Виды газоразрядных ламп. Виды и принцип работы современных светодиодных ламп

Газоразрядная лампа — это источник света, излучающий в видимом диапазоне энергию. Физической основой является электрический разряд в газах. Газоразрядные лампы еще называют просто разрядными.

Газоразрядные лампы: типы и виды

Типы (виды) газоразрядных ламп:

Устройство:

колба;
цоколь;
горелка;
электрод основной;
электрод поджигающий;
токоограничительный резистор.

Принцип работы

В находящемся внутри колбы наполнителе происходит электрический разряд между электродами. Эта энергия становится тем светом, который рассеивается и передается через стеклянную колбу.

Диоды оборудуются пускорегулирующим устройством для стабилизации, ограничения силы тока, зажигания. У всех газоразрядных ламп световая отдача не мгновенная — около двух-трех минут необходимо для аккумулирования прибором полной силы.

Классификация ГЛ

Различаются:

по типу разряда;
по виду газа;
составом паров металла;
внутренним давлением;
применением люминофора;
сферой применения.

Также отличаются согласно классификации заводов-производителей характерными особенностями конструкций:

формой и размерами колбы,
конструкцией электродов,
используемыми материалами,
внутренним исполнением цоколя и выходов.

Признаков, по которым обычно классифицируют газоразрядные лампы очень много. Чтобы не запутаться окончательно, рекомендуем пройтись по списку:

вид внутреннего газа (пары металлов или их комбинации – ксенон, ртуть, криптон, натрий и прочие, а также газы);
внутреннее рабочее давление (0,1 — 104 Па – низкое, 3 × 104 — 106 Па – высокое, 106 Па – сверхвысокое);
вид внутреннего разряда (импульсный, дуговой, тлеющий);
форма колб (Т — трубчатая, Ш — шаровая);
метод охлаждения (устройства с водяным, естественным, принудительным охлаждением);
нанесение люминофора на колбу маркируется буквой Л.

По источнику света ГЛ подразделяются, на:

люминесцентные лампы (ЛЛ) с выходящим наружу светом от слоя люминофора, что покрывает диод;
газосветные с выходящим наружу светом от газового разряда;
электродосветные, в которых используется свечение электродов (они возбуждаются газовым разрядом).

По величине давления:

ГРЛВД — газоразрядные лампы высокого давления;
ГРЛНД — газоразрядные лампы низкого давления.

Разрядные характеризуются высокой эффективностью трансформации электрической энергии в световую.

Характеристики ГРЛ


Эффективность	От 40 до 220 лм/Вт
Цветопередача	Ra >90 – отличная, Ra>80 — хорошая
Цвет излучения	От 2200 до 20000 К
Мощность газоразрядных ламп	ГЛ, по сравнению с люминесцентными, наделены повышенной мощностью, что позволяет добиться концентрированного интенсивного света, сохраняя при этом все преимущества газоразрядной технологии (гибкость и экономичность в выборе цветности)
Период службы	От 3000 до 20000 часов
	Компактные размеры излучающей дуги позволяют создавать световые пучки высокой интенсивности

Характеристика разных видов ГРЛ

Модель	Описание
	Вещество: пары металлов ртути. Разновидность газоразрядных ламп, электрический источник света, непосредственно для генерации оптического излучения применяется газовый разряд в парах ртути.
	Вещество: пары металлов ртути. Электрическая ртутная газоразрядная лампа, ориентированная для получения УФ- излучения, с колбой из кварцевого стекла. Существуют и ртутно-кварцевые лампы.
	Вещество: пары металлов ртути. Разновидность газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления.
	Вещество: пары металлов ртути. Разновидность электрических диодов, широко используемых для освещения больших и объёмных территорий (заводские цеха, улицы, площадки), где не предъявляются требования к цветопередаче ламп, но необходима высокая светоотдача, лампы ДРЛ, как правило, мощностью от 50 до 2000 Вт, рассчитаны изначально на работу в электросетях переменного тока с напряжением питания 220 В.
	Вещество: пары металлов ртути. Похожа по принципу работы со ртутными и натриевыми, но с преимуществом. Вольфрамовая спираль позволяет включать лампу без пускорегулирующего аппарата (ПРА), используются в осветительных приборах, ориентированных для освещения промышленных объектов, улиц, открытых пространств, парковых зон
	Вещество: натрий. Натриевая газоразрядная лампа - это электрический источник света, в качестве светящегося тела - газовый разряд в парах натрия. Доминирующим в спектре является резонансное излучение натрия, свет - яркий оранжево-жёлтый.
	Вещество: инертные газы. Заполнены внутри под низким давлением неоном, излучающим оранжево-красное свечение.
	Вещество: инертные газы. Относятся к источникам искусственного света, в их колбе, заполненной ксеноном, светится электрическая дуга, испускает яркий белый свет, по спектру близкий к дневному.
	Вещество: неон со ртутью. Наполненные неоном и ртутью, выступают в качестве индикатора, в обычном режиме свечение ртути не видно, но при зажигании разряда на максимально отдаленных между собой электродах, то оно становится заметным, индикаторные характеризуются оранжево-красным свечением, в качестве материала электродов – молибден, железо, алюминий, никель. Катод, для снижения порога зажигания покрывается активирующим веществом. Включается в сеть соответствующего напряжения через балластный резистор, что предотвращает переход тлеющего разряда в дуговой, при этом, у определенных типов ламп токоограничивающий резистор встраивается в цоколь, а сама лампа – включается непосредственно в сеть.

