A villanykörte leírása és működési elve
Mi az az izzólámpa
Az izzólámpa, a továbbiakban LN, egy mesterséges fényforrás, amelyben a fényáramot úgy nyerik, hogy egy vékony fémszálat egy vörösen izzó fém izzásának hőmérsékletére melegítenek. Fűtéshez elektromos áramot vezetnek át az izzószálon. Az első lámpákban elszenesedett szerves anyag, például bambusz izzószála volt szál formájában.
A szál gyors kiégésének elkerülése érdekében levegőt pumpáltak ki a lombikból és lezárták. Vagy olyan gázösszetétellel töltötték meg a lombikot, amelyben nincs oxidálószer - oxigén. Az ilyen gázokat közömbösnek nevezik - argon, neon, hélium, nitrogén stb. Ezeket a gázokat azért nevezik így, mert nem lépnek reakcióba fémekkel, pl. inert.
Az első lámpák egy szénszálas üzemidő legfeljebb egy tucat óra volt. A szénszál vékony fémhuzalra cserélése után jelentősen megnőtt.
Az ilyen fényt izzófénynek nevezték, i.e. forró fém fény. A fonalat pedig izzószálnak hívták. Például az 1200°C-ra hevített acél sárgásfehéren, míg 1300°C-on szinte fehéren világít.
A 19. század végén a gyorsan kiégett szénszálat tűzálló fémek - wolfram, molibdén, ozmium vagy fémoxidok - cirkónium, magnézium, ittrium stb.
A lombikot inert gázokkal feltöltve csökkent a fém kipárolgása a forró izzószálból, és ezáltal megnőtt a működési idő.
Nagy teljesítményen a szálak "elágazó" formában készülnek. Az irányított áramlás létrehozására szolgáló vetítőfényforrások összetett konfigurációjú menettel rendelkeznek, amelyek a sugárzás tengelyére merőleges lapos szerkezetet alkotnak. Ebben az esetben egy fényvisszaverőt helyeznek el az izzó belsejében, például vékony fém permetezett réteg formájában - ezüst vagy alumínium.
Ahhoz, hogy a lámpát közvetlenül az akkor létező hálózatról táplálják, amelynek állandó feszültsége 110 V volt, hosszú és vékony fémszálra volt szükség. Ez megnövelte az ellenállást, ami azt jelenti, hogy kevesebb áramra volt szükség a fűtéshez.
Egy kis térfogatú átlátszó üveglombik sűrű „csomagolásához” a szálat többször meghajlították és huzaltartókra helyezték.
A szál ilyen hajlítása megnehezítette az első fényforrások tervezését, amelyek sokkal tovább működtek, mint a "szén" fényforrások. Az áttörést az izzólámpák tervezésének fejlesztésében az a javaslat jelentette, hogy a szálat spirálba csavarják. Ez többszörösére csökkentette a méretét.
Az izzótestet még kisebb méretben kaptuk meg, ha egy vékony spirált egy második, de nagyobb átmérőjű spirálba hajtogattunk. A kettős hélixet bi-hélixnek nevezik.
A fényforrások fejlesztésének következő lépése a váltakozó áramú hálózatokra való átállás és a lámpák tápfeszültségének csökkentésére transzformátor alkalmazása volt.
Az izzólámpa fő részei
Az izzólámpa fő szerkezeti elemei a következők:
- izzószál vagy izzószál test;
- szerelvények a menet rögzítéséhez;
- egy lombik, amely megvédi a szálat a gyors égéstől és a külső hatásoktól;
- alap a patronba való beszereléshez és a hálózathoz való csatlakoztatáshoz;
- talpérintkezők - menetes test és központi érintkező a talp alján.
Az armatúrát úgy tervezték, hogy rögzítse a menetet, és megteremtse a szükséges konfigurációt és a fényáram irányát.
Az alap a szerelőpatronba való rögzítéshez és a lombikhoz való csatlakoztatáshoz szükséges. Az utólag beszerelt lámpákban, az izzólámpák analógjaiban a tápegység egy része az alapba kerül.
lábazat
A halogén izzólámpák, a lombik tápfeszültségétől, teljesítményétől és kialakításától függően többféle foglalat van felszerelve - menetes, csapos, bajonettes, tűs stb.
A csatlakozóaljzatok érintkezőrendszere szükséges a hálózathoz vagy a tápegységhez való csatlakozáshoz.
Lombik
Az LN átlátszó lombikot a következőkre használják:
- a menet védelme a külső légkörtől, amely oxidálószert - oxigént - tartalmaz;
- vákuum- vagy gázösszetétel létrehozása és fenntartása;
- foszfor és/vagy bevonatok elhelyezése, amelyek különböző típusú elektromágneses energiákat alakítanak át látható sugárzássá, hőt visznek vissza az izzószálba, láthatatlan UV és IR sugárzást alakítanak fénnyé, korrigálják a lámpa fényének árnyalatát - piros, zöld, kék.
Izzó test
Az izzótest egy spirálba vagy bispirálba tekert szál vagy vékony fémszalag.
Gázközeg
Inert gázok, amelyek kitöltik a lámpa buráját, például nitrogén, argon, neon, hélium. Inert gázok keverékében halogén anyagokat adnak hozzá.
Hogyan működik az LN és hogyan működik
Az izzólámpa szerkezete alig változott a fejlesztés során. Az izzó anyag izzásának elvén működő fő elem egy izzószál vagy egy izzótest. Ez egy vékony volfrámhuzal, amelynek átmérője 30-40, maximum 50 mikron vagy mikrométer (a méter milliomod része).
Az izzó színek a vörösből indulnak ki, és a hőmérséklet emelkedésével a narancssárgán, a sárgán át a fehérig haladnak át. A hőmérséklet további emelkedésével az izzótest fémje először megolvad, majd oxigén jelenlétében megég.
Oktatóvideó: Hogyan működnek a modern izzók
A hideg volfrámszál alacsony ellenállású. A volfrámnak, mint a legtöbb fémnek, pozitív hőmérsékleti együtthatója van a TCR ellenállással.Ez azt jelenti, hogy az izzószál elektromos árammal történő melegítése során az ellenállása megnő.
A lámpa bekapcsolása előtt az izzószál hideg és csekély ellenállású. Ezért a bekapcsolás pillanatában a névlegesnél 10-15-ször nagyobb áramot kapnak. Ezt az ugrást indításnak nevezik. És gyakran az is kiégés oka izzó testek.
A szál felmelegedéséhez a másodperc töredéke kell. Ezalatt az ellenállása megnő. Kezdetben a lámpán áthaladó nagy áram, ahogy a gáz, az izzó és az összes szerkezeti elem felmelegszik, a névleges értékre csökken. Tehát a fényforrás belép a megadott üzemmódba, és útlevél-fényáramot állít elő. A ragyogás árnyalata is névlegessé válik, azaz. 2000 és 3500 K közötti színhőmérsékletnek felel meg. Meleg fehérnek hívják, és számos színhőmérséklet-gradációja van, eredeti nevekkel és rövidítésekkel a megadott tartományban. Például:
- szupermeleg fehér - 2200-2400 K, S-Warm vagy S-W jelöléssel, ez is nagyon meleg fehér vagy Warm 2400;
- meleg - 2600-2800 K vagy Meleg 2700;
- meleg fehér - 2700-3500 K vagy meleg fehér (WW);
- egy másik meleg 2900-3100 K vagy meleg 3000 (W).
Az egyes lámpaelemek hőmérséklete
A LON izzó külső felülete a lámpa teljesítményétől függ, és akár 250-300 ℃-ra vagy még magasabbra is felmelegíthető.
A szálat 2000-2800 ℃-ra melegítik, a wolfram olvadáspontja 3410°C.
Egyes kivitelekben az izzószál ozmiumból készül, olvadáspontja 3045 ℃ vagy réniumból - 2174. Így az LN emissziós spektruma a látható spektrum vörös zónájába tolódik el.
Milyen gáz van az izzóban
Az első lámpákban a levegőt kiszivattyúzták a lombikból.Most csak a kis teljesítményű, legfeljebb 25 watt teljesítményű izzókat evakuálják (levegőt pumpálnak ki).
A 2-3 ezer fokra melegített volfrámhuzal működése során a fém intenzíven párolog a felületéről. Gőzei leülepednek az izzó belsejében, és csökkentik annak fényáteresztését.
A múlt század elején végzett vizsgálatok kimutatták, hogy ha a lombikot inert gázzal töltik meg, akkor a párolgás csökken, a fénykibocsátás pedig nő. Ezért a lombikokat elkezdték megtölteni valamelyik inert gázzal vagy azok keverékével. Leggyakrabban ezek az argon, nitrogén, xenon, kripton, hélium stb. A héliumot az új típusú LED utólagos lámpák belső elemeinek hatékony passzív hűtésére használják.
Ezt a kísérletet szigorúan nem ajánlott otthon elvégezni.
Fő fénykibocsátó elemük egy mesterséges zafírból vagy üvegből készült vékony rúd, amelyen LED-kristályok helyezkednek el. Az ilyen emittert izzószálnak nevezzük. Néhány "szakértő" összezavarta a lényeget izzólámpák és "zafír fénykibocsátó lámpáknak" nevezte őket. Bár ezekben a lámpákban a mesterséges zafírt csak szerelési alapként és passzív hűtőbordaként használják a LED-kristályokhoz.
Az LN meghibásodása a legtöbb esetben nem a fémnek az izzótest felületéről való elpárolgásával jár, hanem ennek a folyamatnak a felgyorsulásával az izzószál vastagságának megsértésének zónáiban. Ez a vezeték éles elhajlásának vagy törésének zónájában fordul elő. Ezen a helyen az ellenállása lokálisan növekszik, a feszültség, a teljesítmény disszipáció és a fém hőmérséklete nő. A párolgás felgyorsul, lavinává válik, a szál gyorsan csökkenti a vastagságát és kiég.
Ezt a problémát az 1950-es évek végén és az 1960-as évek elején a halogén izzólámpák tömeggyártásának megkezdésével oldották meg.
Halogéneket - klórt, brómot, fluort vagy jódot - kezdték bevinni egy inert gáz vagy keverék összetételébe. Ennek eredményeként a fém párolgási folyamata teljesen leáll vagy jelentősen lelassul. Ezen adalékok atomjai megkötik a volfrámgőzt, instabil vegyületek molekuláit képezve. Az izzótest felületén telepednek le. Magas hőmérséklet hatására a molekulák lebomlanak, és halogénatomokat és tiszta fémet szabadítanak fel, amely a szál forró felületén leülepedve részben helyreállítja az elpárolgott réteget.
Ezt a folyamatot a nyomás növelése fokozza. Ez növeli az izzószál hőmérsékletét, élettartamát, fényteljesítményét, hatékonyságát és egyéb jellemzőit. Az emissziós spektrum a fehér oldalra tolódik el. Gáztöltetű lámpákban lelassul az izzó felületének belülről való sötétedése a volfrámgőztől. Az ilyen fényforrásokat halogénnek nevezik.
Elektromos paraméterek
Az izzólámpák elektromos jellemzői a következők:
- elektromos teljesítmény, wattban mérve - W, a gyártott modellek skálája - több watttól (villanykörte zseblámpához - 1 W) 500, sőt 1000 W-ig;
- A fényáram, Lm (lumen), a teljesítményhez kapcsolódik - 20 Lm 5 W-on és 2500 Lm 200 W-on, nagyobb teljesítmény esetén a fényáram nagyobb;
- fényhatékonyság, energiahatékonyság vagy hatásfok, Lm / W - hány lumen fény fényáram formájában ad minden watt energiát, amelyet a hálózatról vagy az áramforrásról fogyasztanak;
- fényerősség vagy fényerő, cd (kandela);
- színhőmérséklet - egy feltételes fekete test hőmérséklete, amely bizonyos árnyalatú fényt bocsát ki.
Az elektromos lámpa célja
Az elektromos lámpák felhasználásuk szerint többféle típusra oszthatók - közcélú, műszaki és speciális felhasználásra.
A fő nyilvános felhasználás bármely személy, állat és madár mesterséges megvilágítása éjszaka vagy sötét helyiségben.
Fény használatával az emberek több órával meghosszabbítják napi tevékenységüket. Lehetnek munka- és tanulási folyamatok, háztartási feladatok. Javul a közúti biztonság, az esti és éjszakai orvosi segítségnyújtás lehetősége, és még sok más.
A lámpákat aktívan használják állattartó telepeken és baromfitelepeken termesztésre növények üvegházi komplexumokban. Megvilágítják őket egy bizonyos spektrumú és a fényáram nagyságrendű fénnyel. A halak tenyésztéséhez speciális spektrális összetételű fényre is szükség van.
műszaki célja. A gyártás során technológiai célokra olyan eszközöket használnak, amelyek látható és láthatatlan fényt adnak. Példák:
- a pontos és fontos munkához az embernek magas szintű megvilágításra van szüksége a munkahelyen;
- IR - az infravörös sugárzást az iparban használják például szerkezeti részek érintésmentes melegítésére vagy klímatechnikában szabad fagyos levegőn dolgozó személy fűtésére, katonai felszerelésekben és vadászatban - fegyverek éjjeli irányzékai, éjjellátó készülékek stb. ;
- UV- sugárzást alkalmaznak a fogászatban a tömések gyors kikeményítésére, a fogsorok gyártásában stb., az orvostudományban és a higiéniában - helyiségek fertőtlenítése, szerszámok, ruházat, bútorfelületek, levegő, víz, gyógyszerek stb.
A speciális célú lámpákat kültéri és beltéri világító reklámokban, kriminalisztikában, repülésben és űrhajózásban, show-előadások fénykíséretében és sok másban használják.
Főbb típusok és jellemzők
Az izzólámpák fő típusai a következők:
- Általános célú lámpák. A LON rövidítés jelölése. Általában ezek 25, 40, 60, 75 és 100 watt teljesítményű eszközök. A leggyakoribb - 60 watt. De iparilag gyártott LON 150, 200, 500 és akár 1000 watt kapacitással.
- Halogén izzólámpák. 220 vagy 110 V-os nagyfeszültségű hálózatról és kisfeszültségű hálózatról történő működésre gyártva. Ebben az esetben lecsökkentő transzformátor táplálja őket.
Kisfeszültségű halogén LN fajtái:
- kapszula, teljesen üvegcsövek, különböző foglalattal - GY6.35 vagy G4 végcsap;
- reflex, fényvisszaverő elemmel, 35-111 mm átmérőjű, GZ10 alap opciókkal.
Magasfeszültség. Főfeszültség 220-230 V, 50 Hz. Ezek a lámpák több lehetőséget kínálnak:
- lineáris üvegcső formájában R7S foglalattal;
- hengeres - E27, E14 vagy B15D talpak;
- távoli vagy kiegészítő lombikkal.
A legújabb modellben egy kis méretű halogén lámpa tok vagy cső van mereven rögzítve a lámpa belsejében. Egy hagyományos LON izzó központi rúdjára van hegesztve, hajlékony vezetékei szabványos Edison E27 vagy E14 alapra vannak csatlakoztatva. 70-100 W-os energiafogyasztásával 20-30%-kal több fényáramot biztosít, mint egy hagyományos izzólámpa.
Ezek a modellek nagyobb energiahatékonysággal rendelkeznek, elérik a 12-25 lm/W-ot, míg a hagyományos LON-ok fénykibocsátása 3-4 és 10-12 lm/W között van.
A halogén modellek élettartama 4-5 és 10-12 ezer óra között mozog.
A lámpák szétválasztása cél és kivitel szerint
dekoratív lámpák
Az elmúlt években megjelentek a retro lámpák, amelyek a vintage Edison LN-eket utánozzák.
Emellett izzó alakú „gyertyát”, „gyertyát a szélben”, „dudort”, „körtét”, „golyót” stb. utánoznak.
Tükrözött
A tükörlámpák izzójának egy részét belülről fényvisszaverő réteg borítja. Leggyakrabban ez egy fém bevonat - ezüst, alumínium, arany stb. Ez a réteg lehet vékony, áttetsző vagy vastag, átlátszatlan.
A tükörszerkezeteket a gyártás során abszolút tiszta folyamatfűtéshez használják, például félvezetőgyártásban a legnagyobb tisztaságú anyagokkal. Ebben az esetben az izzólámpák hátránya - az infravörös sugárzás nagy fluxusa - felülmúlhatatlan előnyükké válik.
Az ilyen lámpákat keskeny forgó fénysugárral rendelkező lámpákban használják.
Jel
A jelzőlámpák villogó fényforrások. Általában villogó jelzőfények formájában, például hivatali autókon, repülőgépeken és helikoptereken, fényüzenetek továbbítására a flottában stb. Vékony izzószáluk van, amely gyors fényerőt biztosít.
Szállítás
Ezt a típusú lámpát különféle közlekedési módokon való használatra tervezték - autók, vasutak és metrók, folyami és tengeri hajók. A fő követelmény velük szemben a rezgésekkel és ütésekkel szembeni ellenállás. Ehhez az izzószálat rövidre kell készíteni, és több tartóelemre kell felszerelni.Az ilyen lámpák alapja bajonett hattyú, tű vagy sofit. Nem engedik, hogy a készülék kiszálljon és kiessen a patronból.
Megvilágítások
A névből egyértelműen kiderül, hogy a lámpákat megvilágításra használják. Ezért a lombikjaik különböző színű üvegből készülnek - kék, zöld, sárga, piros stb.
kétszálú
Egy ilyen izzólámpa sémája: az egyik izzóban két külön izzószál van. Például egy autó fényszórójában kétszálas lámpát használnak:
- ha egy szálra feszültséget kapcsolnak, a tompított fény be van kapcsolva - a fényáramot az útalapra „nyomják”, és a sugár több tíz méteren keresztül terjed;
- a második szálra váltás után a fény emelkedik, és hatótávolsága elérheti a több száz métert, és a fluxus sokkal nagyobb lesz.
Ilyen lámpák lehetnek a hátsó lámpában. Az első menet az oldalsó lámpákhoz, a második a féklámpához való.
A közlekedési lámpákban a dupla izzószálas lámpák növelik a megbízhatóságukat. A sokszorosítás lehetővé teszi, hogy az eszköz egy szálon működjön, vagy bekapcsoljon egy másikat, miután az első kiégett. És például a vasutakon a jelzések megbízhatósága a közlekedésbiztonság garanciája.
Általános, helyi célú
Felső sor balról jobbra - E14-es talpú lámpa - csillárokhoz, lámpákhoz és kis méretű lámpákhoz; E27 alappal - általános célú; zöld, piros, sárga - világító.
Alsó sor: kék - gyógyászati célú eljárásokhoz; tükör reflektorral - fényképészeti munkákhoz vagy speciális világításhoz, lila üveggel, két külső - dekoratív, „gyertya” izzóval és E27 és E14 foglalattal.
Érvek és ellenérvek
Az izzólámpák előnyei:
- alacsony ár - egyszerű és olcsó anyagok, a tervezés és a technológia évtizedek óta kidolgozott, tömeges automatizált gyártás;
- viszonylag kis méret;
- a hálózatban fellépő feszültséglökések nem okoznak azonnali meghibásodást;
- indítás, valamint újraindítás - azonnali;
- 50-60 Hz frekvenciájú váltakozó árammal táplálva a fényerő pulzálása alig észrevehető;
- az izzás fényerejét dimmerek szabályozzák;
- a sugárzási spektrum folyamatos és a szem számára ismerős - hasonló a naphoz;
- a különböző gyártók lámpáinak jellemzőinek szinte teljes megismételhetősége;
- az Ra vagy CRI színvisszaadási index - a megvilágított tárgyak színárnyalatainak reprodukálásának minősége - 100, ami teljes mértékben összhangban van a napjelzővel;
- a kompakt izzószál kis méretei tiszta árnyékokat adnak;
- nagy megbízhatóság erős fagy és hő esetén;
- a kialakítás lehetővé teszi a töredékektől a több száz voltig terjedő üzemi feszültségű modellek tömeggyártását;
- tápellátás váltakozó vagy egyenfeszültségről indítóeszközök hiányában;
- az izzószál ellenállásának aktív jellege 1-gyel egyenlő teljesítménytényezőt (φ koszinusz) biztosít;
- közömbös a sugárzással, elektromágneses impulzussal, interferenciával szemben;
- a sugárzásban gyakorlatilag nincs UV komponens;
- rendszeres munkavégzés biztosított a világítás gyakori be-/kikapcsolásával és sok mással.
A hátrányok közé tartozik:
- LON névleges élettartama - 1000 óra, halogén izzólámpák esetén - 3-5-6 ezer, foszforeszkáló - 10-50 ezerig, LED-hez - 30-150 ezer óra vagy több;
- az izzó üvege és a vékony izzószál érzékeny az ütésekre, a rezgések bizonyos frekvenciákon rezonanciát okozhatnak;
- az energiahatékonyság és az élettartam nagy függősége a tápfeszültségtől;
- Az elektromosság látható fénnyé történő átalakításának hatásfoka nem haladja meg a 3-4%-ot, de a teljesítmény növekedésével növekszik;
- a lombik felületi hőmérséklete a teljesítménytől függ, és a következő: 100 W - 290 ° C, 200 W - 330 ° C, 25 W - 100 ° C;
- bekapcsolt állapotban az izzószál felmelegedése előtti áramlökés tízszerese lehet a névleges értéknek;
- a lámpatartóknak és a lámpatestek szerelvényeinek hőállónak kell lenniük.
Hogyan lehet növelni a lámpa élettartamát
Számos módja van az élettartam növelésének. Legtöbbet használt:
- az indítóáram korlátozása a lámpával sorba kapcsolt termisztor bekapcsolásával, amelynek nagy ellenállása az indítási áram hatására csökken;
- lágyindítás kézi fényerőszabályozással tirisztorral vagy triac fényerőszabályzóval;
- lámpa teljesítménye egy erős egyenirányító diódán keresztül, azaz. a szinusz egyenirányított feszültségfelei;
- lámpák soros csatlakoztatása párban többlámpás lámpatestekben, például csillárokban.
A modern ipar nagyszámú, különféle típusú izzólámpát gyárt széles üzemi feszültség- és teljesítményválasztékkal, különböző fényárnyalatokkal, izzó- és foglalatkonfigurációkkal. Ez a tartomány lehetővé teszi választ a megfelelő lámpa bármilyen felhasználásra.