Срок службы электрических ламп

Принцип работы ламп накаливания при нагрузках.

Спираль лампы накаливания испытывает наибольшее напряжение в момент включения. Это связано с тем, что катушка лампочки в холодном состоянии имеет сопротивление в десять раз меньше, чем в горячем.

Экспериментальная проверка наиболее распространенных электрических ламп накаливания мощностью 25, 40, 60, 75, 100 Вт показывает, что их хладостойкость составляет 155,5; 103,5; 61,5; 51,5; 40 Ом, а в рабочем — 1936; 1210; 815; 650; 490 Ом соответственно.

Тогда отношение между «горячим» сопротивлением и «холодным» составляет 12,45; 11,7; 13.25; 12,62; 12,4, а в среднем 12,5. Эти цифры взяты из инструкции. Но ради любопытства наши электрики в Королеве провели такие экспериментальные измерения и пришли к таким же цифрам.

В результате лампа накаливания при включении работает в экстремальных условиях при токах, превышающих ее номинальный ток. Это приводит к сокращению срока службы ламп накаливания, к ускоренному износу нити накала и преждевременному выходу из строя, особенно при превышении напряжения в сети.

Последнее обстоятельство при длительном превышении напряжения по отношению к номинальному приводит к резкому сокращению срока службы лампы. В результате при повторном нажатии на выключатель лампочка перегорит, а автомат в щите может даже выключиться. И вы задаетесь вопросом, что делать, если погас свет, а квартира оказалась отключена?

Виды

Есть несколько факторов, позволяющих разделить лампы накаливания на типы. По типу устройства. Этот фактор зависит в первую очередь от заполнения или незаполнения внутренней полости прибора газом. Выделяться:

• Вакуумная – это самая распространенная модель, называемая лампой Эдисона, внутри которой находится металлическая, чаще всего вольфрамовая нить, нагрев которой вызывает свечение.
• Аргоновые – модели, где внутрь запускается газ аргон, его часто используют в сочетании с азотом, тогда лампа называется азотно-аргоновой.
• Криптон. Здесь ситуация похожая, только газ криптон и уровень яркости светового излучения выше.
• Модели с газом ксенон самые яркие лампы, световой пучок которых появляется при горении ксенона внутри колбы.

По функциям:

• Общее назначение. Наиболее распространены стандартные лампочки, используемые во всех видах освещения, как обычного, так и декоративного. Встраиваемые потолочные светильники также часто оснащаются именно такими лампами. Однако его использование сегодня несколько сократилось из-за высокого энергопотребления.
• Декоративный. Эта модель обязательно имеет фигурную форму груши. Часто выбирается форма свечи, поэтому новогодний венок имеет именно такой тип света.
• Местное освещение. Этот тип используется в ручных фонарях и для освещения на фабриках, так как имеет более низкое напряжение, необходимое для работы
• Светящийся. В данном случае речь идет о цветовых вариантах. Окрашивание происходит за счет нанесения лака снаружи, который очень недолговечен, или напыления краски внутри колбы.
• Зеркальная лампочка. Их используют для локализации освещения, так как обычно часть модели покрыта отражающим зеркальным покрытием. Его часто используют для подсветки витрин, прилавков и других точечных объектов. Кроме того, этот тип ламп успешно используется в потолочном освещении, так как можно осветить комнату, не освещая потолок.
• Проектор. Электрическая лампа с высоким напряжением и светоотдачей, применяемая в уличном и промышленном освещении, называется заливающим светом. Часто эта модель имеет датчик движения, что позволяет немного сэкономить на энергопотреблении при использовании на вашем сайте.
• Транспорт. Как следует из названия, этот тип используется на транспортных средствах различных типов. Данная модель выделяется высокой виброустойчивостью и защитой от пыли и влаги.

Причины выхода из строя ламп накаливания

Сегодня средний срок службы лампы накаливания составляет около 1000 часов. Это не очень много для электронного устройства. Кроме того, вы, наверное, замечали, что многие лампочки в этот период даже не работают. В чем причина такой короткой жизни? Вот наиболее важные из них:

• Тяжелый старт.
  Как вы, наверное, знаете из школьного курса физики, при нагревании проводника его сопротивление увеличивается, а при остывании — уменьшается. Для лампочки этот закон очень проблематичен, так как сопротивление холодной катушки в 12 раз меньше, чем у нагретой.

Это означает, что в момент включения через прибор протекает ток, превышающий рабочий ток в 12 раз (вспомним закон Ома: I = U/R)! Этот эффект называется поражением электрическим током, и обычная лампочка, которую вы вкручиваете в люстру или настольную лампу, не имеет от него защиты.

Вы, наверное, замечали, что лампочки чаще всего перегорают в момент включения. Это происходит только из-за их тяжелого старта.

