Kuhni-nn.ru

Кухни НН
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему перегорают лампочки накаливания

Почему перегорают лампочки накаливания?

Почему перегорают лампочки накаливания?

Заходите вы в квартиру, щелкаете выключателем в ожидании того, что загорится свет, но этого не происходит. Что же случилось? Варианта два: либо отключили свет, либо перегорела лампа. Предлагаю разобраться с последним: как и почему перегорают лампочки накаливания?

Для того, чтобы перегореть, у лампочки Ильича есть шесть причин:

Причина 1

Давайте начнем с самой основной — перенапряжение (то есть когда напряжение превышает нормальное — 220 В). Лампа накаливания рассчитана на напряжение до 230 В, и при таких показателях температура нити может достигать 2300 °С. Если повысить напряжение в сети, то соответственно повысится и температура нити, а это может привести к различного рода повреждениям в зависимости от вида перенапряжения. Если напряжение не очень сильно превышает допустимые значения, то это вызовет ускоренное испарение вольфрама с тела накала и, следовательно, скорейшее перегорание лампы.

Перегорание лампы

Другой вариант предполагает резкий и сильный скачок напряжения, который может привести в разрыву нити. В отечественных сетях напряжение далеко не всегда стабильное, и если жители больших городов не особенно чувствуют его перепады, то в деревнях и маленьких городах это нормальное явление. От таких скачков защищена только светодиодная лампа, так как имеет в своей конструкции выпрямитель. Дадим вам пару советов как помочь лампочке Ильича пережить колебания «розеточного монстра».

Светодиодные лампы

Первый — это установить диммер, специальный выключатель, который регулирует подаваемое к источникам света напряжение, и плавно включать лампу, так как абсолютно любая лампа накаливания подходит к диммеру, а он в свою очередь ограничит напряжение на лампе.

Диммер для лампы накаливания

Второй совет — обращать внимание на маркировку на лампе и искать лампу в диапазоном допустимого напряжения сети 230-250 В. И чуть-чуть занимательной статистики: постоянное перенапряжение всего на 1% способно сократить срок службы лампы на 15%.

Маркировка на лампе накаливания

Остальные причины, как правило, встречаются не так часто, но рассмотрим и их тем не менее:

Причина 2

Некачественная проводка от щитка до осветительного прибора. Это значит, что где-то могут быть плохо соединены провода, и как следствие может «закоротить» проводку, то есть произойти короткое замыкание. Как мы уже говорили, лампа перегорает из-за скачков напряжения, а замыкания проводки их обязательно вызовут.

Некачественная проводка

Причина 3

Третья причина кроется в выключателе, точнее, в степени его изношенности. Со временем в выключателе могут изнашиваться контакты, да и сам он уже с прилавка может быть не самый качественный. Не следует использовать дешевые выключатели непроверенных производителей, они в конечном счете выйдут дороже, чем качественные. Так, износ контактов, их подгорание или некачественное изготовление, тоже могут привести к замыканию проводки и перегоранию лампы.

Выключатели

Причины 4 и 5

Еще одной помехой в работе лампы может быть патрон. Изношенный, некачественный, сгоревший патрон может стать причиной перегорания и замыканий, из-за которых лампа начнет мигать и очень быстро прикажет долго жить. Давайте так же добавим к этой причине очень схожую — частое включение и выключение, и далее поговорим про обе сразу. На самом деле все просто и засада в физике.

Патроны ламп накаливания

Из закона Ома все помнят, что сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Рассказываю к чему я все это — про сопротивление все знают так или иначе еще со школы. А про «ТКС» (так называемый температурный коэффициент электрического сопротивления) как-то подзабыли. Для полупроводников он, как правило, отрицательный, а для вольфрама — положительный. В остатке имеем факт роста сопротивления вслед за температурой. Представьте, мы включаем лампу, через нить начинает проходить сильное напряжение, и падает оно по мере нагрева. Если нить постоянно то нагревают, то остужают, из-за сопротивления ей придет конец. Она лопнет по причине износа. Так что стоит использовать качественный патрон и не включать-выключать лампу постоянно. Если выключили — пусть остывает. Помните: если не остужать нить, она перегреется и лопнет.

Читайте так же:
Коммутируемый ток люминесцентных ламп 10 ax

Причина 6

Причина последняя — некачественная лампа. Поверьте, лампы накаливания все стоят недорого, так что не стоит экономить десять рублей, оно выйдет боком. Вы поменяете несколько дешевых ламп за то время, которое проработает одна качественная. Хотя я бы купил светодиодные лампы, это в конечном итоге экономия, да и только.

