Лампата с нажежаема жичка, наричана по-долу LN, е източник на изкуствена светлина, при който светлинният поток се получава чрез нагряване на тънка метална нишка до температурата на сиянието на нажежен метал. За нагряване през нажежаемата жичка преминава електрически ток. Първите лампи имаха нишка от овъглена органична материя, като бамбук, под формата на влакно.

За да се предотврати бързото изгаряне на конеца, от колбата се изпомпва въздух и се запечатва. Или напълниха колбата с газов състав, в който няма окислител - кислород. Такива газове се наричат инертни - аргон, неон, хелий, азот и пр. Тези газове са наречени така, защото не реагират с метали, т.е. инертен.

Описание и принцип на работа на електрическата крушка

лампа с въглеродна нажежаема жичка

Първите лампи с въглеродна нишка имаше работен ресурс от не повече от дузина часа. Той беше значително увеличен след смяната на въглеродната нишка с тънка метална тел.

Такава светлина се наричаше лампа с нажежаема жичка, т.е. гореща метална светлина. И нишката се наричаше нишка. Например стоманата, нагрята до 1200°C, свети жълто-бяло, докато при 1300°C свети почти бяло.

В края на 19 век въглеродната нишка, която бързо изгаря, е заменена от огнеупорни метали - волфрам, молибден, осмий или метални оксиди - цирконий, магнезий, итрий и др.

Чрез напълване на колбата с инертни газове скоростта на изпаряване на метала от горещата нишка се намалява и следователно се увеличава продължителността на нейната работа.

При висока мощност нишките се правят в "разклонена" форма. Проекционните източници на светлина за създаване на насочен поток имат нишка със сложна конфигурация, образуваща плоска структура, перпендикулярна на оста на излъчване. В този случай вътре в крушката се поставя светлоотражател, например под формата на тънък слой напръскан метал - сребро или алуминий.

Лампа с нажежаема жичка с общо предназначение - LON, в колба "круша". Права къса нишка под формата на спирала показва малко работно напрежение - 12, 24 или 48-50 V и мощност не по-висока от 10-20 вата.

За захранване на лампата директно от съществуващата по това време мрежа, която имаше постоянно напрежение от 110 V, беше необходима дълга и тънка метална нишка. Това осигурява повишено съпротивление, което означава, че е необходим по-малко ток за отопление.

За плътно „опаковане“ в малък обем от прозрачна стъклена колба, нишката многократно се огъва и се поставя върху държачи за тел.

Дълга нишка "сгъната" няколко пъти в модерна лампа на Едисон.

Друга модерна лампа на Едисон. Успоредните участъци на нишката са ясно видими.

Такова огъване на нишката усложни дизайна на първите източници на светлина, които работеха много по-дълго от "въглищните". Пробив в развитието на дизайна на крушки с нажежаема жичка беше предложението за усукване на нишката в спирала. Това намали размерите му няколко пъти.

Още по-малък размер на тялото с нажежаема жичка се получава чрез сгъване на тънка спирала във втора спирала, но с по-голям диаметър. Двойната спирала се нарича биспирала.

Двуспиралната спирала е увеличена 10-20 пъти. Вижда се, че е въведен и нагънат в бримка от телена армировка, опъвайки нишката върху тънки щифтове.

Следващият етап в развитието на източниците на светлина беше преминаването към AC мрежи и използването на трансформатор за намаляване на захранващото напрежение на лампите.

Основните части на лампа с нажежаема жичка

Основните конструктивни елементи на лампата с нажежаема жичка включват:

нишка или тяло на нишка;
фитинги за закрепване на конеца;
колба за защита на конеца от бързо изгаряне и външни влияния;
основа за монтаж в патрон и свързване към електрическата мрежа;
цокални контакти - тяло с резба и централен контакт в долната част на цокъла.

Съставни елементи

Арматурата е предназначена за закрепване на резбата и създаване на необходимата конфигурация и посока на светлинния поток.

Основата е необходима за фиксиране в монтажния патрон и свързване към колбата. При модернизирани лампи, аналози на лампи с нажежаема жичка, част от захранващото устройство се поставя в основата.

цокъл

На халогенни лампи с нажежаема жичка, в зависимост от захранващото напрежение, мощността и конструкцията на колбата се монтират няколко вида цокъл - резбовани, щифтови, щик, щифт и др.

