Люминесцентная лампа представляет собой цилиндрическую стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем порошкообразного кристаллического вещества – люминофора. Последний обладает способностью испускать видимый свет под воздействием невидимых ультрафиолетовых лучей. Внутри трубки, из которой предварительно выкачан воздух, находится газ аргон и капелька ртути. На концах трубки, внутри ее расположены электроды из вольфрамовой проволоки, присоединенные к наружным штыревым контактам.
Если к электродам лампы приложить определенное по величине напряжение, то под действием образовавшегося электрического поля свободные электроны перемещаются к аноду, а положительные ионы – к катоду. В лампе возникает электрический разряд. В первый момент газовый разряд возникает в атмосфере аргона, а по истечении небольшого промежутка времени, достаточного для испарения ртути, электрический разряд распространяется на пары ртути. Под действием ультрафиолетовых излучений ртутных паров люминофор, нанесенный на стенках трубки, испускает видимый свет. Таким образом, в люминесцентной лампе имеет место двухступенчатый энергетический процесс: первая ступень – превращение электрической энергии, проводимой к лампе, в энергию невидимых ультрафиолетовых излучений паров ртути и вторая степень – преобразование ультрафиолетовых излучений в видимое свечение люминофора.
Принципиальная схема включения состоит из люминесцентной лампы, стартера, являющимся пусковым органом, дросселя и двух конденсаторов. Стартер представляет собой небольшой, наполненный неоном стеклянный баллон с двумя электродами, один из которых является биметаллической пластинкой. В нормальном состоянии между холодными электродами имеется зазор в 2-3 мм. Напряжение зажигания стартера ниже напряжения сети и ниже напряжения зажигания люминесцентной лампы с холодными электродами, но оно выше напряжения зажигания этой лампы с нагретыми электродами. При включении лампы в электрическую сеть между электродами стартера возникает тлеющий разряд, нагревающий биметаллическую пластинку. Последняя разгибается и соприкасается с неподвижным электродом. При этом замыкается цепь пускового тока, который, протекая через электроды люминесцентной лампы, нагревает их примерно до 800 град. При замыкании контактов неоновой лампы разряд в ней прекращается, биометрическая пластинка остывает и, приняв прежнюю форму, разрывает цепь тока. В этот момент все напряжение сети оказывается приложенным к нагретым электродам люминесцентной лампы и в ней возникает газовый разряд – лампа “зажигается”. Весь описанный процесс длится несколько секунд.
Дроссель представляет собой индуктивную катушку со стальным сердечником; его назначение – стабилизировать разряд, т.е. обеспечить постоянство величины тока в цепи лампы. Наличие индуктивности в схеме обуславливает, однако, низкий cosф цепи порядка 0,55. Для повышения cosф до 0,9-0,95 к выходным зажимам схемы включается конденсатор. Параллельно стартеру включается другой конденсатор, предназначенный для снижения радиопомех, возникающих при включении лампы.
Световая отдача люминесцентных ламп превышает в 4-5 раз световую отдачу ламп накаливания той же мощности. С учетом потерь энергии в дросселе экономичность работы люминесцентных ламп оказывается в 3-4 раза больше, чем ламп накаливания. Средний срок службы люминесцентных ламп – 3000 часов. Колебания напряжения в осветительной сети влияют на световой поток люминесцентных ламп меньше, чем у ламп накаливания. Однако при снижении напряжения затрудняется зажигание ламп; повышение напряжения приводит к преждевременному разрушению электродов. Люминесцентные лампы чувствительны к колебаниям температуры окружающей среды. Лампы рассчитаны для работы при внешней температуре от +18 до +25 град. При повышенной или пониженной температуре светоотдача ламп падает. При температуре воздуха ниже +10 град. лампа может не загореться.
Недостатком люминесцентных ламп так же является стробоскопический эффект: свет лампы пульсирует с частотой 100гц (при частоте питающего тока 50гц), т.к. в конце каждого полупериода переменного тока разряд в лампе временно прекращается и свечение люминофора ослабевает. Стробоскопический эффект вызывает утомление глаз. Поэтому рекомендуется включать отдельные люминесцентные лампы многоламповых светильников на различные фазы трех фазной сети.
