процессе ее перезажигания. Ес-
ли рассмотреть ход изменения напряжения на лампе
(рис. 5,«), то в каждые полпериода в момент зажигания
разряда на кривой напряжения на лампе можно видеть
пик напряжения, называемый пиком перезажигания.
Появление этих пиков перезажигания связано с тем, что
после погасания разяда электроды лампы начинают ос-
тывать, а в столбе дуги происходит процесс деионизации,
т. е. атомы, ионизированные в результате столкновения
с электронными, притягивают к себе свободные электро-
ны и превращаются в нейтральные атомы. Для того что-
бы вновь зажечь разряд, по в обратном направлении, не-
обходимо затратить энергию на восстановление иониза-
ции атомов и нагрев электрода в районе катодного пятна.
Чем меньше длительность пауз тока, тем в меньше сте-
пени произойдет деонизация атомов и остывание элек-
тродов, следовательно, тем меньше потребуется затратить
энергии на зажигание разряда. Соответственно при
этом будет меньше напряжение зажигания и пик переза-
жигапия.
Большая величина пиков перезажигания указывает
на наличие большого околокатодного падения напряже-
ния и связанной с ним усиленной бомбардировкой катоди
положительными ионами, что свидельствует об усилен-
ном разрушении электродов и сокращении срока службы
лампы.
Стабилизация разряда одним активным сопротивле-
нием имеет значительные недостатки. Наличие пауз тока
приводит к снижению срока службы электродов лампы,
искажает форму кривой тока через нее, усиливает стро-
боскопический эффект, создаваемый лампами, так как
появление темновых пауз увеличивает мелькание свето-
вого потока. Этот способ стабилизации разряда также не
экономичен и с точки зрения потерь энергии в балласте.
Действительно, напряжение горения лампы составляет
примерно половину напряжения сети. Значит в установив-
шемся режиме 50% напряжения сети падает на балла-
стном сопротивлении. Если подсчитать в этих условиях
23
потери мощности в балласте, то они окажутся равными
мощности лампы. Можно частично улучшить экономичес-
кие показатели этого способа стабилизации, если повы-
сить напряжение сети, но при этом возрастут потери
в балласте. Поэтому на практике стабилизация разряда
активным сопротивлением используется редко и только
в тех случаях, когда это диктуется специальными усло-
виями.
Работа лампы с индуктивным сопротив-
л е и и е м. На рис. 4,6 приведена схема включения лам-
пы, а и а рис. 5,6 показаны соответствующие кривые из-
менения напряжения сети, напряжения на лампе, тока
лампы и ее светового потока. В качестве индуктивного
сопротивления обычно используется катушка со сталь-
ным сердечником, называемая дросселем. Введение в цепь
переменного тока индуктивности, как известно, приводит
к сдвигу по фазе между напряжением и током в сети. Ток
отстает от напряжения на некоторый угол <р, который
определяется соотношением между индуктивным и актив-
ным сопротивлениями дросселя. В идеальном случае, ес-
ли бы дроссель не обладал активным сопротивлением,то
угол сдвига был бы равен 90°. Благодаря сдвигу по фазе
между напряжением и током в момент погасания разряда
к лампе приложено напряжение обратного знака, величи-
на которого определяется углом сдвига фаз. Поэтому
разряд, погаснув без заметной паузы, вновь будет заж-
жен. Таким образом, при этом способе стабилизации раз-
ряда существенно уменьшаются паузы излучения и пики
перезажигания, улучшаются условия перезажигания
разряда, что создает более благоприятные условия рабо-
ты электродов. Кривая тока менее искажена, чем при
активном сопротивлении, и она по своей форме ближе
к синусоидальной.
Потери мощности в дросселе определяются его актив-
ным сопротивлением, а так как оно значительно меньше,
чем индуктивное сопротивление, то этот способ стабили-
зации разряда более экономичен по сравнению со стаби-
лизацией с помощью одного активного сопротивления.
Потери мощности в дросселе составляют от 10 до 25%
мощности, потребляемой лампой.
К недостаткам дросселей следует отнести прежде все-
го их низкий коэффициент мощности. Это объясняется
тем, что благодаря сдвигу по фазе между напряжением
и током и принятым соотношением между напряжением
24
на лампе и напряжением сети коэффициент мощности,
равный отношению напряжения на лампе к напряжению
сети, лежит в пределах 0,45—0,6. Поэтому при разработ-
ке схемы включения лампы приходится принимать меры
для повышения коэффициента мощности комплекта лам-
па— аппарат включения. Недостатком дросселей являет-
ся также их относительно большая масса и габариты.
Схемы включения ламп, в которых используется ин-
дуктивный балласт, иногда называют отстаю щ и м и
или и п д у к т и в н ы м и.
Работа лампы с емкостью (рис. 4, в и 5, в).
При последовательном включении конденсатора с лам-
пой ток в цепи опережает по фазе напряжение в сети
почти на 90°. Ток проходит через лампу только в тече-
ние времени, необходимого для заряда конденсатора и
при его разрядке. В конце каждого полуперпода конден-
сатор оказывается заряженным и к лампе приложено
амплитудное напряжение, лампа зажигается, а конден-
сатор разряжается через пее. Так как при разряде кон-
денсатора в цепи отсутствует ограничивающее ток сопро-
тивление, то он достигает большой величины. Кривые
тока лампы и светового потока приобретают пиковый
характер и темновые паузы получаются очень большими.
Эти недостатки не позволяют использовать стабили-
зацию разряда с помощью одной емкости в сети пере-
менного тока с частотой 50 Гц. Применение емкостного
балласта становится выгодным при работе лампы в се-
ти с повышенной частотой.
На практике нашли применение балласты, состоящие
из сочетания индуктивного и емкостного сопротивлений.
При этом емкостное сопротивление преобладает над ин-
дуктивным. Схемы включения с таким балластом часто
называют опережающими или емкостным и.
Связь между характеристиками лампы
и параметра м и схе м ы ее включен и я. Рассмот-
рение процессов, протекающих в люминесцентной лампе
как в период ее пуска, так и при установившемся горе-
нии, показывает, что нормальная работа лампы находит-
ся в сложной зависимости от внешних и внутренних
факторов. Электрические характеристики разряда, а ста-
ло быть и лампы, не только являются функциями физи-
ческих свойств самого разряда, по также зависят от
параметров и свойств всех элементов схемы включения.
Изменение параметров схемы включения меняет элек-
25
трический режим лампы, а вместе с ним и основные ее
характеристики, такие, как мощность лампы, световой
поток, световую отдачу и др. Тесная связь между пара-
метрами схемы включения и характеристиками лампы не
позволяет рассматривать лампу изолировано от се схемы
включения. Лампы и ее схема включения образуют еди-
ный комплекс. Эту важную особенность люминесцентных
ламп следует обязательно учитывать при разработке и
исследовании схем включения.
Напряжение в сети, как правило, в процессе эксплуа-
тации ламп не остается постоянным по величине и может
изменяться в довольно широких пределах. Параметры
люминесцентных ламп меняются вместе с изменением
напряжения в питающей сети, однако в этом случае ко-
лебания напряжения меньше влияют на характеристики
ламп, чем это имеет место для лампы накаливания.
В зависимости от типа (индуктивный или емкостный)
и величины балластного сопротивления меняется элек-
трический режим лампы при изменении напряжения
в сети.
При индуктивном балласте с повышением напряже-
ния в сети напряжение па лампе падает, ток и мощность
лампы увеличиваются, а световая отдача уменьшается.
В среднем на каждый 1 % изменения напряжения в сети
мощность световой поток и ток изменяются на 2%. При
очень сильном снижении напряжения в сети, более 25%'
поминального, лампы не будут зажигаться вообще.
При емкостном балласте характер зависимости оста-
ется таким же, как и при индуктивном балласте. Однако
в этом случае на каждый 1 % изменения напряжения
в сети мощность, световой поток и ток изменяются
в среднем только на 1%.
Радиопомехи, создаваемые люминесцентными
лампами. При зажигании люминесцентной лампы и ее
работе она является источником электромагнитных коле-
баний, лежащих в диапазоне радиочастот, которые могут
создавать радиопомехи, мешающие нормальной работе
радиоаппаратуры. Источником таких электромагнитных
колебаний главным образом являются процессы, проте-
кающие на катоде ламп, связанные с перезажиганием
каждые полпериода разряда и переходом тлеющего раз-
ряда в дуговой, а также недостаточно хорошее сцепле-
ние слоя оксида с вольфрамовым керном, приводящее к
появлению «искрения» на катоде. Источником радиопо-
26
мех могут стать и другие нестационарные процессы,
протекающие на катоде и аноде лампы, а также старте-
ры, применяемые для зажигания ламп, в момент размы-
каний их контактов. Возникающие электромагнитные ко-
лебания при работе ламп могут распространяться
в окружающее пространство и вдоль проводов сети. При
разработке схем включения приходится учитывать воз-
можность появления радиопомех и принимать ряд мер
для снижения их до установленного соответствующими
нормами уровня.
С точки зрения условий зажигания разряда в лампе,
как было указано выше, важную роль играет обеспече-
ние необходимой температуры электродов в период за-
жигания лампы.
Имеются две группы ламп, которые отличаются друг
от друга способами доведения температуры электродов
до требуемой величины.
Лампы с предварительным подогревом
электродов. Для начала термоэлектронной эмиссии
электродов их температура должна быть доведена до
800—950°C, что обеспечивается их предварительным
подогревом, пропусканием по ним большего по величине
тока, чем рабочий ток лампы. Превышение по величине
тока предварительного подогрева катода над рабочим то-
ком лампы создает условия для быстрого зажигания
лампы. По достижении электродами лампы необходимой
температуры на нее подается соответствующее напряже-
ние и лампа зажигается. После зажигания лампы отпа-
дает необходимость в дополнительном подогреве элек-
тродов, так как рабочий ток лампы, проходя по электро-
дам, обеспечивает достаточный их нагрев и поддержание
на определенном уровне термоэлектронной эмиссии.
Предварительный нагрев электродов и создание необ-
ходимого импульса напряжения обеспечивается спе-
циальным тепловым или газоразрядным прибором
—стартером, включаемым в цепь лампы. Иногда лам-
пы, зажигаемые описанным способом, называют лам-
пами стартерного или импульсного зажи-
гания.
В ряде случаев после предварительного подогрева
электродов требуемое для зажигания лампы напряжение
может быть получено за счет схемных решений пусково-
го аппарата. В этом случае отпадает необходимость
в стартере. Такие схемы включения называют бес-
27
стартерными и соответственно лампы — бес ст ар-
терн о го зажигания или быстрого пуска.
Лампы с холодным з а ж и г а н и е м. В отличие
от ранее описанного способа зажигания ламп начальная
ионизация междуэлектродпого пространства осуществля-
ется за счет ускорения имеющихся всегда в небольшом
количестве свободных электронов в разрядном промежут-
ке путем приложения к электродам лампы высокого
напряжения. Когда электроны приобретут достаточную
энергию, они па своем пути ионизируют нейтральные
атомы, образуя при этом новые свободные электроны и
положительные ионы. Ионы, бомбардируя катод лампы,
повышают его температуру и по достижении катодом
температуры термоэлектронной эмиссии он начинает вы-
делять вторичные электроны, которые под действием
электрического поля вовлекаются в процесс ионизации.
Процесс ионизации в разрядном промежутке будет уси-
ливаться до тех пор, пока в лампе не возникнет дуговой
разряд. С возникновением в лампе дугового разряда на-
пряжение па пей снижается и принимает такое же .зна-
чение, как и для обычных ламп с предварительным
подогревом электродов.
При рассмотренном способе зажигания катод работа-
ет в тяжелом режиме, поэтому вольфрамовая биспираль
должна иметь стойкое оксидное покрытие либо поме-
щаться внутри никелевого цилиндра — экрана, предохра-
няющего оксидный слон катода от распыления в процес-
се зажигания.
Лампы предназначенные для такого типа зажигания,
называют лампами х о л о д п о г о или мгновенного
з а ж и г а н и я.
Номенклатура современных люминесцентных ламп
Выпускаемые промышленностью люминесцентные
лампы различаются по следующим основным признакам:
поминальной мощности, цветности и спектральному со-
ставу излучения, форме трубки-колбы, способу включе-
ния в сеть, по роду тока для питания ламп, по способу
регулирования давления паров ртути.
Отечественной промышленностью выпускаются люми-
несцентные лампы общего назначения мощностью 4, 6,
8, 10, 13, 15, 20, 30, 40, 65, 80, НО, 125, 150 и 200 Вт. Из
указанного ряда мощностей лампы мощностью от 15 до
80 Вт выпускаются серийно в соответствии с ГОСТ
28
6825-70. Остальные типы ламп изготовляются небольши-
ми партиями по соответствующим техническим условиям.
По цветности и спектральному составу излучения
различают: лампы дневного света — ЛД; белого света—
ДБ; холодно-белого света — ЛХБ; тепло-белого света —
ЛТБ; дневного с улучшенной цветопередачей — ЛДЦ;
розового — ЛР; голубого — ЛГ, желтого — ЛЖ, крас-
ного — ЛК.
Лампы различной цветности отличаются составом
применяемого люминофора, поэтому при одинаковой
мощности они имеют разные значения поминального све-
тового потока. Электрические параметры не зависят от
цветности ламп. Наиболее высокие световые параметры
имеют лампы тиба Л Б. Лампы тина ЛД предназначены
для осветительных установок, в которых требуется пра-
вильное различие цветов, например для ряда работ в по-
лиграфической и текстильной промышленности.
При особо высоких требованиях к качеству цветопе-
редачи (на швейных, текстильных, лакокрасочных, поли-
графических предприятиях и др.) применяют лампы ти-
па ЛДЦ, которые имеют на 20—30% ниже световые па-
раметры, чем лампы такой же мощности, но другой цвет-
ности. Лампы типов ЛР, ЛГ, ЛЖ и ЛК применяют
для декоративного и театрального освещения.
По форме трубки-колбы имеются следующие раз-
новидности ламп: прямолинейные, U-образные, кольце-
вые К, квадратные КВ. W-образные. Наибольшее рас-
пространение получил первый тип ламп.
В основном отечественные лампы имеют круговое се-
чение трубки. Разработаны и выпускаются опытные пар-
тии так называемых желобковых люминесцентных ламп,
у которых трубка-колба по длине имеет продольные вмя-
тины—желобки. Такая конструкция трубки позволяет
создать лампы повышенной интенсивности, имеющие при
одиноковой длине с прямолинейной лампой большую
мощность. В маркировку этих ламп вводят букву Ж-
Если лампа снабжена проводящей полосой или име-
ет проводящее покрытие, то в маркировку лампы вводят
буквы БП, что означает лампы быстрого пуска. Эти лам-
пы имеют пониженное напряжение зажигания по сравне-
нию с обычными лампами и могут использоваться в схе-
мах бесстартериого зажигания.
По роду тока для питания ламп различают лампы пе-
ременного и постоянного тока.
29
Практически все типы Люминесцентных ламп могут
работать в цепи переменного и постоянного тока. Однако
есть специальные конструкции ламп, предназначенные
только для работы на постоянном токе. Эти лампы име-
ют конструкцию электродов, отличающуюся от обычно
применяемой для ламп переменного тока. При работе
лампы на постоянном токе се электроды работают в не-
одинаковом режиме. Анод лампы имеет большую на-
грузку, чем катод. Поэтому для устранения перегрузки
анода он должен иметь большую поверхность экра-
нов, защищающих его от разрушения, по сравнению
с катодом.
Кроме того, при работе лампы на постоянном токе
наблюдается явление катафореза, связанное с перемеще-
нием положительных ионов ртути под действием элек-
трического поля, образованного между электродами лам-
пы, к катоду. В результате этого процесса анодный ко-
нец лампы постепенно обедняется ртутью и излучение
лампы принимает неравномерное распределение его ин-
тенсивности по длине, и суммарный световой поток лам-
пы снижается. Для устранения неравномерной нагрузки
на электроды, а также последствия явления катафореза
применяют периодическое изменение полярности электро-
дов лампы, т. е. производят переполюсовку питания
лампы.
Одной из разновидностей люминесцентных ламп об-
щего назначения являются р е ф л е к т о р н ы е л а м п ы.
В обозначении маркировки ламп вводится буква Р.
В этих лампах внутренняя поверхность, примерно на 2/3
поперечного сечения трубки покрывается слоем, хорошо
отражающим свет. Поверх отражающего слоя наносится
люминофор, как и в обычной лампе. Излучение лампы
может выйти во внешнюю среду только через ту часть
поверхности трубки, которая не покрыта отражающим
слоем. В этом случае отражающий слой, нанесенный на
колбу лампы, играет роль отражателя светильника, а
вся лампа в целом превращается в лампу-светильник.
При использовании подобных ламп сильно облегчается
конструкция светильника для их установки, что приводит
к снижению капитальных затрат на сооружение освети-
тельной установки. Особо выгодно применение рефлек-
торных ламп в осветительных установках с высоким уров-
нем пыли. Меньшее запыление таких ламп снижает экс-
плуатационные расходы, связанные с чисткой светиль-
30
ников. Кроме того, поскольку пыль обычно покрывает
верхнюю часть лампы, которая не прозрачна для света,
в результате запыления не наблюдается спада светового
потока в процессе эксплуатации установки.
I По способу регулирования давления паров ртути
в лампе различают л ампы с жидкой р т у т ь ю и
амальгамные. Выше было указано, что обычно
в лампу вводят дозированное количество жидкой ртути
и оптимальные световые характеристики лампа будет
иметь при температуре окружающей среды 20—25 °C.
Подавляющее большинство типов выпускаемых ламп
в настоящее время дозируется жидкой ртутью.
Применение жидкой ртути имеет три основных недо-
статка: при изготовлении ламп использование жидкой
ртути может вызвать повышение зартученпости откачно-
го зала, где производится дозировка ртути в лампы, что
оказывает вредное влияние на работающих; в закрытых
светильниках с люминесцентными лампами температура
воздуха в несколько раз превышает оптимальное значе-
ние, поэтому световой поток ламп снижается (в зависи-
мости от температуры) на 20—30%. Аналогичная карти-
на будет при использовании ламп в жарких помещениях
или в условиях тропического климата; при эксплуатации
ламп возможны случаи боя ламп, что может привести
к нарушению гигиеничности помещений из-за разбрызги-
вания и испарения жидкой ртути.
Для устранения указанных недостатков люминесцент-
ных ламп с жидкой ртутью, а также возможности созда-
ния высокоинтенсивных ламп, в которых из-за повыше-
ния удельной нагрузки на единицу длины лампы увели-
чивается температура холодной зоны трубки, и следова-
тельно, снижается эффективность лампы, в последнее
время разработан и начат серийный выпуск амальгам-
ных ламп.
Как известно, амальгамой называют соединение ка-
кого-либо металла со ртутью. Такими металлами могут
быть индий, кадмий, галлий, цинк, свинец, олово и др.
Амальгама в виде пастообразной или твердой консистен-
ции вводится в лампу. Регулирование давления паров
ртути с помощью амальгам основано на том, что давле-
ние насыщенного пара растворителя в сплаве всегда
меньше, чем давление пара чистого растворителя. Поэто-
му в амальгамных лампах давление насыщенных паров
ртути будет достигать оптимального уровня при более
31
высокой температуре по сравнению с обычными лампами
с жидкой ртутью. Меняя состав амальгамы и место ее
расположения в лампе, можно получать различные мо-
дификации ламп, рассчитанные на разные условия ра-
боты. Наибольшее распространение получили амальгамы
на основе индия и кадмия. Амальгама в виде шарика,
небольшого штабика или таблетки может быть размеще-
на в штенгеле одной из продутых ножек, на других эле-
ментах ножки, либо па внутренней поверхности трубки.
На рис. 6 приведена за-
висимость светового потока
от температуры окружаю-
щей среды для люминес-
центной лампы мощностью
15 Вт с жидкой ртутью (кри-
вая /) и амальгамой кадмия
(кривая 2). Как видно из
рисунка,, для обычной лампы
максимум светового потока
приходится на температуру
20—25°C, а для амальгам-,
ной лампы 55—60 °C. Мож-
Рис. 6. Зависимость светового
потока люминесцентной лампы
от температуры окружающей
среды.
но также сделать вывод, что для данного типа ламп при
температуре окружающей среды меньше 40°C следует
применять лампы с жидкой ртутью, а при температуре
40 °C — амальгамные.
Для отечественных амальгамных ламп в их марки-
ровку вводится буква А, например ЛБА 15-Т (буква Т
обозначает, что лампа имеет тропическое исполнение).
На рис. 7 показан внешний вид современных люмине-
сцентных ламп общего применения, а в табл, 1 основные
их характеристики.
Люминесцентные лампы специального
назначения. Если подобрать специальный люмино-
фор, то люминесцентная лампа может быть использова-
на для облучения рассады в теплицах. Разработаны и
выпускаются отечественной промышленностью такие
лампы типа ЛФ40-1 и ЛФ40-2, у которых спектр излуче-
ния имеет два максимума в синей и красной областях,
что соответствует кривой чувствительности фотосинтеза
растений. Лампа отличается от обычных люминесцент-
ных ламп только типом примененного люминофора. Ус-
ловное обозначение типа лампы расшифровывается сле-
дующим образом: Л — люминесцентная, Ф—для фото-
32
Рис. 7. Внешний вид современных люминесцентных ламп.
о —прямолинейная с цоколем 1ц15-1; б — прямолинейная с цоколем Ц2Ш15/15;
в — U-образная с одноштырькопым цоколем; г — прямолинейная с цоколем
Ц2Ш13/24; 5 — прямолинейная с цоколем Ц2Ш13/35: <? — U-образная с двух-
штырьковым цоколем; ж —кольцевая; з — W-образная; u — квадратная; к —
желобковая.
3—72
33
Основные характеристики люминесцентных ламп
общего применения
Таблица 1
Тип лампы 1 Мощность лампы, Вт Напряжение на лампе, В Ток лампы,А Номинальный световой по- ток, лм Средняя про- должитель- ность горе- ния, ч Размеры ламп, мм
D L в
ЛБ4-1 4 30 0,15 90 2 000 16 150,0
ЛБ4-2 4 30 0,15 90 2 000 16 146,0 —
ЛБ4-2ВУ 4 30 0,15 90 1 100 16 236,0 —
ЛБР4 4 36 0,10 100 1 000 16 140,0
ЛБР4-2 4 34 0,15 110 1 000 16 140,0
ЛБ4-2В 4 30 0,15 65 2 500 16 236,0 —
ЛБ6-1 6 46 0,15 180 2 000 16 226,0 —
ЛБ6-2 6 46 0,15 180 2 000 16 222,0 —
ЛБ8-1 8 61 0,17 330 2 000 16 302,0 —
ЛБ8-2 8 61 0.17 330 2 000 16 298,0 —
ЛБ8-3 8 61 0,17 360 5 000 16 302.0 —
ЛБ8-2В 8 60 0,17 330 1 500 16 236,0 —.
