A causa della loro economicità e facilità d’uso, le lampade a incandescenza continuano a essere fonti di illuminazione comuni. Ma hanno una bassa efficienza e una bassa affidabilità, quindi vengono sempre più sostituiti da modelli fluorescenti o LED più efficienti. Per effettuare la corretta sostituzione senza perdere l’illuminazione, è importante analizzare le caratteristiche tecniche delle lampade ad incandescenza.
Parametri della lampadina:
- flusso luminoso;
- consumo di energia;
- emissione di luce;
- indice di resa cromatica e temperatura colore;
- termini del servizio;
- coefficiente di pulsazione;
- Intervallo operativo di temperatura.
Inoltre, sono importanti ulteriori caratteristiche costruttive delle lampade, come il tipo di attacco, il grado di protezione, le dimensioni.
Consideriamo tutti questi indicatori per le lampade a incandescenza.
Efficienza
Una lampada ad incandescenza sfrutta il fenomeno dell’emissione luminosa da parte di un materiale riscaldato (spirale di tungsteno). Se il corpo viene riscaldato a 570 ° C (colore rosso), verrà emessa luce nella gamma visibile delle onde elettromagnetiche. Affinché lo spettro della radiazione riempia l’intera gamma di luce visibile (dal rosso al viola), la temperatura dell’emettitore deve essere molto più alta. La scelta del tungsteno è dovuta al fatto che ha il più alto punto di fusione (3410 °C) tra i metalli. Può resistere a 2000-2800 ° C senza crollare.
Tenendo conto della curva della relativa sensibilità spettrale della visione umana, la più adatta per l’illuminazione è la luce solare, che è caratterizzata da una temperatura dello strato superiore del Sole di 5770 K.
Poiché la temperatura del filamento nella lampadina è più bassa, il massimo di emissione è spostato verso il colore viola. Pertanto, la maggior parte del flusso luminoso di una tale lampada si trova nell’area della radiazione UV e nella parte visibile dell’intervallo non viene emesso più del 5%. Pertanto, il valore di emissione luminosa, che caratterizza l’efficienza di conversione della potenza fornita alla lampada, è piccolo ed è pari a 10-15 lm/Bt.
Qualità della luce
La qualità della luce della lampadina è determinata dalla temperatura del colore e dall’indice di resa cromatica.
La temperatura del colore mostra la temperatura del corpo nero, che ha lo stesso colore della radiazione del dato oggetto riscaldato. Questo indicatore caratterizza le sfumature di luce. Per una lampada a incandescenza, la temperatura del colore è solitamente pari a 2200-2900K. Una tale lampadina emette luce gialla, che è diversa dalla luce del giorno. Come è stato dimostrato, tale luce la sera inibisce meno il rilascio di melatonina, il regolatore dei bioritmi quotidiani, in una persona, il che rende tale luce più confortevole.
Il coefficiente di resa cromatica caratterizza la vicinanza del colore illuminato da una data lampadina dell’oggetto al suo vero colore quando illuminato da una sorgente standard. Per una lampada a incandescenza, il valore di questo coefficiente è pari al valore massimo di 100, poiché è lo standard per confrontare questo indicatore.
Termini del servizio
Rispetto agli analoghi, le lampade a incandescenza hanno una vita utile breve. Questo è, si esauriscono più spesso e più velocemente. Ciò è dovuto all’evaporazione dello strato di tungsteno durante il funzionamento (riscaldamento) della lampadina. Il filo si assottiglia e si spezza.
Inoltre, quando la lampada è accesa, la resistenza del filamento di tungsteno è inferiore alla resistenza della lampadina funzionante, il che porta alla formazione di un picco di corrente. E questo peggiora la qualità del filo.
La durata di tale lampada è di 1000 ore. Dopo aver lavorato per 750 ore, la sua emissione luminosa diminuisce del 15%. Anche un piccolo aumento della tensione di alimentazione può ridurre notevolmente la durata.
Una formula empirica può essere utilizzata per stimare questo impatto:
(T 0 / T) = (U 0 / U) 13
dove: U 0 – Tensione operativa, V;
U – tensione di rete, V;
T 0 – Vita utile del passaporto, ora;
T è la durata alla tensione di rete U.
Se U 0 = 220 V e U = 230 V, la durata della lampada sarà ridotta di quasi la metà e sarà pari a solo 0,56 del nominale.
Lo confermano le frequenti bruciature delle lampadine negli ingressi e sulle scale. Ciò è dovuto al fatto che tali lampadine sono accese di notte, quando il carico sulla rete diminuisce e la tensione sulla rete aumenta.
Per aumentare l’affidabilità di tali lampade in locali non residenziali o su scale, possono essere utilizzate a tensione ridotta o con un diodo collegato in serie. Un’opzione più costosa è attivare il dispositivo di avvio graduale. Tale dispositivo aumenta gradualmente la tensione ed elimina il verificarsi di picchi di corrente.
Coefficiente di ondulazione e temperatura di esercizio
Le lampade a incandescenza sono alimentate da una rete con una frequenza di 50 Hz. Durante il funzionamento della lampada, il suo filamento a volte si riscalda, quindi si raffredda. Di conseguenza, la luminosità aumenta o diminuisce. Poiché queste oscillazioni si verificano con un’alta frequenza, l’occhio umano non si accorge di queste oscillazioni. Tuttavia, queste pulsazioni influenzano la fatica umana. Pertanto, ci sono requisiti per la pulsazione della luce negli standard di illuminazione del posto di lavoro. Per lavori minori, queste pulsazioni non dovrebbero superare il 10% e lavori meno responsabili -25%.
Studi condotti hanno dimostrato che la pulsazione della lampada dipende dalla loro potenza e varia dall’1 al 4%. La pulsazione più grande è stata trovata vicino a lampade con una potenza di 40 W.
Poiché l’efficienza delle lampade a incandescenza è bassa, emettono molto calore. Gli esperimenti condotti hanno dimostrato che dopo 15 minuti di funzionamento continuo le lampadine si riscaldano molto. La temperatura della lampada da 40 W raggiunge +120 °C e quella da 95 W raggiunge +210 °C.
Caratteristica volt-amp
La caratteristica volt-ampere di una lampada a incandescenza non è lineare. Ciò è causato da un aumento della resistenza del filamento di tungsteno con un aumento della corrente e della temperatura che lo attraversano. A causa di ciò, il punto di lavoro della lampada viene stabilizzato automaticamente. Pertanto, non richiede alcun dispositivo di zavorra aggiuntivo.
Costruzione
Una lampada a incandescenza è composta da 11 elementi strutturali.
Per il collegamento alla rete di alimentazione vengono utilizzate prese di vario tipo . Esistono diversi standard europei per i tipi di zoccoli utilizzati nella nostra regione. Le prese Edison filettate più comuni sono E14 (miniatura), E27, E40. Ci sono anche prese a 2 pin e prese a baionetta.
La lampadina di una lampada a incandescenza può avere dimensioni diverse, il che influisce sulla potenza della lampadina. Per colore può essere trasparente, opaco, a specchio, colorato.
Alcune caratteristiche delle lampade a incandescenza sono incluse nelle loro designazioni:
- B – vuoto;
- B – bispirale;
- ZK – specchio;
- Ø – sferico;
- C è una candela.
Nuova generazione
I compiti principali durante la progettazione di lampade a incandescenza della nuova generazione:
- aumento del ccd;
- migliorare l’affidabilità;
- aumentando la sicurezza.
Per ridurre l’evaporazione del tungsteno, la lampada viene riempita di gas. Ad esempio, il vapore di iodio viene utilizzato in una lampada alogena. Ciò consente di aumentare l’affidabilità e l’emissione luminosa. Viene utilizzata anche una miscela di argon con azoto, cripton e xeno. Questi modelli sono più costosi perché il loro gas ha una bassa conducibilità termica, grazie alla quale aumenta la luminosità.
Anche la qualità della luce viene migliorata in modo costruttivo. Il pallone è realizzato in vetro con l’aggiunta di neodimio.
Contro
- Efficienza minima. L’emissione luminosa è di soli 10 lm/W. Per lampade fluorescenti, questo parametro è pari a 50 lm/W, e per LED – 80 lm/W.
- Bassa affidabilità. La durata è di 1000 ore. Per le lampade fluorescenti, questo parametro è pari a 8.000 ore e per le lampade a LED – 50.000 ore.
- Elevata temperatura di esercizio. Per lampade potenti, la temperatura può raggiungere +210°С. Per lampade fluorescenti e LED, questo valore è pari a +60°С…+70°С.
- Rispetto alle lampade a LED, le lampade a incandescenza hanno un design fragile e non tollerano bene le vibrazioni.
Vantaggi
- Economicità relativa. Il costo di una lampada a incandescenza è di 30-40 rubli. Il costo del fluorescente – 150 rubli. Il costo di un LED è di 500 rubli.
- Alto livello di colore. Il coefficiente di colore è 100. Per le lampade a LED fluorescenti e convenzionali, questo coefficiente è molto più basso. La lampada emette una luce confortevole che non disturba i bioritmi umani.
- Non è necessario collegare l’apparecchiatura di controllo dell’avviamento. Per avviare una lampada fluorescente sono necessari uno starter e un dispositivo di avviamento e per un funzionamento stabile di una lampada a LED è necessario un alimentatore