Лампа је претварач енергије. Иако може да обавља секундарне функције, његова главна сврха је трансформација електричне енергије у видљиво електромагнетно зрачење. Постоји много начина за стварање светлости. Стандардна метода за стварање општег осветљења је претварање електричне енергије у светло.

Врсте светлости

Напухавање

Када се чврсте материје и течности загреју, емитују видљиво зрачење на температурама изнад 1,000 К; ово је познато као жарење.

Такво загревање је основа стварања светлости у лампама са жарном нити: електрична струја пролази кроз танку волфрамову жицу, чија температура расте на око 2,500 до 3,200 К, у зависности од врсте лампе и њене примене.

Постоји ограничење за ову методу, која је описана Планковим законом за перформансе радијатора црног тела, према којем се спектрална дистрибуција енергије која се зраче повећава са температуром. На око 3,600 К и више, долази до значајног повећања емисије видљивог зрачења, а таласна дужина максималне снаге се помера у видљиви опсег. Ова температура је близу тачке топљења волфрама, који се користи за филамент, тако да је практична температурна граница око 2,700 К, изнад које испаравање филамента постаје прекомерно. Један резултат ових спектралних померања је да се велики део емитованог зрачења не емитује као светлост већ као топлота у инфрацрвеном региону. Лампе са жарном нити тако могу бити ефикасни уређаји за грејање и користе се у лампама дизајнираним за сушење штампе, припрему хране и узгој животиња.

Електрично пражњење

Електрично пражњење је техника која се користи у савременим изворима светлости за трговину и индустрију због ефикасније производње светлости. Неки типови сијалица комбинују електрично пражњење са фотолуминисценцијом.

Електрична струја која пролази кроз гас побуђује атоме и молекуле да емитују зрачење спектра који је карактеристичан за присутне елементе. Обично се користе два метала, натријум и жива, јер њихове карактеристике дају корисна зрачења унутар видљивог спектра. Ниједан метал не емитује континуирани спектар, а сијалице са пражњењем имају селективне спектре. Њихов приказ боја никада неће бити идентичан континуираним спектрима. Лампе са пражњењем се често класификују као високог притиска или ниског притиска, иако су ови појмови само релативни, а натријумска лампа високог притиска ради на испод једне атмосфере.

Врсте луминесценције

Пхотолуминесценце настаје када зрачење апсорбује чврста супстанца, а затим се поново емитује на другој таласној дужини. Када је поново емитовано зрачење унутар видљивог спектра, процес се назива флуоресценција or фосфоресцентан.

Елецтролуминесценце настаје када се светлост генерише електричном струјом која пролази кроз одређене чврсте материје, као што су фосфорни материјали. Користи се за самосветлеће знакове и инструмент табле, али се није показао као практичан извор светлости за осветљење зграда или екстеријера.

Еволуција електричних лампи

Иако је технолошки напредак омогућио производњу различитих лампи, главни фактори који су утицали на њихов развој су спољне тржишне силе. На пример, производња сијалица са жарном нити у употреби почетком овог века била је могућа тек након доступности добрих вакуум пумпи и извлачења волфрамове жице. Међутим, велика производња и дистрибуција електричне енергије да би се задовољила потражња за електричном расветом је одредила раст тржишта. Електрично осветљење је нудило многе предности у односу на светло које генерише гас или уље, као што је стабилно светло које захтева ретко одржавање, као и повећана безбедност одсуства изложеног пламена и локалних нуспроизвода сагоревања.

У периоду опоравка после Другог светског рата акценат је био на продуктивности. Флуоресцентна цеваста лампа постала је доминантан извор светлости јер је омогућила осветљење фабрика и канцеларија без сенки и релативно без топлоте, омогућавајући максимално коришћење простора. Захтеви за светлосну снагу и снагу за типичну флуоресцентну цевасту лампу од 1,500 мм дати су у табели 1.

Табела 1. Побољшана излазна светлост и захтеви за снагом неких типичних флуоресцентних сијалица од 1,500 мм

До 1970-их су цене нафте порасле и трошкови енергије постали су значајан део оперативних трошкова. Флуоресцентне лампе које производе исту количину светлости са мањом потрошњом електричне енергије биле су тражене на тржишту. Дизајн лампе је побољшан на неколико начина. Како се век ближи, расте свест о глобалним питањима животне средине. Боља употреба сировина у опадању, рециклажа или безбедно одлагање производа и стална забринутост око потрошње енергије (нарочито енергије произведене из фосилних горива) утичу на тренутне дизајне лампе.

