Beskrivelse og prinsipp for drift av lyspæren

Hva er en glødelampe

En glødelampe, heretter referert til som LN, er en kilde til kunstig lys, der lysstrømmen oppnås ved å varme opp en tynn metallglødetråd til temperaturen til gløden til et rødglødende metall. For oppvarming føres en elektrisk strøm gjennom glødetråden. De første lampene hadde en glødetråd av forkullet organisk materiale, for eksempel bambus, i form av en fiber.

For å hindre at tråden brenner ut raskt, ble luft pumpet ut av kolben og forseglet. Eller de fylte kolben med en gasssammensetning der det ikke er noe oksidasjonsmiddel - oksygen. Slike gasser kalles inerte - argon, neon, helium, nitrogen osv. Disse gassene er navngitt slik fordi de ikke reagerer med metaller, dvs. inert.

karbon filament lampe

De første lampene med et karbonfilament hadde en arbeidsressurs på ikke mer enn et dusin timer. Den ble betydelig økt etter utskifting av karbonfilament med tynn metalltråd.

Et slikt lys ble kalt glødelys, dvs. varmt metall lys. Og tråden ble kalt filamentet. For eksempel lyser stål oppvarmet til 1200°C gul-hvitt, mens det ved 1300°C lyser nesten hvitt.

På slutten av 1800-tallet ble karbontråden, som raskt brant ut, erstattet av ildfaste metaller - wolfram, molybden, osmium eller metalloksider - zirkonium, magnesium, yttrium, etc.

Ved å fylle kolben med inerte gasser ble fordampningshastigheten til metallet fra det varme glødetråden redusert, og derfor ble varigheten av dens drift økt.

Ved høy effekt er filamentene laget i en "forgrenet" form. Projeksjonslyskilder for å skape en retningsstrøm har en tråd med kompleks konfigurasjon, og danner en flat struktur vinkelrett på strålingsaksen. I dette tilfellet plasseres en lysreflektor inne i pæren, for eksempel i form av et tynt lag sprayet metall - sølv eller aluminium.

Generell glødelampe - LON, i en "pære"-kolbe. En rett kort tråd i form av en spiral indikerer en liten driftsspenning - 12, 24 eller 48-50 V og en effekt som ikke er høyere enn 10-20 watt.

For å drive lampen direkte fra strømnettet som fantes på den tiden, som hadde en konstant spenning på 110 V, var det nødvendig med en lang og tynn metalltråd. Dette ga økt motstand, noe som betyr at det ble nødvendig med mindre strøm til oppvarming.

For en tett "pakking" i et lite volum av en gjennomsiktig glasskolbe, ble tråden gjentatte ganger bøyd og plassert på trådholdere.

En lang glødetråd "foldet" flere ganger i en moderne Edison-lampe.

Nok en moderne Edison-lampe. De parallelle delene av filamentet er godt synlige.

Slik bøying av tråden komplisert utformingen av de første lyskildene, som fungerte mye lenger enn "kull". Et gjennombrudd i utviklingen av utformingen av glødepærer var forslaget om å vri tråden til en spiral. Dette reduserte størrelsen flere ganger.

En enda mindre størrelse på glødelegemet ble oppnådd ved å brette en tynn spiral til en andre spiral, men med større diameter. Den doble helixen kalles bi-helixen.

Bi-helixen er forstørret 10-20 ganger. Det kan sees at det er introdusert og krympet i en løkke av trådforsterkning, og strekker filamentet på tynne pinner.

Neste trinn i utviklingen av lyskilder var overgangen til AC-nettverk og bruk av en transformator for å redusere forsyningsspenningen til lampene.

Hoveddelene av en glødelampe

De viktigste strukturelle elementene i en glødelampe inkluderer:

• filament eller filamentlegeme;
• beslag for å feste tråden;
• en kolbe for å beskytte tråden mot rask forbrenning og ytre påvirkninger;
• base for installasjon i en patron og tilkobling til strømnettet;
• sokkelkontakter - en gjenget kropp og en sentral kontakt i bunnen av sokkelen.

Konstituerende elementer

Armaturet er designet for å feste tråden og skape den nødvendige konfigurasjonen og retningen av lysstrømmen.

Basen er nødvendig for å feste i monteringskassetten og koble til kolben. I ettermonterte lamper, analoger av glødelamper, er en del av kraftenheten plassert i basen.

sokkel

På halogen glødelamper, avhengig av forsyningsspenningen, kraften og utformingen av kolben, er flere typer sokler installert - gjenget, stift, bajonett, stift, etc.

