Zarya29.ru

Строительный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Параметры ламп накаливания

Параметры ламп накаливания

Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: 27 июля 2014 .
Категория: Статьи.

Электрические и световые параметры

Параметры ламп накаливания или характеристики ламп накаливания, принято делить на три группы – электрические, световые и эксплуатационные. Электрические параметры характеризуют лампу как потребителя электрической энергии и определяют возможность ее подключения к источникам питания (электрической сети). К электрическим параметрам относят номинальное напряжение и номинальную мощность лампы, ток является величиной производной и определяется расчетом.

Световые параметры более разнообразны. Нормирование тех или иных определяет назначение лампы. У ламп накаливания, предназначенных для общего освещения, основными техническими характеристиками являются световой поток и световая отдача. Для сигнальных ламп важным параметром является яркость, для ламп-светильников – кривые силы света и тому подобное.

Эксплуатационные параметры определяют возможность и технико-экономическую целесообразность применения ламп данного типа в той или иной осветительной установке. В этом смысле к эксплуатационным параметрам следует относить и электрические, и световые параметры. Поэтому, говоря об эксплуатационных параметрах ламп, обычно имеют ввиду срок службы ламп, стабильность светового потока, параметры внешней среды и ряд дополнительных требований.

Основным электрическим параметром лампы накаливания является номинальное напряжение лампы Uл.ном. Для большинства ламп накаливания это напряжение соответствует напряжению источника питания.

Основная масса ламп накаливания общего применения работает от электрических сетей энергосистем, которые для осветительных установок можно считать источниками неограниченной мощности. Поэтому в течение длительного времени для ламп накаливания общего назначения напряжение питающей сети являлось и номинальным напряжением ламп накаливания. Все остальные электрические параметры ламп накаливания относили именно к этому номинальному напряжению. Вместе с тем, напряжение в осветительных сетях часто отличается от номинального. Поэтому в целях улучшения эксплуатационных характеристик ламп согласно ГОСТ 2239-79 введено пять интервалов напряжения питания: 125 – 135, 215 – 225, 220 – 230, 230 – 240 и 235 – 245 В, причем за номинальное напряжение ламп в соответствии с международной классификацией приняты напряжения 130, 220, 225, 235 и 240 В.

Источники питания ограниченной мощности (аккумуляторные батареи, автомобильные генераторы, сухие элементы и так далее) отличаются тем, что средние значения их фактического напряжения не соответствуют номинальному. Поэтому для ламп накаливания, предназначенных для работы от таких источников питания, помимо номинального напряжения применяют так называемое расчетное напряжение Uл.р, то есть среднее напряжение, при котором будет работать лампа накаливания. Соответственно все ее остальные параметры относят к расчетному напряжению.

Вторым важным электрическим параметром ламп накаливания является мощность. Под номинальной мощностью лампы накаливания данного типа Pл.ном понимают расчетную электрическую мощность, которая выделяется в лампе накаливания данного типа при ее включении на номинальное (или расчетное) напряжение. Практически для партии ламп – это среднее значение мощности для достаточно большой группы ламп этого типа. Возможный разброс значений мощности отдельных ламп ограничивается верхним пределом допустимой мощности для ламп данного типа.

Для отдельных типов ламп, в частности предназначенных для работы от химических источников тока, вместо номинальной мощности иногда нормируется номинальный ток Iл.ном, для которого устанавливается ограничение его верхнего значения.

Основная светотехническая характеристика ламп накаливания определяется назначением лампы. Для осветительных ламп это световой поток Фл. Практически номинальным световым потоком лампы является среднее значение светового потока большой партии ламп данного типа. Применительно к каждой лампе накаливания можно говорить о нижнем допустимом пределе светового потока. Ограничение верхнего предела не имеет смысла, так как повышение светового потока может быть достигнуто увеличением мощности лампы, верхний предел которой, ограничивается, а так же повышением температуры тела накала, что неизбежно приведет к снижению срока службы лампы и разбраковке партии по этому параметру.

Читайте так же:
Сенсорный выключатель для лампы маленькие

Изменяя конструкцию и конфигурацию тела накала или применяя колбы специальной формы, можно получить лампы накаливания с заданной кривой силой света. Для таких ламп помимо нормирования светового потока нормируют одно или несколько значений силы света Iv в заданных направлениях. Число точек нормирования силы света определяется возможностью контроля кривой с заданной точностью.

Лампы накаливания имеют различную яркость свечения L, что связано с многообразием областей их применения. Например, прожекторные лампы, лампы для сигнальных приборов, кинопроекционной аппаратуры имеют высокую яркость, значение которой в ряде случаев нормируют. И, наоборот, для освещения жилых помещений требуется пониженная яркость, поэтому такие лампы накаливания часто выпускают в матированных колбах.

Для ламп, применяемых в оптических приборах, эффективность действия которых определяется яркостью тела накала, желательно нормирование габаритной яркости тела накала. Сложность определения такой яркости путем измерения силы света и деления результата на площадь проекции тела накала на плоскость, перпендикулярную направлению силы света, привела к тому, что от этого нормирования отказались, сведя контроль ламп к измерениям силы света в заданных направлениях и основных геометрических размеров тела накала.

Световая отдача η, являющаяся важной свето технической характеристикой качества ламп и их основным эксплуатационным показателем, в настоящее время исключена из числа нормируемых величин, так как она определяется расчетным путем как отношение светового потока к мощности лампы, измеренных при номинальном напряжении лампы. Световая отдача вместе с тем является важнейшим параметром ламп накаливания, определяющим экономичность генерирования светового потока. Световая отдача ламп накаливания растет с увеличением их мощности, для ламп одинаковой мощности она больше у ламп, рассчитанных на меньшее номинальное напряжение. Для ламп накаливания данной мощности и конструкции световой поток, определяющий световую отдачу, зависит от температуры нити накала и ее излучательных свойств. Препятствием к повышению температуры вольфрама, является увеличение скорости его испарения, что было в значительной мере преодолено при использовании галогенных циклов.

Эксплуатационные параметры

К основным геометрическим параметрам ламп накаливания относят те размеры, которые влияют на возможность их применения в тех или иных светильниках или установках. Основными из этих параметров для всех без исключения ламп накаливания являются их габаритные размеры (рисунок 1): наибольший диаметр колбы dк, измеряемый в плоскости, перпендикулярной оси лампы, полная длина лампы l, измеряемая, как правило, в направлении оси лампы, и тип цоколя. Важным геометрическим размером лампы накаливания является высота светового центра h, относительно которого дается кривая силы света лампы. Эта точка совпадает с центром тяжести тела накала, полученным геометрическим построением. Высота светового центра измеряется параллельно оси лампы и отсчитывается от той детали цоколя, которая определяет его положение в патроне. Эту деталь называют фиксирующим элементом цоколя.

Рисунок 1. Основные размеры лампы накаливания

Для ламп с фокусирующим цоколем дополнительными геометрическим параметрами являются размеры и допуски, определяющие положение светового центра относительно цоколя и его фокусирующих элементов.

Для ламп, применяемых в оптических приборах, в которых большое значение имеет габаритная яркость тела накала, дополнительно задают размеры тела накала, в том числе длину светящейся нити, диаметр моноспирали (или биспирали), площадь, заполненную светящейся частью тела накала, и тому подобные.

Читайте так же:
Схема подключения ламп накаливания от розетки

Важными эксплуатационными параметрами ламп накаливания, так же как и других источников света, являются их средний срок службы τ, полный срок службы τполн, определяемый временем горения лампы до ее отказа, и полезный срок τп, определяемый временем горения до уменьшения светового потока в заданном пределе. Практическое равенство τполн = τп = τ означает оптимальное конструирование отдельных частей лампы, исключающее лишний запас по надежности отдельных частей и деталей, в основном тела накала, и стабильную технологию производства. Проверка совпадения значений τп и τполн достигается тем, что при испытании ламп на средний срок службы производят измерение конечного светового потока ламп, оставшихся целыми к моменту достижения срока, равного нормированной средней продолжительности горения.

К эксплуатационным параметрам ламп относится и минимальный допустимый световой поток, ниже которого эксплуатация ламп накаливания становится неэкономичной. Для современных ламп накаливания конечный световой поток составляет 85 – 90% начального.

В качестве примера нормирования параметров ламп накаливания в таблице 1 приведены регламентированные ГОСТ 2239-79 параметры ламп накаливания общего назначения с криптоновым наполнением.

Параметры некоторых осветительных ламп накаливания общего назначения с криптоновым наполнением по ГОСТ 2239-79.