Критеријуми учинка

Критеријуми учинка се разликују у зависности од апликације. Генерално, не постоји посебна хијерархија важности ових критеријума.

Излаз светлости: Луменска снага лампе ће одредити њену погодност у односу на скалу инсталације и количину потребног осветљења.

Изглед боја и приказ боја: Одвојене скале и нумеричке вредности примењују се на изглед боје и приказивање боја. Важно је запамтити да бројке дају само смернице, а неке су само приближне. Кад год је то могуће, процену подобности треба извршити са стварним лампама и бојама или материјалима који се односе на ситуацију.

Ламп лифе: Већина лампи ће захтевати замену неколико пута током животног века инсталације осветљења, а дизајнери би требало да минимизирају непријатности за станаре због необичних кварова и одржавања. Лампе се користе у широком спектру апликација. Очекивани просечан животни век је често компромис између цене и перформанси. На пример, лампа за дијапројектор ће имати животни век од неколико стотина сати јер је максимални излаз светлости важан за квалитет слике. Насупрот томе, неке лампе за осветљење коловоза могу се мењати сваке две године, а то представља око 8,000 сати горења.

Даље, на животни век лампе утичу радни услови, па стога не постоји једноставна цифра која би важила у свим условима. Такође, ефективни век трајања лампе може бити одређен различитим начинима квара. Физичком квару као што је пуцање нити или лампе може претходити смањење излазне светлости или промене у изгледу боје. На живот лампе утичу спољашњи услови околине као што су температура, вибрације, учесталост покретања, флуктуације напона напајања, оријентација и тако даље.

Треба напоменути да је просечан животни век за тип лампе време за 50% кварова из серије тестних лампи. Ова дефиниција живота вероватно неће бити применљива на многе комерцијалне или индустријске инсталације; стога је практични век трајања лампе обично мањи од објављених вредности, које треба користити само за поређење.

Ефикасност: Као опште правило, ефикасност дате врсте лампе се побољшава како се повећава називна снага, јер већина сијалица има фиксни губитак. Међутим, различите врсте лампи имају значајне варијације у ефикасности. Треба користити светиљке највеће ефикасности, под условом да су испуњени и критеријуми величине, боје и века трајања. Уштеда енергије не би требало да буде на штету визуелног комфора или перформанси путника. Неке типичне ефикасности су дате у табели 2.

Табела 2. Типичне ефикасности лампе

Главне врсте лампи

Током година, развијено је неколико система номенклатуре према националним и међународним стандардима и регистрима.

1993. године, Међународна електротехничка комисија (ИЕЦ) објавила је нови Међународни систем кодирања лампи (ИЛЦОС) намењен да замени постојеће националне и регионалне системе кодирања. Списак неких ИЛЦОС кратких кодова за различите лампе је дат у табели 3.

Табела 3. Међународни систем кодирања лампи (ИЛЦОС) систем кратког кодирања за неке типове сијалица

Лампе са жарном нити

Ове лампе користе волфрамову нит у инертном гасу или вакууму са стакленим омотачем. Инертни гас потискује испаравање волфрама и смањује поцрњење омотача. Постоји велики избор облика лампи, који су углавном декоративног изгледа. Конструкција типичне лампе за опште осветљење (ГЛС) дата је на слици 1.

Слика 1. Конструкција ГЛС лампе

Лампе са жарном нити су такође доступне са широким спектром боја и завршних обрада. ИЛЦОС кодови и неки типични облици укључују оне приказане у табели 4.

Табела 4. Уобичајене боје и облици сијалица са жарном нити, са њиховим ИЛЦОС кодовима

Лампе са жарном нити су и даље популарне за кућно осветљење због ниске цене и компактне величине. Међутим, за комерцијалну и индустријску расвету ниска ефикасност генерише веома високе оперативне трошкове, тако да су лампе на пражњење нормалан избор. Лампа од 100 В има типичну ефикасност од 14 лумена/ват у поређењу са 96 лумена/ват за флуоресцентну лампу од 36 В.

Лампе са жарном нити се лако затамњују смањењем напона напајања и још увек се користе тамо где је затамњење жељена контролна карактеристика.

Волфрамова нит је компактан извор светлости, лако се фокусира помоћу рефлектора или сочива. Лампе са жарном нити су корисне за осветљење дисплеја где је потребна контрола смера.

