Дуга в лампе накала – дуговая лампа — Arc lamp

Содержание

Дуговая лампа — это… Что такое Дуговая лампа?

Дуговая лампа — общий термин для обозначения класса ламп, в которых источником света является электрическая дуга. Дуга горит между двумя электродами из тугоплавкого металла, как правило из вольфрама. Пространство вокруг промежутка обычно заполняется инертным газом (ксеноном, аргоном), парами металлов или их солей (ртути, натрия и др.). В зависимости от состава, температуры и давления газа, в котором происходит разряд, лампа может излучать свет различного спектра. Если в спектре излучения много ультрафиолетового света, а необходимо получить видимый, используется люминофор.

Принцип работы

Электрическая дуга

В дуговой лампе газ между электродами ионизируется под воздействием высокой температуры и электрического поля, в результате чего переходит в состояние плазмы. Плазма хорошо проводит ток. За счёт рекомбинации электронов излучается свет.

Сопротивление разрядного канала зависит от температуры: чем она выше, тем больше проводимость. В результате чего дифференциальное сопротивление лампы в рабочем режиме нередко отрицательное, поэтому дуговые лампы требуют для питания источника, имеющего большое внутреннее сопротивление, а значит не подходят для подключения в обычные электрические сети. Для согласования сопротивления лампы и питающей сети используется балласт. Чаще всего, при питании лампы переменным током, он представляет собой дроссель, обладающий согласованным с параметрами лампы реактивным сопротивлением.

Для того, чтобы дуга зажглась, должен произойти электрический пробой газа. Для этого требуется предварительный подогрев и большая напряжённость электрического поля. Для этой цели применяются различные схемы: может кратковременно замыкаться цепь в обход лампы (в результате чего импульс образуется за счёт самоиндукции дросселя при размыкании), или подаваться высокое напряжение от отдельного импульсного зажигающего устройства, могут использоваться дополнительные поджигающие электроды или рабочие электроды могут механически сближаться.

Цвет излучаемого света, как и электрические характеристики лампы меняются со временем и изменением температуры. Температура дуги в лампе может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия, кварцевой колбы — до 500 градусов, а керамической колбы — до 1000 градусов.

См. также

Литература

  • Braverman Harry Labor and Monopoly Capital. — New York: Monthly Review Press, 1974.
  • MacLaren Malcolm The Rise of the Electrical Industry during the Nineteenth Century. — Princeton: Princeton University Press, 1943.
  • Noble David F. America by Design: Science, Technology, and the Rise of Corporate Capitalism. — New York: Oxford University Press, 1977. — P. 6–10.
  • Prasser Harold C. The Electrical Manufacturers. — Cambridge: Harvard University Press, 1953.

dic.academic.ru

Дуговая лампа (Свеча Яблочкова).Электрическая лампа была изобретена в 1802 г. В.В. Петровым.: sandra_rimskaya — LiveJournal

Первая дуговая электрическая лампа была изобретена в 1802 г. русским физиком В.В. Петровым. Ее основу составляли два угольных стержня, располагавшиеся горизонтально. Один из них присоединялся к положительному полюсу электрической батареи, другой — к отрицательному. Разогреваясь, стержни начинали светиться, и между ними возникала светящаяся электрическая дуга. Чтобы получить такую дугу, следовало разводить угольные стержни на строго определенное расстояние, что было трудно осуществить технически.

В середине XIX в. французский физик Ж. Фуко придумал регулятор, который автоматически поддерживал необходимое расстояние между углями. Однако это усложнило конструкцию лампы. В конце XIX в. идея создания удобной в использовании электрической лампочки, что называется, витала в воздухе. П.Н. Яблочков одним из пер-вых принялся за решение этой проблемы.

«Свеча Яблочкова» отличалась простой конструкцией. Угольные электроды изобретатель расположил не горизонтально, как это делали до него, а ; вертикально, поместив между ними .изолятор (фарфоровую вставку). При пропускании через «свечу» электрического тока вверху возникала светящаяся дуга, зажигавшая электроды. Чтобы добиться равномерного освещения, Яблочков обмазывал электроды слоем каолина — бе-лой глины, выполнявшей роль изолятора. Лампы работали в течение часа, а затем сгорали. Чтобы лампа светила дольше, Яблочков увеличил толщину одного угольного стержня, а также использовал переменный ток.

К изобретателю пришла слава. В Париже его лампочками был впервые освещен магазин «Лувр». Газовые фонари на улицах французской столицы были демонтированы — их повсеместно заменили «свечи Яблочкова». Помещенные в белые матовые шары, они давали приятный яркий свет.

Лампы Яблочкова можно было встретить не только в Париже: они горели на центральных улицах всех европейских столиц, В залах и ресторанах лучших гостиниц, на аллеях крупнейших парков Европы. На предприятиях товарищества выпускалось по 10 тыс. лампочек в день, а раскупались они мгновенно (одна лампочка стоила 20 копеек, что было по тем временам не так уж дешево).

Но триумф русского изобретателя был недолгим. Вскоре стали утверждать, что на самом деле свет пришел не из России, а из Америки и что русский ученый специально сделал свои лампы недолговечными, чтобы разбогатеть. Но и объективно будущее принадлежало не дуговой лампе, а лампе накаливания, изобретенной нашим соотечественником А.Н. Лодыгиным и усовершенствованной Т. Эдисоном (именно такой лампой мы пользуемся до сих пор).

В 1879 г. П.Н. Яблочков вернулся в Россию. В Петербурге было налажено производство дуговых ламп, но запустить их в широкое потребление не удалось. Тем не менее заслуга изобретателя несомненна. Благодаря «свече Яблочкова» в жизни людей наступила новая эра: электрический свет перестал восприниматься как чудо. Сегодня мы вспоминаем о П.Н. Яблочкове с глубоким уважением к его многотрудной жизни и его изобретению.

http://rus-eng.org/invention/Dugovaya%20lampa%20(Svecha%20YAblochkova).htm

Дуга электрическая
Дата изобретения: 1802 г.
Разработчик: Петров Василий Владимирович

Дуга электрическая, вольтова дуга — один из видов самостоятельного дугового разряда в газе, в котором разрядные явления сосредоточены в узком ярко светящемся плазменном шнуре.

При горизонтальном расположении электродов этот шнур под действием восходящих потоков нагретого разрядом газа принимает форму дуги. Дуга электрическая в воздухе между двумя угольными электродами впервые наблюдалась (1802) и была описана (1803) русским учёным В. В. Петровым и английским учёным Г. Дэви (1808—09), который назвал её вольтовой дугой.

Развитию теории электрической дуги и изучению проблемы её применения в промышленности были посвящены работы русских учёных Н. Н. Бенардоса (сварка с применением угольных электродов, 1882, а также сварка на переменном токе) и Н. Г. Славянова (сварка с применением металлических электродов, 1888—91).

Дуга электрическая может иметь место в любом газе при давлениях от близких к атмосферному и выше. Температура плазмы в шнуре при атмосферном давлении и силе тока в несколько а около 5000 К, при высоких давлениях и силе тока — до 12000 К, при обдувании шнура мощным потоком газа температура достигает 50000 К.

Магнитное поле, образованное током, взаимодействуя с током дуги, вызывает сжатие (стягивание) шнура. С увеличением давления в окружающей среде сила тока возрастает, а поперечные размеры её шнура уменьшаются. Вблизи электродов шнур суживается ещё больше, образуя на их поверхности яркие катодные и анодные пятна. Плотность тока у катода зависит от материала катода и природы газа и обычно составляет 104—105 а/см2, но при особых условиях может достигать 107 а/см2.

Вольтамперная характеристика электрической дуги — падающая: увеличение тока сопровождается уменьшением напряжения между электродами.

Дуга электрическая применяется в электрометаллургии для получения чистых и тугоплавких металлов, в светотехнике и особенно широко в электросварке. В некоторых областях техники (например, в технике высоких напряжений) с явлением электрической дуги приходится бороться.

Для гашения электрической дуги, возникающей при разрыве цепей высокого напряжения, применяют выключатели с различными дугогасительными устройствами, в том числе выключатели масляные, воздушные, элегазовые, с гашением дуги магнитным полем и др.

http://rus-eng.org/invention/Duga%20e’lektricheskaya.htm

Давление электромагнитного излучения (давление света)

Дата изобретения: 1899 г.

