لامپ های فلورسنت

 


اهداف مبحث لامپ های فلورسنت :

اجزای لامپ فلورسنت

مدار راه انداز لامپ های فلورسنت

مشخصات لامپ های فلورسنت

لامپ های فلورسنت فشرده، کاتد گرم و سرد

معایب لامپ فلورسنت


 

نزدیک به ۷۰ سال از تولید لامپ های فلورسنت می گذرد. این لامپ ها به دلیل داشتن بهره نوری بالا و رنگ نور مناسب، یکی از اقتصادی ترین لامپ ها برای تأمین روشنایی هستند. بهرۀ نوری این لامپ ها در مقایسه با لامپ های التهابی، ۳ تا ۵ برابر بیشتر بوده و طول عمر آن ها نیز ۱۰ تا ۲۰ برابر بیشتر  است.

حباب لامپ های فلورسنت با گاز بخار جیوه با فشار کم پر شده است و در اثر تخلیۀ الکتریکی در گاز بخار جیوه، نور ماورای بنفش در رنج ۱۸۵ تا ۲۵۳٫۷ نانومتر و مقدار کمی نور سبز-آبی بر حسب شیمیایی و فشار گاز ساطع می شود. این نور در اثر برخورد با لایۀ پوشش داخلی فلورسنتی به نور مرئی تبدیل می شود. 

 

انواع-لامپ-فلورسنت

 

  • اجزای لامپ های فلورسنت

سطح داخلی حباب لامپ با لایۀ نازکی از فسفر پوشانده شده تا تابش فرابنفش را جذب کرده و به امواج مرئی تبدیل کند. بازدۀ این عمل حدود ۵۰% است. به دلیل اینکه در زمان روشن شدن لامپ، کاتدها داغ می شوند به این لامپ ها، لامپ های کاتد-داغ نیز می گویند. این کاتد پوشیده از رشته های تنگستن با لایه نازکی از باریم کربنات است و در زمان داغ شدن، الکترون های اضافی برای کمک به شروع تخلیه ی الکتریکی فراهم می کند. البته گرم شدن بیش از حد این رشته، باعث کاهش عمر لامپ می شود.

اجزای داخلی لامپ فلورسنت

اجزای مختلف لامپ فلورسنت 

 

برای کاهش تابش پرتوهای فرابنفش به محیط، از شیشۀ آغشته به سود استفاده می کنند. شفافیت کوارتز خیلی بیشتر از شیشه است و فقط طول موج های کوتاه تر از ۰٫۱۸ میکرومتر در آن جذب می شود.

در نتیجه حباب چراغ های مولد اشعۀ فرابنفش، از جنس کوارتز تهیه و ساخته می شوند. مقدار جیوۀ مورد استفاده کم (عمدتاً ۱۲mg) است. اخیراً در لامپ های فلورسنت، آلیاژ جیوه با چند فلز دیگر به کار می رود که مقدار جیوه را تا ۵ گرم کاهش داده است.

 


بیشتر بخوانید:

انواع لامپ فلورسنت

بالاست لامپ فلورسنت

 لامپ بخار جیوه

 لامپ بخار سدیم

                                  مقایسه لامپ بخار سدیم و جیوه

                                 انواع لامپ

                                 راه اندازی لامپ


 

  • مدار راه انداز لامپ های فلورسنت

جهت راه اندازی لامپ های تخلیه، از بالاست (چوک) و راه انداز مانند شکل به صورت موازی استفاده می شود. بالاست به منظور محدود کردن و تنظیم جریان لامپ، در زمان های کارکرد لامپ به طور دائم استفاده می شود. راه انداز، وسیله ای است که مدار پیش گرم کننده لامپ فلورسنت را به منظور راه اندازی لامپ، باز و بسته می کند.

مدار راه انداز لامپ فلورسنت

مدار راه انداز لامپ فلورسنت

 

عملکرد-لامپ-فلورسنت

 

برای راه اندازی و کار یک لامپ فلورسنت، دو عمل اساسی باید صورت بگیرد:

۱- ولتاژ نسبتا بزرگی دو سر لامپ قرار بگیرد تا تخلیه الکتریکی شروع شده و لامپ روشن شود.

۲- پس از روشن شدن لامپ، جریان مدار محدود شود.

مکانیزم فوق را می توان با کمک یک چوک (سلف) و استارتر به طریقی که توضیح داده شد، پیاده کرد و یا با کمک یک مدار الکترونیکی بالاست الکترونیکی لامپ را راه اندازی کرد. مدارات الکترونیکی راه انداز لامپ فلورسنت مزایای بسیار زیادی دارند.

 

انواع لامپ فلورسنت

 

  • مراحل راه اندازی لامپ فلورسنت

با توجه به شکل زیر مراحل راه اندازی یک لامپ فلورسنت به صورت زیر خلاصه می شود:

۱- الکترودهای رشته ای از پیش گرم شده و قرمز و درخشان هستند.

۲- کاتد شروع به یونیزه کردن گاز آرگون اطراف آن می کند.

۳- این لامپ با منبع AC تغذیه می شود، بنابراین کاتد به سمت دیگر سوئیچ می شود و مشاهده می کنید که سمت چپ شروع به یونیزه شدن می کند؛ طرف دیگر (اکنون آند) گرم و یونیزه می ماند.

۴- کاتد سمت چپ کاملاً گرم می شود و هر دو طرف گرم می شوند.

۵- بالاست یک ولتاژ ضربه بالا را فراهم می کند که فوراً کل لوله را به سطح روشنایی بالایی یونیزه می کند.

۶- لامپ به ولتاژ عادی بر می گردد و گرمای آن تمام جیوه را تبخیر می کند، لامپ به صورت عادی کار می کند.

 

 

مراحل-راه اندازی-لامپ-فلورسنت
                                                                                                 مراحل راه اندازی لامپ فلورسنت

 

  • مشخصات لامپ های فلورسنت

از پارامترهای تعیین کنندۀ لامپ می توان به میزان بهرۀ نوری و عمر آن، توان نوری لامپ نسبت به عمر آن، رنگ و طیف نورانی لامپ، اختلالات رادیویی، اثر تغییر ولتاژ شبکه بر روی لامپ و …  اشاره کرد.

 تأثیر دما: بیشترین بهرۀ لامپ، زمانی به دست می آید که دمای محیط بین ۲۰ تا ۳۰ درجه باشد. کاهش دمای محیط باعث کاهش فشار جیوه می شود که نتیجه ی آن، کاهش انرژی امواج فرابنفش تولیدی و کاهش نور خروجی است. افزایش دمای محیط سبب افزایش طول موج تولیدی فرابنفش و نزدیک شدن آن به طیف مرئی  است که تأثیر کمی بر لایه ی فسفر می گذارد و نور خروجی کاهش می یابد. در نتیجه، کاهش و افزایش دمای محیط، سبب کاهش نور خروجی می شود.

لامپ های فلورسنت نور حقیقی به شمار می روند اما تابش مستقیم پرتوهای نوری لامپ های مهتابی یا فلورسنت به علت وجود اشعه ی UV برای پوست مضر است و موجب افزایش چین و چروک پوست صورت و نیز ایجاد کک و مک می شود.

با بررسی های انجام شده مشخص شده است که میزان تابش پرتوهای اشعۀ فرابنفش از یک لامپ معمولی فلورسنت بیش از ۲۸۰۰ نانومتر بوده که این مقدار از اشعۀ UV با تحریک سلول های رنگ دانه ساز موجب افزایش پیگمان و ایجاد بیماری ملاسما و کک و مک بر روی صورت افراد می شود. همچنین از عوارض روحی و روانی نور لامپ های فلورسنت می توان به خستگی زودرس، افسردگی، ضعف و بی حالی، از دست دادن تمرکز، کاهش بازدۀ کاری و افزایش تنش های روحی اشاره نمود.

 

  • تجهیزات لامپ فلورسنت

لامپ های فلورسنت می بایست از طریق یک مدار راه انداز به شبکه برق سراسری وصل شوند. به صورت خلاصه، عملکرد مدار راه انداز لامپ فلورسنت را می توان در موارد زیر خلاصه کرد:

۱- تامین ولتاژ زیاد حدود (۷۱۰۰۰ – ۸۰۰) در دو سر لامپ در لحظه راه اندازی، به مدت كوتاه،

۲- محدود کردن جریان خط پس از راه اندازی لامپ

۳- جبران سازی توان راکتیو مصرفی

 

برای انجام وظایف فوق دو نوع مدار مغناطیسی و الکترونیکی را می توان مورد استفاده قرار داد. به مدارهای مغناطیسی اصطلاحاً بالاست مغناطیسی (Magnetic Ballast) می گویند که به دلیل اینکه استفاده از آنها در حال منسوخ شدن است و در گذشته بیشتر مورد استفاده قرار می گرفتند، به آنها مدار راه انداز قدیمی (Conventional Control Gear – CCG) نیز می گویند. 

 

تجهیزات-مورد-نیاز-لامپ-فلورسنت

 

با پیشرفت مدارات الکترونیکی، مداراتی که آنها را بالاست الکترونیکی (Electronic Ballast – Electronic control Gear – ECG) می نامیم، به بازار معرفی شده اند.

 

  • تجهیزات لامپ فلورسنت فشرده

لامپ های فلورسنت فشرده که به آن ها لامپ کم مصرف نیز گفته می شود، از نظر عملکرد هیچ تفاوتی با لامپ های فلورسنت ندارند، در نتیجه تجهیزات لامپ فلورسنت فشرده نیز دارای دو نوع بالاست مغناطیسی و بالاست الکترونیکی هستند تنها تفاوتی که در این زمینه وجود دارد این است که برخی از لامپ های کم مصرف دارای استارتر داخلی در انتهای پایه کلاهک خود هستند و لذا این نوع لامپ ها دارای پایه کلاهک با دو پین هستند و تنها می توان آنها را بالاست مغناطیسی راه اندازی نمود.

 با اینکه مقدار جریان پیش گرمایش و مدت زمان آن برای لامپ های فلورسنت و فلورسنت فشرده متفاوت است، در بسیاری از موارد بالاست های الکترونیکی مربوط به لامپ های فلورسنت را می توان برای لامپ های فلورسنت فشرده با توان مشابه نیز به کار برد. در این صورت باید به اطلاعات ارایه شده توسط کارخانه سازنده در مورد بالاست الکترونیکی و نوع لامپ های مناسب برای آن توجه کرد.

 

  • تخلیه الکتریکی

 می دانیم الکترون های هر اتم در مدارهای معینی که ترازهای انرژی مشخصی دارند به دور هسته در حال گردش هستند. اعمال ولتاژ ناگهانی زیاد (به روشی که توضیح داده شد) باعث می شود این الکترون ها انرژی دریافت کرده و از تراز اصلی انرژی خود خارج شوند و به ترازهای بالاتر انرژی بروند، بعد از عادی شدن جریان و رسیدن ولتاژ به ولتاژ شبکه، الکترون ها دوباره به ترازهای قبلی خود باز می گردند و در حین بازگشت انرژی دریافت شده در مرحله قبل، به صورت نور ماوراء بنفش آزاد می کنند.

نور ماوراء بنفش در اثر برخورد با مواد فلورسانس به نور مرئی تبدیل می شود. در این دسته از لامپ ها الكترود نقش مهمی در شروع تخلیه الکتریکی دارد. اغلب لامپ های فلورسنت که در دنیا مورد استفاده قرار می گیرند از این نوع هستند.

 

انواع لامپ فلورسنت

 

  • لامپ های فلورسنت فشرده

در سال های اخیر به دلیل اهمیت صرفه جویی در انرژی، استفاده از لامپ های فلورسنت فشرده CF معروف به لامپ کم مصرف فراوان شده است و تولید لامپ های فلورسنت فشرده تحول بسیار عظیمی در بهینه سازی مصرف انرژی الکتریکی برای تامین روشنایی ایجاد کرد.

اساس کار این لامپ ها همانند لامپ های قدیمی است ولی در ساختمان آنها از بالاست الکترونیکی استفاده شده قطر و طول لوله لامپ کوچک شده و راه انداز نیز ندارند، لذا حجم کوچکتری را اشغال می کنند. این گروه لامپ ها تا توان مصرفی یکصد وات در بازار عرضه شده اند. 

لامپ های فلورسنت فشرده، CFL یا (Compact Fluorescent Lamp) با ادوات کنترلی سرهم و یا جداگانه ساخته می شوند. این لامپ ها از نظر عملکرد، کاملاً شبیه لامپ های فلورسنت هستند و حجم آنها بسیار کوچک تر از لامپ های فلورسنت است با این حال به دلیل مصرف بسیار پایین انرژی و بازدهی بسیار خوب آن ها در مقایسه با لامپ های رشته ای، به لامپ های کم مصرف مشهور شده اند.

 

لامپ-فلورسنت-فشرده
                                                                  لامپ-فلورسنت-فشرده

 

رنج توان این لامپ ها از ۵ تا ۵۵ وات است ولی در توان های ۱۲۵ تا ۲۰۰ وات نیز تولید می شود. از مزایای لامپ های فلورسنت نسبت به دیگر لامپ ها می توان به طول عمر بالاتر، افت شار نوری بسیار کم و شار نوری اولیه بالاتر اشاره کرد. معایب لامپ های فلورسنت شامل سوسو زدن یا اثر استروبوسکوب، تداخل با امواج رادیویی (وجود تابش با طیف امواج بلند) و وجود ترازهای فشار صوت پیوسته ای می شود.

با توجه به اینکه ساختمان و طرز کار این نوع لامپ ها مشابه لامپ های فلورسنت است، پس همانند لامپ های فلورسنت نیاز به مدارات جانب راه انداز و نیز مدار محدود کننده جریان دارند. مدار لامپ های فلورسنت فشرده می تواند همانند لامپ فلورسنت، شامل استارتر و چوک باشد و یا یک مدار الکترونیکی باشد که خواسته مورد نظر را تأمین کند. این مدار الکترونیکی می تواند به صورت مجزا باشد و یا اینکه در یک حجم بسیار کوچک مجتمع شده و در داخل ساختمان لامپ قرار بگیرد.

 

  • لامپ های فلورسنت کاتد گرم

لامپ های فلورسنت کاتد گرم دارای دو الکترود در دو سر لامپ است که شامل دو فيلامان تنگستنی است. هنگام برقرای جریان این رشته ها به صورت لحظه ای گرم می شود و جریانی صورت می گیرد که راه انداز برقرار می کند.

راه انداز یک لامپ حاوی دو فلز بی متال با عملکرد حرارتی یا سوئیچی که در مدت زمان کوتاهی از برقراری جریان به علت گرم شدن، جریان آن قطع می گردد لذا راه انداز پس از گرم شدن الکترود لامپ و کاهش مقاومت داخلی آن، بلافاصله به طور خودکار از مدار خارج می گردد.

پس از تبخیر جیوه مقاومت الکتریکی داخلی لامپ کاهش می یابد و جریان الکتریکی بین دو سر لامپ برقرار می گردد. الکترون ها در برخورد به اتم های جیوه باعث تحریک آنها و تابش طیف در طول موج فرابنفش حدود nm ۲۵۳ می گردد. این تابش در برخورد با لایه فلئورسانس به طیف مرئی تبدیل می گردد. حداکثر توان نوری لامپ در مدت کوتاهی تولید می گردد و در صورت قطع برق بلافاصله امکان روشن شدن آن وجود دارد.

در ساختمان چراغ فلورسنت از بالاست برای تامین جریان یکنواخت، محدود کردن جریان، جلوگیری از اتصال کوتاه و نیز حفاظت لامپ در مقابل نوسانات الکتریکی استفاده می شود. همچنین از یک خازن برای تصحیح ضریب توان استفاده می شود.

 

لامپ-فلورسنت-کاتد-گرم

 

توان ظاهری هر واحد مصرف روشنایی بر حسب kVA است که باید برای بار آن تامین گردد. ضریب توان همواره کوچکتر یا مساوی یک است. و هرچه بزرگتر باشد بهتر است، زیرا بزرگ بودن آن حاکی از این است که مؤلفه راکتیو بار کوچکتر است.

همان گونه که عنوان شد، استفاده از خازن برای اصلاح ضریب توان متداول است. هنگام استفاده از خازن بخشی از راکتانس القایی ناشی از بالاست که به صورت مثبت است، توسط یک راکتانس منفی محدود می گردد و در نتیجه زاویه فاز کوچک می گردد.

 

  • لامپ های فلورسنت کاتد سرد

در ساختمان لامپ فلورسنت کاتد سرد، فيلامان گرم شونده و استارتر وجود ندارد. جنس کاتد از آهن یا نیکل است و تبخیر جیوه از طریق ایجاد یک ولتاژ بالا در هنگام راه اندازی لامپ صورت می گیرد. الکترودها به دلیل متناوب بودن جریان نقش آند و کاتد را به طور متناوب بازی می کنند. در ساختمان چراغ های فلورسنت بالاست و خازن وجود دارد.

 

لامپ-فلورسنت-کاتد-سرد

 

  • تفاوت ساختار لامپ فلورسنت و لامپ فلورسنت کاتد سرد CCFL

 

تفاوت-ساختار-لامپ-فلورسنت-و-لامپ-کاتد-سرد-CCFL

 

  • معایب لامپ های فلورسنت

    • یکی از معایب لامپ های فلورسنت که اخیراً مورد بررسی قرار گرفته است، تولید هارمونیک در شبکۀ برق رسانی است که سبب ایجاد اختلال هایی در کار وسایل ابزار دقیق، کاهش طول عمر چوک ها، ایجاد نویز بر وسایل و … است که در کشورهای صنعتی و در مراکز مهم از این لامپ ها استفاده نمی شود و یا از نوعی فیلترینگ برای کاهش اثرات آن استفاده می شود.

 

 

لامپ فلورسنت

 

    • خاصیت کم مصرف بودن این لامپ ها زمانی است که جیوۀ درون لامپ داغ می شود و در حالات ابتدایی روشن شدن لامپ، هیچ مصرف کمتری نسبت به لامپ های التهابی ندارد.

 

    • اثر استروبوسکوب یا سوسو زدن یکی از معایب این لامپ ها است. به دلیل متناوب بودن جریان برق، در لامپ های فلورسنت، نوسان جزیی تابش اتفاق می افتد که در حالت عادی برای چشم قابل تشخیص نیست ولی اگر در محدوده دید، تصاویر یا اشیاء در حال چرخش باشند در برخی سرعت ها ممکن است ساکن به نظر برسند یا بیننده در تشخیص موقعیت آنها دچار اشتباه گردد. برای برطرف کردن این عیب از سیستم دو لامپی یا سه لامپی استفاده میشود و در مسیر یک لامپ، یک خازن را برای ایجاد تقدم فاز اضافه می کنند.

 

    • تداخل با امواج رادیویی، تلویزیونی باعث می شود که گیرنده ها صوت یا تصویر واضحی نداشته باشند. علت این امر به تابش طیف ناشی از تحریک جیوه در محدوده امواج بلند دانسته اند. به همین ترتیب در بالاست غیر استاندارد و بالاست معیوب امکان ایجاد میدان های مزاحم برای دریافت امواج وجود دارد. رادیوها بیشتر در طول موج AM و FM با این مشکل مواجه می شوند. برای رفع این اشکال باید در مسیر آنتن رادیو از مدار ضد تداخل استفاده گردد یا فاصله آنتن تا لامپ فلورسنت از ۳ متر بیشتر باشد.

 

    • عامل مزاحم دیگر تولید امواج صوتی توسط بالاست معیوب می باشد. بالاست غیر استاندارد یا معیوب میتواند ترازهای فشار صوت پیوسته ای ایجاد کند که در مکانهای ساکت باعث آزار استفاده کنندگان گردد که در این صورت تعویض بالاست توصیه می شود.

در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

مقالات مرتبط

نظرات