Výbojové lampy: druhy, konstrukce, jak správně vybrat nejlepší

Chcete si pořídit výbojkové lampy, abyste vytvořili v místnosti zvláštní atmosféru? Nebo hledáte žárovky pro stimulaci růstu rostlin ve skleníku? Vybavení úspornými zdroji světla nejen zatraktivní interiér a pomůže při pěstování rostlin, ale také umožní ušetřit elektrickou energii. Je to tak, že?

Pomůžeme vám zorientovat se v sortimentu osvětlovacích zařízení výbojkového typu. V článku jsou popsány jejich vlastnosti, parametry a oblast použití žárovek vysokého a nízkého tlaku. Jsou vybrány ilustrace a videa, které vám pomohou najít optimální variantu úsporných lamp.

Konstrukce a parametry výbojkových lamp

Všechny hlavní součásti lampy jsou uzavřeny ve skleněné baňce. Zde dochází k výboji elektrických částic. Uvnitř se mohou nacházet jak páry sodíku nebo rtuti, tak i některý z inertních plynů.

Jako plynová náplň se používají varianty jako argon, xenon, neon, krypton. Populárnější jsou výrobky naplněné parami rtuti.

Hlavní části výbojkové lampy jsou: kondenzátor (1), stabilizátor proudu (2), spínací tranzistory (3), zařízení pro potlačení rušení (4), tranzistor (5)

Kondenzátor zajišťuje provoz bez blikání. Tranzistor má kladný teplotní koeficient, který zajišťuje okamžitý start GRL bez blikání. Činnost vnitřní konstrukce začíná poté, co ve výbojkové trubici proběhne generace elektrického pole.

Během procesu se v plynu objevují volné elektrony. Při srážkách s atomy kovu je ionizují. Při přechodu některých z nich vzniká přebytečná energie, která vytváří zdroje záření – fotony. Elektroda, která je zdrojem záření, se nachází ve středu GRL. Celý systém spojuje patice.

Lampa může vyzařovat různé světelné odstíny, které člověk vidí – od ultrafialových po infračervené. Aby to bylo možné, vnitřní část baňky se pokrývá luminiscenčním roztokem.

Oblasti použití GRL

Výbojkové lampy jsou žádané v nejrůznějších oblastech. Nejčastěji se s nimi setkáte na městských ulicích, ve výrobních halách, obchodech, kancelářích, na nádražích, ve velkých obchodních centrech. Používají se také k osvětlení reklamních panelů, fasád budov.

Výbojky se používají i v automobilových světlometech. Nejčastěji se jedná o lampy s vysokým světelným výkonem — neonové modely. Některé automobilové reflektory jsou plněny metalhalogenidovými solemi, xenonem.

První plynové výbojkové osvětlovací zařízení pro dopravní prostředky měla označení D1R, D1S. Další — D2R a D2S, kde S označuje projekční optické schéma a R reflektorové. Výbojky se používají také při fotografování.

Na fotografii jsou impulzní výbojky používané při fotografování: IFK120 (a), IKS10 (b), IFK2000 (v), IFK500 (g), ISŠ15 (d), IFP4000 (g)

Při fotografování tyto lampy umožňují mít pod kontrolou světelný tok. Jsou kompaktní, jasné a úsporné. Negativním aspektem je neschopnost vizuálně řídit světelné stíny, které vytváří samotný zdroj světla.

V zemědělské oblasti se výbojky používají k ozáření zvířat, rostlin, ke sterilizaci a dezinfekci produktů. K tomuto účelu musí mít lampy vlnovou délku odpovídajícího rozsahu.

Koncentrace výkonu záření v tomto případě má také velký význam. Z tohoto důvodu jsou nejvhodnější výkonné výrobky.

Druhy výbojkových lamp

Výbojky se dělí na druhy podle typu svitu, podle parametru, jakým je tlak, s ohledem na účel použití. Všechny vytvářejí konkrétní světelný tok. Na základě této vlastnosti se dělí na:

• luminiscenční přístroje;
• plynosvětelné odrůdy;
• indukční varianty.

U prvních z nich jsou zdrojem světla atomy, molekuly nebo jejich kombinace, které jsou buzeny výbojem v plynném prostředí.

U druhých – luminofory, plynový výboj aktivuje fotoluminiscenční vrstvu pokrývající baňku, v důsledku toho začne svítidlo vydávat světlo. Lampy třetího druhu fungují díky záři elektrod, které jsou rozžhavené plynovým výbojem.

