Fluorescentne sijalke - kaj je to? Načelo delovanja

Fluorescenčne sijalke so plinski svetlobni viri. Njihova svetlobni tok nastanejo zaradi luminiscence prizadetih fosforjev ultravijolično sevanje praznjenja. Njegova vidna svetilnost navadno ne presega 1-2%. Fluorescenčne sijalke (LL) se pogosto uporabljajo pri razsvetljavi prostorov različnih vrst. Njihova svetlobna učinkovitost je veliko večja kot pri običajnih žarnicah. Pod določenimi pogoji (visokokakovostna oskrba z električno energijo, uporaba balasta, skladnost z omejitvami števila preklopov) lahko te žarnice služijo več desetkrat dlje kot žarnice z žarilno nitko. Danes se bomo seznanili z zgodovino fluorescentne svetilke in načelom njenega delovanja.

Področje uporabe

Linearne fluorescenčne sijalke so se dolgo uveljavile kot najbolj priročen in ekonomičen način razsvetljave javnih prostorov: pisarne, izobraževalne ustanove, trgovine, bolnišnice, podjetja itd. S prihodom sodobne tehnologije, ki omogoča ustvarjanje kompaktne LL pod običajnimi kartušami E14 ali E27, so hitro pridobili popularnost v vsakdanjem življenju in začeli množiti žarnice z žarilno nitko. Najpogosteje v vsakdanjem življenju uporabljamo varčne fluorescenčne sijalke za 18 ali več vatov.

Zahvaljujoč uporabi elektronskih predstikalnih naprav namesto običajnih elektromagnetnih, je mogoče bistveno izboljšati delovanje svetilk - znebiti se brenca in utripanja, povečati učinkovitost in kompaktnost.

Glavne prednosti fluorescenčnih sijalk v primerjavi z običajnimi za vse žarnice so visoki svetlobni učinki (več kot večkrat) in daljše obdobje dela (več kot nekaj desetkrat). Njihova uporaba je še posebej pomembna v primerih, ko se razsvetljava ne izklopi za dolgo časa, saj je vklop najtežji način in trajanje dela je odvisno od števila vklopov. Tako lahko kljub višjim stroškom fluorescenčne sijalke bistveno prihranijo.

Zgodovina

Prvo podobnost svetilke s fluorescenčno sijalko je razvil leta 1856 Heinrich Geissler, ki je luminescenco dosegel s stekleno cevko, napolnjeno s plinom in vzbujeno s pomočjo solenoida. Leta 1893 je Thomas Edison na razstavi v Chicagu javnosti prvič pokazal svetleč sij. Leto kasneje, mf Moore je ustvaril svetilko, napolnjeno z dušikom in ogljikovim dioksidom. Uspeh tega izuma je bil zelo omejen. Leta 1901 je Peter Hewitt ustvaril živosrebrno svetilko, ki oddaja modro-zeleno luč. Zaradi barve je bila neprimerna za praktično uporabo. Vendar je bil Hittov izum blizu sodobnim svetilkam in je imel veliko več potenciala kot predhodne svetilke. Leta 1926 je Edmund Jermer skupaj s svojim osebjem predlagal, da se poveča tlak v bučki in ga prekrije s fluorescentnim prahom, ki pretvori ultravijolično barvno sevanje v enotno belo. Kmalu je podjetje General Electric kupilo patent od izumitelja in pod njegovim vodstvom je LL do leta 1938 prinesel širok trg. Tako je z Jermerjem pogosto povezana zgodovina fluorescenčnih sijalk.

Načelo delovanja

Ko je fluorescenčna sijalka priključena na električno omrežje, pride do električnega razelektritve med dvema elektrodama, ki se nahajata na njegovih nasprotnih koncih. Zaradi prehoda toka skozi živosrebrne pare, ki je napolnila notranjo votlino svetilke, je UV sevanje, ki je za človeško oko nevidno. S pomočjo fosforja na stenah se to sevanje pretvori v vidno svetlobo. Tako je fosfor zasnovan tako, da absorbira UV sevanje in oddaja vidno svetlobo. Spreminjanje njegove sestave lahko spreminja odtenek žarnice.

Prednosti in slabosti fluorescenčnih sijalk

LL ima naslednje prednosti:

1. Visoka svetlobna učinkovitost in učinkovitost.
2. Različnih odtenkov sijaja.
3. Razpršena svetloba.
4. Dolga življenjska doba.

Slabosti fluorescenčnih sijalk:

1. Kemična nevarnost. Razlog je strupena živosrebrna para.
2. Neenakomerna, neprijetna za nekaj svetlobe, ki povzroča popačenje barve osvetljenih površin. Svetilke, ki nimajo tega problema, imajo manj svetlobe.
3. Fosfor "deluje" skozi čas, zato se spekter spremeni, svetlobna moč se zmanjša in učinkovitost pade.
4. V primeru dvojne omrežne frekvence lahko nekatere svetilke utripajo.
5. Razpoložljivost kontrolnih orodij.
6. Nizek faktor moči.

Povezava

Z električnega vidika je fluorescenčna sijalka naprava z negativnim uporom. To pomeni, da močnejši je tok skozi njega, večji je upor. V zvezi s tem se pri neposredni priključitvi žarnice na električno omrežje zaradi prevelikega toka hitro odpove. Ta problem je rešen s povezavo svetilke s tako imenovanim balastom.

V najpreprostejši različici, preprost upor deluje kot balast. Njegova pomanjkljivost je izguba znatne količine energije. Izguba se lahko izogne ​​z uporabo kot kondenzatorski balast ali induktivno tuljavo, ki ustvarja reaktanco. Elektromagnetne in elektronske predstikalne naprave so trenutno najbolj priljubljene.

Elektromagnetna predstikalna naprava

Predstikalne naprave za fluorescenčne sijalke so balastne naprave. Naprave tega tipa so dušilec (induktivna upornost), ki je zaporedno priključen na svetilko. Za zagon žarnice z balastom potrebujete tudi zaganjalnik. Prednost te povezave je njena enostavnost in nizka cena. Glavna pomanjkljivost je utripanje svetilk pri dvakratni frekvenci omrežne napetosti. Zaradi tega so ljudje, ki so v sobi, povečali utrujenost oči, kar lahko negativno vpliva na njihovo zdravje. Poleg tega svetilke z elektromagnetnim balastom delujejo razmeroma dolgo (od ene do nekaj sekund, odvisno od njihove življenjske dobe), brenčajo in oddajajo več energije kot njihovi sogovorniki z elektronsko predstikalno napravo.

Poleg zgoraj navedenih pomanjkljivosti, je treba omeniti tudi učinek gating, ki nastane zaradi utripanja svetilk. Njegovo bistvo je v tem, da se pri opazovanju rotirajočega ali nihajnega objekta, katerega frekvenca je enaka utripajoči frekvenci fluorescenčne sijalke, ta objekt morda zdi nepremičen. Podoben učinek se lahko pojavi, na primer pri nadzoru vrtilnega vretena ali vrtalni stroj, kuhinjski mešalnik, krožna žaga in druge gibajoče se naprave. Zato, da bi se izognili poškodbam, je pri proizvodnji fluorescentnih svetilk za poudarjanje gibljivih mehanizmov dovoljeno le z dodatno vgradnjo žarnic.

Elektronska predstikalna naprava

Ta tip balasta predstavlja elektronsko vezje, ki pretvarja omrežno napetost v visokofrekvenčni izmenični tok, ki napaja svetilko. Prednost tega balasta je odsotnost utripanja in šumenja. Poleg tega ima v primerjavi z elektromagnetnim analogom manjšo maso in velikost.

Pri uporabi te vrste povezave lahko dosežete tako imenovani hladni zagon - takojšen zagon žarnice. Vendar pa zaradi tega, ker ta način negativno vpliva na življenjsko dobo svetilk, se uporabi vroč zagon, ki vključuje predgrevanje elektrod. Priznati moramo, da ogrevanje ne traja več kot eno sekundo, zato ta lastnost povezave ne povzroča nevšečnosti.

Elektromagnetni zagon balasta

V klasični shemi zagona svetilke z elektromagnetno predstikalno napravo se uporablja zaganjalnik (starter), ki je miniaturna neonska svetilka s plinskim praznjenjem s parom kovinskih elektrod. Ena od elektrod je trdna in stacionarna, druga pa bimetalna, upogibna. Zato so elektrode v začetnem stanju odprte.

Zaganjalnik se aktivira vzporedno z žarnico. Ob vklopu se na elektrode starterja in svetilke napolni celotna napetost. To je posledica dejstva, da tok skozi svetilko ne gre, in padec napetosti na starter je nič.

Ker so elektrode žarnice hladne, napetost omrežja ni dovolj za vžig. Zaradi nastanka praznjenja v zaganjalniku tok teče skozi svetilko in zadostuje za zaganjalne elektrode, vendar ne dovolj za segrevanje svetilke. Posledično raste tok v skupnem tokokrogu in segreva elektrode svetilke. Ko se to zgodi, se zaganjalne elektrode ohladijo in odprejo. Zaradi takojšnje prekinitve tokokroga se pojavi napetostna napetost pri dušilki, ki spodbuja vžig žarnice. Elektrode so medtem že dovolj tople.

Med izgorevanjem je napetost v žarnici približno polovica omrežne napetosti in tudi zaganjalnika. Razlog je v tem, da prehaja skozi dušilko, da pade, kar odpravlja večkratno aktiviranje zaganjalnika.

Ob zagonu lahko zaganjalnik deluje večkrat. To je posledica odstopanj njegovih značilnosti od značilnosti žarnice. V nekaterih primerih zaganjalnik začne krožiti. Če se to zgodi, svetilka stalno ugasne in znova utripa. Pri gašenju lahko opazujemo sij katode, ki se segreje s tokom.

Zagon elektronskega balasta

Pri uporabi elektronske predstikalne naprave praviloma ni potrebe po posebnem posebnem zaganjalniku, saj lahko ta balast neodvisno oblikuje potrebne napetostne sekvence.

Izvedba fluorescentne svetilke z elektronsko predstikalno napravo je možna z uporabo različnih tehnologij. V najbolj tipični od njih krmilna naprava ogreje katode svetilke in jih napaja z napetostjo, ki je zadostna za vžig. Praviloma gre za izmenično in visokofrekvenčno napetost. Takšna povezava odpravlja utripanje svetilk, kar je pomembna pomanjkljivost elektromagnetnih predstikalnih naprav.

Glede na konstrukcijske lastnosti in časovne parametre zaporedja zagona žarnice lahko takšne krmilne naprave zagotovijo tako takojšnje preklapljanje svetlobe in gladko, s postopnim povečevanjem svetlosti.

Pogosto se kombinirane metode zagona uporabljajo, ko se žarnica aktivira ne samo z ogrevanjem katod, ampak tudi zato, ker podajalno vezje deluje kot nihajoče vezje. Značilnosti nihajočega vezja so izbrane tako, da v odsotnosti praznjenja v svetilki v njem nastopi pojav električne resonance, kar vodi do znatnega povečanja napetosti med katodami svetilke. Običajno to vodi tudi do povečanja toka ogrevanja katode. Razlog za to je, da se pri uporabi takšnega zagonskega vezja žarilne nitke katode pogosto povezujejo zaporedno skozi kondenzator in delujejo kot del nihajočega vezja. Zaradi tega se žarnica zaradi predgrevanja katod in visoke napetosti med njimi hitro in enostavno prižge.

Po vžigu se spremenijo parametri nihajočega vezja, resonanca se ustavi in ​​napetost v tokokrogu se znatno zmanjša, s čimer se zmanjša tok žarilne nitke katod.

Obstaja več različic te tehnologije. Na primer, v skrajnih primerih balast sploh ne sme segreti katodov, temveč samo zanje uporablja napetost, ki je dovolj visoka za vžig zaradi razpada plina, ki se nahaja med katodami. Podobna tehnologija se uporablja za zagon cevi s hladno katodo. Priljubljena je med šunkami, zahvaljujoč zmožnosti lansiranja tudi z žganimi katodnimi filamenti. Konvencionalne metode jih ne morejo zagnati, ker se katode v tem primeru ne segrejejo. Zlasti radioamaterji uporabljajo to metodo za obnovitev kompaktnih energetsko varčnih žarnic, ki so navadne fluorescentne sijalke z elektronsko predstikalno napravo, vgrajeno v majhen paket. Po predelavi balasta taka svetilka deluje dolgo, kljub predgrevanju ogrevalnih tuljav. Njegova življenjska doba je omejena, razen v času popolnega razprševanja elektrod.

Razlog za okvare

Elektrode fluorescentnih žarnic so volframove niti, prevlečene z aktivno maso (pasto) zemeljsko alkalijskih kovin. Prav ta pasta zagotavlja žareče praznjenje. Brez nje bi volframove niti pogasile veliko hitreje. V procesu dela svetilko pasta postopoma drobijo, zbledi in izhlapi. Proces se v primeru pogostega zagona pospeši, ko iztekanje v kratkem času ne poteka preko celotnega območja elektrode, temveč na majhnem delu njegove površine. To vodi do pregrevanja elektrode in pojava temenja na koncih svetilke, kar ponavadi kaže na njeno neizbežno okvaro.

Ko je pasta popolnoma izgorela, se tok svetilke zmanjša in napetost se poveča. Posledica tega je, da zaganjalnik začne neprestano streljati, kar povzroča utripanje, kar pomeni tudi, da so dnevi žarnice višji. Elektrode so v stalnem segrevanju in na koncu ena od njih izgore. To se zgodi nekaj dni po pojavu utripanja.

V zadnjih minutah dela lučka sveti brez utripanja. V tem trenutku razelektritev poteka skozi ostanke elektrode, na kateri ne obstaja več aktivna masa. Ko ostanki volframa odpadejo ali izhlapijo, vstopi v križno glavo (volframove žice iz žice). Po pregorevanju premikanja začne žarnica ponovno utripati. Če ga izklopite in ga ponovno omogočite, ne bo več sijala.

