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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Leuchtstofflampen und ihre Eigenschaften. Vergleichsdaten. Teil 1
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Referenzmaterialien Klassifizierung von Leuchtstofflampen, Eigenschaften herkömmlicher Leuchtstofflampen, Abhängigkeit der Lampenparameter von der Netzspannung, Abhängigkeit der Eigenschaften von Umgebungstemperatur und Kühlbedingungen, Änderungen der Eigenschaften von Leuchtstofflampen während der Verbrennung, energiesparende Leuchtstofflampen, ausländische Leuchtstofflampen, Kompaktleuchtstofflampen, elektrodenlose Leuchtstofflampen. Klassifizierung von Leuchtstofflampen Leuchtstofflampen (LL) werden in Allzweck- und Spezialbeleuchtung unterteilt. Zu den Allzweck-LLs gehören Lampen mit einer Leistung von 15 bis 80 W, deren Farb- und Spektraleigenschaften natürliches Licht in verschiedenen Farbtönen imitieren. Für die Klassifizierung von LL für besondere Zwecke werden verschiedene Parameter verwendet. Nach Leistung werden sie in leistungsschwache (bis zu 15 W) und leistungsstarke (über 80 W) unterteilt; nach Art der Entladung in Lichtbogen, Glimmentladung und Glimmglühen; durch Bestrahlung mit Tageslichtlampen, Farblampen, Lampen mit speziellen Emissionsspektren, UV-Strahlungslampen; entsprechend der Form des Kolbens in röhrenförmig und gemustert; je nach Lichtverteilung mit ungerichtetem Lichtaustritt und mit gerichtetem (Reflex, Schlitz, Panel, etc.). Die Kennzeichnung besteht in der Regel aus 2-3 Buchstaben. Der erste Buchstabe L bedeutet lumineszierend. Die folgenden Buchstaben geben die Farbe der Strahlung an: D – Tageslicht; HB – kaltes Weiß; B - weiß; TB – warmes Weiß; E – natürliches Weiß; K, F, 3, G, C – rot, gelb, grün, blau, blau; UV - Ultraviolett. Lampen mit verbesserter Farbwiedergabequalität tragen nach den Buchstaben zur Farbbezeichnung den Buchstaben C, bei besonders hoher Farbwiedergabequalität die Buchstaben CZ. Am Ende setzen sie Buchstaben, die die Designmerkmale charakterisieren: R – Reflex, U – U-förmig, K – Ring, A – Amalgam, B – Schnellstart. Die Zahlen geben die Leistung in Watt an. Die Kennzeichnung schwelender Entladungslampen beginnt mit den Buchstaben TL. Merkmale herkömmlicher LL В Tabelle 1 Es werden die Eigenschaften der gängigsten Leuchtstofflampen angegeben. Bezeichnungen: P – Leistung; U ist die Spannung an der Lampe; I - Lampenstrom; R - Lichtstrom; S - Lichtleistung. Abhängigkeit der Lampenparameter von der Netzspannung Wenn sich die Netzspannung innerhalb von + 10 % ändert, kann die Änderung der Lampenparameter aus dem Verhältnis dX/X = Nx dUc/Uc ermittelt werden, wobei X der entsprechende Lampenparameter ist; dX – seine Veränderung; Nx - Koeffizient für den entsprechenden Parameter. Für einen Stromkreis mit Drossel haben die Koeffizienten folgende Werte: für Lichtstärke Ni = 2,2; für Leistung Np = 2,0; für den Lichtstrom Nf = 1,5. Bei einer Schaltung mit kapazitiv-induktivem Vorschaltgerät sind die Werte von Nx etwas kleiner. Sinkt die Netzspannung unter den zulässigen Wert, verschlechtern sich die Bedingungen für eine Wiederzündung. Eine Erhöhung der Spannung über den zulässigen Wert führt zu einer Überhitzung der Kathoden und der Vorschaltgeräte. In beiden Fällen kommt es zu einer deutlichen Verkürzung der Lampenlebensdauer. Tabelle 1
Abhängigkeit der Leistung von Umgebungstemperatur und Kühlbedingungen Eine Änderung der Temperatur der Röhre im Vergleich zur optimalen Temperatur sowohl nach oben als auch nach unten führt zu einer Verringerung des Lichtstroms, einer Verschlechterung der Zündbedingungen und einer Verkürzung der Lebensdauer. Besonders deutlich sinkt die Zündsicherheit von Standardlampen beim Betrieb mit Startern bei Temperaturen unter -5 °C und sinkender Netzspannung. Beispielsweise kann bei -10°C und einer Netzspannung von 180 V statt 220 V der Anteil der nicht zündenden Lampen bis zu 60-80 % erreichen. Eine solch starke Abhängigkeit macht den Einsatz von LL in Räumen mit niedrigen Temperaturen unwirksam. Bei steigender Umgebungstemperatur und beim Betrieb von Lampen in geschlossenen Fassungen kann es zu einem Temperaturanstieg gegenüber dem Optimum kommen. Eine Überhitzung von LLs geht nicht nur mit einer Verringerung des Lichtstroms, sondern auch mit einer gewissen Farbveränderung einher. Auf Abb. 2 zeigt die Abhängigkeit der LL-Parameter von der Umgebungstemperatur. Änderung der Eigenschaften von LL während der Verbrennung In den ersten Brennstunden kommt es zu einer gewissen Veränderung der elektrischen Eigenschaften der Lampen, verbunden mit der zusätzlichen Aktivierung der Kathoden, der Freisetzung und Aufnahme verschiedener Verunreinigungen. Diese Prozesse enden normalerweise in den ersten hundert Stunden. Während der restlichen Lebensdauer ändern sich die elektrischen Eigenschaften kaum. Die Helligkeit des Leuchtstoffs und der Lichtstrom der Lampe nehmen allmählich ab (Abb. 3: Kurve 1 für LL 40 W, Kurve 2 für LL 15 und 30 W). Bei manchen Lampen bilden sich bereits nach mehreren hundert Brennstunden dunkle Beläge und Flecken an den Enden der Röhre, die mit Kathodenzerstäubung einhergehen. Sie weisen auf die schlechte Qualität der Lampen hin.
Energieeffiziente Leuchtstofflampen (ELL) ELLs sind für die Allgemeinbeleuchtung konzipiert und in bestehenden Beleuchtungsanlagen vollständig mit Standard-LLs mit 20, 40 und 65 W austauschbar, ohne dass Lampen und Vorschaltgeräte ausgetauscht werden müssen. Sie haben eine Standardlänge, Standard-Lampenbetriebsströme und -spannungen sowie gleiche oder ähnliche Lichtströme wie Standardlampen der entsprechenden Farbe bei 10 % reduzierter Leistung (18, 36 und 58 W). Äußerlich unterscheiden sich ELLs von Standardlampen nur durch einen kleineren Durchmesser (26 mm statt 38 mm). Durch die Reduzierung des Durchmessers wird der Verbrauch an Grundstoffen (Glas, Phosphor, Gase, Quecksilber etc.) reduziert. Um den gleichen Spannungsabfall an den Lampen bei abnehmendem Durchmesser zu gewährleisten, war es notwendig, zum Befüllen eine Mischung aus Argon und Krypton zu verwenden und den Druck auf 200-330 Pa (anstelle der üblichen 400 Pa bei Standardlampen) zu reduzieren. Bei ELL steigt die Temperatur des Rohrs auf 50 °C, es ist jedoch nicht erforderlich, besondere Bedingungen für die Kühlung zu schaffen. Die Leuchtstoffschicht in ELLs unterliegt strengeren Betriebsbedingungen, daher sind Seltenerd-Leuchtstoffe für diese Lampen am besten geeignet. Allerdings sind solche Leuchtstoffe etwa 40-mal teurer als herkömmliches Calciumhalogenphosphat (HPA), sodass Lampen mit solchen Leuchtstoffen um ein Vielfaches teurer sind als herkömmliche. Um die Lampenkosten zu senken, wird eine zweischichtige Beschichtung verwendet. Zunächst wird HFC auf das Glas aufgetragen und darauf wird ein seltener Erden-Leuchtstoff mit geringer Dicke aufgetragen. Die Industrie produziert ELL mit einer Leistung von 18, 36 und 58 W in den Farben LB, LDC und LEC, deren Lichtparameter mit den Parametern herkömmlicher LL derselben Farben mit einer Leistung von 20, 40 und 65 W übereinstimmen. Unter der Marke LBCT werden ELLs mit einer Dreikomponentenmischung aus Seltenerd-Leuchtstoffen mit einer Lebensdauer von 15000 Stunden hergestellt. Ausländische ELLs Ausländische Firmen produzieren ELL mit drei oder vier standardisierten Farbtönen und mit einer Zwei- oder Dreikomponentenmischung aus Seltenerd-Leuchtstoffen. IN Tabelle 2 Angegeben sind die Parameter einiger ELL-Typen in Kolben mit einem Durchmesser von 26 mm von OSRAM (Deutschland). Kompaktleuchtstofflampen (CFLs) In den frühen 80er Jahren kamen zahlreiche Typen kompakter LLs mit Leistungen von 5 bis 25 W, Lichtleistungen von 30 bis 60 lm/W und einer