2.1. Лампи розжарювання (ЛР)

 

            Прототипом сучасних ламп розжарювання є джерело світла (запропонований російським винахідником Лодигіним). Вчений помістив вугільний стрижень у скляний балон, з якого кисень видаляється за рахунок згоряння частини вугілля при проходженні через нього струму, завдяки чому частина вугілля, що залишилася, працювала відносно довго. Потім американський винахідник Едісон створив лампу серійного виробництва, застосувавши для тіла розжарення вугільну нитку, отриману обвуглюванням довгих бамбукових волокон, а також запропонував відкачку повітря з балона. В 1903 році вперше з'явилися зразки вольфрамових ламп розжарювання.

            На сьогодні існує понад 1600 найменувань ламп, є величезна кількість їхніх типів: суднові, проекційні, залізничні, прожекторні, освітлювальні загального призначення, сигнальні і т.д.

            Тривалість і масовість застосування ламп розжарювання обумовлені відносно низкою вартістю, зручністю в обігу, простотою в обслуговуванні, малими початковими витратами при обладнанні освітлювальних установок, розмаїтістю конструкцій, напруг і потужностей, високим рівнем механізації виробництва.

            Принцип дії. Вольфрамова спіраль, що поміщається в колбу, з якої відкачане повітря, розігрівається під дією електричного струму.

            Лампа розжарювання (рис. 2.1) складається зі скляної колби 1; тіла розжарення 2, виконаного з вольфрамового дроту; молібденових гачків 3, які надають певної форми тілу розжарення та перешкоджають його провисанню; електродів з нікелю 4, які служать для подачі напруги на тіло розжарення; скляного стрижня (штабика) 6, у верхній частині якого є стовщення (лінзочка) 5, куди впаяні гачки; порожнього циліндра 10 із спресованою верхньою частиною (лопаткою) 7, у якій з'єднані штабик, електроди та відкачувальна трубка 9 із отвором 8; цоколя, що складається з металевого стакана з різьбленням 12, до якого припаяний один з електродів, і контактної шайби 13 із припаяним другим електродом. Контактна шайба кріпиться до стакана скломасою 11, цоколь з'єднаний із колбою спеціальною мастикою.

            Головною частиною лампи розжарювання є тіло розжарення, що може являти собою нитку, спіраль, біспіраль, триспіраль, має різноманітні розміри та форму.

Тіло розжарення виконують із вольфраму (температура плавлення 3650±50ºК). Для забезпечення нормальної роботи розпеченого вольфрамового тіла розжарення необхідно ізолювати його від кисню повітря. Для цього тіло розжарення розміщують або в безповітряному середовищі (вакуумні лампи), або в середовищі інертних газів, або їхніх сумішей, що не реагують із матеріалом тіла розжарення (газонаповнені лампи). У вакуумних ламп повітря відкачане до тиску 1,33×10-3 Па, робоча температура тіла розжарення 2400-2600ºК. У газонаповнених ламп колба заповнена сумішшю аргону або криптону з азотом (14-16%) до тиску 100 кПа. Наявність у колбі важких інертних газів і більш високий тиск дозволяють підвищити температуру тіла розжарення до 2700 (аргон)-2800 (криптон) ºК без збільшення розпилу матеріалу тіла розжарення. Азот служить електричним ізолятором – виключає електричний пробій між витками спіралі, аргон – теплоізолятор, знижує втрати енергії на нагрівання газу та колби. Криптон і ксенон, як теплоізолятори ефективніші за аргон, але вони дорожчі.

            Геометричні розміри ламп залежать від їхньої потужності і наповнення. Цоколь лампи розжарювання випускають трьох розмірів: 14 мм, 27 мм (для ламп потужностю 25-250Вт) і 40 мм (для ламп потужністю > 300 Вт ).

            Залежно від конструктивного виконання лампи розжарювання загальпромислового призначення позначаються умовно (за ДСТ 2239-79):

            У – вакуумні потужністю до 25 Вт;

            Г – газонаповнені моноспіральні (аргонові) (150-1500Вт);

            Б – біспіральні аргонові (40-200Вт);

            БК – біспіральні з криптоновим наповненням (40-100Вт).

            У маркуванні ламп також зазначається діапазон напруг:

127 В;  220 В;  225 В;  235 В;  240 В;  250 В;  125-130 В; 

215-225 В;    220-230 В;    230-240 В;    235-245 В;    245-255 В.

 

 

Випромінювання видимої частини спектра в загальному енергетичному балансі цих ламп становить:

Вид лампи     Частка видимого випромінювання в загальному балансі, %

Вакуумні

Газонаповнені моноспіральні

Газонаповнені біспіральні

Біспіральні криптонові        7

10

12

13

 

            Типова для ламп розжарювання світлова віддача 10 – 22 Лм/Вт. Більша частина електроенергії, що живить нитку розжарення, перетворюється в тепло. У зв'язку з цим суцільний спектр ламп розжарювання має максимум в інфрачервоній області та плавно спадає зі зменшенням довжини хвилі. Такий спектр визначає теплий тон випромінювання (Тк = 2400 – 2700 ºК) при передачі кольору (Ра = 100).

            Термін служби ЛН, як правило, не перевищує 1000 годин, що, за сучасними мірками, дуже мало.

Основним фактором, що впливає на характеристики ламп розжарювання при їхній експлуатації, є напруга (рис. 2.2).

Наприклад, при збільшенні напруги живлення на 2 %, потужність лампи зростає на 3 %, світловий потік – на 7 %, світлова віддача – на 4 %, а термін служби знижується на 25 %.

            З рис. 2.2 можна отримати такі емпіричні залежності балансу енергії ламп розжарювання:

            а) для струму

 

 

            б) для потужності

 

            ;           (2.3)

 

            в) для потоку

 

            ;           (2.4)

 

            г) для світлової віддачі

 

            ;           (2.5)

            д) для терміну служби

 

            .           (2.6)