Описание и принцип на електрическата крушка

Какво представлява лампата с нажежаема жичка

Лампата с нажежаема жичка, известна още като лампа с нажежаема жичка, е източник на изкуствена светлина, в който светлината се произвежда чрез нагряване на тънка метална нишка до температурата на нажежения метал. През нажежаемата жичка преминава електрически ток, който я нагрява. Първите лампи са имали нажежаема жичка, изработена от овъглен органичен материал, например бамбук, под формата на влакно.

За да се предотврати бързото изгаряне на нажежаемата жичка, въздухът се изпуска от крушката и се запечатва. Или пък колбата е била пълна с газ, в който не е имало окислител - кислород. Тези газове се наричат инертни газове - аргон, неон, хелий, азот и др. Наричат се така, защото не влизат в реакция с металите, т.е. инертни са.

Лампа с въглеродна нажежаема жичка

Първите лампи с въглеродна жичка Електрическите крушки с въглеродна нишка имаха експлоатационен живот от по-малко от десетина часа. Тази стойност се увеличава значително чрез замяна на въглеродната нишка с тънка метална тел.

Тази светлина се наричаше светеща светлина, т.е. светлината на нажежения метал. А нажежаемата жичка се наричаше лампа с нажежаема жичка. Например стомана, нагрята до 1200°C, свети в жълто-бяло, а при 1300°C е почти бяла.

В края на XIX в. въглеродната нишка, която бързо изгаря, е заменена с огнеупорни метали - волфрам, молибден, осмий или метални оксиди - цирконий, магнезий, итрий и други.

Напълването на колбата с инертни газове намалява скоростта на изпаряване на метала от нажежената жичка и следователно увеличава продължителността на нейната работа.

За висока мощност нишките се произвеждат в "разклонена" форма. Прожекционните светлинни източници имат нишка със сложна конфигурация за създаване на насочен поток, като образуват плоска структура, перпендикулярна на оста на излъчване. Във вътрешността на крушката има светлоотразител, например тънък слой от напръскан метал, например сребро или алуминий.

Лампа с нажежаема жичка с общо предназначение - LON, в крушовидна форма. Правата къса жичка под формата на спирала показва малко работно напрежение - 12, 24 или 48-50 V и мощност, която не надвишава 10-20 W.

За захранването на лампата директно от съществуващото тогава захранване с постоянен ток от 110 V е необходима дълга и тънка метална жичка. Това води до увеличаване на съпротивлението и следователно за нагряването е необходим по-малък ток.

За да се "натъпче" плътно в малък обем на колба от прозрачно стъкло, нишката се огъва многократно и се поставя върху телени държачи.

"Сгъната" няколко пъти дългата нишка в лампа на Едисон с модерен дизайн.

Друга модерна лампа на Едисон. Ясно се виждат успоредно разположените участъци на нишката.

Това огъване на нишката усложнява конструкцията на първите източници на светлина, които издържат значително по-дълго от "въглеродните". Пробив в дизайна на крушките с нажежаема жичка е предложението за усукване на нишката в спирала. Това намали размера му многократно.

Още по-малко нажежено тяло е получено чрез навиване на тънка намотка във втора намотка с по-голям диаметър. Двойната спирала се нарича би-спирала.

Двужилната намотка е увеличена от 10 до 20 пъти. Можете да видите, че тя е въведена и пресована в примка от тел арматура, която разтяга нишката на тънки щифтове.

Следващият етап в развитието на светлинните източници е преминаването към променливотокова електрическа мрежа и използването на трансформатор за намаляване на захранващото напрежение на лампите.

Основни части на лампата с нажежаема жичка

Основните градивни елементи на лампата с нажежаема жичка са:

• нишката или тялото на нишката;
• приспособление за закрепване на нишката;
• крушка за защита на нажежаемата жичка от бързо изгаряне и външни влияния
• гнездо за поставяне в контакта и свързване към захранването
• контакти в гнездо - корпус с винт и централен контакт в основата на гнездото.

Компоненти

Монтажът е проектиран така, че да фиксира нажежаемата жичка и да създаде необходимата конфигурация и насоченост на светлинния поток.

Основата е необходима, за да се закрепи в монтажния цокъл и да се свърже с крушката. При ретрофитните лампи, еквивалент на лампите с нажежаема жичка, в цокъла се намира част от захранващия блок.

Базата

На Халогенни крушкиХалогенните крушки, в зависимост от захранващото напрежение, мощността и конструкцията на крушката, имат няколко различни цокъла - винтови, мъжки, байонетни, щифтови и т.н.

Контактната система върху основната плоча е необходима за свързване към захранващата мрежа или захранващия блок.

Типове основи.

Крушката

Прозрачните крушки LN се използват за:

• Защита на нишката от външната атмосфера, съдържаща окислителя - кислород;
• Генериране и задържане на вакуум или газов състав;
• поставяне на луминофор и/или покрития, които преобразуват различни видове електромагнитна енергия във видима радиация, връщане на топлината към нажежаемата жичка, преобразуване на невидимата ултравиолетова и инфрачервена радиация в светлина, корекция на оттенъка на лампата - червен, зелен, син.

Нишки

Нишката е навита на спирала или на две спирали, или на тънка метална лента.

Структурен вид на нишката

Газова среда

Инертните газове, с които е напълнена крушката на лампата, напр. азот, аргон, неон, хелий. Към смесите от благородни газове се добавят халогенни вещества.

Как е направена електрическата крушка и как работи

Конструкцията на електрическата крушка с нажежаема жичка не се е променила много по време на нейното разработване. Основният елемент, който работи на принципа на нажежаване от нажежено вещество, е нишката или тялото на нишката. Това е тънка волфрамова тел с диаметър 30-40, максимум 50 микрона или микрометра (милионни части от метъра).

Цветовете на тялото с нажежаема жичка започват от червено и преминават през оранжево, жълто и бяло с увеличаване на температурата. С по-нататъшното повишаване на температурата нажеженият метал първо се разтопява, а след това в присъствието на кислород изгаря.

Прочетете също.

Проверка на електрическа крушка с тестер

 

Видео урок: Как работят съвременните електрически крушки

Студената волфрамова нишка има ниско съпротивление. Волфрамът, както и повечето метали, има положителен температурен коефициент на съпротивление TKS. Това означава, че когато нажежаемата жичка се нагрява от електрически ток, нейното съпротивление се увеличава.

Преди включването на лампата нажежаемата нишка е студена и има малко съпротивление. Затова в момента на включване се подава ток, който е 10-15 пъти по-голям от номиналния. Този скок на тока се нарича пусков ток. И често това е причината за... често е причина за прегаряне на нишката.

Нагряването на нишката отнема част от секундата. През това време съпротивлението му се увеличава. Първоначално високият ток, протичащ през лампата, се намалява до номиналния ток, когато газът, крушката и всички компоненти се затоплят. Така светлинният източник достига номиналния режим на работа и произвежда номиналния светлинен поток. Цветът на светене също става номинален, т.е. съответства на цветна температура от 2000 до 3500 К. Тя се нарича топло бяла и има няколко степени на цветната температура в рамките на определения диапазон с оригинални имена и съкращения. Например:

• свръхтопло бяло - 2200-2400 K, обозначено като S-Warm или S-W, известно още като много топло бяло или Warm 2400;
• Топла - 2600-2800 K или топла 2700;
• топло бяло - 2700-3500 K или топло бяло (WW);
• друг топъл бял цвят - 2900-3100 K или топъл 3000 (W).

Температурата на отделните елементи на лампата

Външната повърхност на LON крушка зависи от мощността на лампата и може да се нагрее до 250-300 °C или повече.

Нажежаемата нишка се нагрява до 2000-2800 °C, като температурата на топене на волфрама е 3410 °C.

В някои конструкции нишката е изработена от осмий с температура на топене 3045℃ или рений с температура на топене 2174. Това измества светлинния спектър на LN към червената зона на видимия спектър.

Прочетете също.

Спукване на крушки в полилея - 6 причини и решение

 

Какъв газ се съдържа в крушката

При първите лампи въздухът се изпомпва от крушката. Сега се вакуумират (евакуират) само маломощни крушки (макс. 25 W).

При работа с волфрамова тел, нагрята до 2-3 хиляди градуса по Целзий, металът се изпарява интензивно от повърхността ѝ. Тези пари се отлагат от вътрешната страна на крушката и намаляват пропускането на светлината.

Изследванията, проведени в началото на миналия век, показват, че ако колбата се напълни с инертен газ, изпарението се намалява и добивът на светлина се увеличава. Поради това колбите се пълнят с един от инертните газове или техни смеси. Най-често срещаните газове са аргон, азот, ксенон, криптон, хелий и др. Хелият се използва за ефективно пасивно охлаждане на вътрешните елементи на новите видове светодиодни лампи за преоборудване.

Този експеримент категорично не се препоръчва за домашна употреба

Основният им светлоизлъчващ елемент е тънка пръчка от изкуствен сапфир или стъкло, върху която са разположени кристалите на светодиодите. Този вид излъчвател се нарича нажежаема жичка. Някои "експерти" са объркали същността на на лампи с нажежаема жичка и ги нарече "сапфирени светодиодни лампи". Въпреки че изкуственият сапфир в тези лампи се използва само като монтажна основа и пасивен радиатор за кристалите на светодиодите.

В повечето случаи повредата на LN не се дължи на изпаряване на метала от повърхността на нишката, а на ускоряване на този процес в областите с нарушена дебелина на нишката. Това се случва в зоната на рязко огъване на проводника или неговото счупване. В този момент съпротивлението му се увеличава локално, а напрежението, разсейваната мощност и температурата на метала нарастват. Изпарението се ускорява, става лавинообразно, дебелината на нишката бързо намалява и тя изгаря.

Този проблем е решен в края на 50-те и началото на 60-те години на миналия век с масовото производство на халогенни крушки.

Халогените - хлор, бром, флуор или йод - се добавят към инертен газ или смес. В резултат на това процесът на изпаряване на метала спира напълно или се забавя значително. Атомите на тези добавки се свързват с волфрамовите пари и образуват молекули на нестабилни съединения. Те се отлагат върху повърхността на светещото тяло. Под въздействието на високата температура молекулите се разпадат и освобождават халогенни атоми и чист метал, които се отлагат върху горещата повърхност на нишката и частично регенерират изпарения слой.

Този процес се засилва чрез увеличаване на налягането. По този начин се повишават температурата на нажежаемата жичка, експлоатационният живот, светлинният поток, ефективността и други характеристики. Емисионният спектър е изместен към бялата страна. При лампите, пълни с газ, потъмняването на повърхността на крушката отвътре от волфрамовите пари се забавя. Тези светлинни източници се наричат халогенни светлинни източници.

Прочетете също

Принцип и характеристики на LED крушка

 

Електрически параметри

Електрическите характеристики на лампите с нажежаема жичка са:

• електрическа мощност, измервана във ватове - W, като диапазонът на предлаганите модели е от няколко вата (крушката на фенерчето е 1 W) до 500 и дори 1000 W;
• светлинният поток, lm (лумен), е свързан с мощността - от 20 lm при 5W до 2500 lm при 200W, като при по-висока мощност светлинният поток е по-голям;
• Светлинна ефективност, енергийна ефективност или коефициент на ефективност, Lm/W - колко лумена светлина като светлинен поток дава всеки ват енергия, консумирана от електрическата мрежа или захранването;
• интензитет на светлината или яркост, cd (кандела);
• цветна температура - температурата на конвенционално черно тяло, което излъчва светлина с определен оттенък.

Условни цветови температури и оттенък на луминесценцията.

Предназначение на електрическата лампа

Електрическите лампи могат да бъдат разделени на няколко вида според тяхното приложение - за обществена, техническа и специална употреба.

Основната обществена употреба е да се осигури изкуствена светлина на всеки човек, животно или птица през нощта или в тъмно помещение.

С помощта на светлината хората удължават дневната си активност с няколко часа. Това могат да бъдат работните и учебните процеси, домашните задължения. Подобрява се пътната безопасност, медицинската помощ може да се предоставя вечер и през нощта и много други.

Лампите се използват активно в животновъдни и птицеферми, за отглеждане на растения в оранжерийни комплекси. Те се осветяват със светлина с определен спектър и големина на светлинния поток. Отглеждането на риба също изисква светлина със специфичен спектрален състав.

Отоплението на домашни любимци е осъществено.

Технически приложения. Устройствата, които излъчват видима и невидима светлина, се използват в производството за технологични цели. Примери:

• За прецизна и важна работа човек се нуждае от високо ниво на осветеност на работното място;
• IR - Инфрачервеното лъчение се използва в промишлеността, например за безконтактно нагряване на строителни елементи или в климатичната техника за осигуряване на топлина на хората, работещи на открито; във военната и ловната техника - нощни мерници за оръжия, устройства за нощно виждане и др;
• UV-UV лъчението се използва в стоматологията за бързо втвърдяване на пломби, зъбни протези и др., в медицината и санитарията - за дезинфекция дезинфекция на помещенияВ медицината и санитарията - дезинфекция на помещения, инструменти, дрехи, повърхности на мебели, въздух, вода, лекарства и др.

Лампите със специално предназначение се използват в областта на външната и вътрешната светлинна реклама, криминалистиката, авиацията и космонавтиката, изложбеното осветление и др.

Основни видове и характеристики

Основните видове лампи с нажежаема жичка са:

1. Лампи с общо предназначение. Те се обозначават с абревиатурата LON. Обикновено това са устройства с мощност 25, 40, 60, 75 и 100 вата. Най-разпространеният е 60 W. Но в търговската мрежа се предлагат LLH с мощност 150, 200, 500 и дори 1000 вата.
2. Халогенни лампи с нажежаема жичка. Предлагат се за приложения с високо и ниско напрежение 220 V или 110 V. В този случай те се захранват от понижаващ трансформатор.

Нисковолтова лампа с нажежаема жичка

Разнообразие от халогенни лампи с ниско напрежение:

• капсула, под формата на изцяло стъклени тръби с различни основи - капсули с щифт GY6.35 или G4;
• Светлинни рефлектори с отразяващ елемент, диаметър от 35 до 111 mm, цокъл GZ10 с опции.

Високо напрежение. Основното напрежение е 220-230 V, 50 Hz. Тези лампи имат повече версии:

• линеен - като стъклена тръба с основа R7S;
• цилиндрична - цокъл E27, E14 или B15D;
• с дистанционно управление или допълнителна крушка.

Последните имат халогенна крушка или тръба, монтирана неподвижно в крушката. Той е заварен към централното ядро на стандартната крушка LON и има гъвкави проводници, свързани към стандартна основа Edison E27 или E14. При консумация на енергия от 70-100 W тя осигурява 20-30% повече светлинен поток от стандартната крушка с нажежаема жичка.

Тези модели имат по-висока енергийна ефективност - до 12-25 Lm/W, докато конвенционалните LON светлинни източници имат светлинна мощност от 3-4 до 10-12 Lm/W.

Експлоатационният живот на халогенните модели е от 4-5 до 10-12 хиляди часа.

Класификация на светлините според предназначението и конструкцията

Класификация на електрическите крушки според предназначението им.

Декоративни крушки

През последните години се появиха ретро лампи, които имитират стари крушки на Едисон.

Освен това те са оформени като "свещ", "свещ на вятъра", "конус", "круша", "топка" и др.

Лампи Едисон - с цветна температура 2000 K, с различни по форма нишки, с различни крушки.

Огледален

Светлоотразителните лампи имат отразяващо покритие от вътрешната страна на крушката. Обикновено това е метално покритие от сребро, алуминий или злато. Този слой може да бъде тънък и полупрозрачен или дебел и непрозрачен.

Огледална инфрачервена лампа.

Отразяващите структури се използват в производството за напълно чисто технологично нагряване, напр. в производството на полупроводници с материали с висока чистота. Тук недостатъкът на лампите с нажежаема жичка - високият поток на инфрачервено излъчване - се превръща в ненадминато предимство.

Такива лампи се използват в осветителни тела с тесен въртящ се сноп светлина.

Прочетете също

Характеристики на газоразрядните лампи

 

Сигнал

Сигналните лампи са мигащи светлинни източници. Обикновено под формата на мигащи фарове, например на служебни превозни средства, на самолети и хеликоптери, за предаване на светлинни съобщения във флота и др. Те имат тънка нишка, която позволява бързо увеличаване на яркостта.

Транспорт.

Този тип лампи са предназначени за използване в различни видове транспорт, като например: автомобили, железопътни линии и подземни, речни и морски плавателни съдове. Основното изискване към тях е устойчивост на вибрации и удари. За тази цел нишката се прави къса и се монтира върху множество опорни елементи. Основите на тези крушки са байонет, щифт или цокъл. Те предпазват устройството от отвинтване и изпадане от гнездото.

Транспортни лампи с щифтова основа.

Светлини за превозни средства, монтирани на превозни средства, с различни видове основи: д), е), ж) - с щифтови основи, з) - с таванни основи.

Лампи за осветяване .

Наименованието подсказва, че тези лампи се използват за осветяване. Затова крушките им са изработени от различни цветове стъкло - синьо, зелено, жълто, червено и т.н.

Лампи за осветяване в различни цветове с цокъл Edison E27 с резба.

Двойна нишка.

Схема на такава лампа за осветление: Две отделни нишки в една крушка. В автомобилен фар например се използва лампа с двойна нажежаема жичка, както следва:

• когато се подаде напрежение към едната нажежаема жичка, се включва късата светлина - светлинният сноп се "притиска" към пътната настилка и се разпростира на няколко десетки метра;
• След превключване към втората нажежаема жичка светлината се увеличава и обсегът ѝ може да достигне стотици метри, а лъчът е значително по-голям.

Такива светлини могат да бъдат и в задна светлина. Първата нажежаема жичка е за габаритните светлини, а втората - за спирачната светлина.

В светофарите лампите с двойна нажежаема жичка повишават надеждността им. Дублирането позволява на устройството да работи или с една нишка, или да включи втората, след като първата е изгоряла. В железниците например надеждната сигнализация е гаранция за безопасността на транспорта.

Общи, местни

Лампи за различни приложения.

Горен ред, от ляво на дясно: фасунга E14 за полилеи, стенни лампи и малки лампи; фасунга E27 за лампи с общо предназначение; зелено, червено, жълто - лампи за осветление.

Долен ред: синьо - медицински цели за процедури; огледало с рефлектор - за фотографски работи или специално осветление, с виолетово стъкло, двата края - декоративни с крушка "свещ" и цокъл Е27 и Е14.

Прочетете също

Коя е по-добра - LED или енергоспестяваща крушка

 

Плюсове и минуси

Предимства на крушките с нажежаема жичка:

• Ниска цена - прости и евтини материали, дизайн и технология, разработвани в продължение на десетилетия, масово автоматизирано производство;
• сравнително малки размери;
• пренапреженията в електрическата мрежа не водят до незабавна повреда;
• стартирането и рестартирането е мигновено;
• с променливотоково захранване 50-60 Hz, пулсациите на яркостта са незабележими;
• яркостта може да се регулира;
• спектърът на излъчване е равномерен и познат на окото - подобен на този на слънцето;
• Характеристиките на лампите на различните производители са почти еднакви;
• Индексът на цветопредаване Ra или CRI - качеството на цветопредаване на осветените обекти - е равен на 100, което напълно съответства на индекса на слънцето;
• малките размери на компактната нишка дават ясни сенки;
• висока надеждност при екстремни студове и горещини;
• позволява масово производство на модели с работно напрежение от части до стотици волта;
• Захранване с променлив или постоянен ток при липса на стартери
• активният характер на съпротивлението на нажежаемата жичка осигурява фактор на мощността (косинус φ) от 1;
• безразличен към радиация, електромагнитен импулс, смущения;
• практически няма UV компонент в излъчването;
• Осигурена е стандартна работа с често включване и изключване на светлините и т.н.

Недостатъците включват:

• номиналният живот на LON е 1000 часа, докато за халогенните лампи с нажежаема жичка - от 3 до 5-6 хиляди, за флуоресцентни - до 10-50 хил. часа, а LED лампите - 30-150 хил. часа или повече;
• Стъклената крушка и тънката жичка са чувствителни към удари; вибрациите могат да предизвикат резонанс при определени честоти;
• Силна зависимост на енергийната ефективност и продължителността на живота от захранващото напрежение;
• Ефективността на преобразуване на електричеството във видима светлина не надвишава 3-4%, но се увеличава с увеличаване на мощността;
• Температурата на повърхността на крушката зависи от мощността и е следната: 100W - 290°C, 200W - 330°C, 25W - 100°C;
• При включване токът, който възниква преди нажежаемата жичка да се загрее, може да бъде десет пъти по-голям от номиналния ток;
• Гнездата и фитингите на осветителните тела трябва да са устойчиви на топлина.

Как да удължите живота на лампата

Има много начини за увеличаване на живота на лампите. Най-често използваните са:

• Ограничаване на пусковия ток чрез последователно вграждане на термистор в лампата, чието високо съпротивление намалява, когато пусковият ток го загрее;
• Плавен старт с ръчно регулиране на яркостта чрез тиристорен или симисторен димер;
• Захранване на лампата чрез мощен токоизправителен диод, т.е. изправено напрежение от половин синусоида;
• Свързване на лампи по двойки в многолампови осветителни тела, напр. полилеи.

Съвременната индустрия произвежда голям брой различни видове лампи с нажежаема жичка с широк диапазон от работни напрежения и мощности, с различни нюанси на светене, конфигурации на крушките и цокли. Тази гама ви позволява да избирате изберете необходимата лампа за всяко приложение.