Описание:

Экспериментально световое давление впервые исследовал П. Н. Лебедев в 1899 г. В его опытах в вакуумированном сосуде на тонкой серебряной нити подвешивались крутильные весы, к коромыслам которых были прикреплены тонкие диски из слюды и различных металлов. Главной сложностью было выделить световое давление на фоне радиометрических и конвективных сил (сил, обусловленных разностью температуры окружающего газа с освещённой и неосвещённой стороны).

Кроме того поскольку в то время не были разработаны вакуумные насосы, отличные от простых механических, Лебедев не имел возможности проводить свои опыты в условиях даже среднего, по современной классификации, вакуума. Путем попеременного облучения разных сторон крылышек Лебедев нивелировал радиометрические силы и получил удовлетворительное (±20 %) совпадение с теорией Максвелла. Позднее, в 1907—1910 гг. Лебедев провёл более точные опыты по изучению давления света в газах и также получил приемлемое согласие с теорией

Давление электромагнитного излучения является следствием того, что оно, как и любой материальный объект, обладающий энергией E и движущийся со скоростью v, также обладает импульсом p = Ev/c². А поскольку для электромагнитного излучения v = c, то p = E/c. В электродинамике давление электромагнитного излучения описывается тензором энергии-импульса электромагнитного поля.

Если рассматривать свет как поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать ему импульс, другими словами — оказывать давление.

С точки зрения волновой теории света электромагнитная волна представляет собой изменяющиеся и взаимосвязанные во времени и пространстве колебания электрического и магнитного полей. При падении волны на отражающую поверхность, электрическое поле возбуждает токи в приповерхностном слое, на которые действует магнитная составляющая волны. Таким образом, световое давление есть результат сложения многих сил Лоренца, действующих на частицы тела.

Возможными областями применения являются солнечный парус и разделение газов, а в более отдалённом будущем — фотонный двигатель. В настоящее время широко обсуждается возможность ускорения световым давлением, создаваемым сверхсильными лазерными импульсами, тонких (толщиной в 5-10 нм) металлических плёнок с целью получения высокоэнергичных протонов

http://rus-eng.org/invention/Davlenie%20e’lektromagnitnogo%20izlucheniya%20(davlenie%20sveta).htm

Александра Римская 08.03.2015 г., 663 , Anno Domini. Xikrik to river Novogor

Список статей Сандры Римской

Сайт Армия Карусов
Группа ВК «История

sandra-rimskaya.livejournal.com

Электрическая дуговая лампа

 

Р4» 48819

МОРСНОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ электрической дуговой лампы.

К;:вторскому свидетельству ин-ца Самуэля Сталь (Samuel

Stahl), в r. Чикаго, CIIIA, заявленному 11 февраля 1936 года (спр. о перв. ¹ 189376).

О выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 августа 1936 года. одаря наличию большого коли, которая соединена со вторым сопроти чества ультрафиолетовых лучей пред- . влением 56, аналогичным сопротивлелагаемая лампа может быть применена нию 36 и помещенным в трубке 16. в медицине, фотографии, сельском хо- Для шунтирования дуг 24, 26, 28, 30 зяйстве и пр. и 32 служат сопротивления 58, 60 и 62.

На прилагаемом чертеже фиг. 1 и 3 Капля ртути 68, находящаяся на дне изображают лампу в двух проекциях; колбочки, беспрестанно пополняет пофиг. 2 и 4 — расположение электродов следнюю ртутными парами при давлеи фиг. 5 и 6 — видоизменение некоторых,нии, зависящем от температуры колбы. деталей лампы. Таким образом, при обычной комнатЛампа состоит из стеклянной колбы 10 ) ной температуре давление паров ртути

Предлагаемое, согласно изобретению, устройство относится к числу дуговых ламп, в которых дуга горит внутри герметически запаянного стеклянного баллона, в парах ртути либо иного инертного вещества, причем электроды дуги зашунтированы активным сопротивлением. Особенность предлагаемой лампы заключается в применении нескольких включенных последовательно разрядных промежутков, шунтированных каждый сопротивлением, играющим одновременно роль тела накала лампы.

Благодаря наличию нескольких последовательно соединенных разрядных промежутков лампа включается без понижающего трансформатора, причем загорается сразу без каких-либо дополнительных манипуляций.

Благ (фиг. 1 и 3), снабженной цоколем с нарезкой 12. Внутри же ра-положена колонка 14, состоящ-я из трубочек 16, 18 и 20, идущих параллельно вдоль шейки колбы и затем разветвляющихся на конце для крепления на них стеклянного кольца 22.

Зона горения лежит ниже кольца и в ней расположены электроды пяти дуг 24, 26, 28, 30, 2. Для подвода тока служит провод и сопротивление 36, заключенное внутри трубки 18. Сопротивление 36 соединено с колонкой 38, снабженной на нижчем конце электродом 40. Ряд таких же колонок 42 служат для поддержания мостиков 44, 46, 48 и 50 и имеют на своих ко:цах электронны. Последний электрод 52 монтируется непосредственно на колонку 54, будет равно приблизительно 1, 2 м .кронам; при нагреве же колбочки до 350 давление паров ртути будет лишь немного меньше атмосферного давления.

Каждый из проводников 58, 60 и 62 обладает сопротивлением, во много раз превосходящим сопротивление шунтируемых дуг, когда лампа прогревается и нормально работает, причем каждое сопротивление по величине меньше предшествующих.

Сопротивления 36 и 56 очень низки и, поэтому, когда ток впервые пропускается в лампу, то на проводнике 58 освобождается значительное количество энергии.

Получающийся в результате местный перегрев вблизи дуги 24 будет влиять на смежные электроды и окружающие их пары ртути, причем повышающийся нагрев лампы в целом увеличивает иоиизацию до тех пор, пока не образуе:.ся дуга в точке 24. Понижение сопротивления во всей лампе даст увеличен: — : силы тока, что существенно повысит температуру сопротивлений 60 и 62.

Шунтирование нити накала 58 снизит сопротивление в лампе и в результате даст также увеличение тока. Затем начнет накаливаться нить 60, поскольку оиа имеет иаибольшее соиротивлевие и нагревает промежутки дуг 26 и 28, ионизируя пары ртути в этих -.о гкav, образуя дуги 26 и 28, затем .. -;оисходит накал нити 62, поскольку cnv :.-явление ее в пепи будет наибсл-:т: .,:; и ионизирует пары для образования дуг 30 и 32. При последовате льно»« шунтировании каждой дуги происходит увеличение тока в цепи. Дуги могут возникать в любой последовательности, насколько это допускает геометрическое их расположение. После того, как начали функционировать все пять дуг, для защиты лампы от излишнего то,а остаются сравнительно низкие сопротивления 36 и 56. Так как дуги предначаются для функционирования каждая при 15 вольтах падения напряжения при напряжении в сети в 120 вольт, то для предохранительных защитных сопротивлений 56 и 56 остаются 45 вольт падения напряжения, поэтому каждое из, них должно иметь сопротивление, приблизительно в 1, 11! раза ббльшее, чем каждая дуга.

Можно уменьшить количество дуг, если взять меньшую по размерам колбочку, вследствие чего увеличится давление, что вызовет значительное падение напряжения в каждой дуге. Если уменьшить количество дуг, то колбочка должна быть выполнена из чистого кварца и снабжена толстыми стенками для того, чтобы она могла выдержать большой нагрев и сильное давление, что значительно удорожит производство.

Сопротивления предназначаются для предохранения лампы, причем последняя может быть помещена в любую цепь.

Для монтажа внутренних сопротивлений предлагается на фиг. 2специальное приспособление, состоящее из трубочек 16 и 18, куда и помещаются проводники. Это устройство допускает значительную их радиацию, во много раз превосходящую радиацию каждой дуги; таким образом они не перегреваются выше окружающей их температуры.

На фиг. 4 изображено сопротивление 70, соединяющее три дуги 28, 30 и

32. В некоторых случаях стоимость производства значительно снижается за счет уменьшения числа нитей накала.

