Лампы накаливания
Достоинства:
- Простота конструкции
- Дешевизна
- Отсутствие мигания
- Отсутствие пускорегулирующих устройств
- Простота в эксплуатации
- Хорошая цветопередача
- Единственный источник света напряжения 12-36 В
- Низкая светоотдача
- Малый срок службы
- Высокая чувствительность к изменению напряжения
Температура накала вольфрамовой нити лежит в пределах 2100—2730°С.
Лампа накаливания состоит из цоколя и стеклянной колбы, внутри которой находится нить накала. В настоящее время лампы выпускают грушевидной, шаро- и каплеобразной и цилиндрической (пальчиковой) формы. Колбу наполняют смесью газов аргона с азотом.или ксенона с криптоном. Инертные газы, особенно ксенон и криптон, уменьшают распыление вольфрамовой нити, увеличивая срок службы лампы. Кроме того, эти газы обладают низкой теплопроводностью, что способствует повышению рабочей температуры нити. Выпускают и вакуумные лампы.
Повышение рабочей температуры нити накала без увеличения тока достигается также конструкцией самой нити. Например, тело накала выполняют в виде биспирали — спирали, навитой из спирали.
Лампы накаливания характеризуются простотой эксплуатации и отсутствием специальных устройств для включения их в электрическую сеть. Лампы имеют вольфрамовую спираль и бывают вакуумные (тип В) и газополными (типы Г, Б, БК). Лампы типов Г (моноспиральная) и Б (биспиральная) наполняются аргоном с добавлением 12-16% азота, лампы БК имеют криптоновое наполнение. Диапазон мощностей 15-1500 Вт на напряжения 127 и 220 В, светоотдача 7-19 лм/Вт, номинальный срок службы 1000ч. Галогенные лампы накаливания типа ГЛН на стенках лампы образуют галогеноиды вольфрама (на базе бромистого метила или метилена), которые, испаряясь, разлагаются на теле накала и возвращают ему атомы вольфрама. Имеют мощность 1-5кВт, светоотдача 22лм/Вт, срок службы 2000-3500ч. Лампы накаливания очень чувствительны к изменению напряжения питающей сети.
Изменения основных параметров ламп - накаливания в процентах номинального значения при изменении напряжения на + 1% примерно следующие: ток -+0,5%, мощность - +1,5%, световой поток - +3,5%, срок службы +13,0%, световая отдача - +1,8%.
Эти лампы используются для бытового, местного аварийного освещения в помещениях с небольшим годовым числом часов использования и являются единственным источником света на напряжение 12-36 В
Лампы накаливания бывают с резьбовыми и штифтовыми цоколями.
Резьбовые цоколи условно обозначаются как Е-40, Е-27, Е-14, Е-10, где цифра соответствует диаметру цоколя в миллиметрах. Лампы мощностью 300 Вт и более имеют цоколь Е-40.
Условные обозначения штифтовых цоколей: 1Ш-9, 2Ш-15 и 2Ш-22. Первая цифра показывает число контактных штифтов, которые располагаются в торцевой части цоколя, а вторая — диаметр цоколя в миллиметрах. Лампы с штифтовым цоколем применяют в местах с повышенной вибрацией и тряской, где резьбовой цоколь может самопроизвольно вывинчиваться.
Срок службы ламп зависит от напряжения сети. При повышении напряжения на 5% выше номинального срок службы сокращается на 30%. Часто лампы выходят из строя из-за нарушения герметичности колбы, что является следствием низкого качества изготовления.
В процессе эксплуатации лампы вольфрамовая нить испаряется, а ее пары оседают на стенках колбы, уменьшая ее прозрачность. Кроме того, возрастает сопротивление нити, что приводит к уменьшению мощности лампы. Следовательно, с течением времени и неперегоревшая лампа может не обеспечивать минимально необходимого светового потока.
Световой поток ламп зависит от напряжения сети: при снижении напряжения на 10% световой поток уменьшается на 30%.
Люминесцентные лампы
Принципиально иным, по сравнению с лампами накаливания, типом источника света являются люминесцентные лампы. Они входят в большую группу газоразрядных источников, в которых световое излучение является результатом процессов, вызванных электрическим разрядом, — прохождением тока через газы или пары металлов.
Достоинства:
- Относительно просты
- Большой диапазон с точки зрения цветопередачи
- Относительно высокая светоотдача
- Большой срок службы
- Мигание лампы
- Старение лампы
- Наличие ПРА
- Малый диапазон мощностей
- Чувствительность к снижению напряжения
- Ограниченный температурный диапазон работы
Особенностями ЛЛ являются:
- включение в сеть только с пускорегулирующим аппаратом (ПРА);
- работа в ограниченном диапазоне температур (от 5 до 40°С);
- чувствительность к отклонениям напряжения: при снижении напряжения на 10% лампа не зажигается, на 20% - зажженная лампа гаснет;
- повышение напряжения зажигания при повышенной влажности.
Разновидностью ламп являются малогабаритные люминесцентные лампы (т.н. «экономные»). Некоторые из них имеют встроенные узлы управления, тогда как другие требуют применения отдельной балластной нагрузки (дросселя). Небольшие размеры достигаются за счет сгибания газоразрядной трубки. Эти лампы потребляют приблизительно одну четвертую мощности ламп накаливания с вольфрамовой нитью при той же световой отдаче. Срок службы данных ламп в пять раз больше срока службы ламп накаливания с вольфрамовой нитью.
Малогабаритные лампы имеют широкий круг применений в качестве замены либо альтернативы лампам накаливания с вольфрамовой нитью.
Существуют лампы тлеющего дугового, высокочастотного и импульсного разрядов; в ЛЛ используется дуговой разряд, световая же энергия излучается специальным веществом — люминофором, который начинает светиться под действием ультрафиолетового или других видов облучения. Дуговой разряд в газе или парах металла и является источником, возбуждающим свечение люминофора. Наиболее интенсивное ультрафиолетовое излучение дает электрический дуговой разряд в парах ртути.
В качестве люминофора для ЛЛ применяют вещества, наиболее интенсивно светящиеся именно при ультрафиолетовом облучении. От состава люминофора зависят спектр светового излучения, к. п. д. и световая отдача ламп. В светотехнике сейчас наиболее широко применяют галофосфат кальция, активированный сурьмой и марганцем, который почти вытеснил другие люминофоры. Концентрация марганца в этом люминофоре и отношение содержания фтористого и хлористого кальция сильно влияют на спектр излучения.
В зависимости от давления газов или паров, в которых происходит дуговой разряд, ЛЛ делят на лампы низкого, высокого и сверхвысокого давления.
Для освещения судовых помещений и в быту широко применяют люминесцентные лампы низкого давления (рис. 1).
С внутренней стороны стеклянной трубки 4 наносят слой люминофора 3. Трубку наполняют небольшим количеством паров ртути и инертным газом — аргоном. В оба ее торца впаяны по два штырька, к которым подключены вольфрамовые спирали 2. Спирали покрыты оксидным слоем, обладающим хорошей термоэлектронной эмиссией. Для возникновения между электродами (спиралями) трубки дугового электрического разряда необходимы два условия: разогрев спирали и создание кратковременного всплеска напряжения, зна-чительно превышающего рабочее напряжение лампы. Оба эти условия автоматически выполняются схемой включения, в которую входят стартер 1 и дроссель 5. В качестве стартера используют неоновую лампу специальной конструкции. Один ее электрод (или оба) выполнен из биметаллической пластины.
Конденсатор С1 служит для компенсации реактивной мощности, обусловленной наличием дросселя. При отсутствии конденсатора коэффициент мощности лампы составляет около 0,5.
Конденсатор С2 небольшой емкости служит для устранения радиопомех, вызванных процессом зажигания лампы, и создает более благоприятные условия для работы стартера.
Стартер, выполненный на основе тлеющего разряда неоновой лампы, получил наибольшее распространение, хотя на судах встречаются иногда стартеры ЛЛ, работающие по другому принципу. Разработаны различные схемы без стартерного зажигания ламп. Они более надежны, но значительно дороже и вызывают дополнительные потери энергии. Созданы ЛЛ, на внутренней стороне трубок которых нанесена прозрачная электропроводящая пленка, позволяющая осуществлять без стартерное зажигание лампы.
Люминесцентные лампы значительно экономичнее ламп накаливания, менее чувствительны к колебаниям напряжения сети. Их световая эффективность достигает 80 лм/Вт, созданы образцы ЛЛ со световой эффективностью до 100 лм/Вт.
Одним из серьезных недостатков ЛЛ является зависимость светового потока от температуры стенок трубки, которая, в свою очередь, зависит от температуры окружающей среды (рис. 2).
Объясняется это тем, что давление паров ртути в лампе значительно меняется с изменением температуры. Несколько лучшей стабильностью светового потока обладают лампы с амальгамой (сплав ртути с индием и кадмием), наносимой на стенки трубки.
Люминесцентные лампы малоинерционные, поэтому сила света их колеблется в соответствии с синусоидальным характером питающего напряжения. Такие мигания света не воспринимаются глазом, но воспринимаются нервной системой и утомляют человека. Кроме того, они создают стробоскопический эффект у вращающихся деталей, в результате чего деталь кажется неподвижной или вращающейся в другую сторону. По Правилам Регистра необходимо принимать меры к устранению стробоскопического эффекта. Наиболее просто это достигается подключением люминесцентных ламп одного помещения к различным фазам трехфазной сети.
Существуют специальные схемы подключения двух и трех ламп, у которых питающее напряжение сдвинуто по фазе.
Наша промышленность выпускает лампы: ЛБ — белого света, ЛХБ — холодно-белого света, ЛД — дневного света, ЛБА — с амальгамой, ЛДИ, ЛТБИ, ЛХБИ — с улучшенной цветопередачей, ЛХБР — с рефлекторным слоем.
В табл. 1 приведены основные характеристики отечественных ЛЛ.
Табл. 1. Основные характеристики отечественных ЛЛ
Большую мощность светового излучения при относительно малых размерах источника позволяют получить дуговые ртутные ЛЛ высокого давления типа ДРЛ (рис. 3, а). Их средний срок службы 9 тыс. ч.
Мощным источником ультрафиолетового излучения является дуговой электрический разряд в парах ртути, которые находятся под высоким давлением (до 1 МПа) в трубке из кварцевого стекла. Эта трубка находится внутри стеклянной колбы 2 с нанесенным на ее стенки люминофором 3.
При подаче питания на схему (рис. 3, б) начинает заряжаться конденсатор С через резистор Я и полупроводниковый диод В. Когда напряжение конденсатора достигнет определенной величины, происходит пробой разрядника Р и конденсатор быстро разряжается через добавочную обмотку дросселя Др. В этот момент дроссель действует как импульсный трансформатор. На его основной обмотке возникает кратковременный всплеск напряжения, необходимый для зажигания лампы.
Рис. 3. Люминесцентная лампа высокого давления типа ДРЛ и схемы ее зажигания
Люминесцентные лампы высокого давления выпускают мощностью 250—1000 Вт. Они имеют относительно малые размеры и световую эффективность до 50 лм/Вт. Таким образом, лампа типа ДРЛ мощностью 1000 Вт дает такой же световой поток, что и шесть ламп накаливания мощностью 500 Вт каждая.
В табл. 2 приведены основные характеристики ламп типа ДРЛ отечественного производства.
Разработаны так же газоразрядные лампы высокой интенсивности, в которых дуговой разряд происходит в тяжелых инертных газах — криптоне и ксеноне при сверхвысоком давлении. Созданы так же трубчатые лампы с ксеноновым наполнением мощностью 4,5; 6; 10; 20 и 100 кВт с естественным и водяным охлаждением. Световая эффективность наиболее мощной лампы (100 кВт) «Сириус» составляет 50 лм/Вт, а общий световой поток 5-106 лм, что соответствует 1000 лампам накаливания мощностью 300 Вт каждая.
Возможности газоразрядных ламп далеко не исчерпаны. В последнее время, например, разработан новый материал для колб из поликристаллической окиси алюминия, который намного превосходит применяющееся сейчас кварцевое стекло.
Наиболее экономичными источниками света являются натриевые газоразрядные лампы (галогенные), в которых излучение в видимой части спектра достигается вследствие электрического разряда в парах натрия. Таким образом, если в люминесцентных лампах дуговой разряд дает ультрафиолетовое излучение, а полезный световой поток получается благодаря вторичному свечению люминофора, то в натриевых лампах полезный световой поток возникает непосредственно в дуговом разряде.
Разработаны натриевые лампы низкого и высокого давления. Давление газов в трубке составляет 1300-2000 Па. Такие лампы выпускают мощностью до 200 Вт, их срок службы — до 7000 ч, световая эффективность 100—180 лм/Вт. Однако желтый свет этих ламп мало пригоден для общего освещения, его можно использовать для освещения загородных автострад или в качестве декоративного.
Натриевые лампы высокого давления (2600—6500 Па), дающие приятный золотисто-белый свет, выпускают мощностью до 1000 Вт; их срок службы — до 20 тыс. ч, световая эффективность 100—140 лм/Вт.
Включение натриевых ламп в работу подобно включению люминесцентных ламп.
Наиболее перспективными источниками света являются металлогалогенные газоразрядные лампы, в которых к парам ртути добавляют йодиды различных металлов.
Табл. 3. Лампы ДРИ
Металлогалогенные лампы высокого давления (тип ДРИ) по конструкции аналогичны лампам ДРЛ, отличаются высокой светоэффективностью и большими возможностями в получении заданной цветовой температуры при хорошей цветопередаче. Это дает возможность выпускать лампы ДРИ любого назначения с заданными световыми характеристиками (табл. 3).
В последнее время на судах активно внедряются светодиодные промышленные светильники для осуществления более экономичного и долговечного промышленного света в отличие от светильников с лампами накаливания и люминесцентными лампами. Светодиодные светильники более устойчивы к работе в агрессивной морской среде (вибрация, высокие температуры в машинном отделении, низкие температуры в реф. камерах, влажность и солёность, масляная пыль, химически активные вещества и др.).
