1 ‑ Вілеміт; 2 ‑ фторогерманат магнію.

Люмінофор	Активатор	Колір або область світіння	Область смуги поглинання (приблизно), нм	Максимум смуги поглинання (приблизно), нм	Область смуги випромінення (приблизно), нм	Область максимуму смуги випромінення (приблизно), нм	Застосування
Вольфрамат кальцію	-	Синій	220-300	270	360-700	440	Декоративні люмінесцентні лампи
Вольфрамат магнію	-	Синьо-білий	220-320	285	380-720	480	Те ж
Ортосилікат цинку (вілеміт)	Mn	Зелений	220-300	254	450-620	530	Те ж
Цинк-берилій силікат	Mn	Жовтогарячий	220-300	254	480-720	580-610	Те ж
Силікат кадмію	Mn	Рожевий	220-320	240	480-740	600	Те ж
Борат кадмію	Mn	Малиново- червоний	220-360	250	520-750	620	Те ж
Галофосфат кальцію	Mn, Sb	Від блакитного до рожевого	-	-	-	580-600	Люмінесцентні лампи ЛБ, ЛХБ, ЛТБ и ЛД
Фосфат кальцію	Ce	Синій і близький ультрафіолетовий	220-320	260-300	330-440	360	Лампи УФО
Дисилікат барію	Pb	Той же	-	-	-	350	Те ж
Фосфат кальцію	Ti	Еритемний ультрафіолет	220-265	247	270-400	325	Еритемні люмінесцентні лампи
Фосфат кальцію з добавкою фосфату цинку	Ti	Той же	-	-	-	300-310	Те ж
Фторогерманат магнію	Mn	Червоний	-	-	-	660	Покращення колірності люмінесцентних ламп і виправлення колірності ртутно-кварцових ламп ВД
Трисилікат барію, стронцію, літію	Ce	Той же	-	-	-	-
Арсенат магнію, литію	Mn	Той же	-	-	-	660
Ортофосфат кальцію	Ce і Mn	Той же	-	-	-	640
Ортофосфати цинку і магнію	Sn	Рожеві відтінки	-	-	-	-

Таблиця 2-2

5.

Стабільність роботи лампи. Назвемо коефіцієнтом нестабільності відношення процентної зміни сили струму або потужності лампи до викликаного його процентної зміни параметра, наприклад, зміна струму при зміні напруги мережі:

: (1-11)

або зміна потужності при зміні напруги мережі:

: . (1-12)

Аналогічно складаються вирази для визначення стабільності струму γ або потужності λ від інших параметрів, що відмічаються відповідними індексами. Чим менше значення γ або λ, тим стабільніший струм або потужність лампи. В ідеальному випадку, при γ або λ, рівних нулю, струм або потужність лампи залишаються незміненими при зміні відповідного параметра.

Для визначення γ або λ необхідно взяти повний приріст струму або потужності по приросту напруги мережі або іншого параметра. Визначимо в якості прикладу нестабільність потужності при зміні напруги мережі для випадку r_б = const і горизонтальної ділянки ВАХ.

Диференціюючи (1-8), після невеликих перетворень одержуємо:

, (1-13)

де

.

Аналогічні співвідношення можна вивести й для інших умов, зокрема для падаючої або зростаючої ділянки ВАХ лампи. Вимоги зменшення втрат потужності в баласті й поліпшення умов стабілізації по потужності при r_б = const перебувають у протиріччі один до одного.

Зменшення втрат на баласті при збереженні якості стабілізації може бути досягнуто шляхом стабілізації за допомогою нелінійного активного опору або генератора з падаючої зовнішньої ВАХ (рис. 1‑10).

Рис. 1-10. Стабілізація газорозрядної лампи при роботі на постійному струмі за допомогою нелінійно зростаючого активного опору.

