Lemputės aprašymas ir veikimo principas
Kas yra kaitrinė lempa
Kaitrinė lempa, toliau vadinama LN, yra dirbtinės šviesos šaltinis, kurio šviesos srautas gaunamas kaitinant ploną metalinį siūlą iki raudonai įkaitusio metalo švytėjimo temperatūros. Šildymui per kaitinimo siūlą praleidžiama elektros srovė. Pirmosios lempos turėjo pluošto pavidalo suanglėjusių organinių medžiagų, tokių kaip bambukas, siūlą.
Kad siūlas greitai neišdegtų, iš kolbos buvo išpumpuojamas oras ir uždaroma. Arba jie užpildė kolbą dujų kompozicija, kurioje nėra oksiduojančio agento - deguonies. Tokios dujos vadinamos inertinėmis – argonas, neonas, helis, azotas ir kt.. Šios dujos taip pavadintos, nes nereaguoja su metalais, t.y. inertiškas.
Pirmosios lempos su anglies siūlu turėjo ne daugiau kaip keliolika valandų darbo resursą. Jis žymiai padidėjo pakeitus anglies siūlą plona metaline viela.
Tokia šviesa buvo vadinama kaitinamąja šviesa, t.y. karšto metalo šviesa. Ir siūlas buvo vadinamas siūlu. Pavyzdžiui, iki 1200°C įkaitintas plienas šviečia geltonai baltai, o 1300°C – beveik baltai.
XIX amžiaus pabaigoje greitai perdegusį anglies siūlą pakeitė ugniai atsparūs metalai – volframas, molibdenas, osmis arba metalų oksidai – cirkonis, magnis, itris ir kt.
Pripildžius kolbą inertinėmis dujomis, sumažėjo metalo išgaravimo iš karšto siūlelio greitis, todėl pailgėjo jo veikimo trukmė.
Esant didelei galiai, siūlai gaminami „šakota“ forma. Projekciniai šviesos šaltiniai, skirti sukurti kryptingą srautą, turi sudėtingos konfigūracijos siūlą, sudarantį plokščią struktūrą, statmeną spinduliavimo ašiai. Tokiu atveju į lemputės vidų įdedamas šviesos atšvaitas, pavyzdžiui, plonu purškiamo metalo – sidabro arba aliuminio – sluoksniu.
Norint maitinti lempą tiesiai iš tuo metu buvusio tinklo, kurio nuolatinė įtampa buvo 110 V, reikėjo ilgo ir plono metalinio sriegio. Tai padidino varžą, o tai reiškia, kad šildymui reikėjo mažiau srovės.
Kad būtų tankus „įpakavimas“ nedideliame skaidraus stiklo kolbos tūryje, siūlas buvo kelis kartus sulenktas ir uždėtas ant vielos laikiklių.
Toks sriegio lenkimas apsunkino pirmųjų šviesos šaltinių projektavimą, kurie veikė daug ilgiau nei „angliniai“. Proveržis kuriant kaitinamųjų lempučių dizainą buvo pasiūlymas susukti siūlą į spiralę. Tai kelis kartus sumažino jo dydį.
Dar mažesnis kaitinamojo korpuso dydis buvo gautas ploną spiralę sulenkus į antrą, bet didesnio skersmens spiralę. Dviguba spiralė vadinama bispirale.
Kitas šviesos šaltinių kūrimo etapas buvo perėjimas prie kintamosios srovės tinklų ir transformatoriaus panaudojimas lempų maitinimo įtampai sumažinti.
Pagrindinės kaitinamosios lempos dalys
Pagrindiniai kaitinamosios lempos konstrukciniai elementai yra šie:
- kaitinimo siūlas arba gijų korpusas;
- sriegio tvirtinimo detalės;
- kolba, apsauganti siūlą nuo greito degimo ir išorinių poveikių;
- pagrindas montavimui į kasetę ir prijungimui prie elektros tinklo;
- cokolio kontaktai – srieginis korpusas ir centrinis kontaktas cokolio apačioje.
Armatūra skirta tvirtinti sriegį ir sukurti reikiamą šviesos srauto konfigūraciją bei kryptį.
