Лампы накаливания
Лампы накаливания являются основным типом класса тепловых источников света. Свет излучает разогретая до температуры около 3000 К вольфрамовая спираль. Световая отдача, а следовательно и экономичность ламп накаливания весьма малы, и существенное увеличение их без принципиальных изменений конструкции практически невозможно, т.к. температура плавления вольфрама (3653 К) ставит в этом отношении естественный предел. Более высокие значения световой отдачи могут обеспечиваться за счет компактности и утолщения спирали, напыления на внутреннюю поверхность колбы теплоотражающего покрытия.
КПД лампы может быть также повышен подбором газового состава заполняющего колбу. Чем больше молекулярный вес газа-наполнителя, тем меньше потери тепла через колбу лампы. У большинства типов ламп колба заполняется смесью аргона и азота. Применение в качестве заполнителя более тяжелых газов – криптона и ксенона – позволяет повысить световую отдачу лампы примерно на 8 %.
Наряду с экономичностью важным параметром лампы является срок ее службы. В процессе горения лампы происходит распыление нити накала. В вакууме распыление больше, в газовой среде – меньше, причем его интенсивность зависит не только от величины давления, но и от рода газа. Чем выше давление, тем меньше распыление нити и больше срок ее службы, но в то же время возрастают потери энергии через конвекции и теплопередачу. Кроме того, при повышенном давлении трудно запаивать колбу лампы. Поэтому давление газа в лампе обычно ограничивают величиной порядка 80000 Па.
Срок службы лампы обычно определяется средним числом часов горения для партии ламп, т.к. перегорание отдельных ламп часто обусловливается случайными причинами. Нормированное число часов горения должны выдерживать 50 % ламп из партии, а остальные лампы могут иметь меньший или больший срок службы. К концу нормированного срока службы среднее значение светового потока лампы должно составить не менее 90 % от номинальной его величины. Для большинства типов ламп средняя продолжительность горения установлена в 1000 ч.
Лампы накаливания классифицируются по областям их применения на две группы.
Лампы общего назначения используются для освещения жилых, общественных, бытовых и части административных и производственных помещений.
Лампы специального назначения делятся на автомобильные, железнодорожные, судовые, прожекторные и многие другие.
Каждый тип ламп включает лампы, работающие при разных напряжениях, для каждого напряжения выпускается ряд ламп различной мощности.
Л
Рис. 26. Конструкция лампы
накаливания
общего
назначения
Лампы накаливания имеют ряд преимуществ перед газоразрядными: они значительно дешевле и экологически чище, просты в обслуживании, включаются в сеть без дополнительных устройств, малочувствительны к температуре окружающей среды, хорошо работают в динамическом режиме, имеют относительно небольшие размеры и размеры тела накала, отличаются разнообразием модификаций, малыми первоначальными затратами при оборудовании осветительных установок, высоким уровнем механизации производства.
К недостаткам ламп накаливания относятся низкий световой КПД (2 – 3 %), низкая световая отдача (8 – 19,5 лм / Вт, в то время как у люминесцентных ламп 30 – 200 лм / Вт), малая экономичность, небольшой срок службы, повышенные эксплуатационные расходы. Лампы накаливания являются несовершенными источниками света не только по экономичности, но и по цветности излучения с максимумом в желто-оранжевой области видимого спектра, а на коротковолновую часть приходится незначительная доля излучений. Поэтому при освещении ими восприятие цвета заметно отличается от дневного: «теплые» (красные, оранжевые, коричневые) цвета воспринимаются более яркими, чем днем; «холодные» (зеленые, синие, фиолетовые) – ослабляются, жухнут; бледно-желтый цвет трудно отличить от белого.
Основным типом ламп накаливания являются лампы общего назначения (нормальные), выпускаемые в нашей стране в пределах шкалы мощностей от 15 до 1500 Вт на напряжение 127 и 220 В.
Выпускается большое число типов специальных ламп на стандартное напряжение: зеркальные, цветные, прожекторные, галогенные, а также на пониженное напряжение: местного освещения, сигнальные, транспортные, для оптических систем, подводные и др.
Зеркальные лампы имеют колбы специально рассчитанной формы, частично покрытые изнутри слоем серебра или алюминия.
Колба нормальных ламп или выходное отверстие зеркальных ламп могут выполняться из матированного, молочного, рифленого или цветного стекла; последняя модификация широко применяется в светомузыкальных и информационно-рекламных установках.
Галогенные лампы накаливания представляют собой трубку из кварцевого стекла с вольфрамовой спиралью, укрепленной по ее оси на поддерживающих крючках. Колба заполняется аргоном, ксеноном или криптоном с добавлением определенного количества паров йода для удлинения срока службы нити накала и повышения ее температуры, а следовательно, и яркости, т.е. «побеления» света и повышения световой отдачи по сравнению с обычными лампами накаливания. Галогенные лампы применяются в установках архитектурного освещения, а их специальные типы – в проекционной и осветительной технике, в автомобилях и т.д.
Хотя доля светового потока ламп накаливания составляет сегодня у нас лишь 30 %
(70 % - газоразрядные лампы), область их применения все еще широка и во многих случаях они не имеют равноценной замены. Бытовые светильники, люстры и встроенные светильники для общественных интерьеров, системы местного освещения в помещениях, сценическое освещение, освещение витрин и фасадов, световые табло и реклама, иллюминационное и подводное освещение – все это примеры использования ламп накаливания.
Стремясь сохранить присущие лампам накаливания преимущества, зарубежные фирмы создали образцы новой лампы с телом накала на основе полупроводников. Световая отдача такой лампы достигает 50 – 60 лм / Вт, т.е. сравнима с характеристиками газоразрядных ламп, что делает ее весьма перспективной и конкурентоспособной.