СВЕТЯЩИЕСЯ ТРУБКИ

ВКЛЮЧЕНИЕ ЛАМПЫ В СЕТЬ

Тобы точнее представить себе работу люминесцентной лампы, следует более подробно рассмотреть включе­ние лампы в электрическую осветительную сеть.

В этом отношении электрические лампочки накали­вания имеют перед люминесцентными несомненные пре­имущества. Их непосредственно включают в сеть, без ка­ких-либо дополнительных устройств. Нужен только один простой выключатель. Люминесцентную же лампу надо

Тёра нагреваются и соприкасаются. После соприкоснове­ния электродов разряд в стартёре прекращается, элек­троды охлаждаются и вновь расходятся.

Включённый в цепь электрического тока стартёр по­переменно то зажигается, то гаснет, а электроды его то замыкаются, то расходятся. Сближение и расхождение электродов стартёра равносильно включению и выключе­нию выключателя В2 на рис. 4. При замыкании электро­дов стартёра ток в цепи резко усиливается, электроды лю­минесцентной лампы Э и Эг разогреваются и начинают испускать электроны.

Если при последующем размыкании электродов стар­тёра лампа загорится, то к ней окажется приложенной только часть разности потенциалов сети, остальная же часть придётся на катушку самоиндукции С. Разность по­тенциалов между электродами лампы при её горении, при­ложенная одновременно и между электродами стартёра, уже недостаточна для его зажигания. Следовательно, как только лампа загорелась, стартёр автоматически пере­стаёт работать. Если по каким-либо причинам лампа по­гаснет, то при наличии напряжения стартёр снова её включит.

Из сказанного ясно, что обычная арматура для лю­минесцентной лампы не пригодна. Чтобы присоединить её к осветительной сети, применяют специальные патроны (рис. 19). В патроне имеется продольная прорезь / и коль­цевая прорезь 2. В кольцевой прорези укреплены две

Изогнутые пружинящие пластинки 3, к которым присо­единяются провода. Одновременно вставляют в два пат­рона оба конца лампы. Штырьки их вводят в продоль -

Ные прорези патронов (положение а на рис. 19), после чего лампу поворачивают на 90° вокруг её оси (положе­ние б). Штырьки, двигаясь по кольцевой прорези, при -

Жимаются к пластинкам 3, и лампа оказывается присо­единённой к сети.

Около одного из патронов укрепляется колодка-патрон, куда вставляется стартёр. Все приспособления для вклю-
чейия лампы монтируются либо прямо на стенке, либо в специальных корытообразных абажурах. Форма абажура зависит от того, предназначен ли он для установки на стене, под потолком или на столе (рис. 20 и 21).

Для полного понимания работы всей схемы включе­ния люминесцентной лампы следует ещё остановиться на роли включаемой в сеть катушки самоиндукции.

Если бы лампа была включена в сеть непосредственно, ток через неё стал бы катастрофически нарастать.

Первая причина этого заключается в том, что всякое, даже самое малое увеличение тока, протекающего через трубку, вызывает усиленное нагревание электродов. Это приводит к повышенному испусканию электронов, а сле­довательно, к ещё большему увеличению тока, идущего через трубку, и т. д.

Вторая причина нарастания тока связана с процес­сами, сопровождающими прохождение электрического тока через газ*

Для пропускания большего тока (т. е. большего числа электронов в секунду) к концам обычных металлических проводников приходится прикладывать большую разность потенциалов.

Иначе обстоит дело при прохождении электрического тока через газ. Для пропускания большего тока требуется, чтобы в газе было больше электронов. Но чем больше ток идёт, тем больше новых электронов образуется за счёт ионизации.

Поэтому, как показали исследования, в тех условиях, какие мы имеем в люминесцентных лампах, при увеличе­нии тока разность потенциалов не только не нужно увеличи­вать, но, более того, здесь требуется даже несколько мень­шая разность потенциалов.

Обе указанные причины приводят к тому, что при включении лампы непосредственно в осветительную сеть ток через лампу начнёт безгранично возрастать.

На самом деле, конечно, это нарастание будет иметь предел, но это будет предел аварийного характера. При достижении достаточно большого тока либо выйдет из строя лампа, либо перегорят предохранительные пробки.

Все эти события произойдут, разумеется, при том ус­ловии, что напряжение сети достаточно для поддержа­ния разряда в лампе. В противном случае разряд в лампе просто не сможет развиться и лампа гореть не будет. По­добрать такое напряжение сети, при котором лампа могла бы нормально гореть, практически невозможно. Дело в том, что даже при совершенно ничтожном отклонении от такого «нормального» напряжения лампа либо погаснет (при уменьшении напряжения), либо произойдёт упомя­нутое выше катастрофическое нарастание тока (при уве­личении напряжения).

Необходимо, следовательно, каким-то образом ограни­чить ток, чтобы он не нарастал выше определённого зна­чения. Для этого проще всего между источником (штеп­сель Ш на рис. 18) и лампой включить проводник с до­статочным электрическим сопротивлением,— так назы­ваемый реостат. Реостат обычно применяется при вклю­чении лампы в сеть постоянного тока, т. е. в такую сеть, где разность потенциалов остаётся постоянной по вели­чине и по направлению.

Этот способ ограничения тока очень неэкономичен, так как при прохождении тока через реостат в нём выделяется ненужное нам тепло. Однако, как мы уже го­ворили выше, в обычной осветительной сети напряжение, а следовательно, и ток сто раз в секунду меняют своё направление. Это обстоятельство даёт нам возможность ограничить ток при очень небольших потерях, пользуясь катушкой самоиндукции С.

Катушка самоиндукции представляет собой катушку изолированной проволоки, намотанную на железный сер­дечник. При пропускании тока через катушку самоиндук­ции железный сердечник намагничивается. Увеличение тока вызывает усиление намагничивания, а уменьшение — ослабление. Изменение направления тока, естественно, из­меняет и направление намагничивания.

Действие катушки самоиндукции основано на весьма важном законе физики, открытом русским учёным Э X. Ленцом. В применении к нашему случаю закон Ленца гласит, что при намагничивании сердечника в ка­тушке самоиндукции создаётся напряжение, стремящееся ослабить протекающий ток, а при размагничивании уси­лить. Иными словами, катушка самоиндукции тормозит всякое изменение тока, которое происходит в цепи. По­этому, если в цепь переменного тока включить катушку самоиндукции, содержащую достаточно большое число витков проволоки, то тормозящее действие самоиндукции не даст непрерывно меняющемуся току превысить опреде­лённое значение.

Из сказанного видно, что катушка самоиндукции мо­жет действовать только в сети переменного тока. Если же лампа включается в сеть постоянного тока, то необходимо применить реостат.

Огромное преимущество катушки самоиндукции по сравнению с реостатом заключается в том, что она не вызывает больших потерь энергии. Поэтому при включе­нии в сеть переменного тока люминесцентной лампы для ограничения тока применяют именно катушку самоин­дукции.

Кроме ограничения тока, катушка самоиндукции ока­зывается полезной и при зажигании лампы. При размы­кании электродов стартёра происходит резкое уменьше­ние тока, которое по закону Ленца создаёт в катушке самоиндукции большое напряжение, стремящееся усилить ток. Это напряжение, складываясь с напряжением сети, облегчает зажигание лампы.

Следует, однако, заметить, что катушка самоиндукции имеет и свои недостатки. Намагничиваясь под действием протекающего по ней тока, она забирает у источника тока некоторое количество энергии. Правда, при последующем размагничивании она большую часть этой энергии возвра­щает обратно в сеть. Получается, что в среднем катушка почти не потребляет энергии, не считая неизбежных не­больших потерь на нагрев провода при прохождении тока и тепла, выделяющегося в железном сердечнике при пеое - магничивании. Однако то обстоятельство, что в какие-то промежутки времени источник тока должен работать с по­вышенной нагрузкой, ограничивает возможность полного использования всей его мощности. Это ограничение выра­жают так называемым «коэффициентом мощности» или «косинусом фи», численное значение которого в пределе

Равно единице и снижается по мере увеличения энергии, перекачиваемой из сети в катушку самоиндукции и об­ратно.

В электротехнике существует способ, позволяющий увеличить «косинус фи», т. е. улучшить использование мощности электростанции. Этот способ состоит во вклю­чении в цепь подходящего по ёмкости конденсатора (рис. 22), который представляет собой две изолированные друг от друга металлические пластины, ёмкость кон­денсатора тем больше, чем больше площадь его пла­стин и меньше расстояние между ними. На практике применяются разнообразные конструкции конденсаторов. Наиболее распространены бумажные конденсаторы. Пла­стины в них сделаны из ленты металлической фольги, а для изоляции проложена очень тонкая бумага, пропи­танная парафином. Сложенные плотно четыре ленты (ме­таллическая — бумажная — металлическая — бумажная) свёрнуты рулетом и упакованы в коробочку. Наружу выступают только выводы от каждой из металлических лент.

Действие конденсатора основано на том, что в пере­качке энергии в катушку самоиндукции и обратно участ­вует уже не источник тока, а конденсатор, который при этом то заряжается — при размагничивании катушки,— то разряжается — при её намагничивании. Подобрав кон­денсатор нужной ёмкости, можно сделать «косинус фи» в цепи, питающей лампу, достаточно близким к единице.