Исследование распределения освещённости вокруг электрических ламп накаливания с использованием цифровой лаборатории relab

Галогенные лампы

Открытие галогенового цикла в лампах накаливания, вызвало появление в производстве принципиально новых конструкций ламп. Основной эффект от применения галогенов состоит в возможности создания ламп накаливания значительно меньших габаритных размеров со значительно большей световой отдачей при тех же мощностях. Средняя световая отдача галогенных ламп, предназначенных для общего освещения, составляет 22 лм/Вт при сроке службы 2000 часов. Применение галогенного цикла привело к разработке ламп накаливания, позволяющих сконцентрировать на сравнительно небольшой площади излучение большой мощности и применить их в ряде специальных технологических процессов, например для нагрева различных материалов.

Устройство прямой галогенной лампы показано на рисунке 12. Колба лампы 1 представляет собой трубку из кварцевого стекла, по оси которой расположено тело накала в виде спирали или биспирали 2. Вводы в кварц представляют собой полоски молибденовой фольги 4, заштампованные в сплошные концы кварцевой трубки. Внутренняя часть электродов выполнена из вольфрама 3, внешние выводы – из молибдена 5. В лампах большой мощности, имеющих длинную спираль, для устранения ее провисания применяют держатели 7 из вольфрама. Для откачки, вакуумной обработки и наполнения лампы в средней части колбы припаивается штенгель из кварцевого стекла, после отпайки которого остается утолщение 6. Для крепления и присоединения к сети на концы лампы надеты цоколи 8.

Рисунок 12. Конструкция трубчатой галогенной лампы накаливания

В настоящее время технология изготовления галогенных ламп накаливания настолько отработана, что это позволило создать целую гамму ламп: для светильников общего, киносъемочного и телевизионного вещания, прожекторов, инфракрасных облучателей, автомобильных фар, аэродромных огней и тому подобных.

По конструктивным признакам галогенные лампы делятся на две группы: с длинным спиральным телом накала (аналогично конструкции на рисунке 12) и с концентрированным телом накала. Первая группа ламп имеет выводы с двух сторон, вторая – с одной стороны.

Обозначение типа галогенных ламп накаливания включает: первая буква – материал колбы (К – кварц); вторая буква – вид галогенной добавки (И – чистсый йод, Г – галогенные смеси); третья буква – область применения (О – облучательная), или конструктивная особенность (М – малогабаритная, К – концентрированное тело накала), либо то и другое вместе; первая группа цифр – мощность в ваттах (или сила света, ток или световой поток в зависимости от назначения лампы); последняя цифра – номер разработки, если эта разработка не произведена впервые. Для автомобильных ламп первой ставится буква А.

Номенклатура галогенных ламп накаливания насчитывает более 150 наименований. В таблице 6 приведены параметры различных галогенных ламп. Галогенные лампы общего применения имеют срок службы 2000 часов, то есть в 2 раза выше, чем обычные лампы накаливания; у других типов галогенных ламп срок службы колеблется в зависимости от назначения лампы. Лампы для инфракрасного облучения благодаря низкой температуре тела накала (2400 – 2700 К) обладают повышенным сроком службы (до 5000 часов). Облучательные лампы предназначены для эксплуатации, как правило, в горизонтальном положении.

Таблица 6

Параметры галогенных ламп накаливания

Штифтовой цоколь (байонет) B.

Цифра в маркировке штифтового цоколя определяет наружный диаметр цоколя (B9s, B15d, B22d) мм. Его особенность – это несимметричные боковые контакты, которые позиционируют лампу в держателе (патроне) строго заданным образом, для фокусировки светового потока, к примеру в автомобильных двухспиральных лампах “ближнего-дальнего” света или навигационных судовых огнях.

В других странах вместо размеров в миллиметрах используют аббревиатуры:

BC – Bayonet Cap (Байонетный цоколь) = B22d, Русскоязычное обозначение 2Ш22;

SBC – Small Bayonet Cap (Маленький Байонетный цоколь) = B15d, Русскоязычное обозначение 2Ш15;

MBC или MBB – Miniature Bayonet Cap / Base (Миниатюрный Байонетный цоколь) = Ba9s, Русскоязычное обозначение 1Ш9;

Ответы на частые вопросы

Покупатели часто задают интересующие их вопросы. Это связано с отсутствием полной информации на упаковке.