З рис. 1‑10 видно, що стабілізація може бути поліпшена, якщо використати активний опір, величина якого зростає з ростом струму. У тих випадках, коли газорозрядна лампа живиться від окремого генератора, як, наприклад, у деяких потужних дугових лампах, можлива стабілізація за допомогою генератора з падаючої зовнішньої ВАХ. Падаюча зовнішня характеристика генератора отримується за рахунок великого магнітного розсіювання. Використання стабілізуючих пристроїв з нелінійною характеристикою, як видно з рис. 1‑10, дозволяє одержувати однакову якість стабілізації при значно більших значеннях т, чим з лінійним баластом, і в такий спосіб істотно знизити втрати на баласті. Визначення якості стабілізації й втрат для нелінійного баласту проводиться аналогічно тому, як це було показано вище для r_б = const.

6.

7. Світлові параметри:

1. колір і спектральний склад випромінювання;

2. світловий потік;

3. яскравість;

4. розподіл випромінювання в просторі;

5. пульсація світлового потоку.

Електричні параметри:

1. потужність;

2. робоча напруга;

3. рід струму живлення;

4. тип розряду і використовувана область світіння.

Експлуатаційні параметри:

1. світлова віддача;

2. термін служби;

3. розміри і форма лампи;

4. ціна лампи та ін.

В основу класифікації може бути покладений кожний із приведених параметрів. Найбільш поширена класифікація люмінесцентних ламп масового застосування по наступним параметрах:

1. колір і спектральний склад випромінювання;

2. потужність лампи;

3. робоча напруга на лампі;

4. тип розряду;

5. схема включення;

6. форма лампи й ін.

Параметри деяких розповсюджених типів газорозрядних люмінесцентних джерел світла приведені в таблицях додатків 1 ‑ 4.

8. Колірні й спектральні характеристики стандартних ламп. Однією з головних переваг люмінесцентних ламп є можливість одержання світла практично з будь-яким розподілом енергії по спектру при високій світловіддачі. Найбільш широке поширення одержали лампи, що імітують природне світло в різних видах. Ці лампи називаються лампами денного й білого світла різних відтінків.

Як еталони природного світла прийнято випромінювання, що має у видимій частині спектра розподіл енергії, який практично співпадає з випромінюванням абсолютно чорного тіла різної колірної температури. (Джерело А з  = 2 854° К, джерело В з  = 4 800° К і джерело С з  = 6 500° К.)

В даний час майже повсюди встановилося чотири-п'ять основних колірних тонів подібних ламп. Наша промисловість випускає лампи наступних чотирьох типів, що відрізняються по кольорах: люмінесцентні лампи денного світла ‑ ЛД, холодно-білого світла ‑ ЛХБ, білого світла ‑ ЛБ і тепло-білого світла ‑ ЛТБ. Буква Л вказує на приналежність до класу люмінесцентних ламп, наступна характеризує її кольоровість, що звичайно визначається координатами кольоровості на колірному графіку МКО.

У таблиці 3‑1 наведені координати кольоровості зазначених типів ламп за ДСТ 6825‑61 (пп.8 й 9).

Таблиця 3-1

Позначення кольоровості	Граничні величини координат кольоровості
	x		y
	не менше	не більше	не менше	не більше
ЛДЦ и ЛД	0,300	0,325	0,320	0,345
ЛХБ	0,353	0,383	0,356	0,386
ЛБ	0,390	0,420	0,375	0,405
ЛТБ	0,427	0,457	0,387	0,417

На колірному графіку рис. 3‑1 показані координати кольорів люмінесцентних ламп зазначених чотирьох типів. Пунктирна лінія характеризує кольори випромінювання абсолютно чорного тіла при різних температурах. Часто кольори цих ламп характеризують просто відповідною колірною температурою абсолютно чорного тіла. Чим вище колірна температура випромінювання лампи, тим більш блакитний і холодний відтінок має її світло. Навпаки, у лампах з низькою колірною температурою випромінювання переважають оранжево-червоні тони, і їхнє світло має більш теплий відтінок.

