Традиционные электрические лампы накаливания довольно часто выходят из строя. Основная причина их неисправности — перегорание вольфрамовой нити.
Принцип работы лампы накаливания
Нить накала лампы, изготовленная в виде спирали из тугоплавких сплавов на основе вольфрама, размещена в прозрачной стеклянной колбе, внутри которой либо создан вакуум (у ламп малой мощности), либо она заполнена инертным газом.
При протекании через спираль электрического тока она нагревается до высокой температуры вследствие ее высокого сопротивления, а разогревшись, излучает в широком диапазоне спектра, в том числе и в его видимой части, в результате чего «лампочка светит».
Качество ламп
Основной причиной «перегорания» ламп накаливания является неравномерное испарение материала нити накала, в результате чего на спирали лампы появляются участки с меньшим поперечным сечением и большим сопротивлением.
Повышенное сопротивление локального участка нити накала приводит, к повышению его температуры, сравнительно с остальными участками спирали, а значит, и к более активному испарению металла на таких участках.
В результате материал нити накала на этом участке либо плавится либо полностью испаряется и электрическая лампа приходит в негодность.
Ограниченный ресурс и повышенное напряжение
Второй причиной выхода из строя электрических ламп накаливания является ограниченность ресурса времени работы, который составляет приблизительно 1000 часов, а в электрической сети дополнительно сокращает время износа спирали.
В ночное время, когда напряжение в сети значительно выше номинального, атомы вольфрама более интенсивно испаряются, а нить накала значительно быстрее истончается и утрачивает свою функциональность.
Повышение напряжение на 5% сокращает срок службы электрической лампы примерно вдвое.
Частые включения
Поскольку значения сопротивлений нити накала лампы в холодном и горячем состоянии существенно разнятся, при подаче питания на электрическую лампу происходит следующее: спираль лампы холодная и имеет невысокое сопротивление, по этой причине происходит так называемый «большой бросок тока» и нить накала преждевременно перегорает.
Неисправности патрона и выключателя
Когда в патроне, в который вкручена лампочка, между его центральным или боковыми контактами и цоколем лампы имеет место ненадежное контактное соединение, значение сопротивления в месте контактов хаотически колеблется, что приводит к колебаниям напряжения, питающего нить накала.
В результате лампа выходит из строя раньше, чем выработает заявленный часовой ресурс.
У неисправного контактные элементы обычно покрыты слоем копоти и при включении-выключении искрят.
Следовательно, напряжение на нить накала лампы подается нестабильное, что, как и в случае с неисправным патроном, влечет за собой преждевременный выход из строя электрической лампы из-за перегорания ее спирали.
Вибрации и механические воздействия
Нить накала лампы в рабочем состоянии имеет температуру в диапазоне от 2000 до 3000 0 С и материал спирали при этом активно испаряется.
Любая, даже незначительная вибрация или легкое механическое воздействие способны нарушить целостность нити накала и привести к полной неисправности лампы.
Простые способы продления жизни лампы
В первую очередь приведите в порядок все в доме: проверьте качество контактов в квартирном электрощитке и в разветвительных или распаечных (называйте как хотите) коробках, а при обнаружении плохих контактов устраните (сами или с помощью приглашенного специалиста) эти недостатки.
Выполните замену ламп накаливания. Иногда вместо замены патрона на новый достаточно лишь подогнуть в нем центральный контакт в сторону цоколя лампы.
При покупке подбирайте лампы, рассчитанные на напряжение равное или немного выше того, которое «живет» в ваших розетках. Например, при напряжении электрического тока в квартирной сети от 220 до 230 вольт разумным будет остановить свой выбор на лампах, с обозначенным номинальным напряжением 230-240 В.
Для защиты ламп от перепадов тока в момент включения приобретите и установите в разрыв цепи электролампы устройство плавного включения ламп (УПВЛ), которое обеспечит постепенное увеличение подаваемого на лампу напряжения в момент ее включения.
Можно изготовить упрощенный вариант УПВЛ самому, поместив в разрыв одного из проводов, ведущих к лампе, бумажный конденсатора емкостью 10-20 мкф, рассчитанный на напряжение не менее 300 В.