Kontaktsystemet på sokkelen er nødvendig for å koble til strømnettet eller strømforsyningen.

Varianter av sokler.

Kolbe

Gjennomsiktig kolbe LN brukes til:

• beskyttelse av tråden fra den ytre atmosfæren som inneholder et oksidasjonsmiddel - oksygen;
• skape og opprettholde et vakuum eller gasssammensetning;
• å plassere en fosfor og/eller belegg som omdanner forskjellige typer elektromagnetisk energi til synlig stråling, returnerer varme til glødetråden, konverterer usynlig UV- og IR-stråling til lys, korrigerer skyggen av lampens lys - rød, grønn, blå.

Glødende kropp

Glødelegemet er en tråd rullet inn i en spiral eller bi-spiral eller et tynt metallbånd.

Strukturelt syn på filamentet

Gass medium

Inerte gasser som fyller pæren til en lampe, for eksempel nitrogen, argon, neon, helium. I en blanding av inerte gasser tilsettes halogenstoffer.

Hvordan LN fungerer og hvordan det fungerer

Enheten til glødepæren har endret seg lite under utviklingen. Hovedelementet som fungerer etter prinsippet om gløden til et glødende stoff er en glødetråd eller en glødende kropp. Dette er en tynn wolframtråd med en diameter på 30-40, maksimalt 50 mikron eller mikrometer (milliondeler av en meter).

Glødende farger starter fra rødt og når temperaturen øker, passerer de gjennom oransje, gult til hvitt. Med en ytterligere økning i temperaturen smelter metallet i glødelegemet først, og deretter, i nærvær av oksygen, brenner det.

Les også

Sjekker en lyspære med en tester

 

Videoopplæring: Hvordan moderne lyspærer fungerer

Kaldt wolframfilament har lav resistivitet. Wolfram, som de fleste metaller, har en positiv temperaturkoeffisient for motstand TCR.Dette betyr at i ferd med å varme opp filamentet med en elektrisk strøm, øker motstanden.

Før lampen slås på er glødetråden kald og har liten motstand. Derfor, i øyeblikket for innkobling, tilføres en strøm 10-15 ganger mer enn den nominelle. Dette hoppet kalles start. Og ofte er han det årsak til utbrenthet glødende kropper.

Det tar en brøkdel av et sekund å varme opp tråden. I løpet av denne tiden øker motstanden. Til å begynne med avtar en stor strøm som går gjennom lampen, når gassen, pæren og alle strukturelle elementer varmes opp, til den nominelle verdien. Så lyskilden går inn i den angitte modusen og produserer en passlysstrøm. Nyansen på gløden blir også nominell, dvs. tilsvarende en fargetemperatur fra 2000 til 3500 K. Den kalles varmhvit og har flere fargetemperaturgraderinger med originale navn og forkortelser i det angitte området. For eksempel:

• super-varm hvit - 2200-2400 K, betegnet S-Warm eller S-W, den er også veldig varm hvit eller Warm 2400;
• varm - 2600-2800 K eller Varm 2700;
• varm hvit - 2700-3500 K eller varm hvit (WW);
• en annen varm er 2900-3100 K eller Warm 3000 (W).

Temperatur på individuelle lampeelementer

Den ytre overflaten av LON-pæren avhenger av lampens kraft og kan varmes opp til 250-300 ℃ eller mer.

Tråden varmes opp til 2000-2800℃, ved smeltepunktet for wolfram 3410°C.

I noen design er filamentet laget av osmium med et smeltepunkt på 3045 ℃ eller rhenium - 2174. Så emisjonsspekteret til LN flyttes til den røde sonen i det synlige spekteret.

Les også

Lyspærer sprekker i lysekronen - 6 grunner og en løsning

 

Hvilken gass er i pæren

I de første lampene ble luften pumpet ut av kolben.Nå er det kun lyspærer med lav effekt, ikke mer enn 25 watt, som evakueres (luft pumpes ut).

Under driften av en wolframtråd oppvarmet til 2-3 tusen grader, fordamper metall intensivt fra overflaten. Dampene legger seg på innsiden av pæren og reduserer lystransmisjonen.

Studier utført på begynnelsen av forrige århundre viste at hvis kolben er fylt med en inert gass, vil fordampningen avta og lyseffekten øke. Derfor begynte kolbene å bli fylt med en av de inerte gassene eller deres blanding. Oftest er dette argon, nitrogen, xenon, krypton, helium osv. Helium brukes til effektiv passiv kjøling av de interne elementene i en ny type LED-retrofit-lamper.