Типы лампНоминальное значение
напряжения, Вмощности, Втсветового потока, лм
БК125-135-40
БК125-135-60
БК125-135-100
БК125-225-40
БК125-225-60
БК125-225-100
130
130
130
220
220
220
40
60
100
40
60
100
520
875
1630
415
790
1450

Для ламп накаливания, применяемых для освещения транспортных средств, нормируемым эксплуатационным параметром является также динамический срок службы.

К эксплуатационным параметрам любых ламп накаливания относят характеристику климатических условий, в пределах которых обеспечиваются все перечисленные параметры. Климатические условия эксплуатации характеризуются: интервалом температур внешней среды, в пределах которого должна сохраняться работоспособность лампы; интервалом влажности, точнее, верхним пределом влажности среды; интервалом изменения давления окружающей среды.

Для изделий нормального исполнения, предназначенных для эксплуатации на всей территории страны, обычно принимают следующие значения перечисленных выше параметров: интервал температур от – 60 до + 50 °С; относительная влажность не выше 98% при 20 °С и давление не ниже 0,75 × 10 5 Па (верхний предел не оговаривается с учетом того, что давление выше максимально возможного атмосферного быть не может).

Источник: Афанасьева Е. И., Скобелев В. М., «Источники света и пускорегулирующая аппаратура: Учебник для техникумов», 2-е издание переработанное – Москва: Энергоатомиздат, 1986 – 272 с.

Лампа накаливания – светоотдача люминесцентных лампочек в ватта

Самое привычное для нас световое устройство это обычная лампочка накаливания. Она представляет собой источник освещения, состоящий из стеклянной колбы, тела накаливания, электродов, цоколя и изолятора.

В наше время стали популярны галогенные лампы накаливания. Они просты, надежны, и приобрести их можно по очень невысокой цене. Несмотря на популярность ламп накаливания, они обладают рядом недостатков. КПД такого прибора около 2%, низкая светоотдача в пределах 20 Лм/Вт и короткий, около 1000 часов, срок службы.

Принцип работы

При подключении к электрической сети лампа накаливания преобразует электрическую энергию в световую, посредством нагревания проводника (нити) накала. Изготовленная из тугоплавкого вольфрама или его сплавов, нить находится в стеклянной колбе, заполненной инертным газом или вакуумом (для маломощных ламп до 25 Вт).

Принцип работы лампы накаливания

Колба служит для защиты от воздействия внешних факторов, а инертный газ (криптон, азот, ксенон, аргон и их смеси) не позволяет вольфрамовому проводнику окислиться и уменьшает теплопотери. Нить раскаляется под действием проходящего через нее тока до температуры порядка 3000ºС (такая высокая температура со временем приводит к истончению и перегоранию проводника).

Читайте так же:
Схема подключения лампочки с выключателем с заземлением

В результате нагрева происходит электромагнитное излучение, небольшая доля которого находится в видимом спектре, основная часть представляет собой инфракрасное излучение. Световой поток возникает, когда очень высокая температура нити накала преобразует электромагнитное излучение в видимый свет лампы.

Потребляемая лампой энергия частично преобразуется в видимое глазом излучение. Основная часть под действием конвекции внутри колбы рассеивается в процессе теплопроводности.

Возникающий в лампах накаливания свет находится в части желтого и красного спектра лучей, поэтому близок к дневному свету.

Световой поток

Прямое назначение любого светового прибора – освещение. В лампе накаливания оно создается путем преобразования тепловой энергии в световой поток.

Люксметр и пульсметр

Определение и правила измерения

Световой поток — величина, которая характеризует световую мощность (световая энергия, которая переносится через некоторую поверхность за единицу времени излучением) видимого излучения в потоке этого излучения, то есть по производимому на глаз человека световому ощущению.

Чувствительность этого ощущения можно определить по кривой спектральной эффективности, которая утверждена МКО. Единицей измерения светового потока в Международной системе единиц является люмен (лм или lm), который рассчитывается по формуле:

1 лм = 1 кд*ср (1 лк × м2), где:

  • кд – кандела;
  • телесный угол, 1 стерадиан.

Энергия в пучке света имеет временное и пространственное распределение. Источники, излучающие световой поток, различают по распределению цветов спектра:

  • линейчатый спектр (отдельные линии);
  • полосатый спектр (рядом расположенные разграниченные линии);
  • сплошной спектр.

Спектральная плотность светового пучка характеризуется распределением лучистого потока по спектру. Измеряется в Вт/нм.

Соотношение с мощностью элемента

Возрастание светового потока напрямую зависит от мощности лампы. На графике (см. рисунок ниже) прослеживается четкая зависимость возрастания яркости пропорционально возрастанию мощности.

