Книга: Профессиональные советы домашнему электрику
Назад: Глава 8 ГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ И СВЕТИЛЬНИКИ С НИМИ
Дальше: 8.2. Современные галогенные лампы с питанием 220 В
8.1. Галогенные лампы: принцип действия, параметры, схемы включения
Принцип действия галогенных ламп
Галогенные дампы накаливания (сокращенно ГЛН) часто называют просто «галогенными лампами» или «галогенками». Многие ошибочно считают, что в них используется какой-то новый способ получения света.
Примечание.
На самом деле эти лампы представляют собой всего лишь усовершенствованную разновидность обычных ламп накаливания, и свет в них также получается за счет накала тонкой вольфрамовой проволоки.
Впервые идея добавления в колбу лампы галогенных паров для уменьшения почернения стекла была запатентована еще в конце XIX века. Полезный эффект достигался за счет того, что пары галогенов способны соединяться с испаряющимися частицами вольфрама, а затем под действием высокой температуры распадаться, возвращая вольфрам на спираль.
Вылетающие с раскаленной спирали атомы вольфрама, таким образом, не долетали до стенок колбы лампы (за счет чего и снижалось почернение), а возвращались обратно химическим путем. Это явление получило название галогенного цикла (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Галогенный цикл
Использование галогенного цикла позволяет улучшить сразу два параметра лампы накаливания:
♦ во-первых, существенно замедляется испарение спирали, а, значит, увеличивается срок службы лампы;
♦ во-вторых, можно заметно повысить температуру (а значит, и светоотдачу) спирали, так как при ее росте увеличивается и эффективность галогенного цикла, а, значит, и контроль над испарением вольфрама.
На первый взгляд галогенная технология настолько безупречна, что подобная лампа получается практически вечной. К сожалению, это не совсем так. Дело в том, что атомы вольфрама, испарившиеся с одного участка спирали, возвращаются галогенами на другие. Рано или поздно в галогенной лампе начинаются те же процессы, что и в лампе накаливания: некоторый участок спирали становится заметно тоньше, его температура повышается, и испарение в этом месте еще более увеличивается. Это неизбежно приводит к перегоранию.
Практически применимая галогенная лампа была предложена лишь в 1959 году в США. Исследования заняли такое продолжительное время по той причине, что в первоначальном варианте предлагалось использовать для этой лампы стеклянную колбу.
Эксперименты показали, что при повышении температуры спирали галогены начинали активно взаимодействовать со стеклом, и колба разрушалась. Преодолеть этот барьер удалось за счет использования кварцевого стекла и вытекающих из этого технологических усложнений.
Примечание.
Эффективность галогенного цикла наиболее высока при небольшом объеме колбы лампы, и этим объясняется тот факт, что все галогенные лампы имеют сравнительно небольшие размеры.
Преимущества галогенных ламп
Вследствие того, что галогенные лампы являются лишь модифицированным вариантом обычных ламп накаливания, их свойства во многом схожи. За счет использования галогенного цикла достигнуто два основных преимущества над вакуумными и газонаполненными лампами: увеличенная светоотдача; более длительный срок службы.
Кроме этого, за счет более высокой температуры спирали эти лампы дают свет чуть более холодного оттенка.
Световая отдача галогенных ламп накаливания примерно вдвое выше, чем у стандартных ламп той же мощности и составляет 20–25 лм/Вт.
Ее значение увеличивается с увеличением мощности лампы и уменьшением ее номинального напряжения.
Яркость нити накала несколько повышена за счет ее увеличенной температуры и может достигать порядка 108 кд/м2. Благодаря этому галогенные лампы идеально подходят для использования в прожекторах и линзовых оптических системах.
Яркость ламп, предназначенных для прямой замены матовых ламп накаливания, снижена за счет матирования колбы или путем нанесения на колбу внутреннего рассеивающего покрытия.
Основные параметры
Номинальное напряжение осветительных галогенных ламп делится на две группы — низкое (6, 12 или 24 В) или высокое (110–240 В). Согласно этому делению, различают, соответственно, галогенные лампы низкого и сетевого напряжения.
Лампы специального назначения выпускаются в очень широком диапазоне рабочих напряжений (от 3 В и более).
Диапазон мощностей практически соответствует таковому у обычных ламп накаливания (от 1 до 5000-10000 Вт). По причине постепенного вытеснения тепловых ламп из мощного прожекторного освещения ведущие производители уже не предлагают продажу на рынке лампы мощнее 2000 Вт.
Рабочая температура и количество выделяемого тепла, являющегося основным продуктом тепловых излучателей, велики. В связи с этим галогенные лампы чувствительны к попаданию воды и потенциально пожароопасны. Кроме этого, непосредственно нагревающаяся часть лампы обычно расположена близко к месту подключения питающего напряжения. Это накладывает особые требования на материал, из которого изготавливают патроны и светильники для этих ламп. Характеристики ламп не зависят от температуры окружающей среды.
Типовые схемы включения
Схема включения галогенных ламп сетевого напряжения не отличается от таковой для обычных ламп накаливания. Лампы низкого напряжения питаются от специальных трансформаторов, причем из-за высоких токов (до 8 А на лампу) вместо прокладки единой низковольтной сети обычно используют несколько групп светильников с питающими их отдельными трансформаторами. Галогенные лампы не чувствительны к роду питающего тока (переменному или постоянному).
Регулирование светового потока сетевых ламп осуществляется любыми стандартными светорегуляторами аналогично лампам накаливания. Возможность и способ регулирования низковольтных ламп полностью определяется типом трансформатора.
Совет.
Необходимо отметить, что при снижении мощности галогенной лампы при помощи светорегуляторов нарушается работа галогенного цикла, и это может приводить к снижению срока службы нити накала. Чтобы этого не происходило, рекомендуется периодически включать лампу на полную мощность, обеспечивая восстановление материала спирали.
Габаритные размеры и срок службы галогенных ламп
Габариты галогенных ламп низкого напряжения можно смело назвать минимальными для тепловых источников соответствующей мощности. Это достигается за счет максимального приближения стенок колбы к нити накала, требуемого для работы галогенного цикла. Что касается сетевых ламп, их размеры зависят от конструктивного исполнения, и в большинстве случаев длина лампы пропорциональна ее мощности. Габариты ламп, предназначенных для прямой замены ламп накаливания, не превышают размеров аналогов.
Срок службы галогенных ламп определяется моментом разрушения нити накала. Использование галогенного цикла позволяет либо значительно увеличить светоотдачу лампы по сравнению с лампами накаливания при сохранении того же срока службы (1000 ч), либо заметно продлить срок службы (до 4000–5000 ч) при тех же световых параметрах.
Примечание.
Как правило, производители выбирают компромиссный вариант: вдвое увеличенная светоотдача при вдвое большем сроке службы.
Стандартным сроком службы сетевых и многих низковольтных галогенных ламп принято считать период в 2000 ч. Этот же параметр у отдельных низковольтных моделей достигает 4000 ч. Механические воздействия на лампы в процессе эксплуатации (в особенности, для линейных ламп с большой длиной спирали), а также частые включения сокращают их срок службы.
За счет использования в галогенных лампах кварцевой колбы ультрафиолетовое излучение нити накала беспрепятственно выходит наружу, и требуются специальные меры по его блокированию. Эта проблема полностью решена у сетевых ламп, кварцевая колба которых помещена в стеклянную оболочку.
Частичная фильтрация ультрафиолета также достигается нанесением на колбу специального фильтрующего покрытия (такие лампы маркируются как UV-Stop, UV-Block и т. п.). В случае, если предпринятые в конструкции лампы меры недостаточны для обеспечения ее ультрафиолетовой безопасности, такая лампа должна устанавливаться только в светильник с защитным стеклом, о чем делается соответствующая пометка в каталоге и на упаковке.
Цветовая температура галогенных ламп, как и реальная температура их нити накала, выше, чем у традиционных ламп накаливания. Она составляет 3000–3200 К.
Совет.
Этот параметр можно изменить за счет использования встроенных или внешних светофильтров, а также подбором толщины интерференционного отражающего слоя в зеркальных лампах.
По этой технологии выпускаются галогенные лампы низкого напряжения с Тв = 4000 К, а также цветные.
Индекс цветопередачи Ra галогенных ламп, как и у всех тепловых источников света, максимален и равен 100. За счет более высокой температуры накала (по сравнению с обычными лампами накаливания) свет галогенных ламп лучше воспроизводит сине-зеленые цвета.
Эксплуатационные особенности
Эксплуатационные особенности галогенных ламп, помимо уже описанной специфики, затрагивают два дополнительных аспекта.
Во-первых, лампы в одинарных кварцевых колбах не допускают прикосновения к ним голыми руками. Это объясняется способностью кварца кристаллизоваться вокруг инородных частиц, заносимых при таком контакте. Возникновение очагов кристаллизации приводит к нарушению однородной структуры стенки колбы, из-за чего колба трескается или взрывается.
Во-вторых, многие модели сетевых и специальных галогенных ламп не допускают произвольного положения горения и требуют специального размещения в светильнике. Например, линейные лампы имеют максимальный срок службы при горизонтальном положении. Это связано с тем, что громоздкая нить накала несимметрично закреплена внутри колбы, и при ее неправильной ориентации может провисать и выпадать из креплений, что ведет к перегоранию лампы.
На сегодняшний день галогенные лампы остаются единственным сравнительно экономичным и при этом недорогим видом источника света с «теплым» спектром. Этим объясняется их богатый ассортимент, имеющий тенденцию к расширению.
Назад: Глава 8 ГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ И СВЕТИЛЬНИКИ С НИМИ
Дальше: 8.2. Современные галогенные лампы с питанием 220 В