У даний момент основним люмінофором, застосовуваним для виробництв ламп зазначених типів, є галофосфат кальцію, активований сурмою й марганцем (ГФК). Він практично повністю витіснив суміші люмінофорів, що застосовувалися раніше. Завдяки високому квантовому виходу при збуджені обома лініями ртуті 185 й 254 нм, високої стабільності, а також характеру розподілу енергії в спектрі випромінювання за допомогою ГФК вдалося створити лампи, що володіють досить високими світловими віддачами й високою стабільністю світлового потоку в процесі горіння. Він дешевий, простий у виробництві й нетоксичний. Люмінофор дає можливість одержувати всі чотири типи ламп з зазначеними вище координатами кольоровості й колірних температур шляхом зміни співвідношення інтенсивностей випромінювання смуг марганцю з максимумом близько 580 нм і сурми з максимумом близько 480 нм за рахунок зміни їхніх концентрацій. При цьому координати кольоровості переміщаються майже точно по кривій для абсолютно чорного тіла з різною колірною температуроюⁱ.

Рис. 3-1. Колірний графік і координати кольорів різних люмінесцентних ламп.

Квантовий вихід ГФК практично не залежить від вмісту марганцю, тому зі збільшенням концентрації останнього зростає інтенсивність оранжево-жовтої смуги відносно синьої. Разом з тим зростає світлова віддача ламп. Досить висока світлова віддача ламп з ГФК пояснюється не тільки високим квантовим виходом люмінофора, а також близькістю смуги випромінювання до кривої чутливості ока.

На рис. 3-2 наведені спектральні характеристики стандартних ламп з ГФК за даними вимірів ВНИСИ. Спектри випромінювання цих ламп істотно відрізняються від спектра випромінювання абсолютно чорного тіла тієї ж кольоровості, причому вони відрізняються не тільки присутністю ліній ртуті, але й розподілом у безперервному спектрі випромінювання люмінофора. Ці розходження приводять до того, що стандартні лампи з ГФК, маючи досить високі світлові віддачі, не забезпечують високої якості передачі кольору

Рис. 3-2. Спектральні характеристики люмінесцентних ламп типу ЛДЦ, ЛХБ, ЛБ, ЛТБ.

9. -7

10. Спеціальні люмінесцентні лампи – лампи, які мають спеці.

11.

Рис. 4-1. Принципові схеми включення люмінесцентної лампи з різними стартерами.

а ‑ з ключем або стартером тліючого розряду; б ‑ з тепловим стартером;

в ‑ з електромагнітним стартером; 1 ‑ люмінесцентна лампа; 2 ‑ дросель; 3 ‑ ключ або контакти стартера; 4 ‑ конденсатор; 5 ‑ нагрівач; 6 ‑ електромагніт.

12. Стартери. Короткочасне замикання й наступне розмикання ланцюга можна робити вручну за допомогою ключа або автоматично за допомогою спеціального пристрою, який називається стартером. Існують наступні типи стартерів: стартери тліючого розряду, теплові, електромагнітні з біметалічним сповільнювачем, термомагнітні й ін. Принципові схеми ввімкнення деяких з них показані на рис. 4-1.

Процес запалювання лампи за допомогою стартера можна розбити в загальному випадку на чотири стадії:

1) підготовча - з моменту подачі напруги до замикання контактів стартера;

2) нагрівання електродів лампи - з мамонта замикання контактів до моменту їхнього розмикання;

3) спроба запалювання - у момент розмикання;

4) підготовка стартера до наступного включення.

В окремих типів стартерів може бути відсутньою перша стадія.

З погляду оптимальних умов запалювання лампи бажано:

1) скоротити або виключити першу стадію, оскільки вона затримує момент запалювання лампи;

2) забезпечити час контактування, достатній для нагрівання електродів до температури, при якій відбувається значне зниження напруги запалювання дугового розряду;

3) забезпечити при розмиканні контактів виникнення імпульсу напруги достатньої величини й тривалості для запалювання дугового розряду.

Крім того, до стартера повинні бути пред'явлені вимоги максимальної простоти, високої надійності й ін. Ці вимоги певним чином суперечливі, і тому при конструюванні стартера доводиться шукати компромісні рішення.

13.

14. Методи безстартерного запалювання й класифікація схем. Схеми стартерного запалювання люмінесцентних ламп мають ряд недоліків, головним з яких є невисока надійність роботи установок, пов'язана з неполадками стартерів, які часто приводять до виходу з ладу робочих ламп. Наявність стартерів ускладнює обслуговування, затягує процес запалювання й часто приводить до неприємних миготінь окремих ламп, що не запалюються по тим чи іншим причинам. Зважаючи на ці обставини, запропонували й використовують велику кількість різних ПРА безстартерного запалювання.

Залежно від режиму використання запалювання існуючі схеми безстартерного запалювання люмінесцентних ламп дугового розряду діляться на дві групи:

1) схеми швидкого запалювання – з попереднім нагріванням катодів, які повинні забезпечувати «гаряче запалювання»; вони можуть бути застосовані для запалювання ламп, у яких катоди мають по два виводи;

2) схеми миттєвого запалювання – без попереднього розжарення катодів, розраховані на «холодне запалювання». У цих схемах варто використовувати лампи зі спеціальними катодами.

Схеми швидкого запалювання завдяки простоті обслуговування й швидкості запалювання знаходять досить широке застосування в мережах 220 в, незважаючи на те що вони складніші, вага ПРА й втрати потужності в них трохи вищі, ніж в аналогічних стартерних схемах.

З метою створення економічних безстартерних апаратів прагнуть знизити напругу запалювання ламп. При цьому найбільш ефективними шляхами зниження напруги запалювання є попереднє розжарення катодів і застосування провідних смужок на колбі (або поблизу лампи). На рис. 4‑5, а показана залежність напруги запалювання ламп 40 й 80 вт від струму розжарення катодів. З рис. 4‑5, а видно, що після досягнення певної величини попереднє розжарення катодів різко знижує U₃. Застосування смужки дозволяє додатково знизити напругу запалювання, причому це зниження залежить від розміру смужки, відстані її від лампи й способу з'єднання в схемі. Зазвичай застосовують вузьку смужку (1 – 2 мм), розташовану на самій поверхні лампи. При наявності смужки, з'єднаної з електродом, і розжаренні катодів U₃ для ламп 30 й 40 вт вдається знизити до 130 – 150 в. Крім того, на U₃ дуже впливають такі фактори, як вологість і температура навколишнього повітря, склад і тиск газу, що наповнює, конструкція й стан електродів та ін.

15. Схеми плавного регулювання світлового потоку люмінесцентних ламп. Існує три типи схем подібного роду: регулювання за допомогою баластового опору, регулювання за допомогою магнітних пристроїв і регулювання за допомогою електронних приладів.

У схемі групового регулювання за допомогою загального баластового опору, який вмикається послідовно, вдається знижувати потік ламп до декількох відсотків від номінального. Робота цієї схеми пов'язана з більшими втратами потужності в баласті. При малих струмах горіння ламп підтримується незалежним розжаренням катодів.

Магнітне регулювання (рис. 4‑9, а) здійснюється за допомогою дроселя без повітряного зазору, оснащеного додатковою обмоткою. Дросель розрахований так, що при розімкнутій додатковій обмотці струм лампи становить кілька відсотків номінального. При ввімкненні навантаження в додаткову обмотку дроселя й зміні її аж до короткого замикання можна збільшувати струм у ланцюзі лампи до номінального значення. У схемі підтримується незалежне розжарення катодів.

Рис. 4-9. Схеми плавного регулювання світлового потоку люмінесцентних ламп.

а ‑ схема магнітного регулювання за допомогою дроселя; б ‑ схема тиратронного регулятора: Т ‑ тиратрон, φ ‑ регулятор зсуву фаз; H ‑ навантаження; в ‑ схема регулювання з допоміжним джерелом високої частоти 1.

На рис. 4‑9, 6 наведена принципова схема регулювання світлового потоку ламп за допомогою тиратронів. Регулювання здійснюється шляхом зміни фази подачі на сітку відкриваючого потенціалу. Робота ламп у цій схемі пов'язана з великими паузами струму, що призводить до великих пульсацій світлового потоку й погано позначається на терміну служби ламп.

На рис. 4‑9, наведена схема пристрою для регулювання світлового потоку люмінесцентних ламп шляхом зміни живлячої напруги, у якій для розширення меж регулювання паралельно джерелу живлячої напруги через фільтри, що розв’язує і запирає, підключене допоміжне малопотужне джерело високої частоти 1, що забезпечує запалювання й перезапалювання ламп при малій напрузі живлення.

16. В останні роки почали поширюватися освітлювальні установки з люмінесцентними лампами, що працюють на підвищеній частоті. Робота ламп на підвищеній частоті має наступні переваги:

1) різке скорочення ваги й розмірів ПРА;

2)зменшення втрат у ПРА;

3) підвищення світлової віддачі;

4) сповільнення спаду світлового потоку в процесі горіння;

5) збільшення терміну служби;

6) підвищення коефіцієнта потужності;

7) зменшення глибини пульсацій світлового потоку і пов'язаного з ними стробоскопічного ефекту;

8) зменшення радіоперешкод (див. § 4‑6).

Єдиною обставиною, що стримує широке застосування цього способу живлення ламп, є відсутність дешевих, економічних і зручних в експлуатації перетворювачів частоти, а також необхідність додаткових первісних витрат. Тому у всіх випадках, де одержання підвищеної частоти не викликає ускладнень, варто рекомендувати живлення люмінесцентних ламп підвищеною частотою.

Вплив частоти на електричні характеристики. З ростом частоти струму живлення величини струмів, напруг і коефіцієнтів потужності ламп з різними типами баластів (R, L, С) зближуються між собою й, починаючи з частот 800 – 1000 гц, практично перестають залежати від типу баласту. При цьому k_л стає рівним 1. Зменшення впливу типу баласту на електричні характеристики ламп при підвищенні частоти пояснюється тим, що з ростом частоти динамічні характеристики розряду наближаються до рівноваги, внаслідок чого форма кривих струму й напруги для всіх типів баластів наближується до синусоїдального (див. осцилограми на рис. 5­13).

Пульсації світлового потоку. З ростом частоти коефіцієнт пульсацій світлового потоку монотонно падає (50 гц ‑ 60%; 1000 гц ‑ 25%; 5000 гц ‑ 10%). Падіння відбувається за рахунок інерційності світіння люмінофора й появи постійної складової у випромінюванні розряду, починаючи з 400 гц, як для видимого, так і для резонансного випромінювання. Починаючи з частот близько 1000 гц, глибина пульсацій настільки мала, що стробоскопічний ефект відсутній.

Залежність світлової віддачі від частоти. На рис. 4‑10, а наведена залежність світлової віддачі ламп від частоти. З ростом частоти спостерігається нерівномірне зростання світлової віддачі, що триває до 20 тис. гц, і при цьому ще не спостерігається насичення.

На промисловій частоті світлова віддача ламп залежить від типу баласту. З підвищенням частоти ця залежність зникає й, починаючи з частот порядку 400 гц, тип баласту практично не робить впливу на хід світлової віддачі з частотою.

Збільшення світлової віддачі ламп з ростом частоти викликане, головним чином, зменшенням величини анодно-катодного падіння потенціалу й анодно-катодних втрат потужності. Тому в коротких лампах спостерігається більш сильне зростання світлової віддачі з частотою. Хід градієнта потенціалу має більш складну залежність (рис. 4‑10, б).

Наявних в цей час даних недостатньо для того, щоб зробити остаточний висновок про фізичну природу тих процесів, які відбуваються в розряді при зміні частоти. Очевидно, при підвищенні частоти пульсації температури електрода в катодній плямі стають меншими, а також зменшується ступінь деіонізації плазми в стовпі й біля електродів в період проходження струму через нуль. Завдяки цьому:

1) зменшуються піки напруги повторного запалювання;

2) зменшується катодне падіння потенціалу (більш висока температура катодної плями);

3) зменшується градієнт потенціалу в стовпі;

4) збільшується шунтуюча дія біляелектродних розрядів стосовно до електродів.

