Lampy indukcyjne: budowa, rodzaje, zakres zastosowania + zasady wyboru

Obecnie konsumenci coraz częściej wybierają energooszczędne urządzenia oświetleniowe do użytku domowego i przemysłowego. Jednak oprócz oszczędności ważną rolę odgrywa również jakość podświetlenia. Godną alternatywą dla tradycyjnych źródeł oświetlenia są lampy indukcyjne.

Emitują przyjemne dla oczu miękkie światło, nie zmieniające obiektywnego postrzegania przedmiotów. Przyjrzyjmy się razem budowie i zasadom działania lamp indukcyjnych.

Budowa i zasada działania

Podstawowym źródłem światła w lampie indukcyjnej jest plazma, sztucznie wytworzona w wyniku jonizacji mieszaniny gazów za pomocą pola elektromagnetycznego o wysokiej częstotliwości.

Prąd wytwarza zmienne pole elektryczne, powodując powstanie wyładowania gazowego w szklanej bańce. Wzbudzona rtęć generuje promieniowanie UV, które dzięki luminoforowi przekształcane jest w światło widzialne.

Lampy indukcyjne należą do kategorii gazowych źródeł światła, o których więcej napisano w tym materiale.

Konstrukcja lampy indukcyjnej obejmuje trzy podstawowe elementy funkcjonalne:

• rurę wyładowczą;
• cewkę indukcyjną z pierścieniem ferrytowym;
• elektroniczny statecznik.

Wewnątrz rury znajdują się krople amalgamatu rtęci. Sama bańka wypełniona jest gazem o niskiej reaktywności chemicznej – argonem/kryptonem, a jej wewnętrzna powierzchnia pokryta jest nieorganicznym luminoforem.

Cewka indukcyjna i elektromagnes tworzą wysokoczęstotliwościowe pole magnetyczne, pod wpływem którego swobodne elektrony są przyspieszane, zderzają się i wzbudzają atomy rtęci.

W rezultacie powstaje promieniowanie ultrafioletowe. Dzięki luminoforowi jest ono przekształcane w widoczne, jasne świecenie.

Podobnie jak w zwykłych lampach fluorescencyjnych, połączenie różnych luminoforów w powłoce bańki lampy indukcyjnej daje świecenie w różnych kolorach. Najczęściej spotyka się urządzenia o temperaturze kolorymetrycznej 3500 K, 4100 K, 5000 K, 6500 K.

Elektroniczny statecznik podłączany jest do źródła napięcia stałego 12 V/24 V lub do sieci napięcia sinusoidalnego 120 V/220 V/380 V.

System sterowania rozrusznikiem przekształca prąd zmienny 50 Hz na stały, a następnie na prąd o wysokiej częstotliwości od 190 kHz do 2,65 MHz.

Ten prąd wysokiej częstotliwości tworzy pole magnetyczne. Ponadto rozrusznik generuje silny impuls startowy, który zapala indukcyjne źródło światła.

Aby zapewnić stabilną pracę bezelektrodowego urządzenia oświetleniowego, system sterowania może również zmieniać natężenie prądu elektrycznego i jego częstotliwość przez cewkę induktora.

W celu zmniejszenia rozpraszania wysokoczęstotliwościowego pola elektromagnetycznego lampy wyposaża się w ferrytowe ekrany i/lub specjalne rdzenie.

Główna różnica między indukcyjnymi lampami energooszczędnymi a innymi źródłami światła – brak żarników i kontaktowych termokatod. W oprawach indukcyjnych magnesy znajdują się na zewnątrz, czyli nie ma bezpośredniego kontaktu elektrod z zjonizowanym gazem.

Sprawia to, że bańka urządzenia oświetleniowego jest bardziej jednorodna i mniej więcej równomiernie obciążona temperaturą.

Przy dłuższej pracy takiego oświetlenia nie obserwuje się pękania szklanej bańki, z czasem materiał elektrody nie osadza się na ściankach.

Brak żarowych elektrod, niezbędnych do zapłonu zwykłych żarówek, pozwala osiągnąć niezwykle długi okres eksploatacji opraw indukcyjnych – do 120 000 godzin pracy.

Niektórzy producenci deklarują nawet żywotność do 150 000 godzin. Wskaźnik ten jest 10 razy wyższy od trwałości prostych lamp fluorescencyjnych, wyładowczych wysokoprężnych, rtęciowo-wolframowych oraz sodowych urządzeń oświetleniowych.

Ponadto żywotność indukcyjnych źródeł światła jest około 2-3 razy dłuższa niż okres eksploatacji diod LED.

