Завдяки своїй дешевизні та простоті використання лампи розжарювання поки що продовжують залишатися поширеними джерелами освітлення. Але у них мале ККД, невисока надійність, тому все частіше їх прагнуть замінити більш ефективними люмінесцентними або світлодіодними моделями. Щоб правильно зробити заміну, не втративши як освітлення, важливо проаналізувати технічні характеристики ламп розжарювання.
Параметри лампочок:
- світловий потік;
- потужність споживання;
- світловіддача;
- коефіцієнт кольоропередачі та колірна температура;
- строк служби;
- коефіцієнт пульсації;
- Діапазон робочих температур.
Крім того, важливими є додаткові конструктивні характеристики ламп, такі як тип цоколя, ступінь захисту, розміри.
Розглянемо всі ці показники щодо ламп розжарювання.
Ефективність
Лампа розжарювання використовує явище випромінювання світла нагрітим матеріалом (вольфрамової спіраллю). Якщо нагріти тіло до 570 ° С (червоний колір), то виходитиме світло у видимому діапазоні електромагнітних хвиль. Щоб спектр випромінювання заповнював весь діапазон видимого світла (від червоного до фіолетового) температура випромінювача має бути набагато вищою. Вибір вольфраму пов’язаний із тим, що він має найбільшу температуру плавлення (3410 °С) серед металів. Він може витримати 2000-2800 ° С, не руйнуючись.
З урахуванням кривої відносної спектральної чутливості зору людини найбільш підходящим для освітлення є сонячне світло, яке характеризується температурою верхнього шару Сонця 5770 К.
Оскільки температура нитки в лампочці нижче, максимум випромінювання зрушений у бік фіолетового кольору. Тому більшість світлового потоку такої лампи лежить в області УФ випромінювання, а в видимій частині діапазону випромінюється не більше 5%. Тому величина світловіддачі, яка характеризує ефективність перетворення потужності, що підводиться до лампи, невелика і становить 10-15 лм/Bт.
Якість світла
Якість світла лампочки визначається колірною температурою та коефіцієнтом передачі кольору.
Температура кольору показує температуру чорного тіла, яке має однаковий колір з випромінюванням даного нагрітого предмета. Цей показник характеризує відтінки світла. Для лампи розжарювання колірна температура зазвичай дорівнює 2200-2900К. Така лампочка випромінює жовте світло, що відрізняється від денного світла. Як було доведено, таке світло ввечері менше пригнічує виділення у людини регулятора добових біоритмів мелатоніну, що робить таке світло більш комфортним.
Коефіцієнт передачі кольору характеризує близькість кольору, що освітлюється даною лампочкою предмета до істинного його кольору при освітленні стандартним джерелом. Для лампи розжарювання величина цього коефіцієнта дорівнює максимальній величині 100, оскільки вона є стандартом для порівняння цього показника.
Строк служби
Якщо порівнювати з аналогами, лампи розжарювання мають невеликий термін служби. Тобто. перегорають вони частіше та швидше. Це з випаровуванням шару вольфраму у процесі роботи (нагріву) лампочки. Нитка витончується та обривається.
Крім цього, при включенні лампи опір вольфрамової нитки виявляється меншим за опір працюючої лампочки, що призводить до утворення стрибка струму. А це погіршує якість нитки.
Термін служби такої лампи дорівнює 1000 годин. Після роботи протягом 750 годин її світловіддача зменшується на 15%. Навіть невелике збільшення напруги живлення може сильно зменшити термін служби.
Для оцінки цього впливу можна використовувати емпіричну формулу:
(T 0 / T) = (U 0 / U) 13
де: U 0 – Робоча напруга, В;
U – напруга мережі, В;
T 0 – Паспортний термін служби, годину;
T – термін служби при напрузі мережі U.
Якщо U 0 = 220 В, а U = 230 В, то термін служби лампи зменшиться майже вдвічі і дорівнюватиме всього 0,56 від номінального.
Підтвердженням цього є часте перегорання лампочок у під’їздах та на сходах. Це пов’язано з тим, що такі лампочки горять уночі, коли навантаження на мережу зменшується, а напруга в мережі підвищується.
Для збільшення надійності таких ламп у нежитлових приміщеннях або на сходах можна використовувати на зниженій напрузі або з послідовно включеним діодом. Більш дорогий варіант – це увімкнення пристрою плавного включення. Такий пристрій поступово підвищує напругу та виключає виникнення стрибків струму.
Коефіцієнт пульсації та робоча температура
Лампи розжарювання живляться від мережі із частотою 50 Гц. При роботі лампи її нитка то розжарюється, то остигає. Відповідно, яскравість то збільшується, то знижується. Оскільки ці коливання відбуваються із великою частотою, то око людини не помічає цих коливань. Однак ці пульсації впливають на стомлюваність людини. Тому в стандартах з освітлення робочих місць є вимоги щодо пульсації світла. Для дрібної роботи ці пульсації не повинні перевищувати 10%, а мало відповідальних робіт -25%.
Проведені дослідження показали, що пульсація ламп залежить від їхньої потужності та лежить у межах від 1 до 4 %. Найбільша пульсація виявилася біля ламп потужністю 40 Вт.
Оскільки ефективність ламп розжарювання невелика, вони виділяють багато тепла. Проведені експерименти показали, що через 15 хвилин безперервної роботи лампочки колби сильно нагріваються. Температура лампи потужністю 40 Вт сягає +120 °С, а 95 Вт – до +210 °С.
Вольтамперна характеристика
Вольтамперна характеристика лампи розжарювання – нелінійна. Обумовлено це збільшенням опору вольфрамової нитки зі збільшенням струму і температури, що протікає через нього. Завдяки цьому відбувається автоматична стабілізація робочої точки лампи. Тому вона не вимагає будь-яких додаткових баластних пристроїв.
Конструкція
Лампа розжарювання складається із 11 конструктивних елементів.
Для підключення до мережі живлення використовуються цоколі різного виду . Існує кілька стандартів типів цоколів, які в нашому регіоні використовуються європейські. Найбільш поширені різьбові цоколі Едісона – Е14 (міньйон), Е27, Е40. Є також цоколі, що складаються з 2 штирьків, та байонетні цоколі.
Колба лампи розжарювання може бути різного розміру, на що впливає потужність лампочки. За кольором вона може бути прозорою, матовою, дзеркальною, забарвленою.
Деякі характеристики ламп розжарювання закладені у їх позначеннях:
- В – вакуумна;
- Б – біспіральна;
- ЗК – дзеркальна;
- Ш – кульова;
- С – свічка.
Нове покоління
Головні завдання під час проектування ламп розжарювання нового покоління:
- збільшення ккд;
- покращення надійності;
- підвищення безпеки.
Для зменшення випаровування вольфраму лампу наповнюють газом. Наприклад, у галогенній лампі використовуються пари йоду. Це дозволяє збільшити надійність та світловіддачу. Також застосовують суміш аргону з азотом, криптоном, ксеноном. Ці моделі дорожчі, тому що їхній газ має низьку теплопровідність, за рахунок чого збільшується яскравість.
Якість світла також збільшують конструктивно. Колбу роблять із скла з додаванням неодиму.
Мінуси
- Мінімальна ефективність. Світловіддача складає лише 10 лм/Вт. Для люмінесцентних ламп цей параметр дорівнює 50 лм/Вт, а для світлодіодних – 80 лм/Вт.
- Низька надійність. Термін служби складає 1000 годин. Для люмінесцентних ламп цей параметр дорівнює 8000 годин, а світлодіодних – 50000 годин.
- Висока робоча температура. Для потужних ламп температура може сягати +210°С. Для люмінесцентних та світлодіодних ця величина дорівнює +60°С…+70°С.
- У порівнянні зі світлодіодними лампами лампи розжарювання мають тендітну конструкцію і погано переносять вібрацію.
Плюси
- Відносна дешевизна. Вартість лампи розжарювання складає 30-40 руб. Вартість люмінесцентної – 150 руб. Вартість світлодіодної – 500 руб.
- Високий рівень кольору. Коефіцієнт кольору становить 100. Для люмінесцентної та звичайної світлодіодної ламп цей коефіцієнт значно менший. Лампа випромінює комфортне світло, яке не порушує біоритми людини.
- Немає необхідності підключати пускорегулюючу апаратуру. Для пуску люмінесцентної лампи потрібні дросель і стартер, а для стабільної роботи світлодіодної лампи потрібен блок живлення