Для продления срока службы ламп, постоянно включенных в ночное время (освещение лестничных клеток, подъездов и др.) большое распространение получил способ со вставкой, вернее впайкой, диода в разрыв цепи освещения.
Максимально допустимый прямой ток такого диода должен составлять не менее 0,5-1 А, а максимально допустимое обратное напряжение – 300 В. Такая лампа будет заметно мигать с частотой 25 Гц, если для вас это недопустимо, можно добавить в цепь последовательно подключенный конденсатор номиналом 20 мкф и 300 В.
Еще один способ уберечь лампу от повышенного напряжения ночью — последовательно подключить две одинаковые по мощности лампы в одной электрической цепи.
Удачи вам! Пусть у вас все получится!
Итак, как же сберечь свои вложения в теплый ламповый ретро свет?
Вообще ретро лампочки работают дольше, чем обычные лампочки накаливания, и мы сейчас поясним почему. С другой стороны, они как правило дороже, так что для них важно увеличить время жизни максимально.
Бум! (c) неизвестен
Сначала общие соображения, которые относятся в основном к физическому состоянию самой лампочки.
1) Чем лучше, качественнее и дороже лампочки, тем дольше они работают. Датские работают дольше китайских, швейцарские дольше датских. У дорогих лампочек аккуратнее намотана нить, меньше натянута, сама нить более качественная, в ней меньше неоднородностей (смотри дальше). В общем, такие лампочки лучше. Соответственно и работают, даже по номинальному сроку, в 2-2,5 раза дольше.
2) Рисунок нити накаливания. Если для Вас рисунок, создаваемый нитью накаливания, принципиального значения не имеет, выбирайте не squirrel cage, а спираль или комок. Потому что в таких рисунках больше поддерживающих нить ножек, меньше провисаний и нить дольше живет.
3) Транспортировка. ретро лампочки Эдисона надо возить в вертикальном положении и как можно меньше трясти. Лучше проедут - дольше проработают.
4) Поменьше циклов включения-выключения. Пиковые напряжения бывают именно при включении, так что лучше не щелкать выключателем постоянно.
Теперь о технической стороне дела.
Сразу ответ: используйте диммер!
А теперь объяснения.
Время службы лампочки зависит, в основном, от двух факторов. Во-первых, от испарения материала нити накаливания во время работы - нить накаляется, металл испаряется. Во-вторых, и в большей степени, от возникающих в нити неоднородностей. Рассмотрим оба фактора.
По поводу температуры и испарения материала нити ламп накаливания.
В лампах накаливания почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Человеческий глаз, однако, видит только узкий диапазон длин волн этого излучения — диапазон видимого излучения. Основная мощность потока излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается в виде тепла. В обычной лампочке накаливания, при температуре нити в 2700 K (обычная лампа на 60 Вт ) световой КПД составляет около 5 %, и имеет срок службы примерно 1000 часов.
Долговечность и яркость в зависимости от рабочего напряжения.
С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 3400 K срок службы всего лишь несколько часов. Как показано на рисунке сверху, при увеличении напряжения на 20 %, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим срок службы уменьшается на 95 %. Соответственно, уменьшение напряжения питания хотя и понижает КПД , но зато увеличивает долговечность.
Именно этот эффект мы и наблюдаем в ретро лампочках, в которых температура нити накаливания значительно ниже. Стандартно называемое время наработки на отказ для таких лампочек составляет от 2000 часов, что в 2 раза больше.
По поводу неоднородностей в нити накаливания.
Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что, в свою очередь, ведёт к ещё большему нагреву участка нити и интенсивному испарению материала в таких местах, таким образом, получается дополнительное утоньшение участков нити. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, лампа выходит из строя.
Наибольший износ нити накала происходит при резкой подаче напряжения на лампу, поэтому значительно увеличить срок её службы можно используя разного рода устройства плавного запуска. При включении лампы пусковой ток превышает номинальный в 10—15 раз, именно поэтому лампы перегорают обычно в момент включения. Для защиты питающей сети от бросков тока, возникающих в момент перегорания нити лампы при включении, многие лампы, например, бытовые, снабжаются встроенным плавким предохранителем — один из проводников, соединяющих цоколь лампы с выводом из стеклянного баллона делают тоньше другого, что легко увидеть, рассмотрев лампу, и именно он является плавким предохранителем. Так бытовая лампа мощностью 60 Вт в момент включения потребляет свыше 700 Вт , а 100-ваттная — более киловатта. По мере прогрева нити лампы её сопротивление возрастает, а мощность падает до номинальной.
Для снижения пускового тока широко используются автоматические или ручные диммеры. Это оказывает самый благотворный эффект на долговечность работы лампочек.
Может это и не ретро лампочка, но все равно красиво.
Резюмируем:
Долговечность лампы зависит от температуры нити накаливания в рабочем режиме и от ее (нити) равномерности. Для ретро лампочек проблемы с температурой значительно менее выражены, чем для обычных, по сути, проблемы нет; а проблемы с неравномерностью нити накаливания проще всего уменьшить с помощью использования диммера.
Кроме того, долговечность лампы зависит от общей аккуратности. Покупайте качественное; перевозите аккуратно; включайте нечасто.
Интересный лайфхак: Перегоревшую лампу, колба которой сохранила целостность, а нить разрушилась лишь в одном месте, можно починить путём встряхиваний и поворотов, таких, чтобы концы нити вновь соединились. При прохождении тока концы нити могут сплавиться и лампа продолжит работу. При этом однако может выйти из строя (расплавиться/обломиться) предохранитель, входящий в состав лампы. Не знаем, сработает ли это с ретро лампочками, т.к. как мы уже говорили, температура накала нити у них ниже.
Известно, что со временем электрические лампочки перегорают. Это свойство они приобрели в 20-30 годах. Изготовлены по "допотопным" технологиям лампочки фирмы Т.Эдисона работают и поныне. Частично, дело в глубине вакуума. Если электрическую лапочку включить так, чтобы она еле светилась, то сверху колбы можно нащупать теплое пятнышко. Как мог воздух подняться в колбе, если его там (якобы) нет? Если разбить электрическую лампочку в воде - поднимется пузырек воздуха (только не подумайте, что увидели инертный газ).
Но для программирования старения лампочки этого недостаточно. Нужны примеси в спирали. Испаряясь, они и приводят к перегоранию. После многочисленных экономических депреcсий, спадов, кризисов держава уже давно махнула рукой на эту разновидность мошенничества. Так, в мусор летят миллионы "рожденных, чтобы умереть" лампочек.
Наши изобретатели также готовят много сюрпризов для коммерции. Уже научились светить лампами дневного света с перегоревшими спиралями. Постоянно изобретают все новые и новые способы удлинения сроков службы ламп накаливания. На этой страничке я предлагаю вам рассмотреть несколько наиболее распространенных и простых способов продления жизни лампы накаливания.
ВАРИАНТ 1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА
Это самый простой, но и самый надежный способ! Суть данного способа заключается в включении полупроводникового диода в разрыв цепи питания лампы накаливания. Диод можно "врезать" в выключатель, плафон лампы, напаять второй цоколя с диодом на цоколь лампы и т.д. Недостаток данного способа является "мерцание" лампы накаливания.
Однако такой свет можно использовать на лестничных площадках домов, тамбурах, подвалах и т.д., так как качество освещения в этом случае не имеет существенного значения, а лампы, как показывает опыт эксплуатации, служат при этом годами...
Детали: диоды типа КД105, Д226.
ВАРИАНТ 2
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БАЛЛАСТНОГО КОНДЕНСАТОРА
В этом случае можно использовать лампу мощностью до 100 Вт, если включить ее в сеть через балластный конденсатор.
Подбирая емкость конденсатора, можно регулировать яркость свечения. Резистор R1 необходим для снятия остаточного заряда с конденсатора. Так как лампа светится вполнакала, срок ее службы значительно продлевается.
Условие: номинал по напряжению для конденсатора должен быть не менее 250 вольт.
ВАРИАНТ 3
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА
Тоже один из не сложных вариантов продления жизни лампы накаливания - использование трансформаторов от ламповых радиол. У них есть отвод "110 В". Если на него подключить лампу в 100 Вт (спираль у нее довольно толстая) - "светящая в полнакала" станет вечной!
Недостатком данного метода является громоздкость конструкции.
ВАРИАНТ 4
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТИРИСТОРНОЙ СХЕМЫ
Один из наиболее сложных вариантов продления жизни лампы накаливания, предложенный отцом и сыном Чумаковыми, г. Дзержинск (журнал Радио №7, 1988 г., стр. 51). Для его необходимы элементаные знания схемотехники.
Преимущество данного варианта от других является то, что данная схема уменьшает броски тока при включении лампы, и обеспечивает свечение лампы полным накалом без мерцания.
ПРИНЦИП РАБОТЫ
Как упоминалось выше этот автомат уменьшает броски тока через осветительную лампу в момент ее включения. При замыкании контактов выключателя Q1 ламла EL1 начинает светиться вполнакала, поскольку ток через нее протекает только во время положительных полупериодов сетевого напряжения на нижнем, по схеме, проводе питания.
Во время же отрицательных полупериодов заряжается конденсатор С1. Как только напряжение на конденсаторе достигнет напряжения стабилизации стабилитрона VD2, откроется тринистор VS1 и лампа вспыхнет почти в полный накал. Показанные на схеме детали рассчитаны на работу автомата с лампой (или лампами) мощностью до 150 Вт.
Для более мощной нагрузки (500... 700 Вт) нужно установить диод VD3 с допустимым выпрямленным током 2...3 А (например, КД202Л). Тринистор при этом можно не устанавливать на радиатор.
НАСТРОЙКА СХЕМЫ
Налаживают автомат при отключенном диоде VD3. Вместо резистора R3 желательно временно впаять переменный, сопротивлением 15 кОм или 22 кОм. Через несколько секунд после включения устройства в сеть должна загореться мерцающим светом лампа EL1. Если свечения ее нет, подбирают переменным резистором ток управляющего электрода тринистора.
Затем измеряют напряжение на конденсаторе. Если оно превышает 50 В, заменяют конденсатор другим, с большим номинальным напряжением или устанавливают стабилитрон с меньшим напряжением стабилизации. После этого подключают диод VD3 и измеряют переменное напряжение на лампе. Изменить его в ту или иную сторону можно подборомрезистора R1, но значительно уменьшать сопротивление резистора по сравнению с указанным на схеме нежелательно, иначе уменьшится продолжительность предварительногоразогрева нити лампы (оно не должно быть менее 2 с) - до включения тринистора.
Сегодня широкое распространение имеют четыре вида освещения: традиционные лампы накаливания, люминесцентные, галогенные и светодиодные. Срок службы лампочек напрямую зависит от технологии осветительного прибора. Но в рамках технологи ресурс лампочек будет напрямую зависеть от условий эксплуатации.
Принцип работы ламп накаливания при нагрузках.
Наибольшую нагрузку спираль лампы накаливания испытывает в момент включения. Это происходит из-за того, что спираль лампочки в холодном состоянии имеет сопротивление в десятки раз меньше, чем когда она раскалена.
Экспериментальная проверка наиболее распространенных электрических ламп накаливания мощностью 25, 40, 60, 75, 100 Вт показывает, что их сопротивление в холодном состоянии составляет 155,5; 103,5; 61,5; 51,5; 40 Ом, а в рабочем - 1936; 1210; 815; 650; 490 Ом, соответственно. Тогда отношение «горячего» сопротивления к «холодному» равняется 12,45; 11,7; 13,25; 12,62; 12,4, а в среднем оно составляет 12,5. Эти показатели взяты из справочника. Но ради любопытства наши электрики в Королеве провели такие опытные замеры и вышли на те же цифры.
В результате лампа накаливания при включении работает в экстремальных условиях при токах, которые превышают номинальный. Это приводит к сокращению ресурса лампочек накаливания, к ускоренному износу нити накала и преждевременному выходу из строя, особенно при превышениях напряжения в питающей сети. Последнее обстоятельство при длительных превышениях напряжения относительно номинального приводит к резкому сокращению срока службы лампы. В результате при очередном нажатии на выключатель лампочка перегорит, и даже может отключиться автомат в щитке. А вы зададитесь вопросом, что делать, если погас свет и обесточилась квартира?
Срок службы лампы накаливания сильно зависит от условий эксплуатации.
Эксплуатационный ресурс обычной лампочки накаливания зависит:
- от качества коммутации проводов;
- от качества монтажа и подключения люстры;
- от качества сборки светильника;
- от стабильности номинального напряжения;
- от наличия или отсутствия механических воздействий на светильник, толчков, сотрясений, вибраций;
- от температуры и влажности окружающей среды;
- от типа примененного выключателя и скорости нарастания величины тока при подаче питания.
Как увеличить срок службы лампы накаливания.
Для того, чтобы продлить ресурс и эксплуатационный срок службы, необходимо разобраться, почему перегорают электрические лампы накаливания . При продолжительной работе лампочки ее нить накала под воздействием высокой температуры нагрева постепенно испаряется, уменьшаясь в диаметре и рвется (перегорает).
Чем выше температура нагрева нити накала, тем больше света она излучает. При этом интенсивнее протекает процесс испарения нити, и сокращается срок службы лампы. Поэтому для ламп накаливания устанавливается такая температура накала нити, при которой обеспечивается необходимая светоотдача лампы и определенная продолжительность ее службы.
Увеличить срок эксплуатации ламп накаливания можно путем включения в цепь устройств плавного пуска, которые будут сглаживать нагрузку, возникающую на старте работы холодной лампочки. Для уточнения возможных способов продления работы светильников обратитесь за консультацией к мастеру. Например, наш электрик в Мытищах в подъезде многоквартирного дома собирал схему лестничного освещения, просчитывая оптимальный ресурс работы ламп. Такой же опыт есть у наших мастеров, оказывающих услуги электрика в Пушкино.
Средний ресурс лампы накаливания составляет 1000 часов.
Средняя продолжительность горения лампы накаливания при расчетном 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% срок службы снижается вдвое. По этой причине лампы накаливания, освещающие лестничные клетки, довольно часто перегорают, так как ночью электросеть мало нагружена и напряжение повышено.
По сравнению с обычными лампами накаливания энергосберегающие и светодиодные лампы, безусловно, обладают целым рядом достоинств: в первую очередь, конечно- же, это значительно меньшее токопотребление и больший срок службы, но однако и они имеют свои недостатки.
Многих не устраивает цвет свечения, не понятно до сих пор как быть с утилизацией, да и цена у них еще пока что отталкивает. И если для дома еще как-то можно "разориться" и заменить все имеющиеся лампочки на LED, то для подсобных помещений или, к примеру, где-нибудь в подъезде это очень накладно.
Основной причиной перегорания лампы накаливания
является то в холодном виде спираль лампы имеет низкое сопротивление. То есть именно в момент включения происходит самый значительный бросок тока, который спираль лампы не всегда выдерживает.
Отсюда вывод: нужно просто- напросто этот бросок тока как-то "сгладить" и тогда срок службы лампы накаливания
значительно увеличится.
Вариантов продлить жизнь лампы накаливания несколько :
Первый вариант
- самый простой: установить последовательно терморезистор или полупроводниковый диод.
В первом случае при включении основная часть тока при включении рассеится на терморезисторе, во втором случае лампочка будет работать в пол- накала так как диод срежет одну полуволну переменного напряжения.
Однако при своей простоте тут есть и свои недостатки: терморезистор будет нагреваться и придется принимать какие-то меры на это счет, а в случае с диодом лампочка будет "мерцать" при работе
Второй вариант
это при помощи электроники сделать так чтобы лампочка включалась плавно
.
Схема устройства
которое поможет продлить жизнь лампы накаливания
показана на рисунке:
Это устройство подает ток на лампу ступенчато- сначала половину и лишь затем полностью. Время задержки- примерно пол-секунды и поэтому глазу почти не заметно.
По деталькам
: имистор МАС97 надо заменить более мощным ВТ137 или ВТА12-600, но лучше ставить его сразу - надёжнее будет.
Транзистор MJE13001 можно заменить на совдеповский КТ940А (их найти проблем не составит- они использовались в отечественных телевизорах).
Если максимально минимизировать устройство применив SMD элементы, то тогда можно вообще спрятать всю конструкцию в термоусадочную трубку и разместить прямо в люстре (или возле выключателя), как вот на этой фотографии, которую я нашел на сайте radiostroi.ru
Правда, идеального в нашем мире все равно ничего не бывает: хотя и используется симметричный тиристор, переменное напряжение он все равно немного "калечит", так что лампочка будет маленько мерцать...