Применение галогенных ламп
Знакомство: особенности галогенных ламп, вольф- рамо-галогенный цикл, применение, система обозначений, устройство и принцип действия.
Галогенные лампы сетевого напряжения и низковольтные.
Подключение галогенных светильников.
Особенности галогенных ламп
Галогенные лампы накаливания по структуре и принципу действия сравнимы с лампами накаливания. Но они содержат в газе-наполнителе незначительные добавки галогенов (бром, хлор, фтор, йод) или их комбинации. С помощью этих добавок возможно в определенном температурном интервале практически полностью устранить потемнение колбы (вызванное испарением атомов вольфрама) и обусловленное этим уменьшение светового потока.
Поэтому размер колбы в галогенных лампах накаливания может быть сильно уменьшен, вследствие чего, с одной стороны, можно повысить давление в газе-наполнителе, и, с другой стороны, становится возможным применение дорогих инертных газов (криптон и ксенон) в качестве газов-наполнителей.
Современные галогенные лампы имеют ряд существенных преимуществ:
» неизменно яркий свет в течение всего срока службы;
. красивый, сочный свет, обеспечивающий великолепную цветопередачу и возможность создания привлекательных световых эффектов;
« больше света при такой же мощности благодаря более высокой световой отдаче, а следовательно, и повышенная экономичность;
» увеличенный вдвое срок службы по сравнению с лампами накаливания;
. уменьшенные размеры.
Вольфрамо-галогенный цикл
Существенные характеристики лампы накаливания— световая отдача и срок службы — в основном определяются температурой спирали: чем выше температура спирали, тем выше световая отдача, но тем короче срок службы.
Сокращение срока службы является последствием быстро растущей при повышении температуры скорости испарения вольфрама, которая приводит, с одной стороны, к потемнению колбы, а с другой — к перегоранию спирали.
Потемнение колбы можно эффективно предотвратить с помощью галогенной добавки к газу-наполнителю, которая в процессе вольфрамо-галогенного цикла (рис, 5.1) не дает уже испаренному вольфраму осесть на стенках колбы. Испаренный из спирали в процессе работы лампы вольфрам попадает в результате диффузии или конвекции в температурную область (Т, < 1400 К) вблизи стенки колбы, где образует стабильное вольфрамо-галогенное соединение. Вместе с тепловым потоком эти соединения снова перемещаются в зону горячей спирали (Т2 > 1400 К) и там снова распадаются.
Рис. 5.1. Вольфрамо-галогенный цикл
Часть вольфрама снова восстанавливается на спирали, но уже на новом месте. Нормальный вольфрамо-галогенный цикл приводит лишь к предотвращению потемнения колбы, но не к увеличению срока службы, который закончится в результате разрыва спирали на возникших «горячих точках».
Так называемый «регенеративный» цикл был бы возможен с участием фтора. Но этот способ сегодня еще не разработан из-за агрессивности фтора по отношению к кварцевому и тугоплавкому стеклу, а также по причине его сопротивляемости к ныне используемым галогенам.
Галогенные лампы накаливания нового поколения с отражающим инфракрасное излучение покрытием ламповой колбы характеризуются значительным повышением световой отдачи.
Это обусловлено следующим физическим процессом. Часть энергии, которая в обычных галогенных лампах накаливания преобразовывается в невидимое инфракрасное излучение (более 60 % производительности излучения), в лампах с
покрытием частично преобразовывается снова в свет. Это становится возможным благодаря структуре покрытия, которое пропускает только видимый свет, а инфракрасное излучение по возможности полностью возвращает на спираль, где оно частично поглощается. Это вызывает повышение температуры спирали, вследствие чего подачу электроэнергии можно сократить. Световая отдача возрастает.
Применение галогенных ламп
Галогенные лампы накаливания применяются для светильников общего освещения и прожекторов, инфракрасного облучения, кинофотосъемочного и телевизионного освещения, автомобильных фар, аэродромных огней, оптических приборов и др. Миниатюрные лампы применяются в кинопроекторах, в медицинских приборах, в проекторах измерительных лабораторий, театральных световых приборах, в подводных световых приборах. Среднегабаритные лампы применяются в осветительной аппаратуре для цветных кино-, фото-, телесъемок.
Рис. 5.2. Принцип работы софитной галогенной лампы накаливания низкого напряжения с покрытием, отражающим инфракрасную составляющую
Система обозначений
Рассмотрим структуру условного обозначения галогенных ламп накаливания.
В СНГ приняты следующие обозначения галогенных ламп накаливания:
. первая буква — материал колбы (К — кварцевая);
. вторая буква — вид галогенной добавки (И — йод, Г — галоген);
. третья буква — область применения (О — облучательная) или конструктивная особенность (М — малогабаритная);
• первая группа цифр — мощность, Вт; сила света, кд; ток, А, или световой поток, лм, в зависимости от принятой маркировки для ламп соответствующего типа;
• последняя цифра — порядковый номер разработки после первой,
,-------- Буквенное обозначение (К — кварцевая, Г — галогенная,
Д — дифференциального излучения, И — с интерференционным отражателем,
К — с концентрированным телом накала, П — произвольного положения горения,
М — малогабаритная, МН — миниатюрная, Т — термоизлучатель,
О — с отогнутыми концами, Э с эллиптическим отражателем).
I—- X — номинальное напряжение или диапазон напряжений (от Б до 380 В).
І ( X отличительная особенность от базовой модели (от 1 до 6).
-Х-Х
I------------------------------------------------------ X — номинальная мощность (от 20 до 10000 Вт).
Х-Х
Конструктивные особенности
По конструктивным признакам галогенные лампы накаливания делятся на две группы: с длинным спиральным телом накала при соотношении длины ламп к диаметру более 10 — линейные или трубчатые лампы; с компактным телом накала при отношении длины тела накала к диаметру не менее 8 — эти галогенные лампы накаливания подразделяются в свою очередь на мощные и малогабаритные, в которых электроды размещены обычно с одной стороны.
Лампы для светильников общего освещения и прожекторов выпускаются преимущественно на напряжение 220 В мощностью от 1 до 20 кВт; световая отдача— 22...26 лм/Вт; срок службы — 2000 ч; лампы трубчатые, положение горения — горизонтальное.
Лампы инфракрасного облучения выпускаются на напряжения 127, 220 и 380 В мощностью от 0,5 до 5 кВт, срок службы повышенный (2500...5000 ч), так как тела накала этих ламп работают при низких температурах (2400...2700К); лампы трубчатые, положение горения — горизонтальное.
Малогабаритные галогенные лампы накаливания разного назначения выпускаются на напряжение до 30 В (преимущественно б, 12 и 24 В), мощностью 15...650 Вт; лампы имеют компактную форму тела накала. Поскольку от большинства этих ламп требуется высокая яркость, они имеют температуру тела накала 3000...3200 К и срок службы несколько десятков или сотен часов, положение горения — любое.
Устройство галогенных ламп накаливания. Колба лампы — длинная узкая кварцевая трубка; тело накала — прямолинейная вольфрамовая спираль, закрепленная на вольфрамовых держателях по оси колбы.
Расположенные по обоим концам трубки вольфрамовые вводы соединены с выводами впаянной в кварц молибденовой фольгой. Диаметр трубки-колбы и расположение тела накала в ней выбираются так, чтобы при горении галогенных ламп накаливания температура стенки была 500...600 °С (не менее 250 °С и не более 1200 °С).
Устройство и принцип действия
Тело накала галогенных ламп накаливания изготавливают из специальных марок вольфрамовой проволоки, преимущественно в виде спирали, которой в лампе с помощью электродов и держателей придается необходимая форма.
Принцип действия галогенных ламп накаливания заключается в образовании на стенке колбы летучих соединений — гало- генидов вольфрама, которые испаряются со стенки, разлагаются на теле накала и возвращают ему, таким образом, испарившиеся атомы вольфрама.
Галогенная добавка в лампах накачивания с вольфрамовым телом наката вызывает замкнутый химический цикл.
Йодо-вольфрамовый цикл препятствует осаждению вольфрама на колбе, но не обеспечивает возвращение его частиц в дефектные участки тела наката. Поэтому механизм перегорания тела накала в йодных лампах остается таким же, как и в обычных лампах накачивания.Применение йода в галогенных лампах накаливания выявило некоторые его недостатки: агрессивность по отношению к металлическим деталям, трудность дозировки, некоторое поглощение излучения в желто-зеленой области. Другие галогены (бром, хлор, фтор), будучи более агрессивными, в чистом виде не могут его заменить. В настоящее время в большинстве галогенных ламп накаливания применяют химические соединения галогенов GKLBr (бромистый метил) и СН,Вг2 (бромистый метилен).
Чистый бром выделяется в зонах с температурой выше 1500 °С. Для галогенных ламп накаливания с большим сроком службы применяют СН3Вг, полагая, что таким путем вводится некоторый избыток водорода, компенсирующий его утечку через горячую кварцевую колбу. По сегодняшний день продолжается работа по подбору новых летучих соединений галогенов.
Исследования показывают, что механизм возвратного цикла значительно сложнее, чем представлялось на ранней стадии создания галогенных ламп накаливания. Установлено, что йодо-вольфрамовый цикл не происходит в лампе, абсолютно свободной от кислорода, однако введение в галогенные лампы накаливания кислорода способствует появлению вредного для ламп водяного цикла, как и в обычных лампах накаливания.
Длинные линейные галогенные лампы накаливания имеют недостатки: их невозможно долго эксплуатировать в наклонном или вертикальном положении, так как при этом галогенные добавки и инертный газ отделяются друг от друга, и регенеративный цикл прекращается. Из-за высокой стоимости кварца и недостаточной технологичности галогенных ламп накаливания они пока еще дороги.
Галогенные лампы накаливания по сравнению с обычными лампами имеют более стабильный по времени световой поток и, следовательно, повышенный полезный срок службы, а также значительно меньшие размеры, более высокие термостойкость и механическую прочность благодаря применению кварцевой колбы.
Малые размеры и прочная ободочка позволяют наполнить лампу до высоких давлений ксеноном и получать на этой основе более высокую яркость и повышенную световую отдачу (либо повышенный фактический срок службы).Галогенный свет — от широкого рассеянного, мягкого, не дающего тени, до резко ограниченного узкого пучка— дает возможность изыскивать бесчисленное количество вариантов освещения.
Галогенные лампы, в отличие от традиционных ламп накаливания, дают свет с более высокой цветовой температурой (около 3000 К) при одинаковой способности к цветопередаче. Эти лампы более долговечны, дают больше света при одинаковой мощности и сохраняют постоянную величину светового потока в течение всего срока эксплуатации.
Яркость галогенных ламп можно регулировать, что позволяет адаптировать интенсивность света к индивидуальным
требованиям потребителя. Галогенные лампы, рассчитанные на высокие напряжения, можно эксплуатировать без трансформатора при напряжении в сети 220...240 В.
Галогенные лампы накаливания общего назначения предоставляют возможность по-новому передать всю цветовую гамму и блеск окружающего интерьера. Их свет не теряет свою яркость на протяжении всего срока службы ламп.
По показателям экономичности они превосходят стандартные лампы накаливания в два раза: галогенная лампа горит ярче и служит в два раза дольше аналогичной по мощности обычной лампы накаливания. Галогенные лампы сетевого напряжения — это превосходная альтернатива классическим лампам накаливания.
Галогенные лампы направленного света — это более мощная и экономичная альтернатива обычным зеркальным лампам.
Алюминиевый отражатель направляет вперед вместе с видимым светом и тепло. Это позволяет эффективно решать температурную проблему, возникающую при установке ламп в потолочные светильники и в светильники с закрытыми головными частями.
Для чувствительных к теплу объектов — модели с интерференционным отражателем, в которых 2/3 теплового излучения отводится назад.
Галогенный свет, благодаря своим исключительным качествам, делает цвета окружающей среды более живыми и интенсивными. Исключительные преимущества галогенных ламп низкого напряжения — компактная конструкция, высокая электробезопасность и возможность регулирования светового потока — позволяют осуществлять индивидуальный подход к решению осветительных задач с учетом личных потребностей клиента. При эксплуатации ламп, рассчитанных на низкие напряжения (6. 12 или 24 В), необходимо использовать трансформатор.