Рис. 4‑10. Залежність характеристик люмінесцентних ламп від частоти.

і ‑ світлова віддача; 1 ‑ P_л = const; 2 ‑ i_л = const; б ‑ градієнт потенціалу Е, анодно-катодне падіння потенціалу U_ак і питома потужність, стовпа P_1ст. Діаметр лампи 25 мм, i_л = const.

Виходячи з встановлених припущень, варто очікувати, що з підвищенням частоти по мірі наближення до динамічної рівноваги величини U_ак й E повинні в границі прагнути до деяких нових значень. Дійсно, для U_ак спостерігається подібна залежність. Однак градієнт при підвищенні частоти понад 690 гц починає знову рости. У ролі однієї з можливих причин такого росту може бути скін‑ефект, що викликає витіснення розряду до поверхні трубки й збільшення втрат зарядів на стінках. Але це припущення вимагає більш ретельної теоретичної й експериментальної перевірки.

Вплив частоти на термін служби. При роботі ламп на підвищених частотах, що забезпечують близькість до динамічної рівноваги, катоди перебувають в більш сприятливих умовах, ніж при роботі на промисловій частоті. Тому тривалість горіння ламп на підвищеній частоті повинна бути більшою. За наявними даними, на частоті 840 гц вона зростає приблизно на 20 ‑ 40%.

Не менш важливою з погляду економічності є та обставина, що при роботі на підвищених частотах спостерігається більш повільний спад світлового потоку й світлової віддачі в процесі горіння ламп. Так, наприклад, спад світлової віддачі 40‑ватних ламп за 5000 г становить при частоті 800 гц близько 25%, у той час як при роботі на промисловій частоті ‑ 40%.

Схеми ввімкнення й особливості роботи на підвищеній частоті. Умови стабілізації розряду при роботі на підвищеній частоті залишаються в основному, тими ж, що й для промислової частоти. Але з ростом частоти необхідна величина індуктивності L при ємності С (якщо зневажити активним опором) зменшується обернено-пропорційно частоті. Разом зі зменшенням L або С зменшуються розміри й вага ПРА. Вага дроселя і його розміри залежать від U_л/U_с й обраної величини втрат. У зв'язку з тим, що питомі втрати в звичайній електротехнічній сталі істотно зростають зі збільшенням частоти, для одержання малогабаритного легкого дроселя з невеликими втратами на частотах понад 1000 гц необхідно застосовувати спеціальні магнітні матеріали. При переході від промислової частоти на частоту, наприклад, 3000 гц вага дроселя зменшується більш ніж в 30 ‑ 35 разів. Звідси ясно, яку економію активних матеріалів дає перехід на підвищену частоту.

Запалювання ламп на підвищеній частоті. При частотах понад 800 – 1000 гц індуктивність контуру стає настільки малою, що в стартерних схемах пік запалювання не може забезпечити надійне запалювання ламп. Тому для роботи на частотах 800 гц і більше можливе застосування тільки безстартерних схем ввімкнення. Для ламп звичайного типу, очевидно, найбільш раціональне застосування схем швидкого запалювання з резонансом.

Перетворювачі частоти. На сьогодні вже відомі обертові й статичні перетворювачі частоти. Статичні перетворювачі у свою чергу поділяються на:

1) магнітні помножувачі частоти;

2) статичні електронні, зокрема напівпровідникові, перетворювачі;

3) іонні перетворювачі.

Обертові перетворювачі порівняно недорогі, мають великий термін служби й нескладні в обігу. Можна виготовляти перетворювачі на потужність до 100 ква при частоті 840 – 2500 гц. Їхніми недоліками є порівняно низький к.к.д., що не перевищує 0,75 ‑ 0,8, і наявність обертових деталей, що ускладнює експлуатацію.

Рис. 4-11. Схеми перетворювачів частоти на тиристорах.

а ‑ індивідуальний перетворювач; б ‑ груповий перетворювач;