气体放电灯

分类

　　1、高强度气体放电灯：由于管壁温度而建立发光电弧，其发光管表面负载超过3W/cm2 的放电灯。如高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。

　　2、低气压放电灯：荧光灯（低压汞灯）、低压钠灯、无极灯。其中的荧光灯是应该最广泛、用量的气体放电光源。它具有结构简单、光效高、发光柔和、寿命长等优点。荧光灯的发光效率是白炽灯的4-5倍，寿命是白炽灯的3-8倍，是高效节能光源。

结构

　　气体放电灯的基本结构大同小异，都是由泡壳、电极和放电气体构成。泡壳内充有放电气体，泡壳与电极之间是真空气密封接。气体放电灯不能单独接到电路中去，必须与触发器、镇流器等辅助电器一起接入电路才能启动和稳定工作。放电灯的启动通常要施加比电源电压更高的电压，有时高达几千伏或几万伏以上。采用漏磁变压器，或用启动器可以满足上述要求。电弧放电一般都具有负的伏-安特性,即电压随电流的增加而减小。如将放电灯单独接入电网，灯泡或电路元件将被过电流毁坏。放电灯和镇流器串联起来使用才能稳定工作。镇流器可以是电阻、电感或电容。通常在直流电源时用电阻镇流、低频交流电源时用电感镇流，高频时用电容镇流。

特点

　　气体放电灯具有以下特点：①具有高效率，它们可以把25～30％的输入电能转换为光输出。②寿命长。使用寿命长达1万小时或2万小时以上。③辐射光谱具有可选择性。通过选择适当的发光物质，可使辐射光谱集中于所要求的波长上，也可同时使用几种发光物质，以求获得的组合光谱。。④光输出维持特性好，在寿命终止时仍能提供60～80％的初始光输出。

应用

　　气体放电灯用途极为广泛，在工业、农业、医疗卫生和科学研究等领域都有广泛的用途，除作为照明光源之外，气体放电灯在摄影、放映、晒图、照相复制、光刻工艺、化学合成、塑料及橡胶老化、荧光显微镜、光学示波器、荧光分析、紫外探伤、杀菌消毒、医疗、生物栽培、固体激光等方面都有广泛应用。

发光过程

　　气体放电灯放电发光的过程基本分为3个阶段

　　①放电灯接入工作电路后产生稳定的自持放电，由阴极发射的电子被外电场加速，电能转化为自由电子的动能；

　　②快速运动的电子与气体原子碰撞,气体原子被激发,自由电子的动能又转化为气体原子的内能；

　　③受激气体原子从激发态返回基态，将获得的内能以光辐射的形式释放出来。

　　上述过程重复进行，灯就持续发光。放电灯的光辐射与电流密度的大小、气体的种类及气压的高低有关。一定种类的气体原子只能辐射某些特定波长的光谱线。低气压时，放电灯的辐射光谱主要就是该原子的特征谱线。气压升高时，放电灯的辐射光谱展宽，向长波方向发展。当气压很高时，放电灯的辐射光谱中才有强的连续光谱成分。

常用镇流方法

　　大多数气体放电灯是利用弧光放电特性制成的，具有电压随电流增加而下降的负阻特性，为了使放电稳定，必须在电源与放电灯之间设置镇流装置，用来限制灯的工作电流，确保灯稳定地工作。这个镇流装置我们通常称为镇流器。镇流器是一个使气体放电灯稳定放电的器件。

　　镇流器的种类很多，从原理上来说可以由电阻、电容、电感和漏磁变压器等独立组成，也可以由这些器件组合或由其他电子元件组成。

　　1.电阻镇流

　　电阻镇流是依赖电阻上的电压正比于电流的关系来调节灯电流的，在直流供电的气体放电光源电路中应用电阻镇流器，电路简单、安装容易。当兼顾电路效率和灯的工作稳定性时，有VLAMP=0.6Vn时，η=60%，可以看出镇流电阻的功耗很大，电路的工作效率很低。

　　电阻镇流在交流供电中有少量应用，如自镇流高压汞灯利用钨丝作镇流器件，许多高频基准镇流器也是用电阻制成。在交流电路中使用电阻镇流器会影响灯电流的波形，灯的发光效率也会下降，电路稳定性变差，但电路的功率因数相对较高。

　　2.电容镇流

　　电容器在低频交流电路中工作时，灯电压波形近似为方波。由于电容器不能限制瞬时电流，所以会产生一个峰值很高的灯电流，这使灯电流波形严重失真，对灯的电极产生十分有害的影响，造成灯管寿命缩短，并使灯管发光闪动，因此电容镇流方式在低频交流电路中很少应用。

　　3.电感镇流

　　电感镇流是利用电感器的自感原理工作的，即它通过电感上的电压正比于电流的时间变化率来调节灯电流。由于灯电流滞后电源电压一定位相（所以也称为滞后型镇流器），电路的功率因数较低，一般在0.5左右。电感镇流对供电电压的变化较敏感，镇流效果不太稳定。电感镇流具有电路简单、比电阻镇流损耗低、能改善灯电流波形和工作稳定等优点，在各类气体放电灯中得到广泛应用。

　　在高压气体放电灯中，为了获得较高的点火电压，可以用漏磁变压器作为电感型镇流器应用。漏磁变压器属于滞后型镇流器，虽然体大笨重，噪声也大，但它能获得比电源电压更高的开路电压，用于灯管电压高于电源电压的气体放电灯（例如霓虹灯、冷阴极灯、紫外线灯等）时，能明显改善启动性能。

　　4.电感、电容（LC）镇流

　　LC镇流器有两种形式，一种是由电感和电容串联组成的镇流器，通常设计成容抗比感抗大，使电路总体上呈容性。当容抗为感抗的2.76倍时，电路的恒流特性最稳定。这种镇流电路的灯电流超前电源电压一定的相位，属于超前型镇流器。

　　LC超前型镇流器功耗较小，有较好的稳流特性，灯启动时的短路特性也好，与滞后型的电感镇流器配合应用，可较好地改善电路的功率因数。但因为灯电流过零时，电源电压的峰值与灯电压的方向正好相反，重复电离的电压较低，致使重复着火能力较差。

　　5.电子镇流

　　电子镇流器是由电子元件组合而成的新型镇流器，它实质上是一个电源变换器，将工频交流转换为20～100kHz的交流电压，用以启动并点亮荧光灯。采用高频交流电子镇流器可以提高灯管的发光效率，避免工频噪声，减小镇流器的体积和重量，提高功率因数，并易于实现智能控制。原则上适用于各类气体放电灯，但对荧光灯特别是紧凑型荧光灯的应用发展更为迅速。

　　电子镇流器有如下优点：

　　1)功率因数高，减少了无功损耗，提高了供电设备的容量利用率，减少线路的损耗

　　2)节能，电子镇流器自身的功率损耗低，仅为电感镇流器的40%左右

　　3)光效高，荧光灯在30KHZ左右的高频下的光效提高20%

　　4)灯管寿命延长。无需反复启动，不会使灯管过早发黑

　　5)低温、低压启动性能好

　　6)无频闪，灯管在高频下工作时，发光稳定，人眼感觉不出光线的闪烁

　　7)避免工频噪声，有利于在安静的环境中工作和学习

　　8）体积小、重量轻

　　9）容易实现智能控制，包括调光、远程监控等技术

废旧对人体的危害

　　气体放电灯（荧光灯、钠灯、汞灯、金属卤化物灯）比白炽灯光效高、寿命长，在各种场所的照明中被大量使用。北京每年使用含有汞的各种气体放电灯在2000万支以上。按每支灯平均含汞30毫克，废灯破损后可释放出大量汞蒸气。汞蒸气不但对人体直接产生危害，而且渗入到土壤中的汞及其化合物不能被土壤中微生物消化分解，使农作物被污染。经检测：一支常温下打碎的40W荧光灯瞬间可使周围空气中的汞蒸气浓度高达10-20mg/m3，大大超过国家大气质量标准中对汞允许浓度0.01mg/m3的1000-2000倍。

　　人类置于含有浓度为1.2-8.5mg/m3的汞蒸气的空气中，即会引起急性汞中毒。目前，北京废旧气体放电灯的回收基本处于无人管理的状态，破碎的旧灯混在生活、工业垃圾中。为此，照明学会专家建议尽早解决废旧气体放电灯的回收和处理问题，具体建议如下：

　　一、大力进行科普宣传，提高环保意识，让大家了解废旧气体放电灯破碎后汞污染的危害性。对于使用过的废旧气体放电灯，严禁随意砸碎投入垃圾箱。

　　二、在街道及各单位设立分类垃圾箱，将其废旧气体放电灯完整放入专用垃圾箱内，便于集中回收处理。

　　三、建立回收经营公司，有偿回收各单位及街道分类存放的废旧气体放电灯，统一送到净化处理厂。

　　四、建设净化处理厂，对回收的废旧气体放电灯进行综合利用处理，回收废旧灯中的汞，防止污染。

　　五、制定相关回收废旧气体放电灯的法规，依法管理有毒有害的废弃物。充分利用市场原则，实行以旧换新，鼓励回收。

　　六、目前应提倡使用汞齐荧光灯和T5荧光灯（即直径为16mm的）代替液汞灯和T12荧光灯（即直径为28mm以上的）。汞齐荧光灯破碎后扩散在大气中的汞只有液汞灯的1/5-1/10，T5灯用汞量只有T12的1/3左右，成本虽有一点提高，但可大大减少汞的污染，同时可增大发光效率及延长使用寿命。