Характеристики разных видов ГРЛ

Модель	Описание
D2S	Диод с цоколем. Хорошая замена штатной в линзованной оптике автомобиля. Устанавливается в фары для ближнего освещения и дальнего - освещает и дорогу, и обочину. Средний срок эксплуатации 2800- 4000 часов. Сейсмоустойчива, высокий показатель качества света. Световой поток – 3000-3200 лм. Цветовая температура – 4300 К. Мощность потребления – 35 Вт.
D1S	Ксеноновый свет. Монтируются в фары автомобиля дальнего и ближнего света. С цоколем. Также предназначен для линзованной оптики. Световой поток – 3200 лм. Мощность потребления – 35 Вт. Цветовая температура – от 4150 до 6000К. Срок эксплуатации – не менее 3000 часов.
	Газоразрядная ртутная с цоколем Е40. Устанавливается в светильники с патроном Е40. Используется для внешнего и внутреннего освещения.Функционирует в комплексе с ПРА. Срок службы 5000 часов. Номинальная мощность 250 Вт. Цветовая температура 5000К.
D4S	Надежный и качественный источник света. Экологически чистые. Устанавливаются в фары автомобиля. Характеризуется широким спектром излучения. Номинальная мощность 35 Вт. Световой поток – 3200 лм, период службы – 3000 часов. Цветовая температура – от 4300 до 6000 К.
D3S	Оригинальная линзованная оптика с цоколем. Номинальная мощность 35 Вт, световой поток – 3200 лм. Срок службы – 3000 часов. Цветовая температура – от 4100 до 6000К. Период службы 3000 часов. Отсутствие ртути. Предназначены для освещения автомобиля.
H7	Цоколь для галогенных ламп.
	Газоразрядная ртутная лампа высокого разряда. Устанавливается в светильники с патроном Е40, используется для внешнего и внутреннего освещения, функционирует в комплексе с ПРА. Номинальная мощность 250 Вт, световой поток – 13000 лм. Цветовая температура – 4000 К, цоколь Е40.
	ГЛ с эллипсоидальной формой колбы. Используется для внешнего и внутреннего освещения. Цоколь Е27. Световой поток – 6300 лм. Мощность 125 Вт. Цветовая температура – 4200 К.
	ГЛ с эллипсоидальной формой колбы. Используется для внешнего и внутреннего освещения. Цоколь Е40. Световой поток – 22000 лм. Мощность 400 Вт. Цветовая температура – 4000 К.
	ГЛ используется для внешнего и внутреннего освещения. Цоколь Е40. Световой поток – 48000 лм, мощность 400 Вт. Цветовая температура – 2000 К.
	ГЛ ДНАТ, эффективный источник света с пониженным уровнем УФ-излучения. Мощность 400 Вт. Трубчатая с односторонним цоколем формы колбы. Цоколь Е40. Цветовая температура – 2100 К. Световая отдача – 120лм/Вт. Используются в закрытых светильниках и для освещения растений. Срок службы – 20000 часов.
	Относится к линейке монохроматических натриевых ГЛНД. Высокая эффективность до 183 лм/Вт. Излучает монохроматический теплый желтый свет. Предназначены для освещения дорог с максимальной яркостью и минимальными энергозатратами, для освещения пешеходных переходов вместо люминесцентных и ртутных источников света. Цветовая температура – 1800 К, цоколь 775 мм.
	Металлогалогенные высококачественные источники света, двухцокольные. Специально разработаны для приборов, создающих световые потоки. Наполнение ламп – ртуть и редкоземельные элементы, что создает луч света высокой яркости с довольно хорошим индексом цветопередачи. Низкий уровень инфракрасного излучения, высокая светоотдача, механическая прочность, прекрасные световые характеристики, стабильность цветовой температуры, возможность "горячего" перезапуска. Мощность 575 Вт. Световой поток 49000 лм. Цветовая температура - 5600 К, период службы – 750 часов.
	Оригинальный номер D1S.
	Эффективный источник света, высокое качество, световой поток 48000Лм. Цветовая температура - 2000 К, период службы – 24000 часов. Цоколь Е40. Трубчатая с односторонним цоколем формы колбы. Световая отдача – 120 лм/Вт. Мощность 400 Вт. Применяется для искусственного освещения цветников, теплиц, питомников для растений.
	Оригинальный номер D3S ближнего света. Применяется для освещения авто.
	Ксеноновая лампа. Мощность 35 Вт. Цоколь D2S. Температура свечения 4300 К. Излучает свет, приближенный к дневному. Длительный срок службы, включается без задержек, ориентированы для использования в автомобиле.
	Ксеноновый диод высокого качества с мощностью 35 Вт. Цоколь D1S. Используется в автомобилях в фарах ближнего света.
	Ксеноновая лампа высокого качества с мощностью 35 Вт. Монтируется в двойные фары.

