Устройство  и   принцип  действия

Особенности галогенных ламп

Галогенные лампы накаливания по структуре и принципу действия срав­нимы с лампами накаливания. Но они содержат в газе-наполнителе незначи­тельные добавки галогенов (бром, хлор, фтор, йод) или их комбинации. С помощью этих добавок возможно в определенном температурном интервале практически полностью устранить потемнение колбы (вызванное испарением атомов вольфрама) и обусловленное этим уменьшение светового потока.

Поэтому размер колбы в галогенных лампах накаливания может быть силь­но уменьшен, вследствие чего с одной стороны можно повысить давление в газе-наполнителе, и с другой стороны становится возможным применение до­рогих инертных газов (криптон и ксенон) в качестве газов-наполнителей.

Современные галогенные лампы имеют ряд существенных преимуществ:

•  неизменно яркий свет в течение всего срока службы;

•  красивый, сочный свет, обеспечивающий великолепную цветопередачу и возможность создания привлекательных световых эффектов;

•  больше света при такой же мощности, благодаря более высокой световой отдаче, а следовательно, и повышенная экономичность;

•  увеличенный вдвое срок службы, по сравнению с лампами накаливания;

•  уменьшенные размеры. 

Вольфрамо-галогенный цикл

Существенные характеристики лампы накаливания — световая отдача и срок службы — в основном определяются температурой спирали: чем выше температура спирали, тем выше световая отдача, но тем короче срок службы.

Сокращение срока службы является последствием быстро растущей при повышении температуры скорости испарения вольфрама, которая приводит с одной стороны, к потемнению колбы, а с другой — к перегоранию спирали.

Потемнение колбы можно эффективно предотвратить с помощью галоген­ной добавки к газу-наполнителю, которая в процессе вольфрамо-галогенного цикла (рис. 13.1) не дает уже испаренному вольфраму осесть на стенках колбы. Испаренный из спирали в процессе работы лампы вольфрам попадает в результате диффузии или конвекции в температурную область (T₁ < 1400 К) вблизи стенки колбы, где образует стабильное вольфрамо-галогенное со­единение. Вместе с тепловым потоком эти соединения снова перемещаются в зону горячей спирали (Т₂ > 1400 К) и там снова распадаются.

Часть вольфрама снова восстанавливается на спирали, но уже на новом месте. Нормальный вольфрамо-галогенный цикл приводит т.о. лишь к предот­вращению потемнения колбы, но не к увеличению срока службы, который закончится в результате разрыва спирали на возникших «горячих ячейках».

Рис. 13.1. Вольфрамо-галогенный цикл

 Так называемый «регенеративный» цикл был бы возможен с участием фтора. Но этот способ сегодня еще не разработан из-за агрессивности фтора по отношению к кварцевому и тугоплавкому стеклу, а также по причине его сопротивляемости к ныне используемым галогенам. 

Галогенные лампы накаливания нового поколения

Галогенные лампы накаливания нового поколения, с отражающим инф­ракрасное излучение покрытием ламповой колбы, характеризуются значи­тельным повышением световой отдачи.

Это обусловлено следующим физическим процессом. Часть энергии, ко­торая в обычных галогенных лампах накаливания преобразовывается в неви­димое инфракрасное излучение (более 60% производительности излучения), в лампах с покрытием частично преобразовывается снова в свете. Это становится возможным благодаря структуре покрытия, которое пропускает только видимый свет, а инфракрасное излучение по возможности полностью воз­вращает на спираль, где оно частично поглощается. Это вызывает повыше­ние температуры спирали, вследствие чего подачу электроэнергии можно сократить. Световая отдача возрастает.

Рис. 13.2. Принцип работы софитной галогенной лампы накаливания низкого напряжения с покрытием, отражающим инфракрасную составляющую 

Применение галогенных ламп

Галогенные лампы накаливания применяются для светильников общего осве­щения и прожекторов, инфракрасного облучения, кино-фотосъемочного и теле­визионного освещения, автомобильных фар, аэродромных огней, оптических приборов и др. Миниатюрные лампы применяются в кинопроекторах, в меди­цинских приборах, в проекторах измерительных лабораторий, театральных свето­вых приборах, в подводных световых приборах. Среднегабаритные лампы при­меняются в осветительной аппаратуре для цветных кино-, фото-, телесъемок. 

Система обозначений

Рассмотрим структуру условного обозначения ламп накаливания галогенных:

В СНГ приняты следующие обозначения галогенных ламп накаливания: первая буква — материал колбы (К — кварцевая); вторая буква — вид галогенной добавки (И — йод, Г — галоген); третья буква — область применения (О — облучательная) или конструктивная особенность (М — малогабаритная);

первая группа цифр — мощность, Вт; сила света, кд; ток, А, или световой поток, лм, в зависимости от принятой маркировки или ламп соответствую­щего типа; последняя цифра — порядковый номер разработки после первой. 

Конструктивные особенности

По конструктивным признакам галогенные лампы накаливания делятся на две группы: с длинным спиральным телом накала при соотношении длины ламп к диаметру более 10 — линейные или трубчатые лампы; с компактным телом накала при отношении длины тела накала к диаметру не менее 8 — эти галогенные лампы накаливания подразделяются в свою очередь на мощные и малогабаритные, в которых электроды размещены обычно с одной стороны.

Лампы для светильников общего освещения и прожекторов выпускаются преимущественно на напряжение 220 В мощностью от 1 до 20 кВт; световая отдача — 22...26 лм/Вт, срок службы — 2000 ч, лампы трубчатые, положение горения — горизонтальное.

Лампы инфракрасного облучения выпускаются на напряжения 127, 220 и 380 В мощностью от 0,5 до 5 кВт, срок службы повышенный (2500...5000 ч), так как тела накала этих ламп работают при низких температурах (2400...2700 К); лампы трубчатые, положение горения — горизонтальное.

Малогабаритные галогенные лампы накаливания разного назначения вы­пускаются на напряжение до 30 В (преимущественно 6, 12 и 24 В), мощно­стью 15...650 Вт, лампы имеют компактную форму тела накала. Поскольку от большинства этих ламп требуется высокая яркость, они имеют температу­ру тела накала 3000...3200 К и срок службы несколько десятков или сотен часов, положение горения — любое.

Устройство галогенных ламп накаливания. Колба лампы — длинная узкая кварцевая трубка; тело накала — прямолинейная вольфрамовая спираль, закрепленная на вольфрамовых держателях по оси колбы.

Расположенные по обоим концам трубки вольфрамовые вводы соедине­ны с выводами, впаянной в кварц молибденовой фольгой. Диаметр труб­ки-колбы и расположение тела накала в ней выбираются так, чтобы при горении галогенных ламп накаливания температура стенки была 5ОО...6ОО°С (не менее 250°С и не более 1200°С). 

Устройство и принцип действия

Тело накала галогенных ламп накаливания изготавливают из специальных марок вольфрамовой проволоки, преимущественно в виде спирали, которой в лампе с помощью электродов и держателей придается необходимая форма.

Принцип действия галогенных ламп накаливания заключается в образо­вании на стенке колбы летучих соединений — галогенидов вольфрама, кото­рые испаряются со стенки, разлагаются на теле накала и возвращают ему, таким образом, испарившиеся атомы вольфрама.

Галогенная добавка в лампах накаливания с вольфрамовым телом накала вызывает замкнутый химический цикл. Йодно-вольфрамовый цикл препятствует осаждению вольфрама на колбе, но не обеспечивает возвращение его частиц в дефектные участки тела накала. Поэтому механизм перегорания тела накала в йодных лампах остается таким же, как и в обычных лампах накаливания.

Применение йода в галогенных лампах накаливания выявило некоторые его недостатки: агрессивность по отношению к металлическим деталям, труд­ность дозировки, некоторое поглощение излучения в желто-зеленой области. Другие галогены (бром, хлор, фтор), будучи более агрессивными, в чистом виде не могут его заменить. В настоящее время в большинстве галогенных ламп накаливания применяют химические соединения галогенов СН₃Вr (бро­мистый метил) и СН₂Вr₂ (бромистый метилен).

Чистый бром выделяется в зонах с температурой выше 1500°С. Для галогенных ламп накаливания с большим сроком службы применяют СН₃Вr, полагая, что таким путем вводится некоторый избыток водорода, компенси­рующий его утечку через горячую кварцевую колбу. По сегодняшний день продолжается работа по подбору новых летучих соединений, галогенов.

Исследования показывают, что механизм возвратного цикла значительно сложнее, чем представлялось на ранней стадии создания галогенных ламп накаливания. Установлено, что йодно-вольфрамовый цикл не происходит в лампе, абсолютно свободной от кислорода, однако, введение в галогенные лампы накаливания кислорода способствует появлению вредного для ламп водяного цикла, как и в обычных лампах накаливания.

Длинные линейные галогенные лампы накаливания имеют недостатки: их невозможно долго эксплуатировать в наклонном или вертикальном положении, так как при этом галогенные добавки и инертный газ отделяются друг от друга и регенеративный цикл прекращается. Из-за высокой стоимости кварца и недоста­точной технологичности галогенных ламп накаливания, они пока еще дороги.

Галогенные лампы накаливания по сравнению с обычными лампами имеют более стабильный по времени световой поток и, следовательно, повышенный полезный срок службы, а также значительно меньшие размеры, более высокие термостойкость и механическую прочность, благодаря применению кварцевой колбы. Малые размеры и прочная оболочка позволяют наполнить лампу до высоких давлений ксеноном и получать на этой основе более высокую яркость и повышенную световую отдачу (либо повышенный физический срок службы). 

Галогенные  лампы   сетевого   напряжения

Галогенный свет — от широкого рассеянного, мягкого, не дающего тени, до резко ограниченного узкого пучка — дает возможность изыскивать бес­численное количество вариантов освещения.

Галогенные лампы, в отличие от традиционных ламп накаливания, дают свет с более высокой цветовой температурой (около 3000 К) при одинаковой способности к цветопередаче. Эти лампы более долговечны, дают больше света при одинаковой мощности и сохраняют постоянную величину свето­вого потока в течение всего срока эксплуатации. Яркость галогенных ламп можно регулировать, что позволяет адаптировать интенсивность света к индивидуальным требованиям потребителя. Галогенные лампы, рассчитан­ные на высокие напряжения, можно эксплуатировать без трансформатора при напряжении в сети 220...240 В. 

Галогенные лампы сетевого напряжения общего назначения

Галогенные лампы накаливания предоставляют возможность по-ново­му передать всю цветовую гамму и блеск окружающего интерьера. Их свет не теряет свою яркость на протяжении всего срока службы ламп. По показателям экономичности они превосходят стандартные лампы накали­вания в два раза: галогенная лампа горит ярче и служит в два раза дольше аналогичной по мощности обычной лампы накаливания. Галоген­ные лампы сетевого напряжения — это превосходная альтернатива клас­сическим лампам накаливания. 

Галогенные лампы направленного света сетевого напряжения

 Галогенные лампы направленного света — это более мощная и экономич­ная альтернатива обычным зеркальным лампам.

Алюминиевый отражатель направляет вперед вместе с видимым светом и тепло. Это позволяет эффективно решать температурную проблему, возни­кающую при установке ламп в потолочные светильники и в светильники с закрытыми головными частями.

Для чувствительных к теплу объектов — модели с интерференционным отражателем, в которых 2/3 теплового излучения отводятся назад. 

Низковольтные  галогенные  лампы

Галогенный свет, благодаря своим исключительным качествам, делает цвета окружающей среды более живыми и интенсивными. Исключительные преимущества галогенных ламп низкого напряжения — компактная конст­рукция, высокая электробезопасность и возможность регулирования свето­вого потока — позволяют осуществлять индивидуальный подход к решению осветительных задач, с учетом личных потребностей клиента. При эксплуа­тации ламп, рассчитанных на низкие напряжения (6, 12 или 24 В), необхо­димо использовать трансформатор. 

Низковольтные галогенные лампы общего назначения

Капсульные галогенные лампы — самые компактные из галогенных ламп, изготавливаются по технике низкого давления и могут эксплуатироваться в открытых светильниках без защитного стекла. Капсульные лампы выпуска­ются с поперечной или продольной нитью накала. Спираль, расположенная по оси, обеспечивает оптимальное распределение светового потока. Наряду с капсульными галогенными лампами HALOSTAR STANDARD, имеющими стандартные характеристики, предлагаются лампы HALOSTAR STARLITE с увеличенным до 3000 часов сроком службы и лампы 24-вольтовой серии HALOSTAR UV-STOP 24V со стеклом, поглощающим ультрафиолетовое излучение, а также энергосберегающее решение — лампы HALOSTAR IRC с увеличенной на 30% световой отдачей. 

Низковольтные галогенные лампы направленного света

Галогенные лампы с отражателем значительно расширяют сферу приме­нения галогенных источников света.

Благодаря тому, что поверхность интерференционного отражателя покры­та специальным слоем, пропускающим инфракрасное излучение, около 66% тепловой энергии отводится через отражатель назад. Чувствительные к теплу объекты, таким образом, не разрушаются и не портятся.

Более белый (цветовая температура света 3200К) искрящийся свет этих ламп позволяет наиболее удачно подчеркнуть блеск и цветовые нюансы товаров в витринах. Низковольтные галогенные лампы с алюминиевым отражателем, благодаря которому тепло отводится вперед, идеальны для врезных потолочных светильников. 

Специальные низковольтные галогенные лампы

 Низковольтные галогенные лампы для специальных областей примене­ния — HALOSTAR UV-STOP 24V со стеклом, поглощающим ультрафио­летовое излучение, 24-вольтовой серии, для помещений, в которых требу­ется высокий уровень освещенности, и HALOSTAR для освещения духовых шкафов.