Lămpi cu descărcare în gaz: tipuri, construcție, cum să alegeți corect cele mai bune

Doriți să achiziționați lămpi cu descărcare în gaz pentru a crea o atmosferă specială în încăpere? Sau căutați becuri pentru stimularea creșterii plantelor în seră? Dotarea cu surse de lumină economice nu numai că va face interiorul mai avantajos și va ajuta în planticultură, dar va permite și economisirea energiei electrice. Nu-i așa?

Vă vom ajuta să vă orientați în gama de aparate de iluminat de tip cu descărcare în gaz. În articol sunt examinate particularitățile, caracteristicile și domeniile de aplicare a becurilor de înaltă și joasă presiune. Au fost selectate ilustrații și videoclipuri care vă vor ajuta să găsiți varianta optimă de lămpi economice.

Structura și caracteristicile lămpilor cu descărcare

Toate piesele principale ale lămpii sunt închise într-un balon de sticlă. Aici are loc descărcarea particulelor electrice. În interior pot fi atât vapori de sodiu sau mercur, cât și unul dintre gazele inerte.

Ca umplutură gazoasă se folosesc variante precum argon, xenon, neon, kripton. Sunt mai populare produsele umplute cu mercur sub formă de vapori.

Componentele principale ale lămpii cu descărcare în gaz sunt: condensator (1), stabilizator de curent (2), tranzistoare de comutare (3), dispozitiv de suprimare a interferențelor (4), tranzistor (5)

Condensatorul asigură funcționarea fără pâlpâire. Tranzistorul are un coeficient de temperatură pozitiv, care asigură pornirea instantanee a LDC fără pâlpâire. Funcționarea construcției interne începe după ce în tubul cu descărcare în gaz are loc generarea câmpului electric.

În proces, în gaz apar electroni liberi. Ciocnindu-se cu atomii metalului, îi ionizează. La trecerea unora dintre ei, apare energie în exces, generând surse de lumină — fotoni. Electrodul care este sursa de lumină se află în centrul LDC. Întregul sistem este unificat de soclu.

Lampa poate emite diferite nuanțe de lumină pe care omul le poate vedea — de la ultraviolete la infraroșii. Pentru a face acest lucru posibil, partea interioară a balonului este acoperită cu o soluție luminescentă.

Domenii de aplicare a LDC

Lămpile cu descărcare în gaz sunt solicitate în cele mai diverse domenii. Cel mai des le putem întâlni pe străzile orașelor, în atelierele de producție, magazine, birouri, gări, centre comerciale mari. Sunt utilizate și pentru iluminarea panourilor publicitare, a fațadelor clădirilor.

Lămpile cu descărcare în gaz sunt utilizate și în farurile autovehiculelor. Cel mai frecvent, acestea sunt lămpi cu o eficiență luminoasă ridicată — modelele cu neon. Unele faruri auto sunt umplute cu săruri metalo-halogenice, xenon.

Primele dispozitive de iluminat cu descărcare în gaz pentru vehicule aveau denumirea D1R, D1S. Următoarele — D2R și D2S, unde S indică schema optică de tip proiector, iar R — schema reflectorizantă. Becurile cu descărcare în gaz se utilizează și la fotografie.

În fotografie: lămpi cu descărcare în gaz pulsatorii utilizate la fotografiere: IFK120 (a), IKS10 (b), IFK2000 (v), IFK500 (g), ISȘ15 (d), IFP4000 (g)

În timpul fotografierii, aceste lămpi permit controlul fluxului luminos. Sunt compacte, luminoase și economice. Un aspect negativ este imposibilitatea de a gestiona vizual clarobscurul generat de însăși sursa de lumină.

În domeniul agricol, lămpile cu descărcare în gaz sunt utilizate pentru iradierea animalelor, plantelor, pentru sterilizarea și dezinfectarea produselor. În acest scop, lămpile trebuie să aibă lungimi de undă din domeniul corespunzător.

Concentrația puterii de radiație în acest caz are, de asemenea, o importanță deosebită. Din acest motiv, cele mai potrivite sunt produsele puternice.

