Принцип работы и варианты подключения лампы ДРЛ

Газоразрядные лампы ДРЛ появились в начале XX века и с тех пор широко применяются для освещения открытых и закрытых помещений, а также городских улиц и автомобильных магистралей. В устройство ламп вносятся изменения, улучшающие световые характеристики и сокращающие количество экологически вредных материалов, используемых при производстве.

Что представляет собой лампа ДРЛ?

Под ДРЛ понимается подвид ртутного газоразрядного источника света. Расшифровка обозначения — дуговая люминесцентная лампа. Для получения света в ДРЛ используется принцип постоянного горения разряда в атмосфере, насыщенной парами ртути.

В зависимости от парциального давления паров ртути в колбе лампы подразделяются на устройства низкого, а также высокого и сверхвысокого давления. Приборы с высоким и сверхвысоким давлением разделяются на лампы общего назначения и специальные источники света.

Устройство

Ключевым элементом газоразрядной лампы является рабочая горелка, изготовленная из тугоплавкого и устойчивого к химическим воздействиям прозрачного материала. В качестве материала для колбы применяется кварцевое стекло или керамика. Внутренний объем заполняется аргоном или смесью инертных газов. В колбе имеется небольшое количество ртути. Когда лампа выключена, ртуть имеет вид одного или нескольких шариков либо находится в виде налета на стенках колбы или электродах.

По устройству лампы ДРЛ следует разделить на виды:

  • с четырьмя электродами;
  • с тремя электродами (наиболее современные варианты);
  • с двумя электродами (ранние модели, в настоящее время не производятся).

Четырехэлектродные лампы

Ртутная лампа с четырьмя электродами состоит из внешней стеклянной колбы, которая запаяна в винтовой цоколь. Внутри колбы по оси лампы установлена разрядная трубка горелки, заполненная инертным газом (аргон). В трубке имеется небольшое количество ртути в металлическом виде. К торцам трубки прикреплены основной и разжигающий электроды, выполненные из никеля — всего четыре штуки. Разжигающий элемент соединен с противоположным основным электродом через добавочный резистор, ограничивающий силу тока. При включении лампы разжигающие электроды обеспечивают быстрое формирование разряда при расчетном напряжении.

Горелка лампы ДРЛ, хорошо видно соединение электродов через резистор

Для обеспечения работы лампы необходимо использование согласующего и пускорегулирующего устройства, в роли которого выступает катушка индуктивности или дроссель. Последний подключается в общую электрическую цепь лампы последовательно.

Трехэлектродные лампы

Лампы с тремя электродами конструктивно похожи на четырехэлектродные. Преимуществом является улучшенная технологичность и пониженная металлоемкость. Время розжига, а также стабильность работы и ресурс не отличаются от четырехэлектродных ДРЛ.

Трехэлектродная лампа

Двухэлектродные лампы

Двухэлектродная лампа имела в конструкции прямую кварцевую горелку (трубка из стекла) с установленной в ней парой электродов. Горелка выполнялась как единое целое с внешней колбой, сделанной из специального стекла, способного выдержать нагрев до высокой температуры. Внутренняя часть колбы покрывалась люминофором. Колба горелки заполнена аргоном, внутри имеется шарик ртути. По торцам запаяны электроды, изготовленные из вольфрама. На нижней части внешней колбы имелся винтовой цоколь.

Сложности с розжигом ламп привели к созданию четырехэлектродных конструкций, которые вытеснили предшественника к концу 70-х годов.

Принцип действия

Принцип работы некоторых видов ламп различается.

Трех- и четырехэлектродные лампы

Подача напряжения на четырехэлектродную лампу вызывает формирование тлеющего разряда между основным и разжигающим электродом. Для розжига не требуется высокое напряжение, поскольку зазор между элементами мал. Горение двух разрядов создает в объеме колбы большое число частиц, являющихся носителями заряда. За счет этого происходит пробой газовой среды между основными электродами и возникновение тлеющего заряда, который быстро преобразуется в дуговой.

Первые 10-15 минут лампа работает в переходных режимах, постепенно прогреваясь и разгораясь. Потребляемый ток в несколько раз превышает номинальное значение, поэтому для обеспечения безопасной работы и повышения ресурса устройства используется пускорегулятор. Последний имеет электронную схему и не ограничивает потребляемый лампой ток.

Чем ниже температура окружающей среды, тем дольше длится переходный режим прогрева дуговой ртутной лампы.

После прогрева разряд в колбе формирует свечение видимого и невидимого диапазона. Видимое свечение имеет голубой или фиолетовый цвет. Невидимое — ультрафиолетовое излучение, попадая на слой люминофора на стенках, вызывает его свечение. Люминофор дает свет красноватого оттенка, который смешивается со спектром горелки. Конечное свечение лампы ДРЛ имеет свет почти белого цвета.

Особенности работы трех- и четырехэлектродных ламп ДРЛ:

  1. Отличительной чертой ламп ДРЛ является резко выраженная зависимость интенсивности свечения от колебаний питания. Отклонение напряжения на 15% приводит к изменению потока на 30%. Стандарт лампы не допускает просадки напряжения на значение более 15%, поскольку это вызывает проблемы с поддержанием стабильного дугового разряда. При понижении напряжения на 75% от номинала дуга гаснет, повторный пуск невозможен.
  2. Другой негативной особенностью ламп ДРЛ является интенсивное тепловыделение, которое предъявляет ряд требований к конструкции патронов, светильников и проводки.
  3. После прогрева давление газовой среды в колбе горелки возрастает в несколько раз, из-за чего происходит рост напряжения, необходимого для розжига дуги. Поэтому заглохшую лампу ДРЛ можно разжечь повторно только после охлаждения. Подобный эффект часто наблюдается в уличных фонарях, когда погасшая лампа разгорается повторно только через 10-15 минут.

Двухэлектродные лампы

Для зажигания двухэлектродной лампы требуется ток, в десятки раз превышающий напряжение питающих уличных или бытовых сетей. Пуск лампы производился при помощи отдельного устройства, формирующего кратковременный импульс тока высокого напряжения. Наиболее частым вариантом являлся прибор ПУРЛ-220 (пусковое устройство для ртутных ламп, рассчитанных на рабочее напряжение 220 В). Устройство базировалось на основе газового разрядника, имевшего малый ресурс работы (в несколько раз менее самой лампы).

Разрядник подавал импульс напряжения в несколько тысяч вольт на электроды. Высокий ток пробивал промежуток между электродами, заполненный инертным газом (обычно — аргоном). Аргон или иной инертный газ способствовал дальнейшему розжигу заряда. После образования устойчиво горящего разряда начиналось выделение тепла, которое разогревало ртуть до точки кипения. После этого напряжение питания снижалось до нормативного и лампа работала в режиме горения основного разряда.

Подвиды дуговых ртутных ламп

Существуют разновидности ДРЛ ламп:

  • лампы ДРИЗ;
  • лампы ДРИ;
  • ртутно-кварцевые лампы;
  • лампы ДРВ.

Лампы ДРИЗ

Кроме изделий с покрытием колбы люминофором, есть лампы с частичным светоотражающим покрытием. Устройства обозначаются как ДРИЗ. Эффективность ламп подобной конструкции выше чем у обычных, поскольку снижено число переотражений света в колбе и обеспечена фокусировка горелки. Так как лампа формирует направленный пучок света, то ее необходимо позиционировать. Для этого применяется специальная конструкция цоколя, позволяющая изменять положение без потери или ослабления контакта.

Лампы ДРИ

На основе ламп ДРЛ разработаны источники света, использующие колбы с атмосферой, состоящей из:

  • инертных газов;
  • ртути;
  • галогенидов металлов.

Лампы получили название ДРИ — дуговая ртутная с излучающими присадками. Применение галогенидов позволило увеличить световую отдачу устройств и сохранить комфортный для глаза человека спектр излучения. Внешняя колба сохранила покрытие из люминофора, имеет вытянутую или цилиндрическую форму. Применение различных соединений металлов и галогенов позволяет смещать спектр в любые стороны, добиваясь различного свечения (например, зеленоватого или желтоватого).

Ртутно-кварцевые лампы

Представляют собой частный случай ДРЛ. Конструкция состоит из колбы, заполненной инертным газом и парами ртути, а также двух электродов, установленных на боковых частях. Фактически лампа является двухэлектродной, поэтому для ее пуска требуется специальное оборудование.

При работе лампы происходит образование значительного количества озона, что предопределило применение приборов в установках для обеззараживания помещений. Формирование озона выполняется под воздействием свечения паров ртути на определенной частоте. Выпускаются специальные лампы с покрытием на основе титана, которое отсекает участок спектра, вызывающий образование озона.

Лампы ДРВ

В последние годы стали использоваться лампы комбинированного типа под обозначением ДРВ — дуговая ртутно-вольфрамовая лампа. В конструкции имеется горелка и дополнительная вольфрамовая спираль накала, установленная вне корпуса колбы горелки. Внешняя колба имеет атмосферу из инертного газа, который снижает скорость выгорания спирали и обеспечивает увеличенный ресурс устройства.

Спираль выполняет дополнительную функцию, являясь ограничителем тока в горелке. Преимуществом лапы комбинированного типа является способность работы в обычных светильниках без дополнительных пусковых и регулирующих устройств. Интенсивность светового потока ниже чем у аналогичных по мощности классических ламп ДРЛ на 30-50%.

Модели и технические характеристики

На рынке Российской Федерации распространены лампы ДРЛ с мощностью от 125 Вт до 1 кВт. Приборы обозначаются по ваттам, например, изделие модели ДРЛ 400 или ДРЛ 700.

В продаже встречаются лампочки, изготовленные предприятиями:

  • Osram;
  • Phoenix;
  • Philips;
  • Мегаватт;
  • Лисма.

В качестве примера можно рассмотреть характеристики нескольких ламп.

ПараметрPhilips HPL-NЛисма ДРЛ 250Лисма ДРЛ 125
Мощность, Вт125250125
Напряжение, В220220220
Ресурс, часов160001200010000
ЦокольЕ27Е40Е27
Цветовая температура, Кн. д.4000н. д.
Поток, лм6200130005900
Тип колбыЭллипсоидная, с матовым покрытиемЭллипсоидная, с матовым покрытиемЭллипсоидная, с матовым покрытием
Длина, мм169210178
Диаметр, мм757676

Некоторые технические параметры ламп:

  • мощность стандартных устройств до 1000 Ватт;
  • мощность специальных — до 12 кВт;
  • цоколи типа Е27 (для ламп средней мощности) или E40 (изделия мощнее 250 Вт);
  • потребляемый ток не выше 8 А (для стандартных ламп);
  • световое излучение — более 3200 Лм;
  • ресурс — 10000 часов.

В связи с введением ужесточающихся нормативов на выпуск изделий, содержащих ртуть, производство ламп типа ДРЛ сокращается. На территории России с 2020 года планируется ввести полный запрет на изготовление и продажу ртутных устройств. Под действие попадают и дуговые ртутные лампы.

В качестве альтернативы предполагается применение дуговых приборов НЛ, использующих вместо ртути соединения на основе натрия.

Традиционные области применения

В зависимости от конструкции лампы ДРЛ используются для следующих целей:

  • освещение улиц, открытых площадок, производственных помещений;
  • системы архитектурной подсветки (на основе ламп ДРИ);
  • привлечение косяков рыб и планктона во время промысла;
  • направленная подсветка на открытых территориях (лампы с зеркальным отражателем);
  • системы подсветки оранжерей (лампы с фокусированным светом ДРЛФ, поддерживают процесс фотосинтеза);
  • медицинское оборудование для обеззараживания помещений.

Правила подключения ламп ДРЛ

При монтаже и эксплуатации газоразрядных ламп и светильников с ними требуется соблюдать ряд правил:

  1. Внешняя колба газоразрядной лампы не должна иметь налета грязи или жира. В противном случае при нагреве жир вызовет неравномерный прогрев, который разрушит материал колбы.
  2. Лампа ДРЛ должна устанавливаться в перчатках. Рекомендуется протирка колбы обезжиривающим составом.
  3. Светильник с лампой ДРЛ должен иметь надежную фиксацию из-за большого веса и размеров.
  4. Выполнение ремонтных и монтажных работ производится на обесточенной линии.
  5. Запрещается использование дроссельного балласта, не предназначенного для данного типа светильников и не соответствующего мощности лампы.
  6. Конструкция светильника не должна допускать попадания воды или прочих жидкостей на лампу, иначе это вызовет мгновенное разрушение устройства.
  7. При самостоятельном монтаже светильников следует проверять корректность выполненных работ.
  8. В процессе эксплуатации ламп в производственных помещениях рекомендуется протирка колб от пыли. Периодичность проведения работ зависит от запыленности помещения.
  9. Проводка должна иметь термоустойчивую изоляцию, способную выдержать сильный нагрев при работе. Это касается проводов, подключаемых к патрону светильника.
  10. Соединения проводов должны обеспечивать надежный контакт и иметь изоляцию.

Как подключить лампу ДРЛ через дроссель?

Для розжига и функционирования лампы ДРЛ требуется выполнить корректное подключение, которое обеспечит длительную и безопасную работу источника света. Цепь подключения представляет собой последовательное соединение дросселя и лампы. Для работы цепи используется стандартная бытовая электрическая сеть (220 В, 50 Гц).

Для чего нужен дроссель?

Основным предназначением дросселя в цепи лампы ДРЛ является ограничение силы тока, подаваемого на горелку. При отсутствии или прямом пробое дросселя газоразрядная лампа сразу выйдет из строя, поскольку не выдержит подачи тока увеличенной силы. При пуске и работе лампы ДРЛ в цепях возникают плавающие токи и сопротивления. Особенно опасен момент розжига дуги, когда ионизированная газовая среда резко теряет сопротивление, что вызывает рост силы тока и повышенное выделение тепла.

Если нет ограничителя силы тока ДРЛ, то произойдет бесконтрольное увеличение выделения тепловой энергии, что приведет к разрушению корпуса горелки и всей лампы.

Кроме этого, дроссель сглаживает пульсации света, особенно заметные при нестабильном напряжении в цепи питания.

Конструкция и типы дросселя

Конструктивно пускатель представляет собой индуктивный дроссель, построенный на магнитопроводе в форме стержня. В конструкции магнитопровода дросселя имеются регулировочные прокладки, изготовленные из электротехнического картона. Элементы устанавливаются в воздушном зазоре, после чего происходит скрепление магнитопровода при помощи скоб или шпилек.

Рабочая обмотка зависит от типа дросселя. При изготовлении устройств встроенной категории применяется медный провод ПЭТВ, для приборов закрытого типа — обмоточный провод ПЭЛ. После сборки дроссели заливаются тонким слоем электротехнического лака типа МЛ-92. Изделия в кожухе устанавливаются внутрь металлического корпуса, который засыпается кварцевым песком. Сверху все заливается компаундным составом КП, обеспечивающим изоляцию прибора.

Общий вид дросселя

Для розжига четырехэлектродных ламп ДРЛ применяются два типа устройств:

  1. Прибор для эксплуатации в закрытых светильниках снаружи зданий. Пускатель сохраняет работоспособность в диапазоне температур от -25°C до +30°C и влажности воздуха до 90%. Устройство не оснащено отдельным корпусом.
  2. Пускатель с индивидуальным защитным кожухом, приспособленный к установке отдельно от прибора освещения. Предназначен для работы в производственных или складских помещениях в диапазоне температур от 0°C до +45°C и влажности воздуха до 85%. Встречаются модификации, способные работать при температуре до +60°C, а также версии для наружной установки отдельно от осветительного прибора (рассчитаны на температуру от -25°C до +30°C).

Схема подключения

Дроссель устанавливается в цепь последовательно с лампой ДРЛ. Характеристики катушки определяются сечением медного провода и числом витков, намотанных на катушку. Кроме того, влияние на характеристики оказывает материал сердечника магнитопровода и его поперечное сечение. Катушка является составной частью активного сопротивления цепи. Данный параметр требуется учитывать при расчете балласта.

Схема подключения лампы ДРЛ через дроссель

Диагностика неисправностей

Если собранная цепь не работает, то необходимо проверить исправность элементов при помощи тестера, переключенного в режим омметра. Возможно использование отдельного омметра. Подключая прибор к выводам обмотки дросселя, можно определить наличие межвиткового замыкания (бесконечное сопротивление). Также следует проверить устройство на пробой, подключая щуп омметра к выводу катушки и металлическому корпусу.

Если дроссель имеет межвитковое замыкание нескольких витков, то это никак не отражается на его параметрах и работоспособности цепи.

Электронный дроссель необходимо вскрыть и проверить целостность предохранителя, а также дорожек и радиоэлектронных компонентов. Измеренные значения сравниваются с номинальными из справочной литературы.

Как самостоятельно сделать дроссель?

Самостоятельное изготовление дросселей для ДРЛ ламп целесообразно только в случае, когда под рукой нет фабричного изделия.

Можно самостоятельно изготовить дроссельное устройство, используя для этого стандартные пусковые элементы от ламп дневного света. Для дросселя ДРЛ мощностью 40 Вт требуется три пусковых прибора или два — с энергопотреблением 80 Вт.

Общие правила при сборке и эксплуатации самодельного устройства:

  • дроссели соединяются параллельно, образуя общее устройство пуска;
  • соединения между узлами должны иметь надежный контакт;
  • соединительные провода должны иметь изоляцию, предохраняющую блок от замыканий;
  • возможна установка элементов дросселя в общей коробке.

Схема цепи с самодельным дросселем из трех стартеров для люминесцентных ламп

Как можно запустить ДРЛ-лампу без дросселя?

Для эксплуатации дуговой лампы без дополнительного устройства можно пойти по нескольким направлениям:

  1. Использовать источник света со специальной конструкцией (лампа типа ДРВ). Особенностью ламп, способных работать без дросселя, является наличие дополнительной вольфрамовой спирали, которая выполняет роль пускателя. Параметры спирали подбираются под характеристики горелки.
  2. Запуск стандартной лампы ДРЛ при помощи импульса напряжения, подаваемого конденсатором.
  3. Розжиг лампы ДРЛ при помощи последовательного подключения лампы накаливания или иной нагрузки.

Розжиг лампы при помощи последовательного подключения кипятильника представлен в видеоролике, снятом для канала «Все понемногу».

Покупка специальной модели ДРЛ 250

Лампы прямого включения имеются в линейках продукции ряда компаний:

  • TDM Electric (серия ДРВ);
  • Лисма, Искра (серия ДРВ);
  • Philips (серия ML);
  • Osram (серия HWL).

Характеристики некоторых ламп прямого включения приведены в таблице.

ПараметрДРВ 160ДРВ 750
Мощность, Вт160750
Поток, Лм800037500
ЦокольЕ27Е40
Ресурс, часов50005000
Цветовая температура, К40004000
Длина, мм127358
Диаметр, мм77152

Принцип работы лампы ДРВ:

  1. На начальном этапе розжига лампы спираль обеспечивает напряжение на катодах в пределах 20 В.
  2. По мере разжигания дуги начинается рост напряжения, которое доходит до 70 В. Параллельно происходит снижение напряжения на спирали, вызывающее уменьшение свечения. В процессе работы спираль является активным балластом, который снижает эффективность работы основной горелки. Поэтому происходит снижение светового потока при равном потреблении электроэнергии.

Преимущества ламп ДРВ:

  • возможность работы в сетях переменного тока 50 Гц с напряжением 220-230 В без дополнительных устройств пуска и поддержки горения разряда;
  • возможность использования вместо ламп накаливания;
  • малое время выхода на режим полной мощности (в пределах 3-7 минут).

Лампы обладают рядом недостатков:

  • пониженная световая эффективность (по сравнению с обычными лампами ДРЛ);
  • уменьшенный до 4000 часов ресурс, определяемый сроком жизни вольфрамовой нити.

В связи с недостатками, лампы ДРВ применяются в бытовых светильниках или в старых промышленных установках, предназначенных для монтажа мощных ламп накаливания. В этом случае устройства позволяют улучшить освещенность при одновременном снижении энергопотребления.

Использование конденсатора

При использовании ламп типа ДРИ пуск выполняется через ИЗУ — специальное устройство, дающее импульс зажигания. В состав входят последовательно подключенный диод D и сопротивление R, а также конденсатор C. При подаче напряжения на конденсаторе формируется заряд, который подается через тиристор K на первичную обмотку трансформатора T. На вторичной обмотке формируется импульс повышенного напряжения, обеспечивающий розжиг разряда.

Схема конденсаторного розжига

Использование элементов позволяет снизить потребление электроэнергии на 50%. Схема подключения идентична, параллельно устанавливается конденсатор сухого типа, рассчитанный на работу в цепях с напряжением 250 В.

Емкость конденсатора зависит от рабочего тока дросселей:

  • 35 мкФ при токе 3А;
  • 45 мкф при токе 4,4А.

Использование лампы накаливания

Для розжига ДРЛ может подключаться лампа накаливания с мощностью, равной газоразрядной лампы. Возможно включить лампу путем использования балластного сопротивления с аналогичной мощностью (например, кипятильника или утюга). Подобные способы не обеспечивают стабильной работы и не соответствуют требованиям безопасности, поэтому не рекомендованы к применению.

Розжиг ДРЛ 250 при помощи лампы накаливания с мощностью 500 ватт демонстрирует автор Андрей Иванчук.

Фотогалерея

Ниже приведены фото некоторых типов ДРЛ.

Видео «Обзор ртутных газоразрядных ламп»

Обзор конструкций ртутных газоразрядных ламп предоставлен каналом «MrLenin959».

Опрос

А вы знаете, что такое лампа ДРЛ?

Загрузка ... Загрузка ...
Оценить пользу статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд Оцени автора
Загрузка...
Обсудить статью: 0

Комментарии и отзывы