Лампы накаливания

Вывод — причин перегорания лампы много, а она одна. Если вы вдруг все-таки решили пользоваться лампами накаливания, я надеюсь, что мои советы помогут вам продлить срок службы ламп. Ведь у этих ламп так же есть почитатели, которые любят их желтый свет, и ради этого света готовы переплачивать за электроэнергию. На сегодня это все, в следующей статье я расскажу почему перегорают энергосберегающие люминесцентные лампы.

Ремонт люминесцентных светильников

Люминесцентные лампы имеют конструкцию, легко поддающуюся ремонту. При наличии определённых навыков делать это несложно даже без привлечения специалистов.

Ремонт люминесцентных ламп можно провести самостоятельно. Задавшись целью вернуть к жизни люминесцентный светильник собственными силами, требуется точно разбираться в принципе его работы. В конструкцию светильника, кроме собственно лампы, включены дополнительные элементы: пускорегулирующая аппаратура, стартер, дроссель.

Стартер является неоновой лампой с биметаллическими электродами. Во время включения на люминесцентный светильник подаётся напряжение и в стартере создаётся разряд, способствующий замыканию электродов. До момента включения электроды находятся в разомкнутом состоянии. Во время этого процесса цепь несет ток большой емкости, разогревающий находящийся в колбе газ и биметаллические электроды стартера.

При размыкании электродов стартера, совершается скачок напряжения, снабжающий дроссель. Под воздействием увеличенного напряжения промежуток, заполненный газовой смесью, пробивается, после чего следует загорание. Дроссель подсоединен последовательно и напряжение от сети делится пополам.

Стартер подсоединяется параллельно и во время работы светового прибора получает напряжение. Количества напряжения недостаточно для вторичного соединения электродов стартера. Поэтому последний работает только при включении светового прибора с лампой дневного света.

Дроссель, кроме формирования разряда увеличенного напряжения, контролирует ток во время включения осветительного прибора и позволяет достичь стабильности, когда она будет гореть.

Галогенные лампы

Добавление в буферный газ галогенов (брома или часов. При этом рабочая температура спирали составляет примерно 3000  К. Эффективность галогенных ламп достигает 28 лм/Вт.

Иод (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама. Этот процесс является обратимым — при высоких температурах соединение распадается на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё.

Читайте так же:
Лампочка как стабилизатор тока

Трансформатор и электронный инвертор для питания 12-вольтных галогеновых ламп

Новым направлением развития ламп является т. н. IRC-галогенные лампы (сокращение IRC обозначает «инфракрасное покрытие»). На колбы таких ламп наносится специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное ( OSRAM , потребление энергии снижается на 45 %, а время жизни удваивается (по сравнению с обычной галогенной лампой) [1].

Хотя IRC-галогенные лампы не достигают эффективности ламп дневного света , их преимущество состоит в том, что они могут быть использованы как прямая замена обычных галогенных ламп.

Невидимая война

Многие страны ведут войну с лампами накаливания, законодательно ограничивая их производство и продажу. Это стремление можно понять: если заменить лампы накаливания, на более экономичные лампы дневного света и светодиоды, то человечество сэкономит огромное количество энергии.

С 1 января и в России вступает запрет на продажу ламп накаливания мощностью 100 и более ватт, в 2013 и 2014 лимит опустится до 75 и 25 ватт. Так что запомните их, пока они еще живы: будете внукам рассказывать, как вы читали журналы под лампочкой Ильича.

Преимущества и недостатки

Лампы накаливания имеют ряд своих достоинств:

  • приемлемую стоимость;
  • компактные габариты;
  • мгновенную реакцию на включение/выключение;
  • отсутствие мерцания, неблагоприятно воздействующего на глаза;
  • инертность к скачкам напряжения;
  • мягкая гамма свечения, способствующая расслаблению, созданию атмосферы уюта;
  • хороший индекс цветопередачи, равный Ra 90;
  • работа в любых условиях (в том числе при высокой влажности);
  • постоянная доступность для потребителя;
  • экологичность;
  • отсутствие шума при работе;
  • инертность к ионизирующей радиации.

К недостаткам ламп накаливания относят такие моменты:

  • хрупкость, чувствительность к механическим повреждениям;
  • сравнительно малый срок эксплуатации;
  • низкий КПД, не превышающий 5-7% (отношение расходуемой мощности к видимому излучению);
  • пожарная опасность при прямом контакте лампы с горючими веществами (текстиль, солома и др.);
  • вероятность взрыва при термическом ударе или разрыве спирали под напряжением.

Несмотря на все перечисленные недостатки, привычные лампочки уверенно сохраняют за собой занятые позиции. Более 70% населения СНГ все еще пользуются ими.

Почему горит лампочка накаливания

В лампочках накаливания свет излучает проводник, нагревающийся при прохождении по нему электрического тока. После замыкания электрической цепи нить накала разогревается до 3000*С и начинает излучать энергию в видимой части спектра.

Конструкция лампы накаливания

Конструкция такой лампочки очень проста. Лампа состоит из:

  • цоколя;
  • стеклянной колбы;
  • электродов;
  • нити накала.

В качестве материала для изготовления нити накала в современных лампочках используют вольфрам – очень тугоплавкий и относительно недорогой металл. Из вольфрама делают тончайшую проволоку, которую для уменьшения размера нити накала закручивают в спираль. Иногда эту спираль для увеличения мощности лампы закручивают в спираль второго уровня. Лампы, в которых установлена такая двойная спираль, называют биспиральными.

Вольфрамовая спираль крепится внутри колбы крючками – держателями, изготовленными из молибдена. Концы спирали припаиваются к электродам, которые выводятся на цоколь лампы.

Стеклянная колба герметично запаивается. Перед запаиванием из колбы полностью откачивается воздух. Делается это для того, чтобы продлить срок службы нити накаливания, так как в воздушной среде вольфрам очень быстро окисляется, в результате чего нить разрушается и лампа перегорает. В лампах малой мощности в колбах создается вакуум, в более мощных лампах колбы заполняют инертным газом (в дешевых моделях смесью аргона с азотом, в дорогих — ксеноном или криптоном). О потребляемой мощности электрических ламп читайте в нашей статье Сколько потребляет лампочка.

Читайте так же:
Внутренний выключатель с лампочкой

На запаянный конец колбы крепится оцинкованный цоколь с резьбой, к нему припаиваются выводы электродов, на хвостик цоколя наносится керамическая изоляция.

Лампу ввинчивают в патрон, к которому подведен электрический ток. После того, как электричество будет подключено, ток пойдет по вольфрамовой спирали, спираль моментально разогреется и лампочка засветится. Часть потребляемой энергии лампочка преобразует в видимое человеческим глазом излучение, другая, большая часть рассеется в виде тепла.

По такому же принципу работают галогенные лампы. Единственное их отличие от обычных ламп накаливания состоит в том, что в инертный газ, наполняющий колбу, добавлены галогены — фтор, хлор, бром или йод, которые частично регенерируют нить накаливания, продлевая тем самым срок службы лампы.

Горит ли лампа накаливания от постоянного тока

Лампа накаливания — осветительный прибор, искусственный источник света. Свет испускается нагретой металлической спиралью при протекании через неё электрического тока.

Принцип действия

В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока. Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить излучает электромагнитное излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 6000 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение.

Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводности и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. Идеальная температура в 6000 K недостижима, т. к. при такой температуре любой материал плавится, разрушается и перестаёт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C).

При практически достижимых температурах излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «желто-красным», чем дневной свет. Для характеристики качества света используется т. н. цветовая температура.

В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом (обычно аргоном). Первые лампочки делались с вакуумированными колбами. Однако в вакууме при высоких температурах вольфрам быстро испаряется, делая нить тоньше и затемняя стеклянную колбу при осаждении на ней. Позднее колбы стали заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы сейчас используют только для ламп малой мощности.

Читайте так же:
Выключатель с регулятором яркости какие лампочки подойдут

Конструкция

Лампа накаливания состоит из цоколя, контактных проводников, нити накала, предохранителя и стеклянной колбы, ограждающей нить накала от окружающей среды.

Колба

Стеклянная колба защищает нить от сгорания в окружающем воздухе. Размеры колбы определяются скоростью осаждения материала нити. Для ламп большей мощности требуются колбы большего размера, для того чтобы осаждаемый материал нити распределялся на большую площадь и не оказывал сильного влияния на прозрачность.

Буферный газ

Колбы первых ламп были вакуумированы. Современные лампы заполняются буферным газом (кроме ламп малой мощности, которые делают вакуумными). Это уменьшает скорость испарения материала нити. Возникающие при этом, за счёт теплопроводности, потери тепла, уменьшают путём выбора газа по возможности с наиболее тяжелыми молекулами. Смеси азота с аргоном являются принятым компромиссом в смысле уменьшения себестоимости. Более дорогие лампы содержат криптон или ксенон (атомные веса: азот: 28,0134 г/моль; аргон: 39,948 г/моль; криптон: 83,798 г/моль; ксенон: 131,293 г/моль)

Нить накала

Нить накала в первых лампочках делалась из угля (точка сублимации 3559 °C). В современных лампочках применяются почти исключительно спирали из осмиево-вольфрамового сплава. Провод часто имеет вид двойной спирали, с целью уменьшения конвекции за счёт уменьшения ленгмюровского слоя.

Лампы изготавливают для различных рабочих напряжений. Сила тока определяется по закону Ома (I = U / R) и мощность по формуле P=Ucdot I, или P = U2 / R. При мощности 60 Вт и рабочем напряжении 230 В через лампочку должен протекать ток 0,26 А, т. е. сопротивление нити накала должно составлять 882 Ома. Т. к. металлы имеют малое удельное сопротивление, для достижения такого сопротивления необходим длинный и тонкий провод. Толщина провода в обычных лампочках составляет

Т. к. при включении нить накала находится при комнатной температуре, её сопротивление много меньше рабочего сопротивления. Поэтому при включении протекает очень большой ток (в два-три раза больше рабочего тока). По мере нагревания нити её сопротивление увеличивается и ток уменьшается. В отличие от современных ламп, ранние лампы накаливания с угольными нитями при включении работали по обратному принципу — при нагревании их сопротивление уменьшалось, и свечение медленно нарастало.

В мигающих лампочках последовательно с нитью накала встраивается биметаллический переключатель. За счёт этого такие лампочки самостоятельно работают в мигающем режиме.

Цоколь

Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Томасом Альвой Эдисоном. Размеры цоколей стандартизированы.

Предохранитель

Плавкий предохранитель (отрезок тонкой проволоки) расположен в цоколе лампы накаливания, предназначен для предотвращения возникновения электрической дуги в момент перегорания лампы. Для бытовых ламп с номинальным напряжением 220 В такие предохранители обычно рассчитаны на ток 7 А.

КПД и долговечность

Почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Для человеческого глаза, однако доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне, и воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400 K своего максимального значения 15 %. При практически достижимых температурах в 2700 K КПД составляет 5 %.

Читайте так же:
Замена лампочек выключателя 2114

С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400 K всего лишь несколько часов. При увеличении напряжения на 20 %, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим уменьшается время жизни на 95 %.

Уменьшение напряжения в два раза (напр. при последовательном включении) хотя и уменьшает КПД, но зато увеличивает время жизни почти в тысячу раз. Этим эффектом часто пользуются, когда надо обеспечить надежное дежурное освещение без особых требований к яркости, например, на лестничных площадках.

Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы, и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя.

Галогенные лампы

Добавление в буферный газ галогенов брома или йода повышает время жизни лампы При этом рабочая температура составляет примернно 3000 К. Эффективность галогенных ламп достигает 28 лм/Вт.

Иод (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама. Этот процесс является обратимым — при высоких температурах соединение распадается на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё.

Добавление галогенов предотвращает осаждение вольфрама на стекле, при условии, что температура стекла больше 250 °C. По причине отсутствия почернения колбы, галогенные лампы можно изготавливать в очень компактном виде. Маленький объём колбы позволяет, с одной стороны, использовать большее рабочее давление (что опять же ведёт к уменьшению скорости испарения нити) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять колбу тяжелыми инертными газами, что ведёт к уменьшению потерь энергии за счёт теплопроводности. Всё это удлиняет время жизни галогенных ламп и повышает их эффективность.

Ввиду высокой температуры колбы любые загрязнения поверхности (например, отпечатки пальцев) быстро сгорают в процессе работы, оставляя почернения. Это ведёт к локальным повышениям температуры колбы, которые могут послужить причиной её разрушения. Также температуры, колбы изготавливаются из кварца.

Новым направлением развития ламп является т. н. IRC-галогенные лампы (сокращение IRC обозначает «инфракрасное покрытие»). На колбы таких ламп наносится специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к спирали. За счёт этого уменьшаются потери тепла и, как следствие, увеличивается эффективность лампы. По данным фирмы OSRAM, потребление энергии снижается на 45 %, а время жизни удваивается (по сравнению с обычной галогенной лампой).

Хотя IRC-галогенные лампы не достигают эффективности ламп дневного света, их преимущество состоит в том, что они могут использоваться как прямая замена обычных галогенных ламп.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector