<<
>>

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

<< | >>
Источник: Корякин-Черняк С. Л.. Краткий справочник домашнего электрика. Изд. 2-е.. 2006

Еще по теме Применение галогенных ламп:

  1. Глава 22 ТЕРМИЧЕСКИЕ ПОРАЖЕНИЯ
  2. БОЛЕЗНИ НОВОРОЖДЁННЫХ
  3. 13. Как работают лампы в уличных фонарях
  4. Электроустановочные изделия
  5. Как сделать освещение эффективным
  6. История создания светильников и основные определения
  7. Классификация и маркировка светильников
  8. Лампы накаливания
  9. Продление срока службы ламп накаливани
  10. Устройство и принцип действия
  11. Низковольтные галогенные осветительные системы
  12. Содержание
  13. Маркировка электроустановочных изделий
  14. 4.1. Знакомство с лампами накаливания
  15. Применение галогенных ламп
  16. Правильно выбираем светильник