Волфрамове халогене сијалице

Оне су сличне лампама са жарном нити и производе светлост на исти начин од волфрамове нити. Међутим, сијалица садржи халоген гас (бром или јод) који је активан у контроли испаравања волфрама. Види слику 2.

Слика 2. Халогени циклус

Основа халогеног циклуса је минимална температура зида сијалице од 250 °Ц како би се осигурало да волфрам халогенид остане у гасовитом стању и да се не кондензује на зиду сијалице. Ова температура подразумева сијалице направљене од кварца уместо стакла. Са кварцом је могуће смањити величину сијалице.

Већина волфрамових халогених сијалица има побољшан век трајања у односу на еквиваленте са жарном нити, а нит је на вишој температури, стварајући више светлости и белију боју.

Волфрамове халогене сијалице су постале популарне тамо где су мала величина и високе перформансе главни захтев. Типични примери су сценско осветљење, укључујући филм и ТВ, где су контрола смера и затамњење уобичајени захтеви.

Нисконапонске волфрамове халогене сијалице

Они су првобитно били дизајнирани за дијапозитиве и филмске пројекторе. На 12 В филамент за исту снагу као 230 В постаје мањи и дебљи. Ово може бити ефикасније фокусирано, а већа маса филамента омогућава вишу радну температуру, повећавајући излаз светлости. Дебели филамент је робуснији. Ове предности су се схватиле као корисне за тржиште комерцијалних дисплеја, а иако је неопходно имати опадајући трансформатор, ове лампе сада доминирају у осветљењу излога. Види слику 3.

Слика 3. Нисконапонска дихроична рефлекторска лампа

Иако корисници филмских пројектора желе што више светла, превише топлоте оштећује медиј за провидност. Развијен је посебан тип рефлектора који рефлектује само видљиво зрачење, омогућавајући инфрацрвено зрачење (топлоту) да прође кроз полеђину лампе. Ова карактеристика је сада део многих нисконапонских рефлекторских лампи за осветљење екрана као и опреме за пројекторе.

Осетљивост на напон: Све жаруље са жарном нити су осетљиве на варијације напона, што утиче на излаз светлости и животни век. Помак да се „хармонизује“ напон напајања широм Европе на 230 В постиже се проширењем толеранција на које могу да раде произвођачи. Померање је ка ±10%, што је опсег напона од 207 до 253 В. Халогене сијалице са жарном нити и волфрамове халогене сијалице не могу да раде разумно у овом опсегу, тако да ће бити неопходно ускладити стварни напон напајања са називним вредностима лампе. Погледајте слику 4.

Слика 4. ГЛС жаруље са жарном нити и напон напајања

Ова широка варијација напона ће такође утицати на лампе за пражњење, тако да исправна спецификација контролног уређаја постаје важна.

Цевасте флуоресцентне сијалице

Ово су живине лампе ниског притиска и доступне су као верзије са „врућом катодом” и „хладном катодом”. Прва је конвенционална флуоресцентна цев за канцеларије и фабрике; „врућа катода“ се односи на покретање лампе предгревањем електрода да би се створила довољна јонизација гаса и живине паре да се успостави пражњење.

Лампе са хладном катодом се углавном користе за натписе и рекламе. Погледајте слику 5.

Слика 5. Принцип рада флуоресцентне лампе

Флуоресцентне сијалице захтевају спољни контролни уређај за покретање и контролу струје лампе. Поред мале количине живине паре, постоји и почетни гас (аргон или криптон).

Низак притисак живе ствара пражњење бледо плаве светлости. Највећи део зрачења је у УВ региону на 254 нм, што је карактеристична фреквенција зрачења за живу. Унутар зида цеви је танак фосфорни премаз, који апсорбује УВ и зрачи енергију као видљиву светлост. Квалитет боје светлости је одређен премазом фосфора. Доступан је низ фосфора са различитим изгледом боја и приказом боја.

Током 1950-их, доступни фосфори су нудили избор разумне ефикасности (60 лумена/ват) са недостатком светлости у црвеној и плавој боји, или побољшани приказ боја од „делук” фосфора ниже ефикасности (40 лумена/ват).

До 1970-их развијени су нови, ускопојасни фосфори. Они су одвојено зрачили црвену, плаву и зелену светлост, али су комбиновани производили бело светло. Подешавање пропорција дало је низ различитих изгледа боја, све са сличним одличним приказом боја. Ови трифосфори су ефикаснији од ранијих типова и представљају најбоље економично решење за осветљење, иако су светиљке скупље. Побољшана ефикасност смањује оперативне трошкове и трошкове инсталације.

Принцип три фосфора проширен је мултифосфорним лампама где је неопходно критично приказивање боја, као што су уметничке галерије и индустријско усклађивање боја.

Модерни ускопојасни фосфори су издржљивији, имају боље одржавање лумена и продужавају животни век лампе.

Kompaktne fluorescentne sijalice

Флуоресцентна цев није практична замена за лампу са жарном нити због свог линеарног облика. Мале цеви уског отвора могу се конфигурисати на приближно исту величину као и лампа са жарном нити, али то намеће много веће електрично оптерећење фосфорном материјалу. Употреба трифосфора је неопходна за постизање прихватљивог века трајања лампе. Види слику 6.

Слика 6. Четвороножни компактни флуоресцентни

Све компактне флуоресцентне сијалице користе три-фосфоре, тако да, када се користе заједно са линеарним флуоресцентним сијалицама, ове последње такође треба да буду три-фосфоре да би се обезбедила конзистентност боје.

Неке компактне сијалице укључују уређај за управљање радом за формирање уређаја за накнадно уградњу за сијалице са жарном нити. Распон се повећава и омогућава лаку надоградњу постојећих инсталација на енергетски ефикасније осветљење. Ове интегралне јединице нису погодне за затамњење тамо где је то био део оригиналних контрола.

Високофреквентни електронски управљачки уређај: Ако се нормална фреквенција напајања од 50 или 60 Хз повећа на 30 кХз, постоји повећање ефикасности флуоресцентних цеви за 10%. Електронска кола могу управљати појединачним лампама на таквим фреквенцијама. Електронско коло је дизајнирано да обезбеди исти излаз светлости као и жичана контролна опрема, уз смањену снагу лампе. Ово нуди компатибилност лумен пакета са предношћу да ће смањено оптерећење лампе значајно продужити животни век лампе. Електронски управљачки уређај може да ради у опсегу напона напајања.

Не постоји заједнички стандард за електронски контролни уређај, а перформансе лампе се могу разликовати од објављених информација које су објавили произвођачи лампи.

Употреба високофреквентне електронске опреме уклања уобичајени проблем треперења, на који су неки путници осетљиви.

Индукционе лампе

Недавно су се на тржишту појавиле лампе које користе принцип индукције. То су живине сијалице ниског притиска са трифосфорним премазом и као произвођачи светлости су сличне флуоресцентним сијалицама. Енергија се преноси на лампу високофреквентним зрачењем, на приближно 2.5 МХз од антене постављене централно унутар лампе. Не постоји физичка веза између сијалице лампе и завојнице. Без електрода или других жичаних веза конструкција посуде за пражњење је једноставнија и трајнија. Век трајања лампе је углавном одређен поузданошћу електронских компоненти и одржавањем лумена фосфорног премаза.

Живине лампе високог притиска

Пражњења под високим притиском су компактнија и имају већа електрична оптерећења; стога су им потребне кварцне лучне цеви да издрже притисак и температуру. Лучна цев се налази у спољној стакленој коверти са атмосфером азота или аргона и азота да би се смањила оксидација и стварање лука. Сијалица ефикасно филтрира УВ зрачење из лучне цеви. Погледајте слику 7.

Слика 7. Конструкција живине лампе

При високом притиску, пражњење живе је углавном плаво и зелено зрачење. Да би се побољшала боја, фосфорни премаз спољне сијалице додаје црвено светло. Постоје делукс верзије са повећаним садржајем црвене боје, које дају већи излаз светлости и побољшано приказивање боја.

Свим лампама за пражњење високог притиска потребно је време да достигну пуну снагу. Почетно пражњење је преко пуњења проводног гаса, а метал испарава како се температура лампе повећава.

При стабилном притиску лампа се неће одмах поново покренути без посебне контролне опреме. Долази до кашњења док се лампа довољно охлади и притисак се смањи, тако да је нормалан напон напајања или круг паљења адекватан за поновно успостављање лука.

Лампе за пражњење имају карактеристику негативног отпора, па је за контролу струје неопходан спољни контролни уређај. Постоје губици због ових компоненти управљачког уређаја, тако да корисник треба да узме у обзир укупне вати када разматра оперативне трошкове и електричну инсталацију. Постоји изузетак за живине лампе високог притиска, а један тип садржи волфрамову нит која истовремено делује као уређај за ограничавање струје и додаје топле боје плавом/зеленом пражњењу. Ово омогућава директну замену сијалица са жарном нити.

