Как устроены компактные люминесцентные лампы — удивительная работа маленького света внутри

Первые люминесцентные лампы были сотворены в США в тридцатых годах минувшего века. Их активная эмпирика внедрения началась в середине XX века. В современном контексте люминесцентные лампы занимают вторую позицию по распространенности в мире после ламп накаливания, уступая лишь им по масштабам применения.

Одной из главных ограничительных характеристик обычных линейных люминесцентных ламп является их габаритность. В административной архитектуре и индустриальных цехах этот фактор нередко не носит критического значения; однако в быту, несмотря на превосходную экономическую эффективность, крупная габаритность являлась серьёзным барьером к их широкому внедрению.

Производители люминесцентных ламп непрерывно ставили перед собой задачу минимизации размера. Лишь в восьмидесятых годах, после появления новых качественных люминофоров, удалось снизить диаметр трубки до 12 мм и многократно согнуть её, образовав компактную конфигурацию. Со временем производственные круги добились настолько малых габаритов и массы, что лампы стали способен почти повсеместно заменить лампы накаливания.

Так возникла на свет компактная люминесцентная лампа, легендарная по количеству вариаций названий. Ее именуют и «энергосберегающей», и «экономкой», и «энеросберегаайкой»— и даже «кллшка»… Однако многие из этих наименований не вполне корректны, поскольку концептуально под электронно-лучевые источники света, например, под светодиодные или натриевые лампы высокого давления, могут подходить иные устройства освещения.

Рис. 1. Компактная люминесцентная лампа (энергосберегающая лампа)

Как устроена компактная люминесцентная лампа?

Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) структурирована из двух основных компонентов: цоколя и колбы.

В колбе компактной люминесцентной лампы расположены электроды из вольфрама, на которые нанесены активирующие вещества (смесь окислов бария, кальция, стронция). Колба заполнена инертным газом с минимальным содержанием паров ртути (они ионизируются и светятся во время работы лампы) и изогнута несколькими изгибами.

При подаче напряжения между электродами возникает электрический разряд, и лампа зажигается. В режиме эксплуатации значительная часть генерируемого света приходится на ультрафиолетовый диапазон (порядка 98% суммарного излучения). Для преобразования этого ультрафиолетового излучения в видимый свет внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором. Этот люминофор, облучаемый ультрафиолетом, начинает свечением. Цветовая характеристика получаемого света определяется составом люминофора, а значит и качеством люминофора определяются светотехнические параметры лампы и её общая эффективность.

В производстве КЛЛ применяются трех- и пятислойные люминофоры из редкоземельных элементов. Эти люминофоры примерно в 30–40 раз дороже традиционных составов для обычных линейных ламп, однако они работают при более высокой поверхностной плотности облучения. Именно это позволило уменьшить диаметр разрядной трубки. Для сокращения длины лампы трубку разрядную разделили на несколько соединённых между собой коротких участков.

Рис. 2. Устройство компактной люминесцентной лампы

Люминесцентные лампы не могут функционировать напрямую в сети без вспомогательного оборудования. Им необходимы специальные устройства управления запуском, известные как пуско-ругулирующая аппаратура (ПРА). Чаще всего компактные лампы эксплуатируют современную электронную пуско-регулирующую аппаратуру (ЭПРА).

ЭПРА КЛЛ питаются током высокой частоты (до 50 кГц), что устраняет мерцание, повышает световой поток и общую световую отдачу. Высокочастотный ток генерируется инвертером, преобразующим выпрямленный ток в высокочастотные импульсы.

Дополнительно, электронный балласт увеличивает коэффициент мощности (приближаясь к 1), вследствие чего лампа становится подобной чисто активной нагрузке. В момент запуска балласт предварительно подогревает электроды, а в процессе эксплуатации поддерживает номинальное значение мощности при колебаниях питающего напряжения. Срок службы компактных люминесцентных ламп во многом зависит от качества и надёжности ЭПРА.

Все компактные люминесцентные лампы подразделяются на две группы: лампы с внешним ПРА или ЭПРА и лампы с встроенным ЭПРА.

Лампы первого типа выпускаются со 2‑х и 4‑штырьковыми цоколями. В 2‑штырьковый цоколь встроены стартеры и конденсаторы, подавляющие помехи. Для включения такой лампы требуется дроссель. Обычно такие лампы применяются в настольных светильниках.

С электронными балластами такие лампы подключать нельзя, поскольку встроенный в цоколь стартер препятствует включению. 4‑штырьковые лампы могут включаться как с дросселем, так и с ЭПРА, однако существуют экземпляры, не предназначенные для работы с дросселями и рассчитанные исключительно на ЭПРА.

Цоколи таких ламп различны (существует около 20 видов цоколей). Фактически каждая мощностная категория лампы имеет уникальный цоколь, который исключает неправильную установку в арматуру и перепутывание мощностей.

Рис. 3. Компактные люминесцентные лампы для работы с внешним ЭПРА

Компактные люминесцентные лампы второй группы оснащаются встроенным ЭПРА (встроен в цоколь лампы) и выпускаются с резьбовыми цоколями Е27 и Е14 (миньон). Они предназначены для прямой замены ламп накаливания без замены светильников.

Существуют CLA с цветностью, близкой к лампам накаливания, с цветовой температурой около 2700 К (в обычных КЛЛ диапазон цветовой температуры составляет 3330–6500 К). Это должно снизить дискомфорт, связанный с высоким оттенком белого света у некоторых моделей.

КЛЛ выпускаются мощностью от 5 до 55 Вт. Наиболее распространены образцы 5, 7, 9, 11, 15, 20, 23 Вт. Более мощные образуют крупные габариты и чаще оказываются нецелесообразными как замена ламп накаливания.

Рис. 4. Компактные люминесцентные лампы с встроенным ЭПРА

Средний ресурс жизни.KЛЛ составляет примерно 10 тысяч часов. Некоторые бренды предоставляют гарантию до 15 тысяч часов. Надёжными производителями считаются PHILIPS, OSRAM, Sylvania и General Electric.

КЛЛ не совместимы с диммерами. Существуют специальные ЭПРА, поддерживающие управление световым потоком, однако они встречаются редко, дороже стандартных ЭПРА и в большей мере ориентированы на линейные лампы для централизованного освещения в административных зданиях.

Поэтому если планируется заменить лампу накаливания на компактную лампу, а в цепи выключателя присутствует диммер, разумнее переместить управление освещением на обычные выключатели, или перенести соединение к соответствующей схеме управления.

Помимо стандартного ассортимента существуют и менее привычные образцы света такого типа, демонстрирующие оригинальный дизайн или технические ноу-хау. Например, компания Philips выпускает лампу Tornado ESaver Automatic, рассчитанную на наружное освещение, оборудованную встроенным фотосостоянием, которое включает и выключает лампу в зависимости от изменения освещенности.

Рис. 5.  Компактная люминесцентная лампа Philips Tornado ESaver Automatic

Из всего сказанного следует вывод: не идите на поводу экономии и не выбирайте дешёвые варианты компактных люминесцентных ламп. Низкая цена часто отражает компромисс в качестве изготовления. Компактная люминесцентная лампа — сложное техническое устройство с электронной начинкой, и экономия на элементах может привести к некачественной работе или сокращению срока службы. Предпочтение следует отдавать проверенным и надёжным производителям.

Читайте также: Причины мигания компактной люминесцентной лампы и способы устранения и Сравнение мощности и световой отдачи ламп различных видов

Андрей Повный

Популярные публикации:

• Обзор автоматических выключателей
• Открытая электропроводка — популярные способы прокладки
• Как устроены и работают солнечные батареи