ЛБ1'8БП 8 61 0,17 300 1 000 16 146,0 38
ЛХ-10 10 38 0,33 200 5 000 25 272,0 —
ЛХ-15 15 54 0,33 390 5 000 25 452,4 —
ЛБ13-1 13 95 0,175 540 2 000 16 531,0 —
ЛБ13-2 13 95 0,175 540 2 000 16 528,0 —
ЛДЦ 15-3 15 54 0,33 4601 10 000 25 451,7 —
ЛД15-3 15 54 0,33 550 10 000 25 451,6 —
ЛБ15-3 15 54 0,33 710 10 000 25 451,6
ЛХБ15-3 15 54 0,33 600 10 000 25 451,6 —
Л ТБ 15-3 15 54 0,33 600 10 000 25 451,6 —
ЛДЦ1Л5 15 58 0,30 450 7 500 25 240,0 86
ЛДЦ 15 15 58 0,30 450 7 500 25 240,0 86
ЛБ1Л5 15 58 о.зо 630 7 500 25 240,0 86
ЛБШ5МП-В 15 64 0,30 600 3 000 25 240,0 86
ЛХБ1Л5 15 58 0,30 525 7 500 25 240,0 86
ЛТБ1Л5 15 58 0,30 525 7 500 25 240,0 86
ЛДЦ 15-1 15 54 0,33 450 7 500 25 452,4 —
ЛБА15-Т 15 58 0,30 630 4 000 25 452,4
ЛБ15МП-В 15 62 0,30 630 3 000 25 452,4 —
ЛДЦ20-3 20 59 0,39 720 10 000 38 604,0 —
ЛБ20-3 20 59 0,39 1100 10 000 38 604,0 —
ВХБ20-3 20 59 0,39 900 10 000 38 604,0 —
ЛТБ20-3 20 59 0,39 900 10 000 38 604,0 —
ЛДЦ1120 20 60 0,35 620 7 500 38 322,0 135
ЛД020 20 60 0,35 620 7 500 38 322,0 135
ЛБ1120 20 60 0,35 800 7 500 38 322,0 135
лхвиго 20 60 0,35 780 7 500 38 322,0 135
ЛТБЦ20 20 60 0,35 780 7 500 38 322,0 135
ЛБК22 22 66 0,38 850 5 000 33 216,0* —
лдцзо-з 30 104 0,36 1320 10000 25 908,8
лдзо-з 30 104 0,36 1530 10 000 25 908,8 —
34
Продолжение табл. 1
Тип лампы Мощность лампы, Вт Напряжение на лампе, В 3 Е Й Ч * [О Номинальный световой по- ток, л» Средняя про- должитель- ность горе- ния, ч Размеры ламп, мм
D L В
ЛХБЗО-З 30 104 0,36 1500 10 000 25 908,8
ЛБЗО-З 30 104 0,36 1960 10 000 25 908,8 —
ЛТБЗО-З 30 104 0,36 1500 10 000 25 908,8 —
лдцизо 30 104 0,36 1110 7 500 25 465,0 86
ЛДБ’30 30 104 0,36 1110 7 500 25 465,0 86
ЛБНЗО 30 104 0,36 1680 7 500 25 465,0 86
лхвизо 30 104 0,36 1500 7 500 25 465,0 86
ЛТБСЗО 30 104 0,36 1500 7 500 25 465,0 86
ЛБУ/ЗО 30 104 0,36 1400 7 500 25 230,0 231
лдцзо 30 104 0,36 1000 7 500 25 230,0 231
ЛБКВЗО 30 108 0,34 1500 5 000 16 280,0 290
ЛХД-ЗО 30 101 0,36 900 5 000 25 908,9 —
ЛБК-32 32 82 0,41 1500 5 000 33 311,0* —
ЛДЦ40-3 40 103 0,43 1750 10 000 38 1213,6 —
ЛД40-3 40 103 0,43 2100 10 000 38 1213.6 —-
ЛБ40-3 40 103 0,43 2800 10 000 38 1212,6 —
ЛХБ40-3 40 103 0,43 2400 10 000 38 1213.6 —
ЛТБ40-3 40 103 0,43 2400 10 000 38 1213,6 —
ЛК40 40 103 0,43 310 7 500 38 1214,4 —
Л340 40 103 0,43 2100 7 500 38 1214,4 —
ЛЖ40 40 103 0,43 1380 7 500 38 1214,4 —
ЛГ40 40 103 0,43 900 7 500 38 1214,4 —
ЛР40 40 103 0,43 530 7 500 38 1214,4 —
ЛЖ40-1 40 103 0,43 1700 7 500 38 1214,4 —
ЛДЦШО 40 108 0,41 1520 7 500 38 626,0 136
ЛДШО 40 1С8 0,41 1520 7 500 38 626,0 136
ЛБ114О 40 108 0,41 2360 7 500 38 626,0 136
ЛХБО40 40 108 0,41 2000 7 500 38 626,0 136
ЛТБШО 40 108 0,41 2000 7 500 38 626,0 136
ЛДЦ4ОБП 40 108 0,43 1615 7 500 38 1214,4 —
ЛБ4ОБП 40 103 0,43 2350 7 500 38 1214,4 —
ЛК40БП 40 108 0,41 310 3 000 38 1214,4 —
ЛЖ40БП 40 108 0,41 1360 3 000 38 1214,4 —
Л340БП: 40 108 0,41 2000 3 000 38 1214,4 —
ЛГ40БП 40 108 0,41 800 3 000 38 1214,4 —
ЛР40БП 40 108 0,41 520 3 000 38 1214,4 —
ЛБР40 40 103 0,43 1900 7 500 38 1214,4 —
ЛБК40 40 103 0,44 2100 5 000 38 412* —
ЛБА40-2 40 103 0,41 3000 10 000 38 1514,4 —
ЛДЦ65-3 65 НО 0,67 2730 10 000 38 1514,2 —
ЛД65-3 65 110 0,67 3320 10 000 38 1514,2 —
ЛБ65-3 65 НО 0,67 4260 10000 38 1514,2 —
ЛХБ65-3 65 НО 0,67 3470 10 000 38 1514.2 —
ЛТБ65-3 65 НО 0,67 3470 10 000 38 1514.2 —•
ЛД80-3 80 1 102 0,88 3800 10 000 38 1514,2 —
3*
35
Продолжение табл. 1
О) во С о 3 1 It :яя про- итель- горе- ч Размеры ламп, ММ
Тип лампы 8 i со
h М е - о П к D L в
(2 О CJ I =
ЛБ80-3 80 102 0,88 4 880 10 000 38 1514,2
ЛДЦ80-3 80 102 0,88 3 225 10 000 38 1514.2 —
ЛХБ80-3 80 102 0.88 3 840 10 000 38 1514,2 —
ЛТБ80-3 80 102 0.88 3 840 10 000 38 1514,2 —
ЛБР80 80 102 0.88 3460 7 500 38 1515,0 —-
лдциво 80 108 0,82 2 720 7 500 38 776,0 135
лдиво 80 108 0,82 2 720 7 500 38 716,0 135
ЛБО80 80 108 0,82 3 680 7 500 38 776,0 135
ЛХБ80 80 108 0,82 3 520 7 500 38 776,0 135
ЛТБ1180 80 108 0,82 3 520 7 500 38 776,0 135
ЛБА80-2 80 102 0,88 5 220 10000 38 1514,2 -—
ЛБЖ80 80 115 0,88 4 320 5 000 38 1214,4 —
ЛБ125-1 125 120 1,25 6 000 3 000 38 1515,0 —
ЛХБ150 150 90 1,9 8 000 5 000 38 1524,0 —
ЛХБ200 200 65 3,3 10 000 3 000 54 1523,0 —
ЛБЖ150 150 НО 1,65 8 000 5 000 54 1524,0 —
ЛБЖ110 ПО 90 1,5 6 000 5 000 54 1224,0 —
Примечания:
1. Условное обозначение типа ламп расшифровывается следующим обра-
зом: Л — люминесцентная; вторая буква: Д — дневного света, Б — белого
света. К — красного цвета, Р — розового цвета, Г — голубого цвета, Ж — жел-
того цвета, С — синего цвета, 3 — зеленого цвета, X — холодного света; вто-
рая и третья буквы: ХБ — холодно-белого света, ХД — холодно-дневного све-
та, ТБ — тепло-белого света; третья буква: А — амальгамная, Р — рефлектор-
ная, К — кольцевая, КВ — квадратная, Ж — желобковая. U — U-образнэя.
W — W-образная, Ц — с улучшенной цветопередачей; цифры — мощность лам-'
пы, Вт; следующие за цифрами буквы: БП — быстрого пуска, МП — мгно-
венного пуска; цифра через дефис—порядковый номер разработки; буквы
через дефис: Т — тропическое исполнение, В — вибропрочная; вторая буква
У — ударопрочная.
2. Размеры, отмеченные звездочкой, относятся к внешнему диаметру
кольцевой лампы Dj.
3. Приведенные значения светового потока для стандартных люмине-
сцентных ламп соответствуют табл. 2а ГОСТ 6825-70. В ближайшие годы бу-
дут улучшены световые параметры стандартных ламп (см. табл. 2
ГОСТ 6625-70), которые обеспечат увеличение светового потока ламп на
5—10%.
синтеза, мощность 40 Вт; цифра после дефиса — поряд-
ковый номер разработки. Лампа имеет мощность 40 Вт
рассчитана на работу в сети напряжением 220 В, поми-
нальный световой поток 1680 лм и средняя продолжи-
тельность горения 1260 ч.
Если трубку-колбу люминесцентной лампы изгото-
вить из специального стекла, так называемого увнолево-
го, то ультрафиолетовое излучение разряда будет прохо-
36
дить через стенки трубки. Это излучение может быть
полезно использовано. На этом принципе основано
устройство бактерицидных и эритемных ламп.
Бактерицидная лампа по конструкции пред-
ставляет собой обычную люминесцентную лампу, но кол-
ба ее изготовлена из увиолевого стекла марки С96-4,
прозрачного для ультрафиолетового излучения с длиной
волны 254 нм, и не покрывается люминофором. Это из-
лучение обладает сильным бактерицидным действием,
т. е. убивает бактерии, поэтому такие лампы могут ис-
пользоваться для обеззараживания воздуха, жидкостей,
продуктов и др. Промышленностью выпускаются бактери-
цидные лампы типа ДБ 15, ДБЗО-1 и ДБ60 (дуговые бак-
терицидные), мощностью соответственно 15, 30 и 60 Вт,
напряжение па лампе 55, 100 и 108 В, бактерицидный
поток 2. 6 и 8 бакт. и средняя продолжительность горе-
ния 2и00 и 3000 u
Если внутреннюю поверхность трубки-колбы из увио-
левого стекла покрыть специальным люминофором, пре-
образующим ультрафиолетовое излучение основного раз-
ряда в ультрафиолетовый поток, но с несколько большой
длиной волны (в области 280—380 нм с максимумом
310 нм), то можно получить так называемые эритемные
лампы. Свое название эти лампы получали по тому
действию, которое они оказывают на кожу человека —
вызывают ее покраснение, загар — эритему. Такие лампы
применяют в условиях естественной ультрафиолетовой
недостаточности (в районах Крайнего Севера, в подзем-
ных выработках и т. п.). Промышленностью выпуска-
ются эритемные лампы типа ЛЭ15, ЛЭЗР-1 и ЛЭР-40
мощностью соответственно 15, 30 и 40 Вт, напряжение на
лампе 58, 108 и 103 В, эритемная облученность, создава-
емая лампой па расстоянии 1 м, составляет 30, 75 и
1000 мэр/м 2, средняя продолжительность горения 600,
2000 и 1500 ч. Лампа типа ЛЭР имеет на внутренней по-
верхности рефлекторный слой , покрывающий примерно
2/3 поперечного сечения трубки и позволяющий скон-
центрировать излучение лампы в определенном на-
правлении.
Описанные выше специальные люминесцентные лам-
пы могут включаться в сеть по тем же схемам и с теми
же пускорегулирующими аппаратами, что и люминесцент-
ные лампы общего назначения, соответствующей мощ-
ности и напряжения.
37
Включение люминесцентных ламп в сеть
Процесс зажигания люминесцентных ламп и поддер-
жание нормального их рабочего режима связан с необ-
ходимостью соблюдения определенных условий. Поэтому
схема включения ламп должна состоять из ряда элемен-
тов, выполняющих определенные функции.
Лампа может быть включена в сеть только при нали-
чии последовательно соединенного с пей балластного со-
противления. Отсюда обязательный элемент любой схе-
мы — балласт.
Второй элемент схемы — зажигающее устройство,
которое обеспечивает предварительный подогрев элек-
тродов лампы п подачу на нее необходимого по величине
зажигающего напряжения. Для ламп с холодными элек-
тродами зажигающее устройство обеспечивает подачу
на лампу импульса высокого напряжения. Желательным
требованием к этому элементу схемы является возмож-
ность автоматического повторения цикла операций, необ-
ходимых для зажигания лампы, так как в ряде случаев
не удается зажечь лампу с первой попытки.
Для подавления радиопомех, создаваемых лампой,
в схеме включения должен быть элемент, снижающий
уровень помех радиоприему до допустимых значений.
Должен быть обеспечен нормируемый коэффициент
мощности комплекта: лампа — балласт, поэтому в схеме
включения следует предусмотреть соответствующий
элемент.
Важным элементом схемы включения является уст-
ройство, уменьшающее пульсацию светового потока ламп.
Совокупность всех элементов схемы включения лам-
пы, конструктивно оформленной в виде единого аппарата
либо нескольких отдельных блоков, называют пускорегу-
лирующим аппаратом (ПРА).
ПРА п лампа составляют единый комплекс, так как
всякое изменение параметров ПРА вызывает соответст-
вующее изменение характеристик лампы. Поэтому нель-
зя рассматривать лампу изолированно от ПРА.
К ПРА предъявляются следующие требования. ПРА
должен обеспечить получение оптимальных значений
световой отдачи и срока службы ламп, обладать мини-
мальными потерями мощности, иметь минимальные стои-
мость и массу, быть надежным и долговечным в эксплу-
атации, обеспечивать удобство монтажа и эксплуатации,
конструкция его должна быть технологична для серийно-
38
го производства. Поскольку ряд перечисленных требова-
ний взаимно противоречиво, их одновременное удовлет-
ворение практически невозможно. В этой связи возника-
ет задача поиска компромиссного пути ее решения, т. е.
нахождения оптимального решения. Эта задача обычно
решается при разработке соответствующих ПРА.
Стартерные схемы включения люминесцентных ламп
Рис. 8. Схема вклю-
чения люминесцент-
ной лампы со старте-
ром тлеющего раз-
ряда.
Одноламповые схемы включения. Простейшая стар-
терная схема включения приведена на рис. 8. Основные
элементы этой схемы: стартер, включенный параллельно
лампе, и дроссель, соединенный последовательно с пей.
Стартер представляет собой не-
. большую газоразрядную лампу
тлеющего разряда (рис. 9). Стек-
• лянная колба наполняется смесью
инертных газов (например, аргон,
неон и гелий) и помещается в ме-
таллический или пластмассовый кор-
пус, на верхней крышке которого
имеется смотровое окно. Стартер
имеет два электрода. Различают не-
симметричную и симметричную кон-
струкцию стартеров. В несиммет-
ричных стартерах один электрод не-
подвижный, а второй подвижный,
изготовленный из биметалла. При
нагревании биметаллического элек-
трода из-за разных коэффициентов
линейного расширения металлов, об-
разующих электрод, он будет изги-
баться и контактировать с неподвижным электродом.
В симметричной конструкции стартеров оба электрода
изготавливаются из биметалла. Эта конструкция дает
ряд преимуществ по сравнению с несимметричной.
Напряжение зажигания в стартере тлеющего разря-
. да выбирается таким образом, чтобы оно было меньше
номинального напряжения сети, но больше рабочего на-
пряжения, устанавливающегося на люминесцентной лам-
пе при се горении.
При включении схемы (рис. 8) на напряжение сети
оно полностью окажется приложенным к стартеру. Элек-
троды стартера разомкнуты и в нем возникает тлею-
щий разряд. В цепи будет проходить небольшой ток
39
20—50 мА. За счет выделяемой па электродах мощнос-
ти нагреваются биметаллические электроды, и они, из-
гибаясь, замкнут цепь, при этом тлеющий разряд в стар-
тере прекратится. Через дроссель и последовательно
соединенные электроды начнет проходить ток, который
будет подогревать электроды ламп. Величина этого то-
ка определяется сопротивлением электродов лампы
Рис. 9. Стартеры тлеющего разряда.
а, б — вид стартера с одним и двумя биметаллическими электродами;
в — стартер со снятым кожухом; г — внешний вид стартера.
и индуктивным сопротивлением дросселя, главным обра-
зом величина тока определяется сопротивлением дроссе-
ля. Дроссель рассчитывается таким образом, чтобы ток
предварительного подогрева электродов составлял 1,2—
1,8 номинального тока лампы. Длительность предвари-
тельного подогрева электродов определяется временем,
в течение которого электроды стартера остаются замкну-
тыми. Когда электроды стартера замкнуты, они остывают,
и по прошествии определенного промежутка времени,
называемого временем контактирования, электроды раз-
мыкаются. Так как дроссель обладает большой индук-
тивностью, то в момент размыкания электродов старте-
ра в дросселе возникает большой импульс напряжения,
зажигающий лампу.
После зажигания лампы в цепи установится ток,
равный номинальному рабочему току лампы. Этот ток
обусловит такое падение напряжения на дросселе, что на-
пряжение на лампе станет примерно равным половине
номинального напряжения сети. Так как стартер вклю-
чен параллельно лампе, то напряжение на нем будет
равно напряжению на горящей лампе, и в связи с тем,
что оно недостаточно для зажигания тлеющего разря-
40
да в стартере, его электроды останутся разомкнутыми
при горении лампы.
Возможность зажигания лампы зависит от температу-
ры электродов в момент зажигания разряда, которая
определяется длительностью предварительного подогре-
ва электродов и величиной тока, проходящего через
лампу в момент размыкания контактов стартера. Если
разрыв цепи произойдет при малом значении тока, то
величина индуктированной в дросселе э. д. с., а следова-
тельно, приложенного к лампе напряжения могут ока-
заться недостаточными для ее зажигания. Лампа в этом
случае не зажжется. Поэтому, если при первой попыт-
ке стартер не зажжет лампу, он сразу же автоматиче-
ски будет повторять описанный процесс, пока не про-
изойдет зажигание лампы. Согласно ГОСТ 8799-67
на стартеры зажигание лампы должно быть обеспе-
чено за время не более 15 с. Зажигание лампы обычно
происходит при двух — пяти попытках, при этом суммар-
ное время контактирования стартера составляет 1—3 с,
Параллельно стартеру включен конденсатор ем-
костью 0,004—0,01 мкФ. Этот конденсатор обычно раз-
мещается в корпусе стартера.
Конденсатор выполняет две функции: снижает уро-
вень радиопомех, возникающих при контактировании
электродов стартера и создаваемых лампой, с другой
стороны, этот конденсатор оказывает влияние на вели-
чину и длительность импульса напряжения, зажигающе-
го лампу.
Конденсатор уменьшает величину импульса напря-
жения, образуемого в момент размыкания электродов
стартера, и увеличивает его длительность. При отсутст-
вии конденсатора напряжение на лампе очень быстро
возрастает, достигая нескольких тысяч вольт, по про-
должительность его действия очень небольшая. Это сни-
жает энергию импульса и в этих условиях резко пони-
жается надежность зажигания ламп. Кроме того, вклю-
чение конденсатора параллельно электродам стартера
несколько уменьшает вероятность сваривания или, как
говорят, залипания электродов, получающегося в ре-
зультате образования электрической дуги в момент раз-
мыкания электродов. Конденсатор способствует быстро-
му гашению дуги. Однако залипание электродов старте-
ра является одной из основных причин выхода их из
строя.
41
Применение конденсаторов в стартере не обеспечива-
ет полного подавления радиопомех, генерируемых лю-
минесцентной лампой- Поэтому необходимо дополнитель-
но на входе схемы (рис. 8) установить фильтр, состо-
ящий из двух конденсаторов емкостью не менее 0.008 мкФ
каждый, соединяемых последовательно, и среднюю
точку заземлить.
Одним из возможных способов снижения уровня ра-
диопомех является применение досселей с симметриро-
ванной обмоткой (рис. 8). Обмотка дросселя состоит из
двух частей, имеющих равное число витков, намотан-
ных на один общий сердечник. Каждая часть дросселя
соединена последовательно с одним нз электродов лам-
пы. При разделении обмоток дросселя увеличивается
взаимная емкость обмоток, которая шунтирует выход
в сеть сигналов, создающих радиопомехи. Кроме того,
включение последовательно с каждым электродом ин-
дуктивного сопротивления в виде одной части обмотки
увеличивает сопротивление радиопомехам на их пути от
лампы к питающей сети.
Если потребуется получить еще более низкий уровень
радиопомех, то дополнительно необходимо включить па
выходе ПРА конденсатор емкостью не менее 0,05 мкФ.
В настоящее время в выпускаемых промышленностью
дросселях широко применяются симметрированные об-
мотки.
В балласте, состоящем из индуктивного и емкостно-
го элементов с преобладанием емкостного сопротивле-
ния’ в период зажигания лампы ток предварительного
подогрева электродов имеет недостаточную величину.
Это связано с тем, что для дросселя и конденсатора
с дросселем вольт-амперная характеристика имеет раз-
ный вид. Поэтому при одном и том же напряжении
пусковой ток во втором случае будет меньше. Для уст-
ранения этого явления необходимо на время пуска лам-
пы увеличить ток предварительного подогрева, что мож-
но сделать, если частично компенсировать емкость бал-
ластного конденсатора индуктивностью. В цепь стартера
включается дополнительная индуктивность в виде ком-
пенсирующей катушки К (рис. 10). При замыкании элек-
тродов стартера эта компенсирующая катушка включа-
ется последовательно с дросселем Др и конденсатором С,
общая индуктивность схемы возрастает, а вместе с ней
увеличивается ток предварительного подогрева. После
42
размыкания электродов стартера компенсирующая ка-
тушка отключается и в рабочем режиме лампы она не
участвует. Индуктивность дополнительной катушки ком-
пенсирует также емкость конденсатора, установленного
в стартере. Поэтому в схему следует вводить дополни-
тельный конденсатор емкостью не менее 0,008 мкФ, вклю-
чаемый параллельно лампе и выполняющий в этом слу-
чае роль помехоподавляющего
конденсатора.
Один из недостатков рассмот-
ренных схем — низкий коэффици-
ент мощности. Он составляет ве-
личину 0,5—0,6. Пускорегулирую-
щие аппараты, выполненные на
основе этих схем, относятся к
группе так называемых некомпен-
сированных аппаратов. При ис-
пользовании таких аппаратов для
повышения низкого коэффициен-
та мощности установки нсобходи
мо предусматривать групповую
или индивидуальную компенса-
цию коэффициента мощности,
обеспечивающую доведение его
опережающая схема
включения люминесцент-
ной лампы.
для всей осветительной установки до величины 0,85—0,9.
При невозможности или экономической неэффектив-
ности применения групповой компенсации коэффициен-
та мощности используют схемы, в которых дополнитель-
но параллельно лампе включается конденсатор доста-
точной емкости, выбранный таким образом, чтобы коэф-
фициент мощности схемы повысился до величины 0,85
—0,9 (рис. 8). ПРА, изготовленный по этой схеме, назы-
вают компенсированным. Расчеты показывают, что при
напряжении 127 В для ламп мощностью 15 и 20 Вт кон-
денсатор должен иметь емкость 3,4—4 мкФ; для ламп
мощностью 30 и 40 Вт при напряжении 220 В емкость
конденсатора составляет 3—5 мкФ.
Основной недостаток стартерных схем зажигания —
их низкая надежность, которая обусловлена недостаточ-
ной надежностью современных стартеров. Надежная
работа стартера также зависит от изменения напряже-
ния в питающей сети. Со снижением напряжения в пита-
ющей сети увеличивается время, необходимое для ра-
зогрева биметаллических электродов, а при снижении
43
напряжения более чем на 30% номинального стартер
вообще не обеспечивает контактирования электродов,
и лампа не будет зажигаться, значит с уменьшением
напряжения в питающей сети время зажигания лампы
увеличивается.
У люминесцентной лампы по мере старения наблю-
дается увеличение ее рабочего напряжения а у старте-
ра в зависимости от вида наполняющих газов с ростом
срока службы напряжение зажигания тлеющего разря-
да может уменьшаться. В результате этого возможно,
что при горящей лампе стартер начнет срабатывать,
и лампа гаснет. При размыкании электродов стартера
лампа вновь загорится, будет наблюдаться мигание
лампы. Такое мигание лампы помимо вызываемого им не-
приятного зрительного ощущения может привести к пере-
греву дросселя, выходу его из строя и порче лампы. По-
добные же явления могут иметь место при использова-
нии старых стартеров в сети с пониженным уровнем
напряжения. При появлении миганий лампы необходи-
мо заменить стартер на новый.
Выпускаемые промышленностью стартеры имеют
значительные разбросы времени контактирования элек-
тродов, и оно очень часто недостаточно для надежного
предварительного подогрева электродов лампы. В ре-
зультате этого стартер зажигает лампу после несколь-
ких промежуточных попыток, что увеличивает длитель-
ность переходных процессов, снижающих срок службы
ламп.
Общий недостаток всех одноламповых схем — не-
возможность уменьшить создаваемую одной люминес-
центной лампой пульсацию светового потока. Поэтому
такие схемы можно применять в помещениях, где уста-
навливаются несколько ламп, а в случае их использо-
вания для группы ламп; рекомендуется с целью умень-
шения пульсации светового потока лампы включать
в различные фазы трехфазной цепи. Необходимо также
стремиться к тому, чтобы освещенность в каждой точке
создавалась не менее чем от двух-трех ламп, включен-
ных в разные фазы сети.
Двухламповые схемы включения. Применение двух-
ламповых схем включения дает возможность уменьшить
пульсацию суммарного светового потока, так как пуль-
сация светового потока каждой лампы происходит не
одновременно, а с некоторым сдвигом по времени По-
44
Рис. 11. Двухламповая схема
с расщепленной фазой.
этому суммарный световой поток двух ламп никогда не
будет равен нулю, а колеблется вокруг некоторого сред-
него уровня с частотой меньшей, чем при одиночной
лампе. Кроме того, эти схемы обеспечивают высокий
коэффициент мощности комплекта лампа — ПРА.
Наибольшее распространение получила двухлампо-
вая схема, называемая часто схемой с расщепленной
фазой (рис. 11). Эта схема
является комбинацией из
двух элементов: отстающей
и опережающей схем. В пер-
вой ветви ток отстает по
фазе от напряжения па угол
60°, а во второй — опережа-
ет на угол 60°. Благодаря
этому ток во внешней цепи
будет почти совпадать по
фазе с питающим напряже-
нием и коэффициент мощно-
сти всей схемы составит ве-
личину 0,9—0,95. Эту схе-
му можно отнести к груп-
пе компенсированных и по
сравнению с одноламповой некомпенсированной схемой
она обладает тем преимуществом, что не требуется при-
нимать дополнительных мер для повышения коэффици-
ента мощности.
Эта схема имеет еще одно важное преимущество:
при снижении напряжения в питающей сети световой
поток лампы в емкостной ветви ПРА уменьшается при-
мерно в 2 раза по сравнению с индуктивной. Следова-
тельно, общая стабильность суммарного светового по-
тока двухлампового ПРА будет выше.
При изготовлении ПРА в этой схеме общий расход
конструкционных материалов, как правило, меньше,
чем для двух одноламповых аппаратов.
Промышленностью выпускается большое количество
различных типов аппаратов, выполненных по этой схеме.
Последовательное включение люминесцентных ламп.
В некоторых практических случаях может возникнуть
необходимость в последовательном включении люминес-
центных ламп. Например, потребуется включить в сеть
с напряжением 220 В две лампы мощностью 15 пли
20 Вт, имеющих рабочее напряжение около 60 В.
45
Для последовательного включения должны быть взя-
ты две одинаковые по мощности лампы. Не рекомен-
дуется включать последовательно лампы разной мощ-
ности, так как рабочий ток у таких ламп неодинаков
по величине.
В качестве балластного сопротивления может быть
использован стандартный дроссель, рассчитанный на
Рис. 12. Схемы последо-
вательного включения
люминесцентных ламп.
лампу суммарной мощности.
В схеме на рис. 12,а стартеры
должны быть взяты на половин-
ное напряжение сети, т. е. для се-
ти 220 В стартер выбирается на
напряжение 127 В. Недостаток
этой схемы — низкая надежность,
обусловленная применением двух
стартеров. При несимметричной
конструкции стартеров и имею-
щемся технологическом разбросе
их параметров возможны случаи
неодновременной работы старте-
ров, что может привести к холод-
ному зажиганию одной из ламп.
Более надежнее будет схема, в
которой применен один стартер
на две лампы.