Характеристики ГРЛ типа ДНАТ


	Люминесцентная дуговая ртутная лампа. Мощность 125 Вт, световой поток 5900 лм, срок службы 12000 часов. Ориентирована для освещения улиц, больших производственных и складских помещений. Устанавливаются в прожектор, эксплуатируется на морозе.
	Натриевые лампы, световой поток 15000 лм. М ощность 150 Вт, срок службы – 15000 часов, цоколь Е27. Имеет разные сферы применения – в теплицах, питомниках, цветниках, для освещения подземных переходов, улиц, закрытых спорткомплексов.
	Натриевые лампы, световой поток 9500 лм. М ощность 100 Вт, период службы – 10000 часов. Цоколь Е27. Имеет разные сферы применения – в теплицах, питомниках, цветниках.

Область применения ГЛ

Характеризуются обширной областью применения:

освещение уличное в городской и сельской местности, в фонарях для подсветки парков, скверов и пешеходных дорожек;
освещение общественных помещений, магазинов, производственных сооружений, офисов, торговых площадок;
в качестве подсветки рекламных щитов и наружной рекламы;
высокохудожественного освещения эстрад и кинотеатров с применением специального оборудования;
для освещения транспортных средств (неоновые);
в подсветке дома.

Прожектор: область применения и виды

Для открытых пространств, для освещения:

промышленных территорий;
спортивных комплексов и стадионов;
карьеров;
фасадов зданий и различных сооружений;
памятников;
мемориалов;
развлекательных шоу;
животноводческих комплексов.

ВАЖНО! Прожекторы различают по форме отражателя и пучку излучения.

ассиметричные;
симметричные.

Вид	Область применения
Для стробоскопа	Используются импульсные газоразрядные лампы типа ИФК-120 в фотовспышках. Стробоскопический эффект зачастую используют в ночных клубах: танцующие в затемненном помещении освещаются вспышками, при этом выглядят застывшими, а при каждой новой вспышке – меняются позы
Для уличного освещения	Источником света ГЛ для уличного освещения выступает сжигание газообразного топлива, что способствует формированию электрического разряда: метан, водород, природный газ, пропан, этилен или другие виды газа. Фактором для использования ГЛ для уличной подсветки является высокая эффективность их работы (светоотдача — 85-150 лм/вт). Часто используют для декоративной уличной подсветки, период службы достигает 3000-20000 часов
Для растений	Как правило, используются ЛЛ общего назначения, ртутные высокого давления, натриевые ГЛ, совершенные металлогалоидные лампы для освещения большого зимнего сада. Можно использовать один или несколько потолочных светильников с довольно мощными (от 250 Вт) газоразрядными металлогалоидными или натриевыми диодами

Недостатки и преимущества ГРЛ


Недостатки газоразрядных ламп	большие габариты; длительный выход на рабочий режим; необходимость в ПРА, что отражается на стоимости; чувствительность к перепадам и скачкам напряжения; звуковое сопровождение при работе, мерцание; применение токсических компонентов при их производстве, что нуждается в особой утилизации.
Достоинства	не зависят от условий окружающей среды; характеризуются незначительным периодом разгорания; несущественное снижение светового потока к концу периода службы.
Преимущества	экономичность; продолжительный срок службы; высокая эффективность.

Как проверить газоразрядную лампу?

Необходимо соблюдать несколько правил:

не спешите вставлять новую годную лампу на место старой, необходимо убедиться, что дроссель не замкнут, в противном случае сгорят сразу две спирали;
поставьте диод сначала с целыми спиралями, но не рабочую, в которой газ мигает либо тускло светится. Если спирали останутся целыми, то можно ставить новую лампочку, если же сгорят – меняйте дроссель;
если необходим ремонт, начинать следует со стартера, выходящего чаше со строя в сравнении с другими компонентами светильника;
Лампы накаливания
1. низкая световая отдача;
2. срок службы около 1000 часов;
3. неблагоприятный спектральный комплекс, искажающий светопередачу;
4. наделены большой яркостью, но равномерного распределения светового потока не дают;
5. нить накаливания следует закрывать, чтобы исключить прямого попадания света в глаза и вредного на них воздействия.
Чем отличаются ГРЛ (читайте выше) и светодиодные?

Светодиодные:
- высокая экономичность энергопотребления;
- экологически чистые, не нуждаются в особых условиях по обслуживанию и утилизации;
- срок службы – непрерывная работа не менее 40-60 тыс. часов;
- световой поток стабилизирован во всем диапазоне питающего напряжения от 170- 264 В, при этом без изменений параметров освещенности;
- быстрое зажигание;
- отсутствие ртути;
- отсутствие пусковых токов;
- имеется возможность главной регулировки мощности;
- отличная цветопередача.

В наш век повсеместной электрификации мы привыкли считать электрический разряд чем-то неправильным и где-то даже опасным. Поэтому в словах «газоразрядная лампа» многим видится некий парадокс.

Уже давно электричество перестало быть диковинкой. Нас оно окружает буквально со всех сторон. В стенах домов, квартир проложена проводка, по которой непрерывно течет электрический ток, даже если не включен телевизор и выключены все лампочки. Холодильник все равно все время тихо включается и сохраняет нам продукты, подпитываясь от сети. Так же и прочие приборы: светодиоды на выключателях – и те хоть чуть-чуть, но ток пропускают. А вот разряд в наших сетях – нечто неординарное. Если нечаянно замкнутся два провода в одной розетке, будет короткое замыкание, то есть разряд. А это авария и мгновенное отключение сети защитной автоматикой. Или если мы сами зарядились, просто от трения одежды, то, как только прикоснемся к чему-нибудь металлическому – будет разряд: несильно, но чувствительно уколет или даже тряхнет. Но обычно один раз. Ну, и заряженный конденсатор может ударить током, то есть через нас разрядиться.