Сопротивления 74 и 76 могут быть использованы в качестве нитей накала.

Это дает преимущество в том случае, если при применении лампы ставится цель получить лампу смешанного света одновременно от дуги и от светящихся нитей, имеющих различные световые характеристики.

На фиг. 6 изображено видоизменение конструкции лампы. Сопротивление 78 соединяет все четыре дуги и предохранительное сопротивление 80, идущее от конца электрода к колонке 84. Положение нити накала 78 дает наибольшую эффективность ее излучения.

При подобной форме выполнения целесообразнее иметь меньшее количество дуг для ускорения включения лампы, если она должна включаться моментально. В этом слу.чае все дуги начинают функционировать одновременно.

Для получения добавочного света можно наполнить лампу аргоном или каким-либо другим инертным газом.

Так как нити накала расположены очень близко от дуг, которые они шунтируют, то подобное наполнение газом способствует местной ион изации, что в свою очередь дает разряд в газе, которь и и пополняется газовой дугой и, таким образом, образуются дуги с меньшей температурой.

Благодаря уменьшению температуры имеется возможность применить более высокие шунтовые сопротивления и увеличить эффективность лампы в соответствии с требованиями работы.

Если же желательно использовать наполнение только для пуска, то сравнительно низкое давление упрощает образование дуги.

Таким образом, дуги могут функционировать в комбинированной атмосфере инертного газа и ртути, если в колбочку введено большое количество газа, или в атмосфере только ртути,,е.ли количество инертного газа ничтожно.

Когда применяется заполнение инертным газом, то первая дуга может быть получена, согласно фиг. 5, где электроды 88 и 90 соединены с электродом 40 и мостиком 44 при помощи сопротивлений 92 и 94. Короткий промежуток между электродами 88 и 90 отмечает возникновение мгновенного разряда в виде дуги, а радиация небольшой дуги быстро создает ионизацию пространства, необходимую для возникновения длинной дуги 24. Разряд и возникновение дуги могут быть облегчены применением окиси редких земель, для чего следует только слегка покрыть ею сопротивления 92 и 94, что сильно увеличивает ионизацию. После образо. вания ду и 24 интенсивн»,сть дуги между электродами 88 и 90 значительно понизится благодаря сопротивлениям 92 и 94, так что ею можно пренебречь.

Предлагаемая лампа имеет следующее пр» имущество: путем соответствующего подбора сопротивлений 58, 60 и 62 (фиг. 2), обеспечивающих получение достаточного нагрева для пуска лампы, дуги 24, 26, 28 и 30 будут гореть с относительно низкой интенсивностью до образования дуги 32, после чего лампа начинает гореть полным светом. Подобная лампа зажигается сравнительно медленно, но после ее зажигания высокие сопротивления, примененные в шунте, снижают количество рассеянной в них энергии.

Если лампа включается с некоторыми короткими интервалами и поэтому необходимо, чтобы она зажигалась быстрее, то в данном случае можно применить меньшее сопоотивление в особенности для 60 и 62, чтозаставит уже образовавшиеся дуги гореть более энергично. При таком устройстве дуги могут возникать значительно быстрее, и лампа будет накаливатьст сразу в соответствии с требованиями работы.

Следует также отметить, что повреждения одного из сопротивлений в ряде 58 — 62, возникающие, например, вследствие дефектов в материале или изготовлении, не выводят лампы из строя до тех пор, пока не настанет полный его обрыв.

Если повреждение сопротивления 62 сведется к повышению его величины, то в результате этого дуги 30 и 32 возникнут ранее дуг 28 и 26, и лампа будет продолжать функционировать; после же ее полного включения механическое повреждение нити не будет влиять на ее работу, сказываясь лишь на небольшом увеличении дуг 30 и 32.

Использование для пуска другого источника нагрева, а не самой дуги даст возможность уменьшить размеры отдельных дуг в соответствии с рабочими условиями, не принимая в расчет пускового периода лампы.

Предмет изобретения.

l. Электрическая дуговая лампа с металлическими электродами, помещенными в атмосфере паров металлов, и с применением шунтирующего разрядный промежуток тела накала, отличающаяся применением нескольких по следовательно соединенных разрядных промежутков, шунтированных соответственно телами накала с отличными друг от друга величинами электриче ского сопротивления.

2. Форма выполнения лампы по п. 1 отличаюшаяся тем, что два или боле последовательно соединенных разряд ных промежутка шунтированы одним,,баночного сопротивления, помешенного телом накала. в трубчатом держателе, находящемся

3. В лампе по п. 1 паименение до-, внутри»:колбы.

К авторскому свидетельству ин-ца Самуэля Сталь до $$g) JJ

70 фиг Б

i ии. «11ромполиграф». Гамоовская, 12. Зак. 4147 — 500

Электрическая дуговая лампа Электрическая дуговая лампа Электрическая дуговая лампа Электрическая дуговая лампа Электрическая дуговая лампа 

findpatent.ru

Угольная дуговая лампа — это… Что такое Угольная дуговая лампа?

Угольная дуговая лампа. Эта модель требует ручной регулировки электродов

Угольная дуговая лампа — первая дуговая лампа и первый источник света, работавший от электричества. В ней разряд происходил на открытом воздухе между двумя угольными стержнями. Часто в электрод добавлялись соли редкоземельных металлов, что позволяло увеличить яркость дуги[1]. Зажигалась дуга обычно кратковременным соприкосновением концов электродов.

В процессе работы стержни постепенно сгорали, поэтому необходимо поддерживать постоянное расстояние между ними. Существовало множество устройств, позволяющих автоматизировать этот процесс. Например, ток может проходить через несколько соленоидов, соединённых с электродами. Когда электроды соприкасаются, сопротивление невелико, и при подаче тока отодвигает электроды друг от друга. В случае, если дуга гаснет — ток пропадает, и электроды, например под действием силы тяжести, снова сдвигаются. В свече Яблочкова электроды разделены слоем диэлектрика, сгорающего в процессе работы, а поджиг осуществлялся при перегорании плавкой перемычки, что требовало замены лампы при каждом включении.

История

Схема саморегулирующейся дуговой лампы, предложенная Уильямом Staite и Уильямом Петри в 1847 году

Электрическую дугу открыли независимо друг от друга В. В. Петров[2] и сэр Хамфри Дэви[3].

Во второй половине XIX века предпринимались попытки создания применимых на практике дуговых ламп, но широкому их распространению мешали как сложность поддержания расстояния между электродами, так и несовершенство источников питания. Лишь к концу 1870-х годов эти проблемы были решены, после чего дуговые лампы получили широкое распространение в уличном освещении. К 1880-му году дуговые лампы были значительно усовершенствованы:

  • Дуга стала размещаться в небольших трубках, чтобы замедлить сгорание углерода (это увеличило продолжительности жизни ламп до 100 часов).
  • Были распространены пламенные дуговые лампы, в которых в угольные стержни добавляли соли металлов (как правило, фториды магния, стронция, бария, кальция), что увеличивало светоотдачу и окрашивало дугу в разные цвета.
  • Франтишеком Крижиком был придуман механизм, автоматически регулирующий расстояние между электродами.


В конце девятнадцатого — начале двадцатого века дуговые лампы были вытеснены более удобными и надежными, хотя и несколько менее эффективными лампами накаливания. Дуговые лампы сохранили некоторую популярность в кинопроекторах, но даже в них угольные дуговые лампы были вытеснены ксеноновыми.

Примечания

Ссылки

dic.academic.ru

Плазменный шар из лампочки своими руками

Создание «Плазменного шара»
Плазменный шар из лампочки своими руками
Если вы хотите сделать красивое устройство в духе Теслы, которое бы демонстрировало красоту электрического тока, то можете попробовать создать «плазменный шар». Устройство состоит из двух частей: это генератор высокого напряжения и лампа накаливания. Но по сути «плазменный шар» это лампа накаливания, в которой вместо стандартного света вы будете видеть электрические дуги идущие от центра к точке прикосновения пальцев на поверхности лампы. Согласитесь, довольно красиво? Все что вам требуется, чтобы создать это устройство — это следовать инструкциям предоставленным в этой статье. Ну и конечно же небольшой набор материалов, список которых, вы сможете обнаружить ниже.