Иако живине лампе имају дуг животни век од око 20,000 сати, излаз светлости ће пасти на око 55% почетне снаге на крају овог периода, па стога економски век може бити краћи.

Метал халогенидне лампе

Боја и излаз светлости живиних сијалица могу се побољшати додавањем различитих метала у живин лук. За сваку лампу доза је мала, а за тачну примену погодније је руковати металима у облику праха као халогениди. Ово се квари док се лампа загрева и ослобађа метал.

Метал халогенидна лампа може да користи више различитих метала, од којих сваки даје одређену карактеристичну боју. Ови укључују:

• диспрозијум - широка плаво-зелена
• индијум — уско плаво
• литијум — уско црвена
• скандијум—широка плаво-зелена
• натријум - уско жуто
• талијум — уско зелено
• калај—широка наранџасто-црвена

Не постоји стандардна мешавина метала, тако да метал-халогене лампе различитих произвођача можда неће бити компатибилне по изгледу или радним перформансама. За лампе са нижим оценама снаге, од 35 до 150 В, постоји ближа физичка и електрична компатибилност са заједничким стандардом.

Метал халогенидне сијалице захтевају контролну опрему, али недостатак компатибилности значи да је неопходно ускладити сваку комбинацију лампе и зупчаника како би се обезбедили исправни услови покретања и рада.

Натријумове лампе ниског притиска

Лучна цев је по величини слична флуоресцентној цеви, али је направљена од специјалног слојевитог стакла са унутрашњим премазом отпорним на натријум. Лучна цев је формирана у уском "У" облику и налази се у спољашњем вакуумском омотачу како би се обезбедила термичка стабилност. Приликом покретања, лампе имају јак црвени сјај од неонског гасног пуњења.

Карактеристично зрачење натријумове паре ниског притиска је монохроматско жуто. Ово је близу врхунске осетљивости људског ока, а натријумове лампе ниског притиска су најефикасније доступне са скоро 200 лумена/ват. Међутим, апликације су ограничене на места где дискриминација боја није од визуелног значаја, као што су магистрални путеви и подвожњаци и стамбене улице.

У многим ситуацијама ове лампе се замењују натријумовим лампама високог притиска. Њихова мања величина нуди бољу оптичку контролу, посебно за осветљење коловоза где постоји све већа забринутост због претераног сјаја неба.

Натријумске лампе високог притиска

Ове лампе су сличне живиним лампама високог притиска, али нуде бољу ефикасност (преко 100 лумена/ват) и одлично одржавање лумена. Реактивна природа натријума захтева да лучна цев буде произведена од провидног поликристалног алуминијума, пошто стакло или кварц нису погодни. Спољна стаклена сијалица садржи вакуум који спречава стварање лука и оксидацију. Нема УВ зрачења из натријумовог пражњења, тако да фосфорни премази немају никакву вредност. Неке сијалице су матиране или премазане да би се распршио извор светлости. Погледајте слику 8.

Слика 8. Конструкција натријумске лампе високог притиска

Како се притисак натријума повећава, зрачење постаје широка трака око жутог врха, а изглед је златно бели. Међутим, како се притисак повећава, ефикасност се смањује. Тренутно постоје три одвојена типа натријумових лампи високог притиска, као што је приказано у табели 5.

Табела 5. Врсте натријумске лампе високог притиска

Генерално, стандардне лампе се користе за спољашњу расвету, делукс лампе за индустријске ентеријере, а Вхите СОН за комерцијалне/дисплејне апликације.

Затамњење сијалица за пражњење

Лампе високог притиска се не могу на задовољавајући начин пригушити, јер се променом снаге сијалице мења притисак, а тиме и основне карактеристике лампе.

Флуоресцентне сијалице се могу пригушити коришћењем извора напајања високе фреквенције који се обично генеришу унутар електронске контролне опреме. Изглед боје остаје веома константан. Поред тога, излазна светлост је приближно пропорционална снази лампе, са последичном уштедом електричне енергије када се светлосна снага смањи. Интеграцијом излазне светлости из лампе са преовлађујућим нивоом природне дневне светлости, може се обезбедити скоро константан ниво осветљења у унутрашњости.

Назад