Зависимость светового потока от мощности потребления

Таблица – Зависимость уровня светового потока и мощности лампочки накаливания

Лампа накаливания, ВтСветовой поток (лм)Напряжение на лампе, В
4061012
4057036
40340230
40400240
6095536
60735225
60645230
60711235
60670240
75940220
75960225
100158136
1001381225
1001201230
1001361235
1502151230
1502181240
2002951225
2003051230
3003361225
3004801230
3004851235
5008401220
75013100220
100018700220

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

Сравнение с другими типами ламп

Сравнительный анализ светового потока ламп накаливания с более совершенными люминесцентными и светодиодными лампочками позволяет оценить его эффективность.

Таблица – Сравнение лампочки накаливания со светодиодной и люминесцентной (энергосберегающей лампочкой)

Лампа накаливания,
мощность, Вт
Светодиодная лампа,
мощность, Вт
Люминесцентная лампа,
мощность, Вт
Световой поток, Лм (приблизительное значение)
202-34-7251
403-510-14399
607-1114-16701
7511-1319-21899
10013-1625-351205
15016-2141-551805
20021-3059-802505

Уровень светоотдачи для лампочек разного типа

Видео

Данное видео расскажет Вам о том, что такое световой поток.

Несмотря на преимущества лампочек накаливания, таких, как моментальное включение, низкая стоимость, большой выбор форм и мощности, отсутствие мерцания, эффективность светового потока по отношению к потребляемой мощности очень низкая, по сравнению с изделиями нового поколения. За рубежом доля вольфрамовых элементов в общем потоке составляет порядка 10 %.

Читайте так же:
Схема соединения выключателя две лампочки

Почему лампы накаливания чаще всего перегорают в момент включения

Обычная ситуация: нажимаете выключатель, короткая вспышка, и очередная лампочка накаливания “приказала долго жить”. Помянув недобрым словом производителя, делаете замену. Многие слышали, что время работы должно быть не менее 1000 часов. Так почему же она прослужила всего пару недель вместо нескольких месяцев?

В основном, срока работы ламп накаливания зависит от условий эксплуатации ламп и присущими этому типу источников света недостатками. Прежде чем углубиться в подробный анализ причин, влияющих на время работы, отметим очень важный факт: лампочки перегорают, как правило, в момент их включения. И тому есть объяснение, правда, не очень простое и очевидное.

Лампа накаливания

“Сердцем” всех ламп накаливания является вольфрамовая спираль, которую светотехники предпочитают называть “телом накала”. Тело накала изготавливают из тонкой вольфрамовой проволоки, навитой в форме спирали.

Технология изготовления довольно сложна, требует высокоточного оборудования и жесткого соблюдения технологии. От качества изготовления спирали во многом зависит дальнейшее время службы ламп. Ведь ей предстоит работать при температуре почти 3000 градусов.

При такой высокой температуре начинаются процессы, которые, в конечном счете, “губят” лампу. Прежде всего, это испарение вольфрама. Проволока становится тоньше и появляется небольшой перепад диаметра проволоки. В этом месте испарение ускоряется и лампа перегорает.

Процесс довольно длительный и, при нормальном напряжении, лампа вполне может отслужить 1000 часов. Замедлить испарение можно наполнением колбы инертным газом, например, криптоном. В продаже можно найти подобные лампы по грибообразной форме колб.

Лампа накаливания на чердаке

Второй процесс связан со структурой вольфрама. При изготовлении проволоки вольфрам имеет структуру с мелкими кристаллами вытянутой формы. Разогрев до высоких рабочих температур вызывает рост (укрупнение) кристаллов. Такой процесс называется рекристаллизацией вольфрама. Площадь межкристаллической поверхности при этом значительно (в сотни раз) уменьшается. Примеси, которые неизбежно присутствуют в металле, собираются между кристаллами и образуют чрезвычайно хрупкое соединение – карбид вольфрама.

И, наконец, рассмотрим третий процесс, который обычно ставит точку в жизни лампы. Нужно помнить, что сопротивление вольфрама в холодном состоянии заметно (в 9-12 раз) меньше, чем при рабочей температуре в 3000 градусов. Поэтому при первом включении через лампочку, в соответствии с законом Ома, проходит ток, в соответствующее число раз превышающий рабочий. При прохождении тока через проводник возникают электродинамические силы. При этом спираль подвергается механическому воздействию.