В схеме на рис. 12,6 предвари-
тельный подогрев двух «средних»
электродов ламп осуществляется
специальным накальным трансформатором, работающим
как трансформатор тока и отключаемым стартером пос-
ле зажигания лампы. В этой схеме используется один
стартер, рассчитанный на номинальное напряжение сети.
Вместо накального трансформатора может быть ис-
пользована дополнительная обмотка, которая будет
обеспечивать предварительный подогрев «средних» элек-
тродов ламп в процессе пуска и постоянный подкал
электродов в рабочем режиме. Эта схема имеет некото-
рый недостаток по сравнению с предыдущей — повы-
шенные потери мощности в аппарате за счет дополни-
тельной обмотки.
Общий недостаток схем последовательного включе-
ния — их низкая надежность, обусловленная тем, что
в отличие от двухламповых схем с параллельным вклю-
чением ламп при последовательном включении выход из
46
с1рйя одной из ламп выводит из работы весь ПРА. Кро-
ме того, не обеспечивается снижение пульсации суммар-
ного светового потока.
Бесстартерные схемы включения люминесцентных ламп
Низкая надежность современных стартерных схем
зажигания люминесцентных ламп привела к разработке
большой группы схем, в которых не применяется стар-
тер для предварительного подогрева электродов ламп
и получения требуемого импульса напряжения для их
зажигания. Эта группа схем получила общее название —
бесстартерные схемы.
Возможность бесстартерпого зажигания ламп осно-
вана на следующих предпосылках.
Напряжение зажигания люминесцент-
ных ла мп, как было показано выше, зависит от темпе-
ратуры электродов. Пока электроды ламп остаются хо-
лодными, напряжение зажигания велико. По мере повы-
шения температуры электродов величина требуемого на-
пряжения для зажигания ламп уменьшается, достигая
некоторого минимума, ниже которого оно не снижается
(см. рис. 3, а). Это будет напряжение, при котором лам-
па горит в рабочем режиме. По ряду технологических
причин напряжение зажигания от лампы к лампе име-
ет различное значение. Поэтому зависимость напряже-
ния зажигания группы ламп от температуры электро-
дов, строго говоря, будет представлена не кривой, а не-
которой областью зажигания (на рис. 13,а она
заштрихована). Для того чтобы максимально снизить
вероятность холодных зажиганий ламп, технические ус-
ловия на люминесцентные лампы ограничивают верх-
ний предел напряжения зажигания подогретой лампы
и нижнюю границу зажигания холодной лампы. Также
регламентируется напряжение накала электродов, при
котором гарантируется зажигание ламп. Основные тех-
нические требования, предъявляемые к бесстартерным
ПРА, приведены в табл. 2.
В бесстартерных схемах для снижения напряжения
зажигания должны, как правило, применяться лампы,
снабженные устройствами, облегчающими зажигание,
т. е. должны иметь проводящую полосу или проводящее
покрытие.
Исходя из зависимости напряжения зажигания ламп
от температуры электродов, любая бесстартерная схе-
47
ма должна обеспечить предварительный подогрев элек-
тродов и подачу на лампу в момент ее поджига напряже-
ния по величине выше, чем напряжение зажигания.
Рис. 13. Зависимость напряжения зажигания лампы
от температуры электродов и характеристики различ-
ных способов зажигания ламп.
Кроме того, после зажигания лампы ток подогрева элек-
тродов должен быть значительно снижен. Требования
к форме кривой тока через лампу и к коэффициенту
Таблица 2
Основные технические требования, предъявляемые
к бесстартерным ИРЛ
Номиналь- ная мощ- ность ламп, Вт Напряжение накала в пусковом режиме, В Ток в вет- вях элек- тродов (не более), А Напряжение холостого хода, В Макси- мальный ток пред- варитель- ного нагре- ва при 1,1УН. А
при 0.9VH при 1,1УН минималь- нее на за- жимах ламп (дей- ствующее) максималь- ное на за- жимах ламп (амп- литудное)
20 7,5 10,5 0,65 170 400 0,35
30 7,5 10,5 0,75 205 420 0,46
40 7,5 10,5 0,75 205 420 0,46
65 3,1 4,4 1.10 220 420 0,80
80 7,5 10,5 1,60 220 475 0,77
Примечание Указание в столбцах 5 и 6 напряжение холостого хода
должно обеспечиваться ПРА при его включении в сеть с номинальной частотой и на-
пряжением, отличающимся от поминального значащий ±10%.
48
мощности сохраняются такими же, как н для стартер-
ных схем.
По способу зажигания ламп все бесстартерпыс схе-
мы можно разделить на два вида: схема с предвари-
тельным подогревом электродов (быстрое зажигание)
и схемы холодного (мгновенного) зажигания.
Для схем с предварительным подогревом электродов
возможны три варианта осуществления зажигания
ламп.
Первый вариант (рис. 13,6). Напряжение хо-
лостого хода t/x.x на лампу подается одновременно
с напряжением предварительного подогрева электродов.
При этом величина остается неизменной до момен-
та зажигания лампы. Напряжение холостого хода ПРА
выбирается из расчета, чтобы зажигание лампы прои-
зошло при достаточно нагретых электродах. По мере
нагрева электродов напряжение зажигания снижается
и, когда оно достигает величины напряжения по-
данного па негорящую лампу, лампа зажигается. При
этом способе зажигания имеется большая вероятность
холодных зажиганий ламп, так как напряжение холос-
того хода ПРЛ выбирается по величине наибольшего
напряжения зажигания, определенного для группы
ламп, для отдельных ламп оно может оказаться слиш-
ком высоким. Это может привести к их холодному за-
жиганию.
Второй вариант (рис. 13,в). Напряжение t/x,x
па ламп)' подается только после предварительного дос-
таточного подогрева электродов. Напряжение холостого
хода ПРА может быть достаточно высоким, что обеспе-
чивает надежное зажигание ламп. Этот способ создает
наилучшие условия зажигания ламп, и вероятность их
холодного зажигания практически снижена до нуля.
Этот способ получил наименование ждущего зажи-
гания.
Третий вариант (рис. 13, г). После достаточно-
го предварительного подогрева электродов резко увели-
чивается напряжение холостого хода ПРА или понижа-
ется напряжение зажигания лампы. Этот способ вклю-
чения обеспечивает небольшую вероятность холодных
зажиганий. Однако создание ПРА, обеспечивающее этот
способ зажигания, представляет значительные трудности.
Принципиально все схемы с предварительным подо-
гревом электродов по способу их соединения можно
4—72
49
разделить на две группы: с последовательным и парал-
лельным соединением электродов ламп. Наибольшее
распространение получила последняя группа схем, по-
этому в первую очередь рассмотрим эти схемы-
На рис. 14 приведены простейшие бесстартерные схе-
мы, в которых в качестве балластного сопротивления
используется дроссель Др. а предварительный подогрев
Рис. 14. Бесстартерные схемы
зажигания люминесцентных
ламп с накальным трансформа-
тором (а) или автотрансформа-
тором (б).
электродов осуществляется
накальным трансформато-
ром НТ (рис. 14,а) либо
автотрансформатором АТ
(рис. 14,6).
Трансформатор имеет две
накальные обмотки, кото-
рые обычно соединяются та-
ким образом, чтобы напря-
жение накала суммировалось
с напряжением, поданным
на первичную обмотку на-
кального трансформатора.
Это несколько увеличивает
напряжение на лампе в пус-
ковой период (0,85—1,05Uu),
однако оно все же не
всегда может обеспечить уверенное зажигание ламп,
что является недостатком этой схемы.
В схеме с автотрансформатором (рис. 14, б) возмож-
но получение более высокого напряжения холостого хо-
да (1,1—1,2 Un), чем при схеме с трансформатором.
Зажигание лампы в этих схемах произойдет в тот
момент, когда напряжение зажигания лампы, снижаясь,
станет равным напряжению, приложенному к лампе.
После зажигания лампы через дроссель начнет прохо-
дить ее рабочий ток. Этот ток создает па дросселе па-
дение напряжения, вследствие чего снизится примерно
в 2 раза напряжение на первичной обмотке трансфор-
матора или автотрансформатора и соответственно на
лампе. Также в 2 раза уменьшится напряжение накала
электродов, что снизит ток подкала электродов. Схемы,
в которых предусматривается атоматическое уменьше-
ние напряжения накала электродов после зажигания
лампы, называют компенсированными.
Следует обратить внимание на то обстоятельство,
что при горении лампы через ее электроды постоянно
50
бесстартерпом зажи-
больше, чем в стар-
Рис. 15. Схема включе-
ния люминесцентной
лампы с автотрансфор-
матором с большим рас-
сеянием.
и общих потерь
проходит ток подкала. Это вызывает дополнительные
потери мощности, и по сравнению со стартерными
схемами любая бесстартериая схема в этом отношении
обладает меньшей экономичностью. Однако эти схемы
в принципе обладают большей надежностью, чем стар-
терные, и срок службы ламп при
гании может оказаться несколько
терных. Корме того, эти схемы
обладают рядом эксплуатацион-
ных преимуществ.
В отдельных случаях выгодно
применять бссстартерную схему
с трансформатором или авто-
трансформатором с большим рас-
сеянием (рис. 15), где в одном
приборе объединяются функции
дросселя и накального трансфор-
матора. Такое объединение со-
здает преимущество в смысле
уменьшения массы, размеров
в ПРА, но имеет недостатки: низкий коэффициент мощ-
ности и ухудшение формы кривой тока через лампу.
Возможность совмещения дросселя со вторичной об-
моткой трансформатора (или автотрансформатора) мо-
жет быть обеспечена лишь в том случае, когда удается
получить уменьшение напряжения во вторичной обмот-
ке трансформатора с увеличением се нагрузки. Такая
зависимость получается, если между первичной и вто-
ричной обмотками искусственным путем будет уменьше-
на магнитная связь, т. е. будет увеличено магнитное
рассеяние. Это достигается устройством магнитного
шунта между накальными и первичной обмотками, че-
рез который замыкается та или иная часть магнитного
потока, созданного во вторичных обмотках, минуя пер-
вичную обмотку.
На рис. 16 приведена группа бесстартерных схем,
которая получила большое распространение в отечест-
венной практике для изготовления ПРА.
В схеме на рис. 16, а последовательно с первичной об-
моткой накального трансформатора НТ включается
конденсатор С. В зависимости от емкости этого конден-
сатора и параметров накального трансформатора мож-
но получить ряд модификаций схемы. Рассмотрим ва-
рианты этой схемы.
4»
51
Первичная и вторичная обмотки транс-
форматора включены согласно. При таком
включении обмоток в зависимости от параметров кон-
денсатора могут быть получены несколько вариантов
схем.
Емкость конденсатора выбирается такой, чтобы ток
в первичной обмотке имел емкостный характер, т. е.
опережал по фазе приложенное напряжение. В этом
Рис. 16. Одноламповые бесстартерные схемы включения люмине-
сцентных ламп с накальным трансформатором.
случае падение напряжения на дросселе, складываясь
с напряжением на конденсаторе и напряжением питаю-
щей сети, создает на лампе увеличенное напряжение
(1,05—1,3 Un), под действием которого лампа зажигается
при достаточно прогретых электродах.
Если выбрать емкость конденсатора из условия обес-
печения равенства токов при работе лампы в обоих
токоведущих проводах, соединяющих каждый электрод
с концами соответствующей вторичной обмотки накаль-
ного трансформатора, то можно получить схему,
в которой лампа при горении будет иметь два катодных
пятна. Делл в том, что в обычной схеме катодное пятно
в лампе образуется на токоведущем конце катода, т. е.
конце катода, присоединенном к проводам питающей
сети. В бесстартерных схемах (при согласном включении
обмоток накального трансформатора) катодное пятно
образуется на том конце катода, который имеет более
высокое напряжение, т. е. на конце катода, не присоедн'
52
ненном к проводам питающей сети. В рассматриваемом
варианте схемы катодное пятно образуется на обоих кон-
цах катода. Нагрев катода получается равномерным,
и срок службы лампы увеличивается.
На рис. 16.6 приведена схема с опережающим бал-
ластом. В отличие от схемы на рис. 16,а конденсатор С\,
включенный в первичную обмотку накального трансфор-
матора, главным образом выполняет защитные функции.
При работе лампы, если выйдет из строя один из ее
электродов, лампа может гореть только в течение одного
полупериода напряжения. Такой режим работы лампы
называют однополупериодным. При отсутствии конден-
сатора в первичной обмотке накального трансформатора
в этом режиме по ней будет проходить так называемая
постоянная составляющая тока, вызывающая перегрев
трансформатора, в результате чего возможен выход его
из строя. При включенном защитном конденсаторе, когда
возникает однополупериодный режим, этот и балластный
конденсатор заряжаются постоянной составляющей тока,
после чего ток в цепи прекращается и лампа гаснет. Пос-
ле разряда конденсаторов через разрядные сопротивле-
ния лампа вновь загорается на короткий промежуток
времени и вновь гаснет. Периодичность таких «мига-
ний» составляет несколько секунд. Появление «миганий»
указывает на неисправность лампы, которая подлежит
замене.
На рис. 16,в показан другой вариант опережающей
схемы. Здесь конденсатор включен между лампой и бал-
ластным дросселем, а последовательно с первичной
обмоткой накального трансформатора включена допол-
нительная обмотка, расположенная на балластном дрос-
селе Др. За счет трансформации напряжения из допол-
нительной обмотки в балластную повышается
напряжение холостого хода аппарата и, кроме того,
такая схема включения гарантирует защиту трансфор-
матора от однополупериодного режима. В рабочем
режиме лампы дополнительная обмотка обеспечивает
необходимое снижение напряжения предварительного
подогрева электродов.
Аппараты, выполненные по последней схеме для
ламп мощностью 40 Вт, показали в эксплуатации недос-
таточную надежность, и в настоящее время с производст-
ва сняты. Эта схема сохранена для ПРА, рассчитанных
на работу ламп мощностью 80 Вт
53
Рассмотренные схемы обладают общим недостат-
ком— имеют низкий коэффициент мощности. Для его
повышения необходимо дополнительно включать парал-
лельно лампе конденсатор либо, как это было показано
выше, применять двухламповую схему с расщепленной
фазой, объединяя в один аппарат отстающую и опережа-
ющую схемы включения ламп.
В ряде случаев на практике находят применение так
называемые резонансные схемы включения лампы, в ко-
торых используют явление резонанса в контуре, содер-
жащем индуктивность и емкость. В качестве примера
приведем несколько подобных схем.
На рис. 17 приведены схемы ПРА, получившие наи-
большее распространение в отечественной практике.
Рис. 17. Много.'гампоччс бссстартерные
54
В схемах на рис. 17,о и б используются свойства ре-
зонансного контура для зажигания двух последовательно
включенных ламп. Одна из схем (рис. 17,а) является
отстающей, а вторая — опережающей (рис. 17,6). Один
из электродов каждой лампы последовательно включает-
ся во вторичную обмотку накального трансформатора
НТ, а его первичная обмотка одновременно выполняет
роль дополнительного дросселя резонансной цепочки.
На рис. 17,в приведена отстающая схема последова-
тельного включения двух ламп. Накальный трансформа-
тор НТ имеет три накальные обмотки. Две обмотки
используются для предварительного подогрева крайних
электродов ламп, а третья осуществляет предваритель-
ный подогрев двух средних электродов ламп. Последова-
тельно с первичной обмоткой накального трансформато-
ра включена емкость Сь Для подавления радиопомех
параллельно одной из ламп на входе схемы включен
небольшой конденсатор Сг. Эта схема может быть ис-
пользована для включения последовательно двух ламп
мощностью 15 пли 20 Вт.
В опережающей схеме последовательного включения
двух ламп (рис. 17,г) емкость Ci включена между лам-
пой и дросселем, а последовательно с первичной обмот-
схемы включения люминесцентных ламп.
55
кой накального трансформатора включена дополнитель-
ная обмотка, расположенная на балластном дросселе
Др. Такая схема для включения одной лампы была
рассмотрена выше. Параллельно одной из ламп включен
помехоподавляющий конденсатор Сг-
Для последовательного включения двух ламп мощ-
ностью 40 и 80 Вт в трехфазную сеть 380/220 В может
быть использована схема, приведенная на рис. 17,д. Лам-
пы включены последовательно на линейное напряжение
сети, а накальный трансформатор til имеет три накаль-
ные обмотки и питается фазным напряжением сети через
часть обмотки балластного дросселя Др- Благодаря
фазо.дму сдвигу обеспечивается повышение напряжения
холостого хода ПРА, что позволяет отказаться от вклю-
чения емкости в пусковую цепь. Эго повышает надеж-
ность ПРА.
На рис. 17,е приведена схема трехлампового ПРА.
Эта схема рассчитана на включение ламп в сеть 380/220 В.
Все три лампы с балластными дросселями включены
звездой в трехфазную сеть. Параллельно одной из ламп
подключен конденсатор С, который обеспечивает подачу
на нулевую точку схемы напряжения одной из фаз. Бла-
годаря этому в момент зажигания к лампам, подключен-
ным к двум другим фазам, будет приложено линейное
напряжение сети. После зажигания этих ламп третья
лампа также окажется почти под линейным напряжени-
ем и зажжется. Практически все эти лампы зажгутся
почти одновременно. При горении ламп они будут на-
ходиться под фазным напряжением. Первичные обмотки
накальных трансформаторов соединены звездой и при-
соединены к нулевому проводу системы. Так как эта схе-
ма дает повышенное напряжение холостого хода, то ее
выгодно применять в установках наружного освещения.
На рис. 17,ж приведена схема двухлампового ПРА,
используемая для последовательного включения ламп.
Лампы включены на линейное напряжение 380 В. На-
кальный трансформатор НТ включен через часть обмот-
ки дросселя Др на фазное напряжение 220 В. Такое
включение обеспечивает повышение подогрева электро-
дов и низкий уровень потерь мощности. В рабочем режи-
ме подогрев электродов осуществляется током повышен-
ной частоты, в результате вычитания несинусоидального
напряжения на дросселе из синусоидального напряже-
ния сети. На рис. 17,з показан тот же вариант схемы,
56
отличающийся от рассмотренного тем, что создается до-
полнительная группопая нейтраль. Эта схема исполь-
зуется для включения ламп высокой интенсивности мощ-
ностью 200 Вт. Приведенные схемы ПРА имеют низкий
коэффициент мощности.
На рис. 17,и и к даны схемы ПРА с компен-
сацией низкого коэффициента мощности. В первом
случае компенсирующий конденсатор С| включен после-
довательно с первичной обмоткой накального трансфор-
матора НТ. Обе лампы и балластный дроссель включены
на линейное напряжение. Во втором случае компенсиру-
ющий конденсатор С включен параллельно с лампами,
которые вместе с дросселем включены на линейное на-
пряжение сети. Компенсирующий конденсатор также
используется для обеспечения подогрева крайних элек-
тродов ламп. Накальный трансформатор включен на
фазное напряжение сети. На дросселе размещены до-
полнительные обмотки, обеспечивающие компенсацию
напряжения накала электродов ламп в рабочем режиме.
Схемы холодного зажигания люминесцентных ламп
В некоторых практических случаях приходится при-
бегать к холодному зажиганию люминесцентных ламп,
когда лампа зажигается, минуя стадию предварительно-
го подогрева электродов. Такая необходимость может
возникнуть, например, при использовании этих ламп
во взрывоопасных помещениях, где основное требова-
ние — обеспечение искробезопасности.
Для холодного зажигания люминесцентных ламп
к ней должно быть приложено высокое напряжение, пре-
вышающее рабочее в 5—7 раз. В таких схемах должны
использоваться специальные лампы, однако можно
применить и обычные стандартные лампы только в тех
установках, где лампы работают в режиме длительного
горения и число их включений минимально. В этих усло-
виях можно сохранить приемлемый срок их службы.
На рис. 18,а приведена схема с автотрансформаторов
с большим рассеянием, где необходимое высокое напря-
жение зажигания (400—600 В) получается за счет соот-
ветствующего выбора коэффициента трансформации
автотрансформатора. После зажигания лампы часть
вторичной! обмотки автотрансформатора оказывается
включенной последовательно с лампой и выполняет роль
балластного дросселя. Напряжение на лампе снижается
57
и становится равным ее рабочему напряжению Недоста-
ток ПРА по этой схеме — его большие размеры и значи-
тельные потери мощности в аппарате.
В схеме на рис. 18,6 применен резонансный контур,
состоящий из половины дросселя Др и конденсатора С,
позволяющий получить высокое напряжение зажигания.
В рабочем режиме лампы конденсатор обеспечивает
повышение коэффициента мощности схемы. Недостаток
схемы — возможность появления в процессе зажигания
ламп однополупериодного режима работы.
На рис. 18,в приведена комбинированная схема вклю-
чения, сочетающая элементы резонансной схемы
и автотрансформатора с большим рассеянием. В этой
схеме резонансный контур образован конденсатором С
и одной секцией вторичной обмотки автотрансформатора
АТ. После зажигания лампы обе секции вторичной
обмотки трансформатора соединяются последовательно
с лампой и выполняют функцию балласта. Использова-
ние резонансного режима в этой схеме дает возмож-
ность уменьшить коэффициент трансформации авто-
трансформатора по сравнению со схемой на рис. 18,а
и тем самым снизить размеры ПРА.
Работа люминесцентных ламп в сетях с повышенной
частотой
Стремление максимально повысить эффективность
осветительных установок с люминесцентными лампами
привело в последние годы к использованию повышенной
частоты для их питания.
Применение повышенной частоты для питания люми-
несцентных ламп существенно изменяет характеристику
58
ламп и технико-экономические параметры осветительных
установок.
С ростом частоты питающего напряжения увеличи-
вается световая отдача ламп. Максимальный прирост
световой отдачи ламп наблюдается в диапазоне от 600 до
1000 Гц и при дальнейшем повышении частоты световая
отдача продолжает расти, по относительное ее увеличе-
ние замедляется. В пределах до 10 000 Гц общее увели-
чение световой отдачи ламп по сравнению с ее значением
при 50 Гц может составить 10—15%. Увеличение свето-
вой отдачи ламп с повышением частоты можно объяснить
тем, что при этом уменьшается анодно-катодное падение
напряжения, происходит перераспределение энергии
между отдельными участками разряда и за счет умень-
шения приэлектродных потерь увеличивается мощность
положительного столба разряда. Из этого положения
следует сделать вывод, что для ламп с одинаковым диа-
метром трубки, но разной мощности, т. е. разной длины,
относительное увеличение световой отдачи будет различ-
ным. Действительно, для коротких ламп относительное
увеличение световой отдачи будет большим, чем для
длинных, так как в коротких лампах относительная доля
приэлектродных потерь составляет большой процент по
сравнению с ее значением в длинных лампах.
При повышении частоты свыше 600 Гц пульсация
светового потока ламп настолько уменьшается, что прак-
тически ее можно не учитывать. Отсутствие стробоскопи-
ческого эффекта при высокочастотном разряде объяс-
няется тем, что перезажигание разряда в лампе
происходит очень быстро, пауза тока отсутствует,
разряд горит непрерывно и, следовательно, не будут
наблюдаться колебания интенсивности излучения во
времени.
Как известно, световая отдача люминесцентных ламп
при работе их на промышленной частоте зависит от типа
балласта. При переводе питания ламп на повышенную
частоту уже при частоте 400 Гц тип балласта оказывает
незначительное влияние на световую отдачу ламп, а при
частотах свыше 600 Гц она становится практически
одинаковой для всех типов балластов. Это позволяет
использовать в качестве балластного сопротивления ем-
кость, так как исчезает ее основной недостаток — ухуд-
шение формы кривой тока. С повышением частоты
питающего напряжения (независимо от типа балласта)
59
форма кривой тока через лампу приближается к синусо-
идальной, а форма кривой напряжения на лампе стано-
вится близкой к треугольной.
Как показали проведенные исследования у ламп,
работающих на повышенной частоте, увеличивается на
20—30% срок службы и замедляется спад светового по-
тока в процессе срока службы.
Напряжение холодного зажигания для люминесцент-
ных ламп до частоты 800 Гц остается почти таким же,
как и при промышленной частоте. С дальнейшим увели-
чением частоты наблюдается некоторое увеличение
напряжения холодного зажигания, причем для ламп
с проводящей полосой, не присоединенной к электроду,
это увеличение начинается при меныпей частоте.
В схемах с предварительным подогревом электродов
напряжение зажигани» темп с увеличением частоты до
10 000 Гц увеличивается и при дальнейшем росте часто-
ты несколько снижается. В случае ламп с проводящей
полосой характер зависимости напряжения зажигания
от частоты сохраняется, но величина относительного
увеличения напряжения меньше. Возможность повыше-
ния напряжения зажигания ламп в диапазоне частот до
10 000 Гц следует учитывать при конструировании схем
включения ламп, так как при этом сокращается интер-
вал между напряжением холодного зажигания ламп
и напряжением зажигания лампы с предварительно по-
догретыми электродами, что затрудняет выбор напряже-
ния холостого хода ПРА и несколько снижает надеж-
ность схем включения. Значит, с точки зрения надежнос-
ти схем выгоднее использовать частоту больше, чем
10 000 Гц.
Важным экономическим фактором при высокочастот-
ном питании люминесцентных ламп является существен-
ное снижение массы ПРА и экономия в расходовании
активных материалов на их изготовление. Уже при часто-
те 1000 Гц масса ПРА снижается до 20% массы баллас-
та на промышленной частоте. Также существенно
уменьшаются в 3—4 раза потери активной мощности
в ПРА.
Следует отметить, что при повышении частоты и свя-
занным с этим снижением массы индуктивных балластов
возникает необходимость перехода от обычно использу-
емых для сердечников дросселей и трансформаторов
электротехнических сталей на специальные ферромагнит-
60
ные материалы — железо — никелевые сплавы или фер-
риты, что несколько повышает стоимость ПРА.
При частотах 1000—2500 Гц выгодно использовать
для изготовления сердечников дросселей материал,
обладающий небольшой начальной магнитной проница-
емостью. К таким материалам относятся прежде всего
альсиферы, представляющие собой твердый раствор
железа, алюминия и кремния. Их магнитные свойства
сильно зависят от соотношения компонентов, и они обла-
Рис. 19. Схемы включения люминесцентных ламп на повышен
ной частоте.
дают отрицательным температурным коэффициентом
магнитной проницаемости в интервале температур
—60-г-+60 °C.
Повышенные частоты также требуют применения
специальных конденсаторов в схемах ПРА, в частности
фторопластовых, так как даже бумажные конденсаторы,
рассчитанные на работу в сети с повышенной частотой,
например типа МБГЧ, снижают допустимое рабочее на-
пряжение, что уменьшает надежность их работы.
При повышении частоты выше 400 Гц стартеры не
обеспечивают надежного зажигания люминесцентных
ламп из-за уменьшения времени контактирования и не-
возможности получения достаточного по величине зажи-
гающего импульса напряжения на лампе вследствие
снижения индуктивности цепи. Поэтому в этом случае
могут быть использованы только бесстартерные схемы
зажигания ламп.
На рис. 19 приведены простые и наиболее часто
используемые схемы включения люминесцентных ламп
на повышенной частоте. Наиболее рациональной схемой
с точки зрения массы ПРА, потерь в нем активной мощ-
ности и стоимости является резонансная схема быстрого
зажигания (рис. 19,а и б). В этой схеме предваритель-
ный подогрев электродов осуществляется током резо-
6]
нансного контура, образованного индуктивностью Др
и емкостью С. Параллельно лампе может быть включена
либо индуктивность, либо емкость, за счет падения на-
пряжения на которой в пусковой период создается
необходимое зажигающее напряжение на лампе. Повы-
шенное в 1,5—2,5 раза против номинального напряжения
сети напряжение холостого хода ПРА создается за счет
резонансных явлений в цепи индуктивности и емкости.
После зажигания лампы ток подкала электродов сни-
жается в 1,5—2,5 раза. В зависимости от того, какой
элемент контура включается последовательно с лампой,
можно получить либо отстающий, либо опережающий
ПРА. В отличие от схемы на промышленной частоте
включение параллельно лампе конденсатора большой
емкости па повышенной частоте не оказывает вредного
влияния на работу лампы. Если объединить вместе обе
рассмотренные схемы, то можно получить двухламповую
схему с «расщепленной фазой». Необходимо отметить,
что в сетях с повышенной частотой из-за отсутствия
пульсации светового потока можно применять однолам-
повые схемы, нс боясь вредного влияния стробоскопичес-
кого эффекта.
Схема на рис. 19,в отличается от предыдущих резо-
нансных схем тем, что для предварительного подогрева
электродов лампы введен специальный накальный
трансформатор НТ, а в качестве балласта используется
емкость С. Возможно применение балластного дросселя.
Для обеспечения питания сети напряжением повы-
шенной частоты могут быть использованы три типа пре-
образователей частоты:
1. Статический преобразователь частоты (умножи-
тель частоты).
2. Вращающийся или машинный преобразователь
частоты.
3. Полупроводниковый преобразователь частоты.
Статические преобразователи частоты не позволяют
получить частоты более 300 Гц, имеют ограниченную
мощность и хотя по сравнению с вращающимися пре-
образователями обладают рядом преимуществ, но не
получили большого распространения как источники
питания люминесцентных ламп.
Вращающиеся машинные преобразователи сравни-
тельно недороги, достаточно надежны в работе, позволя-
ют получать частоту более 300 Гц, по в силу ряда недос-
62
татков не могут быть рекомендованы для широкого
применения в качестве источников питания. Основные
их недостатки: относительно невысокий к. п. Д. порядка
0,75, значительные масса и габариты, требующие для их
.размещения достаточно больших площадей, а также
необходимость в постоянном обслуживании эксплуата-
ционным персоналом.
При использовании полупроводниковых преобразова-
телей частоты возможны два варианта их исполнения:
индивидуальный преобразователь частоты, рассчитанный
на питание одной-двух ламп, встраиваемый в светильник,
и групповой преобразователь, имеющий мощность
5—10 кВт и более и рассчитанный на питание группы
ламп. Технико-экономическое сравнение этих двух вари-
антов показало, что в настоящее время для стационар-
ных установок общего освещения помещений эко-
номически невыгодно применять индивидуальный
преобразователь небольшой мощности. Областью
применения индивидуальных преобразователен частоты
могут быть специальные автономные осветительные
установки с небольшим числом люминесцентных ламп.
Они также находят сейчас широкое применение в уста-
новках подвижного состава: для освещения автобусов,
троллейбусов и трамваев.
Схема питания высокочастотного освещения остается
практически одинаковой как для индивидуальных
преобразователей, так и для групповых. Некоторое
отличие заключается в том, что при индивидуальных
преобразователях по существу отсутствует высокочастот-
ная распределительная сеть, так как она конструктивно
объединена с самим преобразователем. Выпрямительное
устройство при системе индивидуального питания преду-
сматривается одно на группу ламп. Прокладывается
групповая распределительная сеть постоянного тока, от
которой питаются отдельные индивидуальные преобра-
зователи. m
При системе группового питания в значительной
степени фактором, ограничивающим мощность группово-
го преобразователя, становится протяженность высоко-
частотной распределительной сети. С ростом частоты
увеличиваются потери мощности в распределительной
сети. Поэтому в зависимости от протяженности и конфи-
гурации распределительной сети определяют с экономи-
ческой точки зрения, какая частота будет наивыгодней-
63
шей в данном случае и какую мощность преооразовате-
ля следует взять при выбранной частоте. Имеющийся
опыт показывает, что при размещении группового пре-
образователя вблизи распределительных пунктов его
мощность должна быть в пределах 10—15 кВт, а часто-
та питающего лампы напряжения не более 3000 Гц. При
размещении преобразователя
Рис. 20. Схема индивидуального
полупроводникового преобразова-
теля частоты.
в групповой сети можно
выбрать его мощность
примерно 1—5 кВт и ча-
стоту не более 10 000 Гн.
В индивидуальных
преобразователях частота
ничем не ограничена и
здесь из соображений
уменьшения шума, созда-
ваемого при работе пре-
образователя, целесооб-
разно частоту принимать
15—20 кГц и более.
Существует большое
количество различных
схем полупроводниковых
инверторов — преобразователей постоянного тока в пере-
менный повышенной частоты. Рассмотрим одну из ха-
рактерных схем такого индивидуального преобразовате-
ля (рис. 20) для питания одной люминесцентной лампы.
Инвертор собран на двух плоскостных триодах —
транзисторах 7\ и Т2 по двухтактной схеме. Транзисто-
ры включены по схеме с общим эмиттером. Действие
схемы основано на работе транзисторов в так называе-
мом режиме «ключа», когда под влиянием управляюще-
го сигнала они поочередно выполняют роль переключа-
телей, открывая или закрывая доступ току. Сопротивле-
ния /?1 и /?2, включенные параллельно входу инвертора,
образуют делитель напряжения, при помощи которого
в момент подключения преобразователя к источнику пи-
тания на базу соответствующего триода подается отрица-
тельное смещение, уменьшающее сопротивление его
коллекторного перехода и облегчающего возбуждение
колебаний. Выходной трансформатор с большим магнит-
ным рассеянием имеет первичные обмотки Wt и w2,
обмотки обратной связи w't и w'2, вторичную ау3, две на-
кальные обмотки а>п, обеспечивающие предварительный
подогрев электродов лампы, и зажигающую обмотку Wi,
64
которая одновременно выполняет роль балласта люми-
несцентной лампы. После зажигания лампы напряжение
на ней снижается до величины рабочего, это вызывает
снижение напряжения на обмотке w3, и ток подкала
электродов лампы соответственно уменьшается. Коэф-
фициент полезного действия такого преобразователя
обычно составляет 0,8-0,85. Недостатком рассмотренной
схемы инвертора является возможность пробоя транзис-
торов в запертом состоянии в результате появления
перенапряжений на них в начале каждого полупериода.
К недостаткам подобных схем также .можно отнести
необходимость иметь выходной трансформатор сравни-
тельно больших размеров, сердечник которого изготав-
ливается из ферритов или им подобных материалов, что
[удорожает стоимость установки. Ко входу преобразова-
теля должен быть подведен постоянный ток иапряжени-
см 25—40 В. Это обусловливает необходимость иметь
дополнительный понижающий трансформатор, включа-
емый между выпрямителем и сетью переменного тока.
; Наличие такого трансформатора снижает экономические
s показатели установки.
Примером схемы группового инвертора может слу-
жить разработанный па кафедре промышленной элек-
троники Московского энергетического института полупро-
водниковый преобразователь мощностью 3,5 кВт, с вы-
' ходной частотой 2500 Гц и к. п. д„ равным 0,8. При на-
f пряжении в питающей сети 220/127 В выходное напряже-
ние при номинальной нагрузке равно 130 В, а в период за-
жигания ламп напряжение на выходе составляет 130 —
! 150 В.
Преобразователь собран по схеме последовательного
инвертора с разделительной коммутирующей емкостью
(рис. 21). Два управляемых кремниевых диода-тиристора
7’1 и Т2 включаются поочередно за счет подачи на их
| управляющие электроды положительных импульсов от
Г специального блока управления (на схеме не показан).
I Управляющие сигналы подаются на управляющие элек-
, троды тиристоров через разделительные трансформаторы
Трг it Тр,. Конденсаторы С, и С2— коммутирующие. Для
улучшения формы кривой выходного напряжения парал-
лельно нагрузке включены конденсаторы С2 и С3. При
уменьшении нагрузки (выключении части ламп) или
отклонении коэффициента мощности нагрузки от едини-
цы выходное напряжение инвертора начинает расти. Во
5—72 65
Рис. 21. Схема группового полупроводникового преобразователя частоты.
66
избежание этого применен выпрямитель обратного тока,
состоящий из двух диодов Д\ и Дг> включенных парал-
лельно, и дросселя Др2, питаемых от отдельной обмотки
выходного трансформатора Трь Число витков этой
обмотки рассчитывается таким образом, чтобы при новы,
шении выходного напряжения на 10—15% нормально
запертые диоды Д1 и Д2 открывались. При этом выпря-
митель обратного тока отпирается и автоматически
начинает ограничивать дальнейший рост напряжения
в выходной цепи. Для защиты тиристоров от возможных
перенапряжений, которые могут возникнуть при пере-
грузках инвертора и коротких замыканий в цепи нагруз-
ки, предусмотрено специальное устройство, ограничива-
ющее рост напряжения на тиристорах. Это устройство
состоит из диода Д3 и добавочной обмотки на коммути-
рующем дросселе Др\. При номинальной нагрузке диод
Дз запрет и открывается лишь тогда, когда нагрузка
становится выше номинальной, что связано с повышени-
ем напряжения на дросселе Др\. Дальнейший рост
напряжения на дросселе прекращается, а вместе с ним
автоматически ограничивается рост напряжения на
тиристорах.
В преобразователях используются тиристоры типа
УПВК.-50Б либо УПВК-ЮОБ, рассчитанные соответст-
венно на токи 50 и 100 А.
Выпрямитель, питающий инвертор постоянным током,
может иметь различные схемы, но чаще всего исполь-
зуется обычная трехфазная мостовая схема, обеспечива-
ющая достаточно высокое качество выпрямления. На
выходе выпрямителя устанавливается фильтр, состоящий
из дросселя Дф и емкости Сф. Входной автотрансформа-
тор (или трансформатор) позволяет получать необходи-
мую величину выпрямленного напряжения.
3. РТУТНЫЕ ЛАМПЫ ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ
В отличие от люминесцентных ламп, где давление
паров ртути составляло доли миллиметров ртутного
столба, в ртутных лампах высокой интенсивности
используется газовый разряд в парах ртути при давлени-
ях, намного превышающих атмосферное. Различают
лампы высокого и сверхвысокого давления. Такое деле-
ние ламп несколько условно, но оно практически приня-
5* 67
то. Конструктивно лампы обоих типов имеют существен-
ные отличия, что и дает возможность их таким образом
классифицировать.
В зависимости от давления паров ртути коренным
образом меняется характер газового разряда в разряд-
ной трубке, изменяются его энергетические и световые
параметры.
Принципиально лампы такого типа представляют
собой трубку или колбу более сложной конфигурации,
изготовленную из кварца с двумя или более рабочими
электродами. Трубка наполняется аргоном при давлений
несколько миллиметров ртутного столба и дозированным
количеством ртути. Аргон облегчает зажигание разряда
в холодной трубке и после зажигания разряда начинает-
ся процесс испарения ртути, которая переходит в паро-
образное состояние, насыщая все разрядное пространст-
во. При установлении дугового разряда между рабочими
электродами плотность и температура паров ртути по
диаметру трубки будет неодинаковой: по осп трубки
температура будет максимальной, несколько тысяч
градусов, в то время как вблизи стенок трубки она равна
600—700 °C, а плотность тока минимальная. Благодаря
этому плотность тока в центре трубки максимальна
и разряд имеет вид светящего шнура диаметром 7—8 мм,
расположенного по оси трубки. Из-за высокой темпера-
туры у стенки трубки ее изготовляют из кварца, кроме
того, кварц обеспечивает выход в окружающее простран-
ство ультрафиолетового излучения, которым богат
разряд в парах ртути.
С повышением давления паров ртути меняется харак-
тер спектра, излучаемого газовым разрядом. Если
в люминесцентных лампах спектр носил линейчатый
характер, т. е. свет, даваемый разрядом, состоял из от-
дельных излучений—линий определенной длины волны,
то с повышением давления спектр приобретает сплош-
ной характер. Это значит, что между отдельными
линиями появляется сплошной фон, т. е. излучения
с различными длинами волн. Чем выше давление, тем
больше яркость сплошного фона и вместе с тем сглажи-
ваются отдельные спектральные линии. В связи с из-
менением спектра излучения меняется цветность
света создаваемого ртутной лампой —от сине-зеленой
при низких давлениях до белой при сверхвысоких дав-
лениях.
68
Ртутные лампы с исправленной цветностью
Без люминофора такие лампы для целей освещения
не могут быть использованы, так как ртутный разряд при
высоком давлении дает сине-зеленый цвет, почти совер-
шенно не содержащий оранжево-красных лучей и иска-
жающий вследствие этого правильную передачу
естественных цветов предметов. При свете таких ламп
лица людей выглядели бы мертвенно-бледными, губы
синевато-серыми, окрашенные предметы имели бы
искаженные цвета. Эти лампы имеют значительное пре-
имущество по сравнению с лампами накаливания
и люминесцентными лампами из-за своей высокой
экономичности и возможности в небольшом объеме
сосредоточить значительную световую мощность. Люми-
нофор, нанесенный на внутреннюю поверхность наруж-
ной колбы, под влиянием ультрафиолетового излучения
ртутного разряда излучает видимый оранжево-красный
свет, дополняя спектр ртутного разряда и тем самым
исправляет цветность лампы. В качестве люминофора
используют арсенат или фторогермапат магния. Также
находят применение ортофосфатные люминофоры, акти
вированные оловом, и в последние годы начали приме
пять ортованадат иттрия, активированный европием.
Люминофор пропускает видимую часть светового потока,
созданного ртутным разрядом, и дает до 7% красного
излучения от всего светового потока лампы. Количество
красного излучения в общем световом потоке лампы на-
зывают «красным отношении».
Общим недостатком применяемых люминофоров
является поглощение ими части излучения ртутного
разряда в сине-фиолетовом участке спектра. С повыше-
нием толщины слоя люминофора увеличивается выход
красного излучения, однако при этом из-за уменьшения
прозрачности колбы снижается световой поток лампы
и доля излучения в голубой части спектра. Последнее
улучшает качество цветопередачи лампы. Поэтому при
выборе толщины слоя люминофора приходится искать
компромиссное решение.
Исправление цветности ртутных ламп в настоящее
время возможно осуществить пятью способами, в зави-
симости от чего различают пять типов ламп.
Наибольшее распространение получил способ ис-
правления цветности ламп, когда на внутреннюю поверх-
69
йость внешней колбы наносится люминофор, дающий
под влиянием ультрафиолетового излучения, генерируе-
мого газовым разрядом в кварцевой горелке, излучение
в красной части спектра. Такие лампы получили назва-
ние— дуговые ртутные люминесцентные,
сокращенно ДРЛ.
Второй тип ламп—это лампы, в которых исправле-
ния цветности осуществляются за счет того, что световой
поток лампы одновременно создается излучением
газового разряда и вольфрамовой спиралью, размещен-
ной вокруг горелки и включенной последовательно
с лампой. Такие лампы называют ртутно-накаль-
ными, лампами смешанного света или ртутно-воль-
фрамовыми, сокращенно РВЛ-
Третий тип ламп представляет собой комбинацию
двух типов ламп. Лампа в этом случае состоит из квар-
цевой горелки, вокруг которой размещается вольфрамо-
вая спираль, а на внутреннюю поверхность внешней
колбы наносится люминофор, дополняющий излучение
лампы в красной части спектра.
Четвертый тип ламп — это лампы, у которых в горел-
ку введены излучающие добавки, благодаря чему
удается изменить излучение лампы в различных
участках спектра. Такие лампы называют дуговые
ртутные с излучающими добавками (ДРИ).
Пятый тип ламп представляет собой комбинацию
четвертого типа ламп и первого, когда на внутреннюю
поверхность внешней колбы дополнительно нанесен
люминофор. Такие лампы называют дуговыми ртут-
н ы м и с излучающими добавка м и, л ю м и н е с-
ц е н т н ы м и, сокращенно ДРИЛ.
Пусковые и эксплуатационные характеристики
ртутных ламп высокого давления типа ДРЛ зависят
от давления ртутного пара, устанавливающегося в го-
релке, правильной дозировки ртути, вида инертного
газа, который вводится в горелку.
Известно, что в холодной лампе давление паров
жидкой ртути определяется упругостью паров, насыщаю-
щих объем горелки при температуре окружающей
температуры. В нагретой лампе давление паров (при
наличии жидкой фазы ртути) определяется как упру-
гость паров, насыщающих объем горелки, при темпера-
туре места расположения жидкой ртути. При правильной
дозировке ртути в рабочем режиме лампы вся жидкая
70
ртуть должна превратиться в пар. В этом случае разряд
будет гореть в ненасыщенных парах ртути.
Л а м п ы типа ДРЛ выпускаются отечественной
промышленностью мощностью от 80 до 1000 Вт, рассчи-
танные для работы в сети переменного тока с напряже-
нием 220 В. Изготовляются эти лампы в двух основных
модификациях: двухэлектродные и четырехэлектродные.
В настоящее время основным типом лампы является
четырехэлектродная конструкция, и двухэлектродные
лампы будут полностью сняты с производства.
Пусковые и эксплуатационные характеристики ламп
Как и все газоразрядные лампы, лампы ДРЛ имеют
падающую вольт-амперную характеристику, поэтому для
включения в электрическую сеть требуют последователь-
ного с ними включения балластного сопротивления.
Таким балластным сопротивлением является дроссель.
В двухэлектродных лампах ДРЛ кварцевая горелка
снабжена двумя рабочими электродами. Зажигания этих
ламп не может быть произведено рабочим напряжением
сети, так как напряжение зажигания ламп значительно
выше напряжения сети. Для первоначальной ионизации
газоразрядного промежутка к электродам лампы должен
быть приложен кратковременный импульс напряжения
в несколько киловольт. Под действием этого импульса
напряжения происходит электрический пробой между
электродами лампы, аргон ионизируется, что об^Кггчает
дальнейшее развитие газового разряда- После возникно-
вения устойчивого разряда в аргоне за счет выделяемого
в разряде тепла начинается процесс испарения ртути.
Напряжение зажигания снижается и в лампе устанавли-
вается основной разряд.
Четырехэлектродная конструкция ламп
ДРЛ (рис. 22). Горелка лампы имеет два основных
электрода 1 и два (в некоторых зарубежных образцах
один) зажигающих электрода 2 (рис. 22,6), расположен-
ных в непосредственной близости от основных электро-
дов. Зажигающие электроды через резисторы, размещен-
ные внутри внешней колбы, присоединяются
к противоположным основным электродам. Зажиганию
основного разряда между рабочими электродами пред-
шествует возникновение тлеющего разряда между рабо-
чим и одним из зажигающих электродов. Напряжение
зажигания тлеющего разряда, как известно, зависит от
71
давления аргона, окружающей температуры, материала,
геометрии и расположения электродов.
Тлеющий разряд между основными электродами
лампы без повышения питающего напряжения может
возникнуть только в том случае, если величина тока
между основным и зажигающим электродами превысит
определенное значение. По-
Рис. 22. Четырехэлектродная
лампа типа ДРЛ.
/ — основной электрод; 2—зажи-
гающий электрод; 3 — ртуть; 4
колба, наполненная аргоном: 5 —
заштамповка вводов: 6 — отпайка.
этому выбор величины со-
противления резистора,
включаемого в цепь зажш
тающего электрода, должен
быть сделан с учетом этого
обстоятельства. От правиль-
ного выбора величины токо-
ограничивающего сопротив-
ления, следовательно,
зависит величина напряже-
ния зажигания разряда в ос-
новном промежутке. Лампы
обычно конструируются та-
ким образом, чтобы их за-
жигание происходило при
напряжении не выше 200 В.
Характерной особенно-
стью ртутно-кварцевых
ламп является то, что пос-
ле включения лампы в сеть
и зажигания в ней разряда
для установления стацио-
нарного режима ее работы
в зависимости от мощности
лампы требуется время от
3 до 10 мин. Этот период
можно назвать периодом
«разгорания» лампы, в те-
чение которого все электрические и световые параметры
лампы претерпевают изменения. Он характерен тем,
что с момента зажигания разряда температура стенок
горелки начинает повышаться и соответственно увели-
чивается давление ртутного пара. В начальный период
разгорания лампы ее потребляемая мощность, напря-
жение на ней, сила тока и световой поток остаются почти
неизменными. По мере испарения ртути мощность, паде-
ние напряжения на лампе и световой поток начинают
расти, а сила тока уменьшается. Стационарное состоя-
ние лампы наступает при полном испарении ртути, ког-
да все ее электрические и световые параметры в даль-
нейшем почти не изменяются. На длительность пусково-
го периода лампы оказывают влияние главным образом
температура окружающей среды, изменение во времени
теплоизолирующих свойств внешней колбы и изменение
величины, потребляемой лампой мощности. Наличие
у ламп ДРЛ периода разгорания делает желательным,
чтобы время разгорания лампы было минимальным.
Этого можно достигнуть за счет увеличения пускового
тока, хорошей тепловой изоляции горелки и быстрого
нагрева внутри горелки места расположения жидкой
ртути. Время разгорания лампы зависит от типа балла-
ста. При индуктивном балласте время разгорания будет
меньше, чем при индуктивно-емкостном балласте.
При пониженных температурах окружающего воздуха
время пускового периода растет. Эти факторы влияют не
только на длительность пускового периода, но также
и на величину стационарных световых и электрических
параметров ламп. При температуре окружающего возду-
ха ниже пуля понижается напряжение на лампе и сни-
жается ее световой ноток и при температуре —35°С до-
стигает соответсвенпо 97 и 95%. С повышением темпе-
ратуры эти параметры растут, достигая номинальных
значений при 20—25°С- При дальнейшем повышении
температуры можно отметить некоторое увеличение на-
пряжения па лампе и рост ее светового потока.
Имеет практическое значение и следующая особен-
ность в работе ртутно-кварцевых ламп. Повторное
зажигание лампы не может быть осуществлено сразу же
после отключения лампы до тех пор, пока она не осты-
нет. Это связано с тем, что у неостывшей лампы давле-
ние паров ртути повышено и в силу этого увеличен
потенциал зажигания. Необходимо время, чтобы ртуть
частично конденсировалась. Вполне естественно, что
время, необходимое для остывания лампы перед ее
повторным зажиганием, зависит от окружающей темпе-
ратуры. Это время составляет в среднем 5—8 мин.
Световые и электрические характеристики ламп не
остаются постоянными в пределах срока службы ламп,
а также зависят от изменения параметров питающей
сети, в частности напряжения. Имеет место разброс
параметров ламп в процессе их изготовления.
73
В зависимости от давления аргона в лампе меняется
ёе напряжение зажигания, уменьшаясь с понижением
давления аргона. Однако это одновременно приводит
к более резкому снижению светового потока лампы
в процессе ее эксплуатации.
В процессе эксплуатации ламп повышается напряже-
ние зажигания ламп на 3—6% и примерно в таких же
пределах снижается потребляемый ток- Рост напряжения
зажигания можно объяснить увеличением в процессе
горения ламп расстояния между электродами за счет их
частичного распыления. Световой поток ламп особенно
резко снижается в первые несколько сотен часов, а затем
его спад идет почти линейно. Снижение светового потока
лампы связано с потемнением стенок трубки за счет
оседания на них частичек вольфрама и эмиттера,
испаряющихся с электродов, и в результате процесса
кристаллизации кварца. Под воздействием высокой
температуры кварц темнеет, что снижает его прозрач-
ность. На спад светового потока лампы и их срок служ-
бы оказывает также влияние частота включения ламп.
С ростом частоты включения наблюдается ускоренное
старение ламп, объясняемое усиленным распылением
электродов.
С изменением напряжения в питающей сети меняются
электрические и световые параметры ламп, так как при
этом происходит изменение температурного режима ра-
боты лампы. Вид этих изменений зависит от характера
изменения напряжения. Следует различать медленные
изменения напряжения в сети, когда соответственно
устанавливается новый стабильный тепловой режим
в лампе, и быстрые изменения напряжения, при которых
в силу тепловой инерции температурный режим ламп не
следует за изменением напряжения сети. При медленном
изменении напряжения питающей сети световой поток
ламп, потребляемая лампами мощность и сила тока
изменяются в прямолинейной зависимости от напряже-
ния. При этом наибольшие изменения претерпевают
световой поток и мощность ламп, для которых можно
примерно считать, что па каждый процент изменения на-
пряжения световой поток и мощность ламп изменяется
на 2%. Напряжение на лампе в пределах допустимых
колебаний напряжения в сети остается почти неизмен-
ным. По сравнению с лампами накаливания ртутные
лампы обладают более устойчивым световым режимом.