Разновидностей разрядов достаточно много. Чаще всего нам встречается искровой разряд, как раз его-то мы и не любим. Хотя знаем, что в автомобиле он заставляет двигатель работать.

Виды электрических разрядов

Слева направо: искровой, дуговой, коронный, тлеющий. Есть еще экзотические виды – частичный и таунсендовский (темный – здесь его нет).

Какие-то из них мы используем, какие-то только пытаемся поставить на службу, с какими-то боремся.

Но вот тлеющий разряд, быть может, и назван так «смягченно», чтобы сообщить: да, это разряд, но не такой уж и страшный. Действительно, он не бьет, как искра или молния, в доли секунды, чтобы сразу же и прекратиться. Он тлеет, то есть течет, как обыкновенный и привычный для нас всех электрический ток. И не просто течет, но и светит – это все электрические лампы, где светится газ, а не металлическая проволока. Именно газоразрядные лампы.

Самое интересное во всей этой истории то, что обнаружили свечение газа под действием разряда еще до того, как появились «настоящие» электрические приборы. То есть такие устройства, в которых бы гарантированно работала электрическая энергия.

Сначала свечение газа показывали как фокус. А в качестве источника энергии использовались не генераторы, не аккумуляторы, а электризация предметов путем различных ухищрений, что позволяло вызвать некоторый заряд на поверхности. Электризация известна была давно, просто ее старались как-то усилить, в соответствии со своим пониманием. Например, рукой крутили большой шар из серы, насаженный на металлический стержень, и получали в довольно большом количестве «электричество», которое заявляло о себе искрением или свечением газа. Были и другие опыты, которые принято было проводить со сцены для публики или в модных светских салонах для избранного общества. Изучали и демонстрировали «животный магнетизм», алхимические превращения, которые уходили корнями в «герменевтическую философию».

Соответственно, и сбор электроэнергии для целей демонстрации мог происходить не на промышленном каком-то оборудовании, а на вещах, скорее принадлежавших к разряду театральной бутафории.

Однако от таких опытов получилось благое дело: люди увидели не просто физическое – то есть не магическое – явление, а поняли, что в нем заключена определенная, доступная людям, сила, которую можно накопить и измерить.

И с тех пор дальнейшее изучение электричества пошло в направлении его приручения и широкого использования человечеству во благо.

Многие исследователи тех времен получали таинственное свечение. Например, Ломоносов обнаружил свечение в стеклянном сосуде газообразного водорода. И не все эти свечения являлись тем, что теперь называется «тлеющий разряд». Дело в том, что газ способен получать энергию разными путями, и потом эту энергию излучать в виде света определенной длины волн. Это может быть внешнее электрическое напряжение, приложенное к двум установленным в сосуде с газом электродам. При некоторой величине напряжения, а также при некоторой разреженности газа, поток электронов устремится от электрода с избыточностью электронов к электроду с их недостаточным количеством. И, «натыкаясь по дороге» на атомы газа, электроны их активируют, при этом и получается тлеющий разряд.

Но нечто подобное может происходить не только от потока бегущих электронов. А, например, непосредственно от воздействия внешнего магнитного поля. Будет тлеющий разряд, очень похожий на полярное сияние. Я сам такое видел на лампах дневного света, отключенных от сети питания, но на которые воздействовало магнитное поле от вращающихся магнитных барабанов. На старых компьютерах иногда встречались такие устройства, большие как шкаф. Вот в темноте около таких шкафов лампы дневного света и давали интересные световые разводы, похожие на Северное сияние.

Цвет свечения газоразрядных ламп не зависит от источника энергии. Газ состоит обычно из однородной массы простейших молекул в один-два атома (H2 – водород, Ar – аргон) и работает как один атомарный механизм. В нем электроны, получая энергию от внешнего источника, перескакивают на другой уровень – в «возбужденное» состояние, а потом возвращаются обратно, выбрасывая свою «возбудившую» их энергию в виде кванта света строго определенных длин волны. Так и получаются свечения одного цвета, монохромные. Или нескольких цветов, соответствующих энергетическим переходам электронов в электронных оболочках атомов газа. Таким образом можно получить лампы, светящиеся конкретными цветами, в отличие от солнца с его непрерывным спектром или пламени костра, свечи или света лампы накаливания.

Энергетические процессы при этом очень просты, поэтому и весьма эффективны, имеют высокий КПД. То есть лампа накаливания дает целый спектр, который получается от хаотического теплового движения молекул твердой вольфрамовой спирали. Молекулы раскаленного вольфрама мечутся как угорелые вокруг своих мест в кристаллической решетке и исступленно испускают во всех возможных направлениях кванты света всех мыслимых энергий и частот. В этом спектре есть видимый нам свет, и есть инфракрасное излучение, которого мы не видим. А есть еще просто конвекция – передача непосредственно молекулам газовой среды лампы энергии тепла. От этого нагревается стеклянный баллон, который, в свою очередь, нагревает воздух в помещении, цоколь, патрон, провода… Получается, что на свет от лампы накаливания идет энергии всего лишь 5–10 %. Тогда как газовый свет дает, по разным оценкам, от 25 до 40 %.

Разновидности газоразрядных ламп

Газоразрядные лампы представляют собой стеклянный (из стекол особого состава) баллон, накачанный газом и с электродами, установленными внутри. Электрическое напряжение на него подается через цоколь. Газ внутри может быть под низким давлением или под высоким. По этому признаку и различаются газоразрядные лампы низкого давления, лампы высокого давления и лампы сверхвысокого давления. Остальные различия касаются, в основном, составов газовых сред внутри баллона и покрытия баллона. От этого зависят характеристики свечения ламп.

Еще одна важная конструктивная особенность ламп (газоразрядных в том числе) – конструкция и размер цоколя, от чего зависит конструкция патрона для лампы, а значит, и возможности установки таких ламп в светильниках.

А, б – низкого давления;
в, д – высокого давления;
г – сверхвысокого давления
а – натриевая, б – люминесцентная, в – ртутная, г – ксеноновая, д – натриевая
(с особым покрытием колбы – поликристаллическим оксидом алюминия)

Инертные газы, которыми наполняются лампы, способны светиться цветами собственного полосчатого спектра испускания. Получается цветное свечение, которое сразу же полюбилось рекламщикам, и они стали использовать его для изготовления эффектных красочных надписей. Разные инертные газы дают различную окраску свечения.




Криптон

Для обычных же целей освещения обычно используются лампы, содержащие смесь газов или смесь газов и паров металлов – ртути или натрия в частности.

Газовый свет может содержать ультрафиолетовые компоненты, в этом случае можно:

использовать такие лампы именно как источники ультрафиолета;
изменить спектр излучения другим средством: напылением на внутренней стороне баллона специального покрытия, которое поглощает излучение газа и переизлучает его светом, более приемлемым для употребления.

Такие вещества называются люминофорами, а лампы – люминофорными или люминесцентными.
Разновидностью люминесцентных ламп являются и повсеместно используемые сейчас газосветные энергосберегающие лампы.

Применение

Энергосберегающие лампы выпускают разных оттенков цвета, но такого, чтобы человеческий глаз воспринимал его как можно более естественным. При этом варьируются оттенки цвета или световая температура: от более теплого до приближенного к белому дневному. Энергосберегающие лампы выпускаются градацией светимости примерно так же, как это делается с лампами накаливания, эта система сложилась годами. Маленькие лампы накаливания – 25 ватт (настольные), побольше – 60, 75 ватт (люстры, торшеры), 100–120 ватт (залы, большие помещения) и так далее. Аналогично выпускаются по светимостям и лампы энергосберегающие, хотя мощность потребления энергии у них снижена раза в 2–4 за счет того, что выше КПД. Еще одно следствие этого – то, что они почти не греются. И в этом тоже есть множество плюсов: не греются патроны, не плавятся пластиковые абажуры, и так далее

Другие лампы дают сильный направленный свет: например, ксеноновые используют в прожекторах и автомобильных фарах.

Есть лампы такого цвета, который не очень хорош для человеческих глаз, но действенен при освещении растений. Это натриевые лампы различной мощности. Они дают ярко-желтое свечение, от них хорошо вегетируют растения, поэтому их используют в теплицах.

Разрядной лампой называют ту лампу, которая излучает энергию в диапазоне, который является видимым. Стоит сразу отметить, что такие лампы очень эффективны в плане преобразования электрической энергии в световую энергию. На сегодняшний день наблюдается невероятный рост цен на электроэнергию, а так же на осветительную аппаратуру. И по этой причине начинается внедрение новых технологий, которые позволяют сократить затраты производителей, и сделать использование электрической энергии более доступным.

Разрядные лампы, которые используются для освещения, условно делят на три разные группы, по принципу того, какой источник света выходит наружу и используется человеком. В первую очередь, это дуговые ртутные люминесцентные, металлогалогенные и натриевые лампы высокого давления.
По устройству всех основных элементов, эти лампы мало чем отличаются друг от друга. В горелке из прочного тугоплавкого материала, который является очень стойким в химическом плане, возникает свечение. Это все происходит в присутствии газов и металлических паров. Подобный процесс называют электролюминесценцией. Для ртутных люминесцентных, а так же металлогалогенных ламп, горелку выполняют из кварца. Что касается натриевых ламп высокого давления, то их горелка сделана из поликорна - специальной керамики. Во всех горелках находится зажигающий газ, в роли которого могут выступать ксенон или аргон. Еще в них всегда присутствуют пары металлов под высоким давлением. Соответственно, в дуговых ртутных люминесцентных лампах находятся пары ртути, в металлогалогенных - пары ртути и смеси галоидов некоторых других металлов. В натриевых лампах высокого давления содержатся пары ртути и натрия.