Срок службы, стоимость

На лампу накаливания влияет множество факторов, которые способствуют сокращению ее срока службы.

За последнее время качество производимых лампочек упало. Часто дефект заметен сразу. Поэтому большинство покупателей перешли на покупку товара от иностранных производителей.

Часто снижение времени работы совершается из-за высокого напряжения в сети. При этом происходит перегрев нити накаливания, она уменьшается в толщине, колба начинает темнеть. Происходит разрыв спирали. При отклонении величины напряжения всего на один процент, срок службы лампы сокращается на 14 процентов.

Стоимость лампочки зависит от вида, мощности, производителя. Она колеблется от 7 рублей до 100 рублей (для домашнего потребления).

Как увеличить срок службы

Существует несколько способов, увеличивающих срок службы лампочки:

• Установка диммера. Это простой прибор может продлить срок эксплуатации в несколько раз. Для этого после подключения регулируется процент освещения. При освещении кладовых, подъездов и пр. достаточно выставить работоспособность лампы на 75 процентов.
• Так как часто выход из строя обусловлен скачками напряжения, то достаточно установить стабилизатор.

Какой газ в лампе

В колбах изделия не может содержаться воздух или любой газ. Там должен быть только инертный газ (ксенон, криптон, аргон). Это связано с тем, что температура спирали прогревается больше 2000 градусов.

При таких температурах вольфрамовая нить будет реагировать со всеми газами, кроме инертных. Гелий и неон дорого стоят, поэтому их не используют.

Температура

Световая температура зависит от вида закаченного газа. Так, без газовая вакуумная среда способствует прогреванию до 2700 К. При этом излучается теплый белый свет. При прогревании до 4200 излучается естественный белый свет. При закачивании ксенона, галогена криптона температура прогревания от 4000 до 6400 К. При этом излучается холодный белый свет.

Из-за чего рвется спираль

Вольфрамовая нить очень тонкая и хрупкая. Ее обрыв случается из-за уменьшения диаметра, по причине испарения материала при воздействии высокой температуры. Также часто нить обрывается при механическом воздействии – встряхивании.

Световой поток

Назначение светового потока – освещение. Создается преобразованием тепловой энергии. Единицей измерения считается Люмен (Лм). Увеличение потока зависит от мощности лампы

Лампы накаливания одинаковой мощности излучают разный световой поток. Чем выше напряжение, тем выше значение светового потока.

Сколько потребляет

Мощность 60 Вт — энергопотребление составит 60 Вт или 0,06 киловатт за 1 час
Мощность 95 Вт — потребляет электричества 95 Вт 0,095 киловатт за 1 час
Мощность 100 Вт — израсходует 100 или 0,1 киловатт Вт электроэнергии за 1 час.

Советуем посмотреть видео:

Основные технические характеристики

Самым главным параметром источников света с телом накала является мощность, определяемая в ваттах. Назначение ламп разнообразное, поэтому диапазон велик – от 0,1 Вт индикаторных «светлячков» до 23 тыс. Вт прожекторов для маяков.

Компании General Electric и Osram выпускают мощные светильники для театральных и кинематографических постановок.

Прожекторные изделия отличаются не только значением мощности (до 24000Вт), но и световым потоком. Светодиодный прожектор способен выдать 400 000 люменов, тогда как специальная лампа накаливания – 800 000 люменов

В быту используют маломощные приборы, в основном, от 15 Вт до 150 Вт, а в промышленной сфере применяют лампы мощностью до 1500 Вт.

Качество светового потока и степень рассеивания регулируются материалом изготовления колбы. Максимальная светопередача характерна для ламп с прозрачным стеклом, тогда как два других типа поглощают часть света. Например, матовое стекло колбы крадет 3% светового потока, а белое – 20%.

Часто мощность бытовых ламп накаливания ограничена материалом светильников (абажуров, плафонов). Производители люстр и бра обычно указывают рекомендованные параметры – как правило, 40 Вт, реже 60 Вт.

Обычные электролампы сильно нагревают окружающие предметы в отличии, например, от светодиодных или маломощных галогенных, поэтому их нельзя использовать для монтажа в натяжные потолки

В 2011 году лампы накаливания официально признаны низко экономичными и пожароопасными, поэтому был принят закон о прекращении выпуска источников света 100 Вт. На очереди – закон о запрете устройств мощнее 50 Вт.

Однако пользователь ничего не теряет, так как на современном рынке огромное количество более производительных и экономичных светодиодных ламп и других аналогов.

Таблица, отражающая эффективность работы различных видов бытовых ламп. По указанным техническим характеристикам хорошо видно, как лампы накаливания проигрывают альтернативным вариантам по всем позициям

Сегодня многие отказываются от устаревшего вида ламп из-за большого потребления электроэнергии и короткого срока службы. Однако существуют категории людей, предпочитающие покупать дешевые и неэффективные источники – благодаря им производство лампочек накаливания продолжается.

Второй важный показатель, который обязательно нужно учитывать при покупке, – вид цоколя лампы накаливания, определяемый размером. У импортных и отечественных светодиодных ламп множество разновидностей цоколей, тогда как простые лампы ограничиваются тремя.

Если необходимо заменить лампочку в люстре или настольном светильнике, то обязательно обратите внимание на диаметр цоколя – Е14 или Е27. Приборы с цоколем Е40 в быту не применяют. Сейчас производителей обязывают упаковывать каждое изделие в отдельную коробочку, так что технические характеристики можно отыскать на ней

Обычно указывают мощность, класс энергоэффективности (низкий – Е), тип цоколя, прозрачность колбы, срок службы в часах

Сейчас производителей обязывают упаковывать каждое изделие в отдельную коробочку, так что технические характеристики можно отыскать на ней. Обычно указывают мощность, класс энергоэффективности (низкий – Е), тип цоколя, прозрачность колбы, срок службы в часах.

(диаметр трубки – 26 мм)

Люминесцентные лампы улучшенной цветопередачи. (диаметр трубки – 26 мм).

Преимущества и недостатки ламп накаливания перед другими искусственными источниками света

Для освещения создана масса различных осветительных приборов. Многие из них изобретены в последние 20 – 30 лет с применением высоких технологий, но обычная лампа накаливания всё равно имеет ряд преимуществ или совокупность характеристик, которые являются более оптимальными при практичном использовании:

1. Дешевизна при производстве.
2. Нечувствительность к перепадам напряжения.
3. Быстрое зажигание.
4. Отсутствие мерцания. Этот фактор очень актуален при использовании переменного тока частотой 50 гц.
5. Наличие возможности регулировки яркости источника света.
6. Постоянный спектр светового излучения, близкий к естественному.
7. Резкость теней, как при солнечном освещении. Что тоже является привычным для человека.
8. Возможность эксплуатации в условиях высоких и низких температур.
9. Возможность производства ламп различной мощности (от нескольких Вт до нескольких кВт) и рассчитанных на различное напряжение (от нескольких Вольт до нескольких кВ).
10. Несложная утилизация в виду отсутствия токсичных веществ.
11. Возможность использования любого вида тока с любой полярностью.
12. Эксплуатация без дополнительных пусковых устройств.
13. Бесшумность работы.
14. Не создаёт радиопомех.

Наряду с таким большим перечнем положительных факторов, лампы накаливания обладают и рядом существенных недостатков:

1. Главный отрицательный фактор – это очень низкий КПД. Он достигает у лампы мощностью 100 Вт лишь 15 %, у прибора 60 Вт этот показатель составляет только 5 %. Одним из способов повышения КПД является повышение температуры накала, но при этом резко уменьшается срок службы вольфрамовой спирали.
2. Короткий срок службы.
3. Высокая температура поверхности колбы, которая может достигать у 100-Ваттной лампы 300°С. Это представляет угрозу для жизни и здоровья живых существ, и представляет пожарную опасность.
4. Чувствительность к встряске и вибрации.
5. Использование термостойкой арматуры и изоляции токоподводящих проводов.
6. Высокое энергопотребление (в 5 -10 раз больше номинального) во время запуска.

Сравнительная характеристика лампы накаливания и светодиодной

Разница «в возрасте» этих типов ламп составляет почти сотню лет. Тем не менее, «старушка» с вольфрамовой нитью в колбе до сих пор остается самой востребованной на рынке.

Светодиодные лампы Navigator Filament

Давайте проведем небольшой сравнительный анализ основных технических характеристик двух типов ламп – накаливания и светодиодной. Ведь не только мощностью отличаются равные по световому потоку изделия.

Светоотдача

Светоотдача лампы определяется как отношение светового потока к мощности. Измеряется этот параметр в Лм/Вт. Светоотдача лампы накаливания колеблется в пределах 8-10 Лм/Вт. Ее светодиодный сородич имеет диапазон 90-110 Лм/Вт. Следовательно, эффективность последнего явно выше.

Цветовая температура

При проектировании освещения дома или офиса специалисты рекомендуют руководствоваться следующей таблицей:

Теплоотдача

Не менее важной характеристикой, подлежащей сравнению, является теплоотдача от изделия. Лампы накаливания могут разогреваться до 250 градусов

Лампы накаливания могут разогреваться до 250 градусов.

Правда, в основном этот параметр держится в пределах 170 градусов.

Разогретая стеклянная колба является потенциальным источником пожара, поэтому при монтаже осветительной сети в деревянном доме использовать традиционную лампочку не рекомендуют.

В этом плане светодиодная ламп находится в более выигрышном положении: она может нагреться не выше 50 градусов. Следовательно, никаких ограничений в ее применении не существует.

В этой статье речь идет об общих случаях. Для помещений категории повышенной взрыво-пожароопасности выпускаются соответствующая продукция, имеющая высокую степень защищенности.

Срок службы

Светодиодные лампы характеризуются отменной живучестью. Производители утверждают, что прослужить их изделие может более 50 тысяч часов. Лампы накаливания живут намного меньше – всего 1000 часов. Поэтому гораздо выгоднее один раз купить дорогую лампочку, которая прослужит несколько лет, чем каждые 3 месяца менять дешевую.

Типы светодиодных ламп

Однако долговечность светодиода не отражает одного прискорбного факта: со временем интенсивность его свечения снижается. Примерно через 4000 часов работы свет от него заметно потускнеет.

Деградация светодиода тем выше, чем ниже его качество. Много нареканий в этом плане возникает у потребителей к китайской продукции.

КПД

Коэффициент полезного действия ламп освещения говорит о том, какой процент потребленной электроэнергии превращается в свет, а какой – в тепловую энергию. КПД светодиодов составляют примерно 90%, лампа накаливания может похвастаться лишь семью-девятью процентами.

Thomson Filament — светодиодные лампы нового поколения

Цена

В интернете бурно спорят противники и сторонники светодиодов. Предмет их спора – стоимость. Ведь стоят светодиодные лампы более чем в 10 раз выше обычных. В пользу первых говорит малая мощность, а, следовательно, низкое энергопотребление.

Для наглядности сведем показатели экономичности ламп разного типа в таблицу:

Таблица составлена на основе следующих исходных данных: в среднем лампочка горит около 8 часов в сутки или 8 х 365 = 2920 часов; стоимость 1 кВт*ч принята за 3 рубля.

Из таблицы видно, что даже без учета долговечности ламп светодиодная по сравнению с лампой накаливания занимает явно выигрышное положение.

Прочие характеристики

• силе тока;
• механической прочности;
• цветовой температуре и некоторым другим показателям.

Давайте сравним две лампы:

• светодиодную мощностью 9 Вт;
• накаливания на 60 Вт.

Результаты сравнения сведем в таблицу:

Все вышеприведенные таблицы позволяют составить общее представление о преимуществах и недостатках светодиодов и лампочек накаливания.

Достоинства

Главное преимущество ламп накаливания заключаются в наименьшей стоимости изделий, по сравнению с конкурентами (светодиодами, галогенными лампами и т.д.). Помимо этого можно выделить еще ряд преимуществ, которые и являются причиной выбора данных источников света:

• Могут нормально работать при низких температурах, благодаря чему применяются при монтаже уличного освещения.
• При незначительных скачках напряжения изделие не выходит из строя.
• Работают даже при очень низком напряжении (только вот интенсивность освещения снизится).
• Разновидность и мощность изделий имеет широкий диапазон, благодаря чему можно выбрать подходящий под определенные условия эксплуатации продукт.
• Могут нормально функционировать при повышенной влажности.
• Подключаются к сети без дополнительного оборудования.
• Превосходят газозарядные источники света по безопасности. Если разобьется энергосберегающая лампа, придется в срочном порядке провести комплекс мероприятий по проветриванию помещения и химической обработке поверхности.

Принцип работы люминесцентного светильника

Как работает люминесцентная лампа? Сначала образуются свободно движущиеся электроны. Это происходит в момент включения питающего переменного напряжения в областях вокруг вольфрамовых нитей накаливания внутри стеклянного баллона.

Эти нити за счет покрытия их поверхности слоем из легких металлов по мере нагрева создают эмиссию электронов. Внешнего напряжения питания пока недостаточно для создания электронного потока. Во время движения эти свободные частицы выбивают электроны с внешних орбит атомов инертного газа, которым заполнена колба. Они включаются в общее движение.

На следующем этапе в результате совместной работы стартера и электромагнитного дросселя создаются условия для увеличения силы тока и образования тлеющего разряда газа. Теперь наступает время организации светового потока.

Движущиеся частицы обладают достаточной кинетической энергией, необходимой для перевода электронов атомов ртути, входящей в состав лампы в виде небольшой капли металла, на более высокую орбиту. При возвращении электрона на прежнюю орбиту высвобождается энергия в виде света ультрафиолетового спектра. Преобразование в видимый свет происходит в слое люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность колбы.

Для чего нужен дроссель в люминесцентной лампе

Это устройство работает с момента старта и на протяжении всего процесса свечения. На разных этапах задачи, выполняемые им, различны и могут быть разделены на:

• включение светильника в работу;
• поддержание нормального безопасного режима.

На первом этапе используется свойство катушки индуктивности создавать импульс напряжения большой амплитуды за счет электродвижущей силы (ЭДС) самоиндукции при прекращении протекания переменного тока через ее обмотку. Амплитуда этого импульса напрямую зависит от величины индуктивности. Он, суммируясь с переменным сетевым напряжением, позволяет кратковременно создать между электродами напряжение, достаточное для разряда в лампе.

При созданном постоянном свечении дроссель выполняет роль ограничивающего электромагнитного балласта для цепи дуги с низким сопротивлением. Его цель теперь – стабилизация работы для исключения дугового замыкания. При этом используется высокое индуктивное сопротивление обмотки для переменного тока.

Принцип работы стартера люминесцентной лампы

Устройство предназначено для управления процессом запуска светильника в работу. При первоначальном подключении сетевого напряжения оно полностью прикладывается к двум электродам стартера, между которыми существует небольшой промежуток. Между ними возникает тлеющий разряд, в котором температура увеличивается.

Один из контактов, выполненный из биметалла, имеет возможность под действием температуры изменять свои размеры, изгибаться. В этой паре он выполняет роль подвижного элемента. Возрастание температуры приводит к быстрому замыканию электродов между собой. По цепи начинает протекать ток, это приводит к понижению температуры.

Через небольшой промежуток времени происходит разрыв цепи, что является командой для вступления в работу ЭДС самоиндукции дросселя. Последующий процесс был описан выше. Стартер понадобится только на этапе следующего включения.

Цоколи

Цоколи бывают разными по типу и конструкции. Понять, какой из них какой поможет маркировка.

• E – резьбовой цоколь (Эдисона)
• G – штырьковый цоколь

Число в обозначении цоколя указывает диаметр соединительной части или расстояние между штырьками.

Строчные буквы в конце показывают количество контактных пластин, штырьков или гибких соединений (только для некоторых типов):

• s – один контакт
• d – два контакта

Иногда к первой букве добавляется еще одна уточняющая буква U, обозначающая энергосберегающую лампу.

Светодиодные лампы для домашнего освещения имеют стандартные цоколи, которые подходят к большинству применяемых в быту патронов.

Резьбовой цоколь Е (Эдисона)

Цоколь Е10 – это самый маленький из резьбовых цоколей. Могут применяться в елочных гирляндах или в карманных фонариках.

Цоколь Е14 – так называемые миньоны, чаще всего используются в небольших светильниках, бра и люстрах. Современные светодиодные лампы также изготавливаются в таком цоколе, ими можно заменить любую стандартную лампу накаливания, это позволит существенно экономить электроэнергию. Лампочки под такой патрон отличает большое разнообразие типов: грушевидная, свечеобразная, каплевидная, шарообразная, зеркальная и другие.

Цоколь Е27 – осветительные приборы с таким цоколем наиболее распространены, они подходят под стандартные патроны, которые установлены в каждом помещении. Светодиодные лампы с таким цоколем максимально напоминают стандартные и привычные нам лампы накаливания, они подойдут к любому светильнику с аналогичным патроном.

Штырьковые цоколи

Цоколь GU10 – имеет утолщения на концах контактов для поворотного соединения с патроном. Такой вид цоколя имеют стандартные потолочные светильники.

Цоколь GU5,3 – наиболее часто встречается в галогеновых лампах накаливания MR16. Такой цоколь для акцентного освещения, в мебельных светильниках, в подвесных и натяжных потолках. Светодиодные лампы с таким цоколем представлены достаточно широкой линейкой, поэтому они смогут полноценно заменить галогенные лампы.

Классификация

Лампы накаливания

В недавнем прошлом наиболее распространённый тип. Осветительные приборы данного вида могут использоваться как на стационарных, так и на портативных устройствах (например, ручные фонарики).

Свет испускает нагретая вольфрамовая нить, помещённая в колбу (баллон), из которого откачан воздух (отсюда термин «вакуумные»).

Лампы накаливания по составу газа в баллоне разделяют на собственно вакуумные, криптоновые, галогенные.

Вакуумные

Поверхность колбы может быть как прозрачной, так и матовой, что позволяет получить более мягкий свет без использования защитного колпака. Также, верхняя часть баллона может быть покрыта зеркальной краской, чтобы направить световой поток вниз (при потолочном освещении).

Лампы для переносных источников работают от напряжения 12, 24, 36 В.

Для стационарных – 220 В, 50 Гц (городская электрическая сеть).

Основной минус подобных источников света – низкий КПД: только 2-3% идёт на освещение. Остальная энергия рассеивается в виде тепла (отсюда и низкий показатель светоотдачи).

Тип используемого крепления – цоколь Эдисона (Е-цоколь); различается по своему диаметру (в мм), указываемому в маркировке:

• Е10 – используется для карманных фонариков;
• Е14, также называемый «миньён» (маленький);
• Е27 – стандартный;
• Е40 используется для наружного освещения;

Плюсы:

• широкое распространение оборудования;
• низкая цена;
• удобство монтажа;

Минусы:

• низкий КПД;
• малая длительность работы (500–1000 ч.);
• пожароопасность (нельзя использовать в пластиковых и деревянных конструкциях);

Характеристики:

Криптоновые лампы

Лампа накаливания, в баллон которой добавлен криптон (инертный газ). Обладают меньшими габаритами и большим временем работы по сравнению с вакуумными (1000–2000 ч.), не чувствительны к перепадам напряжения.

Характеристики:

Галогенные лампы

Как следует из названия, колба содержит пары галогенов (элементов 17 группы таблицы Менделеева – брома или йода). Добавление этих газов позволяет значительно увеличить время работы и повысить светоотдачу, по сравнению с  вакуумными аналогами.

Используется Е- или G-цоколь (см. люминесцентные лампы).

Плюсы:

• Срок службы до 2000-4000 ч..
• Малые размеры, возможность применения в гипсокартонных конструкциях (например, подвесной потолок).

Минусы:

1. Чувствительность к загрязнению (установку необходимо производить в перчатках, при попадании жира на поверхность колбы, прибор очень быстро выходит из строя).
2. Чувствительность к перепадам напряжения.

В настоящее время, разработан новый тип галогенных источников с инфракрасным покрытием, которое пропускает видимый свет и отражает тепловое излучение, они имеют сниженное энергопотребление и увеличенное время эксплуатации по сравнению с аналогами без покрытия.

Характеристики:

Список источников

• proprovoda.ru
• slarkenergy.ru
• LampaSveta.com
• www.calc.ru
• sovet-ingenera.com
• samelectrik.ru
• artillum.ru
• simplelight.info
• Hi-News.ru
• electry.ru