А теперь можно проследить последовательность явлений рокового для лампы включения. После нажатия выключателя через холодную спираль проходит ток, на порядок превышающий рабочий. К спирали прикладывается кратковременное механическое усилие, подобное рывку. В месте, где проволока стала тоньше за счет испарения, возникают повышенные нагрузки и спираль ломается по хрупкому шву карбида вольфрама. Дальнейшее понять просто: в месте трещины вольфрам разогревается до плавления и лампа “гибнет”.

Все эти процессы многократно ускоряются при повышенном напряжении питания ламп. Увеличение напряжения на 3% уменьшает время службы лампы на 30%. Если в квартире напряжение выше номинального (220В) значения на 10%, то лампы накаливания будут служить всего несколько суток.

Очень сильно продолжительность жизни ламп зависит от частоты включения. У производителя на стендах лампы испытываются при стабильном напряжении и определенной частоте включений в час. По результатам подобных испытаний и указывается средний период службы источников света.

Читайте так же:
Схема подключения люминесцентных ламп через трансформаторы тока

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Мощность электрического тока

Обычно электрический ток сравнивают с течением жид­кости по трубке, а напряжение или разность потенциалов — с разностью уровней жидкости.

В этом случае поток воды, падающий сверху вниз, несет с собой определенное количество энергии. В усло­виях свободного падения эта энергия растрачивается беспо­лезно для человека. Если же направить падающий поток во­ды на лопасти турбины, то последняя начнет вращаться и сможет производить полезную работу.

Работа, производимая потоком воды в течение определен­ного промежутка времени, например, в течение одной секун­ды, будет тем больше, чем с большей высоты падает поток и чем больше масса падающей воды.

Точно так же и электрический ток, протекая по цепи от высшего потенциала к низшему, совершает работу. В каждую данную секунду времени будет совершаться тем больше рабо­ты, чем больше разность потенциалов и чем большее количе­ство электричества ежесекундно проходит через поперечное сечение цепи.

Мощность электрического тока это количество работы, совершаемой за одну секунду времени, или скорость совершения работы.

Количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды, есть не что иное, как сила тока в цепи. Следовательно, мощность электрического тока будет прямо пропорциональна разности потенциалов (на­пряжению) и силе тока в цепи.

Для измерения мощности электрического тока принята еди­ница, называемая ватт (Вт).

Мощностью в 1 Вт обладает ток силой в 1 А при разности потенциалов, равной 1 В.

Для вычисления мощности постоянного тока в ваттах нуж­но силу тока в амперах умножить на напряжение в вольтах.

Если обозначить мощность электрического тока буквой P, то приведенное выше правило можно записать в виде формулы

P = I*U. (1)

Воспользуемся этой формулой для решения числового при­мера. Требуется определить, какая мощность электрического тока необходима для накала нити радиолампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА

Определим мощность электрического тока, поглощаемую нитью лампы:

Р= 0,075 А*4 В = 0,3 Вт.

Мощность электрического тока можно вычислить и другим путем. Предположим, что нам известны сила тока в цепи и сопротивление цепи, а напряжение неизвестно.

В этом случае мы воспользуемся знакомым нам соотноше­нием из закона Ома:

U=IR

и подставим правую часть этого равенства (IR) в формулу (1) вместо напряжения U.

Тогда формула (1) примет вид:

P = I*U =I*IR

Р = I 2 *R. (2)

Например, требуется узнать, какая мощность теряется в реостате сопротивлением в 5 Ом, если через него проходит ток, силой 0,5 А. Пользуясь формулой (2), найдем:

P= I 2 *R = (0,5) 2 *5 =0,25*5 = 1,25 Вт.

Наконец, мощность электрического тока может быть вычислена и в том слу­чае, когда известны напряжение и сопротивление, а сила тока неизвестна. Для этого вместо силы тока I в формулу (1) подставляется известное из закона Ома отношение U/R и тогда формула (1) приобретает следующий вид:

Р = I*U=U 2 /R (3)

Например, при 2,5 В падения напряжения на реостате сопро­тивлением в 5 Ом поглощаемая реостатом мощность будет равна:

Р = U 2 /R=(2,5) 2 /5=1,25 Вт

Таким образом, для вычисления мощности требуется знать любые две из величин, входящих в формулу закона Ома.

Мощность электрического тока равна работе электрического тока, производимой в течение одной секунды.

P = A/t

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector