Artellie.ru

Дизайн интерьеров
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Малогабаритные лампочки накаливания

Малогабаритные лампочки накаливания

Наиболее простой схемой подключения к цифровым устройствам обладают лампочки накаливания. Пример схемы подключения индикаторной лампы накаливания приведен на рис. 9.5.

Рис. 9.5.Схема подключения индикаторной лампы накаливания к цифровой ТТЛ микросхеме

В приведенной схеме потребовался транзистор, так как ток, протекающий через лампочку накаливания достаточно велик. Кроме того, такая схема включения позволяет использовать лампочки накаливания с напряжением питания, отличающимся от напряжения питания цифровых микросхем. Иными словами говоря, на транзисторе собран простейший усилитель цифрового сигнала, преобразующий ТТЛ уровни цифрового устройства в дискретный сигнал наличия или отсутствия тока через индикаторную лампочку накаливания.

Расчет транзисторного ключа

Обычно студенты пугаются слова — усилитель. Однако в случае цифрового сигнала усилитель вырождается в схему электронного ключа. Это означает, что не нужно рассчитывать точное значение коэффициента усиления. При слишком большом коэффициенте усиления транзистор переходит в режим ограничения тока и выходной ток будет определяться сопротивлением нагрузки. Поэтому достаточно определить только минимальный коэффициент усиления по току.

Рассчитаем этот коэффициент. Пусть для индикаторной лампы требуется ток 120 мА, а цифровая микросхема может выдать ток единицы около 4 мА (этот ток определяется по справочнику или DATASHEET на выбранную микросхему). Тогда минимальный коэффициент усиления h21э можно определить по формуле:

В нашем случае ток коллектора равен току, протекающему через индикаторную лампу, а ток базы — это максимальный допустимый выходной ток цифровой микросхемы (Iвых1). Делим 120 мА на 4 мА. Получаем минимальный коэффициент усиления по току, равный 30, т.е. в данном случае подойдет практически любой маломощный транзистор, например КТ3107.

Теперь следует обратить внимание на то, что транзистор управляется током, а цифровая микросхема является генератором напряжения. В простейшем случае для преобразования напряжения в ток можно использовать резистор. Эквивалентная схема подключения базовой цепи транзистора к цифровой ТТЛ микросхеме приведена на рис. 9.6.

Рис. 9.6.Эквивалентная схема подключения транзисторного ключа к цифровой ТТЛ микросхеме

В приведенной схеме ток базы транзистора задает резистор R1. Рассчитаем его сопротивление. Для этого необходимо определить падение напряжения на этом резисторе. Минимальное напряжение высокого уровня на выходе ТТЛ микросхемы при максимальном допустимом токе единицы равно 2,4 В. Падение напряжения на базовом переходе транзистора можно считать постоянным и для кремниевых транзисторов равным 0,7 В. Тогда падение напряжения на сопротивлении R1 можно определить по формуле:

UR1 = U1Uб = 2,4В – 0,7В = 1,7В

Так как к цифровому выходу подключен только транзисторный ключ, то зададимся максимально возможным током цифровой микросхемы 4 мА. Тогда по закону Ома можно определить сопротивление резистора R1 как отношение падения напряжения на этом резисторе к току, протекающему через него:

R1 = 1,7В/4мА = 425 Ом.

При выборе резистора из 10% шкалы можно взять резистор 510 Ом (больше чем рассчитали, чтобы не превысить допустимый ток цифровой микросхемы). При работе транзисторного ключа при комнатной температуре расчет на этом заканчивается. Если же предполагается работа транзисторного ключа при повышенных температурах, то транзистор может самопроизвольно открываться обратным током коллектора. Эквивалентная схема цепи протекания этого тока приведена на рис. 9.7.

Рис. 9.7.Эквивалентная схема цепи протекания обратного коллекторного тока

В схеме, приведенной на рис. 9.7, видно, что на резисторе R1 обратный ток коллектора транзистора VT1 может создать падение напряжения 0,7 В и, тем самым, открыть транзистор. Для того чтобы уменьшить падение напряжения можно параллельно этому резистору подключить еще один резистор (как показано на рис. 9.8) и, тем самым, уменьшить открывающее напряжение на базе транзистора.

