A villanykörte leírása és elve
Mi az izzólámpa
Az izzólámpa, más néven izzólámpa olyan mesterséges fényforrás, amelyben a fényt egy vékony fémszál izzítási hőmérsékletre történő hevítésével állítják elő. Az izzószálon elektromos áramot vezetnek át, hogy felmelegítsék azt. Az első lámpák izzószála elszenesedett szerves anyagból, például bambuszból, szál formájában készült.
Az izzószál gyors leégésének megakadályozása érdekében a levegőt kiürítették az izzóból és lezárták. Vagy a lombikot olyan gázösszetétellel töltötték meg, amelyben nem volt oxidálószer - oxigén. Ezeket a gázokat inert gázoknak nevezzük - argon, neon, hélium, nitrogén stb. Azért hívják őket így, mert nem lépnek reakcióba a fémekkel, azaz inertek.
Az első szénszálas izzólámpák A szénszálas izzók élettartama kevesebb mint egy tucat óra volt. Ezt jelentősen megnövelték, ha a szénszálat vékony fémhuzalra cserélték.
Ezt a fényt izzó fénynek, azaz az izzó fém fényének nevezték. Az izzószálat pedig izzófénynek nevezték. Például az 1200 °C-ra hevített acél sárgásfehéren izzik, 1300 °C-on pedig szinte fehér.
A 19. század végén a szénszálat, amely gyorsan kiégett, tűzálló fémek - volfrám, molibdén, ozmium vagy fémoxidok - cirkónium, magnézium, ittrium és mások - váltották fel.
A lombik inert gázokkal való feltöltése csökkentette a fém elpárolgásának sebességét az izzó izzószálból, és így növelte a működés időtartamát.
A nagy teljesítményhez a szálak "elágazó" formában készülnek. A vetítési fényforrások összetett konfigurációjú izzószállal rendelkeznek, hogy irányított fényáramot hozzanak létre, a sugárzás tengelyére merőlegesen lapos szerkezetet alkotva. Az izzó belsejében van egy fényvisszaverő, például egy vékony fémréteg, például ezüst vagy alumínium.
Egy hosszú és vékony fém izzószálra volt szükség ahhoz, hogy a lámpát közvetlenül az akkori 110 V-os egyenáramú tápegységről lehessen táplálni. Ez megnövekedett ellenállást biztosított, ezért a fűtéshez kevesebb áramra volt szükség.
A kis térfogatú átlátszó üveglombikba való szoros "csomagolás" érdekében a szálakat többször meghajlították és dróttartókra helyezték.
Az izzószálnak ez az elhajlása megnehezítette az első fényforrások tervezését, amelyek lényegesen hosszabb ideig működtek, mint a "szénfényűek". Az izzólámpa tervezésében áttörést jelentett az a javaslat, hogy az izzószálat spirálba csavarják. Ez sokszorosára csökkentette a méretét.
Még kisebb izzótestet kaptunk úgy, hogy egy vékony tekercset egy második, de nagyobb átmérőjű tekercsbe tekertünk. A kettős spirált bi-hélixnek nevezik.
A fényforrások fejlődésének következő állomása a váltakozó áramú hálózatra való áttérés és a lámpák tápfeszültségének csökkentésére szolgáló transzformátor használata volt.
Az izzólámpa fő részei
Az izzólámpa alapvető építőelemei a következők:
- az izzószálat vagy az izzószáltestet;
- egy szerelvény az izzószál rögzítésére;
- izzó, hogy megvédje az izzószálat a gyors égéstől és a külső hatásoktól
- aljzat a konnektorba való illesztéshez és a tápegységhez való csatlakoztatáshoz
- aljzatérintkezők - csavaros ház és egy központi érintkező az aljzat alján.
A szerelvényt úgy tervezték, hogy rögzítse az izzószálat, és létrehozza a fénykibocsátás kívánt konfigurációját és irányíthatóságát.
A talapzatra azért van szükség, hogy rögzíteni lehessen a foglalatba, és hogy csatlakoztatni lehessen az izzóhoz. Az izzólámpák megfelelőjének számító retrófényű lámpákban a foglalat tartalmazza a tápegység egy részét.
Az alap
A oldalon. Halogén izzókA halogén izzóknak a tápfeszültségtől, a teljesítménytől és az izzó kialakításától függően számos különböző talpuk van - csavaros, dugós, bajonettes, csapos stb.
Az aljzaton lévő érintkező rendszer a tápellátó hálózathoz vagy tápegységhez való csatlakozáshoz szükséges.
Az izzó
Az átlátszó LN izzókat a következőkre használják:
- Az izzószál védelme az oxidálószert - oxigént - tartalmazó külső légkörrel szemben;
- Vákuum vagy gázösszetétel előállítása és megtartása;
- a különböző típusú elektromágneses energiát látható sugárzássá alakító foszfor és/vagy bevonatok elhelyezése, a hő visszavezetése az izzószálba, a láthatatlan UV- és IR-sugárzás fényké alakítása, a lámpa árnyalatának korrekciója - vörös, zöld, kék.
Szál
Az izzószál egy tekercsbe vagy kéttekercsbe tekert izzószál, vagy egy vékony fémszalag.
Gázközeg
Az inert gázok, amelyekkel a lámpa izzóját töltik, pl. nitrogén, argon, neon, hélium. A nemesgáz-keverékekhez halogén anyagokat adnak.
Hogyan készül és hogyan működik egy izzó?
Az izzólámpa szerkezete nem sokat változott a kifejlesztése során. Az izzó anyagból izzó elv alapján működő alapelem az izzószál vagy izzótest. Ez egy vékony, 30-40, legfeljebb 50 mikron vagy mikrométer (milliomod méter) átmérőjű volfrámhuzal.
Az izzótest színei a vörös színtől kezdve a narancssárgán és a sárgán át a fehérig terjednek a hőmérséklet növekedésével. Ahogy a hőmérséklet tovább emelkedik, az izzófém először megolvad, majd oxigén jelenlétében elég.
Videólecke: Hogyan működnek a modern izzók
A hideg volfrámszálnak alacsony az ellenállása. A volfrámnak, mint a legtöbb fémnek, pozitív TKS hőmérsékleti ellenállási együtthatója van. Ez azt jelenti, hogy amikor az izzószálat elektromos áram melegíti, az ellenállása megnő.
A lámpa bekapcsolása előtt az izzószál hideg és kis ellenállású. Ezért a bekapcsolás pillanatában a névleges áram 10-15-szörösének megfelelő áramot kell alkalmazni. Ezt az áramlökést nevezzük bemeneti áramnak. És gyakran ez az oka... gyakran a kiégés oka az izzószál.
A másodperc töredéke alatt az izzószál felmelegszik. Ez idő alatt ellenállása megnő. A lámpán átfolyó kezdeti nagy áram a gáz, az izzó és az összes alkatrész felmelegedésével a névleges áramra csökken. Így a fényforrás eléri a névleges üzemmódot, és a névleges fényáramot termeli. A fényszín is névleges, azaz 2000 és 3500 K közötti színhőmérsékletnek megfelelő. Melegfehérnek nevezik, és a megadott tartományon belül több színhőmérséklet-osztályozás létezik, eredeti nevekkel és rövidítésekkel. Például:
- szuper-meleg fehér - 2200-2400 K, S-Warm vagy S-W, más néven nagyon meleg fehér vagy Warm 2400;
- Meleg - 2600-2800 K vagy meleg 2700;
- meleg fehér - 2700-3500 K vagy meleg fehér (WW);
- másik meleg fehér - 2900-3100 K vagy Warm 3000 (W).
Egyedi lámpaelem hőmérséklet
Az LON-izzó külső felülete a lámpa teljesítményétől függ, és 250-300 ℃-ra vagy még magasabbra is felmelegedhet.
Az izzószál 2000-2800 ℃-ra melegszik fel, a volfrám olvadáspontja 3410°C.
Egyes kivitelekben az izzószál 3045 ℃ olvadáspontú ozmiumból vagy 2174 ℃ olvadáspontú réniumból készül. Ez az LN fényspektrumát a látható spektrum vörös zónájába tolja.
Milyen gáz van az izzóban
Az első lámpákban a levegőt kipumpálták az izzóból. Most csak a kis teljesítményű izzókat (max. 25 W) porszívózzák (evakuálják).
Amikor egy 2-3 ezer Celsius-fokra hevített volfrámhuzal működik, a fém intenzíven elpárolog a felületéről. Ez a pára lerakódik az izzó belsejében, és csökkenti a fényáteresztést.
A múlt század elején végzett kutatások kimutatták, hogy ha a lombikot inert gázzal töltik meg, csökken a párolgás és nő a fényhozam. Ezért a lombikokat inert gázokkal vagy azok keverékeivel töltötték meg. A leggyakoribb gázok az argon, nitrogén, xenon, kripton, hélium stb. A héliumot az új típusú retrofit LED-lámpák belsejének hatékony passzív hűtésére használják.
Ez a kísérlet kategorikusan nem ajánlott otthoni használatra.
Fő fénykibocsátó elemük egy vékony, mesterséges zafírból vagy üvegből készült rúd, amelyen a LED-kristályok helyezkednek el. Ezt a fajta sugárzót izzószálnak nevezik. Néhány "szakértő" összekeverte a lényeget izzólámpák és "zafír fénykibocsátó diódalámpáknak" nevezték el őket. Bár a mesterséges zafírt ezekben a lámpákban csak a LED-kristályok rögzítésére és passzív hűtőbordaként használják.
Az LN-ek meghibásodása a legtöbb esetben nem a fém elpárolgása miatt következik be az izzószál felületéről, hanem e folyamat felgyorsulása miatt az izzószál vastagságának megszakadásával érintett területeken. Ez a vezeték éles kanyarulatának vagy törésének területén jelentkezik. Ekkor ellenállása helyileg megnő, a feszültség, a disszipáció és a fém hőmérséklete emelkedik. A párolgás felgyorsul, lavinaszerűvé válik, az izzószál vastagsága gyorsan csökken és kiég.
Ezt a problémát az 1950-es évek végén és az 1960-as évek elején oldották meg a halogén izzók tömeggyártásával.
A halogéneket - klórt, brómot, fluort vagy jódot - inert gázhoz vagy keverékhez adták. Ennek eredményeként a fém elpárolgása teljesen leáll vagy jelentősen lelassul. Ezen adalékanyagok atomjai megkötik a volfrámgőzöket, és instabil vegyületek molekuláit alkotják. Ezek az izzótest felületén rakódnak le. A magas hőmérséklet hatására a molekulák lebomlanak, és halogénatomokat és tiszta fémet bocsátanak ki, amelyek az izzószál forró felületén lerakódnak, és részben regenerálják a párolgó réteget.
Ez a folyamat a nyomás növelésével fokozódik. Ez növeli az izzószál hőmérsékletét, élettartamát, fénykibocsátását, hatékonyságát és egyéb jellemzőit. Az emissziós spektrum a fehér oldalra tolódik. A gáztöltésű lámpákban az izzó felületének belülről történő, volfrámgőz általi sötétedése késleltetett. Ezeket a fényforrásokat halogén fényforrásoknak nevezik.
Elektromos paraméterek
Az izzólámpák elektromos jellemzői a következők:
- elektromos teljesítmény, wattban - W - mérve, a rendelkezésre álló modellek skálája néhány watt (egy zseblámpa izzó 1 W) és 500, sőt 1000 W között mozog;
- a fényáram, lm (lumen), a teljesítményhez kapcsolódik - 20 lm-től 5W-on 2500 lm-ig 200W-on, nagyobb teljesítménynél a fényáram nagyobb;
- Fényhasznosítás, energiahatékonyság vagy hatékonysági tényező, Lm/W - hány lumen fényáramot ad a hálózatból vagy a tápegységből felvett teljesítmény minden egyes wattjára;
- fényerősség vagy fénysűrűség, cd (candela);
- színhőmérséklet - egy hagyományos fekete test hőmérséklete, amely egy adott árnyalatú fényt bocsát ki.
Az elektromos lámpa célja
Az elektromos lámpák felhasználásuk szerint több típusra oszthatók - közcélú, műszaki és speciális felhasználásra.
A fő közcélú felhasználás az ember, állat vagy madár mesterséges megvilágítása éjszaka vagy sötét szobában.
A fény használatával az emberek több órával meghosszabbítják napi tevékenységüket. Ez lehet munka- és tanulási folyamat, háztartási munka. Javul a közlekedésbiztonság, az esti és éjszakai orvosi segítségnyújtás lehetősége stb.
A lámpákat aktívan használják az állattenyésztő és baromfifarmokon, a termesztés során növények üvegházi komplexumokban. Ezeket egy bizonyos spektrumú és nagyságú fényáramú fénnyel világítják meg. A haltenyésztéshez szintén különleges spektrális összetételű fényre van szükség.
Műszaki alkalmazások. A látható és láthatatlan fényt adó eszközöket a gyártás során technológiai célokra használják. Példák:
- A precíz és fontos munkához az embernek nagyfokú fényre van szüksége a munkahelyén;
- IR - Az infravörös sugárzást használják az iparban, például az építőipari alkatrészek érintésmentes fűtésére vagy a klímatechnikában a szabadban dolgozó emberek melegének biztosítására; a katonai és vadászati technológiában - fegyverek éjszakai célzókészülékei, éjjellátó készülékek stb;
- UV-UV sugárzást a fogászatban a tömések, fogpótlások stb. gyors keményítésére, az orvostudományban és a higiéniában fertőtlenítésre használják. helyiségek fertőtlenítéseAz orvostudományban és a higiéniában a helyiségek, eszközök, ruházat, bútorfelületek, levegő, víz, gyógyszerek stb. fertőtlenítése.
A speciális célú lámpákat a kül- és beltéri fényreklámok, a törvényszéki orvostudomány, a repülés és űrhajózás, a showvilágítás stb. területén használják.
Főbb típusok és jellemzők
Az izzólámpák fő fajtái a következők:
- Általános célú lámpák. Ezeket a LON rövidítéssel jelölik. Ezek általában 25, 40, 60, 75 és 100 wattos teljesítményű készülékek. A leggyakoribb a 60 W. De a kereskedelemben kapható LLH 150, 200, 500 és akár 1000 wattos.
- Halogén izzólámpák. 220 V-os vagy 110 V-os nagyfeszültségű és kisfeszültségű alkalmazásokhoz kapható. Ebben az esetben egy lefokozó transzformátorról kapják a tápellátást.
Különféle kisfeszültségű halogénlámpák:
- kapszula, amelynek formája teljesen üvegcső, különböző alapokkal - GY6.35 vagy G4 tűs végű kapszulák;
- fényvisszaverő elemmel ellátott fényvisszaverő lámpák, 35 és 111 mm közötti átmérővel, GZ10 foglalat opciókkal.
Nagyfeszültség. Az alapfeszültség 220-230 V, 50 Hz. Ezeknek a lámpáknak több változata van:
- lineáris - üvegből készült csőként, R7S alapokkal;
- hengeres - E27, E14 vagy B15D foglalat;
- távirányítóval vagy kiegészítő izzóval.
Ez utóbbiaknál a halogén izzó vagy cső mereven az izzóba van beépítve. A szabványos LON izzó központi magjához van hegesztve, és rugalmas vezetékkel rendelkezik, amely szabványos Edison E27 vagy E14 foglalathoz csatlakozik. 70-100 W-os teljesítményével 20-30%-kal nagyobb fényáramot biztosít, mint egy hagyományos izzó.
Ezek a modellek magasabb, akár 12-25 Lm/W energiahatékonysággal rendelkeznek, míg a hagyományos LON fényforrások fénykibocsátása 3-4-10-12 Lm/W.
A halogén modellek élettartama 4-5-10-12 ezer óra.
A lámpák rendeltetésszerű használat és kialakítás szerinti osztályozása
Dekoratív izzók
Az utóbbi években megjelentek a retro lámpák, amelyek a régi Edison-izzókat utánozzák.
Ezenkívül "gyertya", "gyertya a szélben", "kúp", "körte", "labda" stb. alakúak.
Tükrözött
A fényvisszaverő lámpák fényvisszaverő bevonattal rendelkeznek az izzó belsejében. Ez általában egy fémbevonat, például ezüst, alumínium vagy arany. Ez a réteg lehet vékony és áttetsző vagy vastag és átlátszatlan.
A gyártás során a fényvisszaverő szerkezeteket teljesen tiszta folyamatok fűtésére használják, például a nagy tisztaságú anyagokat tartalmazó félvezetőgyártásban. Itt az izzólámpák hátránya - a magas infravörös sugárzási fluxus - verhetetlen előnnyé válik.
Az ilyen lámpákat keskeny, elforgatható fénysugárral rendelkező lámpatestekben használják.
Jelzés
A jelzőlámpák villogó fényforrások. Általában villogó jelzők formájában, pl. szolgálati járműveken, repülőgépeken és helikoptereken, a haditengerészetnél fényjelzések továbbítására stb. Vékony izzószállal rendelkeznek, ami lehetővé teszi a fényerő gyors növekedését.
Szállítás .
Ezt a lámpatípust különböző közlekedési eszközökben való használatra szánják, mint például: gépjárművek, vasutak, földalatti, folyami és tengeri hajók. A fő követelmény velük szemben a rezgésekkel és ütésekkel szembeni ellenállás. Ennek érdekében az izzószálat rövidre szabják és több tartóelemre szerelik. Az ilyen izzók talpa bajonett, csap vagy aljzat. Megakadályozzák, hogy a készülék kicsavarodjon és kieszen a foglalatból.
Világító lámpák .
A név arra utal, hogy ezeket a lámpákat megvilágításra használják. Ezért izzóik különböző színű üvegből készülnek - kék, zöld, sárga, piros, stb.
Kétszálas .
Egy ilyen izzólámpa ábrája: Két különálló izzószál egy izzóban. Egy autó fényszórójában például egy izzószálas lámpát használnak a következőképpen:
- ha az egyik izzószálra feszültséget kapcsolunk, a tompított fény bekapcsol - a fénysugár "nekinyomódik" az útfelületnek, és a fénysugár több tíz méteres távolságra terjed;
- A második izzószálra való átkapcsolás után a fény emelkedik, és a hatótávolsága akár több száz méter is lehet, a fénysugár pedig jelentősen nagyobb lesz.
Ilyen lámpák lehetnek a hátsó lámpában is. Az első izzószál a parkolófényhez, a második a féklámpához tartozik.
A közlekedési lámpákban a kettős izzólámpák növelik a megbízhatóságot. A duplikáció lehetővé teszi, hogy a készülék vagy egy izzószállal működjön, vagy az első kiégése után bekapcsolja a másodikat. A vasútnál például a megbízható jelzőberendezések garantálják a közlekedés biztonságát.
Általános, helyi
Felső sor, balról jobbra: E14 foglalat csillárokhoz, fali lámpákhoz és kis lámpákhoz; E27 foglalat általános célú lámpákhoz; zöld, piros, sárga - világító lámpák.
Alsó sor: kék - orvosi célokra eljárásokhoz; tükör reflektorral - fényképészeti munkákhoz vagy speciális világításhoz, lila üveggel, a két végén - dekoratív "gyertya" izzóval és E27 és E14 foglalattal.
Előnyök és hátrányok
Az izzók előnyei:
- Alacsony ár - egyszerű és olcsó anyagok, évtizedek alatt kidolgozott tervezés és technológia, automatizált tömeggyártás;
- viszonylag kis méretek;
- a hálózati feszültség túlfeszültség nem okoz azonnali meghibásodást;
- az indítás és az újraindítás is azonnali;
- 50-60 Hz-es váltóáramú tápegységgel, a fényerő pulzálása észrevehetetlen;
- a fényerő tompítható;
- a kibocsátási spektrum egyenletes és a szem számára ismerős - a Napéhoz hasonló;
- A különböző gyártók lámpáinak jellemzői szinte teljesen megegyeznek;
- A színvisszaadási index Ra vagy CRI - a megvilágított tárgyak színvisszaadási minősége - 100, ami teljes mértékben megfelel a nap indexének;
- a kompakt izzószál kis méretei világos árnyékokat adnak;
- nagy megbízhatóság extrém hidegben és hőségben;
- a kialakítás lehetővé teszi a töredék és több száz volt közötti üzemi feszültségű modellek tömeggyártását;
- AC vagy DC tápellátás indító nélkül
- az izzószál ellenállásának aktív jellege biztosítja az 1-es teljesítménytényezőt (φ koszinusz);
- közömbös a sugárzással, elektromágneses impulzusokkal, interferenciával szemben;
- gyakorlatilag nincs UV komponens a sugárzásban;
- Biztosított a szabványos működés a lámpák gyakori be- és kikapcsolásával stb.
A hátrányok közé tartoznak:
- a LON névleges élettartama 1000 óra, míg a halogén izzólámpák esetében - 3-6 ezer, az fluoreszkáló - akár 10-50 ezer óra, LED-lámpák - 30-150 ezer óra vagy több;
- Az üvegizzó és a vékony izzószál érzékeny az ütésekre; a rezgés bizonyos frekvenciákon rezonanciát okozhat;
- Az energiahatékonyság és az élettartam nagymértékű függése a tápfeszültségtől;
- A villamos energia látható fénnyé alakításának hatékonysága nem haladja meg a 3-4%-ot, de a teljesítmény növekedésével nő;
- Az izzó felületi hőmérséklete teljesítményfüggő, és a következő: 100 W esetén 290 °C; 200 W esetén 330 °C; 25 W esetén 100 °C;
- Bekapcsoláskor az izzószál felmelegedése előtti áramlökés tízszer nagyobb lehet a névleges áramnál;
- A lámpatest foglalatoknak és szerelvényeknek hőállónak kell lenniük.
Hogyan lehet meghosszabbítani a lámpa élettartamát
A lámpa élettartamának növelésére számos lehetőség van. A leggyakrabban használtak a következők:
- A bemeneti áram korlátozása a lámpával sorba kapcsolt termisztor beépítésével, amelynek nagy ellenállása csökken, ahogy a bemeneti áram felmelegíti azt;
- Lágyindítás kézi fényerőszabályozással tirisztoros vagy triac dimmerrel;
- A lámpa tápellátása egy erős egyenirányító diódán keresztül, azaz fél szinuszhullámból egyenirányított feszültséggel;
- A lámpák páros összekapcsolása több lámpás lámpatestekben, pl. csillárokban.
A modern ipar számos különböző típusú izzólámpát gyárt, amelyek üzemi feszültségek és teljesítménytartományok széles skálájával, különböző fényárnyalatokkal, izzókonfigurációkkal és foglalatokkal rendelkeznek. Ez a választék lehetővé teszi, hogy válasszon válasszon minden alkalmazáshoz szükséges lámpa.