Dette eksperimentet er strengt tatt ikke anbefalt å utføres hjemme.

Deres viktigste lysemitterende element er en tynn stang laget av kunstig safir eller glass, som LED-krystaller er plassert på. En slik emitter kalles en filament. Noen "eksperter" forvirret essensen glødelamper og kalte dem "lamper med safir lysgivere". Selv om kunstig safir i disse lampene kun brukes som en monteringsbase og passiv kjøleribbe for LED-krystaller.

Feilen i LN er i de fleste tilfeller ikke forbundet med fordampning av metallet fra overflaten av glødelegemet, men med akselerasjonen av denne prosessen i sonene for brudd på filamenttykkelsen. Dette skjer i sonen med en skarp bøyning av ledningen eller dens brudd. På dette stedet øker motstanden lokalt, spenningen, strømtap og metalltemperaturen øker. Fordampningen akselererer, blir et snøskred, tråden reduserer raskt tykkelsen og brenner ut.

Dette problemet ble løst på slutten av 1950-tallet og begynnelsen av 1960-tallet ved å starte masseproduksjonen av halogenglødelamper.

Halogener - klor, brom, fluor eller jod - begynte å bli introdusert i sammensetningen av en inert gass eller blanding. Som et resultat stopper prosessen med metallfordampning helt eller reduseres betydelig. Atomene til disse tilsetningsstoffene binder wolframdamp og danner molekyler av ustabile forbindelser. De legger seg på overflaten av glødelegemet. Under påvirkning av høy temperatur brytes molekylene ned og frigjør halogenatomer og rent metall, som legger seg på den varme overflaten av tråden og delvis gjenoppretter det fordampede laget.

Denne prosessen intensiveres ved å øke trykket. Dette øker glødetrådens temperatur, levetid, lyseffekt, effektivitet og andre egenskaper. Emisjonsspekteret skifter til den hvite siden. I gassfylte lamper bremses mørkningen av pærens overflate fra innsiden fra wolframdamp. Slike lyskilder kalles halogen.

Les også

Prinsippet for drift og funksjoner til LED-lampen

 

Elektriske parametere

De elektriske egenskapene til glødelamper inkluderer:

• elektrisk effekt, målt i watt - W, utvalget av produserte modeller - fra flere watt (lyspære for en lommelykt - 1 W) til 500 og til og med 1000 W;
• lysstrøm, Lm (lumen), er relatert til effekt - fra 20 Lm ved 5 W til 2500 Lm ved 200 W, med høyere effekt er lysstrømmen høyere;
• lyseffektivitet, energieffektivitet eller effektivitet, Lm / W - hvor mange lumen lys i form av en lysstrøm gir hver watt strøm forbrukt fra nettverket eller fra en strømkilde;
• lysstyrke eller lysstyrke, cd (candela);
• fargetemperatur - temperaturen til en betinget svart kropp som sender ut lys med en viss nyanse.

Betingede fargetemperaturer og glødende fargetone.

Formålet med den elektriske lampen

Elektriske lamper kan deles inn i flere typer i henhold til deres anvendelse - for offentlig, teknisk og spesiell bruk.

Den viktigste offentlige bruken er å gi enhver person, dyr og fugler kunstig lys om natten eller på et mørkt sted i et rom.

Ved hjelp av lys forlenger folk sin daglige aktivitet i flere timer. Det kan være arbeids- og studieprosesser, husarbeid. Trafikksikkerheten blir bedre, muligheten til å yte medisinsk hjelp om kvelden og natten, og mange andre.

Lamper brukes aktivt på husdyrgårder og fjørfefarmer, for dyrking planter i drivhuskomplekser. De er opplyst med lys av et visst spektrum og størrelsen på lysstrømmen. For avl av fisk er det også nødvendig med lys med en spesiell spektral sammensetning.

Implementert oppvarming for kjæledyr.

teknisk formål. I produksjonen, for teknologiske formål, brukes enheter som gir synlig og usynlig lys. Eksempler:

• for nøyaktig og viktig arbeid trenger en person et høyt nivå av belysning av arbeidsplassen;
• IR - infrarød stråling brukes i industrien, for eksempel til berøringsfri oppvarming av konstruksjonsdeler eller i klimateknologi for oppvarming av en person som arbeider i åpen frostluft, i militært utstyr og jakt - nattsikter for våpen, nattsynsapparater, etc. ;
• UV- stråling brukes i odontologi for hurtig herding av fyllinger, ved fremstilling av proteser, etc., i medisin og sanitær - for desinfeksjon av lokaler, verktøy, klær, møbeloverflater, luft, vann, medisiner, etc.

