انواع 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 است. 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. 

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 تخلیۀ الکتریکی فراهم می کند. البته گرم شدن بیش از حد این رشته، باعث کاهش عمر لامپ می شود.

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.

انواع لامپ فلورسنت به دلیل داشتن بهره نور بالا و رنگ نور مناسب برای تأمین روشنایی به ویژه روشنایی داخلی کاربرد زیادی دارد. حباب این لامپ ها با گاز بخار جیوه با فشار کم پر شده است و در اثر تخلیه الکتریکی در گاز بخار جیوه، نور ماوراء بنفش ساطع می شود، این نور در اثر برخورد با لایه پوشش داخلی فلورسانی به نور مرئی تبدیل می شود.

شروع تخلیه الکتریکی به دو صورت ممکن است صورت بگیرد:

۱- استفاده از الکترود و جریان پیش گرم کننده 

۲- استفاده از میدان مغناطیسی (لامپ های بدون الکترود)

لامپ فلورسنت با الکترود

یکی از انواع لامپ فلورسنت لامپ فلورسنت با الکترود است. برای بررسی مکانیزم تخلیه الکتریکی در این گروه از لامپ ها، ابتدا مدار الکتریکی لامپ فلورسنت را در نظر می گیریم:

در لحظه اول با وصل کلید، جریان الکتریکی از مسیر استارتر عبور می کند. استارتر از دو فلز تشکیل شده که به فاصله کمی از هم داخل یک محفظه که از گاز نئون پر شده است قرار گرفته اند.

در لحظه اول با وصل کلید، ولتاژ خط بر روی این دو فلز قرار گرفته و در نتیجه در گاز نئون تخلیه الکتریکی آغاز می شود.

در اثر وقوع تخلیه الکتریکی فضای داخل محفظه و به دنبال آن یکی از فلزها که از دو جنس مختلف تشکیل شده، گرم می شود و در اثر انبساط به سمت دیگری متمایل می شود، تا آنجا که دو فلز به یکدیگر بچسبند.

با وصل شدن دو فلز به یکدیگر تخلیه الکتریکی در گاز نئون متوقف می شود و داخل محفظه شروع به سرد شدن می کند. در طی این مدت جریان الکتریکی از مسیر چوک، استارتر و الکترودهای قرار گرفته در دو سر لامپ عبور می کند و باعث گرم شدن گاز داخل لامپ نیز می شود.

با سرد شدن فضای داخل استارتر، فلزها منقبض شده و به جای اصلی خود باز می گردند. در نتیجه جریان الکتریکی به طور ناگهان قطع می شود. از آنجا که یک چوک (سلف ) در مسیر جریان الکتریکی قرار گفته است، قطع ناگهانی جریان باعث القای ولتاژ الکتریکی بالایی در دو سر چوک می شود، این ولتاژ به علاوه ولتاژ شبکه دو سر لامپ می افتد و تخلیه الکتریکی در گاز بخار جیوه که قبلاً توسط الکترودها گرم شده بود، امکان پذیر می شود.

چنانچه به هر دلیلی (نظیر پایین بودن دمای محیط یا فرسودگی الکترودها) دمای لامپ به اندازه کافی بالا نرفته باشد، این ولتاژ برای تخلیه الکتریکی کافی نخواهد بود و لامپ روشن نمی شود. در نتیجه مجدداً تخلیه الکتریکی در گاز نئون داخل استارتر صورت می گیرد و سیکل مجدداً تکرار می شود و آنقدر ادامه می یابد تا دمای گاز داخل حباب به اندازه کافی افزایش یابد تا تخلیه الکتریکی در آن امکان پذیر شود.

چشمک زدن لامپ فلورسنت قبل از روشن شدن به همین دلیل است. پس از روشن شدن لامپ و شروع تخلیه الکتریکی، جریان از داخل تیوب عبور می کند و نور منتشر می کند.

پس از روشن شدن لامپ، مقاومت الکتریکی مسیر عبور جریان از داخل لامپ، بسیار کم است، در نتیجه برای اینکه به شبکه تأسیسات الکتریکی آسیبی نرسد، لازم است که جریان به ترتیبی محدود شود.  در این لحظه، چوک همانند یک امپدانس بزرگ در مسیر جریان قرار گرفته و جریان عبوری را محدود می کند.

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.

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.

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، گاز آرگون اطراف خود را یونیزه 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 شود و گرمای آن تمام جیوه را تبخیر می کند، لامپ به صورت عادی کار می کند.

راه اندازی 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.

تخلیه الکتریکی لامپ فلورسنت

 می دانیم الکترونهای 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 فلورسان به نور مرئی تبدیل می شود. در این دسته از لامپ ها الکترود نقش مهمی در شروع تخلیه الکتریکی دارد. اغلب لامپ های فلورسنت که در دنیا مورد استفاده قرار می گیرند از این نوع است.

لامپ های فلورسنت بدون الکترود

الکترود یکی از مهمترین نقش ها را در عملکرد لامپ دارد. از سوی دیگر الکترود آسیب پذیرترین قسمت لامپ است و در اغلب موارد عامل اصلی خرابی و پایان عمر لامپ، از بین رفتن الکترود و یا به اتمام رسیدن ماده امیتری که سطح فیلامان لامپ را پوشانده، است.

مورد اول باعث می شود که لامپ اصلا روشن نشود و در اثر به اتمام رسیدن ماده امیتر پوشاننده فیلامان لامپ، لامپ مرتباً چشمک می زند و نمی تواند روشن شود. همچنین وجود فیلامان باعث می شود که لامپ نسبت به لرزش بسیار حساس باشد. برای حل مشکلات ذکر شده، لامپ هایی به عنوان لامپ های فلورسنت بدون الکترود (Electrodless) به بازار عرضه شده اند.

تیوب این نوع  لامپ به صورت یک حلقه کاملاً بسته است که دو حلقه فلزی در دو طرف آن قرار دارد. وظیفه این حلقه ها ایجاد میدان مغناطیسی قوی داخل تیوب است.

 

در نتیجه الکترون های لایه آخر که قبلاً به واسطه بمباران الکترونی، انرژی گرفته و به ترازهای بالاتر منتقل می شدند، این بار انرژی مورد نیاز خود را از میدان مغناطیسی اعمال شده دریافت می کنند. ادامه مکانیزم همانند لامپ های قبلی است، یعنی الکترون ها در بازگشت، اشعه ماوراء بنفش منتشر می کنند که با استفاده از پوشش فلورسان به نور مریی تبدیل می شود.

یکی از انواع لامپ فلورسنت، لامپ های بدون الکترود آن ها است. با توجه به حذف الکترود، طول عمر این لامپ ها بسیار بالا است در واقع، چنانچه لامپ دچار شکستگی نشود، این لامپ ها می توانند کار کنند، با این حال، به دلیل افت خاصیت فسفر در تبدیل اشعه ماوراء بنفش به نور مرئی، طول عمر متوسط برای این لامپ ها در حدود ۶۰۰۰۰ ساعت تعریف می شود که پس از این مدت با اینکه لامپ روشن است ولی شار نوری آن به %۵۰ مقدار اولیه رسیده است.

کاربرد لامپ فلورسنت بدون الکترود

در حال حاضر در اغلب مواردی که تعویض لامپ در آنها با دشواری همراه است، نظیر داخل تونل، سقف های بسیار بلند و … و نیز مواردی که در محیط لرزش وجود دارد، نظیر محیط های صنعتی، دیواره ماشین آلات، صنایع نفت، گاز و پتروشیمی و … از این لامپ ها استفاده می شود.

---

مقاله پیشنهادی: بالاست لامپ فلورسنت

---

انواع لامپ فلورسنت بر حسب رنگ

مواد مختلفی که به فسفر داخل حباب افزوده می شوند، رنگ نور و نیز درصد بازتاب رنگ لامپ را تعیین می کنند، همچنین کیفیت فسفر، در میزان افت شار نوری لامپ که در اثر طول عمر لامپ اتفاق می افتد تاثیر می گذارد.

همچنین، پوشش فسفر بر نمود رنگ لامپ نیز تاثیر می گذارد. اوایل، لامپ های فلورسنت با یک لایه پوشش فسفر به بازار عرضه می شدند که به آنها اصطلاحاً لامپ های فلورسنت با پوشش هالوفسفات (Halophosphat) می گویند.

بیشتر لامپ های فلورسنت که در حال حاضر در ایران تولید و مصرف می شوند از این نوع است. شاخص نمود رنگ در این لامپ ها بین %۷۰ – ۵۰ است و به همین دلیل در گروه های ۲B و ۳  قرار دارد، که در اصطلاح تجاری این نوع لامپ ها را نوع BASIC می نامند.