Капсульные галогенные лампы — самые компактные из галогенных ламп, изготавливаются по технике низкого давления и могут эксплуатироваться в открытых светильниках без защитного стекла. Капсульные лампы выпускаются с поперечной или продольной нитью накала. Спираль, расположенная по оси, обеспечивает оптимальное распределение светового потока. Наряду с капсульными галогенными лампами «HALOSTAR STANDARD», имеющими стандартные характеристики, предлагаются лампы «HALOSTAR STARLITE» с увеличенным до 3000 часов сроком службы и лампы 24-вольтовой серии «HALOSTAR UV-STOP 24V» со стеклом, поглощающим ультрафиолетовое излучение, а также энергосберегающее решение — лампы «HALOSTAR IRC» с увеличенной на 30 % световой отдачей.
Галогенные лампы с отражателем (направленного света) значительно расширяют сферу применения галогенных источников света.
Благодаря тому, что поверхность интерференционного отражателя покрыта специальным сдоем, пропускающим инфракрасное излучение, около бб % тепловой энергии отводится через отражатель назад. Чувствительные к теплу объекты, таким образом, не разрушаются и не портятся.
Более белый (цветовая температура света 3200 К) искрящийся свет этих ламп позволяет наиболее удачно подчеркнуть блеск и цветовые нюансы товаров в витринах. Низковольтные галогенные лампы с алюминиевым отражателем, благодаря которому тепло отводится вперед, идеальны для врезных потолочных светильников.
Низковольтные галогенные осветительные системы
Свет галогенных ламп делает цвета окружающей среды более живыми и интенсивными. Предметы из стекла, хрусталя, хрома и серебра приобретают дополнительный блеск, что придает им исключительно привлекательный внешний вид.
Разнообразие типов галогенных ламп позволяет осуществлять индивидуальный подход к решению осветительных задач с учетом не только функционального назначения помещений, но и личных потребностей клиента. Свет галогенных ламп — от широко рассеянного, мягкого, не дающего тени, до резко ограниченного узкого пучка — дает возможность изыскивать бесчисленное количество вариантов освещения.
В низковольтных галогенных системах токоведущая часть — разновидность открытой проводки. Применение таких осветительных систем позволило отказаться от прокладки скрытой проводки, сделало более универсальным и мобильным освещение.
Системами можно управлять с помощью настенных или дистанционных выключателей, диммеров, автоматики на базе Европейской инсталляционной шины (ЕГО) стандарта Х-10. Низковольтные галогенные осветительные системы достаточно дороги (300... 1500 евро), но они очень эффектны и удобны в эксплуатации. Можно выделить несколько разновидностей низковольтных систем [17, 25].
1. Светильники разъемного подключения непосредственно к трансформатору (по-английски free jack system), которые наиболее распространены. В них через самофиксирующиеся разъемы, способные выдержать вес арматуры и лампы, непосредственно к трансформатору подключаются от одного до трех светильников (или на одном шнуре и короткой шине —- до четырех). Как правило, free jack-системы используются для местного и декоративного освещения в сочетании с другими, более мощными осветительными, лампами.
2. Осветительные системы с самонесущими струнами (по- английски cable system) применяются для общего, местного, комбинированного, ориентирующего и экспозиционного света. Выбор вида ламп и арматуры необычайно широк. Провода натягиваются между двумя стенами иди потолочными консолями с помощью винтовых стяжек, по ним скользят подвижные контактные соединения, ведущие к патронам (конструкции германской фирмы SHTAFF и др.). Эти устройства удобны там, где возникает необходимость частых перестановок.
3. Осветительные системы с направляющей токоведущей шиной, дающей возможность устанавливать светильник в любом месте (rail system), и осветительные системы с токоведущей шиной и возможностью установки светильников в фиксированных местах (track system). Rail- и track-системы очень универсальны. Градация между этими системами в силу разнообразия конструкций достаточно условна.
И та, и другая могут быть как гибкими (гнется профиль шины; например модели Swing и Magic германской фирмы SOLKEN LEUGHTEN), так и жесткими (любые углы и кривые выполняются с использованием специальных переходных элементов; например, модели Licht и Fit Line той же фирмы).
Шины подвешиваются к потолку на изолированных подвесках (rail и track-сиетемы немецких компаний BRILONER, GROSSMAN, HUSTADT, SCHMITZ-LEUGHTEN, итальянской фирмы NOVOMIZARH), свисают с закрепленного на потолке трансформатора (rail- и track-системы ограниченной длины греческой фирмы TARSIS ILUMINACION) или наклеиваются изолирующим слоем на потолок и стены (track-система бельгийской фирмы RELUC1). Светильники устанавливаются на шину в специальных патронах, имеющих' контактное соединение с токоведущей частью.
Системы питаются от понижающих электромагнитных или электронных трансформаторов мощностью 50.. .600 Вт с напряжением 12 иди 24 В. Оно не считается опасным для жизни человека, в силу чего здесь не применяются нулевой защитный проводник и УЗО. Источники питания крепятся как на потолке, так и на стенах, но могут быть вынесены и за пределы помещения.
Электронные трансформаторы, по сути, представляют собой электронные преобразователи тока и большой мощности не обеспечивают (до 300 Вт), Поэтому они пригодны для систем с незначительной (до 4 м) длиной токоведущей шины.
При большей длине шины и больших нагрузках используются обычные электромагнитные трансформаторы, отличающиеся повышенной мощностью и надежностью, хотя они более габаритны и стоят дороже.
Весьма практичны модели трансформаторов (например, фирмы SOLKEN LEUGHTEN), укомплектованные устройствами, тестирующими цепь, и электронными автоматическими выключателями, которые предохраняют от выхода из строя трансформатор при обрыве цепи или при КЗ. Электронные и обычные трансформаторы работают с различающимися типами диммеров. Использование же последних в системах с люминесцентными лампами вообще недопустимо.
Применяются также схемы подключения к rail- и track-системам под напряжением 220 В светильников с индивидуальными понижающими электронными трансформаторами. Преимущество такого решения вполне очевидно — разнообразные сочетания на одной общей шине различных по форме источников света.
Следует помнить о противопожарной безопасности, работая с галогенными лампами. При диапазоне мощности галогенных ламп 5.. .50 Вт температура их нагрева достигает 500 °С! Поэтому близость открытой колбы к легко возгораемой поверхности недопустима. Так, минимальная удаленность 50-ваттной лампы от потолка обычно составляет 9 см. Это расстояние зависит от ее мощности, типа отражателя, осветительной арматуры, материала потолка, стены, выбора освещаемого объекта.
В низковольтных шинных системах используются капсульные галогенные лампы, заполненные изнутри парами йода или брома. Отражатели при этом могут быть как обычными, так и зеркальными, в зависимости от решаемой задачи.
Там, где требуется снизить поток инфракрасных нагревающих лучей на освещаемый объект (картину, аквариум), используются отражатели, пропускающие сквозь себя ИК-излучение и отводящие две трети тепловой энергии. Если следует снизить тепловую нагрузку на потолок, используются отражатели, не пропускающие инфракрасные лучи, например зеркальные лам
пы Osram Decostar, Philips Masterline Plus. Sylvania Ні-Spot. Их теплоемкость нейтрализуется также с помощью осветительной арматуры.
При эксплуатации галогенных ламп низкого напряжения (б, 12 или 24 В) следует иметь в виду, что через тело накала и, соответственно, через подводящие к нему провода протекают достаточно большие токи, что вызывает большие потери напряжения в проводах. Чтобы избежать этого, необходимо увеличивать сечение подводящих проводов. Причем чем длиннее провод, тем больше сечение он должен иметь (табл. 5.1). В табл. 5.1 в метрах указано расстояние от трансформатора до светильника.
Сечение проводников (мм2) для подключения светильников с низковольтными (12 В) галогенными лампами Таблица 5.1
I Суммарная мощность 1 ламп в светильнике, [ Вт | Длина провода от трансформатора до светильника , м | ||||||
5 | 10 | 15 0,75 | 20 1 | 25 | 30 | 40 | |
5 | 0,75 | 0,75 | 1 | 1 | 1,5 | ||
10 | 0,75 | 0,75 | 1 | 1,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
20 | 0,75 | 1,5 | 2,5 | 2,5 | 4 | 4 | 6 |
50 | 2,5 | 4 | 6 | 6 | 10 | 10 | 16 |
100 | 4 | 6 | 10 | 16 | 16 | 25 | 25 |
150 | 6 | 10 | 16 | 25 | 25 | - | - |
200 | 6 | 16 | 25 | 25 | - | - | - |
250 | 10 | 16 | 25 | _ | - | - | - |
300 | 10 | 25 | - | - | - | - | - |
Подключение галогенных светильников
Галогенные светильники по типу используемых в них ламп делятся на три категории. Низковольтные галогенные светильники рассчитаны на низковольтные галогенные лампы, имеют встроенный трансформатор и готовы к подключению к бытовой сети напряжения. Светильники сетевого напряжения работают с галогенными лампами сетевого напряжения, для которых не требуется использование трансформатора. В светильниках
универсального подключения могут использоваться лампы как на 220 В, так и на 12 В с трансформатором. Таким образом, универсальные светильники могут подключаться двумя способами: без трансформатора и с трансформатором.
Подключение без трансформатора. Светильник подключается напрямую к сети 220 В. Покупаете лампы, мощностью не превышающие мощности, указанной в инструкции к светильнику. Данный способ имеет следующий недостаток: галогенные лампы типа MR11, MR16 и пальчиковые лампы с цоколем G4 или GY6.35 не выпускаются ведущими мировыми производителями ламп (OSRAM, PHILIPS, GE). Срок службы таких ламп от китайских производителей крайне мал, и поэтому рекомендуется второй способ подключения галогенных светильников.
Подключение с трансформатором. Мощность используемого трансформатора должна быть не меньше суммы мощностей подключаемых к нему ламп.
Ш Пример I. Необходимо подключить 4 лампы по 20 Вт. В сумме получаем 80 Вт. Т.к. трансформаторов на 80 Вт нет, то в этом случае нужно выбрать трансформатор мощностью не меньше. т.е. больше 80 Вт — например, трансформатор О SRAM НТМ 105/230-240 на 105 Вт.
Пример 2. Рассмотрим более сложный случай. Нужно подключить 7 ламп по 35 Вт. Общая мощность равна 245 Вт. Максимальная мощность предлагаемых трансформаторов 210 Вт. Значит, надо подключать лампы группами, ориентируясь на длину проводов и удобство подключения. Вариант А. Можете приобрести два трансформатора: 150 Вт и 105 Вт. К трансформатору 150 Вт подключить 4 лампы (суммарная мощность 4 х 35 Вт = 140 Вт) и к трансформатору 105 Вт подключить оставшиеся 3 лампы (суммарная мощность 3 х 35 Вт = 105 Bmp Вариант Б. Для подключения 7 ламп группами из б ламп и 1 лампы необходимы трансформаторы 210 Вт (6 х 35 Вт = 210 Вт) и трансформатор 50 Вт или 60 Вт. Вариант В. Можно подключить лампы и с разбивкой на другие группы, например, 24-2 + 3, 2 + 2 + 2 +1 или все лампы по отдельности.
Надо также учитывать, что в современных электронных трансформаторах, кроме максимальной, указывается и минимальная допустимая нагрузка. Например, допустимая нагрузка трансформатора О SRAM НТМ 1051230-240— от 35 до 105 Вт (см. таблицу технических характеристик трансформатора, например, на www.ktmpa28.rti). Поэтому этот трансформатор не подходит для подключения одной лампы 20 Вт, нужно использовать трансформатор 50 Вт или 60 Вт (их минимальная допустимая нагрузка 20 Вт).
Глава 6
Еще по теме Применение галогенных ламп:
- Глава 22 ТЕРМИЧЕСКИЕ ПОРАЖЕНИЯ
- БОЛЕЗНИ НОВОРОЖДЁННЫХ
- 13. Как работают лампы в уличных фонарях
- Электроустановочные изделия
- Как сделать освещение эффективным
- История создания светильников и основные определения
- Классификация и маркировка светильников
- Лампы накаливания
- Продление срока службы ламп накаливани
- Устройство и принцип действия
- Низковольтные галогенные осветительные системы
- Содержание
- Маркировка электроустановочных изделий
- 4.1. Знакомство с лампами накаливания
- Применение галогенных ламп
- Правильно выбираем светильник