Под воздействием напряжения, которое прикладывается к электродам горелки, происходит разряд. Чтобы зажигание произошло легко, во многих лампах устанавливают вспомогательный электрод. Сама горелка находится в большой колбе, которая обычно прозрачная (у натриевых ламп высокого давления, а так же у металлогалогенных ламп). У ртутных люминесцентных ламп колба изнутри покрыта люминофором, который оказывает влияние на качество цветопередачи.
Особое внимание следует уделить ртутной лампе, которая работает по принципу того, что источник света получается на основе соединений газового разряда и паров ртути. Они тоже делятся на группы, в зависимости от давления: это могут быть лампы с низким давлением, с высоким, и сверхвысоким.
В некоторых лампах внешняя колба отсутствует. Зачастую такими являются малогабаритные натриевые лампы высокого давления и металлогалогенные лампы. Чаще всего такие лампы используются для установки в прожекторы и другие подобные объекты. Все лампы характеризуются тем, что их мощность может достигать высоких показателей: около 1000 или 2000 Вт. Если металлогалогенные и натриевые лампы высокого давления используют для внутреннего освещения, их мощность колеблется от 35 до 70 Вт, у дуговых ртутных люминесцентных ламп в таком случае мощность будет равняться 50, 80, 125 Вт.

Лампу часто характеризует то, насколько она чувствительна к перепадам напряжения. Так вот, самые нечувствительные к колебаниям напряжения - это дуговые ртутные люминесцентные лампы. Если напряжение изменяется примерно на 15% в меньшую или большую сторону, то такая лампа повышает или понижает свой световой поток примерно на 30%.
Эти лампы можно эксплуатировать достаточно продолжительное время. Их срок службы равняется примерно пятнадцати тысячам часов. Но иногда срок службы натриевых ламп высокого давления может достигать и двадцати тысяч часов.
Важным моментом является световая отдача. Меньше всего световая отдача у дуговых ртутных люминесцентных ламп, и она равняется 40-60 лм/Вт. Далее можно отметить металлогалогенные лампы, которые находятся посередине, и их отдача колеблется от 60 до 100 лм/Вт. Количество световой отдачи прямо пропорционально зависит от мощности лампы.
Дуговые ртутные люминесцентные лампы традиционно применяются для освещения открытых территорий производственного, сельскохозяйственного назначения. Так же такие лампы хорошо подходят для освещения разнообразных складских помещений. Дуговые ртутные люминесцентные лампы отличаются большой экономией электроэнергии, и поэтому им часто отдают большее предпочтение. Еще ртутные лампы активно применяют для освещения городов, высоких производственных цехов, а так же для освещения больших строительных площадок.

Металлогалогенные лампы хорошо подходят для закрытых или открытых спортсооружений, некоторых зальных помещений в общественных зданиях, а так же для высоких производственных цехов с большими требованиями к цветопередаче. Лампы с хорошей мощностью, неважно какого типа, успешно используются при освещении территорий вокруг дома, гаража и т.д.
Можно сказать, что натриевые лампы высокого давления, а так же металлогалогенные лампы, у которых мощность от 70 до 100 Вт, уверенно вытесняют люминесцентные лампы в освещении общественных и жилых зданий. Практически все виды ламп активно используют для того, чтобы освещать фасады зданий снаружи, а так же для декоративного светового оформления города. В первую очередь, с их помощью освещают памятники, фонтаны, архитектурные сооружения, зеленые насаждения и т.д.
В то же время можно отметить некоторые недостатки, которые присущи всем видам разрядных ламп. В первую очередь, они довольно дорого стоят. Это очень сложная и серьезная технология, которая требует значительных затрат. Так же следует указать на большие размеры таких ламп.

Так же лампе нужно определенное время для того, чтобы выйти на нужный рабочий режим. На переменном токе промышленных частот очень часто происходит мерцание или гудение во время функционирования лампы. Особо опасными могут быть пары ртути, которые при деформации лампы могут проникнуть в помещение. По этой причине применять такие лампы следует только в светильниках, у которых есть защитный спектр, а так же использовать импульсные зажигающие устройства.
Сейчас специалисты занимаются исследованиями для того, чтобы модифицировать разрядные лампы и сделать их более удобными в применении, потому что на самом деле это очень качественная и экономичная технология. Самое важное заключается в том, что такие лампы активно используются в промышленности, а так же в городском освещении, что подтверждает их надежности и долговечность работы. В то же время, чтобы использовать лампы подобного типа, необходимо тщательно ознакомиться со всеми инструкциями по эксплуатации, и приобрести все элементы для нормального функционирования лампы.

Области применения

Благодаря линейчатому спектру излучения газоразрядные лампы первоначально применялись лишь в специальных случаях, когда получение заданного спектрального состава излучения являлось фактором более важным, чем значение световой отдачи. Возникла широкая номенклатура , предназначенных для применения в научно-исследовательской аппаратуре, которые объединяют под одним общим названием - спектральные лампы.

Рисунок 1. Спектральные лампы с парами натрия и магния

Возможность создания интенсивного ультрафиолетового излучения, отличающегося высокими химической активностью и биологическим действием, привела к использованию газоразрядных ламп в химической и полиграфической промышленности, а также в медицине.

Короткая дуга в газе или парах металла при сверхвысоком давлении отличается высокой яркостью, что позволило в настоящее время отказаться от открытой угольной дуги в прожекторной технике.

Применение люминофоров, позволившее получать газоразрядные лампы с непрерывным спектром излучения в видимой области, определило возможность внедрения газоразрядных ламп в осветительные установки и вытеснение из ряда областей ламп накаливания.

Особенности изотермической плазмы, обеспечивающей получение спектра излучения, близкого к излучению тепловых источников, при температурах, недоступных в лампах накаливания, привели к разработке сверхмощных осветительных ламп со спектром, практически совпадающим с солнечным.

Практическая безынерционность газового разряда позволила применить газоразрядные лампы в фототелеграфе и вычислительной технике, а также создать импульсные лампы, концентрирующие в кратковременном световом импульсе огромную световую энергию.

Видео 1. Импульсные лампы

Требования снижения расхода электроэнергии во всех областях народного хозяйства расширяют применение экономичных газоразрядных ламп, объем выпуска которых непрерывно растет.

Лампы тлеющего разряда

Как известно, нормальный тлеющий разряд возникает при малых плотностях тока. Если при этом расстояние между катодом и анодом настолько мало, что в его пределах не может разместиться столб разряда, то имеют место катодное свечение и отрицательное тлеющее свечение, покрывающие поверхность катода. Расход мощности в лампе тлеющего разряда весьма мал, так как мал ток, а напряжение определяется лишь катодным падением. Излучаемый лампой световой поток незначителен, однако совершенно достаточен для того, чтобы зажигание лампы было заметным, особенно если разряд происходит в газе, дающем цветное излучение, например в неоне (длина волны 600 нм, красный цвет излучения). Такие лампы различной конструкции широко используют в качестве индикаторов. Так называемые цифровые лампы являлись ранее составной частью многих автоматических устройств с цифровыми указателями.

Рисунок 3. Лампа тлеющего разряда предназначенная для индикации цифр

При длинном газоразрядном промежутке с расстоянием между электродами значительно большим, чем прикатодная область, основное излучение разряда сосредотачивается в столбе разряда, который при тлеющем разряде отличается от столба при дуговом разряде лишь меньшей плотностью тока. Излучение такого столба может иметь высокую световую отдачу при большой длине. Высокое значение катодного падения напряжения в тлеющем разряде обусловило разработку ламп на высокое напряжение питания, то есть напряжение на них значительно превосходит напряжение, считающееся безопасным по условиям работы в закрытых помещениях, особенно бытовых. Однако такие лампы с успехом применяют для различного рода рекламных и сигнальных установок.

Рисунок 4. Лампы с длинным столбом тлеющего разряда

Преимуществом лампы тлеющего разряда является простота конструкции катода по сравнению с катодом лампы дугового разряда. Кроме того, тлеющий разряд менее чувствителен к наличию случайных примесей в газоразрядном пространстве, а следовательно, более долговечен.

Лампы дугового разряда

Дуговой разряд применяется практически во всех газоразрядных лампах. Связано это с тем, что при дуговом разряде ослабевает катодное падение напряжения и уменьшается его роль в балансе энергии лампы. Дуговые лампы могут быть изготовлены на рабочие напряжения равные напряжениям электрических сетей. При небольшой и средней плотности тока дугового разряда, а также при невысоком давлении в лампе источником излучения в основном выступает положительный столб, а свечение катода практически не имеет никакого значения. Повышая давление газа или паров металла наполняющих горелку прикатодная область постепенно уменьшается, а при значительных давлениях (более 3 × 10 4 Па) ее практически не остается совсем. Увеличением давления в лампах достигают высоких параметров излучения при небольших расстояниях между электродами. Высокие значения светоотдачи при совсем малых расстояниях можно получить при сверхвысоких давлениях (более 10 6 Па). С ростом давления и уменьшением расстояния между электродами сильно возрастает плотность тока и яркость шнура разряда.

При увеличении давления и плотности тока происходит образование изотермической плазмы, излучение которой в основном состоит из нерезонансных спектральных линий, возникающих при переходе электрона в атоме на более низкие, но не основные уровни.

Дуговой разряд используют в самых различных газах и парах металлов от самых низких давлений до сверхвысоких. В связи с этим конструкции колб дуговых ламп чрезвычайно разнообразны как по форме, так и по роду применяемого материала. Для ламп сверхвысокого давления большое значение приобретает прочность колб в условиях высоких температур, что привело к разработке соответствующих методов их расчета и исследования параметров.

После появления дугового разряда из катодного пятна выбивается основная масса электронов. Светящаяся катодная часть разряда начинается с катодного пятна, представляющего из себя небольшую светящуюся точку на спирали. Катодных пятен бывает несколько. В самокалящихся катодах катодное пятно занимает небольшую часть его поверхности, перемещаясь по ней по мере испарения оксида. Если плотность тока высока на материале катода возникают местные тепловые перегрузки. По причине таких перегрузок приходится применять катоды специальных сложных конструкций. Количество конструкций катодов разнообразно, но все они могут быть разделены на катоды ламп низкого давления, высокого давления и сверхвысокого давления.

Рисунок 5. Трубчатая газоразрядная лампа низкого давления

Рисунок 6. Газоразрядная лампа высокого давления

Рисунок 7. Газоразрядная лампа сверхвысокого давления

Разнообразие материалов, применяемых для колб дуговых ламп, большие значения токов требуют решения вопроса о создании специальных вводов. Подробно о конструкциях газоразрядных ламп можно прочитать в специальной литературе.

Классификация ламп

Аналогично лампам накаливания газоразрядные лампы отличаются между собой областью применения, видом разряда, давлением и видом наполняющего газа или паров металла, использованием люминофора. Если смотреть глазами изготовителей газоразрядных ламп то они могут также отличаться особенностями конструкций, важнейшими из которых являются форма и размеры колбы (газоразрядного промежутка), используемый материал из которого изготавливается колба, материал и конструкция электродов, конструкция цоколей и выводов.

При классификации газоразрядных ламп могут возникнуть некоторые затруднения связанные с многообразием признаков, на основе которых они могут быть классифицированы. В связи с этим для классификации принятой в настоящее время и используемой в качестве основы системы обозначений газоразрядных ламп, определен ограниченный ряд признаков. Стоит отметить, что для ртутных трубчатых низкого давления, являющихся наиболее массовыми газоразрядными лампами, существует своя система обозначений.

Итак, для обозначения газоразрядных ламп пользуются следующими основными признаками:

рабочее давление (лампы сверхвысокого давления – более 10 6 Па, высокого давления – от 3 × 10 4 до 10 6 Па и низкого давления – от 0,1 до 10 4 Па);
состав наполнителя, в котором происходит разряд (газ, пары металла и их соединений);
наименование используемого газа или пара металла (ксенон – Кс, натрий – На, ртуть – Р и тому подобные);
вид разряда (импульсный – И, тлеющий – Т, дуговой – Д).

Форма колбы обозначается буквами: Т – трубчатая, Ш – шаровая; если на колбу лампы наносится люминофор то в обозначение добавляется буква Л. Лампы делятся также по: области свечения – лампы тлеющего свечения и лампы со столбом разряда; по способу охлаждения – на лампы с принудительным и естественным воздушным охлаждением, лампы с водяным охлаждением.

Ртутные трубчатые люминесцентные лампы низкого давления принято обозначать проще. Например, в их обозначении первая буква Л говорит о том, что лампа принадлежит к данному виду источников света, последующие буквы – а их может быть одна, две или даже три, обозначают цветность излучения. Цветность является важнейшим параметром обозначения, так как цветность определяет область использования лампы.

Классификация газоразрядных ламп может также вестись по их значимости в области техники освещения: дуговые лампы высокого давления с исправленной цветностью; дуговые трубчатые лампы высокого давления; дуговые высокого давления; дуговые натриевые лампы низкого и высокого давления; дуговые высокого давления; дуговые шаровые сверхвысокого давления; дуговые ксеноновые трубчатые и шаровые лампы; люминесцентные лампы низкого давления; электродосветные, импульсные и другие виды специальных газоразрядных ламп.

Газоразрядная лампа – разновидность искусственного источника света, физической основой свечения которого выступает электрический разряд в газах либо парах металла. Благодаря линейному спектру излучения такие лампы изначально использовались в случаях, когда требовалось получение определенного спектрального излучения. Таким образом, появилась огромная номенклатура таких устройств, предназначенных для использования в научно-исследовательских приборах и профессиональной аппаратуре.

Особенность газоразрядных ламп является создания яркого ультрафиолетового излучения, высокая химическая активность и биологическое действие, обусловили их широкое применение в химической, полиграфической промышленности и в медицине.

Внедрение технологии использования люминофоров, позволяющей создать источник света с непрерывным свечением в видимой области, предоставило возможность отказаться от использования привычных ламп накаливания и предопределило перспективу внедрения газоразрядных источников в осветительных установках различного типа и назначения.

Безинерционность газового разряда позволяет использовать их в фото-, вычислительной технике, создавать лампы накаливания, способные генерировать в кратковременном световом импульсе достаточно мощную световую энергию. Также широкое распространение они получили при освещении зданий, витрин, декоративной подсветке тротуаров, художественном оформлении кинотеатров, ресторанов и т.п.

Классификация газоразрядных ламп

Подобно лампам накаливания газоразрядные источника света различаются сферой применения, типом разряда, внутренним давлением, видом газа либо паров металла, применением люминофора. В соответствии с классификацией заводов-производителей они также отличаются характерными особенностями конструкций, к которым относятся форма, размеры колбы, используемые материалы и конструкция электродов, внутреннее исполнение цоколя и выходов.

Другими словами, признаков классификация газоразрядных ламп достаточно много, из-за чего может возникнуть путаница. Поэтому внедрен определенный список, в соответствии с которым их и различают, в него входят:

1. Вид внутреннего газа (газы, пары металлов или их комбинации – ртуть, ксенон, криптон, натрий и пр).

2. Внутреннее рабочее давление (лампы сверхвысокого давления — 106 Па и более, высокого –3 × 104 — 106 Па, низкого – 0,1 — 104 Па).

3. Вид внутреннего разряда (тлеющий, дуговой, импульсный).

4. Форма колб бывает: Ш – шаровой, Т – трубчатой.

5. Исходя из метода охлаждения их делят: на устройства с принудительным, естественным и водяным охлаждением.

6.Если в обозначении присутствует буква Л, то это означает, что на колбу был нанесен люминофор.

Плюсы и газоразрядных ламп

Преимущества:

— превосходная эффективность;

— продолжительный срок службы;

— экономичность.

Недостатки:

— относительно большие габариты;

— потребность в комплектации пускорегулирующей аппаратурой, что обуславливает её более высокую стоимость в сравнении с лампами накаливания;

— продолжительный выход на рабочий режим;

— чувствительность к перепадам и скачкам напряжения;

— использование при их изготовлении токсических компонентов, что обуславливает необходимость проведение определенного порядка утилизации;

— мерцания, звуковое сопровождения во время работы.