Системата от контакти на цокъла е необходима за свързване към електрическата мрежа или захранването.

Разновидности на цокли.

Колба

Прозрачната колба LN се използва за:

защита на нишката от външната атмосфера, съдържаща окислител - кислород;
създаване и поддържане на вакуум или газова композиция;
поставяне на люминофор и/или покрития, които преобразуват различни видове електромагнитна енергия във видимо излъчване, връщане на топлина към нажежаемата жичка, превръщане на невидимото UV и IR лъчение в светлина, коригиране на нюанса на светенето на лампата - червено, зелено, синьо.

Тяло с нажежаема жичка

Тялото с нажежаема жичка е нишка, навита на спирала или биспирала или тънка метална лента.

Структурен изглед на нишката

Газова среда

Инертни газове, които запълват крушката на лампа, например азот, аргон, неон, хелий. В смес от инертни газове се добавят халогенни вещества.

Как работи LN и как работи

Устройството на крушката с нажежаема жичка се е променило малко по време на своето развитие. Основният елемент, работещ на принципа на светенето на вещество с нажежаема жичка, е нишка или тяло с нажежаема жичка. Това е тънка волфрамова тел с диаметър 30-40, максимум 50 микрона или микрометра (милионни части от метъра).

Цветовете с нажежаема жичка започват от червено и с повишаване на температурата преминават през оранжево, жълто до бяло. При по-нататъшно повишаване на температурата металът на тялото с нажежаема жичка първо се топи, а след това, в присъствието на кислород, изгаря.

Прочетете също

Проверка на електрическа крушка с тестер

Видео урок: Как работят съвременните електрически крушки

Студената волфрамова нишка има ниско съпротивление. Волфрамът, както повечето метали, има положителен температурен коефициент на съпротивление TCR.Това означава, че в процеса на нагряване на нишката с електрически ток нейното съпротивление се увеличава.

Преди да се включи лампата, нишката е студена и има малко съпротивление. Следователно в момента на включване се подава ток 10-15 пъти повече от номиналния. Този скок се нарича старт. И често е той причина за изгаряне тела с нажежаема жичка.

Отнема част от секундата, за да загрее конеца. През това време устойчивостта му се увеличава. Първоначално голям ток, преминаващ през лампата, когато газът, крушката и всички конструктивни елементи се затоплят, намалява до номиналната стойност. Така източникът на светлина влиза в определения режим и произвежда паспортен светлинен поток. Оттенъкът на сиянието също става номинален, т.е. съответстваща на цветова температура от 2000 до 3500 К. Нарича се топло бяло и има няколко градации на цветовата температура с оригинални имена и съкращения в посочения диапазон. Например:

супер топло бяло - 2200-2400 K, обозначено S-Warm или S-W, също е много топло бяло или Warm 2400;
топло - 2600-2800 K или Warm 2700;
топло бяло - 2700-3500 K или Warm White (WW);
друг топъл е 2900-3100 K или Warm 3000 (W).

Температура на отделните елементи на лампата

Външната повърхност на крушката LON зависи от мощността на лампата и може да се нагрява до 250-300℃ или повече.

Нишката се нагрява до 2000-2800℃, при точка на топене на волфрама 3410°C.

В някои дизайни нишката е направена от осмий с точка на топене 3045 ℃ или рений - 2174. Така спектърът на излъчване на LN се измества към червената зона на видимия спектър.

Прочетете също

Крушките избухнаха в полилея - 6 причини и решение

Какъв газ има в крушката

При първите лампи въздухът беше изпомпван от колбата.Сега се евакуират само електрически крушки с ниска мощност, не повече от 25 вата (изпомпва се въздух).

По време на работа на волфрамов проводник, нагрят до 2-3 хиляди градуса, металът интензивно се изпарява от повърхността му. Неговите пари се утаяват от вътрешната страна на крушката и намаляват нейната пропускливост на светлина.

Проучванията, проведени в началото на миналия век, показват, че ако колбата се напълни с инертен газ, изпарението ще намалее и светлинната мощност ще се увеличи. Поради това колбите започнаха да се пълнят с един от инертните газове или тяхната смес. Най-често това са аргон, азот, ксенон, криптон, хелий и т. н. Хелият се използва за ефективно пасивно охлаждане на вътрешните елементи на нов тип LED модернизирани лампи.

Този експеримент строго не се препоръчва да се провежда у дома.

Основният им светлинен елемент е тънка пръчка от изкуствен сапфир или стъкло, върху която са разположени LED кристали. Такъв емитер се нарича нишка. Някои "експерти" объркаха същността нажежаеми лампи и ги нарече "лампи със сапфирени светлинни излъчватели". Въпреки че изкуственият сапфир в тези лампи се използва само като монтажна основа и пасивен радиатор за LED кристали.

Неизправността на LN в повечето случаи е свързана не с изпаряването на метала от повърхността на тялото с нажежаема жичка, а с ускоряването на този процес в зоните на нарушение на дебелината на нишката. Това се случва в зоната на рязко прегъване на жицата или нейното счупване. На това място съпротивлението му локално се увеличава, напрежението, разсейването на мощността и температурата на метала се увеличават. Изпарението се ускорява, превръща се в лавина, конецът бързо намалява дебелината си и изгаря.

Този проблем е решен в края на 50-те и началото на 60-те години на миналия век чрез стартиране на масовото производство на халогенни лампи с нажежаема жичка.

Халогените - хлор, бром, флуор или йод - започнаха да се въвеждат в състава на инертен газ или смес. В резултат на това процесът на изпаряване на метала спира напълно или се забавя значително. Атомите на тези добавки свързват волфрамовите пари, образувайки молекули на нестабилни съединения. Те се установяват на повърхността на тялото с нажежаема жичка. Под действието на висока температура молекулите се разлагат и отделят халогенни атоми и чист метал, който се утаява върху горещата повърхност на нишката и частично възстановява изпарения слой.

Този процес се засилва чрез увеличаване на налягането. Това увеличава температурата на нажежаемата жичка, експлоатационния живот, светлинната мощност, ефективността и други характеристики. Спектърът на излъчване се измества към бялата страна. При пълни с газ лампи потъмняването на повърхността на крушката отвътре от волфрамови пари се забавя. Такива източници на светлина се наричат халогенни.

Прочетете също

Принципът на работа и характеристиките на LED лампата

Електрически параметри

Електрическите характеристики на лампите с нажежаема жичка включват:

електрическа мощност, измерена във ватове - W, гамата от произведени модели - от няколко вата (крушка за фенер - 1 W) до 500 и дори 1000 W;
светлинният поток, Lm (лумен), е свързан с мощността - от 20 Lm при 5 W до 2500 Lm при 200 W, при по-висока мощност светлинният поток е по-висок;
светлинна ефективност, енергийна ефективност или ефективност, Lm / W - колко лумена светлина под формата на светлинен поток дава всеки ват мощност, консумирана от мрежата или от източник на енергия;
интензитет или яркост на светлината, cd (кандела);
цветова температура - температурата на условно черно тяло, което излъчва светлина с определен нюанс.

Условни цветови температури и оттенък на цвета на сиянието.

Предназначението на електрическата лампа

Електрическите лампи могат да се разделят на няколко вида според тяхното приложение – за обществено, техническо и специално предназначение.

Основната обществена употреба е да се осигури изкуствена светлина на всеки човек, животни и птици през нощта или на тъмно място в помещение.

Използвайки светлина, хората удължават ежедневната си дейност с няколко часа. Това могат да бъдат работни и учебни процеси, домакинска работа. Подобрява се пътната безопасност, възможността за оказване на медицинска помощ вечер и през нощта и много други.

Лампите се използват активно в животновъдни ферми и птицеферми, за отглеждане растения в оранжерийни комплекси. Те са осветени със светлина с определен спектър и големината на светлинния поток. За отглеждане на риби е необходима и светлина със специален спектрален състав.

Реализирано отопление за домашни любимци.

техническа цел. В производството за технологични цели се използват устройства, които дават видима и невидима светлина. Примери:

за точна и важна работа човек се нуждае от високо ниво на осветеност на работното място;
IR - инфрачервеното лъчение се използва в промишлеността, например за безконтактно нагряване на конструктивни части или в климатичната технология за отопление на човек, работещ на открито, мразовит въздух, във военно оборудване и лов - нощни мерници за оръжия, устройства за нощно виждане и др. ;
UV- радиацията се използва в стоматологията за бързо втвърдяване на пломби, при производството на протези и др., в медицината и санитарията - за дезинфекция на помещения, инструменти, дрехи, мебелни повърхности, въздух, вода, лекарства и др.

Лампите със специално предназначение се използват във външна и вътрешна светеща реклама, криминалистика, авиация и космонавтика, светлинен съпровод на шоу представления и много други.

Основни видове и характеристики

Основните видове лампи с нажежаема жичка са:

Лампи с общо предназначение. Означава се с абревиатурата LON. Обикновено това са устройства с мощност 25, 40, 60, 75 и 100 вата. Най-често срещаният - 60 вата. Но индустриално произведен LON с капацитет от 150, 200, 500 и дори 1000 вата.
Халогенни лампи с нажежаема жичка. Произвежда се за работа от мрежа с високо напрежение 220 или 110 V и от мрежа с ниско напрежение. В този случай те се захранват от понижаващ трансформатор.

Лампа с нажежаема жичка с ниско напрежение

Разновидности на халогенни LN с ниско напрежение:

капсула, има формата на изцяло стъклени тръби с различни цокъли - краен щифт GY6.35 или G4;
рефлекс, с отразяващ елемент, с диаметър от 35 до 111 мм, основа GZ10 с опции.

Високо напрежение. Главно напрежение 220-230 V, 50 Hz. Тези лампи имат повече опции:

линеен под формата на стъклена тръба с цокъл R7S;
цилиндрични - цокъли E27, E14 или B15D;
с дистанционно или допълнителна колба.

В последния модел халогенна лампа-капсула или тръба с малък размер е здраво монтирана вътре в лампата. Той е заварен към централния прът на конвенционална LON крушка, има гъвкави проводници, свързани към стандартна основа Edison E27 или E14. С консумация на енергия от 70-100 W, той осигурява светлинен поток с 20-30% повече от обикновената лампа с нажежаема жичка.

Тези модели имат по-висока енергийна ефективност, достигаща 12-25 lm/W, докато конвенционалните LON имат светлинна мощност от 3-4 до 10-12 lm/W.

Срокът на експлоатация на халогенните модели варира от 4-5 до 10-12 хиляди часа.

Разделяне на лампите по предназначение и дизайн

Класификация на лампите с нажежаема жичка по предназначение.

декоративни лампи

През последните години се появиха ретро лампи, които имитират винтидж Edison LN.

Освен това те имитират „свещ”, „свещ на вятъра”, „бум”, „круша”, „топка” и т.н. във формата на крушка.

Лампи Едисон - с цветна температура 2000 К, с нажежаема жичка с различна форма, с различни колби.

Огледален

Огледалните лампи имат част от крушката, покрита отвътре с отразяващ слой. Най-често това е покритие от метал - сребро, алуминий, злато и др. Този слой може да бъде тънък, полупрозрачен или дебел, непрозрачен.

Огледална инфрачервена лампа.

Огледалните конструкции се използват в производството за абсолютно чист процес на нагряване, например при производството на полупроводници с най-висока чистота на материалите. В този случай недостатъкът на лампите с нажежаема жичка - голям поток от инфрачервено лъчение - се превръща в тяхно ненадминато предимство.

Такива лампи се използват в лампи с тесен въртящ се светлинен лъч.

Прочетете също

Характеристики на газоразрядните лампи

Сигнал

Сигналните лампи са мигащи източници на светлина. Обикновено под формата на мигащи маяци, например на служебни автомобили, на самолети и хеликоптери, за предаване на светлинни съобщения във флота и др. Те имат тънка нишка, която осигурява бърз набор от яркост.

Транспорт

Този тип лампи са предназначени за използване в различни видове транспорт - автомобили, железопътни и подлези, речни и морски плавателни съдове. Основното изискване за тях е устойчивост на вибрации и удари. За да направите това, нишката е направена къса и монтирана върху множество поддържащи елементи.Основите на такива лампи са щик Swan, щифт или софит. Те не позволяват на устройството да излезе и да изпадне от патрона.

Транспортни лампи с щифтова основа.

Транспортни, автомобилни лампи с различни видове цокъл: д), е), ж) - с щифт, з) с софит.

Илюминации

От името става ясно, че лампите се използват за осветление. Затова колбите им са изработени от стъкло с различни цветове – синьо, зелено, жълто, червено и т.н.

Лампи за осветление в различни цветове с резба E27 Edison.

двойна нишка

Схемата на такава лампа с нажежаема жичка: в една крушка има две отделни нишки с нажежаема жичка. Например, в автомобилен фар, лампа с две нишки се използва по следния начин:

при подаване на напрежение към една нишка, късата светлина се включва - светлинният поток се „притиска“ към пътното платно и лъчът се простира на няколко десетки метра;
след преминаване към втората нишка светлината се издига и нейният обхват може да достигне стотици метри, а потокът ще бъде много по-голям.

Такива лампи могат да бъдат в задната светлина. Първата нишка е за странични светлини, втората е за стоп-светлина.

В светофарите лампите с двойна нишка повишават тяхната надеждност. Дублирането позволява на устройството да работи или с една нишка, или да включи втора, след като първата изгори. И, например, в железниците надеждността на сигнализацията е гаранция за безопасност на транспорта.

Общо, местно предназначение

Лампи за различни цели.

Горен ред, отляво надясно - лампа с основа E14 - за полилеи, аплици и малки лампи; с база Е27 - общо предназначение; зелено, червено, жълто - осветяващо.

Долен ред: син - медицинска цел за процедури; огледало с рефлектор - за фотографски работи или специално осветление, с виолетово стъкло, две външни - декоративни с крушка „свещ” и цокъл Е27 и Е14.

Прочетете също

Кое е по-добре - LED или енергоспестяваща лампа

Предимства и недостатъци

Предимства на лампите с нажежаема жичка:

ниска цена - прости и евтини материали, дизайн и технология са разработени от десетилетия, масово автоматизирано производство;
сравнително малък размер;
скокове в напрежението в мрежата не причиняват незабавна повреда;
стартиране, както и рестартиране - моментално;
при захранване от променлив ток с честота 50-60 Hz, пулсациите на яркостта са едва забележими;
яркостта на сиянието се регулира от димери;
радиационният спектър е непрекъснат и познат на окото – подобен на слънцето;
почти пълна повторяемост на характеристиките на лампите от различни производители;
индекс на цветопредаване Ra или CRI - качеството на възпроизвеждане на цветовите нюанси на осветени обекти - е 100, което напълно съответства на слънчевия индикатор;
малките размери на компактната нишка дават ясни сенки;
висока надеждност в условия на тежка слана и топлина;
дизайнът позволява масово производство на модели с работни напрежения от фракции до стотици волта;
захранване от променливо или постоянно напрежение при липса на пускови устройства;
активната природа на съпротивлението на нажежаемата жичка осигурява коефициент на мощност (косинус φ), равен на 1;
безразличен към радиация, електромагнитен импулс, смущения;
в радиацията практически няма UV компонент;
осигурена е редовна работа с често включване/изключване на светлина и много други.

Недостатъците включват:

номинален експлоатационен живот на LON - 1000 часа, за халогенни лампи с нажежаема жичка - от 3 до 5-6 хиляди, за луминесцентен - до 10-50 хиляди, за LED - 30-150 хиляди часа или повече;
стъклото на крушката и тънката нажежаема жичка са чувствителни към удари, вибрациите могат да причинят резонанси при определени честоти;
висока зависимост на енергийната ефективност и експлоатационния живот от захранващото напрежение;
Ефективността на преобразуването на електричеството във видима светлина не надвишава 3-4%, но се увеличава с увеличаване на мощността;
температурата на повърхността на колбата зависи от мощността и е: за 100 W - 290 ° C, за 200 W - 330 ° C, 25 W - 100 ° C;
когато е включен, токът преди загряване на нажежаемата жичка може да бъде десет пъти по-висок от номиналната стойност;
патроните на лампите и фитингите на телата трябва да са топлоустойчиви.

Как да увеличите живота на лампата

Има много начини за увеличаване на експлоатационния живот. Най-използван:

ограничаване на пусковия ток чрез включване на термистор последователно с лампата, чието високо съпротивление намалява при нагряване от пусковия ток;
мек старт с ръчно управление на яркостта чрез тиристор или триак димер;
мощност на лампата чрез мощен изправителен диод, т.е. изправени половинки на напрежението на синусоидата;
серийно свързване на лампи по двойки в многолампови тела, например в полилеи.

Съвременната индустрия произвежда голям брой различни видове лампи с нажежаема жичка с широк диапазон от работни напрежения и мощности, с различни нюанси на блясък, конфигурации на крушки и цокъл. Тази гама позволява избирам подходящата лампа за всяка употреба.