• повышение напряжения питания.
  С увеличением напряжения питания температура спирали повышается, а значит, она быстрее испаряется — ведь азотно-аргоновая смесь лишь защищает вольфрам от окисления. В результате сокращается срок службы перегретого змеевика, так как он быстрее истончается. В какой-то момент (обычно при следующем включении) катушка не выдерживает скачка напряжения и сгорает.

Насколько критично повышение напряжения питания? Вы удивитесь, но если увеличить напряжение питания всего на 6% (от номинальных 220 это всего 10-12 вольт), то средний срок службы лампы накаливания уменьшится вдвое!

• Удар и вибрация.
  Очень актуальная проблема для переносных приборов и осветительных приборов, работающих на транспортных средствах. Спираль сама по себе довольно хрупкая штука, и при нагреве буквально до белого каления вольфрам, как и любой другой металл, теряет свою механическую прочность. Достаточно хорошенько встряхнуть настольную лампу или переноску, чтобы нить накала оборвалась и срок службы прибора внезапно оборвался.

Проблему увеличения срока службы конструкторы решают за счет сокращения длины спирали и увеличения количества подвесов. Но все это делается для изготовления специальных осветительных приборов, например автомобилей. Обычные «квартирные» лампочки от этой проблемы практически не защищены.

• Ошибка в светильнике.
  Если питающие линии, патрон или выключатель имеют плохой контакт, то светильник постоянно подвергается скачкам напряжения, а значит и скачкам тока. В этом случае он может рассчитать срок службы, измеряемый производителем, в несколько часов.
• Низкое качество.
  Это говорит о качестве устройства. Несмотря на свою относительно простую конструкцию, лампочка представляет собой технологически сложное устройство, которое невозможно сделать на коленке.

Тем не менее, некоторые умельцы (не буду показывать пальцем на братьев из Китая, они халтурят не больше других, а в последнее время и того меньше) умудряются из ничего делать вполне эффективные, на первый взгляд, устройства, и непонятно чего оборудование . Средний срок службы такого устройства составляет 3-4 включения.

Некачественные лампы

Как и во всех областях, производство ламп накаливания не является исключением; на рынке представлены как отечественные, так и зарубежные модели. Среди них есть как дорогие, так и дешевые лампочки.

Как правило, цена отличается от используемых в производстве материалов, так как технология оттачивалась очень давно. Следовательно, чем дешевле вариант вы покупаете, тем больше на нем сэкономил производитель.

В следствии:

• вольфрамовая нить может быть тоньше;
• контакты ухудшатся;
• менее прочное стекло;
• более тонкие суставы.

Если рассматривать ценовую политику, то разница в цене не даст заметного разброса. Поэтому попытка сэкономить небольшую сумму приведет к тому, что лампа перегорит в два-три раза быстрее. Из-за этого приходится чаще их менять.

Высокое напряжение в квартире

Нить накала в лампе рассчитана на номинальные параметры работы, заданные ток и напряжение, при которых достигается оптимальное излучение света при допустимом нагреве металла. Но в ряде случаев, чтобы попытаться стабилизировать питающее напряжение у потребителей, энергоснабжающая организация увеличивает разность потенциалов до 240 В и более.

При таком отклонении напряжения от номинального ток, протекающий через лампу, значительно возрастет. Мощность электрической нагрузки будет возрастать пропорционально, а из-за строения спирали истечение заряженных частиц будет возрастать нелинейно, и электроприбор быстрее выйдет из строя.

По сравнению с обычным проводником, для которого увеличение питающего напряжения приведет к пропорциональному нагреву, лампа накаливания находится в гораздо худшем состоянии. Исследования показывают, что перенапряжение в среднем на 1 % приводит к сокращению срока службы на 14%.

Плохие контакты в патронах ламп

Передача мощности от электрической сети к лампе накаливания осуществляется в том числе и через контакты патрона. Но, как и любое устройство, розетка для подключения лампы тоже рассчитана на определенную мощность. При превышении допустимой мощности, например, при включении лампы накаливания мощностью 100 Вт в патроне мощностью 60 Вт последний будет постоянно перегреваться.

В керамических моделях будут гореть контакты, в полимерных, особенно из дешевого пластика, вместе с горением начнет деформироваться вся конструкция.

В результате, с одной стороны, может возникнуть ситуация, когда металлический контакт просто не доходит до цоколя и лампочка перестает гореть из-за обрыва цепи. С другой стороны, при ухудшении контактного соединения возникнет высокое контактное сопротивление, что в итоге приведет к скачкам напряжения.

От таких перепадов вольфрамовая катушка изнашивается намного быстрее, чем это было установлено производителем. В сгоревших патронах часто перегорают осветительные приборы.

