Л ампы накаливания Основные конструктивные особенности

Конструктивно (рис. 27) современные лампы накаливания (ЛН) не очень сильно отличаются от образцов, созданных в начале ХХ века в лабораториях Эдисона.

1 . Колба лампы и ее наполнение

Основные требованиями к стеклу колбы:

• высокая прозрачность;

• термическая стойкость;

• хорошая свариваемость с металлическими частями лампы.

Так как обычное стекло не может сохранять свою форму при нагреве до высоких температур, оно должно находиться на достаточно большом расстоянии от тела накала. Поэтому с увеличением мощности лампы, когда температура тела накала растёт, диаметр колбы тоже увеличивается.

При использовании в колбе лампы дорогостоящего кварцевого стекла, обладающего высокой термостойкостью, диаметр колбы может быть резко уменьшен, что реализовано в галогенных ЛН.

При решении вопроса о заполнении колбы приходится учитывать два взаимно противоположных требования: уменьшение тепловых потерь и увеличение продолжительности горения лампы.

Для уменьшения тепловых потерь целесообразно откачать воздух из колбы, но при этом резко возрастает испарение вольфрама с тела накала, что снижает срок его горения. Чтобы сократить испарение вольфрама, желательно заполнить колбу газом под давлением, а это снижает и без того низкий КПД лампы.

По этой причине вакуумные лампы (типа «В») выпускаются на малые мощности (до 25 Вт). Температура тела накала в них составляет 2400 К.

Газонаполненные ЛН (типа «Г») выпускаются с целью уменьшения испарения вольфрама. Температуру тела накала в таких лампах удается повысить до 2900 К. Тепловые потери по сравнению с вакуумными ЛН возрастают, и с целью их уменьшения лампа наполняется тяжелыми инертными газами, которые перемешиваются медленнее. В основном используются смеси аргона с азотом и криптона с ксеноном.

Криптон является более тяжелым, но и более дорогим, газом, что позволяет снизить тепловые потери при его использовании на 8 % по сравнению с аргоновым наполнением. Криптоновые ЛН (их начали выпускать в 1936 г.) имеют грибообразную форму – более приплюснутую по сравнению с аргоновым наполнением – и несколько меньшие размеры.

Изменение состава газового наполнения ЛН может незначительно менять спектр ее излучения.

Для уменьшения слепящего действия используют колбы с пониженной прозрачностью: матированные изнутри (с шероховатой поверхностью за счёт специальной обработки стекла) – их световой поток на 3 % ниже, с молочным стеклом – световой поток понижен на 20 %

2. Тело накала лампы

Тело накала ЛН выполняется из наиболее тугоплавкого металла – вольфрама, температура плавления которого равна 3653 К. Чем короче и компактнее тело накала и чем больше его диаметр, тем на большую температуру нагрева оно рассчитано, и тем экономичнее будет лампа.

Для увеличения компактности чаще используется спиральное (моноспираль) или биспиральное (двойная спираль) тело накала. Для ЛН, работающих при воздействии вибрации (транспортные системы), используется прямолинейное тело накала.

Сопротивления спирали ЛН в холодном и разогретом (рабочем) состоянии существенно различаются. Так, у ЛН мощностью 100 Вт они соответственно равны 40 и 490 Ом. Соответственно меняются и токи, протекающие через лампу. Можно считать, что пусковой ток ЛН примерно в 12,5 раз превышает ток рабочего режима. Это приводит к тому, что вероятность отказа ЛН в момент включения резко возрастает.

3. Цоколь

Наибольшее распространение имеет разработанный Эдисоном (буква Е в обозначении) резьбовой цоколь разного диаметра (Е27 ‑ для ЛН мощностью 25…200 Вт, Е40 – «голиаф» ‑ для ЛН мощностью более 200 Вт, Е14 ‑ миньон» – для маломощных ЛН).

Штифтовой цоколь используется в транспортных системах, так как не позволяет лампе выкручиваться из патрона.

Фокусирующий цоколь, позволяющий устанавливать лампу в строго определенном положении, применяется в оптических системах.