Lampade fluorescenti: cos'è? Principio di funzionamento

Le lampade fluorescenti sono sorgenti luminose a scarica di gas. loro flusso luminoso formato a causa della luminescenza dei fosfori che sono interessati radiazione ultravioletta scarico. La sua luminosità visibile di solito non supera l'1-2%. Lampade fluorescenti (LL) sono ampiamente utilizzati nell'illuminazione di locali di vario tipo. La loro efficienza luminosa è molte volte superiore a quella delle lampadine a incandescenza tradizionali. In determinate condizioni (alimentazione elettrica di alta qualità, uso di zavorra, rispetto delle limitazioni sul numero di commutazioni), tali lampade possono servire decine di volte più a lungo delle lampade ad incandescenza. Oggi faremo conoscere la storia della lampada fluorescente e il principio del suo lavoro.

Ambito di utilizzo

Le lampade fluorescenti lineari si sono da tempo affermate come il metodo più conveniente ed economico per illuminare gli spazi pubblici: uffici, istituti scolastici, negozi, ospedali, imprese e così via. Con l'avvento delle moderne tecnologie che consentono la creazione di un LL compatto per le normali cartucce E14 o E27, hanno rapidamente guadagnato popolarità nella vita di tutti i giorni e hanno iniziato a forzare le lampadine ad incandescenza. Nella maggior parte dei casi nella vita di tutti i giorni si utilizzano lampade fluorescenti economiche per 18 o più watt.

Grazie all'utilizzo di reattori elettronici invece del solito elettromagnetico, è possibile migliorare in modo significativo le caratteristiche operative delle lampade - per eliminare il ronzio e il tremolio, per aumentare l'efficienza e la compattezza.

I principali vantaggi delle lampade fluorescenti rispetto al solito a tutti lampadine a incandescenza sono un elevato rendimento luminoso (più di più volte) e un periodo di lavoro più lungo (più di qualche decina di volte). Il loro uso è particolarmente importante nei casi in cui l'illuminazione non si spegne da molto tempo, poiché l'accensione è la modalità più difficile e la durata del lavoro dipende dal numero di accensioni. Pertanto, nonostante il costo più elevato, le lampade fluorescenti possono significativamente risparmiare.

Storia di

La prima somiglianza dell'illuminazione con una lampada fluorescente fu sviluppata nel 1856 da Heinrich Geissler, che ottenne la luminescenza da un tubo di vetro pieno di gas ed eccitato per mezzo di un solenoide. Nel 1893, in una mostra a Chicago, Thomas Edison dimostrò per la prima volta al pubblico un bagliore luminoso. Un anno dopo, mf Una lampada riempita con azoto e anidride carbonica ed emettendo luce rosa-bianca è stata creata da Moore. Il successo di questa invenzione è stato molto limitato. Nel 1901, Peter Hewitt creò una lampada al mercurio che emetteva una luce blu-verde. Era a causa del colore che non era adatto per l'uso pratico. Tuttavia, l'invenzione di Hitt era vicina alle lampade moderne e aveva molto più potenziale delle lampade precedenti. Nel 1926, Edmund Jermer, insieme al suo staff, propose di aumentare la pressione all'interno del pallone e coprirlo con una polvere fluorescente che converte le radiazioni dei raggi ultravioletti in bianco uniforme. Presto, la società General Electric acquistò un brevetto dall'inventore e, sotto la sua guida, nel 1938, LL portò all'ampio mercato. Pertanto, è con Jermer che l'inizio della storia delle lampade fluorescenti è spesso associato.

Principio di funzionamento

Quando una lampada fluorescente è collegata alla rete elettrica, si verifica una scarica elettrica tra due elettrodi situati alle sue estremità opposte. A causa del passaggio di corrente attraverso il vapore di mercurio, che ha riempito la cavità interna della lampada, c'è una radiazione UV invisibile all'occhio umano. Con l'aiuto del fosforo depositato sulle pareti, questa radiazione viene convertita in luce visibile. Pertanto, il fosforo è progettato per assorbire le radiazioni UV ed emettere luce visibile. Cambiare la sua composizione può variare la tonalità della luce della lampada.

Vantaggi e svantaggi delle lampade fluorescenti

LL ha i seguenti vantaggi:

1. Elevata efficienza luminosa ed efficienza.
2. Una varietà di sfumature di bagliore.
3. Luce sparsa
4. Lunga durata.

Svantaggi delle lampade fluorescenti:

1. Rischio chimico. Il motivo è il vapore di mercurio tossico.
2. Irregolare, spiacevole per un po 'di luce, causando la distorsione del colore delle superfici illuminate. Le lampade che sono prive di questo problema hanno meno emissione di luce.
3. Il fosforo "funziona" nel tempo, di conseguenza, lo spettro cambia, l'emissione luminosa diminuisce e l'efficienza diminuisce.
4. In caso di raddoppio della frequenza di rete, alcune luci potrebbero lampeggiare.
5. Disponibilità di dispositivi di controllo.
6. Basso fattore di potenza.

collegamento

Da un punto di vista elettrico, una lampada fluorescente è un dispositivo con resistenza negativa. Ciò significa che più forte è la corrente che lo attraversa, maggiore è il calo di resistenza. A questo proposito, con il collegamento diretto della lampada alla rete, si guasta rapidamente a causa di una corrente troppo forte. Questo problema è risolto collegando la lampada attraverso la cosiddetta zavorra.

Nella versione più semplice, un resistore semplice funge da zavorra. Il suo svantaggio è la perdita di una quantità significativa di energia. La perdita può essere evitata usando come zavorra del condensatore o bobina di induttanza, creando una reattanza. I reattori elettromagnetici ed elettronici sono attualmente più popolari.

Ballast elettromagnetico

I reattori a lampada fluorescente sono dispositivi di zavorra. Dispositivi di questo tipo sono un choke (resistenza induttiva) collegato in serie con la lampada. Per avviare la lampada con la zavorra, è necessario anche un antipasto. Il vantaggio di questa connessione è la sua semplicità e il basso costo. Lo svantaggio principale è lo sfarfallio delle lampade al doppio della frequenza della tensione di rete. Per questo motivo, le persone che sono nella stanza aumentano l'affaticamento della vista, che può influire negativamente sulla loro salute. Inoltre, le lampade con reattore elettromagnetico funzionano per un tempo relativamente lungo (da uno a diversi secondi, a seconda della loro durata di servizio), ronzano ed emettono più energia rispetto alle controparti con reattore elettronico.

Oltre agli svantaggi sopra menzionati, vale anche la pena notare l'effetto del gating, che si verifica a causa dello sfarfallio delle lampade. La sua essenza sta nel fatto che quando si osserva un oggetto rotante o oscillante, la cui frequenza di movimento è uguale alla frequenza di sfarfallio di una lampada fluorescente, questo oggetto può sembrare stazionario. Un effetto simile può verificarsi, ad esempio, quando si monitora un mandrino di svolta o trapano, miscelatore da cucina, sega circolare e altri apparecchi mobili. Pertanto, al fine di evitare lesioni, nella produzione dell'uso di lampade fluorescenti per evidenziare i meccanismi di movimento è consentito solo con l'installazione aggiuntiva di lampade ad incandescenza.

Reattore elettronico

Questo tipo di reattore è rappresentato da un circuito elettronico che converte la tensione di rete in corrente alternata ad alta frequenza che alimenta la lampada. Il vantaggio di questa zavorra è l'assenza di sfarfallio e ronzio. Inoltre, rispetto all'analogo elettromagnetico, ha una massa e una dimensione più piccola.

Quando si utilizza questo tipo di connessione, è possibile ottenere il cosiddetto avvio a freddo - l'avvio istantaneo della lampada. Tuttavia, a causa del fatto che questa modalità influisce negativamente sulla durata delle lampade, viene applicato un avviamento a caldo, che prevede il preriscaldamento degli elettrodi. Dobbiamo ammettere che il riscaldamento non richiede più di un secondo, quindi questa caratteristica della connessione non comporta alcun inconveniente.

Lancio elettromagnetico del reattore

Nel classico schema di accensione della lampada con reattore elettromagnetico, si utilizza un dispositivo di avviamento (starter), che è una lampada al neon a scarica di gas con una coppia di elettrodi metallici. Uno degli elettrodi è rigido e stazionario, e l'altro è bimetallico, piegato. Pertanto, nello stato iniziale, gli elettrodi sono aperti.

Lo starter viene attivato in parallelo con la lampada. Al momento dell'accensione, la piena tensione viene applicata agli elettrodi dell'avviatore e della lampada. Ciò è dovuto al fatto che la corrente attraverso la lampada non va e la caduta di tensione all'avviatore è zero.

Poiché gli elettrodi della lampada sono freddi, la tensione di rete non è sufficiente per la sua accensione. A causa del verificarsi di una scarica nell'avviatore, la corrente passa attraverso la lampada ed è sufficiente per gli elettrodi di avviamento, ma non abbastanza per riscaldare la lampada. Di conseguenza, la corrente nel circuito comune cresce e riscalda gli elettrodi della lampada. Quando ciò accade, gli elettrodi di avviamento vengono raffreddati e aperti. A causa della rottura istantanea del circuito, si verifica un picco di tensione sulla bobina, che stimola l'accensione della lampada. Gli elettrodi, nel frattempo, sono già abbastanza caldi.

Durante la combustione, la tensione nella lampada è circa la metà della rete, così come nel dispositivo d'avviamento. Il motivo è che passando attraverso l'acceleratore, cade, eliminando la ripetuta attivazione del motorino di avviamento.

Quando viene acceso, il motorino di avviamento può funzionare più volte. Ciò è dovuto alle deviazioni delle sue caratteristiche dalle caratteristiche della lampada. In alcuni casi, il dispositivo di avviamento inizia a pedalare. Se ciò accade, la lampada si spegne costantemente e lampeggia di nuovo. Quando si estingue, si può contemplare il bagliore dei catodi riscaldati dalla corrente.

Lancio del reattore elettronico

Quando si utilizza il reattore elettronico, di regola, non è necessario un avviatore speciale separato, poiché questa zavorra è in grado di formare autonomamente le sequenze di tensione necessarie.

Il lancio di una lampada fluorescente con reattore elettronico può essere effettuato utilizzando diverse tecnologie. Nel più tipico di loro, il reattore riscalda i catodi della lampada e fornisce loro una tensione sufficiente per l'accensione. Di norma, è una tensione alternata e ad alta frequenza. Tale connessione elimina lo sfarfallio delle lampade, che è uno svantaggio significativo dei reattori elettromagnetici.

A seconda delle caratteristiche del progetto e dei parametri di temporizzazione della sequenza di accensione della lampada, tali dispositivi di controllo possono fornire sia la commutazione istantanea della luce che la liscia, con un graduale aumento della luminosità.

Spesso, i metodi di avviamento combinati vengono utilizzati quando la lampada viene attivata non solo riscaldando i catodi, ma anche perché il circuito che alimenta agisce come un circuito oscillante. Le caratteristiche del circuito oscillante sono selezionate in modo tale che, in assenza di una scarica nella lampada, si verifichi in essa il fenomeno della risonanza elettrica, che porta ad un aumento significativo delle tensioni tra i catodi della lampada. Di solito, questo porta anche ad un aumento della corrente di riscaldamento del catodo. Il motivo è che quando si utilizza un tale circuito di avviamento del filamento, i catodi sono spesso collegati in serie attraverso il condensatore e agiscono come parte del circuito oscillante. Di conseguenza, a causa del preriscaldamento dei catodi e dell'alta tensione tra di loro, la lampada si accende rapidamente e facilmente.

Dopo l'accensione, i parametri del circuito oscillante cambiano, la risonanza si ferma e la tensione nel circuito viene significativamente ridotta, riducendo così la corrente del filamento dei catodi.

Esistono diverse varianti di questa tecnologia. Ad esempio, in casi estremi, la zavorra potrebbe non riscaldare affatto i catodi, ma applicare solo a loro una tensione sufficientemente elevata per l'accensione dovuta alla rottura del gas situato tra i catodi. Una tecnologia simile è utilizzata per avviare tubi catodici a freddo. È popolare tra i prosciutti, grazie alla possibilità di lanciare anche con filamenti catodici bruciati. I metodi convenzionali non possono avviarli, poiché i catodi in questo caso non si riscaldano. In particolare, i radioamatori utilizzano questo metodo per ripristinare le lampade compatte a risparmio energetico, che sono normali lampade fluorescenti con reattore elettronico incorporato in una piccola confezione. Dopo aver rielaborato la zavorra, tale lampada funziona a lungo, nonostante il preriscaldamento delle serpentine di riscaldamento. La sua vita di servizio è limitata tranne che per il tempo di sputtering completo degli elettrodi.

Motivo per guasti

Gli elettrodi delle lampade fluorescenti sono filamenti di tungsteno rivestiti con una massa attiva (pasta) di metalli alcalino-terrosi. È questa pasta che fornisce lo scarico incandescente. Senza di esso, i filamenti di tungsteno si sarebbero bruciati molto più velocemente. Nel processo di funzionamento della pasta della lampada gradualmente si sbriciolano, si sbiadiscono ed evaporano. Il processo è accelerato nel caso di partenze frequenti, quando lo scarico durante un breve periodo di tempo non passa attraverso l'intera area dell'elettrodo, ma su una piccola porzione della sua superficie. Ciò porta al surriscaldamento dell'elettrodo e al verificarsi di oscuramento alle estremità della lampada, che di solito indicano il suo imminente cedimento.

Quando la pasta è completamente bruciata, la corrente della lampada diminuisce e la tensione aumenta. Di conseguenza, il dispositivo di avviamento inizia a sparare costantemente, provocando lampi, che indicano anche che i giorni della lampada sono aumentati. Gli elettrodi sono in costante riscaldamento e, alla fine, uno di loro brucia. Ciò accade alcuni giorni dopo la comparsa del flicker.

Negli ultimi minuti di lavoro, la lampada si accende senza sfarfallio. In questo momento la scarica passa attraverso i resti dell'elettrodo, su cui la massa attiva non esiste più. Quando i resti di tungsteno cadono o evaporano, lo scarico entra nella traversa (filamenti di tungsteno fatto di filo). Dopo che la traversa è bruciata, la lampada ricomincia a lampeggiare. Se lo spegni e lo riattivi, non brillerà più.

Il meccanismo di burnout della lampada sopra descritto è valido per quei modelli che utilizzano reattori elettromagnetici. Nel caso dei reattori elettronici, tutto avviene in modo leggermente diverso. Proprio come nel caso precedente, tutto inizia con la combustione della massa attiva degli elettrodi, seguita dal loro surriscaldamento e dalla combustione di uno dei filamenti. La differenza è che subito dopo un esaurimento, la lampada si spegne senza alcun sfarfallio e lampeggio. Ciò è dovuto al design del ballast elettronico, che prevede lo spegnimento automatico della lampada in caso di malfunzionamento.

Fosfori e spettro di emissione

Molti utenti trovano la luce fluorescente grossolana e sgradevole. Inoltre, il colore degli oggetti illuminati da tali lampade potrebbe essere distorto. Ciò è dovuto alle linee blu e verdi nello spettro di emissione dello scarico e al tipo di fosforo utilizzato.

Negli apparecchi economici con lampade fluorescenti viene utilizzato un fosforo alofosfato, che emette principalmente luce gialla e blu e, in misura minore, luce verde e rossa. Per gli occhi, una tale miscela di colori sembra essere una luce bianca, ma se la luce viene riflessa dagli oggetti, il suo spettro cambia e si verifica un effetto di distorsione. Il vantaggio di tali lampade è un'elevata resa luminosa.

Nei modelli più costosi usa un fosforo a tre o cinque lumini. A causa di ciò, è possibile ottenere una distribuzione più uniforme della radiazione sullo spettro visibile. Quindi la luce viene riprodotta in modo più naturale. Lo svantaggio di queste lampade non è la resa luminosa così elevata come nel caso precedente.

Ci sono anche speciali lampade fluorescenti utilizzate per illuminare le stanze in cui vivono gli uccelli. La loro gamma contiene quasi la luce ultravioletta, che consente agli animali domestici di non percepire la differenza tra illuminazione naturale e artificiale. La necessità di tali tecnologie è dovuta al fatto che, a differenza degli esseri umani, gli uccelli hanno una visione a quattro componenti.

Opzioni di esecuzione

Di serie, le lampade fluorescenti sono divise in bulbi e compatti. Entrambi i tipi sono usati abbastanza ampiamente.

Le lampade a bulbo hanno un tubo di vetro come un guscio. Possono differire per tipo e diametro della base. Tali lampade sono spesso utilizzate in locali di grandi dimensioni: negozi, uffici, officine, magazzini e così via.

Le lampade fluorescenti compatte hanno un guscio sotto forma di un tubo curvo più sottile (rispetto alla lampadina). Si distinguono per il tipo di seminterrato e dimensioni. Queste lampade sono prodotte con la cartuccia standard E27 e E14, quindi possono essere utilizzate al posto delle lampade ad incandescenza nelle lampade convenzionali. Il loro potere, di regola, varia da 16 a 36 watt. La lampada fluorescente di questo tipo ha dimensioni ridotte e resistenza alle sollecitazioni meccaniche (moderata, ovviamente).

Oltre al tipo di base, sulla scatola da sotto la lampada sono indicati i seguenti dati:

1. Colore delle radiazioni: D - giorno, B - bianco, HB - bianco freddo, ecc.
2. Potenza: 16W, 18W, ecc.
3. La lunghezza del corpo (se si tratta di una versione di una lampada fluorescente): 765, 450, ecc. Questa è la lunghezza in millimetri.

Tornando al tipo di base, vale la pena notare che sono thread (ad esempio E27) e pin (ad esempio G13). La lampada fluorescente può avere altri tipi di tappi, ma non sono molto comuni.

Utilizzo di lampade fluorescenti

Tutte le lampade di questo tipo contengono mercurio, che è noto per essere una sostanza tossica. In diversi modelli di lampade, la sua dose può variare da 40 a 70 mg. Ma anche una piccola quantità di mercurio in una lampada fluorescente da 18 W è sufficiente a causare danni alla salute. Il mercurio è presentato sotto forma di vapore, quindi se la lampada è rotta, è necessario aerare immediatamente la stanza.

Quando la vita delle lampade scade, di solito vengono gettati via con la semplice spazzatura, il che è completamente sbagliato. Ci sono aziende che riciclano tali lampade, ma solo le grandi imprese si rivolgono a loro. In tutta onestà va notato che la quantità di mercurio che entra nell'aria dai depositi nelle discariche non è grande come la quantità di questa sostanza rilasciata durante la produzione di energia. E dal momento che LL sono economici, il loro uso ha anche un effetto positivo sullo stato ecologico del pianeta. Tuttavia, lo smaltimento delle lampade fluorescenti è un problema aperto.