Для изготовления подобной игрушки, которая несомненно украсит ваш интерьер, нам понадобится:
1) Стандартная лампа накаливания,которая и станет «плазменным шаром».
2) Адаптер питания на 12 вольт и 5 ампер.
3) Мощный транзистор вроде КТ-927 или аналогичный. Главное, чтобы коэффициент мощности и усиления не уступал.
4) Так же в можно работать с трансформатором от ТВС-110 Л6 или ТВС-110 ЛА, их можно получить из старых ламповых телевизоров, или поискать в магазине радиодеталей. Они будут использованы для изготовления источника высокого напряжения для питания собственно лампы.

Кстати, изготовленный на базе этих трансформаторов источник, возможен к использованию, как для генерации тока высокого напряжения для «плазменного шара», но так же пригодится для демонстрации иных великолепных экспериментов с током: коронные и дуговые разряды, лампа дневного света зажигающаяся в руках, лестница Иакова и многих других.

Необходимо помнить о мерах предосторожности при работе с электрическим током. Перед началом работ по созданию этого приспособления, автор рекомендует всем ознакомиться с техникой безопасности.

Для начала приступим к изготовлению генератора высокого напряжения. Главным элементом будет служить трансформатор выходной строчный,он же ТВС-110 ЛА. Ниже будет приведена схема, следуя которой, автор добился напряжения примерно 90 кВ, отличную мощность, а так же надежность.

Плазменный шар из лампочки своими руками
Трансформатор ТВС нуждается в переделке под наши нужды. Необходимо снять обмотку и установить заново,но с меньшим количеством витков. Намотка витков для ТВС должна быть примерно 1-2 = 5 витков, 3-4 = 25 витков проволоки,диаметр которой равен 1мм. Но весь подбор идет сугубо экспериментальным путем, так как все зависит как от модели транзистора, так и от состояния обмотки.

Собственно в сборе схема будет выглядеть примерно таким образом:

Плазменный шар из лампочки своими руками
Другой вариант :
Плазменный шар из лампочки своими руками
Собственно собрав этот источник высокого напряжения и подключив через выход модернизированного трансформатора к нему лампу накаливания,мы получим «Плазменный шар», который и хотели собрать.

Внизу представлена картинка, где вы можете увидеть разряд в лампе накаливания, электродами которому служат палец и внутренняя спираль лампы. Стоит заметить, что атмосфера лампы наполнена газом агроном под низким давлением.

Плазменный шар из лампочки своими руками
В заключение немаловажный факт: благодаря собранному преобразователю, который послужил источником питания для «плазменного шара», возможно проведения и немало других, не менее интересных опытов в сфере высокого напряжения. Поверьте, ионный двигатель, маленькие лестницы Иакова, электрическая дуга будут весьма красочной демонстрацией работы электрического тока.
Источник Плазменный шар из лампочки своими руками Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

7.2. Открытие вольтовой дуги. Дуговые электрические лампы

7.2. Открытие вольтовой дуги. Дуговые электрические лампы

Изучая свойства электрического тока, В.В.Петров присоединил медной проволокой к полюсам построенной им батареи два угольных стерженька (электрода) и сблизил их концы. Он увидел, как между ними появилась яркая дуга и осветила лабораторию. Когда ученый стал вводить в нее кусочки металлов, то они очень быстро расплавлялись. Явление электрического разряда между концами слегка разведенных углей Петров наблюдал как в воздухе, так и в других газах и вакууме. Это была так называемая вольтова дуга. Таким образом, честь открытия вольтовой дуги принадлежит В.В. Петрову, что следует из его книги «Известие о гальвани-вольтовских опытах», вышедшей в 1803 г.

 

Рис. 7.1. Приспособление для образования вольтовой дуги

В своей книге Петров не только описал открытое им явление, но и указал на возможность использования этого явления для освещения, плавки и восстановления металлов из их окислов, а тем самым впервые высказал мысль о практическом применении электрического тока. Однако электричество в те времена не стало ещё областью практических применений и поэтому исследования по электричеству в России не были продолжены.

В.В. Петров так описал открытое им явление: «Если на стеклянную плитку или скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля, способные для произведения светоносных явлений посредством Гальвани-Вольтовской жидкости, и если потом металлическими изолированными направителями, сообщенными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на расстояние от одной до трех линей, то является между ними весьма яркие белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются и от которого темный покой довольно ясно освещен быть может».

Рис. 7.2. Раскаленные угли вольтовой дуги

С этого момента и нужно начинать историю электротехники как самостоятельной отрасли техники. Из-за того, что книга Петрова была издана на русском языке, многие иностранные ученые не смогли ознакомиться с его открытием. Открытие Петрова было на десятилетие забыто, а имя В.В. Петрова, первого в мире человека, посмотревшего на электричество с позиций технических – с точки зрения пользы, которую электричество могло бы принести людям, было в то время вообще не известно за рубежом.

И только позднее, в 1810 г., эти опыты повторил английский ученый сэр Хэмфри Дэви, удостоившийся великого звания первооткрывателя электрической дуги и прославившийся тем, что самым гениальным его «открытием» был его ученик, великий Майкл Фарадей. Дэви приводил в соприкосновение два заостренных угля, которые были соединены с полюсами батареи, состоящей из 2000 элементов (рис. 7.1). Благодаря огромному выделению тепла угли накаливались докрасна. Когда же Дэви удалял их концы друг от друга, ток продолжал передаваться через раскаленный воздух от одного угля к другому, распространяя ослепительный свет, получивший название света Дэви, или вольтовой дуги. При этом источником света являлась не сама дуга, а раскаленные добела концы углей (рис. 7.2). Поскольку угли, между которыми образуется дуга, постепенно сгорают (положительный примерно вдвое быстрее отрицательного), впоследствии было изобретено устройство, автоматически приближавшее один уголь к другому, оставляя расстояние между ними все время постоянным.

Устройство, позволяющее поддерживать более-менее постоянное горение вольтовой дуги, послужило прообразом первых электрических источников света или так называемых дуговых электрических ламп.

Впервые вне лаборатории и классной комнаты электрическая дуга была применена в 1845 году в Парижской опере, чтобы воспроизвести эффект восходящего солнца. Успех был полный!!!

Самые первые электрические лампы – угольные дуговые – были созданы сэром Хэмфри Дэви в 1809 году. Два угольных стержня подключались к клеммам огромной батареи. В точке соприкосновения эти стержни раскалялись добела. Когда же их разводили на расстояние около 10 см друг от друга, между ними вспыхивала ослепительно белая световая дуга. Однако практическое применение угольные дуговые лампы нашли значительно позже. Первая стационарная лампа была установлена в 1862 году на маяке Дандженесс.

Павел Николаевич Яблочков (1847– 1894) – российский электротехник, изобретатель и предприниматель. По окончании Николаевского инженерного училища в 1866 году был направлен для прохождения офицерской службы в Киевский гарнизон, но из-за болезни вынужден был уйти в отставку. Изобрел (патент 1876 года) дуговую лампу без регулятора – электрическую свечу («свеча Яблочкова»), работал над созданием электрических машин и химических источников тока. 

 

Рис. 7.3. Дуговая электрическая лампа Яблочкова

Первый дуговой источник света сконструировал в 1844 году французский физик Жан Бернар Леон Фуко. В ходе разработки конструкций дуговых ламп возникла задача регулировать расстояние между электродами. Наиболее простыми регуляторами были электромагнитные – первые электроавтоматические приборы. Получили распространение лампы с регуляторами комбинированного действия (электромагнитного и механического), например дуговая лампа русского изобретателя А.И. Шпаковского. В 1856 году эти лампы впервые успешно использовались для освещения большой площади перед Лефортовским дворцом во время коронационных торжеств в Москве. Но необходимо было так усовершенствовать конструкции дуговых ламп, чтобы они были простыми и надежными, доступными для широкого потребления. Успешное решение этой проблемы тесно связано с изобретением П.Н. Яблочковым «электрической свечи» – дуговой лампы без регулятора.

Рис. 7.4. Дуговая электрическая лампа Кертинга и Маттисена

П.Н. Яблочков изобрел оригинальную дуговую электрическую лампу (рис.7.3), в которой угольные стержни были расположены не друг против друга, а параллельно, что позволило значительно надежнее сохранять неизменное расстояние между их концами. Угольные стержни были разделены изолирующей прослойкой. Концы стержней соединялись угольной пластинкой. При пропускании тока пластинка сгорала и между концами угольных стержней появлялась электрическая дуга. По мере сгорания углей изолирующая прослойка испарялась и светящаяся дуга не затухала. Изобретение П.Н. Яблочкова позволило включать источники света последовательно в общую цепь. Одна электрическая свеча могла гореть около 2 часов. При установке нескольких свечей в специальном фонаре, оборудованном переключателем для включения очередной свечи вместо перегоревшей, можно было обеспечить бесперебойное освещение в течение более длительного времени. Яблочков также установил, что для питания свечи лучше применять переменный ток, в этом случае при электродах одинакового диаметра получалась вполне устойчивая дуга.

В 1876 г. Яблочков получил патент на свое изобретение, названный «Система распределения токов для электрического освещения». Простота и удобство свечей Яблочкова (или, как их называли в мире, «русского света»), заменивших дорогие, сложные и громоздкие дуговые фонари с регуляторами для непрерывного сближения сгорающих углей, вызвали их повсеместное распространение, и вскоре они зажглись на улицах и площадях Парижа, Лондона и Берлина, а также Америки и даже Азии.

«Из Парижа, – писал Яблочков, – электрическое освещение распространилось по всему миру, дойдя до дворца шаха Персидского и до дворца короля Камбоджи». Это было подлинным триумфом русского изобретателя. В 1877 г.

Рис. 7.5. Дуговая электрическая лампа Кертинга с закрытой дугой

Рис. 7.6. Уличное освещение дуговой лампой

 

Рис. 7.7. Оборудование для дугового освещения: а – наружный футляр для дуговых ламп; б – лампа с футляром и колпаком; в – фонарь для дуговой лампы

В 1882 г. Потсдамская площадь в Берлине была освещена фонарями с лампами «Сименс и Гальске» (с акварели Вилли Стоуэра)

Яблочков получил еще два патента на конструкцию электрической свечи и на систему распределения токов с использованием конденсаторов. В апреле 1879 г. в Петербурге на заседании Российского технического общества Яблочков сделал доклад о своих последних работах в области электрического освещения, а через две недели там же прочел публичную лекцию на тему «Об электрическом освещении». Именно 1879 г. был годом наибольших успехов и наибольшей славы Яблочкова.

Впоследствии Кертинг и Маттисен в Лейпциге создали усовершенствованную конструкцию дуговой лампы (рис. 7.4), в которой обеспечивается постоянство сопротивления вольтовой дуги. Регулировочный механизм состоит из двойной катушки а, соединенной с системой зубчатых колес b. Вся система может поворачиваться вокруг неподвижной оси f, а также отклоняться вправо и влево под влиянием силы натяжения сердечника c. Если при возникновении тока угли соприкасаются, то возникающий сильный ток приводит в действие отклоняющую систему, разводящую угли на строго фиксированное расстояние. По мере сгорания углей вольтова дуга удлиняется и отклоняющая система реагирует на изменяющийся ток, плавно уменьшая расстояние между углями. Плавность перемещения углей обеспечивается наличием воздушного тормоза l с противовесом m из тяжелых металлических пластинок.

Рис. 7.8. Маяк на красном песке у устья Везера с дуговыми лампами, построенный в 1883–1884 годах

Однако из-за серьезных технических проблем, возникших в процессе эксплуатации (наличие открытой дуги, необходимость применения только переменного электрического тока для достижения равномерного сгорания угольных стержней, сложность механической конструкции и др.), а также в связи с появлением электрических ламп накаливания применение электрических свечей оказалось весьма ограниченным. В частности, серьезным недостатком конструкции дуговых ламп было значительное испарение угля стержней под воздействием кислорода на открытом воздухе при возникновении вольтовой дуги.

Практичный американец Джандус первым преодолел эту трудность поразительно просто, поместив под колпаком не всю лампу, а только вольтову дугу, оставив контакты угольных стержней вне закрытого сосуда. При возникновении дуги угольный пар, окисляясь небольшим количеством кислорода, имеющимся в замкнутом объеме, образует угольную кислоту. Кислота, смешиваясь с азотом воздуха, образует нейтральную атмосферу, в которой и происходит дальнейшее горение вольтовой дуги. Кроме того, в этом случае значительно изменяется весь характер процесса горения. Угольные стержни сгорают абсолютно одинаково, само горение проходит более плавно и устойчиво, а длительность горения при одинаковом размере стержней увеличивается в 10–20 раз.

На рис. 7.5 показана усовершенствованная лампа Кертинга с закрытой дугой, имевшая широкое распространение в Германии в конце XIX века.

С привлечением дуговых ламп различной конструкции были проведены первые опыты уличного освещения с помощью электрического тока (рис. 7.6, 7.7).

Однако из-за большой сложности конструкции, необходимости мощного источника тока для образования вольтовой дуги и невозможности гибкого «дробления света» дуговые лампы использовались преимущественно в качестве мощных источников освещения (например на морских маяках). На рис. 7.8 показан общий вид такого морского маяка, свет от мощных дуговых ламп которого был виден на расстоянии в 17 морских миль.

energetika.in.ua

Виды электрических ламп — Доктор Лом. Первая помощь при ремонте

1. Лампы накаливания:

Принцип действия всех ламп накаливания похож. Электрический ток, проходя по нити накаливания, обычно свитой в спираль, чтобы увеличить длину нити, нагревает нить, изготовленную из тугоплавкого материала, чаще всего вольфрама, до очень высокой температуры (2500-3000°). При этом часть тепловой энергии преобразуется в световое излучение. Чтобы вольфрам не вступал в реакцию с атмосферным кислородом при столь высокой температуре, спираль помещается в колбу, которая на стадии изготовления вакуумируется или заполняется инертным газом.

Обычные лампы накаливания.

Самые известные, самые простые по устройству и следовательно самые дешевые по цене, но при этом и самые ненадежные лампы:

Рисунок 1. Устройство обычной лампы накаливания.

1 — Вольфрамовая нить (спираль).

2 — Стеклянная колба. Для наполнения колбы используются инертные газы: азот, аргон, криптон, или их смеси. Вакуумные лампы делаются преимущественно небольших мощностей потому, что делать большую и толстую стеклянную колбу, выдерживающую перепад давлений между вакуумом и атмосферным давлением неэкономично.

3 — Электроды. На рисунке обозначены красным и синим цветом условно (для наглядности). Обычно эти цвета используются для обозначения типа проводов, синий — для нулевого провода, красный для фазного провода, однако при подключении проводов к патрону, в который будет вкручиваться лампа, соблюдать показанную на рисунке полярность не нужно.

4 — Цоколь (гильза), вкручиваемый в патрон. Лампы, используемые для освещения, как правило имеют цоколь с резьбой Эдисона. Лампы со штифтовыми патронами для освещения квартир и домов не используются и потому здесь не рассматриваются. Обычно гильза изготавливается из ржавеющей стали, защищенной от воздействия окружающей среды хромированием или цинкованием. Чем дешевле лампа, тем тоньше защитный слой, а это приводит к тому что при высокой влажности гильза ржавеет и соответственно электрический контакт ухудшается или пропадает вовсе.

5 — Керамическая изоляция. Обеспечивает изоляцию между электрическими контактами, вынесенными на цоколь лампы.

Преимущества обычных ламп накаливания:

  • Низкая цена.
  • Широкая доступность.

Разнообразие дизайна обычных ламп накаливания достигается за счет изменения формы стеклянной колбы. Колба может быть классической, как показано на рисунке 1, приплюснутой, вытянутой, имитирующей пламя свечи. Кроме того стеклянная колба может быть прозрачной, матированной, молочной, с отражателем. Также лампы бывают разных размеров и мощностей и тут многое зависит от электрического патрона, в который лампа будет вкручиваться или вставляться. На стеклянной колбе иногда можно рассмотреть мощность лампы и рабочее напряжение, а на упаковке дополнительно указываются марка цоколя (патрона), уровень освещенности и ресурс работы.

  • Быстрое включение. В отличие от большинства остальных ламп обычные лампы накаливания загораются практически сразу.

Недостатки:

  • Низкая надежность — ресурс работы таких ламп редко превышает тысячу часов. Основная причина выхода из строя обычных ламп накаливания — это перегорание нити, чаще всего это происходит из-за испарения вольфрама (все-таки температуры не малые), а там где нить тоньше, температура нагрева выше и следовательно испарение больше, или из-за повышения напряжения в сети. Даже непродолжительное превышение напряжения, например, с 220 до 240-250 Вольт на несколько минут, приводит к перегреву нити и уменьшает ресурс работы обычной лампы накаливания в 1.5-2 раза. Иногда в подъездах можно увидеть две лампы накаливания, подключенные последовательно, и таким образом работающие от напряжения 110 Вольт. Уровень освещенности от подключенных последовательно ламп в 2-3 раза меньше, чем от одной лампы такой же мощности, зато ресурс работы увеличивается в десятки раз.
  • Низкая эффективность — в световое излучение преобразуется не более 5-10 % от потребленной электрической энергии, вся остальная электрическая энергия преобразуется в тепловую. Другими словами обычная лампа в первую очередь электронагреватель и только во вторую источник света. Но в некоторых случаях этот недостаток можно использовать, например в кладовке на застекленном балконе или лоджии включенная лампочка в сильные морозы предохранит продукты от замерзания и никаких дополнительных нагревателей ставить не нужно. Правда для большей эффективности лампа накаливания должна располагаться внизу, но это уже совсем другая история. Световая отдача составляет 15-30 Люмен на Ватт потребленной электроэнергии.
  • Вред для здоровья — слепящая яркость обычных ламп накаливания отрицательно влияет на сетчатку глаза подобно электросварке и потому прямо смотреть на лампы накаливания не рекомендуется. Чтобы уменьшить вероятность прямого попадания излучения в глаза используются разного рода абажуры, плафоны, отражатели, нанесение на стеклянную колбу рассеивающего покрытия. Кроме того в спектре свечения обычных ламп накаливания преобладают желтый и красный спектры, поэтому свет от таких ламп отличается от дневного света. Впрочем, полноценно заменить дневной свет не может ни одна лампа потому этот пункт можно считать общим практически для всех ламп.

 

Галогенные (галогеновые) лампы.

Рисунок 2. Устройство галогенных ламп накаливания.

2а — низковольтная капсульная, 2b — с отражателем для встраиваемых светильников, 2с — под патрон с резьбой Эдисона

1 — Вольфрамовая нить (спираль).

2 — Стеклянная колба.

3 — Электроды. На рисунке обозначены красным и синим цветом условно (для наглядности). Обычно эти цвета используются для обозначения типа проводов, синий — для нулевого провода, красный для фазного провода, однако при подключении проводов к патрону, в который будет вставляться или вкручиваться лампа, соблюдать показанную на рисунке полярность не нужно.

4 — Контактная группа

5 — Отражатель (рефлектор).

По принципу действия галогенные лампы очень похожи на обычные лампы накаливания, нить накаливания также изготавливается из вольфрама. Однако в инертном газе, наполняющем колбу, содержатся добавки галогенов (отсюда и название «галогенные лампы»), таких как йод, хлор, бром, фтор или их химических соединений. Например, йод вступает в реакцию с вольфрамом, образуя летучее соединение — йодид вольфрама. Йодид вольфрама, попадая на накаленную спираль, разлагается на йод и вольфрам, а так как максимальная температура там, где нить накаливания тоньше всего, то в таком месте чаще происходит разложение йодида. Таким образом нить накаливания частично восстанавливается и срок службы лампы продляется. Впрочем использование йода имеет и свои недостатки: йод вступает в реакцию не только с вольфрамом, но и с другими металлами, которые могут содержаться в колбе. Заменять йод другими чистыми галогенами — хлором, бромом или фтором — нецелесообразно, так как эти галогены еще более химически активны. Сейчас в галогеновых лампах все чаще используется бромистый метилен или бромистый метил.

Преимущества галогенных ламп накаливания:

  • Высокая надежность — однажды мне пришлось менять галогеновые лампы, прослужившие более 10 лет при очень активном режиме использования. И менять их пришлось не потому, что лампы перегорели, а потому, что за эти годы выгорел отражатель, из-за чего полезная яркость ламп уменьшилась. Заявляемый производителями срок службы галогеновых ламп 5000-8000 часов.
  • Компактность — стеклянные колбы галогенных ламп редко превышают объем 1-1.5 см3. Даже если галогенная лампа выполнена в виде обычной лампы накаливания (рис. 2с), то внутри большой колбы можно увидеть основную маленькую, очень похожую на консольную (рис. 2а), в которой и находится нить накаливания. Да и в галогенных лампах для врезных светильников (рис. 2b) большую часть лампы занимает рефлектор.

Галогенные лампы на сегодняшний день представляют собой практически максимальное разнообразие. На рисунке 2 можно увидеть только некоторые из возможных видов галогенных ламп. Лампы, используемые во врезных (встроенных) светильниках (рис. 2а и 2b) вставляются в специальные патроны. Галогенные лампы, выполненные в классическом виде (рис. 2с), вкручиваются в патроны с резьбой Эдисона. Для прожекторных ламп (на рисунке не показаны) применяются свои патроны. Галогенные лампы, используемые в автомобилях здесь не рассматриваются.

Недостатки:

  • Искажение видимого спектра — в галогенных лампах происходит небольшое поглощение светового излучения в желто-зеленой части спектра. Из-за этого свет галогеновых ламп явно искусственный, впрочем дизайнерами такая особенность галогеновых ламп используется как достоинство.
  • Низкая эффективность — как и в обычных лампах накаливания в галогенных лампах в световую энергию преобразуется незначительная часть электрической энергии, остальная электрическая энергия превращается в тепловую.

Газоразрядные лампы.

Главное преимущество всех газоразрядных ламп по сравнению с лампами накаливания в их высокой эффективности. В световую энергию преобразуется до 30-40% электрической энергии. В газоразрядных лампах электрический ток течет не через проводник, точнее не только через проводник, как в лампах накаливания, а через пары металла (ртути или натрия) или инертный газ (неон, аргон, криптон или ксенон). Само собой, при обычном напряжении, температуре и давлении электрический ток через пары металла или газ пройти не может, а происходит это только во время электрического разряда. Чтобы электрический разряд произошел (зажглась дуга), нужно увеличить разницу потенциалов или силу тока, или повысить температуру электродов или испарить металл или изменить давление внутри лампы или изменить расстояние между электродами или скомбинировать эти методы. Такая вариативность позволила создать множество видов газоразрядных ламп. Наиболее известными из них являются:

Обычные люминисцентные лампы (ГРЛНД).

Люминисцентные лампы называются так потому, что в них используется люминофор. Стеклянные трубки люминисцентных ламп заполняются инертным газом и небольшим количеством ртути. Таким образом люминисцентные лампы относятся к газоразрядным ртутным лампам низкого давления, отсюда и аббревиатура — ГРЛНД. Устроены обычные люминисцентные лампы низкого давления следующим образом:

Рисунок 3. Устройство и подключение обычной люминисцентной лампы с электромагнитным балластом.

1 — Вольфрамовая нить (спираль) электрода. Назначение электродов испускать электроны при нагреве. Чтобы электронов было больше, вольфрамовая спираль обрабатывается карбонатами или пероксидами (перекисями) щелочноземельных металлов.

2 — Стеклянная колба. Наполняется инертным газом, как правило аргоном под давлением 100-400 Па (0.001-0.004 атмосферы) и небольшим количеством ртути.

3 — Слой порошкообразного люминофора, как правило галофосфата кальция, активированного магнием и сурьмой. Люминофор наносится на внутреннюю поверхность стеклянной трубки и преобразует ультрафиолетовый спектр электрического разряда в видимый спектр излучения. Изменяя пропорции активаторов, получают различные оттенки при свечении ламп. Таким образом делают лампы белого света (ЛБ), холодно-белого цвета (ЛХБ), еще называемые медицинскими, лампы дневного света (ЛДЦ). И это далеко еще не все возможные названия, маркировки и оттенки ламп. Больше подробностей можно узнать здесь. Для получения цветных люминисцентных ламп используются специальные люминофоры или стеклянная колба окрашивается в соответствующий цвет.

4 — Диэлектрический цоколь.

5 — Электрические контакты. На рисунке обозначены красным и синим цветом условно (для наглядности). Обычно эти цвета используются для обозначения типа проводов, синий — для нулевого провода, красный для фазного провода, однако при подключении проводов к патронам люминисцентной лампы, соблюдать показанную на рисунке полярность не нужно, тем более, что это не так-то просто сделать, учитывая симметрию лампы. А вот дроссель и стартер подключать нужно правильно, но в большинстве случаев внутренняя электроразводка осветительного прибора уже выполнена. Так что единственное, что требуется от пользователя — это аккуратно вставить лампу в патрон.

6 — Дроссель (электромагнитный балласт, пускорегулирующий автомат (ПРА), балластное сопротивление индуктивности).

7 — Стартер (автоматический пусковой выключатель)

8 — Комнатный выключатель.

Принцип действия люминисцентной лампы с электромагнитным балластом следующий:

1. Разогрев лампы

Когда мы включаем выключатель (8) электрическая цепь замыкается, ток проходит через дроссель, стартер и электроды. Стартер как правило представляет собой небольшую газоразрядную лампу и конденсатор (на рисунке 3 устройство стартера не показано). При замыкании электрической цепи выключателем ток между электродами лампы проходить не может из-за достаточно большого сопротивления газа, а вот между электродами стартера возникает тлеющий разряд, при этом электроды стартера (неоновой лампы) нагреваются. Один или оба электрода стартера изготавливаются из биметаллических пластин, меняющих свою форму при изменении температуры. При нагреве до определенной температуры электроды замыкаются и начинают остывать, так как ток уже течет через замкнутые электроды стартера. Все это время вольфрамовые нити (1) электродов люминисцентной лампы при прохождении электрического тока нагреваются и начинают испускать электроны. Инертный газ внутри стеклянной колбы также нагревается и ртуть, содержащаяся в лампе, испаряется.

2. Срабатывание стартера

Когда биметаллическая пластина-электрод стартера остывает и возвращается в исходное положение, электрическая цепь между электродами стартера размыкается и тут включается дроссель.

3. Создание дуги

Для создания электрической дуги обычного напряжения в 220 Вольт не достаточно. Чтобы дуга зажглась, необходимо создать разницу потенциалов в несколько тысяч вольт. Для этого используется дроссель (6) — проволочная катушка, намотанная на сердечник. При включении выключателя электрический ток проходит через дроссель, при этом вокруг дросселя генерируется магнитное поле. Когда стартер (7) размыкает цепь, в катушке наводится мгновенное высокое напряжение. При этом всплеске напряжения возникает электрическая дуга между электродами и лампа начинает светиться. Конденсатор, подключенный параллельно лампе стартера, продляет время всплеска, и предотвращает возникновение дуги между электродами стартера. После зажигания дуги сопротивление лампы быстро падает и соответственно сила тока, проходящего через лампу начинает быстро возрастать. Чтобы лампа не перегорела, опять же используется дроссель. Обладая определенным сопротивлением, дроссель регулирует силу тока, проходящего через лампу и в данном случае выступает в роли балласта. Если дуга не зажглась, а это может происходить по разным причинам, то между электродами стартера опять возникает тлеющий разряд и процесс включения повторяется. После того, как зажглась дуга, необходимости в подогреве электродов нет, они могут спокойно остывать. Пока цепь будет замкнутой посредством дуги, лампа будет работать. Таким образом стартер, размыкая электрическую цепь нагрева электродов, значительно увеличивает ресурс работы люминисцентных ламп.

4. Основной режим работы — свечение

После возникновения дуги электрический ток течет уже между электродами и лампа начинает работать в основном режиме. Электроны, перелетая от одного электрода к другому на высокой скорости сталкиваются с атомами ртути и выбивают электроны этих атомов на более высокую орбиту (или следующую энергетическую ступень). Когда электроны атомов ртути возвращаются на прежнюю орбиту, выделяется энергия в виде ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение, проходя через люминофор, возбуждает свечение люминофора в видимом спектре.

Преимущества электромагнитного балласта:

  • Простота конструкции и как следствие
  • Низкая стоимость и 
  • Относительно высокая надежность. Чем реже лампа будет включаться-выключаться, тем дольше она прослужит, как ни странно это звучит. Люминисцентные лампы подключенные с использованием электромагнитного балласта могут гореть многие годы. Срок службы люминисцентных ламп с использованием электромагнитного балласта 6000-12000 часов.

Недостатки:

  • Долгое включение — 1-5 сек в зависимости от напряжения в сети, температуры окружающей среды и степени износа лампы.
  • Низкочастотное гудение дросселя (около 100 Гц). Чем старее дроссель, тем гудение громче.
  • Возможное мерцание лампы.
  • Большие размеры и вес дросселя, что непосредственно влияет на размеры светильника
  • Уменьшение яркости при снижении температуры окружающей среды из-за уменьшения давления газа в стеклянной колбе (актуально для наружных осветительных приборов). При отрицательной температуре люминисцентную лампу с электромагнитным балластом вообще не включишь.

Частично устранить эти недостатки помогает электронный балласт (электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА)). Электронный балласт заменяет не только дроссель, но и стартер. Моделей электронных балластов много, одни включают лампу с заметной временной задержкой, как при использовании электромагнитного балласта, другие позволяют плавно изменять яркость люминисцентной лампы, третьи делают это практически мгновенно, в этом случае электроды вообще не нагреваются и дуга зажигается между холодными электродами. Подробное рассмотрение моделей ЭПРА не является темой данной статьи.

Люминисцентные лампы могут быть изготовлены в виде трубки (линейные лампы), в виде окружности, буквы W или U. Для подключения таких ламп используются специальные патроны. В последнее время все большее распространение получают компактные люминисцентные лампы с встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом, больше известные как эконом-лампы или энергосберегающие лампы. Такие лампы вкручиваются в обычный резьбовой патрон и потому замена ламп накаливания на люминисцентные лампы идет ускоренными темпами. За работой «экономных» ламп я наблюдаю с середины 90-х годов и должен сказать, что в наших условиях такие лампы не всегда работают так долго, как заявляют производители. Если напряжение в сети часто колебается, то лампы приходится менять каждые полгода-год и это уже далеко не экономный режим.

Общий недостаток всех люминисцентных ламп — это наличие в лампах паров ртути, поэтому утилизация люминисцентных ламп — очень важная задача. Выбрасывать люминисцентные лампы в обычный мусорник для бытовых отходов ни в коем случае нельзя. К сожалению это правило и раньше не сильно-то соблюдалось, а сейчас и подавно. Если Вы нечаянно разбили люминисцентную лампу, то сразу обязательно проветрите помещение — пусть пары ртути выйдут. И хотя содержание ртути в люминисцентной лампе в сотни раз меньше, чем в обычном градуснике, все равно рисковать не надо.

Ртутные лампы высокого давления (РЛВД).

Ртутные лампы высокого давления используются в основном для наружного освещения, по причинам, изложенным ниже. Вариантов ртутных ламп также не мало, раньше выпускались двухэлектродные лампы, затем четырехэлектродные, сейчас все больше трехэлектродные. Рассмотрим принцип действия ртутной лампы высокого давления на примере четырехэлектродной лампы:

Рисунок 4. Устройство ртутной лампы высокого давления.

1 — Разрядная колба (горелка), наполненная инертным газом, как правило аргоном и небольшим количеством ртути. Давление газа может достигать 100 КПа (1 атмосфера). Горелки изготавливаются из кварца или керамики. 

2 — Основной электрод (катод).

3 — Зажигающий электрод (анод).

4 — Сопротивление для ограничения силы тока, проходящего через лампу.

5 — Стеклянная колба. На поверхность колбы с внутренней стороны может наноситься люминофор.

6 — Цоколь с резьбой Эдисона.

При включении лампы в электрическую сеть между основными и зажигающими электродами, расположенными на близком расстоянии возникает тлеющий разряд. При этом электроды нагреваются, ртуть начинает испаряться. Так как расстояние между основными электродами намного больше, то сразу зажигания дуги между основными электродами, расположенными в противоположных концах разрядной колбы, не происходит. При разогреве электродов количество излучаемых электронов и положительных ионов увеличивается до тех пор, пока не происходит пробой изоляции инертного газа. При этом возникает тлеющий разряд между основными электродами который очень быстро переходит в дуговой разряд. Для ограничения силы тока, проходящего через лампу используются сопротивления (4), в двухэлектродных лампах используется дополнительно электромагнитный балласт. Разогрев ртутных ламп происходит достаточно долго — в течение 10 — 15 минут после включения. И чем холоднее на улице, тем время включения будет дольше. Лучше всего ртутные лампы работают в горизонтальном положении.

Дуга в разрядной колбе генерирует мощное ультрафиолетовое излучение, а также видимое излучение фиолетового или голубого цвета. Если на внутреннюю поверхность стеклянной колбы нанесен люминофор, то ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимый спектр. Ртутные лампы без люминофора часто используются в лечебных целях, так как ультрафиолетовое излучение убивает микробов и часто их называют просто кварцевыми или ртутно-кварцевыми.

Неоновые лампы.

Неоновые лампы используются в основном для рекламы, иногда в качестве дополнительного освещения, поэтому сильно углубляться в устройство неоновых ламп не будем. Неоновые лампы наполняются неоном, откуда и получили свое название. Чистый неон светится оранжевым цветом, добавки к неону других газов позволяют получить зеленые, красные, синие и белые оттенки. В стеклянные трубки неоновых ламп вставляются электроды, чем больше длина неоновой лампы, тем большим будет напряжение, при котором между электродами возникнет разряд, поэтому для неоновых ламп часто требуются повышающие трансформаторы. Для изготовления неоновых ламп практически любой формы никакого особенно дорогостоящего оборудования не требуется, поэтому даже в относительно небольших городах есть фирмы, занимающиеся изготовлением неоновых ламп и, в частости неоновой рекламы, самостоятельно, поэтому говорить о сроке службы неоновых ламп не приходится, он может быть разный.

Натриевые лампы.

Натриевые лампы являются самыми эффективными источниками света. Если для так называемых экономных или энергосберегающих ламп световая отдача составляет 80-120 Люмен на Ватт потребленной электроэнергии, то для натриевых ламп этот показатель составляет 140-160 Лм/Вт. Натриевые лампы бывают низкого давления (НЛНД) и высокого давления (НЛВЛ). В натриевых лампах низкого давления электрический разряд происходит в парах натрия, в горелки ламп высокого давления добавляют ртуть и ксенон. Как и ртутные лампы высокого давления, натриевые лампы используются в основном для наружного освещения, и не только из-за длительности выхода на полную световую мощность (10-15 минут), а и из-за смещения цветового спектра в сторону желтого цвета. Срок службы натриевых ламп может достигать 25000 часов.

Металлогалогенные лампы (МГЛ).

Металлогалогенные лампы высокого давления отличаются от ртутных газоразрядных ламп тем, что в разрядную колбу помимо инертного газа и ртути добавляются галогениды некоторых металлов, что позволяет корректировать спектр излучения. Световая отдача достигает 140-150 Лм/Вт. Время выхода на полную световую мощность 3-10 минут в зависимости от мощности лампы. Все остальные отличия в маркировке. Возможность создания различных цветовых оттенков позволяет применять металлогалогенные лампы как для внутреннего освещения, так и для наружного.

Начиная с 90 годов прошлого века большое распространение получили ртутно-ксеноновые лампы, больше известные автомобилистам как ксеноновые лампы. Тем не менее эти газоразрядные лампы скорее нужно отнести к металлогалогенным лампам, а не рассматривать их как отдельный вид. Ксеноновые лампы с короткой дугой используются в основном в разного рода проекторах.

Светодиодные лампы.

На сегодняшний день светодиодные лампы являются самыми перспективными в плане экономии электроэнергии из-за максимально высокого КПД. Световая отдача светодиодных ламп достигает 100-200 Лм/Вт, в зависимости от мощности светодиодов и работы по увеличению светоотдачи ведутся постоянно. Светодиоды являются одним из видов полупроводниковых диодов, работающих по принципу использования p-n перехода.

Рисунок 5. Устройство светодиода лампового типа.

1 — Кристалл полупроводника, в котором осуществляется p-n переход.

2 — Пластмассовая колба, защищающая кристалл и одновременно служащая линзой. От формы линзы зависит угол рассеивания излучаемого света

3 — Соединительный провод.

4 — Встроенный отражатель (рефлектор). Лампы, в которых используются светодиоды, могут оборудоваться дополнительными отражателями

5 — Анод.

6 — Катод.

При прохождении электрического тока через p-n переход выделяется энергия. Параметры p-n перехода подбираются так, чтобы максимизировать выделение энергии в виде фотонов видимого спектра и минимизировать выделение тепла. Подбор соответствующего материала p-n перехода позволяет широко варьировать возможную цветовую гамму. Светодиоды являются твердотельными, не требующими газовых или вакуумных колб, и потому малогабаритными источниками света, работающими при малых напряжениях, начиная от 1-2 Вольт. Мощность светодиодов может составлять от 0.1 до 100 Вт. Обычно в светодиодных лампах, заменяющих обычные лампы, используется несколько штук или несколько десятков светодиодов по той причине, что сверхмощные светодиоды, способные в одиночку заменить обычную лампу, стоят слишком дорого. На сегодняшний день в светодиодных лампах наиболее широко используются светодиоды мощностью 0.2-0.3 Вт лампового типа диаметром 3, 5 или 10 мм по внешнему виду действительно напоминающие маленькую лампочку (рис. 5), чип-диоды SMD (surface mounted devices) приблизительно такой же мощности размерами приблизительно 4х4х3 мм и мощные светодиоды SMD, дополнительно оборудованные линзами и радиаторами для охлаждения кристалла.

Преимущества светодиодных ламп:

  • Высокая эффективность. В светодиодных лампах в световую энергию преобразуется до 50-80% электрической энергии, поэтому свет от светодиодных ламп максимально холодный в прямом смысле этого слова.
  • Большое разнообразие.
  • Высокая надежность — заявляемый производителями срок службы светодиодных ламп 50000-100000 часов.
  • Безопасность для здоровья — в спектре излучения светодиодных ламп нет инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Кроме того в составе ламп нет потенциально опасных для здоровья материалов — никакой ртути, галогенов и др.

На сегодняшний день светодиодные лампы выпускаются в виде отдельных светодиодов для самостоятельного подключения, в виде классических ламп под патроны с резьбой Эдисона, в виде линейных люминисцентных ламп, в виде галогенных ламп для врезных светильников и в виде разнообразнейших осветительных шнуров, т.е. во всех возможных видах.

Недостатки:

  • Высокая цена. Конечно же цены на светодиодные лампы зависят и от мощности и от производителя. Чтобы немного сориентироваться в цене, можно рассматривать следующий показатель — если мощность лампы умножить на 2 то это и будет приблизительная цена лампы в долларах. Например, лампа мощностью 1 Ватт будет стоить около 2$, лампа мощностью в 5 Ватт — около 10$, а лампа мощностью 50 Вт — около 100$. Однакопри этом нельзя забывать, что эффективность светодиодных ламп намного больше, чем обычных ламп накаливания.
  • Потускнение. При перегреве полупроводникового кристала диод потускнеет намного раньше, чем предполагалось, поэтому качественное теплоотведение в светодиодных лампах, особенно большой мощности — очень важная задача.

Примечание: За 5 лет, с тех пор как была написана эта статья, цены на светодиодные лампы значительно упали, вплоть до 0.2$ за Ватт и скорее всего это еще не предел. Сейчас они уверено вытесняют с рынка люминисцентные энергосберегающие лампы.

Возможно, какие-то виды ламп я не упомянул, но на первый раз, думаю, хватит.

doctorlom.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о