Некачественный выключатель

Коммутационный узел позволяет подавать напряжение на лампу накаливания и разрывать электрическую цепь под нагрузкой при выключении. Но следует отметить, что каждое размыкание приводит к тому, что с контактной поверхности высвобождаются металлические частицы.

При этом контактная поверхность разрушается, как от электрической, так и от температурной составляющей. После достижения определенного уровня старения контакт значительно ухудшается, возникают дрожание и дребезжание, из-за чего сила тока колеблется в довольно широких пределах.

В результате включения лампы накаливания с некачественными контактами она будет моргать, мерцать и в итоге быстро выйдет из строя. Такая же ситуация будет наблюдаться и при частом включении, когда лампу выключают и тут же включают, не дав ей остыть.

Из-за высокого удельного сопротивления холодная катушка постепенно нагревается, переходя от максимального тока к номинальному. Поэтому не остывшая до конца нить от частых включений придет к быстрому перегоранию.

Некачественное подключение проводов люстры к электросети

Помимо проблем в точке подключения лампы накаливания и в узлах переключателей, существуют и другие участки электрической цепи, где может ухудшиться контакт или возникнуть протечки.

К таким местам относятся:

• некачественное подключение проводов к люстре;
• распределительные коробки в местах подключения электрических проводов;
• места старения изоляции, через которые возникают токи утечки или частичные разряды.

Чаще всего эта проблема наблюдается в местах соединения люстры с медными проводами с алюминиевыми. На начальном этапе этот дефект проявляется в виде переменной освещенности, не влияя на переключатель

Перегрев лампы

Лампы накаливания рассчитаны на определенную рабочую температуру, поэтому вольфрамовая нить может нагреваться до температуры более тысячи градусов в номинальном режиме работы. Однако при условии недостаточного отвода тепла от лампочки в лампочке будет накапливаться избыточная тепловая энергия, что скажется на нагреве нити накала.

Который начнет перегреваться и деформироваться — на одних участках металла он станет больше, на других, наоборот, станет тоньше. Поэтому нити чаще всего перегорают в самом тонком месте.

Вибрации или сотрясения

В лампах накаливания все элементы крепятся пайкой или механической усадкой. Поэтому при ударном воздействии на колбу вольфрамовая нить может перестать гореть:

• из-за нарушения его целостности;
• обрыв в месте крепления одного из рогов;
• сброс давления в колбе.

Повышенная влажность

Наличие лишней влаги в помещении и ее отложение на поверхности лампочки со временем приведет к тому, что ваша лампочка перегорит. Такой же эффект можно наблюдать при перепадах температуры, из-за чего на лампе скапливается конденсат.

Если его включить, резко повышается температура в тонком слое стекла, которое охлаждается с обратной стороны и некоторое время поддерживает низкую температуру за счет воды. Перепад температур вызывает микротрещины, которые в конечном итоге приводят к механическим повреждениям колбы.

Срок службы лампы накаливания сильно зависит от условий эксплуатации.

Срок службы обычной лампы накаливания зависит от:

• по качеству проводной коммутации;
• на качество установки и подключения люстры;
• на качество установки светильника;
• от стабильности номинального напряжения;
• от наличия или отсутствия механического воздействия на светильник, ударов, толчков, вибраций;
• от температуры и влажности окружающей среды;
• от типа используемого автоматического выключателя и скорости нарастания тока при подаче тока.

Особенности, достоинства и недостатки

Лампа накаливания представляет собой стеклянный сосуд, обычно в форме колбы, на дне которого находится металлическое основание. С помощью этого цоколя выполняется подключение к гнезду на осветительном блоке, в котором будет использоваться лампочка.

Внутри стеклянной емкости находится металлическая проволока, чаще всего она из вольфрама, при включении освещения по ней проходят разряды электричества, которые нагревают проволоку до высоких температур, что и вызывает свечение. Однако этот принцип актуален только для ламп, мощность которых не превышает 20-25 Вт.

Чтобы добиться большей мощности, а значит и большей яркости свечения, в колбу подается специальный газ, например ксенон, причем свечение здесь происходит не только за счет нагрева вольфрамовой пружины, но и за счет сгорания инертный газ внутри стеклянного сосуда.

Помимо повышения яркостных и мощностных характеристик газа, он также позволяет продлить срок службы используемой модели. Кроме ксенона производители добавляют другие инертные газы, например, криптон и аргон, но яркость таких лампочек будет несколько меньше, чем с добавлением ксенона.

Срок службы стандартных ламп накаливания составляет примерно 1000 часов, но специальный диммер позволяет увеличить этот срок и при этом несколько снизить энергопотребление.

Как и любой другой тип лампы, лампа накаливания имеет свой определенный набор преимуществ и недостатков.

Преимущества включают в себя:

• Пожалуй, одним из главных преимуществ этих моделей является их стоимость. Среди всего выбора на рынке лампы накаливания имеют самую низкую стоимость. Так, например, одни из самых качественных моделей от General Electric стоят в среднем 30-40 рублей за штуку.
• Данная модель оснащена моментальной возможностью включения и выключения.
• Возможна работа как от переменного тока, так и от постоянного тока.
• Конструкция этого типа исключает мерцание света, поэтому данная модель лампы не оказывает вредного воздействия на зрение человека.
• Кроме того, этот тип имеет самый высокий уровень цветопередачи.
• С помощью специального диммера можно менять интенсивность светового потока.

Среди минусов можно выделить:

• Короткий срок службы;
• Высокое энергопотребление;
• Чувствительность к колебаниям энергии.

Несмотря на все недостатки, преимуществ гораздо больше, поэтому использование ламп накаливания в быту до сих пор не теряет популярности.

Технические характеристики

К наиболее важным техническим характеристикам ламп накаливания относятся следующие параметры:

Цветопередача и световая температура

Эти два свойства имеют решающее значение для определения качества излучаемого света. Итак, световая температура этого типа ламп имеет только одно проявление, в отличие от светодиодов или других моделей нового поколения — бледно-желтый свет, излучаемый колбой, наиболее приятен для восприятия человеческим глазом.

Цветопередача – это уровень соответствия между естественным цветом предмета и его цветом при освещении световым элементом. При этом спектр цветопередачи максимален и равен 100%. По этой причине этот тип используется в качестве модели при создании моделей других типов.

Читайте также: Средства защиты от поражения электрическим током: основные и дополнительные

Уровень энергопотребления

Конечно, этот фактор зависит от определяющей начальной силы. Мощность определяется в ваттах. Так, при мощности лампы 50 Вт уровень энергопотребления составит 50 Вт в час, соответственно мощность 100 Вт удвоит этот показатель.

В среднем одна лампа горит около 6-7 часов в сутки, при этом получается, что одна лампа мощностью 100 Вт в сутки будет потреблять около 600-700 Вт, тогда как современные люстры обычно имеют 3-4 световых элемента. Отсюда следует, что для освещения только одной комнаты потребуется 2100 Вт, или 2,1 кВт в сутки.

Тип цоколя

Для подключения светового элемента к устройству, где он будет использоваться, лампочка снабжена специальным функциональным элементом – цоколем. Подвал может иметь разный вид. Наиболее распространена резьбовая основа Эдисона. На этикетках упаковки он маркируется буквой Е. К букве обычно добавляется цифра, она обозначает диаметр используемого в данной модели основания основания.

Самые распространенные размеры на сегодняшний день это Е14, Е27 и Е40. Современные модели ламп накаливания также могут быть оснащены цоколем типа Г, имеющим вид двух штырей с контактами.

Размеры ламп накаливания будут зависеть от типа осветительного прибора, в котором будет использоваться лампочка, а также размера цоколя.

Наполняющий газ

Для увеличения мощности светового излучения при производстве ламп накаливания применяют инертный газ. Он заполняет стеклянную полость лампы и при горении создает свечение. В зависимости от стоимости и назначения модели внутри находится разный газ.

Так самые простые и дешевые варианты заправлены смесью азота и аргона, такое сочетание обеспечивает самый низкий уровень освещенности. В более дорогих моделях с лучшими характеристиками в стеклянную колбу закачивается ксенон или криптон, у них меньшая теплопроводность, что дает прибавку в яркости.

Как увеличить срок службы лампы накаливания.

Чтобы продлить ресурс и срок службы, необходимо понять, почему перегорают электрические лампы накаливания. При длительной работе лампочки нить накала под воздействием высокой температуры нагрева постепенно испаряется, уменьшается в диаметре и рвется (перегорает).

Чем выше температура нагрева нити, тем больше света она излучает. В этом случае процесс испарения нити накала продолжается интенсивнее, а срок службы лампы сокращается. Поэтому для ламп накаливания такая температура нити устанавливается на требуемую светоотдачу лампы и определенную продолжительность ее службы.

Увеличить срок службы ламп накаливания можно, включив в схему устройства плавного пуска, которые сгладят нагрузку, возникающую при запуске холодной лампочки. Для уточнения возможных способов продления срока службы ламп обратитесь к мастеру. Например, наш электрик в Мытищах в подъезде многоквартирного дома собрал схему лестничного освещения для расчета оптимального срока службы ламп. Такой же опыт имеют и наши мастера, оказывающие услуги электрика в Пушкино.

Средний ресурс лампы накаливания составляет 1000 часов.

Среднее время горения лампы накаливания при номинальном напряжении не превышает 1000 часов. После 750 часов горения световой поток снижается в среднем на 15%.