При быстрых изменениях напряжения сети в сторону его
повышения напряжение па лампе остается почти неиз-
менным, но значительно меняется сила тока. В случае
быстрого понижения напряжения в сети значительно по-
вышается напряжение па лампе, при этом резко сни-
жается сила тока. Это может привести к погасанию
лампы.
Срок службы лампы определяется ухудшением
эмиссионных свойств электродов, уменьшением прозрач-
ности стенок горелки, старением люминофора и наруше-
нием целостности горелки. В ртутных лампах допускают-
ся большие плотности токов, поэтому электроды
находятся в тяжелом режиме работы. Большие плотнос-
ти тока на отдельных участках электродов вызывают их
усиленное распыление, поэтому качество электродов
главным образом определяют срок службы ламп.
Распыление электродов увеличивает катодное паде-
ние напряжения в лампе, изменяет условия зажигания
разряда и, как мы отмечали, ведет к потемнению стенок
горелки, что снижает их прозрачность. Процесс кристал-
лизации кварца также снижает прозрачность стенок
горелки и все вместе взятое уменьшает полезный срок
службы лампы- Высокая температура, развиваемая
внутри горелки, и нарушение технологии при изготовле-
нии выводов электродов из горелки могут привести
к растрескиванию кварца и натеканию воздуха в горел-
ку. При этом лампа быстро выходит из строя. Наконец,
в процессе эксплуатации ламп в силу ряда причин про-
исходит старение люминофора и цветность лампы со
сроком службы меняется.
Таблица 3
Основные технические характеристики
чстырехэлектродных ламп ДРЛ
Тки лампы Напря- жение на лампе, В Номи- нальный рабочий ток, А Номиналь- ный свето- вой поток, лм Средняя продол- житель- ность го- рения, ч Размеры ламп, мм
Диаметр внешней колбы Полная длина
ДРЛ-80 115 0,8 2 800 3000 73 167±10
ДРЛ-125 125 1,15 2,0 4 800 3000 77 187+10
ДРЛ-250 130 10 000 7500 91 227+10
ДРЛ-400 135 3,2 18 000 7500 122 292+15
ДРЛ-700 140 5,6 33 000 7500 152 368+10
ДРЛ-1000 145 8,0 50000 7500 181 410±15
75
Основные технические параметры четырехэлектрод-
ных ламп ДРЛ приведены в табл. 3.
Схемы включения четырехэлектродных
л а м п ДРЛ. Как было указано выше, зажигание ламп
может производиться от сетевого напряжения. Схемы ее
включения в сеть очень просты (рис. 23). Последователь-
но с лампой включается дроссель, имеющий такие же
параметры, что и дроссель для двухэлектродных ламп
(рис. 23,о). В отдельных случаях, когда лампы прихо-
дится зажигать при особо низких температурах наруж-
Рис. 23. Схемы включе-
ния четырехэлектродпых
ламп типа ДРЛ.
ного воздуха, можно применить
трансформатор с большим рас-
сеянием, обеспечивающим необ-
ходимое повышение напряжения
питающей сети (рис. 23,6).
Так как при индуктивном
балласте коэффициент мощности
ПРА составляет 0,5—0,6, то для
сто повышения до требуемого
значения (при индивидуальной
компенсации коэффициента мощ-
ности) в схему вводится кон-
денсатор С. Емкость конденса-
тора определяется в зависимости
от мощности лампы.
В тех случаях, когда требует-
ся поддержание постоянства све-
тового потока лампы при колеба-
ниях напряжения в питающей сети, применяется схема со
стабилизацией мощности лампы. Подобные схемы могут
иметь различные модификации, но принципиально долж-
ны содержать последовательно соединенные насыщенный
дроссель (или автотрансформатор с рассеянием) и кон-
денсатор (рис. 23,в). Стабилизации мощности лампы
можно достигнуть в том случае, если при колебании
питающего напряжения ток лампы сохраняется почти
постоянным по величине, так как напряжение горения
лампы практически нс зависит от величины тока, а сле-
довательно, и мощность лампы будет оставаться в этом
случае неизменной. В схеме с насыщенным дросселем
с повышением сетевого напряжения ток лампы начинает
увеличиваться, при этом реактивное сопротивление
дросселя уменьшается. Суммарное реактивное сопротив-
ление последовательно соединенных дросселя и конден-
76
сатора возрастает, и ток лампы увеличивается в незна-
чительной степени. Конденсатор С нужно выбирать
таким образом, чтобы балласт имел емкостный характер-
В связи с этим при работе лампы на промышленной
частоте кривая тока сильно искажена за счет появлений
в ней высших гармонических. Это является значитель-
ным недостатком схемы, что ограничивает ее примене-
ние. Более приемлемым решением будет использование
автотрансформатора с рассеянием (рис. 23,г). В этом
случае третья гармоника на вторичной обмотке транс-
форматора и создаваемая емкостной составляющей
балласта находятся почти в противофазе и взаимно
компенсируют друг друга. Кривая тока лампы в макси-
муме становится более плоской, и при фиксированной
мощности лампы действующее значение тока уменьшает-
ся. Таким образом, применение автотрансформатора
с рассеянием повышает стабилизирующие свойства схе-
мы.
Ртутные лампы с добавками йодидов металлов ДРИ
(металлогалоидные лампы)
Наша промышленность начала выпуск новой разно-
видности ртутных ламп высокого давления, имеющих
большую перспективу применения, обеспечивающих зна- t
чительный качественный скачок в области производства
источников света.
Проведенные в последние годы научно-исследователь-
ские работы показали, что если в ртутный разряд ввести
некоторые добавки в виде простейших химических соеди-
нений ряда элементов, в частности галоидные соедине-
ния щелочных пли щелочно-земельных металлов, в осо-
бенности их йодиды, то можно получить не только улуч-
шение цветности лампы, но и значительно повысить их
экономичность. Как указывалось выше, температура по
оси разряда в ртутной лампе составляет примерно
6000 К, а у стенок кварцевой трубки она равна
600—700 К.
Попадая в канал разряда, молекулы введенного
в лампу йодида металла в горячей зоне диссоциируют,
т. е. распадаются на атомы йода и соответствующего
металла. Атомы металла приходят в возбужденное со-
стояние. При этом излучается свет со спектром, харак-
терным для данного элемента. Излучение добавок, сме-
77
шнваясь с излучением ртутного разряда, меняет
цветность света, даваемого лампой. Из горячей зоны
атома йода и металла диффундируют по направлению
к стенкам трубки, имеющим более низкую температуру,
где вновь воссоединяются в первоначальное соединение.
Таким образом, в лампе возникает замкнутый цикл, ко-
торый должен существовать в течение всего срока служ-
бы лампы. Если в Лампу вводится не один, а несколько
разных элементов в виде простейших химических соеди-
нений, то для каждого элемента в лампе должен под-
держиваться свой замкнутый цикл. Наличие такого
замкнутого цикла позволяет вводить в лампы йодиды
щелочных металлов, таких, как таллий, натрий, индий,
цезий и другие, которые в чистом виде активно реаги-
руют с кварцевым стеклом, поэтому не могут быть ис-
пользованы как излучающие добавки. При этом со
стенками кварцевой трубки соприкасаются не чистые ме-
таллы, а их йодиды, к которым кварц оказывается устой-
чивым.
Вводимые в лампу добавки должны отвечать опре-
деленным требованиям, основные из которых сводятся
к следующим: упругость их паров при допустимой рабо-
чей температуре колбы лампы должна быть достаточной
для получения излучения с высоким выходом; темпера-
тура их разложения на элементы должна быть выше
рабочей температуры колбы, так как в противном случае
они будут разлагаться у стенок трубки; потенциалы воз-
буждения элементов, входящих в добавку, излучение
которых мы используем, должны быть ниже потенциалов
возбуждения других элементов, входящих в соедине-
ние или находящихся в лампе; они должны оказывать
минимальное вредное влияние па материал колбы
и электроды.
Кроме вводимых в разрядную трубку добавок в ней
находится буферный газ — пары ртути, ксенон и другие
(при высоком давлении). При работе лампы давление
паров ртути в 100—1000 раз выше, чем давление паров
добавки. Однако благодаря тому, что потенциал возбуж-
дения атомов металлов добавки значительно ниже потен-
циала возбуждения атомов ртути, излучение этих метал-
лов становится соизмеримым с излучением ртутного раз-
ряда. Поэтому в зависимости от вида вводимой добав-
ки ртутный разряд приобретает ту или иную цветность.
Потенциал возбуждения йода значительно выше, чем
78
потенциал возбуждения элемента, с которым он образует
соединение, приближаясь по своей величине к потенциа-
лу возбуждения ртути. Поэтому в разряде с присутстви-
ем небольшого количества йодида металла будет пре-
обладать излучение этого металла, а не йода и ртути.
Роль буферного газа сводится к поддержанию на нуж-
ном уровне градиента потенциала в столбе разряда, и
с повышением его давления создаются условия для уве-
личения выхода излучения добавок из разряда.
При введении в ртутную лампу, например йодида
таллия, лампа излучает зеленоватый свет, а ее световая
отдача повышается примерно до 70 лм/Вт. Если в ка-
честве добавки использовать йодид натрия, то лампа
приобретает желтоватый цвет. Введение в лампу йодида
индия дает лампе голубоватый оттенок. Если вводить
в лампу смесь различных йодидов металлов, выбранных
в нужных концентрациях, то при этом можно получить
ртутную лампу с цветностью, близкой к естественному
солнечному свету. Такая лампа в перспективе может
иметь световую отдачу до 130 лм/Вт и широко приме-
няться для целей общего освещения. Уже сейчас созданы
образцы ламп, в которых применена смесь йодидов нат-
рия, талия и индия, имеющих хорошую цветность и све-
товую отдачу 80—100 лм/Вт.
Конструкция лампы типа ДРИ подобна конструкции
ламп ДРЛ. Кварцевая горелка этой лампы аналогична
горелке лампы ДРЛ. Электроды лампы изготавливаются
из торированного вольфрама. В качестве активатора ис-
пользуют металлический торий или его соединения. Квар-
цевая горелка помещается внутри стеклянной колбы,
имеющей цилиндрическую или эллиптическую форму и
откачанной до высокой степени вакуума примерно
133,3-10-4 Па. Наличие такой колбы обеспечивает под-
держание необходимого теплового режима работы лам-
пы. Наряду с положительным влиянием на работу лампы
наличие вакуумной колбы имеет и отрицательные момен-
ты. Увеличивается взрывоопасность ламп, снижение
вакуума приводит к увеличению времени повторного
зажигания и возможности пробоя между токоведущими
концами. Имеются отдельные конструкции ламп с газо-
наполненными колбами. Обычно колба не покрывается
люминофором, но есть ряд типов ламп, где используются
люминофоры. Лампа снабжена обычным резьбовым
цоколем.
79
Для получения высокой световой отдачи температу-
ра разрядной трубки у ламп ДРП должна быть на
80—100 °C выше, чем у ламп ДРЛ. Если сохранить оди-
наковую мощность у обоих типов ламп, то приходится
уменьшать размеры трубки и теплоотвод. Такое умень-
шение размеров трубки обычно осуществляется за счет
уменьшения расстояния между электродами при одно-
временном увеличении давления паров ртути в горелке.
Диаметр трубки несколько увеличивают, так как это
способствует повышению световой отдачи ламп.
Электрические характеристики ламп ДРИ стремятся
сохранить такими же, как и соответствующие по мощ-
ности характеристики ламп ДРЛ. Поэтому при уменьше-
нии расстояния между электродами приходится увеличи-
вать градиент потенциала, что достигается за счет по-
вышения давления паров ртути. Рабочее давление паров
ртути в лампах ДРИ примерно в 2 раза выше, чем
в соответствующих лампах ДРЛ.
Количество и соотношение вводимых в лампу йоди-
дов подбирают экспериментально, исходя из расчета по-
лучения максимальной световой отдачи при заданной
цветности лампы. Обычно йодид натрия вводят с избыт-
ком. Остальные вводимые йодиды строго дозируют,
добиваясь получения оптимальных световых и электри-
ческих характеристик.
Подбирая соответствующие добавки, вводимые в лам-
пу, можно широко варьировать получаемый спектр излу-
чения. Используя этот принцип, например, созданы лам-
пы для облучения растений в теплицах, которые позво-
ляют получить высокоэффективный источник облучения
для сельского хозяйства. Конструктивно эта лампа ана-
логична обычной осветительной лампы типа ДРИ.
Отличие заключается в том, что внешняя колба изготов-
лена из термостойкого стекла, имеет соответствующим
образом рассчитанный профиль и с внутренней стороны
покрыта зеркальным отражающим слоем. Между ниж-
ним основным и вспомогательным электродами включен
термобиметаллический размыкатель, разрывающий цепь
питания вспомогательного электрода после зажигания
лампы.
В горелку вводят в соответствующих дозах йодиды
индия и лития. В настоящее время освоено производство
подобных ламп типа ЛОР 1000 (лампа облучательная
рефлекторная) и ведется разработка лампы ЛОР 2000.
80
\
В табл. 4 приведены основные технические данные
освоенных отечественной промышленностью металло-
галоидных ламп.
Для включения в сеть лампы типа ДРИ требуют по-
следовательного включения с ним балластного сопротив-
ления. В качестве такого балластного сопротивления мо-
жет быть использован дроссель от обычной лампы ДРЛ
соответствующей мощности или трансформатор с рас-
сеянием.
Таблица 4
Основный технические характеристики
металлогалоидных ламп
Тип лампы Мощность, Вт Напряжение на лампе, В Световой ток, лм 2 i й Средняя про- должитель- ность горе- ния, ч Размеры ламп, мм
Диаметр внешней колбы Полная длина
ДРИ 700 700 120 53 000 3000 120 390
ДРИ 2000 2000 230 180 000 — 2000 100 420
ЛОР 1000 1000 120 — 90 С00 1000 208 294
Лампы ДРИ имеют некоторые особенности процесса
зажигания, поэтому рассмотрим их пусковых характери-
стики.
Напряжение первоначального зажига-
ния разряда. Введение в горелку металлогалоидных
добавок приводит к существенному повышению как на-
чального напряжения зажигания разряда, так и измене-
нию напряжения зажигания в процессе срока службы
ламп. Это связано с рядом особенностей конструктивного
порядка и протекающих в лампе реакций при их работе.
Повышение напряжения зажигания также связано
с попаданием галоидов или их соединений на эмиссион-
ное покрытие электродов. Конденсация галогенов на
эмигрирующей части электродов происходит главным об.
разом после выключения лампы, так как электроды, об-
ладая меньшей теплоемкостью по сравнению с кварцевой
трубкой, остывают быстрее. Для уменьшения влияния
этого явления предусматривается соответствующая кон-
струкция электродов, обеспечивающая защиту эмигри-
рующих поверхностей от попадания на них галогенов.
В некоторых конструкциях ламп предусматривается пред-
6—72
81
Верительный подогрев одного из электродов, отключае-
мый после зажигания лампы.
Напряжение зажигания может быть снижено при
применении одного или двух зажигающих электродов.
При этом возникает опасность образования проводящих
мостиков и замыкания между основным и зажигающим
электродом вследствие конденсации металлогалоидных
соединений на кварце в местах заварки электродов. Это
в большой степени относится к нижнему концу трубки
(при работе ламп в вертикальном положении), имеюще-
му более низкую температуру, где возможна конденса-
ция йодида натрия, вводимого в лампу в избытке. Для
устранения подобной опасности в лампах с двумя зажи-
гающими электродами применяют биметаллический кон-
такт, который во время работы лампы закорачивает ос-
новной и зажигающий электроды или отключает зажи-
гающий электрод в нижней части трубки (лампа типа
ЛОР 1000). Для ламп, работающих в вертикальном по-
ложении, применяют только один зажигающий электрод,
расположенный у верхнего конца трубки. В этом случае
не требуется применение биметаллического контакта.
Наибольшее влияние па разряд оказывают примеси
воды и йода. Это объясняется тем, что оба эти вещества
очень активны. Свободный йод адсорбируется на эмит-
тирующей поверхности электродов и снижает их эмис-
сионную способность; кроме того, поскольку при обыч-
ных температурах давление паров йода примерно в 100
раз больше давления паров ртути, начальное напряжение
зажигания разряда сильно повышается.
Для возникновения в лампе разряда к се электродам
должен быть приложен импульс напряжения, обеспечи-
вающий ионизацию междуэлектродного пространства.
Экспериментально доказано, что характеристика импуль-
са, необходимого для зажигания разряда в лампах вы-
сокого давления, неодинакова для различных типов
ламп. Для металлогалоидных ламп недостаточно обеспе-
чить только соответствующую амплитуду импульса на-
пряжения, но требуется также иметь определенную
энергию импульса.
Процесс разгорания ламп ДРИ. 1 ак же как
и в лампах ДРЛ, после зажигания в лампе ДРИ раз-
ряда начинается период ее разгорания, в процессе кото-
рого изменяются ее электрические и световые характери-
стики, достигающие стационарного состояния, в зависи-
82
мости от мощности лампы в течение примерно 3—4 мин.
Наличие периода разгорания связано с постепенным по-
вышением температуры разрядной трубки и соответствую-
щим изменением давления паров ртути и добавок. На-
пряжение на лампе в момент зажигания в ней разряда
составляет 10—20 В, и в течение 3—4 мин оно достигает
номинального значения. Пока напряжение на лампе по
величине мало, напряжение повторного зажигания дуги,
как правило, также мало. Однако в лампах, содержащих
в избыточном количестве свободный йод, непосредствен-
но после зажигания разряда напряжение повторного
зажигания становится чрезвычайно высоким. В кривой
напряжения на лампе появляется характерный пик пере-
зажигания.
Если напряжение источника питания невелико и со-
ставляет 200—220 В, то при подключении к лампе или
балластному дросселю параллельно конденсатора можно
уменьшить нарастание и спад импульсов напряжения.
Зависимость напряжения зажигания
л а м п ы от температуры окружающей сре-
ды. Выше уже отмечалось, что металлогалоидные лам-
пы весьма критичны к тепловому режиму разрядной
трубки. Вполне естественно поэтому, что изменение окру-
жающей температуры оказывает влияние на электриче-
ские характеристики ламп. С уменьшением температуры
окружающей среды напряжение зажигания ламп увели-
чивается. Существенное повышение напряжения зажига-
ния у старых ламп, как это явствует из приведенных
выше данных, связано с увеличением концентрации дво-
бодвого йода в процессе срока службы.
Повторное зажигание ламп ДРИ. Если при
работе ламп ДРИ в силу каких-либо причин произойдет
ее погашение, то повторное зажигание лампы нельзя
произвести до полного ее остывания. В зависимости от
мощности лампы время остывания лампы составляет от
5 до 30 мин.
Изменение электрических характери-
стик ламп в процессе срока службы и в ус-
л о в н я х эксплуатации. Одной из характерных осо-
бенностей работы ламп ДРИ, создающей затруднения
при эксплуатации этих ламп, является повышение напря-
жения их зажигания в процессе эксплуатации. По мне-
нию многих исследователей причину этого явления надо
видеть в возрастании концентрации свободного йода
6»
83
в лампе при ее длительном горении. Свободный йод об-
разуется в результате диффузии натрия через стенки
кварцевой горелки. Также отмечается диффузия таллия,
однако ее скорость значительно меньше, чем для натрия.
Предложено ряд способов и конструктивных решений
ламп, позволяющих уменьшить диффузию натрия. Одна-
ко не один из известных в настоящее время методов
снижения диффузии натрия не дает кардинального реше-
ния этого вопроса, поэтому проблема устранения указан-
ного недостатка ламп ДРИ остается острой и подлежа-
щей разрешению.
Схемы включения металлогалоидных
ламп в сеть. На рис. 24,а показана наиболее простая
из возможных схем включения ламп ДРИ с одним под-
жигающим электродом. Балластом служит обычный
дроссель. Поджигающий электрод соединен с противо-
положным основным электродом через токоограничива-
ющий резистор. Конденсатор на входе обеспечивает по-
вышение коэффициента мощности ПРА. Эту схему, оче-
видно, можно применить только в том случае, когда
напряжение питающей сети выше напряжения зажигания
лампы. Следовательно, такой способ включения допустим
при питании лампы линейным напряжением сети, т. е.
при напряжении 330 В. Эта схема обладает рядом недо-
статков: относительно небольшая возможность регулиро-
вания мощности лампы при колебании сети; возмож-
ность прохождения тока, превышающего номинальный
рабочий ток цепи, в случае затягивания процесса пуска
лампы или ее незажигания; отсутствие защиты дросселя
от перегрузки при однополупериодном горении лампы.
При включении лампы ДРИ с одним поджигающим
электродом на фазное напряжение, т. е. 220 В, можно
применить автотрансформатор с рассеянием, обеспечи-
вающим одновременно повышение напряжения сети и
выполнение функций балласта (рис. 24,6). Конденсатор
включен для улучшения cos ср.
Если в питающей сети возможны значительные коле-
бания напряжения, то лучше применить так называемый
регулируемый балласт (рис. 24,в). Балласт состоит из
трансформатора с рассеянием. Конденсатор С2 вместе со
вторичной обмоткой трансформатора образует резонанс-
ный контур на третьей гармонике, и при этом создается
необходимое напряжение для зажигания лампы. Не-
достаток такого решения— достаточно трудная настрой-
84
ка контура, поэтому можно обойтись и без конденсатора
Сг. В этом случае вторичное напряжение трансформато-
ра должно быть выбрано достаточным по величине для
зажигания лампы. Конденсатор С1 является токоограни-
чивающим элементом и защищает вторичную обмотку
трансформатора от перегрузки при однополупериодном
горении лампы.
Весьма перспективно применение пикового балласта
(рис. 24,г), который состоит из трансформатора с рас-
сеянием, имеющим две первичные и две вторичные об-
мотки соответственно с различным числом витков. Это
позволяет использовать такой балласт в сети с изменяю-
85
щимся напряжением. Одна из первичных обмоток и вто-
ричные обмотки соединены по схеме автотрансформатора
и последовательно с конденсатором С. Конденсатор С
имеет то же назначение, что и в схеме на рис. 24,в. Сер-
дечник трансформатора сконструирован таким образом,
чтобы та его часть, на которой расположены вторичные
обмотки, быстро насыщалась. Сердечник трансформатора
имеет воздушный зазор, расположенный под вторичной
обмоткой. При синусоидальной форме питающего напря-
жения и негорящей лампе вторичный магнитный поток
искажается, и э. д. с., индуктированная этим потоком, во
вторичной обмотке имеет пикообразную форму. Ампли-
тудный коэффициент напряжения приблизительно равен
двум. Благодаря этому обеспечивается быстрое зажига-
ние лампы. После зажигания лампы степень насыщения
сердечника трансформатора уменьшается, этому способ-
ствует воздушный зазор. Наличие воздушного зазора
увеличивает магнитное рассеяние сердечника вторичной
обмотки. Напряжение на лампе приобретает форму,
близкую к синусоидальной. Пиковый балласт по сравне-
нию с индуктивным балластом имеет ряд преимуществ:
лампа может быть включена на фазное напряжение,
балласт обладает улучшенными характеристиками регу-
лирования мощности лампы, величина пускового тока не
превышает номинального тока лампы.
При включении лампы ДРИ с одним поджигающим
электродом на фазное напряжение сети 220 В (для соз-
дания необходимого импульса напряжения при зажига-
нии лампы) может быть применено специальное поджи-
гающее устройство. На рис. 24,<? приведен пример
подобной схемы. Параллельно лампе включена цепочка,
состоящая из конденсатора емкостью 1 до 4 мкФ и раз-
рядника. При подаче на схему напряжения сети конден-
сатор С заряжается, и когда напряжение на нем дости-
гает величины напряжения пробоя разрядника Р,
конденсатор разряжается и в цепи появляется импульс
напряжения, зажигающий лампу. Вместо разрядника
может быть использован другой элемент, имеющий по-
роговую характеристику, например динистор, термореле
и т. п.
В ряде зарубежных конструкций ламп во внешнюю
вакуумную колбу встраивается биметаллическое термо-
реле, контакты которого в исходном положении замыка-
ют накоротко основные электроды лампы. Последова-
86
тельно в основную цеПь лампы включено сопротивление,
нагревающее биметаллическую пластинку. При подаче
на схему напряжения под действием тепла, выделяемого
в сопротивлении, биметаллические контакты размыкают-
ся и появляется импульс напряжения, зажигающий лам-
пу. В рабочем состоянии контакты термореле удержи-
ваются в разомкнутом состоянии (рис. 24,е).
Выше было указано, что одним из способов снижения
напряжения зажигания ламп ДРИ может быть предва-
рительный нагрев электрода. Такой способ включения
лампы показан на рис. 24,ж. При неработающей лампе
контакты термореле замкнуты и при включении лампы
в сеть через контакты термореле и подогретый электрод
начинает проходить ток. Через некоторый промежуток
времени контактная биметаллическая пластинка нагре-
вается излучаемым теплом и реле срабатывает, цеп. п.
догрева разрывается и в контуре возникает импульс на-
пряжения, зажигающий лампу- При горении лампы за
счет излучаемого разрядом тепла контакты термореле
остаются разомкнутыми.
На рис. 24,з приведена схема включения двух-
электродной лампы ДРИ в сеть 220 В. Питание лампы
осуществляется от автотрансформатора с рассеянием.
Для создания на лампе импульса напряжений для ее
зажигания используется специальное поджигающее
устройство. Для сети 380 В включение лампы производит-
ся без питающего автотрансформатора (аналогично
рис. 24,а). Для поджига лампы применяется специаль-
ное зажигающее устройство.
Ртутно-кварцевые лампы высокого давления типа
ДРТ (дуговая ртутная трубчатая) используются не толь-
ко как осветительные лампы, но также широко применя-
ются как источники ультрафиолетового излучения в раз-
личных облучательных установках. К таким установкам
относятся, например, использование этих ламп для меди-
цины, в сельском хозяйстве для облучения животных и
птиц, в театрах для облучения декораций и костюмов,
выполненных с применением люминесцентных красок,
светящихся под действием ультрафиолетового излучения,
и т. п.
Лампы ДРТ (ПРК) (рис. 25) представляют собой
кварцевую трубку диаметром от 20 до 33 мм, с двумя
оксидными электродами. По концам трубки надеты
металлические колпачки, и лампа снабжена металличе-
87
Таблица 5
Основные технические данные ламп типа ДРТ
Тип лампы Напряжение сети. В п 11уСК4»ВОИ ток, А Мощность лампы, Вт Напряжение на лампе, В Рабочий ток лампы, А Средняя про- должитель- ность горе- ния, ч Полная дли- на, мм
ДРТ220 127 5,0 220 70 3,70 1000 190
ДРТ375 220 6,0 375 120 3,7 2500 265
ДРТ 1000 220 14,0 1000 135 0,05 1200 350
11РК5 220 4,0 240 120 2,3 800 235
ПРК8 220 6,0 220 70 3,8 800 190
ДРТ2500 220 — 2500 850 3,4 3000 1200
Примечание Обличение типа ламп ИРК (прямая ртутно-кварцевая)сохра-
нилось для старых ламп, которые еще н'е сняты с производства и выпускаются про-
мышленностью.
скими выводами для присоединения к питающим про-
водам. Труока наполняется аргоном и дозированным ко-
личеством ртути. Для снижения напряжения зажигания
лампы на ее поверхности укрепляется металлическая
проводящая полоса. Основные технические данные вы-
пускаемых ламп ДРТ и ПРК приведены в табл. 5.
Рис. 25. Ртутная лампа типа ДРТ.
Лампа включается в сеть последовательно с дрос-
селем (рис. 26). Проводящая полоса на лампе подключе-
на через небольшой разделительный конденсатор Ci
емкостью 300—500 пФ. Параллельно лампе включен кон-
денсатор С2 емкостью 2—3 мкФ. Последовательно с вы-
ключателем К включается конденсатор с емкостью
0,007—0,05 мкФ. При включении /< образуется резонанс-
ный контур, состоящий из дросселя и конденсатора С3.
На конденсаторе С3 создается повышенное напряже-
ние, которое и зажигает в лампе разряд. Лампа раз-
горается в течение 10—15 мин.
Для включения в сеть ламп типа ДРТ 2500, предназ-
наченных для работы в светокопировальных аппаратах,
приходится применять повышающий трансформатор, так
как напряжение на лампе в рабочем режиме составляет
850 В. Схема включения этой лампы показана на рис. 27.
88
Ртутные лампы сверхвысокого давления. Если повы-
шать давление
0,3
0,5 МПа до
паров ртути в разрядной трубке от
единиц мегапаскалей, то вместе с увели-
чением
давления
ется ее световая
приближается к
няется
тем.
увеличивается яркость лампы, повыша-
отдача и цветность ртутного разряда
цветности дневного света. Это объяс-
повышенисм давления паров ртути, как
что с
Рис. 26. Схема вклю-
чения лампы типа
ДРТ (ПРК) в сеть пе-
ременного тока.
Рис 27. Схема включе-
ния лампы типа ДРТ
2500.
было указано выше, меняется характер спектра излучае-
мого лампой света и он становится линейчатым с ярко
выраженным непрерывным фоном.
Относительные потери энергии на электродах резко
уменьшаются и вся энергия, рассеиваемая в лампе,
главным образом приходится на положительный столб
дуги. Это приводит к повышению световой отдачи ламп.
Так как для получения сверхвысокого давления паров
ртути уменьшаются размеры колбы, а дозировка ртути
увеличивается, то на небольшое расстояние между
электродами лампы приходится большая мощность.
Удельная мощность, приходящаяся на один сантиметр
длины дуги, резко увеличивается, что соответственно уве-
личивает яркость лампы.
При больших удельных нагрузках в лампах создают-
ся очень высокие температуры, поэтому колба таких
ламп должна изготовляться только из кварца и в зави-
симости от мощности ламп приходится применить не
89
ренним диаметром
Рис. 28. Ртутно-квар-
цевая лампа типа
ДРШ-250.
/ — электрод зажигания.
только воздушное, но и водяное охлаждение колб, так
как даже кварц не выдерживает развиваемых в них
температур. Водяное охлаждение применяется в основ-
ном для капиллярных ламп. Разрядная трубка такой
лампы представляет собой кварцевый капилляр с внут-
от 1 до 4 мм с толщиной стенок
2—3 мм, по концам которого впая-
ны электроды. Капилляр помещает-
ся в водяную рубашку, по которой
циркулирует проточная вода. При
работе лампы давление паров рту-
ти достигает 7-е 15 МПа. Лампы
отличаются высокой яркостью
при нитевидной форме светящего
тела.
Увеличение удельной мощности,
выделяемой в разряде в лампе,
требует для установления нормаль-
ного теплового режима одновре-
менно с этим повышения охлажде-
ния лампы, что может быть достиг-
нуто при естественном охлаждении
за счет увеличения поверхности кол-
бы. Это приводит к приданию колбе
лампы средней и большой мощно-
сти шарообразной формы.
Промышленностью выпускается
группа шарообразных ламп мощно-
стью от 100 до 1000 Вт. В качестве
примера на рис. 28 приведена лам-
па типа ДРШ-250 (дуговая, ртут-
ная, шарообразная мощностью
250 Вт).
Основные технические характеристики ламп приведе-
ны в табл. 6.
Колба лампы имеет шарообразную форму, изготов-
лена из толстостенного кварца. Лампа снабжена двумя
вольфрамовыми электродами, находящимися на рас-
стоянии 4—7 мм друг от друга. Вводы в колбу лампы
выполняются из вольфрама или молибдена. Колба на-
полняется аргоном при давлении 133,2 ч-6666,1 Па и до-
зированным количеством ртути, рассчитанным таким об-
разом, чтобы при работе лампы давление паров ртути
достигало 2,5ч-5,0 МПа. В особых случаях для уменьше-
90
Ния времени разгорания колбу лампы помещают в обо-
лочку, хорошо отражающую инфракрасное облучение.
В лампах больших мощностей вместо наружной оболоч-
ки можно применять искусственный наружный обдув
воздухом. В лампах больших мощностей в трубчатой
Таблица 6
Основный технические характеристики шаровых
ртутно-кварцевых ламп сверхвысокого давления
Тип лампы Номинальная мощ- ность, Вт Минималь- ное напря- жение пита- ния, В Напряжение на лам- пе, В св я ю сь Номинальный свето- вой поток, лм Средняя продолжи- тельность горения, ч Яркость в центре столба разряда, । Мкд/м3 Полная длина лам- пы, мм Внешний диаметр колбы, мм
постоян- ного тока перемен- ного тока
ДРШ-100-2 100 60 20-25 6,3—1,2 1 200 100 1000 85 15
ДРШ-250-3 250 220 57-72 4,3-3,4 12 500 500 100 145 40
ДРШ-500М 500 — 220 60-75 7.3-6,1 22 "00 600 130 190 45
ДРШ-1000 1000 — 220 75-90 13-10 53 000 100 120 230 58
колбе лампа помещается в стеклянную рубашку, по ко-
торой циркулирует охлаждающая вода. Эти лампы могут
включаться в сеть постоянного или переменного тока.
Отличие этих ламп—в конструкции электродов и их рас-
положении. При постоянном токе лампы должны горсть
в вертикальном положении, анод располагается внизу и
имеет более сильно развитую поверхность для отвода
тепла, чтобы не было его перегрева. При переменном
токе лампа должна гореть в вертикальном положении,
а для некоторых типов ламп допускается горение в гори-
зонтальном или наклонном положении, и ее электроды
имеют одинаковое конструктивное исполнение.
Лампы типа ДРШ могут включаться в сеть последо-
вательно с балластным сопротивлением: активном при
питании на постоянном токе и индуктивном — при ра-
боте на переменном токе. Период разгорания лампы
в среднем составляет 2—5 мин. Повторное зажигание
лампы может производиться после ее достаточного ох-
лаждения, на что требуется 10—15 мин.
Для облегчения процесса зажигания большинство
типов ламп ДРШ снабжаются третьим поджигающим
электродом, который размещается в специальном от-
ростке на колбе таким образом, чтобы расстояние между
91
Рис. 29. Принци-
пиальная схема вклю-
чения лампы типа
ДРШ с поджигаю-
щим электродом.
одним из рабочих электродов и поджигающим электро-
дом было небольшим, т. е. значительно меньшим, чем
между основными рабочими электродами.
Напряжение первоначального зажигания ламп ДРШ
вследствие высокого давления наполняющего лампу
инертного газа значительно выше напряжения питаю-
щей сети. Для зажигания лампы на ее электроды пода-
ется импульс высокого напряжения, обеспечивающий
первоначальную ионизацию между-
электродного пространства.
Процесс развития разряда в лам-
пе условно можно разбить на четы-
ре этапа: пробой междуэлектродно-
го пространства, нагрев электродов,
разгорание дугового разряда и
установление стационарного ре-
жима работы.
На рис. 29 показана принци-
пиальная схема включения лампы
с поджигающим электродом. После-
довательно с лампой включено
балластное сопротивление, которое
при работе на переменном токе
представляет собой дроссель Др,
а при питании от источника по-
стоянного тока — резистор R (на схеме показан пункти-
ром). Необходимый для зажигания ламп высоковольт-
ный и высокочастотный импульс напряжения создается
специальным поджигающим устройством ПУ, отключае-
мым после зажигания лампы от сети. Возможны раз-
личные варианты решений этой принципиальной схемы
включения ламп. В качестве примера приведем несколь-
ко вариантов схемы зажигания ламп с поджигающим
электродом.
На рис. 30,а показана схема включения лампы ДРШ
в сеть переменного тока с напряжением питающей сети
220 В, а на рис. 30,6 — в сеть с напряжением 127 В.
В первом случае после подключения схемы к сети через
токоограничивающий резистор R и диод Д1 конденсатор
Ci заряжается, и как только напряжение на нем станет
выше напряжения пробоя разрядника Р, последний
срабатывает и конденсатор разряжается па импульсный
трансформатор ИТ. При этом во вторичной обмотке
трансформатора ИТ создается импульс высокого напря-
92
Мнения, который подастся па поджигающий электрод
лампы. Поджигающие импульсы будут подаваться до
тех пор, пока в лампе не возникнет дуговой разряд.
После зажигания лампы падение напряжения на бал-
ластном дросселе автоматически отключит зажигающее
устройство. Во втором случае принцип работы поджига-
ющего устройства аналогичен рассмотренному. Отличие
заключается в том, что здесь применена схема удвоения
напряжения для получения необходимого напряжения
срабатывания разрядника Р в связи с пониженным
напряжением питающей сети. На рис. 30,в приведена
упрощенная схема зажигания лампы. Вместо разрядника
используется выключатель К. В цепи заряда конденса-
тора отсутствует диод. При включении К конденсатор С4
разряжается на импульсный трансформатор ИТ, и на
поджигающий электрод подается импульс высокого
напряжения. Импульсный трансформатор выполняется
воздушным. В случае необходимости повышения величи-
ны импульса напряжения импульсный трансформатор
93
может быть изготовлен с сердечником из ферромагнит-
ного материала. Величина импульса в указанных схемах
достигает 5—10 кВ.
На рис. 31 приведен пример схемы включения
двухэлектродной лампы ДРШ. Для создания необходи-
мого высоковольтного импульса высокой частоты исполь-
зован генератор высокой частоты, состоящий из
трансформатора 7\ и колебательного контура с воздуш-
Рис. 31. Схема включения двухэлектродпых
ламп типа ДРШ.
ным разрядником Р. На первичную обмотку трансфор-
матора Т\ подается сетевое напряжение. Конденсатор С2,
включенный во вторичную обмотку трансформатора,
заряжается, и когда на нем напряжение достигает вели-
чины напряжения пробоя воздушного разрядника Р, он
почти мгновенно разряжается на первичную обмотку
импульсного трансформатора ИТ. Во вторичной обмотке
трансформатора ИТ индуктируется высоковольтный,
высокочастотный импульс, который подводится к рабо-
чему электроду лампы. Таким электродом (в случае
работы лампы от сети переменного тока) должен быть
электрод, присоединенный к фазному или линейному
проводу сети. Конденсатор Ct блокирует питающую сеть
от попадания в пее высокой частоты. Емкость конденса-
тора Ci составляет 0.1 мкФ. После зажигания лампы
вторичная обмотка импульсного трансформатора
шунтируется выключателем К и поджигающее устройст-
во отключается.
94
4. КСЕНОНОВЫЕ ЛАМПЫ
За последние годы получают все более широкое рас-
пространение газоразрядные лампы сверхвысокого дав-
ления, в которых в качестве наполнителя используются
не пары металлов, а тяжелые газы, в частности ксенон.
Применение ксенона для наполнения ламп вносит
существенные изменения в их характеристики. Период
разгорания в таких лампах практически отсутствует, так
как плотность газа в лампе не зависит от температуры
колбы. Поэтому сразу же после зажигания в лампе
разряда она начинает работать в поминальном режиме.
Это удобно с точки зрения эксплуатации. Разряд в ксе-
ноне дает хорошие спектральные характеристики излуче-
ния. Спектр ксеноновой лампы богат ультрафиолетовым,
видимым и инфракрасным излучениями, поэтому эти
лампы имеют хорошую цветопередачу- Их называют
«солнечными» из-за близости создаваемого ими света
к естественному. При некоторых значениях тока лампы
приобретают положительную вольт-амперную характе-
ристику, что позволяет для ламп определенной мощности
создать безбалластные лампы, т. е. лампы, не требующие
последовательного с ними включения балластного сопро.
тивления. Использование безбалластных ламп экономи-
чески выгодно, так как при их включении в сети
отсутствуют непроизводительные потери в балласте.
Ксеноновые лампы имеют относительно низкое рабочее
напряжение при горении, но для достижения большой
яркости разряда и повышения их световой отдачи при-
ходится увеличивать ток через лампу. Поэтому характер-
ной особенностью этих ламп является относительно
большой потребляемый ток.
По своей экономичности ксеноновые лампы занимают
среднее положение между лампами накаливания и ртут-
но-кварцевыми лампами высокого давления. Световая
отдача ксеноновых ламп в зависимости от мощности
в среднем составляет от 20 до 50 лм/Вт. Срок службы,
гарантируемый заводами, колеблется от 15 до 1500 ч.
Выпуск ксеноновых ламп в настоящее время еще очень
небольшой.
Может показаться, что при указанных экономических
параметрах ламп их применение не является целесооб-
разным. Однако проведенные расчеты и имеющаяся
практика использования ксеноновых ламп дает основа-
ние утверждать, что применение ксеноновых ламп в ряде
случаев весьма целесообразно и экономически выгодно.
Наивыгоднейшими областями применения ксеноновых
ламп в настоящее время можно считать наружное осве-
щение больших площадей в городах, освещение
спортивных сооружений, наружное освещение карьеров
при добыче открытым способом, освещение открытых
строительных площадок и монтажных площадок произ-
водственных предприятий, медицине, биологии, полупро-
водниковой технике, а также внутреннее освещение
производственных цехов больших размеров и высотой
более 20—25 м. Значительное применение находят
ксеноновые лампы в кинопроектах, при съемках цветных
кинофильмов, в телевидении и ряде других специальных
установках.
9Q
Конструкция ксеноновых ламп. Различают
два основных типа ксеноновых ламп: лампы с короткой
дугой, с расстоянием между электродами в несколько
миллиметров, в шаровых колбах,
с естественным или воздушным
охлаждением; и лампы с длин-
ной дугой, в трубчатой колбе
с естественным пли водяным ох-
лаждением.
Лампа с шаровой колбой
(рис. 32) представляет собой
толстостенный баллон из кварца
с впаянными в него двумя элек-
тродами, изготовленными из та-
рированного вольфрама. Токо-
проводящими контактами слу-
жат цилиндрические выводы,
конструкция которых предусма-
тривает как возможность крепле-
ния ламп, так и присоединение
питающих проводов. Баллон
лампы наполняется ксеноном до
давления 82,9 МПа, которое при
работе лампы возрастает в пре-
делах 2,02,5 МПа.
Лампы могут работать на по-
стоянном и переменном токе. От-
личие этих ламп заключается
в конструкции электродов. При
постоянном токе лампа имеет
очень массивный анод (рис. 32,а),
располагаемый вверху. При пе-
ременном токе оба электрода
имеют одинаковую конструкцию
(рис. 32,6).
В последнее время появился
новый тип ксеноновых ламп, так
называемые разборные лампы.
В обычной шаровой ксеноновой
лампе 25—35% мощности лампы
Рис 33. Конструкция
разборной ксеноновой
лампы типа ДКсР.
выделяется на электродах, главным образом на аноде.
Выделяемое на электродах тепло нагревает колбу лам-
пы, что ограничивает предельную мощность лампы. Если
отводить выделяемое на электродах тепло, например
7—72
97
с помощью водяного охлаждения, то это уменьшает
тепловую нагрузку на колбу и позволяет создать лампу
большой мощности и уменьшить размеры колбы. Эта
проблема решается в лампах разборной конструкции
типа ДКсР (рис. 33).
С торцов кварцевой лампы вставляются разборные
вводы, которые состоят из металлической трубки 1
диаметром 12—16 мм, служащей токопроводом, которая
изнутри охлаждается водой. Па конце трубки запрессо-
ван анод 5, также охлаждаемый водой. Для получения
вакуумноплотного соединения между корпусом ввода,
токоподводом и кварцевой колбой фланец 3 ножки кол-
бы сжимается между корпусом ввода 2 и прижимной
гайкой 4 через уплотняющие свинцовые прокладки. Че-
раз штуцера подается охлаждающая вода.
Технические данные шаровых ксеноновых ламп
приведены в табл. 7.
Таблица 7
Технические данные шаровых ксеноновых ламп
Тип лампы МОЩ- НОСТЬ лампы, Вт Напря- жение на лам- пе, В Яркость в центре разряда, Мкд/м2 Средняя продолжи- тельность горения, ч Размеры лампы, мм
Диаметр Полная длина
ДКсР 150а-1 150 26 3 500 15 80,0 232
ДКсШ 200 200 22 90 500 26,0 149
ДКсШ 200-1 200 18 150 200 30,6 150
ДКсШ 500 500 25 200 400 31,0 200
ДКсЭ500 500 25 200 1000 31,0 200
ДКсШ 1000-3 1000 25 200 1500 44,0 258
ДКсШ 2000 2000 27,5 400 1000 52,0 320
ДКсР 3000 м 3000 33 750 300 80,0 235
ДКсШ 3000-3 3000 32,5 600* 650 59,0 330
ДКсР 5000-м 5000 40 700 250 80,0 235
ДКсР 6000 6000 — 170 000** 125 90,0 265
• Яркость на расстоянии 2 мм от катода.
•• Световой поток, лм.
Примечание. Условное обозначение типа лампы: Д — дуговая. Кс — ксе-
ноновая, Ш — шаровая, Р — разборная, Э — эритемная; цифры соответствуют мощности
лампы в ваттах, цифра через дефис — порядковый номер разработки.
Трубчатая ксеноновая лампа с естественным охлаж-
дением (рис. 34,а) представляет собой толстостенную
трубку из кварцевого стекла, по концам которой вварены
электроды из тарированного вольфрама. Вводы лампы
изготавливаются из молибденовой фольги. Внешние
9$
Рис. 34. Дуговые ксеноновые трубчатые лампы ДКсТ.
а —с естественным охлаждением; б —с водяным охлаждением; / — разрядная трубка; 2 — корпус охлаждающей рубаш
кн; 3 —электрод; 4 — втулка; 5—вывод: б — цилиндр из молибденовой фольги; 7 —вкладыш; в — стеклянный цилиндр;
9 — гайка; 10 — уплотняющий вкладыш; .’/—уплотняющие прокладки.
7*
99
выводы изготовлены из стали, а переходные втулки из
титана. Колба лампы заполняется ксеноном с холодным
давлением от 2000 до 46662 Па. Величина давления
ксенона определяется напряжением зажигания пускового
устройства, а также зависит от выбранного внутреннего
радиуса — трубки и падения напряжения на единицу
длины разряда.
В лампах с водяным охлаждением разрядная трубка
из кварца помещается внутри стеклянного цилиндра
(рис. 34,6). В зазоре между разрядной трубкой и цилин-
дром циркулирует вода, которой придается винтообраз-
ное движение благодаря некоторому сдвигу входного
патрубка по отношению к плоскости, проходящей через
ось лампы. Концы стеклянного цилиндра помещаются
в сборные латунные муфты и уплотняются резиновыми
прокладками. Для охлаждения ламп используется
дистиллированная вода, циркулирующая в замкнутой
системе. Нормальная работа лампы возможна, если
стеклянный цилиндр полностью заполняется водой.
Максимальная температура охлаждающей воды не
должна превышать температуры, при которой образуется
сплошная паровая рубашка (не более 50°С на выходе из
лампы). Из этих соображений определяется расход
охлаждающей воды. Применение водяного охлаждения
позволяет увеличить почти в 10 раз удельную нагрузку
на кварц по сравнению с естественным охлаждением, что
дает возможность уменьшить размеры ламп и при этом
повысить на 30—40% их световую отдачу. Технические
характеристики трубчатых ксеноновых ламп приведены
в табл. 8.
Зажигание ксеноновых ламп с короткой
дугой. Для зажигания лампы к ее электродам должно
быть приложено высоковольтное и высокочастотное на-
пряжение от вспомогательного маломощного источника
питания. Под воздействием приложенных к лампе
высоковольтных импульсов происходят первоначальный
пробой междуэлектродного пространства и его иониза-
ция, которые создают условия для развития сильноточ-
ного основного разряда. Рассматриваемый тип ламп
характеризуется малыми расстояниями между электро-
дами и относительно высокими давлениями ксенона
в холодном состоянии лампы (примерно 0,5-г-1,0 МПа).
В этих условиях величина требуемой амплитуды высо-
ковольтного импульса, называемая напряжением зажи-
100
гания, для серийно выпускаемых ламп отечественного
производства составляет 15—30 кВ.
После пробоя разрядного промежутка напряжение на
лампе снижается до нескольких сотен вольт и течение
кратковременного периода нагрева концов электродов
и достижения ими температуры, обеспечивающей начало
термоэлектродной эмиссии, напряжение резко падает до
18—35 В в зависимости от типа лампы.
Таблица 8
Основные технические данные трубчатых
ксеноновых ламп
Тип лампы Мощность, Вт Сила тока, А Напряжение, В Световой поток, клм Размеры лам- пы, мм Средняя продол- жительность го- рения, ч
рабочее зажигания Наружный диаметр трубки Полная длина
ДКсТБ 2000 2 000 31 60 195 37 22 376 500
ДКсТ 2000 2 000 52 40 50 33 28 356 300
ДКсТВ 3000 3 000 48 90 100 88 10,2 285 100
ДКсТ 5000 5 000 48 НО 100 220 25 646 300
ДКсТВ 5000 5 000 56 150 360 600 10,2 315 100
ДКсТБ 8000 8 000 55 240 100 130 10,2 375 800
ДКсТБ I00C0-1 10 000 47 220 200 210 35 1270 800
ДКсТ 20000-1 20 000 56 220 200 550 35 2000 500
ДКсТ 50000 50 000 140 380 360 2000 42 2600 500
Примечание, О5означе1ис ламп: Д — дуговая, Кс — ксеноновая, Т — труб-
чатая, В —водяное охлаждение, Б — балластная.
Питание ламп постоянного тока может осуществ-
ляться от сети постоянного тока через активное балласт-
ное сопротивление, от генератора постоянного тока
с падающей внешней вольт-амперной характеристикой
и от сети переменного тока через выпрямитель. Источник
постоянного тока должен иметь напряжение холостого
хода не менее 55—70 В для ламп типа ДКсШ и 70—90 В
для ламп типа ДКсР. Глубина пульсаций напряжения
при работе лампы не допускается выше 10—12%, так
как при больших значениях резко снижается срок
службы лампы из-за разрушения электродов. В этой
связи при использовании двухполупериодного выпрями-
теля обязательно требуется установка сглаживающего
фильтра на выходе выпрямителя или необходимо при-
менять трехфазную двухполупериодную схему выпрям-
101
Ленин. Балластное сопротивление может быть устаной-
лено на стороне постоянного тока или па стороне
переменного тока. В последнем случае балласт выпол-
няется в виде дросселя. Для ламп переменного тока
первоначальный пробой междуэлектродного промежутка
и его ионизация требуют применения вспомогательного
источника высоковольтных и высокочастотных импуль-
сов. Параметры этих импульсов аналогичны параметрам
в случае зажигания ламп на постоянном токе.
После перехода высокочастотного разряда в основ-
ной сильноточный разряд благодаря малому гради-
енту потенциала в положительном столбе на лампе
устанавливается низкое рабочее напряжение, обычно
25—30 В.
Ксеноновые лампы трубчатой формы.
Характерной особенностью этого типа ламп является
возможность стабилизации основного разряда без внеш-
него балласта. Это связано с тем, что в ксеноновых лам-
пах длительного горения удается создать такой режим
работы, при котором плотность тока почти не зависит от
степени ионизации газа, так как рост числа электронов
приводит к обратно пропорциональному одновременному
уменьшению длины их свободного пробега. При опреде-
ленных геометрических размерах столба плазмы и при
почти постоянном ее удельном сопротивлении омическое
сопротивление разряда становится постоянным, и это
сопротивление будет определять силу тока и мощноегь
разряда. В отличие от других типов газоразрядных ламп
ксеноновые трубчатые лампы в силу указанных причин
будут обладать возрастающей вольт-амперной характе-
ристикой. Это дает возможность стабилизировать ток
в лампе с помощью небольшого балласта или даже без
него.
Схемы включения ксеноновых ламп
в электрическую сеть. Основное требование,
предъявляемое к устройству для зажигания ксеноновой
лампы,—обеспечение надежности и безопасности работы,
связанное с тем, что для.зажигания лампы применяется
высокое напряжение. Источник поджигающих импульсов
должен создавать достаточное напряжение и частоту
импульсов и развивать необходимую мощность во время
зажигания лампы.
Рассмотрим принципиальную схему включения лампы
на постоянном токе (рис. 35). В качестве основного ис-
102
точника питания обычно используется выпрямитель.
Искровой генератор поджигающих импульсов питается
от источника переменного тока. После замыкания кон-
тактов К вручную или автоматически подаваемое напря-
жение с помощью трансформатора высокого напряжения
ТВН повышается до 5 кВ, и заряжается рабочий конден-
сатор Ср до напряжения, необходимого для пробоя
воздушного разрядни-
ка Р. Конденсатор Ср
разряжается через воз-
душный разрядник Р на
первичную обмотку им-
пульсного автотрансфор-
матора И АТ и в ней воз-
никает импульс высокого
напряжения, который че-
рез блокировочный кон-
денсатор Сб приклады-
вается к лампе. Так как
после пробоя разрядни-
ка Р падение напряже-
ния на нем очень неве-
лико (менее 0,6 кВ), то
Рис. 35. Принципиальная схема
включения ксеноновой лампы на
почти все напряжение постоянном токе.
конденсатора Ср оказы-
вается приложенным к первичной обмотке И АТ, что
позволяет получить па вторичной обмотке И АТ напря-
жение примерно 30—35 кВ.
Напряжение от основного источника питания подает-
ся на лампу до начала работы искрового генератора
либо одновременно с ним.
В результате пробоя междуэлектродного пространст-
ва лампы в ней возникает высокочастотный разряд, кото-
рый ионизирует разрядный промежуток. Если после
первого импульса в лампе не развивается основной
сильноточный разряд, то искровой генератор будет про-
должать подавать последующие импульсы до тех пор,
пока лампа не зажжется. После этого цепь поджигающе-
го устройства может быть отключена.
Импульсный автотрансформатор И АТ, включенный
в основную цепь питания лампы, после ее зажигания
остается на все время работы включенным последова-
тельно с лампой, поэтому его обмотка должна быть рас-
считана на рабочий ток лампы.
J03
Рис. 36. Принципиальная схема
включения ксеноновой лампы па
переменном токе.
гать па некотором удалении
Вторичная обмотка трансформатора ТВН после
пробоя разрядника Р оказывается замкнутой накоротко
на первичную обмотку И АТ, обычно состоящую из нес-
кольких витков. Это вызывает необходимость принять
меры к ограничению тока во вторичной обмотке ТВН.
Такое ограничение тока может быть достигнуто путем
установки специальных токоограничивающих сопротив-
лений во вторичной обмотке ТВН либо выполнением
этого трансформатора с большим рассеянием, в котором
индуктивное сопротивление рассеяния выполняет роль
токоограничивающего сопротивления. Последний вари-
ант предпочтительнее
первого, поскольку он
экономически более вы-
годен.
Все элементы высоко-
частотного контура долж-
ны быть максимально
приближены к лампе.
Для снижения потерь на
ионизацию воздуха все
токоведущие части уста-
новки, находящиеся под
высоким напряжением,
выполняются без острых
углов. Допускается транс-
форматор ТВН расиола-
г высокочастотного конту-
ра, однако этого делать по возможности не следует, по-
скольку увеличение длины проводов между ТВН и Ср,
находящихся под высоким напряжением, приводит к по-
вышению уровня помех, излучаемых в окружающее
пространство. Это также нежелательно с точки зрения
надежности и безопасности работы установки.
В период зажигания ксеноновой лампы установка
является источником высокочастотных помех, которые
могут распространяться по питающим проводам в источ-
ники питания постоянным и переменным током, по корпу-
су аппаратуры, а также путем излучения в окружающее
пространство. Для блокировки попадания высокой часто-
ты в основной источник постоянного тока на «минусо-
вом» проводе устанавливается П-образный фильтр,
состоящий из двух блокировочных конденсаторов Сб
и высокочастотного дросселя Др, а на «плюсовом» про-
104
вбДё достаточно установить блокировочный конденсатор
Сб. В первичной обмотке трансформатора ТВН также
устанавливаются блокировочные конденсаторы Сб, защи-
щающие сеть переменного тока.
Принципиальная схема включения ксе-
ноновой лампы переменного тока (рис. 36)
в части схемы поджигающего устройства аналогична
рассмотренной выше для лампы постоянного тока.
Источником питания служит понижающий трансформа-
тор ТПН, в первичную обмотку которого включен бал-
ластный дроссель Др. Для блокировки сети от распрост-
ранения по ней высокочастотных помех служат
блокировочные конденсаторы Сб\, Сб2 и Сб3.
5. НАТРИЕВЫЕ ЛАМПЫ
Разряд в парах натрия в зависимости от их давления
может давать либо монохроматический, т. е. одноцветный
желто-оранжевый свет, либо свет, содержащий лучи
разных цветов и создающий вполне удовлетворительную
цветопередачу. В связи с этим различают два основных
типа ламп: натриевые лампы низкого давления и натри-
евые лампы высокого давления.
Натриевые лампы низкого давления.
Обычная конструкция натриевой лампы показана на
рис. 37,я. К обоим концам U-образной трубки из специ-
ального боросиликатного стекла, устойчивого к воздей-
ствиям паров натрия, впаяны оксидные электроды.
Трубка наполняется соответствующим, количеством
металлического натрия и инертными газами — неоном
и аргоном. Разрядная трубка помещается в защитную
рубашку из прозрачного стекла, обеспечивающую тепло-
вую изоляцию разрядной трубки от наружного воздуха
и поддержание оптимальной температуры, при которой
тепловые потери незначительны. В защитной рубашке
должен быть создан высокий вакуум, так как от величи-
ны и поддержания в период работы лампы вакуума зави-
сит к. п. д. лампы. На конце наружной трубки укреплен
цоколь обычно штифтовой для присоединения к сети.
При подаче на натриевую лампу соответствующего
напряжения начинается разряд в неоне и вся лампа
начинает светиться характерным для разряда в неоне
красным светом. Под влиянием разряда в неоне разряд-
ная трубка нагревается и натрий начинает плавиться
Ю5
(температура плавления натрия 98°С). Часть расплав-
ленного натрия испаряется, и по мере повышения давле-
ния паров натрия в разрядной трубке лампа начинает
светиться желто-оранжевым светом. Процесс разгорания
лампы продолжается 10—15 мин.
Натриевые лампы относятся к наиболее экономичным
из существующих электрических ламп. На к. п. д. лампы
оказывают влияние ряд факторов:
температура разрядной трубки, теп-
лоизоляционные свойства защит-
ной рубашки, давление газов-на-
полнителей, смещение натрия и др.
Для получения наибольшего к. п. д.
лампы температура разрядной труб-
ки должна поддерживаться в пре-
делах 270—280 °C. При этом давле-
ние паров натрия составляет
0,533 Па. Повышение и понижение
температуры против оптимальной
приводит к снижению к. п. д. лам-
пы. Для сохранения температуры
разрядной трубки на оптимальном
уровне необходимо возможно пол-
нее изолировать разрядную трубку
от окружающей атмосферы. Приме-
няемые в отечественных лампах
съемные защитные трубки не обес-
печивают достаточной теплоизоля-
ции, поэтому изготавливаемая на-
шей промышленностью лампа типа
ДНа0140, мощностью 140 Вт имеет
световую отдачу 70—80 лм/Вт.
а) й)
Рис. 37. Натриевые
лампы низкого дав-
ления.
а — U-образная: б —пря-
мая.
Сейчас разработаны натриевые лампы, у которых
защитная трубка представляет одно целое с раз-
рядной трубкой (рис. 37,6). Конструкция лампы обеспе-
чивает хорошую теплоизоляцию и вместе с усовершен-
ствованием разрядной трубки путем устройства на ней
вмятин дает возможность поднять световую отдачу ламп
до НО—130 лм/Вт. Дальнейшим усовершенствованием
натриевых ламп является применение теплозащитных
экранов, повышающих теплоизоляцию разрядной трубки.
На внутреннюю поверхность защитной рубашки наносят
тончайший полупрозрачный слой золота или слой из
других материалов, который почти полностью отражает
1С6
давления наполня-
низким давлением
Рис. 38. Схема вклю-
чения натриевой лам-
пы низкого давления.
инфракрасные лучи, создаваемые разрядом, и пропу-
скает половину видимого желтого излучения. Примене-
ние теплозащитного слоя из окиси олова позволило про-
пускать до 85% видимого излучения. В результате этих
мер световую отдачу ламп можно повысить до 125—
150 лм/Вт.
Для зажигания разряда в натриевых лампах разряд-
ная трубка наполняется смесью неона и аргона
(0,5—1%). Давление этих газов должно быть не более
1333,2 Па, так как из-за высокого
ющих лампы газов по сравнению с
паров натрия при неравномерном
распределении жидкого натрия по
длине разрядной трубки может на-
блюдаться перемещение паров на-
трия в одну из сторон трубки. Это
приводит к снижению к. п. д. лам-
пы. Для предотвращения переме-
щения натрия в лампе па трубке
предусматриваются вмятины.
Срок службы определяется ка-
чеством стекла, давлением напол-
няющих газов, смещением натрия,
конструкцией и материалами элек-
тродов и др. Под воздействием горячего натрия, особен-
но его паров, стекло' подвергается сильной эрозии. На-
трий — сильный химический восстановитель, Поэтому,
соединяясь с основной составляющей стекла — кремние-
вой кислотой, он ее восстанавливает до кремния, и
стекло чернеет. Кроме того, стекло поглощает инертный
газ, и чем больше его поглощает стекло, тем меньше
его остается в лампе. В конце концов в разрядной труб-
ке давление газа может снизиться настолько, что лам-
па перестанет зажигаться. Наступает «газовая смерть»
лампы. Средний срок службы лампы 2—5 тыс. ч.
Лампа включается в сеть (рис. 38) с помощью авто-
трансформатора с большим рассеянием, который обеспе-
чивает получение необходимого для зажигания лампы
высокого напряжения холостого хода (напряжение за-
жигания отечественных ламп примерно 450 В) и стаби-
лизацию разряда в период работы лампы.
Основной недостаток натриевых ламп низкого давле-
ния— одноцветность излучения, что не позволяет их
использовать для целей общего освещения в производ-
107
Рис. 39. Натриевая
лампа высокого дав-
ления.
/ — ниобиевый колпачок;
2—керамическая раз-
рядная трубка; 3 — внеш-
няя колба из тугоплавко-
го стекла: 4 — наполне-
ние Na, Hg, Хе: 5 —
электрод: 6 — металлоке-
рамическое соединение
через стсклоцемент; 7 —
бариевый геттер; 8 —цо-
коль.
ственных условиях из-за значительных световых искаже-
ний. Однако высокая экономичность этих ламп делает
эффективным применение таких ламп для освещения
транспортных подъездных путей, автострад, частично
наружного освещения в городах. Натриевые лампы очень
эффективны в условиях тумана. Пока отечественная про-
мышленность выпускает натриевые лампы в очень не-
больших количествах.
Натриевые лампы высо-
кого давления. По внешнему
виду такая лампа несколько напо-
минает лампу типа ДРЛ. Внутри
стеклянной колбы, имеющей эллип-
тическую или цилиндрическую
форму, размещена разрядная труб-
ка с двумя электродами и выводами,
присоединенными к резьбовому цо-
колю. Общий вид лампы приведен
на рис. 39. С повышением давления
паров натрия, как указывалось вы-
ше, изменяется характер излучае-
мого лампой света: вместо одно-
цветного желтого излучения появ-
ляются лучи других цветов, и види-
мый спектр излучения лампы улуч-
шается. Лампа светит приятным
золотисто-белым светом. Введение
в разрядную трубку натрия из-за
его сильного воздействия на стекло
заставляет искать новые материалы
для изготовления разрядника. По-
этому стекло в данном случае не
может применяться. В качестве ма-
териала для изготовления разряд-
ной трубки применяется поликри-
сталлическая окись алюминия (по-
ликор). Очень чистый порошок
окиси алюминия формуется в виде
трубки и спекается при высокой
температуре. Полученная трубка пропускает до 96%
видимого излучения и является весьма устойчивой
к воздействию паров натрия. Для лампы мощностью
400 Вт трубка имеет внутренний диаметр 7,5 мм и дли-
ну 80 мм. Вводы в разрядную трубку выполняются из
108
молибденовых трубок, а электроды на концах этих тру-
бок представляют собой керн из молибдена с навитой
на него спиралью из вольфрама.
Разрядная трубка наполняется натрием, аргоном для
облегчения зажигания разряда, ртутью для повышения
световой отдачи лампы и получения необходимого паде-
ния напряжения на лампе. Натрий дозируется в виде
ампулы, которая вводится внутрь откачной трубки. Пос-
ле соответствующей вакуумной обработки лампы и на-
полнения горелки инертным газом откачная трубка пе-
режимается и ампула остается в лампе. Ртуть в лампу
может вводиться не только в чистом виде, но и как
амальгама натрия. В рабочем состоянии давление паров
ртути составляет 0,2-ь2 МПа. В некоторых образцах
ламп в трубку вводится ксенон при давлении 2666,4 Па,
что увеличивает световую отдачу ламп, однако при этом
одновременно появляются затруднения при зажигании
ламп, что связано с необходимостью повышать началь-
ное напряжение зажигания до 2—2,5 кВ.
Одним из путей преодоления этой трудности является
наполнение лампы инертным газом, таким, как ксенон, но
при низком давлении. Это дает возможность разумно об-
легчить пуск лампы. Одновременно внутрь разрядной
трубки вводится металл, который имеет низкое давление
паров при комнатной температуре, но при испарении
обеспечивает необходимое высокое давление паров при
достижении рабочей температуры. Таким металлом явля-
ется ртуть.
В отличие от ламп низкого давления в рассматрива-
емых лампах максимум световой отдачи получается при
давлении паров натрия 26664 Па. Световая отдача лам-
пы составляет 90—130 лм/Вт. Срок службы ламп в на-
стоящее время 12—15 тыс. ч. Для получения высоких
световых параметров ламп очень тщательно поддержи-
вается тепловой режим. Поэтому воздух из наружной
колбы удаляется и там создается высокий вакуум.
Лампа включается в сеть с последовательным индук-
тивным балластом. Если для металлогалоидных ламп
для получения требуемого времени зажигания ламп не-
обходимо обеспечить импульс напряжения не только оп-
ределенной величины, но и соответствующей энергии, то
для натриевых ламп высокого давления определяющим
фактором является величина пика, приложенного к лам-
пе напряжения.
109
Процесс разгорания натриевой лам-
пы высокого д а в л е н и я. После зажигания в лам-
пе разряда начинается период ее разгорания, в процес-
се которого изменяются ее электрические и световые ха-
рактеристики, достигающие стационарного состояния
в зависимости от мощности лампы в течение 4—7 мин.
Наличие этого периода связано с необходимостью уста-
новления в лампе определенного теплового режима, при
котором давление паров натрия достигает оптимального
значения.
Напряжение на лампе в момент зажигания в ней раз-
ряда составляет 22—25 В, и в течение 4—5 мин оно до-
стигает номинального значения. Ток лампы и ее мощ-
ность также за это время стабилизируются.
Повторное зажигание натриевой лам-
пы высокого давления. Через 30 с после выклю-
чения лампы напряжение зажигания составляет 3000 В.
Через 3 мин после погасания лампы напряжение зажига-
ния достигает минимума и уменьшается примерно до
500 В.
При дальнейшем остывании лампы напряжение за-
жигания начинает повышаться и примерно через 5—7 мин
после отключения лампы достигает своей обычной вели-
чины. Отсюда можно сделать вывод, что повторное за-
жигание лампы можно осуществить примерно через
1 мин после ос отключения, если поджигающее устройст-
во обеспечивает получение импульса примерно 2,5 кВ.
Схемы включения натриевых ламп вы-
сокого давления в сеть. Как и многие другие
газоразрядные лампы, натриевые лампы высокого дав-
ления для своего зажигания требуют повышенного на-
пряжения. Например, лампа 400 Вт в нормальном режи-
ме имеет напряжение на своих зажимах 130 В, а для
первоначального зажигания лампы к ней должен быть
приложен импульс напряжения не ниже 2 кВ. Величина
импульса напряжения зависит от конструкции лампы,
длительности действия импульса, частоты и его формы.
Самым простым решением вопроса о зажигании на-
триевой лампы высокого давления было бы использова-
ние стартеров тлеющего разряда, которые обычно при-
меняются для зажигания люминесцентных ламп. Эти
стартеры способны работать при токе 1—5 А, однако они
не могут непосредственно включаться параллельно лам-
пе, так как при токе 5—6 А, который проходит через
110
Рис. 40. Схема включения нат-
риевых ламп высокого давле-
ния с использованием газораз-
рядного стартера.
балластную катушку с низким сопротивлением при за-
мыкании контактов стартера, он может быть разрушен.
На рис. 40 приведено два варианта схем с устранением
указанного недостатка. В первом случае (рис. 40,а) по-
следовательно со стартером включена лампа накалива-
ния ЛИ мощностью 150 Вт на напряжение 220 В, вы-
полняющая роль токоограничивающего сопротивления.
Может быть также использовано последовательное
включение со стартером
конденсатора С и резисто-
ра R (рис. 40,6). Здесь кон-
денсатор С2 является основ-
ным токоограничивающим
элементом, а резистор вы-
полняет функции ограниче-
ния амплитуды волны тока,
которая протекает через за-
крытые контакты стартера.
Конденсатор С*, включен-
ный параллельно входу схе-
мы, обеспечивает повыше-
ние коэффициента мощно-
сти ПРА.
Поскольку для зажига-
ния натриевой лампы высо-
кого давления требуется
импульс напряжения с отно-
сительно малой энергией, то
стартерные схемы могут
найти некоторое практиче-
ское применение.
Недостаток рассмотренных схем заключается в том,
что амплитуда получаемого на лампе импульса напряже-
ния имеет практически постоянное значение, и в ряде
случаев оно оказывается недостаточным для зажигания
ламп. Иногда величина полученного импульса наоборот
может быть чрезмерной, что вызывает излишнее разру-
шение электродов лампы и снижение ее срока службы.
Весьма эффективным для зажигания ламп является
такое устройство, где обеспечивается автоматическое из-
менение амплитуды подаваемого импульса в процессе за-
жигания лампы (рис. 41). При подаче на лампу сетевого
напряжения конденсатор С заряжается до амплитудного
значения напряжения сети через диод Ди включенный
111
встречно-параллельно с тиристором 7\ и подогревателем
П. Конденсатор С подключен к части витков индуктивно-
го блласта Б. Напряжение включения тиристора Г, ре-
гулируется с помощью резистора и выбирается таким,
чтобы амплитуда зажигающего импульса, возникающего
при открытии тиристора 7\ и разрядке конденсатора Сна
часть обмотки балласта Б, была не меньше минималь»
ной величины, требуемой для зажигания лампы. Токи за-
ряда и разряда конденсатора С, проходя по подогрева-
телю П, нагревают его, ,и
Рис. 41. Схема поджигающего
устройства для зажигания натрие-
вой лампы высокого давления,
обеспечивающее автоматическое
изменение амплитуды импульса,
подаваемого на лампу.
за счет выделяемого ими
тепла уменьшается сопро-
тивление терморезпстора
/?2- При этом будет плав-
но увеличиваться комму-
тируемое Ti напряжение
(оно может меняться от
нуля до двойного ампли-
тудного напряжения пи-
тающей сети) и соответ-
ственно будет увеличи-
ваться амплитуда им-
пульса, подаваемого на
лампу. Процесс увеличе-
ния амплитуды импульса
продложается до тех пор,
пока лампа не загорится. После зажигания лампы ее
свет, попадая на фоторезистор 7?ф, вызовет резкое сни-
жение его сопротивления, и тем самым терморезистор
окажется зашунтированным /?ф. Тиристор Л при этом
запирается, и зажигающее устройство отключается.
В настоящее время отечественная промышленность
серийно нс выпускает натриевые лампы высокого давле-
ния. Опытные образцы ламп пока выпускаются па опыт-
ных заводах, но в ближайшее время эти лампы должны
получить широкое применение.
6. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
С ГАЗОРАЗРЯДНЫМИ ЛАМПАМИ
Правильная организация эксплуатации осветительной
установки и повседневный уход за ней обеспечивают со-
хранение ее работоспособности и соответствие действу-
ющим правилам и нормам.
112
Как бы хорошо ни была запроектирована и смонтиро-
вана осветительная установка, она может быстро прийти
в негодность, если будет отсутствовать регулярный уход
за ней и ес эксплуатация будет вестись на низком техни-
ческом уровне.
Независимо от типа применяемых источников света
для любой осветительной установки имеются общие тре-
бования к организации эксплуатации. Эти требования
можно сформулировать следующим образом.
Основное правило эксплуатации сводится к регуляр-
ному наблюдению, своевременному ремонту и устране-
нию обнаружиых неполадок в работе всех элементов ос-
ветительной установки. Поскольку обнаружить неисправ-
ности отдельных элементов установки в большинстве слу-
чаев можно только по режиму горения ламп, то необхо-
димо систематически вести журнал эксплуатации, в ко-
тором следует отмечать данные о режиме работы освети-
тельной установки (время горения ламп, смена ламп,
время чистки светильников, данные о замере изоляции
сети, замена вышедших из строя элементов светильников
и их ремонт и др.).
На работу ламп оказывают сильное влияние величина
напряжения в питающей сети и его отклонение от номи-
нального значения, поэтому необходимо следить за под-
держанием постоянства напряжения в сети, выявлять и
устранять причины резких колебаний напряжения. От
четкого контроля режима напряжения в питающей сети
очень часто зависит фактический срок службы ламп,
в связи с чем этому вопросу должно уделяться особое
внимание.
Одной из основных причин резких колебаний нацря-
жения в осветительных сетях промышленных предпри-
ятий является прямой пуск асинхронных короткозамк-
нутых электродвигателей средней мощности, а также
пуск электродвигателей средней и крупной мощности,
установленных па агрегатах с большими маховыми мас-
сами: молотах, прессах, компрессорах и др. Продолжи-
тельность пуска таких агрегатов обычно составляет 15—
30 с. При этом в электрической сети проходят значи-
тельные пусковые токи, вызывающие кратковременное
снижение напряжения.
При наличии на предприятии большой силовой на-
грузки приходится для питания осветительной нагрузки
устанавливать отдельные трансформаторы.
8—72
ИЗ
В ночное время, когда нагрузка на предприятии сни-
жается и остаются включенными установки для компен-
сации низкого коэффициента мощности, возможно зна-
чительное повышение напряжения, что может привести
к выходу из строя ламп. Для устранения вредного влия-
ния повышения напряжения в ночное время конденса-
торные установки включают в соответствии с суточным
графиком нагрузки, выключая их при малых нагрузках.
Кроме того, колебания напряжения могут носить се-
зонный характер, когда, например, иа летнее время от-
ключаются такие потребители, как котельные, отопитель-
ная вентиляция, тепловые завесы, сокращается освети-
тельная нагрузка и др. При этом имеет место повыше-
ние напряжения в осветительной сети. Путем переключе-
ния ответвлений на трансформаторе можно устранить
влияние сезонных колебаний напряжения.
Для поддержания на необходимом уровне напряже-
ния в осветительной сети рекомендуется применение ав-
томатических регуляторов напряжения, которые в по-
следнее время находят все более широкое применение на
промышленных предприятиях.
С ростом объема осветительных установок, когда
в цехах устанавливается несколько тысяч светильников и
когда начинает все большее значение приобретать
использование газоразрядных источников света, вопросы
стоимости эксплуатации осветительных установок ста-
новятся чрезвычайно важными. Одной из основных ста-
тей этих расходов является стоимость замены перегорев-
ших ламп. При большом количестве установленных ламп
возникает проблема, как их менять. Имеется три спосо-
ба замены ламп; индивидуальный, групповой и комбини-
рованный. В первом случае каждая перегоревшая лампа
заменяется новой по мере их выхода из строя. При груп-
повой замене предполагается, что все лампы, эксплуати-
руемые в одном помещении или его чаети, одновремен-
но устанавливаются и после горения в течение опреде-
ленного времени одновременно заменяются новыми. При
групповой замене ламп интервалы времени, через кото-
рые производится замена всех ламп, несколько меньше
средней продолжительности горения ламп; они определя-
ются экономическим расчетом вариантов с выбором ва-
рианта, при котором приведенные годовые затраты на ос-
вещение будут наименьшими. Третий способ является со-
четанием первого и второго.
1 14
Известно, что лампы накаливания имеют среднюю
продолжительность горения 1000 ч и согласно стандарту
световой поток каждой лампы после 750 ч горения дол-
жен быть не менее 85% его первоначальной величины.
Поскольку в процессе горения световой поток ламп на-
каливания снижается на небольшую величину, нет смыс-
ла прекращать использование отдельных ламп до их пе-
регорания. Учитывая это при перегорании 15—20% всех
установленных в данном помещении ламп, их заменяют
новыми. Таким образом, в установках с лампами накали-
вания возможно применение комбинированного способа
замены ламп.
Совершенно другая картина получается в установ-
ках с люминесцентными и др. газоразрядными лампами.
Согласно стандарту на люминесцентные лампы их сред-
няя продолжительность горения должна составлять
10 000 ч и световой поток по истечении этого времени го-
рения может иметь величину порядка 60% среднего но-
минального его значения, а для ламп ДРЛ эта величина
составляет 70%. Часть ламп выходит из строя, не дого-
рев до регламентируемой стандартом средней продолжи-
тельности горения, а другая часть ламп может гореть и
большее время, по при этом значительно теряет световой
поток. При большей потере светового потока дальнейшая
эксплуатация таких ламп становится экономически невы-
годной. Поэтому следует различать эффективный срок
службы лампы, когда ее использование еще экономичес-
ки выгодно, и полный срок службы до перегорания. Эф-
фективный срок службы ламп будет меньше возможной
фактической продолжительности ее горения. Если экс-
плуатировать установку с люминесцентными лампами и
заменять лампы только после их выхода из строя, это
может привести к резкому снижению освещенности ниже
нормируемой, что недопустимо. Следовательно, замена
ламп должна производиться по истечении эффективного
срока службы ламп, несмотря на то, что они фактичес-
ки еще могут гореть. Следует подчеркнуть, что для уста-
ковки с люминесцентными и другими газоразрядными
лампами показателями необходимости замены ламп яв-
ляется не их перегорание, а отработка ими эффективно-
го срока службы.
Таким образом, если в случае ламп накаливания при
системе индивидуальной или комбинированной замены
ламп необходимость их замены определяется фактом пе-
8*
115
регорания ламп, то в установках с газоразрядными
лампами эта проблема решается сложнее. В этом случае
можно было бы вести индивидуальный учет времени го-
рения каждой лампы, но практически это делать сложно.
В связи с этим и возникла идея групповой замены ламп,
когда одновременно производится замена всех ламп,
установленных в помещении или его части.
Преимуществами такого способа замены ламп можно
считать резкое уменьшение затрат на обслуживание
установки и сокращение времени, необходимого на его
проведение, увеличение среднего уровня освещенности на
рабочих местах и снижение непроизводительного расхода
электроэнергии, обусловленного уменьшением экономич-
ности ламп по мере их старения. Замену ламп можно
производить в любое время суток, не мешая технологи-
ческому режиму работы предприятия, и ее можно совме-
щать с моментом чистки светильников. Недостатком это-
го способа замены ламп можно считать больший расход
ламп. Однако после снятия ламп следует проверять ве-
личину их светового потока и те лампы, которые еще
имеют достаточно большой световой поток, нужно ста-
вить для дальнейшей эксплуатации во вспомогательные
помещения. Этим несколько снижается увеличенный рас-
ход ламп.
Выгодность применения группового способа замены
ламп в каждом конкретном случае определяется эконо-
мическим расчетом, в котором учитывают принятые ко-
эффициенты запаса, стоимость индивидуальной и груп-
повой замены ламп, зависимости снижения светового по-
тока ламп от времени горения и ряда других факторов.
Эффективный срок службы ламп также определяется на
основе технико-экономических расчетов и для отечествен-
ных люминесцентных ламп лежит в интервале 5000—
8500 ч.
Особенности эксплуатации люминесцентных ламп.
Обслуживание осветительных установок с люминесцент-
ными лампами значительно сложнее и более трудоемко,
чем эксплуатация установок с лампами накаливания.
Это связано с большой сложностью конструкции светиль-
ников для люминесцентных ламп и наличием для их
включения ПРА. Как уже отмечалось выше, нормальная
работа люминесцентной лампы и ее параметры зависят
от правильного подбора ПРА, величины напряжения
в питающей сети, температуры и влажности окружающе-
116
го воздуха. Это обязывает эксплуатационный персо-
нал поддерживать оптимальные условия для работы
ламп.
Учитывая взаимосвязь нормальной работы лампы
с исправностью ИРА, необходимо регулярно следить за
режимом работы ламп и за поддержанием хорошего
контакта между штырьками лампы и штырьками старте-
ра с контактной системой патрона и стартородержателя.
Надежность контакта в патроне особенно важна при
применении бесстартерных ПРА, так как плохой контакт
приводит к быстрому выходу ламп из строя. При обнару-
жении отклонения от нормального режима работы ламп:
наличия накала электродов и пезажигания лампы, перио-
дического мигания лампы, быстрого почернения электро-
дов ламп, появления вращения разрядного шнура, быст-
рого перегорания электродов, медленного процесса за-
жигания ламп и ряда других отклонений необходимо
такой светильник быстро проверить, и если не удастся
устранить неисправность на месте установки, то его нуж-
но снять и заменить другим либо откючить от сети и
отправить па ремонт в мастерскую. Методы проверки
стартеров ПРА и светильников, а также причины неис-
правностей подробно рассмотрены в [Л. 5]. Длительная
работа ламп с отклонениями от нормального режима
недопустима и может привести к выходу нз строя ПРА,
ламп и светильника в целом.
При чистке светильников проверяют состояние кон-
тактных частей, целость изоляции электрических цепей
между собой и по отношению к корпусу светильника.
Все обнаруженные неполадки немедленно устраняют.
Не реже 1 раз в год проверяют величину сопротивления*
изоляции всех электрических цепей светильника между
собой и по отношению к корпусу. Обязательно проверяют
надежность заземления светильников.
При замене стартеров и ПРА в светильнике убеж-
даются в правильности подбора заменяемых элементов,
предварительно проверяют их исправность и только пос-
ле этого включают светильник.
Особенности эксплуатации ртутно-кварцевых ламп.
Обслуживание осветительных установок с ртутно-квар-
цевыми лампами имеет некоторые особенности, поэтому
наряду с необходимостью выполнять общие правила
в зависимости от типа ламп нужно учитывать следующие
требования.
117
ЛампытипаДРЛ. Лампа включается в сеть с по-
мощью ПРА. Так как промышленность выпускает двух-
электродные и четырехэлектродные лампы, то тип ПРА
должен соответствовать типу лампы. Лампы мощностью
80, 125, 400 и 700 Вт выпускаются только четырех-
электродной конструкции, а лампы мощностью 250 и
1000 Вт изготовляются в двух модификациях. Поэтому
это замечание в особенности относится к двум последним
типам ламп. Как исключение, лампы четырехэлектродной
конструкции могут включаться с ПРА для двухэлектрод-
ных ламп соответствующей мощности, но при этом из
ПРА должен быть вынут разрядник. Если разрядник не
будет изъят, то ПРА будет подавать на лампу высоко-
вольтный поджигающий импульс и лампа выйдет из
строя.
Внешняя температура окружающей среды оказывает
сильное влияние на напряжение зажигания ламп. Если
лампа эксплуатируется в закрытых помещениях, где тем-
пература не опускается ниже нуля, то для зажигания
лампы достаточно на нее подать напряжение не менее
200 В. В этих условиях для четырехэлектродных ламп
можно использовать обычный ПРА в виде дросселя. Но
этот ПРА не обеспечит зажигание такой лампы в уста-
новках наружного освещения, где температура воздуха
может понижаться до —30 °C и ниже, и на лампу требует-
ся подать напряжение не менее 300 В. В этом случае
применяют другой тип ПРА, например трансформатор
с рассеянием. На это обстоятельство следует обра-
тить внимание, так как наблюдаемое в зимнее время
затруднение с зажиганием ламп можно объяснить
‘недостаточным напряжением холостого хода, создавае-
мым ПРА.
Лампы ДРЛ рассчитаны на эксплуатацию в верти-
кальном положении цоколем вверх. Однако при необхо-
димости их можно эксплуатировать в любом положении.
Работа лампы в наклонном положении может оказать
некоторое влияние на ее срок службы. При эксплуатации
осветительных установок с лампами ДРЛ следят за со-
стоянием установки, компенсирующей низкий коэффи-
циент мощности, не допуская ее отключения. Обычно
сейчас принято устанавливать компенсирующие конден-
саторы у групповых щитов или на подстанции. Такая
система компенсации называется групповой. Возможна
также компенсация низкого коэффициента мощности
118
путем установки конденсаторов у каждого светильника.
В этом случае система называется индивидуальной. Если
электрическая сеть рассчитана с учетом компенсирующей
установки, то ее отключение может привести к возраста-
нию тока почти вдвое, а также к перегрузке сети и транс-
форматоров. Отсутствие компенсирующей установки
требует увеличения сечения проводов сети и мощности
трансформаторов. Более подробно этот вопрос рассмот-
рен в [Л. 12].
При эксплуатации двухэлектродных ламп ДРЛ очень
распространенным недостатком ПРА является отсутствие
зажигающего импульса, в результате чего лампа не
зажигается. Необходимо проверять надежность контак-
тирования токоведущих элементов разрядника и панели,
на которой он установлен, и пробовать заменить старый
разрядник на новый. Если же при такой замене лампа
начнет зажигаться, значит вышел из строя разрядник.
Следует иметь в виду, что срок службы разрядника зна-
чительно меньше срока службы лампы, поэтому их не-
обходимо периодически заменять.
Если ПРА не встроен в светильник, а установлен от-
дельно от него, то при всех ремонтах и осмотрах обяза-
тельно проверяют надежность электрического контакта
во всех соединениях и состояние заземления корпуса
ПРА и светильника.
Лампы типа ПРК (ДРТ). Нормальное рабочее
положение лампы в приборе — горизонтальное. Допус-
кается отклонение от этого положения не более чем на
15°, так как при работе лампы в другом положении воз-
можен перегрев электродов и сокращение продолжитель-
ности горения ламп.
Эксплуатировать лампы нужно с ПРА, рассчитанным
на включение данного типа лампы. При отключении лам-
пы ее повторное зажигание нельзя производить до пол-
ного охлаждения. Для этого требуется промежуток вре-
мени около 10 мин.
При замене или установке нового ПРА следует убе-
диться в наличии в нем помехоподавляющего конденса-
тора, включаемого параллельно лампе, так как прибор
может явиться источником радиопомех.
При замене сгоревшей лампы на новую перед
установкой ее в прибор рекомендуется протереть ватой,
смоченной в спирте. В процессе работы лампы выделяет-
ся большое количество тепла, перегревающего лампу.
119
Поэтому если лампа устанавливается в закрытый
аппарат, то следует обязательно предусмотреть венти-
ляцию.
Лампы I1PK и ДРТ при горении, кроме видимых,
дают большое количество невидимых ультрафиолетовых
излучений, которые могут оказывать вредное действие
на глаза человека. В связи с этим для предохранения
глаз при пользовании такими лампами необходимо на-
девать защитные очки. Под действием ультрафиолетово-
го излучения ламп, при неосторожном их использовании
могут появиться ожоги па коже, поэтому применение
лампы должно контролироваться медицинским персона-
лом либо должны приниматься необходимые меры пред-
осторожности.
Лампы типа ДРШ. Нормальное рабочее положе-
ние лампы в приборе — вертикальное. Допускается не-
большое отклонение от вертикали, не более 10°. Для
ламп, работающих на постоянном токе, анод, имеющий
большой диаметр (обозначаемый на цоколе знаком « + »),
должен быть расположен внизу и подключен к положи-
тельному полюсу источника питания. В лампах пере-
менного тока электрод поджига должен быть расположен
сверху. Лампа в аппаратуре крепится за ножки или
цоколи токоведущих электродов.
Для обеспечения нормального зажигания ламп необ-
ходимо следить за величиной питающего напряжения
в сети, которое должно быть для ламп 127 В не ниже
115 В и для ламп 220 В нс ниже 200—205 В. На процесс
зажигания лампы оказывает влияние температура окру-
жающего воздуха, которая должна быть не ниже 15 °C.
При работе ламп не допускается их принудительное
охлаждение, но когда они установлены в закрытой ап-
паратуре, то ее размеры и вентиляция должны быть рас-
считаны таким образом, чтобы температура воздуха на
расстоянии 5—6 см от колбы лампы не превышала
250°C. После отключения лампы ее повторное зажигание
нельзя производить до полного охлаждения, на что
требуется 5—6 мин.
В процессе эксплуатации аппаратуры с лампами типа
ДРШ очень внимательно следят за надежностью контак-
тов всех электрических соединений, а также надежностью
заземления корпуса аппаратуры. Так как лампа может
быть источником радиопомех, необходимо проверять на-
личие конденсатора, включенного параллельно лампе, и
120
конденсаторов, блокирующих питающую сеть и устанав-
ливаемых непосредственно у арматуры с лампами.
Кварцевое стекло, из которого изготовлены лампы,
быстро теряет свою прозрачность — кристаллизуется при
загрязнении его поверхности. Не рекомендуется брать
лампу голыми руками, нужно надевать хлопчатобумаж-
ные перчатки. Перед включением лампы с ее поверхности
удаляют пыль, следы жира от прикосновения к ее по-
верхности пальцами, протирая колбу ватой, смоченной
в спирте.
При работе в лампах развивается очень большое дав-
ление газа, поэтому они взрывоопасны. Персонал и ап-
пература, находящиеся вблизи от лампы, должны защи-
щаться от осколков колбы в случае ее взрыва. Следует
учитывать, что лампы излучают большое количество не-
видимых ультрафиолетовых лучей, и в связи с этим не-
обходимо принимать меры для защиты эксплуатацион-
ного персонала от действия ультрафиолетового излуче-
ния. Для защиты глаз используют специальные защит-
ные очки.
Особенности эксплуатации ксеноновых ламп. Нор-
мальное рабочее положение лампы в шаровой колбе —
вертикальное с наибольшим допустимым отклонением от
вертикали 10°. Для лампы в трубчатой колбе нормаль-
ное рабочее положение — горизонтальное с отклонением
не больше 30 °.
При установке лампы постоянного тока вверху дол-
жен располагаться анод, а для ламп переменного тока
вверху располагается отросток откачной трубки (отпайка
штенгеля).
Лампы типа ДКсШ имеют напряженный тепловой ре-
жим, поэтому не допускается длительная работа ламп
(более 1 ч) без исправно действующей вытяжной венти-
ляции. Для ламп мощностью 3 кВт не допускается даже
кратковременное включение на полную мощность без
усиленного воздушного охлаждения. При выходе из
строя вентилятора мощность такой лампы должна быть
снижена по крайней мере в 2 раза.
При замене вышедших из строя ламп типа ДКсШ па
новые, проработавшие менее 25 ч, следует проверять еже-
дневно перед началом работы колбу лампы на наличие
трещин и других повреждений. Для этого осматривают
шаровую часть колбы и ножку на фойе белого листа
бумаги, предварительно защитив лицо защитным щит-
121
ком. Если будут обнаружены трещины в кварце, то такая
лампа подлежит немедленной замене. Если будет замече-
но потемнение колбы даже только в верхней части кол-
бы, то такая лампа может скоро выйти из строя и ее
нужно немедленно заменить. После 25-часовой эксплуа- ’
тации ламп указанные выше осмотры следует произ-
водить через каждые последующие 25—50 ч работы.
Необходимо соблюдать меры предосторожности при
присоединении токопроводящих проводников к наруж-
ным выводам электродов ламп. Недопустимо при этом
передавать скручивающие или изгибающие усилия на
кварцевое стекло во избежание поломки лампы и ее
взрыва. Лампы в шаровой колбе в нерабочем состоянии
взрывоопасны. Поэтому как новые, так и вышедшие из
строя лампы следует хранить и транспортировать только
в защитном пластмассовом футляре, который можно
снимать после установки лампы в аппаратуру. При об-
служивании ламп персонал использует специальную
маску из прозрачного органического стекла, надежно
закрывающего лицо, а также обязательно соблюдает
меры предосторожности против действия ультрафиолето-
вого излучения. Находящиеся поблизости от места
установки лампы аппаратура и горючие вещества сле-
дует защищать от попадания на них осколков в случае
се взрыва.
Для ламп, работающих с водяным охлаждением
(ДКсР 3000 и ДКсР 5000), следует особенно вниматель-
но следить за исправностью системы циркуляции воды,
так как даже кратковременный перерыв в ее подаче не-
медленно выводит лампу из строя. Не допускается ис-
пользование охлаждающей воды, содержащей заметное
количество пузырьков воздуха. Установленный в системе
водяного охлаждения фильтр периодически чистят.
Одновременно с чисткой фильтра проверяют исправность
работы струйного реле. Для этого используют расходо-
мер, с помощью которого определяют количество по-
даваемой для охлаждения воды. У исправного реле кон-
такты должны замыкаться при расходе воды не более
5 л/мин.
Лампы типа ДКсР должны эксплуатироваться в ме-
таллическом защитном кожухе, присоединенном к систе-
ме вытяжной вентиляции.
Рекомендуется следующий порядок включения ламп
с водяным охлаждением. Лампы устанавливают в ап-
122
парат и к се Выводам Присоединяют питающие провода
и штуцера для подвода воды. Открывают доступ воды и
проверяют исправность системы подачи охлаждающей
жидкости. Надевают защитную маску и снимают защит-
ный футляр с лампы. Колбу лампы осторожно протирают
сухой чистой материей, а затем лампу протирают чистым
ватно-марлевым тампоном, увлажненным растворите-
лем. В качестве растворителя применяют чистый ацетон
или ацетон с примесью (не более 50%) сложных эфиров
(ацетатов), или смесь из 90% этилового спирта-ректи-
фиката и 10% чистого толуола, или чистый этиловый
спирт-ректификат. Включают вентиляцию кожуха ап-
парата и воздушный обдув колбы и ножек лампы.
Скорость подачи воздуха комнатной температуры на
расстоянии 3—10 мм от поверхности колбы должна быть
не менее 3 м/с. Без обдува лампа может работать не
более 3 мин. Воздух должен быть очищен от пыли и мас-
ла. Для этого персонал периодически проверяет состоя-
ние фильтров. Убедившись в исправной работе системы
охлаждения и вентиляции, зажигают лампу. При отклю-
чении лампы порядок должен быть обратным, т. е. снача-
ла снимают электрическую нагрузку, а затем перекры-
вают доступ воды и отключают вентиляцию.
Лампы, работающие без водяного охлаждения, мож-
но устанавливать для работы в закрытом аппарате при
условии, что температура воздуха па расстоянии 75 мм от
светового центра лампы не превышает 150°C в рабочем
режиме. Если это условие не выполняется, то применяют
принудительное воздушное охлаждение.
Особенно тщательно следят за качеством электриче-
ских контактов электродов лампы с проводами питания,
периодически проводят их очистку и не допускают пере-
грева. Долговечность лампы в значительной степени
зависит от качества контактов.
В отличие от ртутно-кварцевых ламп ксеноновые
лампы после отключения могут немедленно повторно
зажигаться. Однако для трубчатых ксеноновых ламп во
избежание пробоя разогретого кварца импульсом высоко-
го напряжения зажигания лампы следует производить
только в холодном состоянии.
При работе с ксеноновыми лампами, зажигаемыми
импульсами высокого напряжения, особенно тщательно
соблюдают правила техники безопасности. Персонал
обязан следить за качеством заземления и блокировки
123
to <
Сроки планово-предупредительных осмотров, текущих ремонтов и сроки чистки элементов
осветительных установок
Таблица 9
Объекты осмотра, ремонта и чистки Осмотры и ремонты элементов осветительных установок Чистка светильников и других элементов осветитель- ных установок
для помещений с нормальной средой и уста- новок наруж- ного освещения для помещений сырых, особо сы- рых, пыльных. жарких, с хими- чески активной средой, ппжаро- и взрывобезопасных для помещений с малым выделе- нием пыли, дыма и копоти и уста- новок наружного освещения для помещений со средним выде- лением пыли, дыма и копоти для помещений с большим выде- лением пыли, дыма и колоти
Щитки, отключающие аппараты, штепсель- ные соединения, осветительная арматура и другие элементы осветительной установки, относящиеся к рабочему освещению 1 раз в месяц 1 раз в месяц — — —
Те же объекты, относящиеся к аварийному освещению, а также переносные транс форма* торы 1 раз в месяц 1 раз в месяц — — • —
Проверка устройства автоматического пере- ключения аварийного освещения 1 раз в сутки — — — —
Светильник общего освещения — — 2 раза в месяц 3 раза в месяц 4 раза в месяц
Светильник местного освещения — — Одновременно с уборкой ра'о’ его места
Внутренние поверхности кожухов, щитков и аппаратов — — 1 раз в месяц 1 раз в месяц 2 раза в месяц
Наружные поверхности кожухов, щитков и аппаратов — — По мере видимого запыления
Таблица 10 Данные для определения численности обслуживающего персонала осветительных установок
Спосо б Источник света Исполнение светильников Число электромонтеров 2-го раз- ряда на 1000 светильников при очистке
доступа к светильникам удаления пыли 2 раза н месяц 1 раз в месяц 1 раз в 3 мес.
С лестниц, стремянок или передвижных несамо- ходных приспособлений Сухая или влажная про- тирка Лампы накаливания и ДРЛ Открытое Со стеклом 1,4 5,6 о.7 2,8 0,24 0.9
Люминесцентные лампы Открытое Со стеклом или решеткой 3,4 4,5 1,7 2,2 0,56 0,75
Промывка с применением растворителей Лампы накаливания или ДРЛ Открытое Со стеклом 2,8 5,6 1.4 2.8 0.47 0,9
Люминесцентные лампы Любое 6,8 3,4 1.1
С кранов, люлек или светотехнических мостиков ьэ СП Сухая или влажная про- тирка Лампы накаливания или ДРЛ Открытое Со стеклом 0.84 2.8 0.42 1.4 0,14 0.47
Люминесцентные лампы Открытое Со стеклом или решеткой 2.0 4.0 1.0 2,0 0,33 0,66
Промывка с применением Растворителей Лампы накаливания или дрл Открытое Со стеклом 2.3 4,0 1.2 2,0 0,38 0.66
Люминесцентные лампы Любое 5,0 2.5 0,85
сети конденсаторами, так как при отсутствии блокировки
источник питания может быть пробит высокочастотным
импульсом при очередном зажигании лампы.
Для предотвращения кристаллизации кварцевого ,
баллона ламп в местах его загрязнения не следует брать
лампу руками без хлопчатобумажных перчаток и после
установки лампы в аппарат ее следует обработать, как
указано выше.
Хорошее состояние осветительной установки обусловливается
своевременной и тщательной очисткой элементов осветительного
электрооборудования от всех видов загрязнений, регулярной по-
краской стен и потолков помещений и проведением планово-преду-
предительных осмотров и текущих ремонтов электрооборудования
(табл. 9). Приведенные сроки являются наиболее оптимальными и
обеспечивают поддержание осветительной установки в хорошем со-
стоянии.
Численность эксплуатационного персонала для обслуживания
осветительных установок можно определить, исходя из следующих
предпосылок. Все светильники разбивают на группы (табл. 10), и
светильники с одной — тремя люминесцентными лампами учитывают
по фактическому количеству, а с четырьмя лампами и более пере-
считывают на условные делением суммарного числа ламп в них
на три. Штепсельные розетки и светильники местного освещения,
включаемые через розетки, н стационарные не учитывают.
Определяют установленную мощность установки: суммарную и
отдельно для ламп накаливания и газоразрядных ламп. При этом
дополнительно учитывают потерн мощности в ПРА для газоразряд-
ных ламп.
Определяют необходимое число электромонтеров:
2-го разряда — умножением выявленного количества светильни-
ков каждой группы (по табл. 10) на взятое из таблицы число элек-
тромонтеров, необходимое для обслуживания 1000 светильников, и
делением полученного произведения на 1000;
3-го разряда — делением установленной мощности (кВт) ламп
накаливания на 500 и газоразрядных ламп на 200;
5-го разряда — делением суммы численности электромонтеров
2-го и 3-го разрядов на 5.
Число инженерно-технических работников определяют из рас-
чета: один техник-светотехник при суммарной установленной мощ-
ности освещения 250—750 кВт; один инженер-светотехник при мощ-
ности 750—2000 кВт; один инженер-светотехник и техник-светотех-
ник при мощности свыше 2000 кВт.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рохлин Г. Н. Газоразрядные источники света. М., «Энергия»,
1966, 560 с.
2. Ртутные лампы высокого давления. Перераб. и доп. пер.
с англ, под ред. И. М. Весельницкого и Г. И. Рохлина, М., «Энер-
гия», 1971, 328 с.
3. Вознесенская Э. С. и Скобелев В. М. Электрические источни-
ки света. М., Госэнергопздат, 1957, 215 с.
4. Фугенфиров М. И. Что нужно знать о газоразрядных лам-
пах. М.. «Энергия», 1968, 120 с.
5. Фугенфиров М. И. Пускорегулирующая аппаратура для лю-
минесцентных ламп. М., «Энергия», 1971, 120 с.
6. Штурм Г. К. Пускорегулирующая аппаратура и схемы вклю-
чения люминесцентных ламп. М., Изд-во иностр, лит., 1961, 432 с.
7. Айзенберг Ю, Б. Что ннжпо знать о светильниках с люмине-
сцентными лампами. М., «Энергия», 1964, 72 с.
8. Зак С. М. Монтаж светильников с газоразрядными лампами.
М., «Энергия», 1971, 96 с.
9. Малкин Д. Я. Применение газоразрядных источников света.
М., «Энергия», 1967, 104 с.
10. Варсанофьева Г. Д., Фомина А. М. Освещенность и ее кон-
троль в осветительных установках. М.. «Энергия», 1972, 42 с.
11. Глушков В. М., Грнбин В. П. Экономия электроэнергии
в осветительных установках. М., «Энергия», 1972, 68 с.
12. Рябов М. С., Ципер.ман Л. А. Электрическая часть освети-
тельных установок. М„ «Энергия», 1966, 360 с.
13. Светотехнические изделия. Электрические источники света.
Лампы газоразрядные. Вып. 4. М„ Информэлектро, 1971, 62 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . ..................... 3
1. Основные характеристики газоразрядных
ламп . . ..................... 5
2. Люминесцентные лампы ..................... 8
3. Ртутные лампы высокой интенсивности . 67
4. Ксеноновые лампы..........................95
5, Натриевые лампы ..........................105
6. Эксплуатация осветительных установок с га-
зоразрядными лампами........................112
Список литературы ........................... 127
МОИСЕЙ ИСААКОВИЧ ФУГЕНФИРОВ
Газоразрядные лампы
Редактор издательства И. П. Березина
Обложка художника В. И. Карпова
Технический редактор Н. Л. Г а л а и ч е в а
Корректор Г. Г. Желтова
Сдано в набор 26/П 1975 г.
Подписано к печати 27/VIII 1975 г. Т-14396
Формат 84Х108,/м Бумага типографская 2
Усл. печ. л. 6,72 Уч.-изд. л. 7,04
Тираж 20 000 экз. Зак. 72 Цена 26 коп.
Из>ательство «Энергия», Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Московская типография № 10 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
Москва, М-11-1, Шлюзовая наб., 10.