Rodzaje lamp indukcyjnych

Po raz pierwszy lampę bez kontaktowych elektrod zaprezentował Nikola Tesla w odległym 1893 roku na Wystawie Światowej w Chicago. Zaprezentowane publiczności urządzenie oświetleniowe zasilane było polem magnetycznym cewki Tesli. A pierwszy niezawodny prototyp indukcyjnego źródła światła stworzył Dżon Melwin Anderson w 1967 roku.

Klasyfikacja lamp bez elektrod

W 1994 roku firma General Electric zaprezentowała kompaktową energooszczędną lampę GENURA ze wbudowanym wysokoczęstotliwościowym generatorem w trzonku.

Produkcja seryjna indukcyjnych lamp fluorescencyjnych rozpoczęła się w latach 90. XX wieku.

Obecnie liderami w produkcji bezelektrodowych energooszczędnych urządzeń oświetleniowych są korporacje PHILIPS Lighting, GE Lighting oraz OSRAM Licht AGO. W tabeli podano parametry i koszt różnych modeli lamp tych producentów.

W zależności od typu konstrukcji, indukcyjne źródła światła dzielą się na:

• ze zintegrowanym statecznikiem – generator elektryczny i lampa są połączone w jednym bloku;
• z oddzielnym elektronicznym rozrusznikiem – zewnętrzny generator i lampa są osobnymi urządzeniami.

W zależności od sposobu umieszczenia cewki lampy te dzielą się również na urządzenia z induktorem zewnętrznym (niskoczęstotliwościowe) i wewnętrznym (wysokoczęstotliwościowe).

W pierwszym przypadku cewka z rdzeniem ferromagnetycznym jest owinięta wokół bańki. Częstotliwość robocza żarówek z indukcją zewnętrzną wynosi od 190 do 250 kHz.

Mają lepsze warunki do intensywnej wymiany ciepła z otoczeniem, ponieważ cewka na zewnątrz szczelnej bańki łatwo rozprasza ciepło wytwarzane przez urządzenie. Żywotność urządzeń niskiej częstotliwości wynosi do 120 000 godzin.

W drugim przypadku cewka indukcyjna z nawiniętym rdzeniem znajduje się wewnątrz szklanej bańki. Wydzielane ciepło gromadzi się we wnętrzu urządzenia oświetleniowego, dlatego lampy z indukcją wewnętrzną nagrzewają się bardziej.

Ich częstotliwość robocza mieści się w zakresie 2-3 MHz. Żywotność takich źródeł światła nie przekracza 75 000 godzin.

Z wyglądu urządzenia z wewnętrznym induktorem przypominają żarówki próżniowe. Natomiast modele z zewnętrznym induktorem mają kształt pierścienia lub prostokąta.

Zarówno lampy wysokiej, jak i niskiej częstotliwości charakteryzują się dużym zapasem wytrzymałości i długą żywotnością.

Warianty wykonania i oznakowanie

Obecnie firmy specjalizujące się w oświetleniu uruchomiły seryjną produkcję lamp indukcyjnych o różnych kształtach. Cechy konstrukcyjne i warianty wykonania można odczytać z ich oznaczeń.

Pierwsze dwa znaki alfabetyczne w kodzie określają typ urządzenia (IL – lampa indukcyjna), trzeci wskazuje kształt. Po oznaczeniu literowym zwykle podaje się moc.

ILK – indukcyjne żarówki okrągłe. Charakteryzują się wysoką skutecznością świetlną i szerokim zakresem temperatur spektrofotometrycznych. Nadają się do montażu w okrągłych i owalnych oprawach.

Takie źródła światła są aktywnie wykorzystywane do oświetlania magazynów, przestronnych hal produkcyjnych i warsztatów remontowych, centrów handlowych, baz sportowych.

ILSz – lampy w kształcie kuli. Wykonane w tradycyjnej formie zwykłych próżniowych urządzeń oświetleniowych dużej mocy. Tworzą miękkie światło i zapalają się praktycznie natychmiast.

Nadają się do zastąpienia żarówek energooszczędnymi źródłami światła bez konieczności wymiany samej oprawy.

ILSz montuje się w reflektorach do oświetlania hoteli i restauracji, supermarketów, a także w lampach ulicznych i przemysłowych.

ILU – żarówki w kształcie litery U. Są to urządzenia z oddzielnym generatorem. Emitują jasne białe światło, nie migoczą podczas pracy.

Są używane do oświetlania stadionów, tuneli, metra i autostrad, tablic reklamowych, szyldów oraz innych obiektów.

ILB, ILBK – lampy z kolbą w kształcie pierścienia. W nich generator, cewka i rurka są połączone w jednym bloku. Generują miękkie światło, które nie oślepia, szybko i łatwo zapalają się w temperaturach do -35 °C.

Takie konstrukcje są używane do oświetlania hoteli i powierzchni handlowych, stref parkowych i skwerów, prywatnych terenów przydomowych.

Osobno warto wspomnieć o indukcyjnych fitolampach dla roślin. Różnią się one kształtem szklanej bańki i barwą promieniowania.

Różne modele indukcyjnych fitolamp nadają się do oświetlania zielonych nasadzeń w określonym okresie wzrostu i rozwoju. Serie takich produktów oznacza się jako TIL. Kolejne dwie litery wskazują na konkretny model lampy.

Fitolampy indukcyjne GP i WG są przeznaczone do oświetlania roślin w fazie wzrostu wegetatywnego. Dominuje w nich niebieskie spektrum promieniowania.

Urządzenia FL są używane w początkowej fazie tworzenia owoców, a także do przyspieszenia formowania kwiatów. Emitują one czerwone światło.

Żarówki modelu KL są uniwersalne. Takie źródła światła umożliwiają kontrolowanie wzrostu nasadzeń. Generują one nasycone czerwone światło, niezbędne do pełnego rozwoju owoców roślin i obfitego kwitnienia.

Przykłady oznaczeń:

• ILK-40 – okrągła żarówka indukcyjna o mocy 40 W;
• TILPWG-120 – prostokątna fitolampa indukcyjna o mocy 120 W, model WG dla początkowego etapu wzrostu wegetatywnego roślin.

Promieniowanie żarówki indukcyjnej w 97% odpowiada widmu słonecznemu, dlatego doskonale nadaje się do sztucznego oświetlania kompleksów szklarniowych.

Zalety stosowania lamp indukcyjnych

Lampy bezelektrodowe generują miękkie światło, komfortowe dla odbioru oczami. Odcienie kolorów nie ulegają przy tym zniekształceniu.

Jasność takich lamp można regulować w zakresie 30-100% za pomocą prostego ściemniacza do urządzeń z żarnikiem.

Zawartość rtęci w postaci stałej w nowoczesnych indukcyjnych oprawach oświetleniowych jest kilkakrotnie niższa niż w zwykłych fluorescencyjnych lampach wypełnionych gazem.

Nawet po 75 000 godzin pracy urządzenia indukcyjne utrzymują poziom mocy świetlnej na poziomie 80-85% wartości początkowej.

Zwykłe LL (świetlówki) światła dziennego pod koniec okresu eksploatacji tracą do 55% jasności. Na ich bańkach z czasem tworzą się ciemne nieprzezroczyste kręgi.

Zalety stosowania indukcyjnych lamp bezelektrodowych:

• Sprawność 90%;
• żywotność do 150 000 godzin;
• skuteczność świetlna powyżej 90-160 lm/W;
• optymalne warunki do wizualnego odbioru przedmiotów;
• zakres temperatur pracy od -35 °C do +50 °C;
• współczynnik oddawania barw Ra>80;
• wysokie wskaźniki efektywności energetycznej;
• minimalne nagrzewanie bańki;
• nieograniczona liczba cykli włączania/wyłączania;
• brak pulsacji;
• możliwość regulacji intensywności świecenia;
• okres gwarancji wynosi 5 lat.

Producenci twierdzą, że indukcyjne źródła światła mają lepsze parametry techniczne niż diody LED i są kilkakrotnie tańsze. Zużycie energii w tych typach żarówek jest w przybliżeniu takie samo.

Zastosowanie lamp bez elektrod

Zmodernizowane oprawy oświetleniowe, niezawierające termokatod i żarników, są używane zarówno do oświetlenia wewnętrznego, jak i zewnętrznego.

Zakres zastosowania lamp indukcyjnych

Lampy bez elektrod mają wbudowaną ochronę przed zwarciem (zwarcie) i skokami napięcia.

Oprawy indukcyjne charakteryzują się odpornością na obciążenia wibracyjne i przypadkowe uderzenia, działają stabilnie nawet przy obniżonej temperaturze powietrza

Dzięki wysokiej skuteczności świetlnej przy niewielkim zużyciu energii elektrycznej są używane w różnych dziedzinach:

• do organizacji wysokiej jakości oświetlenia ulic;
• w centrach handlowo-rozrywkowych i hotelowych;
• w centrach biurowych i pomieszczeniach gospodarczych;
• do oświetlania przestronnych hal i magazynów w obiektach przemysłowych;
• do oświetlania gospodarstw szklarniowych i oranżerii;
• do oświetlania autostrad i tuneli;
• do organizacji oświetlenia przeciwwybuchowego na stacjach paliw.

Dzięki stabilności parametrów rtęciowe lampy bez elektrod są używane jako precyzyjne punktowe źródła promieniowania UV w spektrometrii.

Ponadto zasada wzbudzenia indukcyjnego gazu jest stosowana w procesie przekazywania energii ze źródeł zewnętrznych do ośrodka roboczego laserów.

Jednak ze względu na obecność wysokoczęstotliwościowego promieniowania elektromagnetycznego oprawy indukcyjne nie są instalowane na stacjach kolejowych i lotniskach.

Ponadto te lampy mogą powodować zakłócenia podczas jednoczesnej pracy z bardzo czułym sprzętem laboratoryjnym i medycznym. Dlatego nie zaleca się ich stosowania w pomieszczeniach z takim sprzętem specjalistycznym.

Oświetlenie uliczne i drogowe

Najbardziej efektywne oświetlenie drogowe mogą zapewnić oprawy uliczne z indukcyjnymi lampami energooszczędnymi. Ten typ oświetlenia gwarantuje komfortową widoczność zarówno dla kierowców, jak i pieszych.

Oprawy drogowe mają wytrzymałe mocowanie konsolowe i są montowane na słupach oraz standardowych podporach. Są wykorzystywane do oświetlania terenów parkowych i skwerów, ulic i placów, autostrad i parkingów, nabrzeży, podwórek.

Natychmiastowy rozruch IL minimalizuje straty energii elektrycznej i pozwala maksymalnie efektywnie wykorzystać system oświetlenia. Umożliwia to zorganizowanie oświetlenia z wykorzystaniem czujników ruchu

Przykładem jest natychmiastowe włączanie oświetlenia na autostradach w miejscach, gdzie odbywa się ruch pojazdów i pieszych.

Ponadto czuły czujnik ruchu może być połączony z programowalnym wyłącznikiem zmierzchowym.

Urządzenie jest konfigurowane na określone poziomy oświetlenia. Przy niewystarczającym poziomie światła czujnik wyda polecenie włączenia lamp.

Możliwość ściemniania pozwala z powodzeniem stosować inteligentne systemy do efektywnego zarządzania oświetleniem ulicznym.

Dzięki regulacji jasności lamp indukcyjnych za pomocą regulatora mocy i astronomicznego timera można osiągnąć realne oszczędności energii elektrycznej, a także znacznie obniżyć koszty konserwacji.

Wdrożenie inteligentnych systemów umożliwia kontrolowanie stanu oświetlenia, mierzenie i analizowanie danych dotyczących zużycia energii przez oprawy oświetleniowe.

Bezpieczne przemysłowe źródła światła

Zastosowanie urządzeń opartych na technologii indukcyjnej to ekonomicznie opłacalne rozwiązanie dla modernizacji systemów oświetlenia w przedsiębiorstwach przemysłowych.

Oprawy oświetleniowe indukcyjne charakteryzują się wysoką jakością wykonania i nie wymagają regularnej konserwacji. Znacznie zmniejszają zużycie energii elektrycznej i pomagają zwiększyć rentowność produkcji.

Przemysłowe oprawy oświetleniowe posiadają stopień ochrony IP54, co umożliwia eksploatację nawet w warunkach zabrudzenia i podwyższonej wilgotności. Można je instalować w pomieszczeniach nieogrzewanych i słabo wentylowanych.

Hartowane szkło w połączeniu z izolacją silikonową skutecznie chroni obudowę przed przedostaniem się do środka zanieczyszczeń i wody.

Istnieją również przemysłowe modele przeciwwybuchowe IL. Zapewniają one nie tylko wysokiej jakości oświetlenie, ale także zapobiegają powstawaniu sytuacji zagrożenia pożarowego. Takie urządzenia podnoszą poziom bezpieczeństwa w produkcji.

Na obudowę przeciwwybuchowych opraw indukcyjnych nanosi się antystatyczną powłokę polimerową.

Dzięki temu składowi urządzenia oświetleniowe charakteryzują się odpornością na uderzenia i działanie ujemnych temperatur.

Specjalna powłoka iskrobezpieczna nie ulega zniszczeniu nawet w środowisku zasadowym i kwaśnym, a swoje właściwości może zachować przez 30 lat.

Oświetlenie w szklarniach i oranżeriach

Spektrum lampy indukcyjnej w 75% odpowiada fotosyntetycznie aktywnej radiacji, niezbędnej do aktywnego wzrostu i długiego kwitnienia roślin.

Dlatego właśnie żarówki typu bez elektrod są wykorzystywane jako dodatkowe źródła w oranżeriach i szklarniach, do oświetlania standardowych i kompaktowych grow boxów, bezpośredniego, bocznego i międzyrzędowego doświetlania roślin.

Temperatura robocza indukcyjnych urządzeń oświetleniowych nie przekracza 60 stopni Celsjusza, co pozwala umieszczać je blisko zielonych nasadzeń.

Zastosowanie takich lamp w grow boxach pozwala znacznie obniżyć koszty chłodzenia zbiorników.

Zastosowanie IL pozwala również wstępnie projektować i oddzielnie instalować oświetlenie dla każdej strefy szklarni.

Aby skorygować i skierować maksimum światła w potrzebny sektor, stosuje się powierzchnie optyczne – ekrany. Skupiają one promieniowanie na konkretnym obszarze.

A za pomocą specjalnych reflektorów równomiernie rozprowadzają sztuczne światło na całej wysokości zielonych nasadzeń.

Zasady wyboru lamp indukcyjnych

Wybierając indukcyjne urządzenia oświetleniowe, należy wziąć pod uwagę ich cechy konstrukcyjne, parametry eksploatacyjne, a także stopień bezpieczeństwa.

Tylko przestrzegając takiego podejścia, IL można uznać za celowy zakup.

Dzisiaj w specjalistycznych sklepach łatwo znaleźć indukcyjne bezelektrodowe lampy o mocy od 15 W do 500 W. Istnieją jednak również mocniejsze, przeznaczone do różnych potrzeb produkcyjnych.

Lampy z owalną bańką są produkowane do opraw ze standardowymi trzonkami E14, E27 i E40.

Istnieją również specjalne prostokątne i pierścieniowe rodzaje indukcyjnych urządzeń oświetleniowych, które mogą pracować zarówno w sieci prądu przemiennego, jak i stałego.

Warto zauważyć, że indukcyjne żarówki w kształcie kuli są większe niż zwykłe żarówki z żarnikiem, ponieważ generator prądu wysokiej częstotliwości jest ukryty w trzonku. Należy to uwzględnić przy zakupie.

Wszystkie indukcyjne oprawy oświetleniowe i bezelektrodowe lampy przechodzą obowiązkową certyfikację.

Dlatego można z pewnością mówić o ich bezpieczeństwie. Amalgamat znajduje się w szczelnie zamkniętej bańce, a przy przestrzeganiu podstawowych zasad eksploatacji wykluczone są jego wycieki.

Należy jednak rozumieć, że podobnie jak standardowe lampy fluorescencyjne, indukcyjne wymagają odpowiedniej utylizacji ze względu na obecność związków rtęci i podzespołów elektronicznych.

Stały amalgamat – stop rtęci z innymi metalami – można wykorzystać ponownie. Szkło z lampy również oddaje się do recyklingu, ale oddzielnie od luminoforu.

Oprawy oświetleniowe z technologią indukcyjną nie należą do ekologicznych rodzajów oświetlenia i pod tym względem znacznie ustępują diodom LED.

Należy dodać, że żarówka indukcyjna nie osiąga od razu swojego stabilnego strumienia świetlnego. Na początku emituje około 80% pełnego promieniowania.

Aby ten wskaźnik osiągnął maksimum, lampa bezelektrodowa potrzebuje 2-3 minut. W tym czasie amalgamat wystarczająco się nagrzewa i odparowuje odpowiednia ilość rtęci.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Indukcyjne oprawy oświetleniowe – nowa generacja lamp wyładowczych. Zasada działania tego typu oświetlenia:

Co sprawia, że lampy są indukcyjne, cechy opraw tego rodzaju i zakres zastosowania:

Zalety stosowania nowoczesnych indukcyjnych źródeł światła w zakładach przemysłowych:

Prawidłowy montaż lamp indukcyjnych z zachowaniem wszystkich standardów i norm pozwala efektywnie wykorzystać technologię energooszczędną. Dziś takie źródła światła są rozsądną alternatywą dla tradycyjnych podejść do organizacji oświetlenia.

Czy ma Pan/Pani doświadczenie w używaniu lamp indukcyjnych? Albo po przestudiowaniu materiału pojawiły się pytania? Może je Pan/Pani zadać w bloku komentarzy pod artykułem. Tam również może się Pan/Pani podzielić doświadczeniem lub udzielić cennej rady odwiedzającym naszą stronę.