Лампы накаливания очень чувствительны даже к относительно небольшим повышениям напряжения: при повышении напряжения всего на 6% их срок службы сокращается вдвое. По этой причине часто горят лампы накаливания, освещающие лестницы, так как в ночное время электросеть не сильно загружена и напряжение повышено.

Эксплуатационный срок службы энергосберегающих светодиодных (led) ламп.

Светодиодные лампы не имеют нити накала и устроены совершенно иначе, чем обычные лампочки Ильича. В связи с принципиально новой технологией производства можно отметить, что самым большим их преимуществом является максимально длительный срок службы. Производители заявляют номинальный ресурс до 50 000 часов!

По сравнению с лампами накаливания это в 50 раз больше. Если пересчитать эти показатели исходя из способа использования в обычных бытовых условиях, то можно утверждать, что светодиодная лампочка прослужит 15 лет. А это, согласитесь, немалый срок. За это время можно забыть о простейшей процедуре замены лампочки в бытовых светильниках.

К сожалению, на практике срок службы светодиодных ламп колеблется в зависимости от производителя в районе цифры 5 лет, что, конечно, все же превышает срок службы обычных ламп накаливания.

Топ 5 способов продлить срок службы лампы накаливания

Как справиться со всеми вышеперечисленными проблемами и увеличить срок службы лампочки? Самый главный из них – шок тока, так как от нас здесь, кажется, ничего не зависит. Поэтому оставим это на конец, а пока пройдемся по остальным пунктам.

• Избыточное напряжение питания. Промышленность выпускает лампочки на разные виды напряжения, поэтому эта проблема решается выбором правильного устройства. Самый распространенный стандарт в нашей стране: 215-235 В, 220-230 В и 230-240 В. Измерьте сами или попросите знакомого электрика измерить напряжение в квартирной розетке.

 

Делать это нужно несколько раз в течение дня: утром, днем ​​и вечером. Максимальное напряжение, которое покажет тестер, это рабочее напряжение в вашей квартире. Именно на это значение и должны рассчитываться покупаемые вами лампочки. Обычно диапазон рабочего напряжения указан на дне или бутылке устройства. Конечно, можно перестраховаться и взять лампочки с более высоким напряжением.

• Удары и вибрация Эта проблема легко решается: не перемещайте входящий в комплект светильник. При необходимости из-за особенностей эксплуатации используйте низковольтные лампочки – у них спираль короче. Идеальный вариант увеличения срока службы носителей: использование специальных лампочек, например, автомобильных.
• Выход из строя осветительной сети Если вы заметили, что в многорожковой люстре перегорает один и тот же светильник, нужно обратить внимание на исправность светильника. Плохой контакт в патроне или жгуте проводов может вызвать скачки напряжения, которые вызывают постоянные скачки тока, которые перегорают лампочку.

То же самое относится и к многосекционным выключателям. Если лампы в секции люстры имеют подозрительно короткий срок службы, очистите и подтяните контакты выключателя.

Гарантийный срок службы энергосберегающих люминесцентных ламп составляет до 20 000 часов.

По технологии производства люминесцентные лампы также существенно отличаются от ламп накаливания. Внутри ламп находится инертный газ и пары ртути. Через лампу проходит электрический ток, что приводит к ультрафиолетовому (УФ) излучению).

Внутренние поверхности лампы покрыты специальным веществом — люминофором. Он поглощает ультрафиолетовое излучение и преобразует его в видимый свет. Возникает так называемое явление люминесценции.

Срок службы дневных люминесцентных ламп варьируется от 2000 до 20000 часов. При этом производители определяют идеальные условия эксплуатации, при которых можно будет использовать люминесцентные лампы максимально долго.

Во-первых, должно быть не более 5 вкл/выкл. Поэтому эти люминесцентные лампы не подходят для использования в местах, где часто поворачивают выключатель, или в паре с датчиками движения. Кроме того, не должно быть скачков напряжения.

К сожалению, реальный срок службы люминесцентных ламп не всегда достигает заявленного из-за того, что в продаже много некачественных лампочек, в основном китайского производства.

Срок службы галогенных ламп.

Галогенные лампы по конструкции аналогичны лампам накаливания. У них тоже есть спираль. Но колба у них заполнена особым, так называемым буферным газом: парами галогена (брома или йода). Пары галогена увеличивают срок службы лампы до 2000 — 4000 часов. Кроме того, чем меньше галогенная лампа, тем дольше она служит.

Использование устройств плавного пуска позволяет увеличить срок службы галогенных ламп до 8 000–12 000 часов. Если сравнивать галогеновые лампы со светодиодными, то первые конечно значительно хуже вторых. Но при этом их можно свободно использовать вместе с диммером или диодным выключателем, как лампы накаливания.