Tipuri de lămpi cu descărcare în gaz

Lămpile cu descărcare în gaz se împart în tipuri în funcție de tipul de strălucire, de parametri precum presiunea, în funcție de scopul utilizării. Toate generează un flux luminos specific. Pe baza acestui criteriu, ele se împart în:

• dispozitive fluorescente;
• varietăți cu descărcare în gaz luminiscent;
• variante cu inducție.

În primele dintre ele, sursa de lumină o constituie atomii, moleculele sau combinațiile acestora, excitate de descărcarea în mediul gazos.

În cele de-al doilea – fosforii, descărcarea de gaz activează stratul fotoluminescent care acoperă balonul, iar în final dispozitivul de iluminat începe să emită lumină. Lămpile celui de-al treilea tip funcționează datorită strălucirii electrozilor, încălziți la roșu de descărcarea gazoasă.

Lămpile cu xenon, destinate farurilor auto, depășesc omologii cu halogen de peste două ori în ceea ce privește eficiența luminoasă și luminozitatea.

În funcție de conținutul de umplere, dispozitivele cu descărcare în arc se împart în lămpi cu mercur, cu sodiu, cu xenon, lămpi metalo-halogenice și altele. Pe baza presiunii din interiorul balonului, are loc împărțirea lor ulterioară.

Începând de la o valoare a presiunii de la 3×10⁴ până la 10⁶ Pa, acestea sunt considerate lămpi de înaltă presiune. În categoria de joasă presiune, dispozitivele se încadrează atunci când parametrul este cuprins între 0,15 și 10⁴ Pa. Peste 10⁶ Pa — presiune ultra-înaltă.

Tipul #1 — lămpi de înaltă presiune

Lămpile HID se diferențiază prin faptul că conținutul balonului este supus unei presiuni înalte. Ele se caracterizează prin existența unui flux luminos semnificativ combinat cu un consum redus de energie. De obicei, acestea sunt exemplare cu mercur, motiv pentru care sunt cel mai frecvent utilizate pentru iluminatul stradal.

Astfel de lămpi cu descărcare au o eficiență luminoasă solidă și o funcționare eficientă în condiții de vreme rea, dar suportă prost temperaturile scăzute.

Există câteva categorii de bază ale lămpilor de înaltă presiune: DRT și DRL (cu arc de mercur), DRI — la fel ca DRL, dar cu ioduri, și o serie de modificări create pe baza lor. În aceeași serie se încadrează și cele cu arc de sodiu (DNAT) și DKsT — cu arc de xenon.

Prima dezvoltare este modelul DRT. În marcaj, D indică „cu arc”, simbolul Р indică „cu mercur”, iar litera Т din marcaj indică faptul că acest model este tubular. Vizual, este un tub drept, fabricat din sticlă de cuarț. Pe ambele părți ale acestuia se află electrozi de wolfram. Este utilizat în instalații de iradiere. În interior se află puțin mercur și argon.

Pe marginile lămpii DRT se află cleme cu suporturi. Acestea sunt unite printr-o bandă metalică destinată unei aprinderi mai ușoare a lămpii.

Conectarea lămpii la rețea se face în serie cu balastul utilizând o schemă de rezonanță. Fluxul luminos al lămpii DRT este compus în proporție de 18% din radiație ultravioletă și 15% din radiație infraroșie. Același procent reprezintă lumina vizibilă. Restul sunt pierderi (52%). Utilizarea principală este ca sursă fiabilă de radiație ultravioletă.

Pentru iluminarea locurilor unde calitatea redării culorilor nu este foarte importantă, se utilizează dispozitive de iluminat DRL (cu arc de mercur). Aici practic nu există radiație ultravioletă. Cea infraroșie constituie 14%, cea vizibilă — 17%. Pierderile termice reprezintă 69%.

Particularitățile de construcție ale lămpilor DRL permit aprinderea acestora la 220 V fără utilizarea unui dispozitiv de aprindere cu impulsuri de înaltă tensiune. Datorită faptului că în schemă există un balast și un condensator, fluctuațiile fluxului luminos se reduc, iar factorul de putere crește.

Când lampa este conectată în serie cu balastul, are loc o descărcare luminescentă între electrozii auxiliari și cei principali adiacenți. Intervalul de descărcare se ionizează, iar în rezultat apare o descărcare între electrozii principali de wolfram. Activitatea electrozilor de aprindere încetează.

Componentele lămpii DRL includ: balonul (1), electrozii principali (2), electrozii auxiliari (3), rezistoarele (4), arzătorul (tub de cuarț) (5), soclul (6)

Arzătoarele DRL au în principal patru electrozi — doi de lucru și doi de aprindere. Interiorul lor este umplut cu gaze inerte, cu adăugarea unei anumite cantități de mercur în amestec.

Lămpile metalo-halogenate DRI aparțin, de asemenea, categoriei dispozitivelor de înaltă presiune. Eficiența lor cromatică și calitatea redării culorilor sunt superioare față de cele anterioare. Aspectul spectrului de radiații este influențat de compoziția aditivilor. Forma balonului, absența electrozilor suplimentari și a stratului de fosfor sunt principalele diferențe între lămpile DRI și DRL.

Schema prin care se conectează DRL la rețea conține un IZU — dispozitiv de aprindere cu impuls. În tuburile lămpilor se găsesc componente care fac parte din grupul halogen. Acestea îmbunătățesc calitatea spectrului radiației vizibile.

Gazul inert din balonul MGL servește ca tampon. Din acest motiv, curentul electric trece prin arzător chiar și atunci când acesta are o temperatură scăzută.

Pe măsură ce se încălzesc, atât mercurul, cât și aditivii se evaporă, modificând astfel rezistența lămpii, fluxul luminos și spectrul emis. Pe baza dispozitivelor de acest tip au fost create DRIZ și DRIȘ. Prima dintre lămpi este utilizată în încăperi umede și cu praf, precum și în cele uscate. Cea de-a doua este folosită pentru iluminarea filmărilor de televiziune colorate.

Cele mai eficiente sunt lămpile DNAT — cu sodiu. Acest lucru se datorează lungimii de undă emise — 589 – 589,5 nm. Dispozitivele cu sodiu de înaltă presiune funcționează la o valoare a acestui parametru de aproximativ 10 kPa.

Pentru tuburile de descărcare ale acestor lămpi se utilizează un material special — ceramică translucidă. Sticla silicatică nu este potrivită în acest scop, deoarece vaporii de sodiu sunt foarte periculoși pentru ea. Vaporii de sodiu de lucru introduși în balon au o presiune cuprinsă între 4 și 14 kPa. Aceștia se caracterizează prin potențiale mici de ionizare și excitare.

Caracteristicile electrice ale lămpilor cu sodiu depind de tensiunea rețelei și de durata de funcționare. Pentru arderea prelungită este necesar un echipament de reglare a pornirii.

Pentru a compensa pierderile de sodiu, care apar inevitabil în timpul arderii, este necesar un anumit surplus de sodiu. Aceasta generează o dependență proporțională între valorile presiunii mercurului, sodiului și temperatura punctului rece. În acesta din urmă are loc condensarea surplusului de amalgam.

Când lampa arde, pe capetele sale se depun produse de evaporare, ceea ce duce la întunecarea extremităților balonului. Procesul este însoțit de o creștere a temperaturii catodului, a presiunii sodiului și a mercurului. Ca urmare, potențialul și tensiunea lămpii cresc. La montarea lămpilor cu sodiu, balasturile de la DRL și DRI nu sunt potrivite.

Tipul #2 — lămpi de joasă presiune

În cavitatea interioară a acestor dispozitive se află un gaz la o presiune mai mică decât cea exterioară. Ele se împart în LL și KLL și sunt utilizate nu numai pentru iluminarea punctelor comerciale, ci și pentru amenajarea locuințelor. Lămpile fluorescente sunt cele mai populare în această categorie.

Conversia energiei electrice în lumină are loc în două etape. Curentul dintre electrozi provoacă radiații în vaporii de mercur. Componenta principală a energiei radiante care apare în acest proces este radiația ultravioletă cu undă scurtă. Lumina vizibilă reprezintă aproximativ 2%. Apoi, radiația arcului din fosfor se transformă în lumină.

Marcajul lămpilor fluorescente conține atât litere, cât și cifre. Primul simbol reprezintă caracteristicile spectrului de emisie și trăsăturile constructive, iar al doilea – puterea în wați.

Decodificarea literelor:

• LD — fluorescentă de lumină de zi;
• LB — de lumină albă;
• LHB — tot albă, dar rece;
• LTBS — albă caldă.

La unele aparate de iluminat, compoziția spectrală a radiației este îmbunătățită pentru a obține o redare mai perfectă a culorilor. În marcajul acestora apare simbolul „Ț”. Lămpile fluorescente asigură încăperilor o lumină uniformă și moale.

Avantajul lămpilor fluorescente constă în faptul că, pentru a produce același flux luminos ca lămpile cu incandescență, au nevoie de o putere de câteva ori mai mică. Durata de viață este mai mare, iar spectrul de emisie este mult mai favorabil.

Suprafața de emisie a lămpilor fluorescente este destul de mare, ceea ce face dificilă gestionarea dispersării spațiale a luminii. În condiții nestandardizate, în special în medii cu mult praf, se folosesc lămpi reflectorizante. În acest caz, suprafața interioară a balonului nu este acoperită complet cu strat reflectorizant difuz, ci doar pe două treimi din ea.

Fosforul acoperă 100% din suprafața interioară. Partea balonului care nu are strat reflectorizant lasă să treacă un flux luminos mult mai mare decât un tub obișnuit de același volum – aproximativ 75%. Astfel de lămpi pot fi recunoscute după marcaj – acesta include litera „R”.

În unele cazuri, caracteristica principală a lămpii fluorescente este temperatura de culoare Tc. Aceasta se asimilează temperaturii corpului negru care produce aceeași cromaticitate. Ca formă, lămpile fluorescente pot fi liniare, în formă de U, de W sau inelare. În denumirea acestor lămpi este inclusă litera corespunzătoare.

Cele mai populare sunt aparatele cu o putere de 15 – 80 W. Cu o emisie luminoasă de 45 – 80 lm/W, arderea lămpii fluorescente durează cel puțin 10 000 de ore. Calitatea funcționării lămpii fluorescente este mult influențată de mediul ambiant. Temperatura exterioară de lucru considerată optimă este între 18 și 25°C.

La abateri, scad atât fluxul luminos, cât și eficiența emisiei luminoase și tensiunea de aprindere. La temperaturi scăzute, șansa de aprindere se apropie de zero.

Aparatul de reglare al lămpii compacte fluorescente este mult mai compact decât cel al lămpii fluorescente obișnuite. Cu ajutorul balastului electronic, lumina a devenit mai uniformă, iar zumzetul a dispărut.

La lămpile de joasă presiune aparțin și lămpile fluorescente compacte – CFL.

Dispozitivul lor este similar cu cel al lămpilor fluorescente obișnuite.

1. Tensiunea înaltă trece între electrozi.
2. Vaporii de mercur se aprind.
3. Apare lumina ultravioletă.

Fosforul din interiorul tubului face razele ultraviolete invizibile pentru vederea umană. Devine accesibilă doar lumina vizibilă. Execuția compactă a dispozitivului a devenit posibilă după modificarea compoziției fosforului. Lămpile fluorescente compacte, la fel ca și lămpile incandescente obișnuite, au puteri diferite, dar indicatorii primelor sunt semnificativ mai mici.

Datele privind puterea lămpilor fluorescente compacte sunt incluse în marcajul dispozitivului de iluminat. Acolo se află și informații despre tipul de soclu, temperatura de culoare, tipul de balast electronic (integrat sau extern), indicele de redare a culorilor.

Măsurarea temperaturii de culoare se face în Kelvin. Valoarea 2700 – 3300 K indică o culoare caldă, cu nuanță galbenă. 4200 – 5400 — alb normal, 6000 – 6500 — alb rece cu tentă albăstruie, 25000 — mov. Reglarea cromaticității se realizează prin modificarea componentelor fosforului.

Indicele de redare a culorilor caracterizează un parametru precum identitatea naturalității culorii cu un standard apropiat la maximum de lumina solară. Negrul absolut — 0 Ra, valoarea maximă — 100 Ra. Dispozitivele de iluminat cu lămpi fluorescente compacte se încadrează în intervalul de la 60 la 98 Ra.

Lămpile cu sodiu de joasă presiune au o temperatură ridicată a punctului cel mai rece — 470 K. O temperatură mai scăzută nu ar putea contribui la menținerea nivelului necesar de concentrație a vaporilor de sodiu.

Radiația de rezonanță a sodiului atinge vârful la o temperatură de 540 – 560 K. Această valoare este comparabilă cu presiunea vaporilor de sodiu de 0,5 – 1,2 Pa. Eficiența luminoasă a lămpilor din această categorie este cea mai mare în comparație cu alte dispozitive de iluminat de uz general.

Aspecte pozitive și negative ale LDC

Lămpile cu descărcare în gaz se întâlnesc atât în aparatura profesională, cât și în dispozitivele destinate cercetărilor științifice.

Ca principalele avantaje ale dispozitivelor de iluminat de acest tip, se menționează de obicei următoarele caracteristici:

• Nivel ridicat de eficiență luminoasă. Acest indicator nu este redus semnificativ nici de sticla groasă.
• Practicitatea, exprimată prin durabilitate, ceea ce permite utilizarea lor pentru iluminatul stradal.
• Rezistența în condiții climatice dificile. Până la prima scădere a temperaturii, se folosesc cu corpuri de iluminat obișnuite, iar iarna — cu lămpi și faruri speciale.
• Cost accesibil.

Dezavantajele acestor lămpi nu sunt foarte multe. O caracteristică neplăcută este nivelul destul de ridicat de pulsație a fluxului luminos. Al doilea dezavantaj semnificativ este dificultatea de pornire. Pentru o ardere stabilă și o funcționare normală, au nevoie de un balast care să limiteze tensiunea la limitele necesare pentru dispozitive.

Al treilea dezavantaj constă în dependența parametrilor de ardere de temperatura atinsă, care influențează indirect presiunea vaporilor de lucru din bulb.

De aceea, majoritatea dispozitivelor cu descărcare în gaz ating caracteristicile standard de ardere după o anumită perioadă de timp de la pornire. Spectrul lor de emisie este limitat, astfel încât redarea culorilor atât a lămpilor de înaltă tensiune, cât și a celor de joasă tensiune nu este ideală.

În tabel sunt prezentate informațiile de bază despre cele mai populare lămpi DRL (cu vapori de mercur fluorescente cu arc) și dispozitivul de iluminat cu sodiu. Lampa DRL cu patru electrozi are o eficiență luminoasă mai mare decât cea cu doi electrozi.

Funcționarea aparatelor este posibilă numai în condiții de curent alternativ. Acestea se activează cu ajutorul unui balast de șoc. Este necesar un anumit timp pentru încălzire. Datorită conținutului de vapori de mercur, nu sunt complet sigure.

Concluzii și material video util pe această temă

Video #1. Informații despre GL. Ce este, principiul de funcționare, avantaje și dezavantaje în următorul videoclip:

Video #2. Popular despre lămpile fluorescente:

În ciuda apariției unor dispozitive de iluminat din ce în ce mai perfecționate, lămpile cu descărcare în gaz nu își pierd actualitatea. În unele domenii, ele sunt pur și simplu de neînlocuit. În timp, lămpile cu descărcare în gaz vor găsi cu siguranță noi domenii de aplicare.

Povestiți-ne cum ați ales un bec cu descărcare în gaz pentru instalarea într-un corp de iluminat exterior de la cabană sau interior. Împărtășiți ce a fost pentru dumneavoastră factorul decisiv în achiziție. Vă rugăm să lăsați comentarii în blocul de mai jos, să adresați întrebări și să încărcați fotografii pe tema articolului.