Во всех электроосветительных системах используются источники света, конструкция которых позволяет осуществлять преобразование электроэнергии в световую. Мы поговорим о наиболее распространенных видах ламп, к которым относятся классические лампы накаливания, газоразрядные лампы люминесцентного типа, и ртутные дуговые источники света. 

Все лампы классифицируются по нескольким параметрам. Это электротехнические характеристики: показатели номинальной/потребляемой мощности и номинальное сетевое напряжение. Светотехнические характеристики зависят прежде всего от показателя световой отдачи (интенсивности потока света). 

Лампы накаливания

Такие устройства известны каждому. Они представляют собой стеклянную герметичную колбу. Чем больше ее диаметр, тем мощнее лампа. Колбы производятся из различных типов стекла – обычного прозрачного, матированного прозрачного, матированного, белого («молочного») или опалового. Стеклянный корпус закрепляется в цоколе. Он может быть как стандартным резьбовым, так и штифтовым. 

Внутри колбы находится спираль накаливания, которая и излучает свет. Спирали производятся из вольфрама, имеющего температуру плавления – 3600 градусов. Вольфрамовая нить закрепляется на двух проводниках, выполненных из молибдена. Лампы накаливания могут иметь как одинарную, так и двойную спираль. 

Маломощные лампы (35/60 Вт) являются вакуумными. А стеклянные корпуса более «ярких» ламп заполняются инертными газами и их смесями. Для изделий подешевле используют смесь аргона с азотом, а в более дорогих и надежных лампах применяется криптон. Газовая среда обеспечивает повышение температуры накала ламповой вольфрамовой нити. 

Лампы накаливания для освещения объектов различного назначения производятся с рабочим напряжением 36 и 220 В. Модификации для использования в системах освещения автомобилей рассчитаны на напряжение 24/12/6 В. По мощности лампы накаливания представлены на рынке в очень широком ассортименте – от 15 до 1000 Вт. 

Для освещения жилых и нежилых зданий/помещений обычно используются изделия мощностью 60/150 Вт. Производственные помещения, швейные цеха, склады и т.д., где требуется яркий свет, оснащаются лампами на 200/1000 Вт. 

С увеличением мощности осветительных устройств, работающих по принципу накаливания, повышается и уровень их световой отдачи. Поток света становится интенсивнее при увеличении температуры вольфрамовой спирали. Для его корректирования на колбы ламп может наноситься особое зеркальное покрытие на основе чистого алюминия или серебра. Благодаря эффекту отражения такие изделия светят ярче. 

Следует отметить, что в процессе эксплуатации вольфрам постепенно «выгорает» и распыляется. Со временем это приводит к увеличению сопротивления спирали. Естественно, что «падает» мощность лампы и снижается интенсивность производимого ей потока света. У большинства вакуумных и заполненных аргонно-азотным составом ламп, которые выработали свой ресурс на 70/80 процентов, световой поток уменьшается на 20/25 процентов. Криптоновые лампы сохраняют свои «заводские» светотехнические характеристики подольше. 

Довольно широкое распространения давно получили и галогенные лампы накаливания. Они работают по другому принципу, чем обычные лампы. Колбы «галогенок» «заправляются» определенным количеством галогена (чаще всего используется йод). После подачи тока молекулы вольфрама отрываются от раскаленной нити и оседают на стенках стеклянного корпуса, где вступают в реакцию с молекулами йода. 

В результате этого процесса происходит образование йодида вольфрама, который в высокотемпературной зоне опять распадется на свои составляющие. Молекулы вольфрама снова притягиваются к нитям накаливания, а молекулы йода – к стенкам кварцевой колбы. Благодаря такому «безотходному» круговороту галогенные лампы служат в два раза дольше, чем обычные. Обладают «галогенки» и лучшими светотехническими характеристиками. 

Газоразрядные лампы

К данным осветительным устройствам относятся непосредственно газосветные лампы, люминесцентные и электродосветные изделия. Все они работают по следующему принципу: при подаче тока в колбе возникает электрический разряд, который активирует пары металла или газ. 

Люминесцентные лампы

В данных осветительных устройствах в качестве светового излучателя используется так называемый люминофор – белый порошок, который начинает светиться при воздействии ультрафиолетовых лучей. Им покрывается внутренняя поверхность стеклянного корпуса. Люминесцентные модели относятся к устройствам низкого давления. Такие лампы производятся нескольких разновидностей – в зависимости от области применения и цветовой температуры. 

В продаже есть лампы ЛБ (обычный белый свет), ЛТБ (теплый белый свет), ЛХБ (холодный белый свет) и ЛД (обычный дневной свет). Мощность всех люминесцентных ламп варьируется от 20 до 150 Вт. По светоотдаче они примерно в пять раз превосходят традиционные лампы, работающие по принципу накаливания. 

По форме трубчатые колбы люминесцентных ламп бывают разными. Наиболее распространены лампы в виде обычных трубок различной длины и диаметра. С торцов стеклянная колба имеет вольфрамовые спиральные электроды, которые прикреплены к стеклянной ножке. Электроды припаяны к проводникам, выходящим из колбы. После откачивания воздуха под незначительным давлением в трубку закачивают аргон и определенное количество ртути (от 30 до 80 мг – в зависимости от вида лампы).

Аргон не только обеспечивает быстрое и легкое возникновение электрического разряда внутри колбы при включении лампы, но и значительно уменьшает распыление рабочего оксидного покрытия электродов.

Люминесцентные лампы обязательно оснащаются пусковыми и регулирующими блоками. Дроссель, пускатель и конденсаторы интегрируются в корпус осветительного прибора вместе с лампой. Пускатель обеспечивает автоматическое зажигание люминесцентной трубки при подаче тока. Стартер состоит из двухэлектродного теплового реле. Электроды находятся в специальном резервуаре, заполненным неоном. 

Дроссель облегчает зажигание и позволяет добиться стабильности светового потока, испускаемого лампой. Если бы дросселя не было, то возникающий в колбе электроразряд привел бы к недопустимому увеличению тока внутри трубки. Конденсатор, параллельно соединенный с пускателем, выполняет роль «гасителя» помех, которые неизбежно возникают при замыкании контактов в пусковом узле. Второй конденсатор используется для компенсации и сглаживания реактивной мощности дросселя. 

Между электродами пускателя образуется тлеющий разряд при включении лампы. Этот разряд нагревает главный биметаллический проводник, с помощью которого последовательно соединены друг с другом все электроды осветительного прибора. Проходящий по этой системе ток нагревают электроды до высокой температуры – около 850 градусов по Цельсию. В процессе разогрева ртуть начинает испаряться. Когда возникает термоэлектронная эмиссия, то возле каждого электродного элемента образуются круговые электронно-ртутные поля. 

Когда электроды в пусковом блоке замыкаются, тлеющий разряд исчезает, а биметаллический проводник начинает остывать. Электродная цепь через определенное время размыкается. В дросселе остается запас электроэнергии. Сетевое напряжение и самоиндукция дросселя снова зажигают лампу.

Наэлектризованные проводники ионизируют ртутные пары, которые начинают генерировать ультрафиолетовое излучение. Последнее, в свою очередь, воздействует непосредственно на люминофор, начинающий производить поток света. 

Помимо стандартных люминесцентных ламп производятся также модели, предназначенные для освещения объектов с повышенным уровнем запыленности. Площадь стеклянных корпусов таких изделий примерно на 0,8 % дополнительно покрыта отражающим металлическим напылением (под слоем люминофора). Интенсивность светового потока у пылезащищенных люминесцентных ламп почти на 80 % выше, чем у простых. Это позволяет применять их без отражателей. 

Недостаток люминесцентных и других газоразрядных ламп в том, что они излучают свет при условии двойной частоты сетевого электрического тока. По этой причине при освещении может возникнуть эффект стробоскопии. Для устранения данного минуса газоразрядные осветительные приборы оснащаются двухламповыми схемами. В этом случае потоки света будут находиться в противофазе. Не менее 12000 часов – такой срок службы имеют все серийно производимые люминесцентные лампы. 

Дуговые ртутные лампы

ДРЛ относятся к осветительным устройствам высокого давления. Это изделия с исправленной цветностью. Кроме того, они рассчитаны на длительный срок эксплуатации (до 20000 часов). Больше всего производится дуговых ламп, которые «заправляются» ртутью и аргоном. По характеристикам рабочего давления все ДРЛ разделяются на три группы – с показателями давления не более 0,01 МПа, от 0,01 до 1 МПа и более 1 МПа (лампы сверхвысокого давления). 

Колбы ртутных дуговых ламп имеют форму эллипса. Они изготавливаются из специального термоустойчивого стекла и покрываются слоем люминофора, благодаря которому происходит исправление цветности. Стеклянный корпус герметично приклеивается к цоколю. 

Расположенная внутри колбы трубчатая горелка, выполненная из кварцевого стекла, оснащена основными и дополнительными электродами. Они изготовлены из вольфрама. Дополнительные проводники соединены с основными электродами через специальные токоограничивающие резисторы. Для стабилизации характеристик люминофора полость стеклянного корпуса заполняют углекислым газом.

При включении в сеть дуговой ртутной лампы между ее дополнительными и основными электродами генерируется разряд. Благодаря ему ионизируется газ в горелке. После зажигания горелки разряд прекращается. Дроссель необходим для стабилизации тока разряда. Резисторы используются для ограничения тока. ДРЛ могут «светить» при температуре окружающей среды -40/+80 градусов по Цельсию.