Pagrindas reikalingas tvirtinimui tvirtinimo kasetėje ir prijungimui prie kolbos. Remontuojamose lempose, kaitinamųjų lempų analoguose, dalis maitinimo įtaiso dedama į pagrindą.
cokolis
Ant halogeninės kaitrinės lempos, priklausomai nuo kolbos maitinimo įtampos, galios ir konstrukcijos, montuojami kelių tipų lizdai - srieginiai, kaištis, bajonetinis, kaištis ir kt.
Kontaktų sistema ant lizdų reikalinga norint prisijungti prie elektros tinklo arba maitinimo šaltinio.
Kolba
Permatoma kolba LN naudojama:
- sriegio apsauga nuo išorinės atmosferos, kurioje yra oksidatoriaus - deguonies;
- vakuumo ar dujų kompozicijos kūrimas ir palaikymas;
- dėti fosforą ir/ar dangas, kurios įvairių tipų elektromagnetinę energiją paverčia matoma spinduliuote, grąžinant šilumą į siūlą, nematomą UV ir IR spinduliuotę paverčiant šviesa, koreguojant lempos švytėjimo atspalvį – raudoną, žalią, mėlyną.
Kaitinamasis kūnas
Kaitinamosios lempos korpusas yra siūlas, susuktas į spiralę arba bispiralę arba ploną metalinę juostelę.
Dujų terpė
Inertinės dujos, užpildančios lempos lemputę, pavyzdžiui, azotas, argonas, neonas, helis. Į inertinių dujų mišinį dedama halogeninių medžiagų.
Kaip veikia LN ir kaip jis veikia
Kaitinamosios lemputės įtaisas per savo kūrimą mažai pasikeitė. Pagrindinis elementas, veikiantis kaitinamos medžiagos švytėjimo principu, yra kaitinimo siūlas arba kaitinantis korpusas. Tai plona volframo viela, kurios skersmuo 30-40, maksimalus 50 mikronų arba mikrometrų (milijoninių metro dalių).
Kaitinamosios spalvos prasideda nuo raudonos ir, kylant temperatūrai, pereina per oranžinę, geltoną į baltą. Toliau kylant temperatūrai, kaitinamojo kūno metalas pirmiausia išsilydo, o tada, esant deguoniui, sudega.
Vaizdo įrašo pamoka: kaip veikia šiuolaikinės elektros lemputės
Šaltasis volframo siūlas turi mažą varžą. Volframas, kaip ir dauguma metalų, turi teigiamą atsparumo TCR temperatūros koeficientą.Tai reiškia, kad kaitinant kaitinamą siūlą elektros srove, jo varža didėja.
Prieš įjungiant lempą, kaitinimo siūlelis yra šaltas ir mažai atsparus. Todėl įjungimo momentu srovė tiekiama 10-15 kartų didesnė už vardinę. Šis šuolis vadinamas paleidimu. Ir dažnai jis yra perdegimo priežastis kaitinamieji kūnai.
Siūlai sušildyti reikia sekundės dalies. Per šį laiką jo atsparumas didėja. Iš pradžių didelė srovė, einanti per lempą, kai įšyla dujos, lemputė ir visi konstrukciniai elementai, sumažėja iki nominalios vertės. Taigi šviesos šaltinis pereina į nurodytą režimą ir sukuria paso šviesos srautą. Švytėjimo atspalvis taip pat tampa vardiniu, t.y. atitinkanti spalvos temperatūrą nuo 2000 iki 3500 K. Ji vadinama šiltai balta ir turi keletą spalvų temperatūros gradacijų su originaliais pavadinimais ir santrumpos nurodytame diapazone. Pavyzdžiui:
- itin šilta balta – 2200–2400 K, žymima S-Warm arba S-W, taip pat labai šilta balta arba šilta 2400;
- šiltas - 2600-2800 K arba Šiltas 2700;
- šilta balta - 2700-3500 K arba šilta balta (WW);
- kitas šiltas yra 2900-3100 K arba Šiltas 3000 (W).
Atskirų lempos elementų temperatūra
Išorinis LON lemputės paviršius priklauso nuo lempos galios ir gali būti įkaitintas iki 250-300 ℃ ar daugiau.
Siūlas įkaitinamas iki 2000-2800 ℃, volframo lydymosi temperatūra 3410°C.
Kai kuriose konstrukcijose siūlas pagamintas iš osmio, kurio lydymosi temperatūra yra 3045 ℃, arba renio - 2174. Taigi LN emisijos spektras perkeliamas į raudonąją matomo spektro zoną.
Kokios dujos yra lemputėje
Pirmosiose lempose oras buvo išpumpuojamas iš kolbos.Dabar evakuojamos tik mažos galios, ne didesnės kaip 25 vatų, lemputės (išsiurbiamas oras).
Eksploatuojant iki 2-3 tūkstančių laipsnių įkaitintą volframo laidą, nuo jos paviršiaus intensyviai garuoja metalas. Jo garai nusėda ant lemputės vidinės pusės ir sumažina jos šviesos pralaidumą.
Praėjusio šimtmečio pradžioje atlikti tyrimai parodė, kad pripildžius kolbą inertinėmis dujomis, sumažės garavimas ir padidės šviesos srautas. Todėl į kolbas pradėta pildyti viena iš inertinių dujų arba jų mišinio. Dažniausiai tai yra argonas, azotas, ksenonas, kriptonas, helis ir kt. Helis naudojamas efektyviam pasyviam naujo tipo LED modifikuojamų lempų vidinių elementų aušinimui.
Šio eksperimento griežtai nerekomenduojama atlikti namuose.
Pagrindinis jų šviesą skleidžiantis elementas yra plonas dirbtinio safyro ar stiklo strypas, ant kurio yra išdėstyti LED kristalai. Toks spinduolis vadinamas kaitinimo siūlu. Kai kurie „ekspertai“ supainiojo esmę kaitinamosios lempos ir pavadino jas „lempomis su safyro šviesos skleidėjais“. Nors dirbtinis safyras šiose lempose naudojamas tik kaip LED kristalų tvirtinimo pagrindas ir pasyvus radiatorius.
LN gedimas daugeliu atvejų yra susijęs ne su metalo išgaravimu nuo kaitinamojo kūno paviršiaus, bet su šio proceso pagreitėjimu kaitinamojo siūlo storio pažeidimo zonose. Tai atsitinka aštraus laido vingio arba jo lūžio zonoje. Šioje vietoje lokaliai didėja jo varža, didėja įtampa, galios sklaida ir metalo temperatūra. Garavimas pagreitėja, virsta lavina, siūlas greitai sumažina storį ir perdega.
Ši problema buvo išspręsta šeštojo dešimtmečio pabaigoje ir septintojo dešimtmečio pradžioje pradėjus masinę halogeninių kaitinamųjų lempų gamybą.
Halogenai - chloras, bromas, fluoras ar jodas - buvo pradėti dėti į inertinių dujų ar mišinio sudėtį. Dėl to metalo garavimo procesas visiškai sustoja arba labai sulėtėja. Šių priedų atomai suriša volframo garus, sudarydami nestabilių junginių molekules. Jie nusėda ant kaitinamojo kūno paviršiaus. Veikiant aukštai temperatūrai, molekulės suyra ir išskiria halogeno atomus bei gryną metalą, kuris nusėda ant karšto sriegio paviršiaus ir dalinai atkuria išgaravusį sluoksnį.
Šis procesas sustiprėja didinant slėgį. Tai padidina kaitinamojo siūlelio temperatūrą, tarnavimo laiką, šviesos srautą, efektyvumą ir kitas charakteristikas. Emisijos spektras pasislenka į baltąją pusę. Dujomis užpildytose lempose sulėtėja lemputės paviršiaus tamsėjimas iš vidaus nuo volframo garų. Tokie šviesos šaltiniai vadinami halogeniniais.
Elektriniai parametrai
Kaitinamųjų lempų elektrinės charakteristikos yra šios:
- elektros galia, matuojama vatais - W, gaminamų modelių asortimentas - nuo kelių vatų (lemputė žibintuvėliui - 1 W) iki 500 ir net 1000 W;
- šviesos srautas, Lm (liumenas), yra susijęs su galia - nuo 20 Lm esant 5 W iki 2500 Lm esant 200 W, esant didesnei galiai, šviesos srautas yra didesnis;
- šviesos efektyvumas, energijos vartojimo efektyvumas arba efektyvumas, Lm / W - kiek liumenų šviesos šviesos srauto pavidalu suteikia kiekvienam vatui energijos, sunaudotos iš tinklo arba iš maitinimo šaltinio;
- šviesos intensyvumas arba ryškumas, cd (kandela);
- spalvos temperatūra – sąlyginio juodo kūno, skleidžiančio tam tikro atspalvio šviesą, temperatūra.
Elektros lempos paskirtis
Elektros lempas pagal pritaikymą galima skirstyti į keletą tipų – visuomeninės, techninės ir specialios paskirties.
Pagrindinis viešasis tikslas – apšviesti bet kurį žmogų, gyvūnus ir paukščius dirbtine šviesa naktį arba tamsioje patalpoje.
Naudodami šviesą žmonės savo kasdienę veiklą prailgina kelioms valandoms. Tai gali būti darbo ir studijų procesai, buities darbai. Gerėja saugumas keliuose, galimybė suteikti medicininę pagalbą vakare ir nakties metu ir daugelis kitų.
Lempos aktyviai naudojamos gyvulininkystės ūkiuose ir paukštynuose, auginimui augalai šiltnamių kompleksuose. Jie apšviečiami tam tikro spektro ir šviesos srauto dydžio šviesa. Žuvims veisti reikia ir specialios spektrinės sudėties šviesos.
techninė paskirtis. Gamyboje technologiniais tikslais naudojami prietaisai, kurie duoda matomą ir nematomą šviesą. Pavyzdžiai:
- tiksliam ir svarbiam darbui žmogui reikalingas aukštas darbo vietos apšvietimo lygis;
- IR - infraraudonoji spinduliuotė naudojama pramonėje, pavyzdžiui, bekontaktiniam konstrukcijų dalių šildymui arba klimato technikoje šildyti žmogų, dirbančią atvirame šaltame ore, karinėje technikoje ir medžioklėje - naktiniai ginklų taikikliai, naktinio matymo prietaisai ir kt. ;
- UV- spinduliuotė naudojama odontologijoje greitam plombų sukietėjimui, protezų gamyboje ir kt., medicinoje ir sanitarijoje - patalpų dezinfekcija, įrankiai, drabužiai, baldų paviršiai, oras, vanduo, vaistai ir kt.
Specialios paskirties lempos naudojamos lauko ir vidaus šviečiančioje reklamoje, kriminalistikoje, aviacijoje ir astronautikoje, šou pasirodymų šviesos akompanimente ir daugelyje kitų.
Pagrindinės rūšys ir savybės
Pagrindiniai kaitinamųjų lempų tipai yra šie:
- Bendrosios paskirties lempos. Žymima santrumpa LON. Paprastai tai yra įrenginiai, kurių galia yra 25, 40, 60, 75 ir 100 vatų. Labiausiai paplitęs - 60 vatų. Bet pramoniniu būdu gaminamas LON, kurio galia 150, 200, 500 ir net 1000 vatų.
- Halogeninės kaitrinės lempos. Gaminamas darbui iš 220 arba 110 V aukštos įtampos tinklo ir iš žemos įtampos tinklo. Šiuo atveju jie maitinami žeminamuoju transformatoriumi.
Žemos įtampos halogeno LN veislės:
- kapsulė, turi viso stiklo vamzdelius su skirtingais lizdais - galo kaiščiu GY6.35 arba G4;
- refleksas, turintis atspindintį elementą, skersmuo nuo 35 iki 111 mm, GZ10 pagrindas su papildomomis galimybėmis.
Aukštos įtampos. Pagrindinė įtampa 220-230 V, 50 Hz. Šios lempos turi daugiau galimybių:
- linijinis stiklinio vamzdžio su R7S lizdais formos;
- cilindriniai - padai E27, E14 arba B15D;
- su nuotoline arba papildoma kolba.
Naujausiame modelyje lempos viduje standžiai įtaisyta nedidelė halogeninė lempa-kapsulė arba vamzdelis. Jis privirinamas prie įprastos LON lemputės centrinio strypo, turi lanksčius laidus, prijungtus prie standartinio Edison E27 arba E14 pagrindo. Naudodamas 70–100 W energijos, jis suteikia 20–30 % didesnį šviesos srautą nei įprastos kaitrinės lempos.
Šie modeliai pasižymi didesniu energijos vartojimo efektyvumu, siekiančiu 12-25 lm/W, o įprastų LON šviesos srautas yra nuo 3-4 iki 10-12 lm/W.
Halogeninių modelių tarnavimo laikas svyruoja nuo 4-5 iki 10-12 tūkstančių valandų.
Šviestuvų atskyrimas pagal paskirtį ir dizainą
dekoratyvinės lempos
Pastaraisiais metais pasirodė retro lempos, imituojančios senovinius Edison LN.
Be to, jie imituoja lemputės formos „žvakę“, „žvakę vėjyje“, „guzelį“, „kriaušę“, „rutulį“ ir kt.
Veidrodinis
Veidrodinės lempos turi dalį lemputės, kuri iš vidaus padengta atspindinčiu sluoksniu. Dažniausiai tai yra metalo danga - sidabras, aliuminis, auksas ir tt Šis sluoksnis gali būti plonas, permatomas arba storas, nepermatomas.
Veidrodinės konstrukcijos naudojamos gamyboje visiškai švariam proceso šildymui, pavyzdžiui, puslaidininkių gamyboje su aukščiausio grynumo medžiagomis. Šiuo atveju kaitinamųjų lempų trūkumas – didelis infraraudonosios spinduliuotės srautas – tampa neprilygstamu jų pranašumu.
Tokios lempos naudojamos lempose su siauru besisukančiu šviesos pluoštu.
Signalas
Signalinės lempos yra mirksintys šviesos šaltiniai. Paprastai mirksinčių švyturių pavidalu, pavyzdžiui, tarnybiniuose automobiliuose, lėktuvuose ir sraigtasparniuose, šviesos pranešimams perduoti laivyne ir kt. Jie turi ploną siūlą, kuris suteikia greitą ryškumą.
Transportas
Šio tipo lempos skirtos naudoti įvairių tipų transporte – automobiliuose, geležinkelyje ir metro, upių ir jūrų laivuose. Pagrindinis jiems keliamas reikalavimas – atsparumas vibracijai ir smūgiams. Norėdami tai padaryti, siūlas sutrumpinamas ir pritvirtinamas prie daugybės atraminių elementų.Tokių lempų pagrindai yra bajonetinė gulbė, kaištis arba sofitas. Jie neleidžia įrenginiui išeiti ir iškristi iš kasetės.
Apšvietimai
Iš pavadinimo aišku, kad lempos naudojamos apšvietimui. Todėl jų kolbos gaminamos iš skirtingų spalvų stiklo – mėlynos, žalios, geltonos, raudonos ir kt.
dviguba sruoga
Tokios kaitrinės lempos schema: vienoje lemputėje yra dvi atskiros kaitrinės gijos. Pavyzdžiui, automobilio priekiniame žibinte dviejų kaitinimo siūlų lempa naudojama taip:
- įjungus įtampą vienam sriegiui, įjungiama artimoji šviesa - šviesos srautas „prispaudžiamas“ prie kelio sankasos ir spindulys tęsiasi keliasdešimt metrų;
- perėjus prie antrojo gijos, šviesa pakyla ir jos diapazonas gali siekti šimtus metrų, o srautas bus daug didesnis.
Tokios lempos gali būti galiniame žibinte. Pirmas siūlas skirtas šoniniams žibintams, antrasis – stabdžių žibintams.
Šviesoforuose dvigubos kaitrinės lempos padidina jų patikimumą. Dubliavimas leidžia įrenginiui dirbti su vienu siūlu arba įjungti antrąjį, kai pirmasis išdegė. O, pavyzdžiui, geležinkeliuose signalizacijos patikimumas yra transporto saugumo garantija.
Bendra, vietinė paskirtis
Viršutinėje eilėje iš kairės į dešinę - šviestuvas su E14 pagrindu - sietynams, šviestuvams ir mažo dydžio lempoms; su E27 pagrindu - bendrosios paskirties; žalia, raudona, geltona - šviečianti.
Apatinė eilutė: mėlyna - medicininė paskirtis procedūroms; veidrodis su atšvaitu - fotografijos darbams ar specialiam apšvietimui, violetiniu stiklu, du išoriniai - dekoratyvūs su “žvakės” lempute ir E27 bei E14 cokoliais.
Už ir prieš
Kaitinamųjų lempų pranašumai:
- maža kaina - paprastos ir nebrangios medžiagos, dizainas ir technologijos buvo kuriamos dešimtmečius, masinė automatizuota gamyba;
- santykinai mažas dydis;
- įtampos šuoliai tinkle nesukelia greito gedimo;
- paleidimas, taip pat paleidimas iš naujo - momentinis;
- maitinant kintamąja srove, kurios dažnis yra 50–60 Hz, ryškumo pulsacijos beveik nepastebimos;
- švytėjimo ryškumas reguliuojamas reguliatoriais;
- spinduliuotės spektras ištisinis ir akiai pažįstamas – panašus į saulę;
- beveik visiškas skirtingų gamintojų lempos charakteristikų pakartojamumas;
- spalvų perteikimo indeksas Ra arba CRI - apšviestų objektų spalvų atspalvių atkūrimo kokybė - yra 100, o tai visiškai atitinka saulės indikatorių;
- maži kompaktiško siūlelio matmenys suteikia aiškius šešėlius;
- didelis patikimumas esant stipriam šalčiui ir karščiui;
- dizainas leidžia masiškai gaminti modelius, kurių darbinė įtampa nuo frakcijų iki šimtų voltų;
- maitinimas iš kintamosios arba nuolatinės įtampos, jei nėra paleidimo įrenginių;
- aktyvioji kaitinamojo siūlo varžos prigimtis suteikia galios koeficientą (kosinusą φ), lygų 1;
- abejingas spinduliuotei, elektromagnetiniam impulsui, trukdžiams;
- spinduliuotėje praktiškai nėra UV komponento;
- numatytas reguliarus darbas su dažnu šviesos įjungimu/išjungimu ir daugybe kitų.
Trūkumai apima:
- vardinis LON tarnavimo laikas - 1000 valandų, halogeninėms kaitrinėms lempoms - nuo 3 iki 5-6 tūkst. liuminescencinė - iki 10-50 tūkst., LED - 30-150 tūkstančių valandų ar daugiau;
- lemputės stiklas ir plonas siūlas yra jautrūs smūgiams, tam tikrais dažniais vibracijos gali sukelti rezonansus;
- didelė energijos vartojimo efektyvumo ir tarnavimo trukmės priklausomybė nuo maitinimo įtampos;
- Elektros energijos pavertimo matoma šviesa efektyvumas neviršija 3-4%, bet didėja didėjant galiai;
- kolbos paviršiaus temperatūra priklauso nuo galios ir yra: 100 W - 290 ° C, 200 W - 330 ° C, 25 W - 100 ° C;
- įjungus, srovės viršįtampis prieš kaitinamojo siūlui įšylant gali būti dešimt kartų didesnis už vardinę vertę;
- lempų laikikliai ir šviestuvų detalės turi būti atsparios karščiui.
Kaip padidinti lempos tarnavimo laiką
Yra daug būdų, kaip padidinti tarnavimo laiką. Dažniausiai naudojamas:
- paleidimo srovės ribojimas, nuosekliai su lempa įjungiant termistorių, kurio didelė varža mažėja kaitinant paleidimo srove;
- minkštas paleidimas su rankiniu ryškumo valdymu tiristoriumi arba triaciniu reguliatoriumi;
- lempos galia per galingą lygintuvą diodą, t.y. ištaisytos sinusoido įtampos pusės;
- serijinis šviestuvų sujungimas poromis kelių lempų šviestuvuose, pavyzdžiui, sietynuose.
Šiuolaikinė pramonė gamina daugybę įvairių tipų kaitrinių lempų, turinčių platų darbinės įtampos ir galios diapazoną, su skirtingais švytėjimo atspalviais, lempučių ir lizdų konfigūracijomis. Šis diapazonas leidžia pasirinkti tinkama lempa bet kokiam naudojimui.