Рис. 9.8.Эквивалентная схема шунтирования цепи протекания обратного коллекторного тока Iко транзисторного ключа резистором

В схеме, приведенной на рис. 9.8, можно задаться током, протекающим через резистор R2 в режиме выдачи цифровой микросхемой единичного уровня. Пусть этот ток будет в три раза меньше базового тока транзистора. Тогда ток через резистор R2 будет равен:

IR2 = 4 мА/3 = 1,3 мА.

Определим сопротивление резистора R2. Для этого воспользуемся законом Ома. Учитывая, что падение напряжения на базовом переходе транзистора является константой и равно 0,7 В.

R2 = Uб/IR2 = 0,7В/1,3мА = 510 Ом

В режиме выдачи цифровой микросхемой логического нуля сопротивления R1 и R2 соединяются параллельно, и в рассчитанном случае падение напряжения уменьшается вдвое. Обратите внимание, что схема на входе транзистора очень похожа на делитель напряжения, однако не является им. Если бы это был делитель напряжения, то напряжение на базе транзистора уменьшалось бы в два раза, однако на самом деле напряжение уменьшается значительно больше!

Газоразрядные лампы

К сожалению, малогабаритные лампочки накаливания не отличаются надежностью, так как при включении питания через них протекает значительный ток, в результате воздействия которого на нить накаливания лампа может выйти из строя. Кроме того, они боятся механических ударов. Эти причины, а также большой потребляемый ток привели к тому, что в настоящее время такие индикаторы практически не используются. Большее распространение получили газоразрядные индикаторы. Эти индикаторы, в отличие от ламп накаливания, управляются не напряжением, а током. Поэтому в принципиальную схему устройства приходится вводить токоограничивающий резистор. Схема включения газоразрядного индикатора приведена на рис. 9.9.

Рис. 9.9.Схема подключения индикаторной газоразрядной лампы к цифровой ТТЛ микросхеме

В этой схеме транзистор необходим в основном для согласования по напряжению, так как газоразрядные индикаторы питаются от источника напряжением 180 . 300 В (напряжение зажигания газоразрядной лампы). Поэтому транзистор должен выдерживать напряжение до 300 В. Что касается сопротивления резистора R3, то оно рассчитывается по закону Ома. Необходимо от напряжения питания отнять падение напряжения на зажженной индикаторной лампе, которое можно взять из справочника по индикаторным лампам (обычно 80 В) и поделить на ток этой лампы. Падением напряжения на открытом транзисторе VT1 можно пренебречь. Например.

Читайте так же:
Ток ламп дрл мощностью 250

R3 = (UпUHL1)/Iл = (200 В – 80 В)/1 мА = 120 кОм.

Газоразрядные индикаторы используются как для индикации битовой информации, так и для отображения десятичной информации. При построении десятичных индикаторов катод газоразрядных индикаторов выполняется в виде десятичных цифр, как это показано на рис. 9.2. Пример индикаторной панели, выполненной на газоразрядных индикаторах, приведен на рис. 9.10.

Рис. 9.10.Внешний вид индикаторной панели на газоразрядных лампах

Для уменьшения габаритов цифрового устройства и упрощения его принципиальной схемы были разработаны специальные микросхемы дешифраторов, выдерживающие напряжение до нескольких сотен вольт, например отечественная микросхема К155ИД1. Принципиальная схема подключения десятичного газоразрядного индикатора к микросхеме К155ИД1 приведена на рис. 9.11.

Рис. 9.11.Схема подключения индикаторной газоразрядной лампы к десятичному дешифратору

На вход этой схемы подается двоично-десятичный код. Этот код преобразуется микросхемой D1 в инверсный линейный десятичный код. Инверсия нужна для того, чтобы ток протекал только через тот вывод, номер которого подан на вход схемы. В результате светится только тот катод, который подключен к этому выводу, а так как катод выполнен в форме десятичной цифры, то именно эта цифра и отображается на газоразрядном индикаторе.

Резистор R1 требуется для ограничения тока газоразрядного индикатора до допустимой величины. Одним резистором в схеме можно обойтись только потому, что ток может протекать только через один из десяти катодов. Расчет ограничивающего резистора не отличается от расчета резистора R3 в схеме подключения одиночного газоразрядного индикатора, приведенной на рис. 9.9.