Xenonové lampy určené pro automobilové reflektory svým světelným výkonem a jasem převyšují halogenové analogy více než dvakrát

V závislosti na náplni obloukové výbojky dělí na rtuťové, sodíkové, xenonové, metalhalogenidové lampy a další. Na základě tlaku uvnitř baňky dochází k jejich dalšímu rozdělení.

Počínaje hodnotou tlaku od 3x10⁴ do 10⁶ Pa jsou řazeny k lampám vysokého tlaku. Do kategorie nízkého tlaku spadají přístroje při hodnotě parametru od 0,15 do 10⁴ Pa. Více než 10⁶ Pa — ultravysokého tlaku.

Druh #1 — lampy vysokého tlaku

Výbojky vysokého tlaku se vyznačují tím, že obsah baňky je vystaven vysokému tlaku. Je pro ně typická přítomnost značného světelného toku v kombinaci s malou energetickou náročností. Obvykle se jedná o rtuťové vzorky, proto se nejčastěji používají pro pouliční osvětlení.

Tyto výbojky mají solidní světelný výkon a dobře fungují i za špatného počasí, ale špatně snášejí nízké teploty.

Existuje několik základních kategorií výbojek vysokého tlaku: DRT a DRL (rtuťové obloukové), DRI — stejné jako DRL, ale s jodidy a řada modifikací na nich založených. Do stejné řady patří také obloukové sodíkové (DNaT) a DKsT — obloukové xenonové.

Prvním vývojem byl model DRT. V označení D znamená oblouková, symbol R — rtuťová, že je tento model trubicový, označuje písmeno T v označení. Vizuálně je to přímá trubice z křemenného skla. Po obou stranách jsou wolframové elektrody. Používá se v ozařovacích zařízeních. Uvnitř je trochu rtuti a argonu.

Po okrajích lampy DRT jsou svorky s držáky. Spojuje je kovový pásek určený pro snadnější zapalování lampy.

Připojení lampy k síti se provádí sériově s tlumivkou pomocí rezonančního zapojení. Světelný tok lampy DRT tvoří z 18 % ultrafialové záření a z 15 % infračervené. Stejné procento tvoří viditelné světlo. Zbytek tvoří ztráty (52 %). Hlavní použití je jako spolehlivý zdroj ultrafialového záření.

Pro osvětlení míst, kde není kvalita podání barev příliš důležitá, se používají osvětlovací zařízení DRL (obloukové rtuťové). Zde prakticky není žádné ultrafialové záření. Infračervené tvoří 14 %, viditelné 17 %. Tepelné ztráty činí 69 %.

Konstrukční vlastnosti lamp DRL umožňují jejich zapálení z 220 V bez použití vysokonapěťového impulzního zapalovacího zařízení. Díky tomu, že obvod obsahuje tlumivku a kondenzátor, se snižují kolísání světelného toku a zvyšuje se účiník.

Když je lampa zapojena sériově s tlumivkou, dojde k doutnavému výboji mezi přídavnými elektrodami a hlavními sousedními. Výbojový prostor se ionizuje a v důsledku toho vznikne výboj mezi hlavními wolframovými elektrodami. Činnost zapalovacích elektrod se zastaví.

Součástí lampy DRL je: baňka (1), hlavní elektrody (2), pomocné elektrody (3), rezistory (4), hořák (křemenná trubice) (5), patice (6)

Hořáky DRL mají většinou čtyři elektrody – dvě pracovní, dvě zapalovací. Jejich vnitřek je naplněn inertními plyny s přídavkem určitého množství rtuti.

Metalhalogenidové výbojky DRI patří také do kategorie přístrojů vysokého tlaku. Jejich světelná účinnost a kvalita podání barev jsou vyšší než u předchozích typů. Na podobu emisního spektra má vliv složení přísad. Tvar baňky, absence přídavných elektrod a luminoforového povlaku jsou hlavními rozdíly mezi výbojkami DRI a DRL.

Schéma zapojení DRL do sítě obsahuje IZU – impulzní zapalovací zařízení. V trubicích výbojek jsou přítomny složky z halogenové skupiny. Ty zvyšují kvalitu spektra viditelného záření.

Inertní plyn v baňce MHL slouží jako nárazník. Z tohoto důvodu prochází elektrický proud hořákem i při jeho nízké teplotě.

Během zahřívání se odpařuje jak rtuť, tak i přísady, čímž se mění odpor výbojky, světelný tok a vyzařované spektrum. Na základě přístrojů tohoto typu byly vytvořeny DRIZ a DRIŠ. První z výbojek se používá v prašných, vlhkých i suchých prostorách. Druhá osvětluje barevné televizní natáčení.

Nejúčinnější jsou sodíkové výbojky DNAT. Souvisí to s délkou vyzařovaných vln – 589–589,5 nm. Sodíkové výbojky vysokého tlaku pracují při hodnotě tohoto parametru kolem 10 kPa.

Pro výbojové trubice těchto výbojek se používá speciální materiál – světlopropustná keramika. Silikátové sklo není pro tento účel vhodné, protože sodíkové páry jsou pro něj velmi nebezpečné. Pracovní sodíkové páry vnášené do baňky mají tlak 4 až 14 kPa. Vyznačují se nízkými ionizačními a excitačními potenciály.

Elektrické vlastnosti sodíkových výbojek závisí na napětí sítě a délce provozu. Pro nepřetržitý provoz je zapotřebí předřadný a startovací přístroj.

Aby se vykompenzovaly ztráty sodíku, ke kterým nevyhnutelně dochází během hoření, je potřeba jeho mírný nadbytek. To vytváří proporcionální závislost mezi tlakem rtuti, sodíku a teplotou studeného bodu. V tomto bodě dochází ke kondenzaci přebytečného amalgámu.

Když výbojka svítí, na jejích koncích se usazují produkty odpařování, což vede ke ztmavnutí konců baňky. Tento proces je doprovázen nárůstem teploty katody a zvýšením tlaku sodíku a rtuti. V důsledku toho se zvyšuje potenciál a napětí výbojky. Při montáži sodíkových výbojek nejsou předřadníky od DRL a DRI vhodné.

Druh #2 — lampy nízkého tlaku

Ve vnitřním prostoru těchto přístrojů je plyn pod tlakem nižším než vnější. Dělí se na LL a KLL a používají se nejen pro osvětlení obchodních prostor, ale také pro domácí účely. Zářivky jsou v této řadě nejoblíbenější.

Přeměna elektrické energie na světelnou probíhá ve dvou fázích. Proud mezi elektrodami vyvolává záření ve rtuťových parách. Hlavní složkou vznikající zářivé energie je krátkovlnné UV záření. Viditelné světlo tvoří přibližně 2 %. Dále se záření oblouku ve fosforu transformuje na světelné.

Označení zářivek obsahuje jak písmena, tak číslice. První symbol charakterizuje spektrum záření a konstrukční vlastnosti, druhý udává výkon ve wattech.

Význam písmen:

• LD — zářivka denního světla;
• LB — bílého světla;
• LChB — také bílého, ale studeného;
• LTBS — teplého bílého.

U některých svítidel je spektrální složení záření vylepšeno za účelem dosažení dokonalejšího podání barev. V jejich označení je symbol «C». Zářivky poskytují místnostem rovnoměrné, měkké světlo.

Výhoda zářivek spočívá v tom, že pro vytvoření stejného světelného toku jako žárovky potřebují několikanásobně menší výkon. Mají také delší životnost a spektrum záření je mnohem příznivější.

Plocha vyzařování zářivek je poměrně velká, proto je obtížné řídit prostorové rozložení světla. V nestandardních podmínkách, zejména při vysoké prašnosti, se používají reflexní zářivky. V tomto případě není vnitřní plocha baňky zcela pokryta difuzní reflexní vrstvou, ale pouze ze dvou třetin.

Fosforem je pokryto 100 % vnitřního povrchu. Část baňky bez reflexního povlaku propouští mnohem větší světelný tok než stejně objemná trubice běžné zářivky – přibližně 75 %. Takové zářivky lze poznat podle označení – obsahuje písmeno «R».

V některých případech je hlavní charakteristikou zářivek barevná teplota Tc. Přirovnává se k teplotě černého tělesa, které vyzařuje stejnou chromatičnost. Podle tvaru jsou zářivky lineární, ve tvaru U, ve tvaru symbolu W, kruhové. Do označení těchto zářivek je vloženo odpovídající písmeno.

Nejpopulárnější jsou zařízení o výkonu 15–80 W. Při světelném výkonu 45–80 lm/W vydrží zářivky hořet minimálně 10 000 hodin. Na kvalitu provozu zářivek velmi ovlivňuje okolní prostředí. Za provozní se pro ně považuje venkovní teplota 18–25 °C.

Při odchylkách klesá jak světelný tok, tak účinnost světelného výkonu a zapalovací napětí. Při nízké teplotě se šance na zapálení blíží nule.

Předřadník kompaktní zářivky je mnohem kompaktnější než u běžné zářivky. Pomocí elektronického předřadníku (EPRA) se svítivost stala rovnoměrnější a hučení zmizelo.

