Основные характеристики ламп накаливания

Цоколь

Тело накала лампы

Тело накала ЛН выполняется из наиболее тугоплавкого металла – вольфрама, температура плавления которого равна 3653 К. Чем короче и компактнее тело накала и чем больше его диаметр, тем на большую температуру нагрева оно рассчитано, и тем экономичнее будет лампа.

Для увеличения компактности чаще используется спиральное (моноспираль) или биспиральное (двойная спираль) тело накала. Для ЛН, работающих при воздействии вибрации (транспортные системы), используется прямолинейное тело накала.

Сопротивления спирали ЛН в холодном и разогретом (рабочем) состоянии существенно различаются. Так, у ЛН мощностью 100 Вт они соответственно равны 40 и 490 Ом. Соответственно меняются и токи, протекающие через лампу. Можно считать, что пусковой ток ЛН примерно в 12,5 раз превышает ток рабочего режима. Это приводит к тому, что вероятность отказа ЛН в момент включения резко возрастает.

Наибольшее распространение имеет разработанный Эдисоном (буква Е в обозначении) резьбовой цоколь разного диаметра (Е27 – для ЛН мощностью 25…200 Вт, Е40 – «голиаф» – для ЛН мощностью более 200 Вт, Е14 – миньон» – для маломощных ЛН).

Штифтовой цоколь используется в транспортных системах, так как не позволяет лампе выкручиваться из патрона.

Фокусирующий цоколь, позволяющий устанавливать лампу в строго определенном положении, применяется в оптических системах.

Электрические характеристики

1. Номинальное напряжение U_н ЛН общего освещения, как правило, равно 220 В. Напряжение 127 В используется намного реже, так как основной системой напряжений в настоящее время является 380/220 В. Для местного и переносного освещения используются ЛН с номинальным напряжением 36, 12, 6 В.

Так как продолжительность горения ЛН резко снижается при повышении подводимого напряжения, выпускаются ЛН, предназначенные для работы в сетях с повышенным напряжением. Для них указывается диапазон рекомендуемых напряжений: 215…225 В, 220…230 В, 230…240 В, 125…135 В. У этих ламп продолжительность горения при напряжении, совпадающем с серединой диапазона (его называют расчетным), равна продолжительности горения обычной лампы при напряжении 220 В. При напряжении, совпадающем с левой границей диапазона, продолжительность горения этих ЛН возрастает в 2,5…3,5 раза, но уменьшается их мощность, световой поток (примерно на 25%) и световая отдача. Лампы с более высокой правой границей номинального напряжения рекомендуется использовать при повышенном (по сравнению с номинальным) напряжении сети. Их же целесообразно применять с целью продления периода горения ламп в сетях с номинальным напряжением, особенно при невысоких значениях требуемой освещенности.

2. Номинальная мощность Р_н ЛН меняется в широком диапазоне от долей ватта до 20 кВт, так как принципиальных препятствий для изготовления ЛН любой мощности нет. Так как изготовить ЛН в полном соответствии с указанной для них номинальной мощностью трудно, допускается отклонение фактической мощности от номинальной на ± 10 %.

Светотехнические характеристики

1. Номинальный световой поток Ф _н указывается в справочниках. По мере эксплуатации ЛН он постепенно уменьшается из-за испарения вольфрама с тела накала, которое приводит к уменьшению мощности лампы и загрязнению колбы. Через 750 ч горения ЛН её световой поток уменьшается в среднем на 15 %.

2. Максимальная сила света I_МАК задается для ЛН относительно редко – в основном для ЛН, работающих в однотипных оптических системах, например для автомобильных ЛН. В большинстве случаев максимальная сила света светильника определяется его кривой силы света и может существенно отличаться от максимальной силы света ЛН.

3. Цветовая температура

В излучениях видимого спектра ЛН преобладают оранжево-красные лучи, которые усиливают «тёплые» цветовые тона (коричневые, оранжевые, красные) и ослабляют «холодные» (фиолетовые, голубые, зелёные), что не может обеспечить хорошей цветопередачи. Цветовая температура ЛН лежит в пределах 2500…2700 К.

Экономические и эксплуатационные характеристики

1. Номинальная световая отдача (лм/Вт) – световой поток с единицы мощности – это важнейшая экономическая характеристика ИС, по своему смыслу аналогичная КПД. Поэтому и обозначается она большой греческой буквой эта – Н (маленькая эта – η):

Н_Н = Ф_Н/Р_Н.

Световая отдача тепловых излучателей даже теоретически не может быть больше 89,5 лм/Вт. Для ЛН общего применения световая отдача составляет от 8 до 20 лм/Вт и зависит от температуры нагрева тела накала (рис. 28).

В большей мере тело накала разогрето в газонаполненных ЛН, где испарение вольфрама затруднено. В ЛН с меньшим номинальным напряжениеми с большей номинальной мощностью, тело накала короче, компактнее и имеет больший диаметр. Поэтому оно рассчитано на большую температуру нагрева. Световая отдача лампы накаливания возрастает с уменьшением номинального напряженияи с увеличением номинальной мощности.

Так, световая отдача ЛН мощностью 15 Вт с номинальным напряжени­ем 220 В (В220-15) равна 8 лм/Вт, а у
Г127-1000 – 20 лм/Вт.

2. Продолжительность горения τ – продолжительность реального использования лампы, т.е. её ресурс (в отличие от срока службы – календарной продолжительности от начала применения до выхода из строя).

Полная продолжительность горения – продолжительность горения одной отдельно рассматриваемой лампы резко отличается для разных ЛН и не может служить характеристикой долговечности ИС в целом.

Средняя продолжительность горения τ_СР – определяется для партии ламп. За среднюю продолжительность горения принимают (рис. 29) полную продолжительность горения той лампы из испытываемой партии, для которой число перегоревших ламп до нее и после нее одинаково. Так, если испытывается 101 лампа, то это полная продолжительность горения 51-й по счёту перегоревшей лампы. Если испытывается 100 ламп – то средняя продолжительность горения партии равна среднему арифметическому значению между полными продолжительностями горения 50-й и 51-й пе­ре­го­рев­ших ламп.

Средняя продолжительность горения ЛН общего применения составляет 1000 ч при расчётном напряжении.

Гарантийная продолжительность горения ЛН общего применения равна 700 ч.

Полезная продолжительность горения – продолжительность горения, в течение которого световой поток упадет не более чем на 30 %. Для ЛН полезная продолжительность горения обычно равна средней, так как среднее значение светового потока за весь период эксплуатации составляет 0,87...0,95 от номинального.

Зависимость характеристик ЛН от напряжения сети весьма существенна.

Повышение подводимого к ЛН напряжения увеличивает её световой поток, мощность и световую отдачу и резко снижает продолжительность горения (рис. 30).

Эти зависимости могут быть представлены в виде следующих эмпирических фор­мул:

P/P_Н = (U/U_Н)^1,58;

H/H_Н = (U/U_Н)^2,03;

Ф/Ф_Н = (U/U_Н)^3,61;

τ/τ_Н=(U/U_Н)^{–(11,2÷14,8)} .

Если напряжение в сети возрастёт на 3 %, продолжитель­ность горения ЛН составит 60 % от номинальной. Если напряжение сети снизится на 10 %, на 30 % упадёт световой поток ЛН.