Если материал этой статьи был вам интересен и полезен, поделитесь им с друзьями в социальных сетях. Возможно, кому-то эта информация будет очень полезна. С уважением, Королевский Электрик в Щелково.

Как продлить жизнь?

В первую очередь рассмотрим первую причину выхода из строя устройства – перегорание спирали из-за ее истончения. Для решения этой проблемы достаточно снизить напряжение на устройстве. В этом случае спираль будет работать с недогревом и, естественно, проживет гораздо дольше. Как снизить напряжение, если оно постоянно держится на одном уровне в сети? Поставить громоздкий понижающий трансформатор?

Это неоправданно дорого, да и сложно технически — приходится либо все лампочки запитать от отдельной линии, либо на каждую лампу ставить трансформатор. Но вы можете обойтись более простыми и экономичными решениями.

Питание через диод

Как известно, большинство бытовых приборов, в том числе и осветительные, питаются от бытовой сети 220 В. Напряжение в сети переменное, то есть плавно меняет знак 100 раз в секунду.

График, поясняющий понятие переменного напряжения График, поясняющий понятие переменного напряжения

Значение 220 В относится к рабочему напряжению. Величина амплитуды или момента в таких сетях составляет 310 В, но это не существенно для понимания задачи.

Что произойдет, если в этой синусоиде отсечь полуволну?

Очевидно, что рабочее напряжение уменьшится вдвое, что и требуется для решения проблемы. А срезать полуволну можно и обычным диодом — ведь он пускает ток только в одну сторону. Итак, чтобы снизить напряжение, питающее лампу, вдвое, достаточно включить ее через диод. При этом полярность включения полупроводника не имеет значения — совершенно неважно, верхняя или нижняя полуволна будет отсекаться.

В результате лампа будет питаться пониженным напряжением и прослужит в десятки раз дольше. Схема чрезвычайно проста и может быть собрана практически любым человеком, знакомым с основами электротехники.

Но, к сожалению, у него есть существенные недостатки. Во-первых, спектр излучения спирали, работающей почти на полную нить, сдвинется в «красную» сторону. Это значит, что свет от такой лампы будет тускло-желтым и неприятным.

Ну, а во-вторых, после отсечки полуволны частота питающего напряжения уменьшится вдвое и упадет до пятидесяти герц. Это не только неудобно, но и очень утомительно для глаз. Поэтому за простоту схемы приходится платить довольно высокую цену. Поэтому использовать этот вариант стоит только в местах, где люди редко бывают и не занимаются серьезной работой — на лестничных площадках, в складских помещениях и т д.

При выборе диода необходимо учитывать: его максимально допустимое обратное напряжение должно быть не менее 400 В, а максимально допустимый прямой ток должен быть в полтора-два раза выше тока, потребляемого лампой.

Можно ли как-то обойти эти проблемы, не усложняя при этом схему? Первую проблему — желтый неприятный свет — можно обойти лишь частично. А вот второй вопрос можно решить.

Схема с гасящим конденсатором

Любой конденсатор, работающий в цепях переменного тока, имеет определенное реактивное сопротивление, тем больше, чем меньше частота напряжения и меньше емкость конденсатора. Причем это сопротивление будет действовать на обе полуволны.

Ограничение амплитуды синусоиды с помощью гасящего конденсатора Ограничение амплитуды синусоиды с помощью гасящего конденсатора

Так как напряжение в сети переменное, подключив последовательно с лампой конденсатор подходящей емкости, можно уменьшить напряжение питания, не снижая частоты. Мерцание, появившееся при использовании диода, в этом случае не появится.

Схема подключения лампочки через гасящий конденсатор Схема подключения лампочки через гасящий конденсатор

Что касается яркости, то ее можно регулировать в широком диапазоне от почти 0 до 90-95%. Это очень практично. Если уменьшить напряжение на лампе не вдвое, а например всего на 10-20%, подобрав правильный конденсатор, то желтизна и снижение светового потока будут не так заметны, и лампа прослужит, если не так долго, как с диодом, но значительно дольше, чем при прямом включении.

Как выбрать гасящий конденсатор? Сделать это совсем не сложно – достаточно воспользоваться калькулятором и парой формул. В первую очередь нужно рассчитать ток через лампу при нужном напряжении:

Я=П/У

Где:

• I — эффективный ток через лампу;
• P – мощность, которую будет потреблять лампа при напряжении U;
• U – желаемое напряжение.

Чтобы узнать, какой ток будет потреблять лампа при низком напряжении, решаем простую пропорцию:

Pном/U1 = P/U2 или P = U2*Pном/U1

Где:

• Pном — мощность лампочки при номинальном напряжении;
• U1 — номинальное напряжение питания лампочки;
• P — мощность, потребляемая лампой при требуемом напряжении;
• U2 — желаемое напряжение питания для лампочки.

На самом деле зависимость мощности от напряжения нелинейная — при уменьшении напряжения тело накала будет меньше греться, а значит сопротивление будет уменьшаться. Таким образом, фактическое энергопотребление будет несколько выше расчетного.

Теперь нам нужна формула ниже:

Здесь:

C – емкость гасящего конденсатора;

f – частота питающей сети;

· U – напряжение сети;

· Uвых — требуемое напряжение питания лампы;

I — эффективный ток через лампу (см первую формулу).

Конденсатор, используемый в этой схеме, должен быть бумажным, неполярным и рассчитанным на рабочее напряжение не менее 400 В.

Происходит ли экономия электроэнергии?

Можно ли продлить срок службы лампочки с помощью таких устройств, сэкономив электроэнергию? На первый взгляд можно — ведь лампа будет потреблять меньше электроэнергии. На самом деле при таких схемах будет не экономия, а перерасход!

Если снизить напряжение питания к лампе накаливания вдвое, то создаваемый ею световой поток упадет примерно в 4 раза! То есть для достижения такого же светового потока, как у стоваттной лампы, необходимо использовать 4 такие же лампочки, соединенные через диоды. Несложно подсчитать, что потребление электроэнергии при таком сценарии увеличится ровно в два раза.

Как бороться с токовым ударом

А теперь займемся основной проблемой, которую мы оставили напоследок — удар током при включении питания. Как я уже сказал, обычные лампы накаливания от него никак не защищены. Конструкторы светильников достигли приемлемого срока службы источника света, а потому от всего отказались.

Между тем, ток переключения может быть успешно обработан. Как продлить срок службы ламп накаливания, которые в силу конструктивных особенностей не готовы к длительной эксплуатации? Рассмотрим основные методы борьбы с затрудненным пуском, сокращающим срок службы лампочек. Среди них:

• Уменьшите напряжение питания.
• Равномерный нагрев спирали.

Каждый из вариантов увеличения срока службы лампы накаливания имеет свои преимущества и недостатки, но оба имеют право на жизнь.

1. Увеличиваем срок службы за счет понижения напряжения Вы, наверное, знаете, что переменный ток меняет полярность: сначала течет в одну сторону, потом в другую. Сначала на выходе фазного провода он положительный относительно нуля, а затем отрицательный, и так 50 раз в секунду. Теперь рассмотрим диод — знакомый вам со школы полупроводниковый прибор. Важнейшим его свойством является проводимость тока только в одном направлении.

Что будет, если последовательно с лампочкой включить диод? Совершенно верно — на лампе, подключенной через диод, будет примерно половина действующего напряжения, в другом направлении переменный ток течь не сможет. Это означает, что ток через катушку лампы в момент зажигания будет меньше, что значительно продлит срок службы осветительного блока. А вот и схематичное решение проблемы:

Если мощность лампы не превышает 100 Вт, в качестве Д1 можно использовать практически любой диод, рассчитанный на обратное напряжение не менее 400 В и прямой ток не менее 0,8 А. Если лампа мощнее или слабее, то прямой ток диода должен быть увеличен или уменьшен пропорционально.

Сам диод можно поставить в провод практически куда угодно: в светильник, выключатель. А можно просто включить диод в разрыв провода, питающего лампу. При этом не нужно искать «плюс» и «минус» полупроводника, полярность диода не имеет значения и никак не повлияет на срок службы лампочки.

Простой и, казалось бы, идеальный способ продления жизни, но у него есть существенный недостаток. Поскольку диод отсекает полуволну сетевого напряжения, его (напряжения) частота уменьшается вдвое. Это приводит не только к увеличению срока службы самой лампы, но и к очень заметному мерцанию света.

Такое снижение качества света неприятно для глаз и вредно при длительном использовании. Поэтому возможность увеличения срока службы лампочки за счет диода подходит только для дежурных источников света, особенно для освещения умывальников и лестничных клеток, где люди находятся кратковременно.

Попробуем устранить мерцание лампы, сохранив неизменным срок службы. Для этого воспользуемся свойствами переменного тока. Включаем конденсатор вместо диода.

Поскольку конденсатор сопротивляется переменному току, на нем будет падать некоторое напряжение. В результате лампочка, как и в случае с диодом, будет светить с малой интенсивностью. Но так как емкость не только отсекает полуволну переменного напряжения, но и ограничивает ток в обоих направлениях, то лампа мерцать не будет.

Срок службы будет таким же, как и при включенном диоде. Если вы решили собрать эту схему, вам необходимо взять бумажный конденсатор с рабочим напряжением не менее 400 В и емкостью от 2 до 10 мкФ. При этом, чем выше мощность, тем ярче будет светить лампа и тем короче будет срок ее службы.

Пример из реальной жизни:
Конденсатор имеет реактивное сопротивление при работе в цепях переменного тока, и дроссель может работать таким же образом, но с противоположной ситуацией по напряжению, опережающему ток, и наоборот. Таким образом, лампа мощностью 500 Вт была включена последовательно с дросселем от сгоревшего ДРЛ400 (или ДРЛ1000).

Это было сделано из-за отсутствия диодов с необходимой мощностью. Тем не менее светил чуть ярче, чем в соответствующих прожекторах с диодами, но без пульсаций. Срок службы, наоборот, стал намного больше — 2 года ежедневно в темноте (с 7 до 14 часов в сутки)

Есть еще один метод, позволяющий снизить напряжение питания без увеличения пульсаций и значительно увеличить срок службы светильника. Для этого достаточно последовательно включить 2 лампочки одинаковой мощности.

В этом случае напряжение между лампочками поделится пополам, и каждая получит по 110 В. Конечно, на покупку второй лампы придется сорвать кругленькую сумму, но они доступны по цене, а увеличенный срок службы такой Осветитель с лихвой покроет все затраты.

Эти два метода увеличения времени обслуживания являются самыми простыми, но, к сожалению, не самыми лучшими. В обоих случаях лампа работает с пониженным напряжением. Это конечно увеличивает срок службы, но существенно влияет не только на качество освещения, но и на энергоэффективность источника света.

Как я уже говорил, оптимальная температура накала вольфрамовой нити, при которой эффективность лампы максимальна, составляет 2000 градусов Цельсия. Но при почти половинном напряжении светоотдача осветительного блока упадет в 4 раза!

Так как самый тяжелый режим для лампы, существенно сокращающий срок ее службы, — в момент ее включения, то нет необходимости постоянно питать ее пониженным напряжением. Достаточно просто увеличить продолжительность нагрева спирали. В нормальных условиях лампа нагревается за миллисекунды.

Но если увеличить это время до секунды, временно ограничив ток через спираль, то проблема увеличения безотказной работы осветительного прибора будет решена.

Одним из самых простых и доступных вариантов увеличения времени работы является включение термистора последовательно с лампочкой. Особенностью этого устройства является сильная зависимость электрического сопротивления от температуры дома.

Существует два типа термисторов: положительный и отрицательный TCR (температурный коэффициент сопротивления). С повышением температуры сопротивление первого типа увеличивается, а сопротивление второго уменьшается. Я думаю, вы уже поняли идею.

Если последовательно с лампой поставить прибор с отрицательным ТКС, то в момент включения сопротивление велико, и ток через лампу сильно ограничен. Поскольку катушка нагревается протекающим током, нагревается и сам термистор.

Сопротивление уменьшается и через некоторое время становится минимальным. Это останавливает работу по ограничению тока через лампу, которая к этому времени уже нагрелась. Схема практического применения этого метода предельно проста, и ее соберет почти каждый

найти такой терморезистор не сложно, он широко применялся практически во всех отечественных телевизорах 2-5 поколений для системы размагничивания, да и стоит он достаточно дешево. Эффект от такой доработки очевиден: значительное увеличение срока службы осветительного прибора без ухудшения других его характеристик (эффективности и светоотдачи).

Схема продления срока службы лампы идеальна, но в чем подвох? Дело в том, что при работе термистор нагревается до 60-70 градусов Цельсия. Его уже нельзя вставить в выключатель или пластиковую основу на люстре. Единственное возможное место крепления – в районе цоколя светильника, что не всегда практично и эстетично. И, конечно же, электричество постоянно используется для отопления.

На нагретом термисторе при мощности лампы 75 Вт падает около 2,5 В. Несложно подсчитать, что мощность, потребляемая резистором, будет около одного ватта. Не такой уж большой перелет, поэтому схему можно считать вполне экономичной.

Есть и более сложные схемы плавного пуска, увеличивающие срок службы лампочек. Но их повторение требует некоторых знаний в области электроники, поэтому я не буду их здесь рассматривать. В таких конструкциях в качестве управляющего элемента используются полупроводниковые приборы: тиристоры или транзисторы.

Если совсем не хочется брать в руки паяльник, можно воспользоваться готовым раствором. Например, диммер с поворотной ручкой или специальное защитное устройство (те, что используются для галогенных ламп, подходят и для обычных ламп), которые можно найти в любом специализированном магазине. Стоят они недешево, но со временем окупятся, так как срок службы лампочек значительно увеличится.

Любой электрик может установить купленное устройство. Можно сделать самому, если знать, что такое отвертка для чего-то и что такое индикатор (индикатор) напряжения).