Beskrivelse og princip for drift af pæren
Hvad er en glødelampe
En glødelampe, i det følgende benævnt LN, er en kilde til kunstigt lys, hvor lysstrømmen opnås ved at opvarme en tynd metalglødetråd til temperaturen af gløden fra et rødglødende metal. Til opvarmning føres en elektrisk strøm gennem glødetråden. De første lamper havde en glødetråd af forkullet organisk materiale, såsom bambus, i form af en fiber.
For at forhindre, at tråden hurtigt brændte ud, blev luft pumpet ud af kolben og forseglet. Eller de fyldte kolben med en gassammensætning, hvor der ikke er noget oxidationsmiddel - ilt. Sådanne gasser kaldes inerte - argon, neon, helium, nitrogen osv. Disse gasser hedder sådan, fordi de ikke reagerer med metaller, dvs. inert.
De første lamper med et kultråd havde en arbejdsressource på ikke mere end et dusin timer. Det blev betydeligt øget efter udskiftningen af kulfilament med tynd metaltråd.
Sådan et lys blev kaldt glødelys, dvs. varmt metal lys. Og tråden blev kaldt filamentet. Eksempelvis lyser stål opvarmet til 1200°C gul-hvidt, mens det ved 1300°C lyser næsten hvidt.
I slutningen af 1800-tallet blev kultråden, som hurtigt brændte ud, erstattet af ildfaste metaller - wolfram, molybdæn, osmium eller metaloxider - zirconium, magnesium, yttrium mv.
Ved at fylde kolben med inerte gasser blev fordampningshastigheden af metallet fra den varme filament reduceret, og derfor blev varigheden af dets drift øget.
Ved høj effekt er filamenterne lavet i en "forgrenet" form. Projektionslyskilder til at skabe en retningsbestemt strømning har en tråd af kompleks konfiguration, der danner en flad struktur vinkelret på strålingsaksen. I dette tilfælde er en lysreflektor placeret inde i pæren, for eksempel i form af et tyndt lag sprøjtet metal - sølv eller aluminium.
For at forsyne lampen direkte fra den daværende netspænding, som havde en konstant spænding på 110 V, var der brug for en lang og tynd metaltråd. Dette gav øget modstand, hvilket betyder, at der krævedes mindre strøm til opvarmning.
For en tæt "pakning" i et lille volumen af en gennemsigtig glaskolbe blev tråden gentagne gange bøjet og placeret på trådholdere.
En sådan bøjning af tråden komplicerede designet af de første lyskilder, som arbejdede meget længere end "kul". Et gennembrud i udviklingen af designet af glødepærer var forslaget om at sno tråden til en spiral. Dette reducerede dens størrelse flere gange.
En endnu mindre størrelse af glødelegemet blev opnået ved at folde en tynd spiral til en anden spiral, men med en større diameter. Den dobbelte helix kaldes bi-helixen.
Næste trin i udviklingen af lyskilder var overgangen til AC-netværk og brugen af en transformer til at reducere lampernes forsyningsspænding.
Hoveddelene af en glødelampe
De vigtigste strukturelle elementer i en glødelampe omfatter:
- filament eller filamentlegeme;
- beslag til fastgørelse af tråden;
- en kolbe til at beskytte tråden mod hurtig forbrænding og ydre påvirkninger;
- base til installation i en patron og tilslutning til lysnettet;
- sokkelkontakter - et gevindlegeme og en central kontakt i bunden af soklen.
Armaturet er designet til at fastgøre gevindet og skabe den nødvendige konfiguration og retning af lysstrømmen.
Basen er nødvendig for fastgørelse i monteringspatronen og tilslutning til kolben. I eftermonteringslamper, analoger af glødelamper, er en del af strømforsyningen placeret i bunden.
sokkel
På den halogen glødelamperafhængigt af forsyningsspændingen, effekt og design af kolben, er der installeret flere typer sokler - gevind, stift, bajonet, stift osv.
Kontaktsystemet på sokkelerne er nødvendigt for at forbinde til lysnettet eller strømforsyningen.
Kolbe
Gennemsigtig kolbe LN bruges til:
- beskyttelse af tråden fra den ydre atmosfære indeholdende et oxidationsmiddel - oxygen;
- skabe og opretholde et vakuum eller gassammensætning;
- at placere en fosfor og/eller belægninger, der omdanner forskellige typer elektromagnetisk energi til synlig stråling, returnerer varme til glødetråden, konverterer usynlig UV- og IR-stråling til lys, korrigerer lampens skygge - rød, grøn, blå.
Glødende krop
Glødelegemet er en tråd rullet ind i en spiral eller bi-spiral eller et tyndt metalbånd.
Gas medium
Inerte gasser, der fylder pæren i en lampe, for eksempel nitrogen, argon, neon, helium. I en blanding af inerte gasser tilsættes halogenstoffer.
Hvordan LN virker, og hvordan det virker
Enheden af glødepæren har ændret sig lidt under udviklingen. Hovedelementet, der fungerer efter princippet om gløden af et glødende stof, er en glødetråd eller en glødende krop. Dette er en tynd wolframtråd med en diameter på 30-40, maksimalt 50 mikrometer eller mikrometer (milliontedele af en meter).
Glødende farver starter fra rødt, og når temperaturen stiger, passerer de gennem orange, gul til hvid. Med en yderligere stigning i temperaturen smelter glødelegemets metal først og brænder derefter i nærvær af ilt.
Videovejledning: Sådan fungerer moderne glødepærer
Kold wolframfilament har lav resistivitet. Wolfram har, som de fleste metaller, en positiv temperaturkoefficient for modstand TCR.Dette betyder, at i processen med at opvarme glødetråden med en elektrisk strøm, stiger dens modstand.
Inden lampen tændes, er glødetråden kold og har ringe modstand. Derfor tilføres en strøm 10-15 gange mere end den nominelle i tændingsøjeblikket. Dette hop kaldes start. Og det er han ofte årsag til udbrændthed glødelegemer.
Det tager en brøkdel af et sekund at varme tråden op. I løbet af denne tid øges dens modstand. I starten falder en stor strøm, der passerer gennem lampen, når gassen, pæren og alle strukturelle elementer opvarmes, til den nominelle værdi. Så lyskilden går ind i den specificerede tilstand og producerer en paslysstrøm. Glødens nuance bliver også nominel, dvs. svarende til en farvetemperatur fra 2000 til 3500 K. Den kaldes varmhvid og har flere farvetemperaturgrader med originale navne og forkortelser i det angivne område. For eksempel:
- super-varm hvid - 2200-2400 K, betegnet S-Warm eller S-W, den er også meget varm hvid eller Warm 2400;
- varm - 2600-2800 K eller Varm 2700;
- varm hvid - 2700-3500 K eller varm hvid (WW);
- en anden varm er 2900-3100 K eller Warm 3000 (W).
Temperatur af individuelle lampeelementer
Den ydre overflade af LON-pæren afhænger af lampens effekt og kan varmes op til 250-300 ℃ eller mere.
Tråden opvarmes til 2000-2800 ℃ ved smeltepunktet for wolfram 3410°C.
I nogle designs er filamentet lavet af osmium med et smeltepunkt på 3045 ℃ eller rhenium - 2174. Så emissionsspektret af LN flyttes til den røde zone af det synlige spektrum.
Hvilken gas er der i pæren
I de første lamper blev luften pumpet ud af kolben.Nu er det kun pærer med lav effekt, højst 25 watt, der evakueres (luft pumpes ud).
Under driften af en wolframtråd opvarmet til 2-3 tusinde grader fordamper metal intensivt fra overfladen. Dens dampe sætter sig på indersiden af pæren og reducerer dens lystransmission.
Undersøgelser udført i begyndelsen af forrige århundrede viste, at hvis kolben er fyldt med en inert gas, vil fordampningen falde, og lysudbyttet vil stige. Derfor begyndte kolberne at blive fyldt med en af de inerte gasser eller deres blanding. Oftest er disse argon, nitrogen, xenon, krypton, helium osv. Helium bruges til effektiv passiv køling af de indvendige elementer i en ny type LED eftermonteringslamper.
Dette eksperiment anbefales strengt ikke at udføres derhjemme.
Deres vigtigste lysemitterende element er en tynd stang lavet af kunstig safir eller glas, hvorpå LED-krystaller er placeret. En sådan emitter kaldes en filament. Nogle "eksperter" forvirrede essensen glødelamper og kaldte dem "lamper med safir lysgivere". Selvom kunstig safir i disse lamper kun bruges som monteringssokkel og passiv køleplade til LED-krystaller.
LN's svigt er i de fleste tilfælde ikke forbundet med fordampningen af metallet fra overfladen af glødelegemet, men med accelerationen af denne proces i zonerne med krænkelse af filamenttykkelsen. Dette sker i zonen med en skarp bøjning af ledningen eller dens brud. På dette sted stiger dens modstand lokalt, spændingen, effekttabet og metaltemperaturen stiger. Fordampning accelererer, bliver en lavine, tråden reducerer hurtigt sin tykkelse og brænder ud.
Dette problem blev løst i slutningen af 1950'erne og begyndelsen af 1960'erne ved at starte masseproduktionen af halogen glødelamper.
Halogener - klor, brom, fluor eller jod - begyndte at blive introduceret i sammensætningen af en inert gas eller blanding. Som et resultat stopper processen med metalfordampning fuldstændigt eller bremses betydeligt. Atomerne af disse additiver binder wolframdamp og danner molekyler af ustabile forbindelser. De sætter sig på overfladen af glødelegemet. Under påvirkning af høj temperatur nedbrydes molekylerne og frigiver halogenatomer og rent metal, som sætter sig på den varme overflade af tråden og delvist genopretter det fordampede lag.
Denne proces intensiveres ved at øge trykket. Dette øger glødetrådens temperatur, levetid, lysudbytte, effektivitet og andre egenskaber. Emissionsspektret skifter til den hvide side. I gasfyldte lamper bremses mørkningen af pærens overflade indefra fra wolframdamp. Sådanne lyskilder kaldes halogen.
Elektriske parametre
De elektriske egenskaber ved glødelamper omfatter:
- elektrisk effekt, målt i watt - W, rækken af fremstillede modeller - fra flere watt (pære til en lommelygte - 1 W) til 500 og endda 1000 W;
- lysstrøm, Lm (lumen), er relateret til effekt - fra 20 Lm ved 5 W til 2500 Lm ved 200 W, med højere effekt er lysstrømmen højere;
- lyseffektivitet, energieffektivitet eller effektivitet, Lm / W - hvor mange lumen lys i form af en lysstrøm giver hver watt strøm forbrugt fra netværket eller fra en strømkilde;
- lysstyrke eller lysstyrke, cd (candela);
- farvetemperatur - temperaturen af en betinget sort krop, der udsender lys med en bestemt nuance.
Formålet med den elektriske lampe
Elektriske lamper kan opdeles i flere typer efter deres anvendelse - til offentlig, teknisk og speciel brug.
Den primære offentlige anvendelse er at forsyne enhver person, dyr og fugle med kunstigt lys om natten eller på et mørkt sted i et rum.
Ved hjælp af lys forlænger folk deres daglige aktivitet i flere timer. Det kan være arbejds- og studieprocesser, huslige pligter. Trafiksikkerheden bliver bedre, evnen til at yde lægehjælp om aftenen og natten og mange andre.
Lamper bruges aktivt på husdyrbrug og fjerkræfarme til dyrkning planter i drivhuskomplekser. De belyses med lys af et bestemt spektrum og størrelsen af lysstrømmen. Til opdræt af fisk er der også brug for lys med en speciel spektral sammensætning.
teknisk formål. I produktionen anvendes til teknologiske formål enheder, der giver synligt og usynligt lys. Eksempler:
- for nøjagtigt og vigtigt arbejde har en person brug for et højt niveau af belysning af arbejdspladsen;
- IR - infrarød stråling anvendes i industrien, for eksempel til berøringsfri opvarmning af konstruktionsdele eller i klimateknologi til opvarmning af en person, der arbejder i fri frost, i militært udstyr og jagt - nattesigte til våben, nattesynsapparater mv. ;
- UV- stråling anvendes i tandpleje til hurtig hærdning af fyldninger, til fremstilling af tandproteser osv., i medicin og sanitet - for desinfektion af lokaler, værktøj, tøj, møbeloverflader, luft, vand, medicin mv.
Speciallamper bruges i udendørs og indendørs oplyste reklamer, kriminalitet, luftfart og astronautik, let akkompagnement af showforestillinger og mange andre.
Hovedtyper og egenskaber
De vigtigste typer af glødelamper er:
- Almindelige lamper. Betegnes med forkortelsen LON. Normalt er disse enheder med en effekt på 25, 40, 60, 75 og 100 watt. Den mest almindelige - 60 watt. Men industrielt produceret LON med en kapacitet på 150, 200, 500 og endda 1000 watt.
- Halogen glødelamper. Fremstillet til drift fra et højspændingsnet på 220 eller 110 V og fra et lavspændingsnet. I dette tilfælde er de drevet af en step-down transformer.
Varianter af lavspændingshalogen LN:
- kapsel, har form af glasrør med forskellige sokler - endestift GY6.35 eller G4;
- refleks, med et reflekterende element, med en diameter på 35 til 111 mm, GZ10 base med muligheder.
Højspænding. Netspænding 220-230 V, 50 Hz. Disse lamper har flere muligheder:
- lineær i form af et glasrør med R7S-sokler;
- cylindrisk - sokler E27, E14 eller B15D;
- med en fjernbetjening eller en ekstra kolbe.
I den seneste model er en lille halogenlampe-kapsel eller et rør stift monteret inde i lampen. Den er svejset til den centrale stang på en konventionel LON-pære, har fleksible ledninger forbundet til en standard Edison E27 eller E14 base. Med et strømforbrug på 70-100 W giver den en lysstrøm på 20-30% mere end en konventionel glødelampe.
Disse modeller har en højere energieffektivitet og når 12-25 lm/W, mens konventionelle LON'er har en lysudbytte fra 3-4 til 10-12 lm/W.
Levetiden for halogenmodeller varierer fra 4-5 til 10-12 tusinde timer.
Adskillelse af lamper efter formål og design
dekorative lamper
I de senere år er der dukket retrolamper op, der efterligner vintage Edison LN'er.
Derudover efterligner de et "lys", "lys i vinden", "bump", "pære", "bold" osv. i form af en pære.
Spejlvendt
Spejllamper har en del af pæren dækket indefra med et reflekterende lag. Oftest er dette en belægning af metal - sølv, aluminium, guld osv. Dette lag kan være tyndt, gennemsigtigt eller tykt, uigennemsigtigt.
Spejlstrukturer bruges i produktionen til absolut ren procesopvarmning, for eksempel i halvlederproduktion med den højeste renhed af materialer. I dette tilfælde bliver ulempen ved glødelamper - en stor flux af infrarød stråling - deres uovertrufne fordel.
Sådanne lamper bruges i lamper med en smal roterende lysstråle.
Signal
Signallamper er blinkende lyskilder. Normalt i form af blinkende beacons, for eksempel på tjenestebiler, på fly og helikoptere, til transmission af lysmeddelelser i flåden mv. De har en tynd filament, der giver en hurtig lysstyrke.
Transportere
Denne type lampe er designet til brug på forskellige typer transport - biler, jernbaner og undergrundsbaner, flod- og søfartøjer. Hovedkravet til dem er modstand mod vibrationer og stød. For at gøre dette gøres filamentet kort og monteres på en flerhed af støtteelementer.Basen på sådanne lamper er bajonet Swan, pin eller soffit. De tillader ikke enheden at komme ud og falde ud af patronen.
Belysninger
Af navnet fremgår det tydeligt, at lamperne bruges til belysning. Derfor er deres kolber lavet af glas i forskellige farver - blå, grøn, gul, rød osv.
dobbeltstrenget
Skemaet for en sådan glødelampe: i en pære er der to separate glødetråde. For eksempel i en bilforlygte bruges en to-glødetrådslampe som denne:
- når der påføres spænding til en tråd, tændes nærlyset - lysfluxen "presses" til vejbedet, og strålen strækker sig over flere snese meter;
- efter at have skiftet til den anden tråd stiger lyset, og dets rækkevidde kan nå hundreder af meter, og fluxen vil være meget større.
Sådanne lamper kan være i baglygten. Det første gevind er til sidelys, det andet er til et bremselys.
I trafiklys øger dobbeltglødelamper deres pålidelighed. Duplikering giver enheden mulighed for at arbejde enten med én tråd eller tænde en anden, efter at den første er brændt ud. Og for eksempel på jernbaner er pålideligheden af signalering en garanti for transportsikkerhed.
Generelt, lokalt formål
Øverste række, fra venstre mod højre - en lampe med en E14 base - til lysekroner, lampetter og små lamper; med E27 base - generelt formål; grøn, rød, gul - lysende.
Nederste række: blå - medicinske formål for procedurer; et spejl med en reflektor - til fotografiske værker eller speciel belysning, med violet glas, to ydre - dekorativt med en "stearinlys" pære og E27 og E14 sokler.
Fordele og ulemper
Fordele ved glødelamper:
- lav pris - enkle og billige materialer, design og teknologi er blevet udarbejdet i årtier, masseautomatiseret produktion;
- relativt lille størrelse;
- spændingsstigninger i netværket forårsager ikke en øjeblikkelig fejl;
- opstart, samt genstart - øjeblikkelig;
- når den drives af vekselstrøm med en frekvens på 50-60 Hz, er lysstyrkepulseringerne næppe mærkbare;
- lysstyrken af gløden reguleres af lysdæmpere;
- strålingsspektret er kontinuerligt og velkendt for øjet - ligner solen;
- næsten fuldstændig repeterbarhed af lampeegenskaber fra forskellige producenter;
- farvegengivelsesindeks Ra eller CRI - kvaliteten af gengivelse af farvenuancer af oplyste objekter - er 100, hvilket er helt i overensstemmelse med solindikatoren;
- de små dimensioner af den kompakte filament giver klare skygger;
- høj pålidelighed under forhold med alvorlig frost og varme;
- designet tillader masseproduktion af modeller med driftsspændinger fra fraktioner til hundredvis af volt;
- strømforsyning fra veksel- eller jævnspænding i fravær af opstartsenheder;
- den aktive natur af modstanden af filamentet giver en effektfaktor (cosinus φ) lig med 1;
- ligeglad med stråling, elektromagnetisk impuls, interferens;
- der er praktisk talt ingen UV-komponent i strålingen;
- regelmæssigt arbejde med hyppig tænd/sluk af lys og mange andre er til rådighed.
Ulemperne omfatter:
- nominel levetid på LON - 1000 timer, for halogen glødelamper - fra 3 til 5-6 tusind, for selvlysende - op til 10-50 tusinde, for LED - 30-150 tusinde timer eller mere;
- pærens glas og den tynde glødetråd er følsomme over for stød; vibrationer kan forårsage resonanser ved visse frekvenser;
- høj afhængighed af energieffektivitet og levetid på forsyningsspændingen;
- Effektiviteten af at konvertere elektricitet til synligt lys overstiger ikke 3-4%, men stiger med stigende effekt;
- overfladetemperaturen på kolben afhænger af effekten og er: for 100 W - 290 ° C, for 200 W - 330 ° C, 25 W - 100 ° C;
- når den er tændt, kan strømstigningen før glødetråden varmes op være ti gange højere end den nominelle værdi;
- lampeholdere og armaturer skal være varmebestandige.
Sådan øger du lampens levetid
Der er mange måder at øge levetiden på. Mest anvendte:
- begrænsning af startstrømmen ved at tænde en termistor i serie med lampen, hvis høje modstand falder, når den opvarmes af startstrømmen;
- blød start med manuel lysstyrkekontrol med tyristor eller triac-dæmper;
- lampestrøm gennem en kraftig ensretterdiode, dvs. ensrettede spændingshalvdele af sinusoiden;
- seriekobling af lamper i par i multi-lampearmaturer, for eksempel i lysekroner.
Moderne industri producerer et stort antal forskellige typer glødelamper med en bred vifte af driftsspændinger og kræfter, med forskellige nuancer af glød, konfigurationer af pærer og sokler. Dette område tillader vælge den rigtige lampe til enhver brug.