В настоящее время газоразрядные индикаторы с холодным катодом практически не используются. Обычно применяются более эффективные семисегментные газоразрядные индикаторы с подогревным катодом. Использование катода с подогревом позволяет снизить анодное напряжение подобного газоразрядного индикатора до 20 … 27 В, а семисегментный анод позволяет увеличить угол обзора индикатора.

Внешний вид одного из газоразрядных индикаторов с подогревным катодом приведен на рис. 9.12.

Рис.9.12.Внешний вид газоразрядного индикатора с подогревным катодом

В описанных индикаторах газ светится не около катода, а в промежутке между управляющей сеткой и анодом. На рис. 9.12 аноды четко видны в виде белых сегментов. Управляющая сетка видна как фиолетовая поверхность, а катод выполнен в виде двух тонких проводников, которые почти незаметны на переднем плане индикатора. Если индикатор поместить за зеленым светофильтром, то ни нить накала, ни управляющая сетка видны не будут.

Если на нить накаливания подать постоянное напряжение, то на ней возникнет падение напряжения. Это напряжение будет суммироваться с анодным напряжением, в результате яркость свечения сегментов в индикаторе будет неравномерной. Конструктивно нить проложена так, чтобы этот эффект свести к минимуму, однако на нить накала подогревного катода желательно подавать переменное напряжение. Так как ток в этом случае будет протекать в различном направлении, то средняя яркость свечения сегментов будет равномерной.

Схема подключения газоразрядного индикатора с подогревным катодом к семисегментному дешифратору приведена на рис. 9.13.

Рис. 9.13.Схема подключения семисегментного газоразрядного индикатора к дешифратору

На этой схеме в качестве ключей использованы высоковольтные инверторы с открытым коллектором, выдерживающие напряжение на коллекторе до 30 В. Обратите внимание, что общий провод подводится к нити накала через среднюю точку трансформатора накала. Это обеспечивает равномерность свечения индикатора.

В практических схемах чаще используется схема подключения газоразрядного индикатора с отрицательным напряжением питания. В этом случае дешифратор должен обеспечить вытекающий ток ключей. Подобная схема включения газоразрядного индикатора приведена на рис. 9.14.

Рис. 9.14.Схема подключения семисегментного газоразрядного индикатора к дешифратору

В этой схеме транзистор VT1 и резистор R1 образуют генератор тока с большим входным и выходным сопротивлением. В результате яркость свечения индикатора будет слабо зависеть от напряжения питания 27 В.

Так как задача подключения газоразрядных индикаторов является распространенной задачей, то промышленностью были разработаны и выпускаются специализированные микросхемы К176ИД3, где показанные на рис. 9.14 генераторы тока входят в состав этой микросхемы. В результате выход дешифратора можно подключать к газоразрядному индикатору непосредственно.

В приведенных схемах управляющая сетка подключена непосредственно к питанию, но при создании схемы динамической индикации, которая будет рассмотрена несколько позднее, эта сетка используется для коммутации отдельных разрядов многоразрядного индикатора.

Светодиодные индикаторы

Газоразрядные индикаторы — это более экономичные индикаторы по сравнению с лампами накаливания, но требование высокого напряжения питания для них привело к тому, что они в настоящее время практически не используются.

В настоящее время практически в любых схемах для отображения двоичной информации используются светодиоды. Это обусловлено тем, что надежность светодиодов значительно превосходит надежность, как индикаторных ламп накаливания, так и газоразрядных (неоновых) индикаторных ламп. Светодиоды труднее разбить, так как их корпус обычно выполнен из прозрачной пластмассы, а их вес значительно меньше веса индикаторных ламп. Кроме того, при включении светодиодов не возникает импульсного тока значительной величины, который разрывает холодную нить накаливания ламп своим магнитным полем. К.п.д. светодиодов, особенно современных, значительно превосходит к.п.д. индикаторных ламп. Основная причина повышенного к.п.д. светодиодов — это принципиальное отсутствие теплового излучения. Электрический ток непосредственно преобразуется в световое излучение.

Почему перегорает лампа накаливания и как продлить ей срок службы?

Практически всем сегодня знакомы лампочки Ильича, которые за последние десятилетия широкого использования электричества для освещения, побывали в каждой квартире и помещении. Несмотря на наращивание темпов перехода в эру энергосберегающих технологий, многие продолжают использовать лампы с такой технологией. В процессе эксплуатации довольно часто происходит ситуация, когда перегорает лампа накаливания. Данный тип осветительного оборудования и без того отличается низкой продолжительностью работы, поэтому, когда срок службы снижается вдвое – втрое, возникает вполне рациональный вопрос о причине произошедшего.

Читайте так же:
Провода с лампочками пнг

Основные причины

На практике встречаются ряд наиболее распространенных причин перегорания лампочки. Поэтому для эффективного предотвращения подобных казусов в дальнейшем необходимо изучить факторы, обуславливающие поломку.

1. Некачественные лампы

Как и в любой сфере, изготовление ламп накаливания не является исключением, на рынке можно встретить и отечественные, и зарубежные модели. Среди которых существуют как дорогие, так и дешевые лампочки. Как правило, цена отстраивается от используемых в изготовлении материалов, так как технология доведена до совершенства уже очень давно. Соответственно, чем дешевле приобретаемый вами вариант, тем больше сэкономил на нем производитель.

В результате:

  • вольфрамовая нить может иметь меньшую толщину;
  • окажутся хуже контакты;
  • менее прочное стекло;
  • тоньше места соединения.

Если рассматривать ценовую политику, то разница в цене не составляет ощутимого разброса. Поэтому попытка сэкономить незначительную сумму приводит к тому, что перегорание лампы будет происходить в два-три раза быстрее. Из-за чего вам придется менять их чаще.

Качество лампы от разных производителей

Качество лампы от разных производителей

2. Высокое напряжение в квартире

Нить накаливания в лампе рассчитывается на номинальные параметры работы, заданные ток и напряжение, при которых получится оптимальное выделение света с допустимым нагревом металла. Однако в некоторых случаях, пытаясь стабилизировать питающее напряжение у потребителей, энергоснабжающая организация повышает разность потенциалов до 240 В и более.

При таком отклонении от номинального напряжения сила тока, протекающего через лампу, существенно возрастет. Мощность электрической нагрузки пропорционально увеличится, а из-за структуры спирали отток заряженных частиц возрастет нелинейно, и электрический прибор быстрее выйдет со строя.

Перегорание от повышенного напряжения

Перегорание от повышенного напряжения

В сравнении с обычным проводником, для которого повышение питающего напряжения приведет к пропорциональному нагреванию, лампа накаливания находится в куда худших условиях. Как показывают исследования, в среднем, превышение напряжения на 1% приводит к сокращению срока службы на 14%.

3. Плохие контакты в патронах ламп

Передача мощности от электрической сети к лампе накаливания осуществляется, в том числе, и через контакты патрона. Но, как и любое устройство, патрон для подключения светильника также рассчитан на определенную мощность. В случае превышения допустимой мощности, к примеру, при включении лампы накаливания на 100 Вт в патрон на 60 Вт, последний постоянно будет перегреваться.

У керамических моделей произойдет подгорание контактов, в полимерных, особенно из дешевого пластика, наряду с подгоранием начнет деформироваться и вся конструкция.

Проблемы с контактами в патроне

Проблемы с контактами в патроне

В результате, с одной стороны может возникнуть ситуация, когда металлический контакт просто не будет доставать до цоколя и лампочка перестанет гореть из-за размыкания цепи. С другой стороны, с ухудшением контактного соединения возникнет высокое переходное сопротивление, которое в итоге приведет к скачкам напряжения. От таких перепадов вольфрамовая спираль износится намного быстрее, чем было заложено заводом изготовителем. В подгоревших патронах происходит частое перегорание осветительных приборов.

4. Некачественный выключатель

Коммутационный аппарат позволяет подавать напряжение на лампу накаливания и разрывать электрическую цепь под нагрузкой во время отключения. Но следует отметить, что каждое отключение приводит к тому, что с поверхности контактов выделяются частицы металла. При этом происходит разрушение контактной поверхности, как от электрической, так и от температурной составляющей. После достижения определенного уровня старения контакт существенно ухудшается, возникает шаткость и дребезг, из-за чего ток колеблется в довольно широком диапазоне.

Некачественный выключатель

Некачественный выключатель

В результате включения лампы накаливания некачественными контактами, она будет перемигивать, мерцать и, в конечном счете, быстро выйдет со строя. Такая же ситуация будет наблюдаться при частых коммутациях, когда лампу выключают и тут же включают, не давая остыть. Из-за большого удельного сопротивления холодная спираль постепенно разогревается, переходя из максимального тока к номинальному. Поэтому не остывшая до конца нить накала от частых включений придет к быстрому перегоранию.

5. Некачественное подключение проводов люстры к электросети

Помимо проблем в точке подключения лампы накаливания и в коммутационных аппаратах существуют и другие участки электрической цепи, где может ухудшиться контакт или возникнет утечка.

К таким местам можно отнести:

  • некачественное соединение проводов люстры;
  • распределительные коробки в узлах соединения электрической проводки;
  • места старения изоляции, через которые возникают токи утечки или частичные разряды.

Наиболее часто такая проблема наблюдается в местах подключения люстры с медными проводами к алюминиевой проводке. На начальном этапе этот дефект проявляется как переменная яркость освещения без воздействия на коммутатор.

Некачественное подключение проводов люстры

Некачественное подключение проводов люстры

6. Перегрев лампы

Лампы накаливания рассчитаны на определенную температуру работы, так вольфрамовая нить может накаляться до температуры более тысячи градусов в номинальном режиме работы. Но при условии недостаточного отведения тепла от лампочки, излишек тепловой энергии будет накапливаться в колбе, что и скажется на нагреве нити. Которая начнет перегреваться и деформироваться – на одних участках металла станет больше, другие, наоборот, станут тоньше. Поэтому чаще всего сгорают нити накаливания в самом тонком месте.

7. Вибрации или сотрясения

В лампах накаливания все элементы крепятся пайкой или путем механического обжатия. Поэтому при ударных воздействиях на колбу вольфрамовая нить может перестать гореть:

  • из-за нарушения ее целостности;
  • обрыва в месте крепления к одному из рогов;
  • разгерметизации колбы.
Читайте так же:
Подключение электроламп от розетки

8. Повышенная влажность

Наличие избытка влаги в помещении и ее оседание на поверхности колбы, со временем приведет к тому, что у вас перегорела лампочка. Такой же эффект может наблюдаться при перепадах температур, из-за которых собирается конденсат на лампе. В случае ее включения резко возрастает температура тонкого стеклянного слоя, который с обратной стороны остыл и какой-то промежуток времени сохраняет низкую температуру за счет воды. Разница температур вызывает микротрещины, которые со временем переходят в механическое повреждение колбы.

Повреждение колбы

Повреждение колбы

Как продлить ей срок службы?

Чтобы продлить срок службы лампы накаливания вам необходимо разобраться с причинами частого перегорания и устранить их.

Для этого можно посоветовать следующее:

  1. Приобретайте качественные модели от известных производителей, избегайте дешевых подделок;
  2. Проводите мониторинг уровня напряжения дома и выбирайте лампы с номиналом в соответствующем диапазоне, к примеру, до 240В.
  3. Периодически проверяйте состояние патрона и его контактов, при необходимости зачищайте их.
  4. Проверяйте неисправность выключателя, осматривайте его контакты и места подключения проводки. При необходимости произведите замену выключателя.
  5. Своевременно выявляйте неисправности проводки, не игнорируйте запах гари или плавления изоляции, проверяйте соединения проводов.
  6. Установите качественный светильник, современный ассортимент предлагает широкий выбор моделей с защитой от влаги, ударов и температуры.

В некоторых ситуациях будет целесообразным заменить классическую лампочку на энергосберегающую лампу. Люминесцентные лампы и светодиодные лампочки хоть и стоят дороже, но имеют куда больший срок службы.

Лампа накаливания

Лампа накаливания. 230 Вт, 720 лм, цоколь света, в котором происходит преобразование электрической энергии в световую в результате сильно нагретой металлической спирали при протекании через неё электрического тока.

Содержание

Принцип действия

В лампе накаливания используется эффект нагревания электрического тока ( тепловое действие тока ). Температура вольфрамовой электромагнитное законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 5770 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение.

Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводности и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. Идеальная температура в 5770 K недостижима, т. к. при такой температуре любой известный материал плавится, разрушается и перестаёт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C).

При практически достижимых температурах 2300—2900 °C излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «желто-красным», чем дневной свет. Для характеристики качества света используется т. н. цветовая температура.

В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом (обычно аргоном). Первые лампы делались с вакуумированными колбами. Однако в вакууме при высоких температурах вольфрам быстро испаряется, делая нить тоньше и затемняя стеклянную колбу при осаждении на ней. Позднее колбы стали заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы сейчас используют только для ламп малой мощности.

Конструкция

Incandescent light bulb.jpg

Конструкция современной лампы. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 — тело накала; 4, 5 — электроды (токовые вводы); 6 — крючки-держатели ТН; 7 — ножка лампы; 8 — внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.

Конструкции ЛН весьма разнообразны и зависят от назначения конкретного вида ламп. Однако общими для всех ЛН являются следующие элементы: ТН, колба, токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели ТН различной конструкции; лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.

Колба

Стеклянная колба защищает нить от сгорания в окружающем воздухе. Размеры колбы определяются скоростью осаждения материала нити. Для ламп большей мощности требуются колбы большего размера, для того чтобы осаждаемый материал нити распределялся на большую площадь и не оказывал сильного влияния на прозрачность.

Буферный газ

Колбы первых ламп были вакуумированы. Современные лампы заполняются буферным газом (кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Это уменьшает скорость испарения материала нити. Потери тепла, возникающие при этом за счёт теплопроводности, уменьшают путём выбора газа, по возможности, с наиболее тяжёлыми молекулами. Смеси азота с аргоном являются принятым компромиссом в смысле уменьшения себестоимости. Более дорогие лампы содержат криптон или ксенон (молярные массы: азот: 28,0134 г/моль; аргон: 39,948 г/моль; криптон: 83,798 г/моль; ксенон: 131,293 г/моль)

Нить накала

Двойная спираль лампы накаливания (Osram 200 Вт) с контактными проводниками и держателями нити

угля (точка сплава. Провод часто имеет вид двойной спирали, с целью уменьшения конвекции за счёт уменьшения Сила тока определяется по закону Ома (<displaystyle I=U/R data-lazy-src=

Форма цоколя с Предохранитель

Перегорание лампы происходит во время её работы, то есть в то время, когда одновременно нить накала нагрета и через нить протекает электрический ток. Если в это время происходит разрыв нити, то между разведёнными концами нити обычно загорается КПД и долговечность

Долговечность и яркость в зависимости от рабочего напряжения

Почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400 K своего максимального значения 15 %. При практически достижимых температурах в 2700 K КПД составляет 5 %.

С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400 K всего лишь несколько часов. Как показано на рисунке справа, при увеличении напряжения на 20 %, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим время жизни уменьшается на 95 %.

Для сглаживания пиковой мощности могут использоваться терморезисторы с сильно падающим сопротивлением по мере прогрева, реактивный балласт в виде ёмкости или индуктивности. Напряжение на лампе растет по мере прогрева спирали и может использоваться для шунтирования балласта автоматикой. Без отключения балласта лампа может потерять от 5 до 20% мощности, что тоже может быть выгодно для увеличения ресурса.

типКПДяркость(Люмен/Ватт)
40 W Лампа накаливания1.9%12.6 [1]
60 W Лампа накаливания2.1%14.5 [1]
100 W Лампа накаливания2.6%17.5 [1]
Галогенные лампы2.3%16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым стеклом)3.5%24
Высокотемпературная лампа накаливания5.1%35 [2]
Абсолютно чёрное тело при 4000 K7.0%47.5 [3]
Абсолютно чёрное тело при 7000 K14%95 [3]
Идеально белый источник света35.5%242.5 [2]
Идеальный монохроматический 555 nm (зелёный) источник100%683 [4]

Галогенные лампы

Добавление в буферный газ галогенов (брома или часов. При этом рабочая температура спирали составляет примерно 3000  К. Эффективность галогенных ламп достигает 28 лм/Вт.

Иод (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама. Этот процесс является обратимым — при высоких температурах соединение распадается на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё.

Трансформатор и электронный инвертор для питания 12-вольтных галогеновых ламп

Новым направлением развития ламп является т. н. IRC-галогенные лампы (сокращение IRC обозначает «инфракрасное покрытие»). На колбы таких ламп наносится специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное ( OSRAM , потребление энергии снижается на 45 %, а время жизни удваивается (по сравнению с обычной галогенной лампой) [1].

Хотя IRC-галогенные лампы не достигают эффективности ламп дневного света , их преимущество состоит в том, что они могут быть использованы как прямая замена обычных галогенных ламп.

Специальные лампы

  • Проекционные лампы — для диа- и кинопроекторов. Имеют повышенную яркость (и соответственно, повышенную температуру нити и уменьшенный срок службы); обычно нить размещают так, чтобы светящаяся область образовала прямоугольник.
  • Двухнитевые лампы для автомобильных фар. Одна нить для дальнего света, другая для ближнего. Кроме того, такие лампы содержат экран, который в режиме ближнего света отсекает лучи, которые могли бы ослеплять встречных водителей.

История изобретения

Томас Альва Эдисон

Александр Николаевич Лодыгин

  • В 1809 г. англичанин 1838 г. бельгиец 1854 г. немецкий изобретатель Генрих Гебель разработал первую «современную» лампу: обугленную вакуумированном сосуде. В последующие 5 лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой. 1874 года российский инженер патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд. изобретатель 1878 г. британский патент на лампу с угольным волокном. В его лампах волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет.
  • Во второй половине 1870-х годов американский изобретатель 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл патрон, цоколь и выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение.
  • В 1890-х годах 1906 г. Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение.
  • В 1910 г. Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 г. в фирме General Electric, придумал наполнять колбы ламп Смарт-лампочка

Cмapт-лaмпы — этo уcoвepшeнcтвoвaнныe лaмпoчки c дoпoлнитeльными вoзмoжнocтями, кoтopыe умeют coздaвaть для cвoeгo влaдeльцa пpиятную cвeтoвую aтмocфepу в дoмe и дeлaют eгo пoвceднeвную жизнь бoлee удoбнoй и кoмфopтнoй, нaпpимep:

Устройство и схема подключения люминесцентной лампы

Лампы дневного света появились на рынке вслед за лампами накаливания. Вольфрамовая спираль, как источник светового излучения, из-за высокой температуры служит недолго и расходует много энергии. В этом главные причины поиска новых источников света. Люминесцентная лампа стала первой из семейства газоразрядных излучателей света, которые получили широкое распространение. Для их изготовления используется доступное сырьё. А возможность получения разнообразных вариантов формы колбы наряду с экономичностью и яркостью вывела эти лампы в ряды лидеров на рынке светотехники.

Принцип работы

Все газоразрядные лампы функционируют, используя электрический ток, протекающий через ионы газа. Газом заполняется колба, которая для наиболее эффективной ионизации делается в форме трубки. Трубка может быть как прямой, так и любой другой формы. Электроды, размещённые на концах колбы, создают условия необходимые для свечения газа. Для этого выполняется начальная ионизация, которая называется запуском. Электроды нагреваются и в результате соприкосновения с газом ионизируют его своей температурой.

Для наиболее эффективного нагрева электроды делаются в виде спиралей расположенных между двумя контактами. Поэтому с каждого конца колбы у люминесцентной лампы есть по два контакта. Появление ионов позволяет запустить процесс их перемещения между противоположными электродами – начинает течь электрический ток. В результате процесс появления новых ионов становится всё более интенсивным, а свечение газа усиливается. Оно пропорционально силе тока, протекающего через газ в колбе.

Люминесцентными лампы называются из-за одноименного эффекта. Если один вид излучения поглощается веществом, которое начинает излучать другой вид излучения, значит это люминесценция. Она характерна для излучений с высокой энергией и более короткой длиной волны. Ближайшими к видимому свету из таких излучений являются ультрафиолетовые лучи. Наиболее доступным и эффективным способом их получения является электрический разряд в парах ртути. При относительно малой расходуемой электрической энергии пары ртути излучают наиболее мощное ультрафиолетовое излучение.

Остаётся только преобразовать его в видимый свет, основываясь на эффекте люминесценции. Это делает специальное вещество – люминофор. Его наносят в виде порошка на внутренние стенки колбы. Люминофор может светиться с оттенком света соответствующим своему химическому составу. Поэтому можно получать не только разнообразные оттенки белого света, но и многие другие цвета.

Схема работы люминесцентной лампы

Однако если лампа накаливания подключается к электросети напрямую, люминесцентная не может быть так же подключена.

Лампа накаливания имеет активное сопротивление, которое определено свойствами вольфрамовой спирали. Это резистор, который ограничивает ток. Любая газоразрядная лампа имеет сопротивление, определяемое количеством ионов в колбе. А оно может изменяться в широких пределах прямо пропорционально силе тока протекающего через лампу. Поэтому для необходимого режима свечения применяется ограничитель тока. Но чтобы колба засветилась надо ещё создать процесс начальной ионизации. Поэтому устройства, которые обеспечивают работу люминесцентных ламп, называют пускорегулирующими.

Стандартное решение и схема подключения люминесцентной лампы

Стандартное пускорегулирующее устройство содержит стартер и дроссель. Стартер работает как переключатель схемы соединения контактов для разогрева электродов сразу после включения.

Схема подключения люминесцентной лампы дневного света

Таким способом обеспечивается ход процесса начальной ионизации. После этого лампа даёт свет от тока, величина которого определяется параметрами дросселя. Через один дроссель можно подключить одну или несколько ламп (схема показана выше). Параметры излучателя и дросселя должны быть согласованы. Если дроссель будет ограничивать ток слишком сильно, свечение будет менее ярким и наоборот. Со временем спиральные электроды из-за нагрева при запуске лампы изнашиваются и перегорают. Но и стартер не безупречен. Его биметаллический контакт, замыкающий цепь накала электродов, тоже изнашивается. И при таких неисправностях лампа перестаёт давать свет.

Новую люминесцентную лампу, как и бывшую в употреблении с повреждёнными электродами можно использовать при иной схеме подключения. Чтобы вызвать начальную ионизацию потребуется более высокое напряжение. Оно вызовет появление и размножение ионов в колбе и она засветится.

Схема подключения

Для того чтобы ограничить ток и при этом получить необходимое по величине напряжение на лампе, применяется схема подключения люминесцентной лампы показанная далее. В этой схеме среднее значение тока определяется величиной ёмкости конденсатора С1, а напряжение на лампе зависит от соотношений чисел витков обмоток трансформатора Т1. Величина ёмкости, и габариты трансформатора, определяющие его мощность должны соответствовать мощности лампы EL1. Иначе её свечение не будет оптимальным по яркости.

Вместо повышающего трансформатора можно использовать схему для увеличения напряжения с диодами и конденсаторами в сочетании с дросселем. Вот пример такой схемы:

Схема для увеличения напряжения с диодами и конденсаторами в сочетании с дросселем

Одним из недостатков люминесцентных лам является пульсация их света. Эта особенность утомляет зрение и влияет на восприятие быстро движущихся предметов.

Схема подключения люминесцентной лампы

Например, перелистывание страниц или быстрое перемещение пальцев руки в сете люминесцентной лампы выглядит в виде отдельных мелькающих кадров. Этот эффект называется «стробоскопическим» и обусловлен переменным напряжением и током в электросети. В лампе накаливания он существенно ослаблен инерцией остывающей спирали. Чтобы ослабить этот эффект в люминесцентной лампе её надо запитать от выпрямителя так как показано на изображении далее слева. Но со временем по мере износа электродов при постоянном токе начинает проявляться тёмное катодное пространство вблизи катода (электрода отрицательной полярности).

Два конденсатора в схемеПоэтому надо периодически переставлять лампу в светильнике с разворотом на 180 градусов. Можно вместо этого выполнять переключение контактов специальным переключателем. Конденсатор, установленный на выходе выпрямителя, значительно уменьшит пульсации света лампы. От стартера также можно отказаться, используя два конденсатора (показано слева).

Современные энергосберегающие лампы, так же как и большие трубчатые люминесцентные подключаются к электросети через электронные балласты. В них напряжение сначала выпрямляется, а затем преобразуется инвертором в более высокочастотное. Обычно с частотой более 20 кГц. Электронный балласт существенно улучшает качество света. Уменьшаются визуальные пульсации, диапазон допустимого напряжения в сети расширяется, отсутствует гудение, характерное для металлических дросселей. Изображения электронного балласта и схема подключения лампы с его использованием показаны далее.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector