Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».
Продолжаю эксперимент по сравнению лампы накаливания мощностью 75 (Вт), компактной люминесцентной лампы «Navigator» мощностью 15 (Вт) и светодиодной лампы EKF серии FLL-A мощностью 9 (Вт).
И сегодня я проведу измерение температуры нагрева ламп в рабочем режиме и рассчитаю их фактическую потребляемую мощность. Напомню Вам, что с первой частью экспериментов про сравнение светового потока при разных уровнях напряжения перечисленных ламп Вы можете .
Ватт - это единица для указания энергии за время, при которой средняя мощность часто выделяется в течение определенного периода времени. Однако это утверждение ничего не говорит о фактическом выходе. Это может быть гораздо меньше. Лампа накаливания мощностью 60 Вт потребляет 60 Вт, но только выводит около 3 Вт в виде желаемого видимого света и около 57 Вт в виде неэффективной теплоты.
Принцип работы электрической лампы накаливания
Ватт был более или менее значим для ламп накаливания. В процессе запрета ламп накаливания и введения различных энергосберегающих энергосберегающих ламп помимо Ватта также важно указать количество света, которое измеряется в люменах. Если количество света делится на электрическую энергию, получается эффективность источника света. Эффективность света - отношение люменов к ватту в качестве меры экономической эффективности лампы - может быть легко определена указанным количеством света в люменах и спецификацией электрической мощности в ваттах.
Температура нагрева ламп
С помощью тепловизора Fluke Ti9 Electrical произведу замер температуры нагрева ламп в разных точках (колба, основание лампы и патрон) через один час их работы.
Чем выше светостойкость, тем экономичнее лампа. Таким образом, 60-ваттная лампа накаливания имеет небольшое количество около 710 люмен. Если вы разделите это значение на электрическую мощность 60 Вт, вы получите значение около 12 люменов на ватт. Можно найти самые эффективные энергосберегающие лампы. В основном важно: правильный тариф на электроэнергию!
Галогенные лампы - как классические лампы накаливания - температурные радиаторы. Тем не менее, в отличие от лампы накаливания, галогенная лампа не имеет типичного почернения лампы. Причиной этого является галогенная цепь, которая удерживает лампочку в течение всего срока службы лампы. Поэтому галогенная лампа всегда обеспечивает постоянный световой поток и обеспечивает более длительный срок службы, чем классическая лампа накаливания. Это требует следов галогенов в заполняющем газе галогенной лампы.
1. Лампа накаливания 75 (Вт)
Определение: температурные радиаторы. Температурные лампы, такие как стандартные лампы накаливания и галогенные лампы накаливания, производят свет текущим током через вольфрамовую проволоку. До 10% энергии преобразуется в видимый свет. Поршневое чернение стандартными лампами накаливания.
Вольфрамовые молекулы испаряются из вольфрамовой нити в режиме лампы. Они осаждаются на более холодную внутреннюю стенку поршня. Это приводит к типичному просвету лампы для стандартных ламп накаливания с расширенным временем работы. Часть генерируемого света сдерживается почернением лампы. В результате свет лампы накаливания все больше уменьшается в течение всего срока службы. Для того, чтобы уменьшить потери света как можно ниже, классические лампы накаливания, следовательно, имеют большую колбу.
Температура нагрева лампы накаливания мощностью 75 (Вт) в верхней части колбы (в месте расположения нити накаливания) составила 268°С. На снимке ниже в указанной точке (квадратный курсив) температура равна 259,9°С.
Если прикоснуться к колбе, то можно получить ожог.
Таким образом, частицы вольфрама могут распространяться на большую площадь, а количество осажденных молекул вольфрама на единицу площади остается небольшим. Галогенная присадка предотвращает порчи. В случае галогенной лампы стеклянная лампа остается всегда прозрачной, в отличие от стандартной лампы накаливания. Небольшие количества галогена, такого как йод или бром, обеспечивают это в их заполняющем газе. Галогены не могут предотвратить испарение атомов вольфрама из горячей нити, но они гарантируют, что вольфрамовые атомы не накапливаются внутри лампы.
Температура нагрева патрона — 50,9°С.
Как это работает, на следующем графике. Галоген и вольфрам превращают в галогенид вольфрама. Прежде чем частицы вольфрама могут достигнуть внутренней стороны колбы, молекулы вольфрама и галогена объединяются, чтобы образовать галоидные галоиды вольфрама. Эти газообразные галогениды вольфрама не наносятся в качестве покрытия на поршень, но свободно перемещаются в лампочке из-за тепловой конвекции, пока они снова не достигнут накаливания.
В спирали галогениды вольфрама снова расщепляются на галоген и вольфрам из-за высокой температуры. Однако частицы вольфрама не опираются на горячее спиральное тело, а скорее на более холодные точки спирали, такие как «спиральная кость». Затем галоиды снова доступны для цикла галогенов. В результате атомы вольфрама не имеют возможности осаждаться внутри стеклянной колбы и окрашивать ее в черный цвет. Таким образом, даже самая маленькая лампочка галогенной лампы всегда остается ясной. Это позволяет избежать неизбежной потери светового потока, как со стандартными лампами накаливания, в течение всего срока службы.
Самую максимальную температуру нагрева люминесцентной лампы, которую мне удалось зафиксировать — это 139°С. Эта точка приходится на основание колбы, т.е. нагрев достаточно локальный (местный).
Галогенные лампы с отражателем обладают множеством преимуществ. Они обеспечивают направленный свет, устанавливают акценты освещения и создают профессиональную область, такую как архитектурное или магазинное освещение. Технология охлаждения луча или алюминиевые отражатели обеспечивают надежные и мощные галогенные лампы для различных применений.
Галогенные рефлекторные лампы доступны с различными углами пучка: от очень узкого до очень широкого. В следующей таблице представлен обзор. Обозначение Аббревиатура Угол пучка. Галогенные лампы накаливания с отражателем холодного света идеально подходят для освещения теплочувствительных объектов. Отражатели холодного света также используются в медицине. Это приводит к уменьшению тепловой нагрузки до 66% в световом пучке. Результат: термочувствительные объекты избавлены от использования этой технологии.
Температура по всей поверхности колбы примерно одинаковая и составила 74,5°С.
Как подключить лампу накаливания через диод
Из-за дополнительного легкого излучения света сзади создаются специальные световые сцены. Однако следует учитывать, что тепловое излучение назад в планировании освещения достаточно учитывается. Галогенные лампы с отражателем с алюминиевым покрытием: идеально подходят для установки на потолке.
К ним относятся, в частности, встроенные светильники, такие как, например, потолочные встраиваемые светильники. Причина: лампы с отражателем холодного света отводят две трети их теплового излучения сзади, что может привести к перегреву встроенного света. Таким образом, высокие температуры могут угрожать эксплуатационной безопасности систем освещения. Во избежание этого для потолочного монтажа рекомендуется использовать галогенные лампы с отражателем с алюминиевым покрытием. Галогенные лампы с отражателем с алюминиевым покрытием, в отличие от ламп рефлектора холодного света, едва излучают тепло назад, например, в потолочную облицовку.
Если прикоснуться к колбе лампы, то нагрев достаточно ощутим.
Большая часть тепла излучается вперед вместе с отраженным светом. Видимое свечение или инфракрасное излучение также могут привести к нежелательным изменениям. Поэтому в случае светочувствительных материалов всегда должна наблюдаться адекватная сила света и проверяться устойчивость цвета.
Лучшее качество света и более длительный срок службы, чем стандартные галогенные лампы, являются лишь некоторыми из преимуществ улучшенных галогенных ламп с инфракрасным покрытием. За лампами - технически высококачественная галогенная технология, которая убеждает своими выдающимися преимуществами.
Основание компактной люминесцентной лампы нагрелось в среднем до 58,5°С. В этом месте лампы находится схема (ЭПРА).
Преимущества усовершенствованной галогеновой технологии. ◾ Постоянная интенсивность света и цветовое впечатление на протяжении всего срока службы. ◾ Естественная цветопередача. ◾ Стопроцентная диммируемость. ◾ Легкая замена обычных галогенных ламп. ◾ Долговечность и, следовательно, экологически ценная.
Технически совершенная галогенная технология основана на двух различных технических процедурах. Находятся в производстве галогенных ламп. За этой аббревиатурой стоит английский термин «Инфракрасное покрытие». Это специальное покрытие применяется снаружи лампы лампы и функционирует как зеркало. Он отражает инфракрасное тепловое излучение обратно на нить. В связи со специальной геометрией поршня спираль дополнительно нагревается. Поэтому необходимо привести спираль к рабочей температуре. Эта рекуперация тепла повышает эффективность лампы.
Максимальная температура нагрева светодиодной лампы мощностью 9 (Вт) EKF серии FLL-A составила всего 65°С. Этот нагрев зафиксирован в нижней части колбы, там где расположены драйвер и светодиоды. Низкий нагрев светодиодной лампы EKF обусловлен тем, что ее корпус сделан из алюминия и теплорассеивающего пластика, который обеспечивает хорошую теплоотдачу.
Галогенные лампы для специальных применений. Лампы с инфракрасным покрытием имеют более длительный срок службы, чем обычные галогенные лампы. Ксенонный метод: редкий редкий газ уменьшает потери тепла. Из-за наполнения газа в лампе большая часть тепла транспортируется от катушки. В результате дополнительная энергия должна подаваться на спираль, чтобы поддерживать ее при температуре. Потери тепла зависят от типа наполняющего газа в лампе. Использование ксенона в качестве наполняющего газа вместо, например, аргона благородного газа может уменьшить эту потерю тепла.
Об устройстве этой лампы я еще расскажу Вам более подробно в своих следующих статьях — подписывайтесь на рассылку.
Чем больше атомы газа, тем ниже его теплопроводность и, следовательно, тепловые потери. Ксенон - это газ с низкой теплопроводностью. Из-за его использования и связанных с этим меньших потерь тепла для нагрева катушки требуется меньше электрической энергии. Кроме того, тяжелые атомы ксенона также замедляют испарение атомов вольфрама из нити. Это уменьшает потерю материала на нити, и соответственно увеличивается срок службы лампы. Ксенон, однако, является очень редким благородным газом и поэтому соответственно дорогим.
Теперь, когда классические лампы накаливания накаливания будут объявлены вне закона из-за их высокого потребления, не помешает заглянуть в не слишком отдаленное прошлое, прежде чем все свяжут Эдисона с электрическим освещением. Да, до того, как «классическая» лампочка также освещала улицы, дома и комнаты со светом, исходящим от электричества, конечно, используемая технология была совсем иной, и результат был несколько пугающим и не очень практичным.
Температура верхней части колбы составила всего 32,4°С. Ее без проблем можно держать в руках.
Но нужно было еще больше, темнота должна была быть действительно освещена, и для этого использовалось электричество. Возьмите источник электроэнергии, сформируйте цепь, прерванную на участке ее пути, и на обоих концах секционированного проводника разместите два углеродных электрода. Если мы накормем цепь источником и достаточно близким двум электродам, дуга появится в середине светящегося свечения. Так просто, больше не нужно строить дуговую лампу.
Для сборки конструкции понадобится
Здесь не свет, излучаемый материалом, который накачиваетс, когда он пропускает через него электрический ток, как это происходит с вольфрамовыми нитями классических лампочек Эдисона и других. Нет, в дуговых лампах это «скачок» электрического тока между двумя электродами, который генерирует свечение, которое может использоваться при освещении.
Температура патрона составила в среднем 36,9°С.
Результаты измеренных температур я занес в таблицу.
Какие выводы можно сделать из этого эксперимента?
Из-за высокой температуры нагрева ламп накаливания (в моем случае 268°С) условия их применения несколько ограничены в плане пожарной безопасности. Высокая температура может стать причиной возгорания (пожара). В связи с этим нужно соблюдать ряд определенных требований.
Например, в , мощность ламп накаливания не должна превышать 60 (Вт). Также не стоит забывать про термостойкую арматуру (патроны, плафоны, основание) светильника: керамика, карболит, стекло, и соблюдать расстояние от лампы до горючих материалов (пластиковые детали, деревянная поверхность, ткань).
Компактная люминесцентная лампа имеет максимальную температуру 139°С, но этот нагрев достаточно локальный (местный), поэтому можно считать, что бОльшая часть ее колбы имеет температуру нагрева 74,5°С.
Победителем данного испытания безусловно является светодиодная лампа EKF серии FLL-A. Ее максимальная температура составила всего 65°С. Это почти в 4 раза меньше, чем у лампы накаливания и в 2 раза меньше, чем у лампы КЛЛ.
КЛЛ и светодиодная лампа обладают низким уровнем пожарной опасности и минимальным риском возгорания, благодаря чему их применение более широкое по сравнению с лампами накаливания. Также эти лампы совершенно безопасно устанавливать в светильниках с пластиковыми патронами, плафонами и основанием, тканевыми абажурами, они идеально подходят для натяжных потолков и т.д.
Энергопотребление ламп
С помощью цифрового мультиметра, подключенного последовательно в цепь каждой лампы, произведем измерение потребляемого тока, а затем косвенным путем рассчитаем их мощность и сравним с заявленной (по паспорту).
1. Лампа накаливания 75 (Вт)
Измеренный ток потребления лампы накаливания мощностью 75 (Вт) равен 0,29 (А).
Зная напряжение в сети (220 В), рассчитаем энергопотребление лампы накаливания. Лампа накаливания не содержит в себе индуктивных и емкостных элементов — это чисто активная нагрузка, поэтому для расчета ее потребляемой активной мощности применим вот эту формулу:
Pрасч. = Uсети·Iизм. = 220·0,29 = 63,8 (Вт)
2. Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) мощностью 15 (Вт) «Navigator»
Измеренный ток потребления компактной люминесцентной лампы мощностью 15 (Вт) равен 47,8 (мА) или 0,0478 (А).
Измеренный ток не является активным, в отличие от измеренного тока лампы накаливания, т.к. лампа КЛЛ содержит в себе электронный пуско-регулирующий аппарат (ЭПРА), который является источником реактивной мощности. А это значит, чтобы вычислить активный ток, нужно измеренное значение тока умножить на коэффициент мощности или, другими словами, косинус «фи» (cosφ). Коэффициент мощности мне не известен (в паспорте на лампу он не указан), поэтому я возьму усредненное значение для электронных ПРА, которое составляет 0,95.
Энергопотребление люминесцентной лампы рассчитаем путем умножения значения напряжения сети (220 В) на активный ток лампы:
Pрасч. = Uсети·Iизм.·cosφ = 220·0,0478·0,95 = 9,99 (Вт)
Полученное значение занесу в сводную таблицу.
3. Светодиодная лампа (LED) мощностью 9 (Вт) EKF серии FLL-A
Измеренный ток потребления светодиодной лампы мощностью 9 (Вт) EKF равен 31,0 (мА) или 0,031 (А).
Измеренный ток не является активным из-за того, что в светодиодной лампе установлен драйвер, который имеет реактивную составляющую. И это нужно учесть аналогичным образом, как в предыдущем случае с лампой КЛЛ. Коэффициент мощности для светодиодной лампы в паспорте не указан, поэтому я опять же возьму усредненное значение 0,95.
Энергопотребление светодиодной лампы рассчитаем путем умножения значения напряжения сети (220 В) на активный ток лампы:
Pрасч. = Uсети·Iизм.·cosφ = 220·0,031·0,95 = 6,47 (Вт)
Полученное значение занесу в сводную таблицу.
Из данного эксперимента можно сделать следующие выводы.
У всех рассмотренных ламп заявленная мощность превышает фактическую, правда значения отклонения у ламп значительно отличаются. Ближе всех к заявленной мощности имеет лампа накаливания 75 (Вт). Ее отклонение от заявленной мощности составило всего 14,93%. На втором месте светодиодная лампа 9 (Вт) EKF — ее отклонение составило уже 28,11%. И на третьем месте КЛЛ 15 (Вт) «Navigator» — отклонение составило 33,4%.
Но все ничего, если бы лампа имела меньшее энергопотребление, чем заявленное, но при этом выдавала заявленный по паспорту световой поток (освещенность). Чего нельзя сказать про компактную люминесцентную лампу «Navigator» мощностью 15 (Вт). Напомню, что ее освещенность уступала эквивалентной 75-Ваттной лампе накаливания на целых 30%. Почему бы производителю не сделать лампу мощней и, соответственно, выдавать заявленный по паспорту световой поток? Это, пожалуй, останется загадкой.
Со светодиодной лампой EKF серии FLL-A мощностью 9 (Вт) все понятно. Заявленная мощность завышена, но и освещенность при этом на 8% больше, нежели у эквивалентной 75-Ваттной лампы накаливания. Получается, что энергопотребление светодиодной лампы EKF практически в 10 раз меньше, чем у лампы накаливания, но при этом освещенность на 8% больше. Экономия на лицо, считаю, что это самый оптимальный вариант.
Если сравнить светодиодную лампу с КЛЛ, то она и здесь выигрывает. Во-первых, освещенность светодиодной лампы на 36% больше, чем у КЛЛ, а во-вторых, энергопотребление почти на 35% меньше.
Видеоролик к статье:
P.S. В скором времени я напишу статью об экономическом эффекте и сроке окупаемости рассмотренных в статье ламп. Спасибо за внимание.
Обеспечить комфорт и уют в доме невозможно без организации хорошего освещения. С такой целью наиболее часто сейчас используются лампы накаливания, которые можно применять в различных условиях сети (36 Вольт, 220 и 380).
Виды и характеристики
Лампа накаливания общего назначения (ЛОН) – это современное устройство, источник искусственного видимого светового излучения с низким КПД, но ярким свечением. Свое название она получила из-за наличия в корпусе специального тела накала, которое изготавливается из тугоплавких металлов или угольной нити. В зависимости от параметров этого тела определяется срок службы светильника, цена и прочие характеристики.
Фото – модель с вольфрамовой нитью
Несмотря на разные мнения, считается, что первым изобрел лампу ученый из Англии Деларю, но его принцип накаливания был далек от современных норм. После исследованиями занимались разные физики, впоследствии, Гебель презентовал первую лампу с угольной нитью (из бамбука), а после Лодыгин запатентовал первую модель из углеродной нити в вакуумной колбе.
В зависимости от конструктивных элементов и типа газа, защищающего нить накаливания, сейчас существую такие виды ламп:
- Аргоновые;
- Криптовые;
- Вакуумные;
- Ксенон-галогенные.
Вакуумные модели являются самыми простыми и привычными. Получили свою популярность из-за низкой стоимости, но вместе с этим они имеют наименьший срок службы. Стоит отметить их простоту замены, ремонту не поддаются. Конструкция имеет следующий вид:
Фото – конструкция вакуумных ламп
Здесь 1 – это, соответственно, вакуумная колба; 2 - вакуумная или наполненная специальным газом, емкость; 3 - нить; 4, 5 - контакты; 6 - крепежи для нити накаливания; 7 - стойка лампы; 8 - предохранитель; 9 - цоколь; 10 - стеклянная защита цоколя; 11 - цокольный контакт.
Аргоновые лампы ГОСТ 2239-79 по яркости очень отличаются вакуумных, но практически полностью повторяют их конструкцию. Они имеют больший срок годности, нежели привычные. Это обязано тем, что нить из вольфрама защищена колбой с нейтральным аргоном, который противостоит высоким температурам горения. Как результат, источник света более яркий и долговечный.
Фото – аргоновый ЛОН
Криптовую модель можно распознать по очень высокой световой температуре. Она светится ярким белым светом, поэтому иногда может вызывать боль в глазах. Высокий показатель яркости обеспечен криптоном – высоко-инертным газом, у которого высокая атомная масса. Его применение позволило значительно уменьшить вакуумную колбу, но при этом не терять яркость источника света.
Галогенные светильники накаливания получили большую популярность благодаря своей экономной работе. Современная энергосберегающая лампа поможет не только сократить расходы на оплату электрической энергии, но и уменьшить траты на покупку новых моделей для освещения. Производство такой модели осуществляется на специализированных заводах, как и утилизация. Предлагаем для сравнения изучить потребляемую мощность перечисленных выше аналогов:
- Вакуумные (обычные, без газа или с аргоном): 50 или 100 Вт;
- Галогеновые: 45-65 Вт;
- Ксеноновые, галогено-ксеноновые (комбинированные): 30 Вт.
Благодаря небольшому размеру, наиболее часто электрические ксеноновые и галогеновые осветители используют как автомобильные фары. У них высокое сопротивление и отличная долговечность.
Фото – ксенон
Классификация ламп производится не только исходя из наполняющего газа, а также, в зависимости от типов цоколей и назначения. Существуют такие виды:
- G4, GU4, GY4, и прочие. Галогеновые модели накаливания отличают патроны-штекеры;
- E5, E14, E17, E26, E40 – наиболее распространенные типы цоколей. В зависимости от номера, могут быть узкими и широкими, классифицируются по возрастанию. Первые люстры изготавливались именно под такие контактирующие части;
- G13, G24 производители используют эти обозначения для люминесцентных осветителей.
Фото – формы ламп и типы цоколей
Достоинства и недостатки
Сравнение отдельных видов светильников накаливания позволит выбрать наиболее подходящий вариант, исходя из того, какая нужна мощность и световая отдача. Но у всех перечисленных видов светильников есть общие достоинства и недостатки:
Плюсы:
- Доступная цена. Стоимость многих ламп находится в пределах 2 у. е.;
- Быстрое включение и выключение. Это наиболее значимый параметр в сравнении с энергосберегающими лампами с долгим включением;
- Маленькие размеры;
- Простая замена;
- Широкий выбор моделей. Сейчас есть декоративные светильники (свеча, ретро-завиток и другие), классические, матовые, зеркальные и прочие.
Минусы:
- Высокая потребляемая мощность;
- Негативное воздействие на глаза. В большинстве случаев от него поможет матовая или зеркальная поверхность колбы лампы накаливания;
- Низкая защита от перепадов напряжения. Для обеспечения нужного уровня используется блок защиты для лампы накаливания, он подбирается в зависимости от типа;
- Короткий эксплуатационный период;
- Очень низкий коэффициент полезного действия. Большая часть электрической энергии уходит не на освещение, а на нагрев колбы.
Параметры
Технические характеристики любой модели обязательно включают в себя: световой поток лампы накаливания, цвет свечения (или цветовая температура), мощность и срок службы. Сравним перечисленные типы:
Фото – цветовая температура
Из всех перечисленных типов только галогенки можно отнести к энергосберегающим моделям. Поэтому многие хозяева стремятся заменить все источники света в своем жилище на более рациональные, к примеру, на диодные. Соответствие светодиодных ламп накаливания, сравнительная таблица:
Для лучшего объяснения энергозатрат предлагаем изучить соотношение ватт к люменам. Например, лампа дневного света, с вольфрамовой нитью накаливания 100 Вт – люмен 1200, соответственно, 500 Вт – более 8000.
При этом, часто использующаяся в производственных и бытовых условиях, люминесцентная модель, имеет похожие характеристики на ксеноновую. Благодаря таким характеристикам есть возможность обеспечить плавное включение ламп накаливания. Для этого используется специальный прибор – диммер для ламп накаливания.
Такой регулятор можно собрать своими руками, если есть схема, подходящая под Вашу лампу. Сейчас большой популярностью пользуются аналоги обычных вариантов, но с зеркальным напылением – рефлекторная модель Philips, импортные Osram и другие. Купить фирменную лампу накаливания можно в специализированных фирменных магазинах.