Люминесцентные лампы

В школах, больницах, общественных зданиях, на лестничных клетках современных домов широко используются лампы люминесцентные. Быстрое распространение данного освещения объяс­няется тем, что при затрате той же мощности достигается значи­тельно большая освещенность по сравнению с другими видами; кроме того, правильный выбор изделий по цветности может создать освещение, близкое к естественному. И, наконец, они значительно менее чувствительны к повыше­ниям напряжения, поэтому их экономично применять на лестничных клетках и в помещениях, освещаемых ночью, когда в сети напряжение повышено.

Лампы накаливания (очень чувствитель­ные к повышениям напряжения). Однако это освещение обладает рядом особен­ностей, и если их не знать и не учитывать, то можно испортить зрение. Эти особенности учтены в схемах включения, конструкциях светильников, установоч­ных устройств и пусковых аппаратов, специально для него предназначен­ных. При соблюдении всех необходимых условий их применение совершенно безвредно.

 Подчеркнем особо, что это освещение совершенно безопасно для зрения, но при условии соблюдения простых правил его применения. Они подробно объяснены ниже. Все это, однако, будет совер­шенно непонятно без рассмотрения явлений, происходящих в люминесцентной лампе. Поэтому, оставляя до поры до времени схемные и конструктивные вопросы, рассмотрим саму суть дела.

Люминесцентная лампа представляет собой стеклян­ную трубку, покрытую изнутри слоем люминофора - вещества, светящегося под действием ультрафиолетовых лучей. В трубке находится капелька ртути и газ аргон.

Слева и справа в трубке - электроды, представляющие собой спиральки из вольфрамовой проволоки. В схему кроме лампы включены выключатель, стартер и дроссель, конденсатор - для повышения коэффи­циента мощности.

В процессе зажигания люминесцентной лампы совершается ряд явлений. В общих чертах они состоят в следующем:

• 1.При замыкании выключателя к стартеру прикладывает­ся напряжение сети. В стартере (небольшая неоновая лампочка) возникает чуть заметный тлеющий разряд, который разогревает электроды. Один из электродов - биметаллический. Под действием тепла он изгибается и касается другого электрода. В результате ток в цепи значительно увеличивается, а разряд в стартере гаснет.
• 2.Увеличившийся ток разогревает электроды люминесцент­ной лампы, и они начинают испускать электроны (это подготовка к зажиганию).

3. Электроды стартера тем временем остывают, биметалл
распрямляется, и, наконец, между ними образуется
зазор. При этом сила тока в цепи резко уменьшается. При уменьшении тока в дросселе согласно закону Ленца возникает крат­ковременное значительное напряжение, стремящееся поддержать исчезающий ток. Это напряжение самоиндукции складывается с напряжением сети, в результате чего к электродам люминесцент­ной лампы оказывается приложенным импульс напряжения большего значения, чем напряжение сети. Под действием этого импульса в ней возникает разряд в аргоне: люминесцент­ная лампа начинает несколько разогреваться.

• 4.Под действием теплоты капля ртути испаряется и создает в ней ртутные пары необходимой плотности. Так как они ионизи­руются значительно легче паров аргона, то в дальнейшем разряд происходит в основном уже не в аргоне, а в ртутных парах.
• 5.Когда она горит, напряжение на ее электродах, а, следова­тельно, и на электродах стартера (который присоединен парал­лельно) ниже напряжения сети. Почему? Потому что последова­тельно с ней включен дроссель, через который теперь проходит значительной ток, причем ток переменный. В резуль­тате в дросселе индуцируется электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции, действующая согласно закону Ленца навстречу напряжению сети. В итоге на люминесцентную лампу и стартер приходится уже не полное напряжение сети, а разность между ним и напряжением самоиндукции. Это совершенно необходимо, иначе она погас­нет. Действительно, если бы при горящем виде на стартере снова оказалось напряжение, равное напряжению сети (а не ниже), то в стартере вновь возник бы разряд и спустя небольшое время электроды стартера, сомкнувшись, закоротили бы ее.

У дросселя еще одна важнейшая задача - он не дает току безгранично возрастать, что имело бы место при включении люминесцентной лампы непосредственно в сеть: таковы свойст­ва газового разряда. Возрастание тока (при отсутствии дросселя) разрушило бы ее или же привело к перегоранию предохрани­телей (отключению автоматического выключателя). Без дросселя их включать просто опасно. Об этом необходимо помнить всегда.

Люминесцентная лампа в сети переменного тока 100 раз в секун­ду зажигается и гаснет, так как при частоте 50 Гц ток 100 раз в секунду меняет направление, проходя через нуль. Погасания ее  не видны, однако они вредно влияют на зрение и, кроме того, могут исказить действительную картину движения освеща­емых предметов. Пусть, например, вращающийся шпиндель токарного станка за время погасания успеет сделать пол­ное число оборотов. Значит, при каждом очередном освещении он будет виден в одном и том же положении, т.е. будет казать­ся неподвижным. Если же вращающийся предмет за время погасания сделает немного меньше полного оборота, то будет казать­ся, что вращение происходит в обратную сторону. Это явление называется стробоскопическим эффектом и чрезвычай­но опасно на производстве, в частности в школьных мастерских.

Его можно наблюдать в кино, когда кажется, что колеса движущегося автомобиля вращаются в обратную сторону, либо неподвижны, либо вращаются значительно медленнее, чем на самом деле. Стробоскопический эффект в технике имеет много полезных применений. Устранить периодические погасания люминесцентной лампы принципиально невозможно: это ее природа. Но с помощью прос­тых мер освобождают это  освещение от неблаго­приятных последствий: утомляемости зрения, стробоскопическо­го эффекта, акустических помех радиоприему, а также повышают коэффициент мощности. Если они приняты, то данное освещение полезно и безопасно. Рассмотрим эти вопросы подробнее.

Чтобы не портить зрение и исключить стробоско­пический эффект, помещения, где производится работа, освещают не одной, а несколькими люминесцент­ными лампами, а они включают со сдвигом фаз между токами, проходящими через них. Благодаря этому, когда одна из них пригашает, другая горит наиболее ярко и освещенность выравнивается. Сдвиг фаз достигается одним из двух способов. Если в помещении есть сеть трехфазного тока, то они, расположенные рядом, присоединяют к разным фазам, чтобы использовать неодновременность достижения максималь­ных и нулевых значений токов разных фаз. Ясно, что число данных изделий в помещении не менее трех или кратно трем. Лучше всего, все три расположены в одном светильнике одновременно.