Zgoraj opisani mehanizem za izgorevanje žarnice velja za tiste modele, ki uporabljajo elektromagnetne predstikalne naprave. V primeru elektronskih predstikalnih naprav se vse zgodi nekoliko drugače. Tako kot v prejšnjem primeru se vse začne z zgorevanjem aktivne mase elektrod, sledi pregrevanje in izgorevanje enega od filamentov. Razlika je v tem, da svetilka takoj po izgorevanju ugasne brez utripanja in utripanja. To je posledica zasnove elektronske predstikalne naprave, ki omogoča avtomatsko zaustavitev svetilke v primeru okvare.

Fosforji in emisijski spekter

Mnogi uporabniki najdejo fluorescentno svetlobo grobo in neprijetno. Poleg tega je lahko barva predmetov, ki jih osvetljujejo takšne svetilke, popačena. To je posledica modre in zelene črte v emisijskem spektru izpusta in vrste uporabljenega fosforja.

Pri poceni svetilkah s fluorescentnimi sijalkami se uporablja fosfor halofosfata, ki večinoma oddaja rumeno in modro svetlobo, v manjši meri pa zeleno in rdečo svetlobo. Oko se zdi, da je taka mešanica barv bela svetloba, če pa se svetloba odbije od predmetov, se njen spekter spremeni in pride do izkrivljanja. Prednost takšnih svetilk je visoka svetilnost.

V dražjih modelih se uporablja fosfor s tremi ali petimi svetilkami. Zaradi tega je mogoče doseči bolj enakomerno porazdelitev sevanja nad vidnim spektrom. Svetloba se torej reproducira bolj naravno. Pomanjkljivost teh žarnic ni tako visoka kot pri prejšnjem primeru.

Obstajajo tudi posebne fluorescenčne sijalke, ki se uporabljajo pri osvetljevanju prostorov, v katerih živijo ptice. Njihov obseg vsebuje skoraj ultravijolično svetlobo, ki omogoča hišnim ljubljenčkom, da skoraj ne občutijo razlike med naravno in umetno razsvetljavo. Potreba po takih tehnologijah je posledica dejstva, da imajo ptice, za razliko od ljudi, štiri-komponentni vid.

Možnosti izvajanja

Standardno so fluorescenčne sijalke razdeljene na žarnice in kompaktne. Obe vrsti se uporabljata zelo široko.

Žarnice imajo kot lupino stekleno cev. Lahko se razlikujejo po vrsti in premeru podlage. Take svetilke se pogosto uporabljajo v velikih prostorih: trgovinah, pisarnah, delavnicah, skladiščih itd.

Kompaktne fluorescenčne sijalke imajo lupino v obliki tanjše (v primerjavi z žarnico) ukrivljene cevi. Odlikuje jih vrsta kleti in velikost. Te žarnice so izdelane po standardnih kartušah E27 in E14, zato jih je mogoče uporabiti namesto žarnice z žarilno nitko v običajnih svetilkah. Njihova moč se praviloma giblje od 16 do 36 vatov. Fluorescenčna sijalka te vrste ima majhnost in odpornost na mehanske obremenitve (seveda).

Poleg vrste podstavka so na škatli pod svetilko navedeni naslednji podatki:

1. Barva sevanja: D - dan, B - bela, HB - bela, itd.
2. Moč: 16W, 18W itd.
3. Dolžina telesa (če gre za bučko različice fluorescentne žarnice): 765, 450 itd. To je dolžina v milimetrih.

Če se vrnemo na vrsto osnove, je treba omeniti, da so navojni (npr. E27) in zatiči (npr. G13). Fluorescentna svetilka ima lahko druge vrste pokrovčkov, vendar niso zelo pogosti.

Uporaba fluorescenčnih sijalk

Vse žarnice te vrste vsebujejo živo srebro, ki je znano, da je strupena snov. Pri različnih modelih svetilk se lahko odmerek spreminja od 40 do 70 mg. Toda tudi majhna količina živega srebra v 18W fluorescentni svetilki je dovolj, da povzroči škodo za zdravje. Živo srebro je predstavljeno v obliki pare, tako da, če je svetilka zlomljena, morate takoj prezračiti sobo.

Po izteku življenjske dobe svetilk se običajno odvržejo s preprostim smetiščem, ki je popolnoma napačno. Obstajajo podjetja, ki reciklirajo take žarnice, vendar se jim obračajo le velika podjetja. Pošteno je treba opozoriti, da količina živega srebra, ki vstopa v zrak iz odlagališč na odlagališčih, ni tako velika kot količina te snovi, ki se sprosti med proizvodnjo električne energije. Ker so LL ekonomične, njihova uporaba pozitivno vpliva na ekološko stanje planeta. Odlaganje fluorescenčnih sijalk pa je odprt problem.