Spuldzes apraksts un darbības princips
Kas ir kvēlspuldze
Kvēlspuldze, turpmāk tekstā — LN, ir mākslīgās gaismas avots, kurā gaismas plūsmu iegūst, uzkarsējot plānu metāla kvēldiegu līdz sarkanā metāla mirdzuma temperatūrai. Sildīšanai caur kvēldiegu tiek izvadīta elektriskā strāva. Pirmajām lampām šķiedras veidā bija pārogļotu organisko vielu, piemēram, bambusa, kvēldiegs.
Lai vītne ātri neizdegtu, no kolbas tika izsūknēts gaiss un noslēgts. Vai arī viņi piepildīja kolbu ar gāzes sastāvu, kurā nav oksidētāja - skābekļa. Šādas gāzes sauc par inertajām – argonu, neonu, hēliju, slāpekli u.c.. Šīs gāzes tā nosauktas, jo nereaģē ar metāliem, t.i. inerts.
Pirmās lampas ar oglekļa pavedienu darba resurss bija ne vairāk kā desmit stundas. Tas tika ievērojami palielināts pēc oglekļa pavediena nomaiņas ar plānu metāla stiepli.
Šādu gaismu sauca par kvēlspuldzi, t.i. karsta metāla gaisma. Un pavedienu sauca par kvēldiegu. Piemēram, tērauds, kas uzkarsēts līdz 1200°C, spīd dzeltenbalti, bet 1300°C – gandrīz balti.
19. gadsimta beigās ātri izdegušo oglekļa pavedienu aizstāja ar ugunsizturīgiem metāliem - volframu, molibdēnu, osmiju jeb metālu oksīdiem - cirkoniju, magniju, itriju u.c.
Piepildot kolbu ar inertām gāzēm, tika samazināts metāla iztvaikošanas ātrums no karstā pavediena, līdz ar to tika palielināts tā darbības ilgums.
Pie lielas jaudas pavedieni tiek izgatavoti "sazarotā" formā. Projekcijas gaismas avotiem virziena plūsmas veidošanai ir sarežģītas konfigurācijas vītne, kas veido plakanu struktūru, kas ir perpendikulāra starojuma asij. Šajā gadījumā spuldzes iekšpusē ievieto gaismas atstarotāju, piemēram, plānas izsmidzināta metāla - sudraba vai alumīnija - kārtiņas veidā.
Lai lampu darbinātu tieši no toreiz esošā elektrotīkla, kuram bija pastāvīgs spriegums 110 V, bija nepieciešams garš un plāns metāla vītne. Tas nodrošināja paaugstinātu pretestību, kas nozīmē, ka apkurei bija nepieciešama mazāka strāva.
Lai iegūtu blīvu “iesaiņojumu” nelielā caurspīdīgas stikla kolbas tilpumā, vītne tika atkārtoti saliekta un novietota uz stiepļu turētājiem.
Šāda vītnes locīšana sarežģīja pirmo gaismas avotu konstrukciju, kas darbojās daudz ilgāk nekā "ogles". Izrāviens kvēlspuldžu dizaina attīstībā bija priekšlikums vītni vītni spirālē. Tas vairākas reizes samazināja tā izmēru.
Vēl mazāks kvēlspuldžu korpusa izmērs tika iegūts, salokot plānu spirāli otrā, bet lielāka diametra spirālē. Dubulto spirāli sauc par bispirāli.
Nākamais gaismas avotu attīstības posms bija pāreja uz maiņstrāvas tīkliem un transformatora izmantošana, lai samazinātu lampu barošanas spriegumu.
Kvēlspuldzes galvenās daļas
Galvenie kvēlspuldzes konstrukcijas elementi ir:
- kvēldiegs vai kvēldiega korpuss;
- armatūra vītnes stiprināšanai;
- kolba, lai aizsargātu pavedienu no ātras sadegšanas un ārējām ietekmēm;
- pamatne uzstādīšanai kārtridžā un pieslēgšanai elektrotīklam;
- cokola kontakti - vītņots korpuss un centrālais kontakts cokola apakšā.
Armatūra ir paredzēta, lai nostiprinātu vītni un izveidotu nepieciešamo gaismas plūsmas konfigurāciju un virzienu.
Pamatne ir nepieciešama fiksēšanai montāžas kārtridžā un savienošanai ar kolbu. Remontējamās lampās, kvēlspuldžu analogos, daļa no barošanas ierīces tiek ievietota pamatnē.
cokols
Uz halogēna kvēlspuldzes, atkarībā no kolbas barošanas sprieguma, jaudas un konstrukcijas tiek uzstādīti vairāku veidu ligzdas - vītņoti, tapa, bajonete, tapa utt.
Kontaktu sistēma uz ligzdām ir nepieciešama, lai izveidotu savienojumu ar elektrotīklu vai barošanas avotu.
Kolba
Caurspīdīgo kolbu LN izmanto:
- vītnes aizsardzība no ārējās atmosfēras, kas satur oksidētāju - skābekli;
- vakuuma vai gāzes sastāva izveidošana un uzturēšana;
- izvietojot fosforu un/vai pārklājumus, kas pārvērš dažāda veida elektromagnētisko enerģiju redzamā starojumā, atdodot siltumu kvēldiegam, pārvēršot neredzamo UV un IR starojumu gaismā, koriģējot lampas spīduma nokrāsu - sarkanu, zaļu, zilu.
Kvēlspuldzes ķermenis
Kvēlspuldžu korpuss ir vītne, kas velmēta spirālē vai bispirālē vai plānā metāla lentē.
Gāzes vide
Inertas gāzes, kas piepilda lampas spuldzi, piemēram, slāpeklis, argons, neons, hēlijs. Inerto gāzu maisījumā pievieno halogēna vielas.
Kā LN darbojas un kā tas darbojas
Kvēlspuldžu ierīce tās izstrādes laikā ir maz mainījusies. Galvenais elements, kas darbojas pēc kvēldiega vielas mirdzuma principa, ir kvēldiegs vai kvēldiega korpuss. Šī ir plāna volframa stieple ar diametru 30–40, maksimāli 50 mikroni vai mikrometri (metra miljondaļas).
Kvēlspuldžu krāsas sākas no sarkanas un, paaugstinoties temperatūrai, tās pāriet cauri oranžai, dzeltenai līdz baltai. Tālāk paaugstinoties temperatūrai, kvēlspuldžu korpusa metāls vispirms kūst un pēc tam skābekļa klātbūtnē sadedzina.
Video pamācība: kā darbojas modernās spuldzes
Aukstam volframa pavedienam ir zema pretestība. Volframam, tāpat kā lielākajai daļai metālu, ir pozitīvs pretestības TCR temperatūras koeficients.Tas nozīmē, ka kvēldiega sildīšanas procesā ar elektrisko strāvu palielinās tā pretestība.
Pirms lampas ieslēgšanas kvēldiegs ir auksts un tam ir maza pretestība. Tāpēc ieslēgšanas brīdī strāva tiek piegādāta 10-15 reizes vairāk nekā nominālā. Šo lēcienu sauc par startu. Un bieži viņš ir izdegšanas cēlonis kvēlojoši ķermeņi.
Lai uzsildītu pavedienu, nepieciešama sekundes daļa. Šajā laikā tā pretestība palielinās. Sākotnēji liela strāva, kas iet caur lampu, sasilstot gāzei, spuldzei un visiem konstrukcijas elementiem, samazinās līdz nominālvērtībai. Tātad gaismas avots nonāk norādītajā režīmā un rada pases gaismas plūsmu. Arī mirdzuma nokrāsa kļūst nomināla, t.i. kas atbilst krāsu temperatūrai no 2000 līdz 3500 K. To sauc par silti baltu, un tai ir vairākas krāsu temperatūras gradācijas ar oriģinālajiem nosaukumiem un saīsinājumiem norādītajā diapazonā. Piemēram:
- īpaši silts balts - 2200–2400 K, apzīmēts ar S-Warm vai S-W, tas ir arī ļoti silti balts vai Warm 2400;
- silts - 2600-2800 K vai Silts 2700;
- silti balts - 2700-3500 K vai silti balts (WW);
- cits silts ir 2900-3100 K vai Silts 3000 (W).
Atsevišķu lampas elementu temperatūra
LON spuldzes ārējā virsma ir atkarīga no lampas jaudas un var tikt uzkarsēta līdz 250-300 ℃ vai vairāk.
Vītne tiek uzkarsēta līdz 2000-2800 ℃, volframa kušanas temperatūrā 3410 ° C.
Dažos dizainos kvēldiegs ir izgatavots no osmija ar kušanas temperatūru 3045 ℃ vai rēnija - 2174. Tādējādi LN emisijas spektrs tiek novirzīts uz redzamā spektra sarkano zonu.
Kāda gāze ir spuldzē
Pirmajās lampās gaiss tika izsūknēts no kolbas.Tagad tiek evakuētas tikai mazjaudas spuldzes, ne vairāk kā 25 vati (tiek izsūknēts gaiss).
Līdz 2-3 tūkstošiem grādu uzkarsētas volframa stieples darbības laikā no tās virsmas intensīvi iztvaiko metāls. Tās tvaiki nosēžas uz spuldzes iekšpusi un samazina tās gaismas caurlaidību.
Pagājušā gadsimta sākumā veiktie pētījumi parādīja, ka, pildot kolbu ar inertu gāzi, samazināsies iztvaikošana un palielināsies gaismas atdeve. Tāpēc kolbas sāka pildīt ar kādu no inertajām gāzēm vai to maisījumu. Visbiežāk tie ir argons, slāpeklis, ksenons, kriptons, hēlijs uc Hēliju izmanto jauna tipa LED modernizēto spuldžu iekšējo elementu efektīvai pasīvai dzesēšanai.
Šo eksperimentu stingri nav ieteicams veikt mājās.
To galvenais gaismu izstarojošais elements ir plāns stienis no mākslīgā safīra vai stikla, uz kura atrodas LED kristāli. Šādu emitētāju sauc par kvēldiegu. Daži "eksperti" sajauca būtību kvēlspuldzes un sauca tās par "lampām ar safīra gaismas izstarotājiem". Lai gan mākslīgais safīrs šajās lampās tiek izmantots tikai kā montāžas pamatne un pasīvā siltuma izlietne LED kristāliem.
LN kļūme vairumā gadījumu ir saistīta nevis ar metāla iztvaikošanu no kvēlspuldzes korpusa virsmas, bet gan ar šī procesa paātrināšanos kvēldiega biezuma pārkāpuma zonās. Tas notiek stieples asas locīšanas vai tā lūzuma zonā. Šajā vietā lokāli palielinās tā pretestība, palielinās spriegums, jaudas izkliede un metāla temperatūra. Iztvaikošana paātrinās, kļūst par lavīnu, pavediens ātri samazina tā biezumu un izdeg.
Šī problēma tika atrisināta 50. gadu beigās un 60. gadu sākumā, uzsākot halogēnu kvēlspuldžu masveida ražošanu.
Halogēnus - hloru, bromu, fluoru vai jodu - sāka ievadīt inertas gāzes vai maisījuma sastāvā. Tā rezultātā metāla iztvaikošanas process pilnībā apstājas vai ievērojami palēninās. Šo piedevu atomi saista volframa tvaikus, veidojot nestabilu savienojumu molekulas. Tie nosēžas uz kvēlspuldzes ķermeņa virsmas. Augstas temperatūras iedarbībā molekulas sadalās un izdala halogēna atomus un tīru metālu, kas nosēžas uz vītnes karstās virsmas un daļēji atjauno iztvaikojošo slāni.
Šis process tiek pastiprināts, palielinot spiedienu. Tas palielina kvēldiega temperatūru, kalpošanas laiku, gaismas jaudu, efektivitāti un citus raksturlielumus. Emisijas spektrs pāriet uz balto pusi. Ar gāzi pildītās lampās palēninās spuldzes virsmas tumšums no iekšpuses no volframa tvaikiem. Šādus gaismas avotus sauc par halogēnu.
Elektriskie parametri
Kvēlspuldžu elektriskie raksturlielumi ietver:
- elektriskā jauda, mērot vatos - W, ražoto modeļu klāsts - no vairākiem vatiem (spuldzīte lukturim - 1 W) līdz 500 un pat 1000 W;
- gaismas plūsma, Lm (lūmenis), ir saistīta ar jaudu - no 20 Lm pie 5 W līdz 2500 Lm pie 200 W, ar lielāku jaudu, gaismas plūsma ir lielāka;
- gaismas efektivitāte, energoefektivitāte vai efektivitāte, Lm / W - cik gaismas lūmenu gaismas plūsmas veidā dod katram tīkla vai strāvas avota patērētās jaudas vatam;
- gaismas intensitāte vai spilgtums, cd (kandela);
- krāsu temperatūra - nosacīta melna ķermeņa temperatūra, kas izstaro gaismu ar noteiktu nokrāsu.
Elektriskās lampas mērķis
Elektriskās lampas var iedalīt vairākos veidos pēc to pielietojuma – publiskai, tehniskai un īpašai lietošanai.
Galvenā publiskā izmantošana ir jebkuras personas, dzīvnieku un putnu nodrošināšana ar mākslīgo apgaismojumu naktī vai tumšā telpā telpā.
Izmantojot gaismu, cilvēki savu ikdienas aktivitāti pagarina par vairākām stundām. Tie var būt darba un mācību procesi, mājas darbi. Uzlabojas ceļu satiksmes drošība, iespēja sniegt medicīnisko palīdzību vakara un nakts stundās un daudzi citi.
Lampas tiek aktīvi izmantotas lopkopības un putnu fermās, audzēšanai augi siltumnīcu kompleksos. Tie ir izgaismoti ar noteikta spektra gaismu un gaismas plūsmas lielumu. Zivju audzēšanai nepieciešama arī gaisma ar īpašu spektrālo sastāvu.
tehniskais mērķis. Ražošanā tehnoloģiskiem nolūkiem tiek izmantotas ierīces, kas dod redzamu un neredzamu gaismu. Piemēri:
- precīzam un svarīgam darbam cilvēkam nepieciešams augsts darba vietas apgaismojuma līmenis;
- IR - infrasarkano starojumu izmanto rūpniecībā, piemēram, konstrukciju detaļu bezkontakta apsildīšanai vai klimata tehnoloģijās cilvēka sildīšanai, kas strādā atklātā salnā gaisā, militārajā ekipējumā un medībās - ieroču nakts tēmēkļus, nakts redzamības ierīces utt. ;
- UV- starojumu izmanto zobārstniecībā ātrai plombu sacietēšanai, protēžu ražošanā u.c., medicīnā un sanitārijā - priekš telpu dezinfekcija, instrumenti, apģērbs, mēbeļu virsmas, gaiss, ūdens, zāles utt.
Speciālas lampas tiek izmantotas āra un iekštelpu gaismas reklāmās, kriminālistikā, aviācijā un astronautikā, šovu priekšnesumu gaismas pavadījumā un daudzās citās.
Galvenie veidi un īpašības
Galvenie kvēlspuldžu veidi ir:
- Vispārējas nozīmes lampas. Apzīmēts ar saīsinājumu LON. Parasti tās ir ierīces ar jaudu 25, 40, 60, 75 un 100 vati. Visizplatītākais - 60 vati. Bet rūpnieciski ražots LON ar jaudu 150, 200, 500 un pat 1000 vati.
- Halogēnās kvēlspuldzes. Ražots darbam no 220 vai 110 V augstsprieguma tīkla un no zemsprieguma tīkla. Šajā gadījumā tos darbina pazeminošs transformators.
Zemsprieguma halogēna LN šķirnes:
- kapsula, ir pilnstikla cauruļu forma ar dažādām ligzdām - gala tapa GY6.35 vai G4;
- reflekss, ar atstarojošu elementu, ar diametru no 35 līdz 111 mm, GZ10 pamatne ar opcijām.
Augstsprieguma. Galvenais spriegums 220-230 V, 50 Hz. Šīm lampām ir vairāk iespēju:
- lineārs stikla caurules veidā ar R7S ligzdām;
- cilindrisks - ligzdas E27, E14 vai B15D;
- ar tālvadības pulti vai papildu kolbu.
Jaunākajā modelī maza izmēra halogēna lampas kapsula vai caurule ir stingri uzstādīta lampas iekšpusē. Tas ir piemetināts pie parastās LON spuldzes centrālā stieņa, tam ir elastīgi vadi, kas savienoti ar standarta Edison E27 vai E14 pamatni. Ar 70-100 W enerģijas patēriņu tas nodrošina par 20-30% lielāku gaismas plūsmu nekā parastā kvēlspuldze.
Šiem modeļiem ir augstāka energoefektivitāte, sasniedzot 12-25 lm/W, savukārt parastajiem LON gaismas jauda ir no 3-4 līdz 10-12 lm/W.
Halogēnu modeļu kalpošanas laiks svārstās no 4-5 līdz 10-12 tūkstošiem stundu.
Lampu atdalīšana pēc mērķa un konstrukcijas
dekoratīvās lampas
Pēdējos gados ir parādījušās retro lampas, kas imitē vintage Edison LN.
Turklāt tie sīpola formā imitē “sveci”, “sveci vējā”, “buci”, “bumbieri”, “bumbu” utt.
Spoguļots
Spoguļlampām spuldzes daļa no iekšpuses pārklāta ar atstarojošu slāni. Visbiežāk tas ir metāla pārklājums - sudrabs, alumīnijs, zelts utt. Šis slānis var būt plāns, caurspīdīgs vai biezs, necaurspīdīgs.
Spoguļu konstrukcijas tiek izmantotas ražošanā absolūti tīrai procesa karsēšanai, piemēram, pusvadītāju ražošanā ar visaugstāko materiālu tīrību. Šajā gadījumā kvēlspuldžu trūkums - liela infrasarkanā starojuma plūsma - kļūst par to nepārspējamu priekšrocību.
Šādas lampas tiek izmantotas lampās ar šauru rotējošu gaismas staru.
Signāls
Signāllampas ir mirgojoši gaismas avoti. Parasti mirgojošu bākuguņu veidā, piemēram, uz dienesta automašīnām, lidmašīnām un helikopteriem, gaismas ziņojumu pārraidīšanai flotē utt. Tiem ir plāns kvēldiegs, kas nodrošina ātru spilgtuma komplektu.
Transports
Šāda veida lampas ir paredzētas izmantošanai dažāda veida transportā - automašīnās, dzelzceļos un metro, upju un jūras kuģos. Galvenā prasība tiem ir izturība pret vibrācijām un triecieniem. Lai to izdarītu, kvēldiegs ir īss un uzstādīts uz vairākiem atbalsta elementiem.Šādu lampu pamatnes ir bajoneta gulbis, tapa vai sofīts. Tie neļauj ierīcei izkļūt un izkrist no kasetnes.
Apgaismojums
No nosaukuma ir skaidrs, ka lampas tiek izmantotas apgaismojumam. Tāpēc viņu kolbas ir izgatavotas no dažādu krāsu stikla – zila, zaļa, dzeltena, sarkana utt.
dubultā šķipsna
Šādas kvēlspuldzes shēma: vienā spuldzē ir divi atsevišķi kvēldiega pavedieni. Piemēram, automašīnas priekšējā lukturī tiek izmantota divu kvēldiega lampa šādi:
- pieliekot spriegumu vienai vītnei, tiek ieslēgta tuvā gaisma - gaismas plūsma tiek “piespiesta” ceļa gultnei un stars sniedzas vairāku desmitu metru garumā;
- pēc pārslēgšanās uz otro pavedienu gaisma paaugstinās, un tās diapazons var sasniegt simtiem metru, un plūsma būs daudz lielāka.
Šādas lampas var būt aizmugurējā apgaismojumā. Pirmais pavediens ir paredzēts sānu gaismām, otrais ir bremžu lukturim.
Luksoforos dubultās kvēlspuldzes palielina to uzticamību. Dublēšana ļauj ierīcei darboties vai nu ar vienu pavedienu, vai ieslēgt otru pēc tam, kad pirmais ir izdegis. Un, piemēram, uz dzelzceļiem signalizācijas uzticamība ir transporta drošības garantija.
Vispārējs, vietējais mērķis
Augšējā rindā no kreisās uz labo - lampa ar E14 pamatni - lustrām, svečiem un maza izmēra lampām; ar E27 pamatni - vispārējs mērķis; zaļa, sarkana, dzeltena - izgaismojošs.
Apakšējā rinda: zila - medicīnisks nolūks procedūrām; spogulis ar atstarotāju - fotodarbiem vai speciālam apgaismojumam, ar violetu stiklu, divi ārējie - dekoratīvie ar “sveces” spuldzīti un E27 un E14 ligzdām.
Plusi un mīnusi
Kvēlspuldžu priekšrocības:
- zema cena - vienkārši un lēti materiāli, dizains un tehnoloģija ir izstrādāta gadu desmitiem, masveida automatizēta ražošana;
- salīdzinoši mazs izmērs;
- sprieguma pārspriegums tīklā neizraisa tūlītēju atteici;
- palaišana, kā arī restartēšana - tūlītēja;
- ja darbina ar maiņstrāvu ar frekvenci 50-60 Hz, spilgtuma pulsācijas ir grūti pamanāmas;
- mirdzuma spilgtumu regulē dimmeri;
- starojuma spektrs ir nepārtraukts un acij pazīstams - līdzīgs saulei;
- gandrīz pilnīga dažādu ražotāju lampu raksturlielumu atkārtojamība;
- krāsu atveidošanas indekss Ra vai CRI - apgaismoto objektu krāsu toņu atveidošanas kvalitāte - ir 100, kas pilnībā atbilst saules indikatoram;
- kompaktā kvēldiega mazie izmēri rada skaidras ēnas;
- augsta uzticamība stipra sala un karstuma apstākļos;
- dizains ļauj masveidā ražot modeļus ar darba spriegumu no frakcijām līdz simtiem voltu;
- barošanas avots no maiņstrāvas vai tiešā sprieguma, ja nav palaišanas ierīču;
- kvēldiega pretestības aktīvais raksturs nodrošina jaudas koeficientu (kosinusu φ), kas vienāds ar 1;
- vienaldzīgs pret starojumu, elektromagnētisko impulsu, traucējumiem;
- starojumā praktiski nav UV komponenta;
- tiek nodrošināts regulārs darbs ar biežu gaismas ieslēgšanu/izslēgšanu un daudziem citiem.
Trūkumi ietver:
- LON nominālais kalpošanas laiks - 1000 stundas, halogēna kvēlspuldzēm - no 3 līdz 5-6 tūkstošiem, par luminiscējošs - līdz 10-50 tūkstošiem, LED - 30-150 tūkstoši stundu vai vairāk;
- spuldzes stikls un plāns kvēldiegs ir jutīgi pret triecieniem, vibrācijas var izraisīt rezonansi noteiktās frekvencēs;
- liela energoefektivitātes un kalpošanas laika atkarība no barošanas sprieguma;
- Elektroenerģijas pārvēršanas redzamajā gaismā efektivitāte nepārsniedz 3-4%, bet palielinās, palielinoties jaudai;
- kolbas virsmas temperatūra ir atkarīga no jaudas un ir: 100 W - 290 ° C, 200 W - 330 ° C, 25 W - 100 ° C;
- kad tas ir ieslēgts, strāvas pārspriegums pirms kvēldiega sasilšanas var būt desmit reizes lielāks par nominālvērtību;
- lampu turētājiem un armatūras piederumiem jābūt karstumizturīgiem.
Kā palielināt lampas kalpošanas laiku
Ir daudz veidu, kā palielināt kalpošanas laiku. Visbiežāk izmantotais:
- ierobežojot palaišanas strāvu, ieslēdzot virknē ar lampu termistoru, kura lielā pretestība samazinās, to sildot ar palaišanas strāvu;
- mīksta palaišana ar manuālu spilgtuma vadību ar tiristoru vai triac dimmeri;
- lampas jauda caur jaudīgu taisngrieža diodi, t.i. sinusoīda rektificētas sprieguma puses;
- spuldžu sērijveida savienojums pa pāriem vairāku lampu ķermeņos, piemēram, lustās.
Mūsdienu rūpniecība ražo lielu skaitu dažāda veida kvēlspuldžu ar plašu darba spriegumu un jaudu diapazonu, ar dažādiem spīduma toņiem, spuldžu un cokolu konfigurācijām. Šis diapazons ļauj izvēlēties piemērota lampa jebkurai lietošanai.