Spesialformålslamper brukes i utendørs og innendørs opplyst reklame, kriminalitet, luftfart og astronautikk, lett akkompagnement av showforestillinger og mange andre.

Hovedtyper og egenskaper

De viktigste typene glødelamper er:

1. Generelle lamper. Angitt med forkortelsen LON. Vanligvis er dette enheter med en effekt på 25, 40, 60, 75 og 100 watt. Den vanligste - 60 watt. Men industrielt produsert LON med en kapasitet på 150, 200, 500 og til og med 1000 watt.
2. Halogen glødelamper. Produsert for drift fra et høyspentnett på 220 eller 110 V og fra et lavspentnett. I dette tilfellet drives de av en nedtrappingstransformator.

Lavspent glødelampe

Varianter av lavspent halogen LN:

• kapsel, har form av helglassrør med forskjellige sokker - endestift GY6.35 eller G4;
• refleks, med et reflekterende element, med en diameter på 35 til 111 mm, GZ10 base med alternativer.

Høyspenning. Hovedspenning 220-230 V, 50 Hz. Disse lampene har flere alternativer:

• lineær i form av et glassrør med R7S-sokler;
• sylindrisk - sokker E27, E14 eller B15D;
• med en fjernkontroll eller en ekstra kolbe.

I den nyeste modellen er en liten halogenlampe-kapsel eller rør stivt montert inne i lampen. Den er sveiset til den sentrale stangen til en konvensjonell LON-pære, har fleksible ledninger koblet til en standard Edison E27 eller E14 base. Med et strømforbruk på 70-100 W gir den en lysstrøm på 20-30 % mer enn en konvensjonell glødelampe.

Disse modellene har en høyere energieffektivitet og når 12-25 lm / W, mens konvensjonelle LON-er har en lyseffekt fra 3-4 til 10-12 lm / W.

Levetiden til halogenmodeller varierer fra 4-5 til 10-12 tusen timer.

Separasjon av lamper etter formål og design

Klassifisering av glødelamper etter formål.

dekorative lamper

De siste årene har det dukket opp retrolamper som imiterer vintage Edison LN-er.

I tillegg imiterer de et "stearinlys", "stearinlys i vinden", "bump", "pære", "ball" osv. i form av en pære.

Edison-lamper - med en fargetemperatur på 2000 K, med glødetråder av forskjellige former, med forskjellige kolber.

Speilvendt

Speillamper har en del av pæren dekket fra innsiden med et reflekterende lag. Oftest er dette et belegg av metall - sølv, aluminium, gull, etc. Dette laget kan være tynt, gjennomskinnelig eller tykt, ugjennomsiktig.

Speil infrarød lampe.

Speilstrukturer brukes i produksjon for absolutt ren prosessoppvarming, for eksempel i halvlederproduksjon med den høyeste renheten av materialer. I dette tilfellet blir ulempen med glødelamper - en stor fluks av infrarød stråling - deres uovertruffen fordel.

Slike lamper brukes i lamper med en smal roterende lysstråle.

Les også

Kjennetegn på utladningslamper

 

Signal

Signallamper er blinkende lyskilder. Vanligvis i form av blinkende beacons, for eksempel på offisielle biler, på fly og helikoptre, for overføring av lysmeldinger i flåten, etc. De har en tynn filament som gir et raskt sett med lysstyrke.

Transportere

Denne typen lampe er designet for bruk på ulike typer transport - biler, jernbaner og t-bane, elve- og sjøfartøy. Hovedkravet til dem er motstand mot vibrasjoner og støt. For å gjøre dette gjøres filamentet kort og monteres på en rekke støtteelementer.Basene til slike lamper er bajonett Swan, pin eller soffit. De lar ikke enheten komme ut og falle ut av kassetten.

Transportlamper med stiftfot.

Transport, billamper med forskjellige typer fangesokler: e), f), g) - med stift, h) med sokkel.

Belysninger

Av navnet er det tydelig at lampene brukes til belysning. Derfor er flaskene deres laget av glass i forskjellige farger - blå, grønn, gul, rød, etc.

Belysningslamper i forskjellige farger med E27 Edison gjenget sokkel.

dobbel tråd

Ordningen med en slik glødelampe: i en pære er det to separate glødetråder. For eksempel, i en billykt, brukes en to-glødetrådslampe slik:

• når spenning påføres en tråd, slås nærlyset på - lysfluksen "presses" til veibunnen og strålen strekker seg over flere titalls meter;
• etter å ha byttet til den andre tråden, stiger lyset og rekkevidden kan nå hundrevis av meter, og fluksen vil være mye større.

Slike lamper kan stå i baklyset. Den første tråden er for sidelys, den andre er for et bremselys.

I trafikklys øker dobbeltglødelamper påliteligheten. Duplisering gjør at enheten kan fungere enten med én tråd, eller slå på en annen etter at den første har brent ut. Og for eksempel på jernbane er påliteligheten til signalering en garanti for transportsikkerhet.

Generelt, lokalt formål

Lamper til ulike formål.

Øverste rad, fra venstre til høyre - en lampe med E14 base - for lysekroner, lampetter og små lamper; med E27 base - generell bruk; grønn, rød, gul - lysende.

Nederste rad: blå - medisinsk formål for prosedyrer; et speil med en reflektor - for fotografiske arbeider eller spesiell belysning, med fiolett glass, to ytre - dekorativt med en "stearinlys" -pære og E27 og E14 sokler.

Les også

Hvilken er bedre - LED eller energisparende lampe

 

Fordeler og ulemper

Fordeler med glødelamper:

• lav pris - enkle og rimelige materialer, design og teknologi har blitt utarbeidet i flere tiår, masseautomatisert produksjon;
• relativt liten størrelse;
• spenningsstøt i nettverket forårsaker ikke en umiddelbar feil;
• oppstart, samt omstart - øyeblikkelig;
• når den drives av vekselstrøm med en frekvens på 50-60 Hz, er lysstyrkepulsasjonene knapt merkbare;
• lysstyrken på gløden reguleres av dimmere;
• strålingsspekteret er kontinuerlig og kjent for øyet - lik solen;
• nesten fullstendig repeterbarhet av lampeegenskaper fra forskjellige produsenter;
• fargegjengivelsesindeks Ra eller CRI - kvaliteten på reproduksjonen av fargenyanser av opplyste objekter - er 100, som er helt i samsvar med solindikatoren;
• de små dimensjonene til det kompakte filamentet gir klare skygger;
• høy pålitelighet under forhold med alvorlig frost og varme;
• designet tillater masseproduksjon av modeller med driftsspenninger fra brøkdeler til hundrevis av volt;
• strømforsyning fra veksel- eller likespenning i fravær av oppstartsenheter;
• den aktive naturen til motstanden til filamentet gir en kraftfaktor (cosinus φ) lik 1;
• likegyldig til stråling, elektromagnetisk impuls, interferens;
• det er praktisk talt ingen UV-komponent i strålingen;
• regelmessig arbeid med hyppig tenning/avslåing av lys og mange andre er gitt.

Ulempene inkluderer:

• nominell levetid på LON - 1000 timer, for halogenglødelamper - fra 3 til 5-6 tusen, for selvlysende - opptil 10-50 tusen, for LED - 30-150 tusen timer eller mer;
• glasset på pæren og den tynne glødetråden er følsomme for støt; vibrasjoner kan forårsake resonanser ved visse frekvenser;
• høy avhengighet av energieffektivitet og levetid på forsyningsspenningen;
• Effektiviteten til å konvertere elektrisitet til synlig lys overstiger ikke 3-4%, men øker med økende kraft;
• overflatetemperaturen til kolben avhenger av effekten og er: for 100 W - 290 ° C, for 200 W - 330 ° C, 25 W - 100 ° C;
• når den er slått på, kan strømstigningen før glødetråden varmes opp være ti ganger høyere enn den nominelle verdien;
• lampeholdere og armaturer til armaturer skal være varmebestandige.

Hvordan øke lampens levetid

Det er mange måter å øke levetiden på. Mest brukt:

• begrense startstrømmen ved å slå på en termistor i serie med lampen, hvis høye motstand avtar når den varmes opp av startstrømmen;
• myk start med manuell lysstyrkekontroll med tyristor eller triac-dimmer;
• lampestrøm gjennom en kraftig likeretterdiode, dvs. rettet spenningshalvdeler av sinusoiden;
• seriekobling av lamper i par i flerlampearmaturer, for eksempel i lysekroner.

Moderne industri produserer et stort antall forskjellige typer glødelamper med et bredt spekter av driftsspenninger og -effekter, med forskjellige nyanser av glød, konfigurasjoner av pærer og sokler. Dette området tillater velge den rette lampen for enhver bruk.