 نسل بعدی لامپ های فلورسنت که در ده سال اخیر به بازار عرضه شده اند، دارای پوشش فسفر سه لایه هستند که اصطلاحاً به آنها ترایبند (Triband) می گویند و در واقع بخش اصلی پوشش فسفر این لامپ ها، از سه لایه فسفر تشکیل شده که هر کدام از آنها حاوی یکی از رنگ های اصلی است به همین دلیل، طیف نور این لامپ ها، کامل تر از لامپ های فلورسنت با پوشش هالوفسفات است. در نتیجه نمود رنگ این لامپ ها بهتر است به گونه ای که این لامپ ها را در گروه ۱B (نمود رنگ  ۸۰- ۹۰ %) قرار می دهند.

از طرفی به دلیل وجود سه لایه فسفر، راندمان این لامپ ها در تبدیل اشعه ماوراء بنفش به نور مرئی بالاتر است در نتیجه شار نوری این نوع لامپ ها نسبت به لامپ های با پوشش هالوفسفات بالاتر است. افت شار نوری لامپ های فلورسنت با پوشش فسفر سه لایه نسبت لامپ های با پوشش هالوفسفات بسیار کمتر است. علل اصلی افت شار نوری لامپ های فلورسنت، کاهش ماده امیتر و در نتیجه کاهش تعداد الکترون است. در اثر کاهش تعداد الکترون ها، تعداد برخورد با اتم جیوه و تحریک اتم بخار جیوه کمتر می شود، در نتیجه مقدار نور کمتری منتشر می شود.

از سوی دیگر کم شدن خاصیت فلورسان فسفر در تبدیل اشعه ماوراء بنفش به نور مرئی دلیل دیگری برای افت شار نوری لامپ است. در واقع، پوشش فسفر داخل حباب لامپ، تحت استرس شدید فضای داخل تیوب قرار می گیرد.

در صورتی که پوشش فسفر یک لایه باشد، در اثر این استرس، پوشش فسفر کم کم خاصیت خود را از دست داده و در نتیجه مقدار کمتری از اشعه ماوراء بنفش را به نور مرئی تبدیل می کند. در مورد لامپ های ترایبند، به دلیل ضخامت بیشتر لایۀ فسفر، میزان سایش فسفر در اثر تلاطم گازهای داخل لامپ بسیار کمتر بوده و در نتیجه افت شار نوری لامپ با گذر عمر آن بسیار کمتر است.

مزیت دیگر لامپ های فلورسنت ترایبند طول عمر بالاتر آنها است. لازم به یادآوری است که از نظر ابعاد و پارامترهای الکتریکی لامپ های ترایبند هیچ تفاوتی با لامپ های هالوفسفات ندارند و تنها تفاوت آنها در ویژگی های نور آنها است.

مزایای لامپ فلورسنت ترایبند

چنانچه بخواهیم مزایای لامپ های فلورسنت ترایبند را نسبت به لامپ های فلورسنت با پوشش هالوفسفات بیان کنیم، موارد زیر را ذکر خواهیم کرد:

 ۱- نمود رنگ خوب (گروه ۱A)

نمود رنگ لامپ های فلورسنت ترایبند بالای %۸۰ است و در بسیاری از کاربردها، از جمله بیمارستان ها، مدارس، دفاتر اداری و …، طبق استاندارد [۴] و [۵] نمود رنگ باید در گروه ۱ (یعنی ۱A یا ۱B) باشد.

٢- شار نوری اولیه بالاتر

شار نوری اولیه یک فلورسنت ترایبند در حدود %۲۰ بیشتر از لامپ فلورسنت هالوفسفات با توان مشابه است. در نتیجه تعداد چراغ های مورد نیاز و مصرف انرژی الکتریکی به همین نسبت کاهش می یابد.

 ۳- افت شار نوری بسیار کم

یکی از فاکتورهای مهم در زمینه طراحی روشنایی، افت شار نوری لامپ است.

چنانچه افت شار نوری یک لامپ کم باشد، در مرحله طراحی، تعداد لامپ (چراغ) کمتری محاسبه می شود که این امر خود کاهش مصرف انرژی و هزینه های روشنایی را به دنبال دارد.

 ۴- طول عمر بالاتر 

طول عمر یک لامپ فلورسنت ترایبند در حدود ۱٫۵ برابر لامپ های فلورسنت معمولی است. در نتیجه هزینه های خرید و تعویض لامپ در بلند مدت بسیار کمتر می شود.