Lebensdauer von 5 bis 10000 Stunden auf den Markt. Einige Typen von Kompaktleuchtstofflampen sind für den direkten Ersatz von Glühlampen vorgesehen. Sie verfügen über eingebaute Vorschaltgeräte und sind mit einem Standard-E27-Schraubsockel ausgestattet. Die Entwicklung von CFLs wurde erst durch die Schaffung hochstabiler Schmalbandleuchtstoffe möglich, die durch Seltenerdelemente aktiviert werden und bei höheren Oberflächenbestrahlungsdichten als in Standard-LLs betrieben werden können. Dadurch konnte der Durchmesser des Entladungsrohrs deutlich reduziert werden. Im Hinblick auf die Reduzierung der Längenabmessungen der Lampen wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass die Röhren in mehrere kürzere Abschnitte unterteilt wurden, die parallel angeordnet und entweder durch gebogene Abschnitte der Röhre oder durch geschweißte Glasrohre miteinander verbunden waren. Tabelle 2
Tabelle 3
Die gesamte Vielfalt der derzeit produzierten Kompaktleuchtstofflampen lässt sich in vier Hauptgruppen einteilen. 1. Ohne Außenhülle, mit einer H- oder U-förmigen Entladungsröhre, einem speziellen Sockel, einem Fernsteuergerät (PRA) und einem eingebauten Starter (Abb. 4, a), wobei 1 eine Entladungsröhre ist; 2 - ein spezieller G23-Sockel mit einem darin montierten Starter und einem Kondensator). 2. Mit einer prismatischen oder opalen Außenhülle, einem komplex gebogenen Entladungsrohr, einem Standard-Gewinde- (oder Stift-)Sockel und einem eingebauten Starter und Vorschaltgerät (Abb. 4b), wobei 1 das Entladungsrohr ist; 3 - Gas; 4 - Außenkolben; 5 - der hohle Teil des Gehäuses, in dem Drosselklappe, Anlasser, Kondensator und Thermoschalter montiert sind). 3. Ring, ohne Außenhülle, mit einer Standard-Gewindebasis (oder Stiftbasis) und integriertem Starter und Getriebe (Abb. 4, c). 4. Mit einer Glasaußenhülle, einer komplex gebogenen Entladungsröhre, einem speziellen Sockel, Fernstarter und Getriebe. Zur ersten Gruppe gehören Kompaktleuchtstofflampen, die die größte Verbreitung gefunden haben. Die Lampen verfügen über eine Entladungsröhre mit einem Durchmesser von 12,5 mm und sind mit einem speziellen G23-Zweistiftsockel ausgestattet. Sie werden von der heimischen Industrie (unter dem Markennamen KL/TBC) und einer Reihe ausländischer Firmen hergestellt. Die Lampen sind mit Argon bei einem Druck von 400 Pa gefüllt, was den normalen Betrieb der Kathoden und Entladungsbedingungen gewährleistet. Auch bei Temperaturen bis -20°C lassen sich Lampen problemlos zünden, die Zündzeit beträgt nicht mehr als 10 s. Die Hauptparameter solcher Lampen sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die Hochleistungs-CFL-Serie besteht aus drei Lampen mit einer Leistung von 18, 24 und 35 W, 251, 362 und 443 mm Länge, mit einem Nennlichtstrom von 1250, 2000 bzw. 2500 lm und einer Lebensdauer von 5000 Stunden. Die Lampen werden in Röhren mit einem auf 15 mm vergrößerten Durchmesser hergestellt und auf einem speziellen 4-Stift-Sockel montiert. Zur zweiten Gruppe Dazu gehören im Ausland weit verbreitete Kompaktleuchtstofflampen mit einer Außenhülle aus Glas oder Kunststoff und einem Standard-E27-Gewindesockel (siehe Abb. 4, b). Im Inneren des Gehäuses sind ein Vorschaltgerät, ein Starter und ein doppeltes U-förmiges Entladungsrohr montiert. Die Hauptparameter dieser Art von CFLs (inländische CLS.../TBTS und im Ausland hergestellte (SL)) sind in Tabelle 3 (RE2/2001) (zweite Gruppe) aufgeführt. Da die Entladungsröhren dieses Lampentyps in einer geschlossenen Außenhülle bei deutlich über dem Optimum liegenden Temperaturen arbeiten und keine Möglichkeit besteht, künstlich eine Kältezone zu erzeugen, sind die Entladungsröhren mit Quecksilberamalgam gefüllt. Die Lampen sind so konzipiert, dass sie Glühlampen direkt ersetzen und große Energieeinsparungen ermöglichen. Ihre Nachteile sind relativ groß Abmessungen und insbesondere