K nízkotlakým výbojkám patří také kompaktní zářivky – KLL.

Jejich konstrukce je obdobná jako u běžných zářivek:

1. Prochází vysoké napětí mezi elektrodami.
2. Vznítí se páry rtuti.
3. Vzniká ultrafialové záření.

Fosfor uvnitř trubice činí ultrafialové paprsky neviditelnými pro lidské oko. Viditelné záření se stává jediným dostupným. Kompaktní provedení přístroje bylo umožněno po změně složení fosforu. CFL, stejně jako běžné žárovky, mají různý výkon, ale hodnoty prvních jsou výrazně nižší.

Údaje o výkonu CFL jsou obsaženy v označení světelného přístroje. Jsou tam také informace o typu patice, barevné teplotě, typu předřadníku (vestavěný nebo externí) a indexu podání barev.

Měření barevné teploty probíhá v kelvinech. Hodnota 2700–3300 K označuje teplou žlutou barvu. 4200–5400 — bílá běžná, 6000–6500 — bílá studená s modrým nádechem, 25000 — fialová. Nastavení barevnosti se provádí změnou složek fosforu.

Index podání barev charakterizuje parametr, jako je identičnost přirozenosti barvy s normou, která se maximálně blíží slunečnímu světlu. Absolutně černá — 0 Ra, největší hodnota — 100 Ra. Světelné zdroje CFL se pohybují v rozmezí 60 až 98 Ra.

Sodíkové výbojky, patřící do skupiny nízkého tlaku, mají vysokou teplotu maximálně studeného bodu — 470 K. Nižší teplota by nemohla přispět k udržení požadované úrovně koncentrace sodíkových par.

Rezonanční záření sodíku dosahuje svého vrcholu při teplotě 540–560 K. Tato hodnota je srovnatelná s tlakem par sodíku 0,5–1,2 Pa. Světelný výkon lamp této kategorie je nejvyšší ve srovnání s jinými světelnými zdroji pro všeobecné použití.

Kladné a záporné stránky GRL

Výbojky se vyskytují jak v profesionálním vybavení, tak v přístrojích určených pro vědecký výzkum.

Jako hlavní výhody světelných zdrojů tohoto typu se obvykle uvádějí tyto jejich vlastnosti:

• Vysoký stupeň světelného výkonu. Tento ukazatel příliš nesnižuje ani tlusté sklo.
• Praktičnost, projevující se v trvanlivosti, což umožňuje jejich použití pro venkovní osvětlení.
• Odolnost v náročných klimatických podmínkách. Před prvním poklesem teploty se používají s běžnými kryty, v zimě pak se speciálními svítidly a reflektory.
• Dostupná cena.

Nevýhod těchto lamp není mnoho. Nepříjemnou vlastností je poměrně vysoká úroveň pulzace světelného toku. Druhým závažným nedostatkem je složitost zapínání. Pro stabilní svícení a normální provoz prostě potřebují předřadník, který omezuje napětí na potřebné meze.

Třetí nevýhoda spočívá v závislosti parametrů hoření na dosažené teplotě, která nepřímo ovlivňuje tlak pracovní páry v baňce.

Proto většina výbojek dosahuje standardních charakteristik hoření až po určité době po zapnutí. Jejich emisní spektrum je omezené, takže podání barev jak u vysokotlakých, tak u nízkotlakých výbojek není ideální.

Tabulka uvádí základní informace o nejoblíbenějších výbojkách DRL (rtuťových luminescenčních výbojkách) a sodíkovém osvětlovacím zařízení. DRL se čtyřmi elektrodami má větší světelný tok než se dvěma.

Provoz zařízení je možný pouze při střídavém proudu. Aktivují se pomocí předřadné tlumivky. K zahřátí je potřeba určitá doba. Kvůli obsahu rtuťových par nejsou zcela bezpečné.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Informace o výbojkách. Co to je, princip činnosti, výhody a nevýhody v následujícím videu:

Video #2. Populárně o zářivkách:

Navzdory nástupu stále dokonalejších osvětlovacích zařízení neztrácejí výbojky na aktuálnosti. V některých oblastech jsou prostě nenahraditelné. Časem výbojky jistě najdou nové oblasti použití.

Vyprávějte o tom, jak jste vybírali výbojku pro instalaci do zahradního svítidla nebo domácího osvětlení. Podělte se o to, co pro vás osobně bylo rozhodujícím faktorem při koupi. Zanechte prosím komentáře v níže uvedeném bloku, ptejte se a přidávejte fotografie k tématu článku.