Gewicht im Vergleich zu Glühlampen, nicht trennbare Konstruktion, weshalb nach dem Ausfall der Entladungsröhre ein Austausch der gesamten Lampe einschließlich des Induktors erforderlich ist. In diesem Zusammenhang stellen einige ausländische Unternehmen solche Lampen in einer zusammenklappbaren Version her. Zur dritten Gruppe umfasst eine Familie ringförmiger CFLs mit einem Gewindesockel und einem eingebauten Vorschaltgerät, das in einem Kunststoffgehäuse montiert ist und sich entlang des Durchmessers der ringförmigen Entladungsröhre befindet (siehe RE2/2001, Abb. 4, c). Die Lichtausbeute von ringförmigen Kompaktleuchtstofflampen ist selbst mit Halbleitervorschaltgeräten geringer als die Lichtausbeute von H-förmigen Kompaktleuchtstofflampen mit den entsprechenden Leistungen. Der Vorteil von Ring-Kompaktleuchtstofflampen besteht darin, dass sie Glühlampen in einer Beleuchtungseinrichtung direkt ersetzen können. zur vierten Gruppe Beinhaltet Lampen mit zylindrischer oder birnenförmiger Außenhülle, einem speziellen 4-Stift-Sockel, einer Fernbedienung und einem Starter. Diese Lampen haben im Vergleich zu H- und U-förmigen Kompaktleuchtstofflampen eine geringere Lichtausbeute. Daher werden keine Daten zu diesen Lampen angegeben. Die wichtigsten wirtschaftlichen Vorteile von Kompaktleuchtstofflampen sind erhebliche Energieeinsparungen und eine geringere Anzahl an Lampen, die im Vergleich zu Glühlampen erforderlich sind, um die gleiche Anzahl an Lumenstunden zu erzeugen. Moderne Kompaktleuchtstofflampen sind schwierig herzustellen. Daher werden theoretische und experimentelle Studien zur Verbesserung solcher Lampen durchgeführt. Elektrodenlose Kompaktleuchtstofflampen Bei diesen Lampen wird zur Anregung des Leuchtstoffs eine Entladung in Niederdruck-Quecksilberdampf beigemischt
Inertgase (Argon, Krypton). Die Ladung wird durch die Energie des elektromagnetischen Feldes aufrechterhalten, das in unmittelbarer Nähe des Entladungsvolumens entsteht. Die Entwicklung elektrodenloser Kompaktleuchtstofflampen wurde dank der modernen Mikroelektronik möglich, die es ermöglichte, kleine und relativ kostengünstige Quellen für Hochfrequenzenergie mit hoher Effizienz zu schaffen. Alle möglichen Arten von elektrodenlosen Lampen bestehen aus drei Hauptkomponenten: einer kleinen HF-Energiequelle, einem Gerät zur effizienten Übertragung von HF-Energie in eine Entladung, einem sogenannten Induktor, und einem Entladungsvolumen. Unterschiede in der Anordnung und Gestaltung der Knoten werden durch die gewählte Hochfrequenz zur Anregung der Entladung bestimmt. Derzeit gibt es drei Haupttypen von elektrodenlosen CFLs mit annähernd gleichen Energieparametern: mit einem Ringinduktor auf einem ferromagnetischen Kern (Frequenzen von 25 bis 1000 kHz), mit einem Magnetinduktor (Frequenzen von 3 bis 300 MHz) und Mikrowellen (mit einer Frequenz von mehr als 100 MHz). Die Analyse ergab, dass es derzeit am zweckmäßigsten ist, eine Konstruktion mit einem Magnetinduktor und einer externen Anordnung des Entladungsvolumens dazu zu verwenden. Der Aufbau einer solchen Lampe ist in Abb. dargestellt. 5, wobei 1 - Basis E-27; 2 - Oszillatorblock; 3 - Füllung, Quecksilber und Inertgas, 4 - Magnetinduktor; 5 - Leuchtstoffschicht; 6 - zylindrischer Hohlraum im Kolben; 7 - Glaskolben. Versuchsproben von elektrodenlosen Kompaktleuchtstofflampen mit Magnetspule (bei einer Frequenz von 18 MHz) und einer Leistung von 30 W bei einer Netzspannung von 220 V und 50 Hz und einem Außenkolbendurchmesser von 75–85 mm haben eine Lichtleistung von 30–40 lm/W. Dabei wird der Ferritkern auf bis zu 300°C erhitzt. Derzeit gibt es in keinem Land eine industrielle Produktion von elektrodenlosen CFLs und es werden nur experimentelle Muster hergestellt. Autor: S.I. Palamarenko, Kiew; Veröffentlichung: electrik.org
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