Устройство плавного включения электроламп

Плавное включение ламп накаливания.

Использование лампочек с вольфрамовой нитью оправдывается их низкой стоимостью. Они по-прежнему пользуются спросом. Перегорание спиралей накаливания обычно происходит в момент включения. Это связано с десятикратным возрастанием ампеража из-за высокого сопротивления холодной спирали. Избежать таких скачков позволяют устройства плавного включения ламп накаливания.

Производители предлагают несколько моделей, работающих по одному принципу: они кратковременно изменяют фазовый угол тока. Владея азами электротехники, нетрудно своими руками собрать схему плавного пуска лампы накаливания. Подключение такого устройства значительно снижает энергозатраты, повышает уровень комфорта: УПВЛ с регулятором устанавливается необходимая степень свечения. Автомат плавного включения фар избавляет автомобилистов от частой замены галогеновых и традиционных лампочек.

Причины преждевременного перегорания

Когда лампы с нитью накала включаются, по закону Ома при высоком сопротивлении холодной спирали пропорционально возрастает сила тока. В стандартной лампочке небольшой мощности в 55 Вт сила тока в доли секунды достигает 60 А. Когда вольфрам разогревается, ток моментально нормализуется. Момент включения – настоящее испытание для спирали накаливания.

Беда в том, что нет идеальных спиралей. В процессе эксплуатации металл выгорает неравномерно. Как следствие, в тонких участках вольфрамовой спирали в момент разогрева мощность тока максимальная, они вспыхивают и рвутся.

Срок эксплуатации спирали накаливания зависит от нескольких факторов:
  1. качество контакта между патроном и цоколем, когда есть подгорания, возрастает риск короткого замыкания;
  2. частое включение/выключение, такой режим эксплуатации не предусмотрен;
  3. нестабильное напряжение, установлено, что изменение напряжения на 1% снижает срок службы спирали накаливания в 7–8 раз;
  4. старые провода, изоляция со временем начинает осыпаться, снижается плотность соединения проводников;
  5. вибрация, высокая влажность окружающей среды.

Принцип работы

Фазовый регулятор лежит в основе любого устройства плавного включения ламп накаливания. Он спасает от скачков при нестабильном напряжении, его используют при подключении бытовых приборов, запитывающихся от сети напряжения 220 В. Принцип УПВЛ прибора заключается в постепенном повышении силовой нагрузки. Он последовательно включается в электрическую цепь между питающим проводом (фазой), нулевым. Во время включения рост силы тока ограничен, напряжение плавно увеличивается до 180–210 В. Потребление самого устройства в пределах 1,5 вольт.

В схеме устройства обязательно есть полупроводниковые устройства. Через одно проходит полуволна (минус), другая в это время поступает на конденсатор (плюс). Когда его заряд достигает величины открывания p-n перехода, ограничения электропитания снимаются. Ток, напряжение стабилизируются.

Назначение блока защиты галогенных ламп и ламп накаливания:
  • стабилизация пускового тока;
  • повышение сроки эксплуатации световых галогенных элементов в 6 раз;
  • снижение риска деформации вольфрамовой спирали;
  • устранение эффекта мигания.

Минусом устройства считают незначительное снижение мощности светового потока.

Готовые решения

Монтаж блока защиты заводского производства не занимает много времени. Они выпускаются с разными периодами корректировки напряжения – от долей секунды до трех. Величина максимально напряжения тоже варьируется. При выборе устройства плавного включения ламп накаливания необходимо внимательно смотреть маркировку. Габариты блока зависят от нагрузки. Разработаны модели мощностью до 1100 Ватт. Типовые, используемые в быту, обычно ограничиваются 150 Вт. Если устройство приобретается с целью защиты от скачков напряжения, необходимо предусмотреть 30% запас прочности. Он рассчитывается до суммарной мощности подключаемых устройств.

Для светодиодных (LED), люминесцентных лампочек блоки защиты ламп накаливания не предусмотрены.

Модифицированные устройства – светорегуляторы или диммеры имеют дополнительные функции:
  1. обеспечивают регулировку светового излучения;
  2. оснащаются программными системами, работающими по хлопку, голосовой команде или от пульта;
  3. плавно выключают свет.

Чем сложнее защита, тем выше ее стоимость. При выборе диммера важно сразу определиться с набором функций.

Схемы

При конструктивном решении используются различные виды полупроводниковых устройств. Тиристорные работают только в одном направлении, у них три вывода: плюс, минус, управляющий контакт. При подаче напряжения принцип проводимости тиристора такой же, как у диода. Характеризуется размером тока удержания, при значениях, ниже указанного показателя, ток через тиристор (или триод) не проходит.

Симистор отличается от тиристора структурой: 6-компонентный слой позволяет проводить ток в обоих направлениях, работает по принципу замкнутого выключателя.

Плавное включение ламп 220 В схема на тиристоре

Принцип защиты спирали накаливания основан на полярности полуволны переменного тока. При минусовой работает диод, положительная направляется на конденсатор, равный по мощности току удержания тиристора. Нагрузка спирали накаливания сокращается вдвое. При полной зарядке конденсатора тиристор тоже начинает проводить заряд, напряжение стабилизируется. Тиристор располагается на диодном плече выпрямителя.

Читайте также:
Лабораторный источник постоянного напряжения из блока питания компьютера

Плавное включение ламп 220 В схема на симисторе

Использование симистора позволяет уменьшить количество комплектующих, он работает как силовой ключ. Помехи нивелирует дроссель. Схема плавного включения ламп накаливания создана для смещении угла фазы. Минусовая полуволна через диод и резистор направляется на управляющий электрод симистора. Пока заряжается конденсатор, он проводит только однонаправленный полупериод. Когда подключается конденсатор, ток идет по симистору двух направлениях.

Плавное включение ламп 220 В схема на ИМС КР1182ПМ1

Микросхема защиты спирали накаливания с двумя тиристорами и симисторе сглаживает процесс нарастания напряжения. Оно постепенно возрастает от 5 до 220 В. Благодаря двум парам: тиристор-резистор, дополнительному конденсатору, симистор открывается постепенно. Время запуска устройства зависит от емкости конденсатора, время гашения спирали накаливания – от размера сопротивления второго тиристора.

Плавное включение ламп 12 В

Если подключаются бытовые электроприборы, лампы накаливания 12 В, защитное устройство с рабочим напряжением 220 Вольт устанавливается в электроцепь перед трансформатором, понижающим напряжение. При выборе блока учитывается мощность первичной обмотки трансформатора.

Плавное включение ламп в автомобиле

Фары ближнего и дальнего света работают от постоянного тока, для их защиты используются схемы с линейными или импульсными ШИМ-регуляторами. Готовые автоконтроллеры дополняются различными функциями. Они выпускаются для раздельных ламп и Н4. Обычно используются двухступенчатые схемы: сначала ток пропускает резистор, затем включается реле. При подключении защиты используют прочный провод, надёжную изоляцию.

Делаем лампочку вечной и суперэффективной

Я нашёл новую отличную светодиодную лампу, которую можно за пять минут превратить в вечную.
Получится лампа, дающая 816 лм, с рекордной эффективностью почти 150 лм/Вт и почти неограниченным сроком службы.

Основная причина выхода светодиодных ламп из строя — постоянный перегрев компонентов. Из-за высоких температур перегорают светодиоды, высыхают и портятся конденсаторы. Честные производители подбирают режимы светодиодов так, чтобы они соответствовали паспортным, не очень честные добавляют процентов 20. Радиаторы в современных лампах совсем маленькие, охлаждаются светодиоды плохо, поэтому в первом случае лампы в среднем работают 10 тысяч часов, во втором могут сгореть и через 500 часов.

Если сделать так, чтобы светодиоды работали не на 100 или 120% своих возможностей, а на 50-70%, температура на них значительно снизится и они станут практически вечными. Заодно существенно продлится срок службы остальных компонентов лампы, ведь температура внутри корпуса будет гораздо ниже. Разумеется яркость лампы при этом снизится, но если взять для переделки мощную лампу, яркости после модификации во многих случаях будет достаточно.

Именно такой переделкой мы и займёмся.

Нам понадобится лампа Lexman 12 Вт 1521 лм из Леруа Мерлен. Сегодня такая лампа с тёплым светом 2700K стоит 190 рублей, с нейтральным светом 4000K стоит 95 рублей.

По моим результатам измерений лампа с тёплым светом потребляет 11.5 Вт, даёт 1536 лм, имеет цветовую температуру 2692K, индекс цветопередачи CRI(Ra) 82.4, пульсация полностью отсутствует. Лампа построена на IC-драйвере (имеет встроенный стабилизатор) и работает без потери яркости при напряжении 170-250 В. У лампы рекордная эффективность 134 люмен на ватт. Вот эта лампа на Lamptest: https://lamptest.ru/review/03839-lexman-a60-312w27e27r/

Читайте также:
Акустическое реле (схема, монтажная плата)

Корпус у лампы стандартный A60 и она довольно сильно греется: температура корпуса 69°C, на светодиодах тепловизор показывает 83°C.

После переделки мощность лампы снизилась до 5.5 Вт, световой поток стал 816 лм. Эффективность выросла до 148.4 лм/Вт. Параметры цвета (цветовая температура и индексы цветопередачи) не изменились. Эта лампочка по яркости заменит 75-ваттную лампу накаливания.

Температура корпуса 46°C (на 23 градуса ниже), температура на светодиодах 62°C (на 21 градус ниже). Все температуры и остальные параметры измерялись после получасового прогрева.

При таком нагреве светодиоды будут работать очень долго, надеюсь и остальные компоненты не подведут.

Для того, чтобы модифицировать лампочку, нужно снять с неё пластиковый колпак. С этой лампой пришлось повозиться — сначала я просунул канцелярский нож в щель между колпаком и корпусом и «прошёл» два оборота, потом аккуратно вставил в щель инструмент для вскрытия корпусов и им прошёл оборот.

На плате лампы размещено 36 светодиодов. Справа над микросхемой драйвера расположено два токозадающих резистора по 4.7 Ом (обозначение 4R70).

Эти резисторы включены параллельно. Для модификации лампы нам потребуется удалить один из них. Можно выпаять резистор, но гораздо проще и быстрее его аккуратно выломать плоской отвёрткой. Получится вот так.

Защёлкиваем колпак (приклеивать его не требуется, он и так отлично держится) и вечная лампочка готова.

На лампочке, которую я модифицировал, указана дата выпуска 10/2020. У ламп из других партий плата и номиналы резисторов могут отличаться.

Я тщательно отбираю модели ламп для модификации, ведь для переделки подходят не все светодиодные лампы. Для того, чтобы переделка была простой, нужно, чтобы у лампы была единственная круглая печатная плата, на которой расположены и светодиоды и все электронные компоненты (многие лампы двухплатные, чтобы переделать такую лампу придётся снимать плату со светодиодами и отключать выводы от цоколя, что может быть очень сложно или невозможно вовсе).

Я считаю, что если уж делать лампы вечными, имеет смысл переделывать только хорошие лампы. Мои критерии хорошей лампы, пригодной для переделки:

  • импульсный (IC) драйвер со встроенным стабилизатором;
  • индекс цветопередачи CRI(Ra) больше 80;
  • отсутствие пульсации;
  • одноплатная конструкция.

Лампы, которые не стоит пытаться переделывать можно отличить по следующим признакам:

  • на верхней плате расположены только светодиоды;
  • лишь один токозадающий резистор (если производитель сэкономил на копеечном резисторе, поверьте, всё остальное будет сделано с максимальной экономией и такая лампа даже после переделки долго не протянет);
  • индекс цветопередачи CRI(Ra) менее 80.

Я продолжу поиски ламп, идеально подходящих для переделки. Не знаю, существуют ли одноплатные «свечки» и «шарики» с цоколем E14. Было бы здорово сделать вечными и их.

Существует ли «вечная» лампочка?

По слухам, на свете существует немало полезных для человечества изобретений, которым монополисты не дают хода.

В качестве примера был приведен миф о якобы существующей «вечной» электрической лампочке.

История такова. Однажды в США некий покупатель приобрел в магазине приглянувшуюся лампочку. И не успел он приехать домой, как к нему заявился ответственный представитель крупнейшей электротехнической компании. Он умолял продать только что приобретенную лампочку за любую цену. «Вам по ошибке отдали экспериментальный образец, – говорил он, – который не должен был поступать в продажу». В конце концов, представитель признался: «Эта опытная лампочка никогда не перегорает. Есть лампочки, которые горят со времен Эдисона. Если бы мы позволили себе их продавать, то давно бы прогорели».

Как ни странно, эта история вполне могла произойти в реальности.

В городе Ливерморе (штат Калифорния, США) есть уникальная лампочка, которая была вкручена в 1901 году и с тех пор горит без перерыва. Это абсолютный рекорд, который вошел в Книгу рекордов Гиннесса (обычная электрическая лампочка горит в среднем 750‑1000 часов).

Читайте также:
Освещение спальни светодиодными лентами

Сначала она освещала сарай, в котором стояли конные экипажи пожарных. Затем ее несколько раз перемещали с одной пожарной станции на другую. Сейчас она находится на станции № 6 пожарной службы города. Перед лампочкой установлена веб-камера, поэтому ее можно увидеть в Интернете.

В списке доказательств, что ливерморская лампа действительно является таким долгожителем, указываются местные архивы газет. Кроме того, ее проверяли эксперты компании General Electric, в которую в 1912 году влилась создавшая лампочку Shelby Electric Company. Корпус лампы был вручную изготовлен мастерами-стеклодувами, а нить накаливания сделана из углерода. Мощность прибора – всего 4 ватта. В настоящее время он используется для ночного освещения в гараже для пожарных машин.
Как же такое оказалось возможным?

Известно, что основной причиной перегорания лампочек является постепенный износ вольфрамовой нити. Эта нить нагрета почти до температуры плавления вольфрама (3300°С), иначе невозможно получить интенсивный световой поток. При такой температуре атомы вольфрама в кристаллической решетке интенсивно колеблются, некоторые из них отрываются и уходят в пространство, оседая на стенках колбы. Постепенно нить истончается, и, когда в самом тонком месте температура переходит рубеж плавления, нить перегорает.

Очевидно, что для повышения срока службы лампочки необходимо устанавливать более толстую нить. Но при этом для сохранения сопротивления нити нужно увеличивать ее длину. Увеличение диаметра нити в два раза приводит к увеличению массы вольфрама в 8 раз. А вольфрам – дорогой металл, поэтому нынешние производители лампочек стараются его экономить.

Но есть еще одна причина износа ламп, о которой почти никто не знает. Дело в том, что тонкое стекло колбы в нагретом состоянии пропускает газ. За несколько лет, если не перегорит нить накала, то лампа заполнится газом, возникнет газовый разряд, а вместе с ним ионная бомбардировка нити накала. Тогда эта нить будет истончаться быстрее. Таким образом, чтобы создать лампу накаливания с большим сроком службы, необходимо установить толстую вольфрамовую нить, увеличить площадь поверхности колбы лампы (при этом температура колбы станет ниже и просачивание газа уменьшится), увеличить толщину стекла колбы лампы.

Очевидно, эти условия и были выполнены в лампе-долгожительнице. Нынешние производители эти условия выполнять не хотят, во‑первых, из соображений экономии вольфрама и стекла, во‑вторых, производителям просто невыгодно выпускать «вечные» лампочки.
Из истории изобретения

• В 1809 году англичанин Деларю строит первую лампу накаливания (с платиновой спиралью).

• В 1838 году бельгиец Жобар изобретает угольную лампу накаливания.

• В 1854 году немец Генрих Гебель разработал первую «современную» лампу: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде. В последующие пять лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой.

• 11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещенный в вакуумированный сосуд.

• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже была представлена свеча Яблочкова – первая дуговая лампа (в 1000 свечей) с жизненным циклом 90 минут; позже они были вытеснены дифференциальными лампами (Сименса и Гальске, Кертинга, Шуккерта и др.)

• В том же году английский изобретатель Джозеф Вильсон Сван получил британский патент на лампу с угольным волокном. В его лампах волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет.

• Во второй половине 1870‑х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в ходе которой пробует в качестве нити накаливания различные металлы. В 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году возвращается к угольному волокну и создает лампу, функционирующую 40 часов. Одновременно были изобретены патрон, цоколь и выключатель. Несмотря на непродолжительное время жизни, его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение.

Читайте также:
Экономичный сварочный трансформатор

• В 1890‑х годах А. Н. Лодыгин изобретает несколько типов ламп с металлическими нитями накала.

• С конца 1890‑х гг. появились лампы с нитью накаливания из окиси магния, тория, циркония и иттрия (лампа Нернста), а также нитями из металлического осмия (лампа Ауэра) и тантала (лампа Больтона и Фейерлейна).

• В 1904 году венгры Шандор Юст и Франьо Ханаман получили патент за № 34541 на использование в лампах вольфрамовой нити. В Венгрии были произведены первые такие лампы, вышедшие на рынок через фирму «Tungsram» в 1905 году.

• В 1906 году Лодыгин продает патент на вольфрамовую нить компании General Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение.

• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии она вытесняет все другие виды нитей.

• Проблема с быстрым испарением нити в вакууме была решена американским ученым Ирвингом Ленгмюром, который придумал наполнять колбы ламп инертным газом, что существенно увеличило время жизни ламп.

• В дальнейшем были изобретены модификации ламп накаливания – галогенные (с добавлением в буферный газ паров брома или йода, повышающих время жизни лампы до 2000‑4000 часов), металлогалогенные (с кварцевым стеклом), высокотемпературные и т. д., а также специальные лампы – например, проекционные (для кинопроекторов), двухнитевые (для автомобильных фар) и др.

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

В одном из пожарных отделений Ливермора (Калифорния, США) с 1901 года работает самая старая лампочка в мире, выполняющая функцию технической подсветки. 4-ваттная лампа ручной работы называется «Столетней» и даже имеет свой сайт , на котором любой пользователь сети Интернет может, в частности, следить за ней через веб-камеру – свежий снимок устройство делает каждые 10 секунд.

Посмотрите сами горит ли лампочка и узнайте о ней подробнее …

Секрет долговечности лампы, которая занесена в Книгу рекордов Гиннеса как самая старая из работающих, — в том, что её практически никогда не выключали. По всей вероятности, лампочка была установлена в середине июня 1901 года, а выключалась всего на 22 минуты в 1976 году, когда её перевели на другой объект из соображений безопасности. К слову, почетный эскорт при перевозке лампочки возглавлял капитан пожарной части; в нем также участвовали другие сотрудники подразделения и полицейские.

Примечательно, что лампочка была изготовлена ShelbyElectricCo не по чертежам изобретателя Томаса Алвы Эдисона, а в соответствии с работой его главного конкурента, Адольфа Шайе. В качестве элемента накаливания в устройстве служит угольная нить, а стеклянный корпус выдут вручную. Дебора Катц, профессор физики из американской Naval Academy (Индианаполис) для объяснения секрета безотказности лампы приводит результаты исследования винтажных ламп производства ShelbyElectric. Принципиальными отличиями изделий, выпускаемых в те годы, была, во-первых, толщина нити накаливания (она в 8 раз толще, чем у современных ламп), и использование в качестве неё полупроводника, вероятнее всего, на основе углерода. Отметим, что когда в лампах накаливания, производимых сегодня, перегревается светонесущая спираль, она перестает проводить электричество, в то время как изделия от ShelbyElectric горели тем сильнее, чем больше нагревались нити накаливания.

Таким образом, отсутствие циклов включения-выключ ения и бесперебойная работа стали основными причинами долгожительства лампочки в пожарной части Ливермора. Однако, согласитесь, это ничуть не умаляет факта существования пусть маленького, но вполне реального чуда, возраст которого перевалил за сотню лет.

Читайте также:
Универсальный преобразователь однофазного тока в трёхфазный

Технологически, в чуде вечной лампы из Ливермора нет ничего необычного. В мире известны и другие лампы-долгожители. Так, в изданной 1970 году книге рекордов Гиннеса упоминалась работающая из магазина в Нью-Йорке, изготовленная в 1912. В настоящий момент судьба ее, правда, неизвестна. А вот за Ливерморской лампочкой наблюдает целый общественный комитет, который так и называется — Livermore Lightbulb Centennial Committee (Ливерморский Комитет Вековой Лампочки). В планах комитета — и дальше поддерживать работу лампы как можно дольше. Так что, возможно, она всех нас еще пересветит.

Кстати говоря, обычная электрическая лампочка живет всего-то около 1000 часов.

Известно, что основной личиной перегорания лампочек является постепенный износ вольфрамовой нити. Эта нить нагрета почти до температуры плавления вольфрама (3300°С), иначе не получить интенсивный световой поток. При такой температуре атомы вольфрама в кристаллической решетке интенсивно колеблются и некоторые из них отрываются и уходят в пространство, оседая на стенках колбы. Постепенно нить истончается, и в самом тонком месте температура переходит рубеж плавления, нить перегорает.

Очевидно, что для повышения срока службы лампочки необходимо устанавливать более толстую нить. Но при этом для сохранения сопротивления нити нужно увеличивать ее длину. Увеличение диаметра нити в два раза приводит к увеличению массы вольфрама в 8 раз. А вольфрам – дорогой металл, поэтому нынешние производители лампочек стараются его экономить.

Но есть еще одна причина износа ламп, о которой почти никто не знает. Дело в том, что тонкое стекло колбы в нагретом состоянии пропускает газ. Имеются таблицы для различных стекол и различных газов при различных температурах. Например, 1 см2 поверхности стекла толщиной 1 мм за 1 с и при разности давлений в 1 мм рт.ст. пропускает при температуре 600°С 6,5*10 в (-12) степени см3 азота (основной части воздуха).

Рассчитаем температуру колбы стандартней 40-ватной лампочки, у которой площадь поверхности колбы 200 см2, а площадь поверхности вольфрамовой нити (ориентировочно) 0,3 см2, т.е. разница в 660 раз.

Используя методику расчетов по закону Стфана-Больцмана и учитывая, что все инфракрасное излучение нити греет колбу (видимый свет составляет не более 3%), получаем температуру колбы порядка 400°С (в том, что это так, каждый может убедиться, прикоснувшись к колбе светящейся лампочки). Далее, приняв толщину стекла колбы колбы 0,5 мм, разность давлений 760 мм рт.ст. и время 1 год, получим проникновение газа в лампу порядка 4-5 см.

За несколько лет, если не перегорит нить накала, то лампа заполнится газом, возникнет газовый разряд, а вместе с ним ионная бомбардировка нити накала. Тогда эта нить будет истончаться быстрее. Таким образом, чтобы создать лампу накаливания с большим сроком службы необходимо: установить толстую вольфрамовую нить, увеличить площадь поверхности колбы лампы (при этом температура колбы станет ниже и просачивание газа уменьшается), увеличить толщину стекла колбы лампы.

Очевидно, эти условия и были выполнены в лампе-долгожительнице. А нынешние производители эти условия выполнять не хотят, во-первых, из соображений экономии (вольфрама и стекла), во-вторых, производителям просто не интересно выпускать “вечные” лампочки (иначе они “прогорят”).

Вечная лампочка – возможна ли она физически?

Опубликовано в Источники энергии Просмотров: 4238

Регулярное перегорание лампочек и погружение жилых домов во тьму – вполне привычное явление. В среднем срок службы лампы накаливания в наше время составляет всего лишь 2-3 недели. Самое удивительное, что перегорают лампы практически всегда в одно и то же время – по истечении установленных часов эксплуатации. Становится вполне понятным, что желая как можно больше заработать, производитель просто по максимуму уменьшает срок службы источников освещения.

Читайте также:
Мощный лазер своими руками за один вечер

Нередко мне приходилось наталкиваться на статьи, в которых излагались рассуждения о том, что лампы накаливания не являются вечными, и по вполне понятным физическим причинам со временем перегорают. Закон “перегорания”, согласно прочитанных мною сведений, связывают с тем, что лампочки не выдерживают резких перепадов тока, постепенно кислород, находящийся в лампе, выжигает её.

Но как же тогда лампочка из США, что горит более 100 лет “не умолкая”? Казалось бы, данное явление невозможно, но факт остается фактом – лампочка из пожарного депо города Ливермора, что в Калифорнии, горит без перегрева и замены уже 105 лет. Уточним для незнающих людей данный факт. Знаменитая лампочка была установлена на свое долговременное рабочее место ещё в далеком 1901 году. Мир переживал войны, кризисы, революции, а лампочке все было нипочем, она выполняла свою работу – светила. Вначале предназначение лампы было довольно простым – требовалось освещать сарай, в котором находились конные экипажи пожарных, несколько позже данный источник освещения повысили в “звании”, доверив ему освещение пожарной станции. На сегодняшний день известная на весь мир лампа накаливания находится на пожарной станции по адресу 4550 Ист-Авеню. Дабы тусклая лампа не смогла так долго светить, не стала бы она настолько знаменитой! Поверить только, вполне обычная лампа успела стать одной из достопримечательностей Калифорнии, заняв также свое место в Книге рекордов Гиннесса по той же понятной причине – своей долговечности. Подтверждения того, что данная лампа горит уже столетие, конечно же имеются – газетные статьи о её установке и долговременной эксплуатации хранятся в одном из архивов города Ливермор.

Сегодня работа лампочки пожарной станции №6 фиксируется камерой наблюдения, которая передает данные в реальном времени в интернет для просмотра всеми желающими.

Изображение обновляется каждые 30 секунд.

Выпустила Ливорморскую лампочку в 1912 году американское предприятие «Shelby Electric Company», которое с 1912 года стало подразделение корпорации «General Electric». Стеклянная часть лампы была изготовлена вручную стеклодувом, а нить накаливания сделали из углерода. Как показали исследования, стекло у этой лампочки очень толстое, а сама находящаяся внутри неё спираль имеет небольшую мощность, потому по сей день она практически не нагревает колбу. По законам физики, не нагреваемая стеклянная емкость совершенно не пропускает кислород, который может выжигать спираль. На деле получается, что зная интенсивность взаимодействия атомов кислорода с атомами спирали, учитывая температуру нагрева, качество и толщину стекла, расстояние от колбы до спирали можно рассчитать время, которое сможет проработать лампа. Получается, что к столь нехитрым подсчетом наши производители лампочек и прибегают, сокращая до минимума время их жизни.

Лампочки перегорают по причине износа вольфрамовой нити. Нить нагревается практически до температуры плавления вольфрама – 3300°С. Со временим, когда температура переходит рубеж плавления, лампочка, конечно же, перегорает. Дабы лампа накаливания проработала дольше – нужно использовать в ней утолщенную нить большей длины. Понятно, что прибегать к подобным перерасходам вольфрама в наше время производителям лампочек не выгодно, потому, желая побольше сэкономить, они выпускают дешевый, не очень живучий продукт. Опять же, при нагревании стекла, колба начинает пропускать газ. Наполнение лампы газом ведет к образованию газового разряда, и соответственно постепенного разрушения нити накала. Для создания лампы накаливания, которая сможет гореть долгие годы нужно немного: во-первых, увеличить площадь поверхности колбы, толщину её стекла, во-вторых, увеличить толщину нити накалывания. Вполне возможно, что учитывание всех вышеуказанных моментов и позволило создать несгораемую Ливерморскую лампочку. Получается, что выпуск вечных лампочек вполне возможен, просто нашему обществу привыкли навязывать исключительно некачественный продукт.

Читайте также:
Использование мощных светодиодов

«Вечная лампа» накаливания своими руками

Декларируемый производителями гарантийный срок службы обыкновенной лампы накаливания составляет 1000 часов. Это около 40 суток непрерывной работы. Но на практике «лампочка Ильича» служит намного дольше. И благодаря этому популярность её среди потребителей не снижается. Единственное уязвимое место лампы — вольфрамовая спираль, которая чувствительна к резким перепадам напряжения в сети. Но существуют несложные приспособления, которые устраняют этот риск, сглаживают неровности подачи тока.

Принцип работы УПВЛ

Устройство плавного включения применимо для ламп накаливания, имеющих вольфрамовую нить. Кроме ряда бытовых ламп, в эту категорию включаются и галогенные светильники, которые используются в мощных прожекторах. Принцип действия устройства заключается в замедлении подачи напряжения на спираль накала в момент включения. Это даёт возможность плавного разогрева спирали, минуя скачкообразную фазу, которая длится сотые доли секунды. Как известно, именно в этот момент чаще всего происходит перегорание. Благодаря действию электронной схемы прибора ток подаётся с постепенным нарастанием, в течение от 1 до 3 сек.

Вольфрамовая нить лампы накаливания при комнатной температуре имеет низкое сопротивление, что приводит к возникновению больших токов и перегоранию спирали во время включения

Самая долго горящая лампа в мире, занесённая в книгу рекордов Гиннеса, зафиксирована в городе Ливермор, штат Калифорния. С 1901 г. и по сегодняшний день эта «столетняя лампа», как её окрестили, непрерывно освещает пожарную часть. Причём за все эти годы выключалась она всего несколько раз на непродолжительное время. Современные исследователи часто приводят её в качестве подтверждения теории «планируемого устаревания».

«Столетняя лампа» была изготовлена ручным способом и имеет углеродную спираль

Устройство плавного включения имеет небольшие габариты и вес. И благодаря этому его можно устанавливать:

  • в защитном колпаке люстры в месте выхода проводов;
  • в подрозетнике выключателя;
  • в распределительной коробке;
  • в пространстве над подвесным или натяжным потолком.

Размеры устройства позволяют осуществлять установку даже в полости подрозетника

Место установки выбирается исходя из доступности и удобства монтажа. Лучшим вариантом считается тот, в котором прибор будет иметь хорошую естественную вентиляцию. Схема подключение проста — устройство врезается в разрыв одного из проводников (фазы или нуля) питающего кабеля.

Устройство плавного включения врезается в разрыв одного из проводов, которые подводятся к светильнику

Если для освещения используются лампы накаливания с рабочим напряжением в 12 В, УПВЛ устанавливается перед понижающим трансформатором. При таком соединении защита от неблагоприятных сетевых перепадов распространяется и на трансформатор, что тоже актуально.

Одним из побочных положительных эффектов плавного зажигания осветительных приборов является смягчение резкого ослепительного света в момент включения. Это оберегает человеческие глаза от излишних перегрузок, особенно когда свет включается в полной темноте.

Прибор УПВЛ не применяется для люминесцентных и светодиодных светильников, так как они работают на других конструктивных принципах.

Для расчёта мощности УПВЛ подсчитывают суммарную мощность потребителей. Практически это выражается в складывании номинальных показателей мощности всех ламп, к которым будет подключаться устройство. Чтобы прибор работал не на пределе своих возможностей, к суммарной мощности прибавляют 20%. К примеру, если в схему предполагается включение 5 ламп по 100 Вт, то их общая потребительская мощность составит 500 Вт. К этому числу добавляют 20% — 100 Вт и получают искомое значение мощности УПВЛ — 600 Вт.

Устройство плавного включения может устанавливаться внутри распределительной коробки

В сети магазинов, торгующих электротоварами, продаются УПВЛ, производимые в заводских условиях. Среди них есть как отечественные, так и зарубежные модели. Названия могут различаться, но в принципе это пластиковый контейнер с размерами меньшими, чем спичечная коробка. Часто акцент в названии делается на защитную функцию прибора для галогенных ламп. Но прибор вполне применим и для обычных ламп накаливания. Другое возможное название устройства — фазовый регулятор. Обычно так называют более мощные УПВЛ с несколько изменённой системой управления. Цена такого устройства может меняться от 300 до 600 рублей в зависимости от номинальной мощности.

Читайте также:
Индикатор биоэнергии

Устройство плавного включения лампы запрещено применять для плавного запуска двигателей электроинструментов и других бытовых приборов.

Тем же, кто владеет базовыми знаниями в радиоэлектронике, можно предложить самостоятельное изготовление УПВЛ. Вот несколько схем, с помощью которых можно продлить жизнь осветительной лампы во много раз.

Тиристорная схема

В тиристорной схеме используются простые и доступные детали. Основой служит тиристор VS1 и четыре диода VD1 — VD4, соединённые в выпрямительный мост. Кроме того, понадобится конденсатор C1 ёмкостью 10 мкФ и резисторы R1 (переменной ёмкости) и R2.

В тиристорной схеме подача напряжения на лампу производится по прошествии времени, которое задаётся переменным сопротивлением R1

При подаче напряжения электрический ток проходит сквозь спираль лампы и выпрямляется в диодном мосте. После прохождения резистора начинается зарядка конденсатора. Достигая порога напряжения, тиристор открывается, и через него течёт ток лампы. В итоге происходит постепенный накал нити вольфрама. При помощи резистора переменной ёмкости R1 можно регулировать время «разгона» лампы.

Симисторная схема

Использование симистора VS1 в качестве силового ключа приводит к тому, что в схеме используется меньшее количество деталей.

Принцип работы симисторной схемы аналогичен тиристорной, но она содержит меньше деталей

Дроссельный элемент L1 служит для подавления помех при отмыкании силового ключа. По большому счёту его при необходимости можно исключить из схемы. Цепочка, задающая время, состоит из сопротивления R2 и конденсатора C1, питающихся через диод VD1. Сопротивление R1 снижает ток на электроде управления VS1. Принцип действия цепи подобен предыдущей — создаётся временная пауза на время заполнения ёмкости конденсатора, симистор открывается и через него протекает ток, питающий лампу EL1.

Прибор на основе схемы симисторного регулятора с конденсатором переменной ёмкости имеет компактные размеры из-за небольшого количества деталей

Схема на специализированной микросхеме

В основе цепи лежит специализированная микросхема КР1182ПМ1(или DIP8 в импортном варианте), снабжённая двумя тиристорами и двумя системами их управления. Ёмкость C3 и сопротивление R2 регулируют продолжительность времени включения (выключения). Для разделения управляющей и силовой части служит симистор VS1, ток на управляющем электроде задаёт сопротивление R1. Наружные ёмкости C1 и C2 устанавливаются для регулировки работы тиристоров внутренней цепи микросхемы. Для защиты от помех применены резистор R4 и конденсатор C4.

УПВЛ на основе специализированной микросхемы не только плавно включает, но и выключает лампу с небольшой задержкой, ещё более увеличивая срок её службы

Во время подключения устройства к линии подачи напряжения на лампу контакты выключателя SA1 должны находиться в замкнутом положении. Конденсатор С3 набирает ёмкость при размыкании контактов SA1. Во время постепенного увеличения тока через сопротивление R1, управляющего силовым ключом на выходе ИМС, происходит плавный запуск симистора VS1 и лампы EL1, соединённой с ним последовательно.

Примечательно, что эта схема не только замедляет накал спирали во время включения, но и затормаживает её потухание. Лампа гаснет так же плавно, как и загорается. Длительность задержки устанавливается на стадии сборки прибора путём подбора ёмкости конденсатора C3. При желании можно увеличить задержку пуска лампы до 10 сек. Плавность отключения регулирует сопротивление R2.

Не следует путать устройство плавного включения лампы с диммером. УПВЛ — это автоматический регулятор, плавно повышающий ток на осветительном приборе в момент включения. Диммер — это прибор, при помощи которого осуществляется ручная настройка яркости освещения.

Характерным свойством УПВЛ и фазных регуляторов считается то, что прибор понижает выходное напряжение на лампу (с 230 до 200 В). Это дополнительно увеличивает её срок службы.

Читайте также:
Удивительный механический цветок тюльпан - подарок на 8 марта своими руками
Видео: устройство плавного включения лампы на полевых транзисторах

Применение устройства плавного включения

Установка прибора не требует высокой квалификации. Справиться с монтажом под силу любому человеку, владеющему отвёрткой и индикатором напряжения. В кабеле, ведущем к лампе, делается разрыв одного — фазного или нулевого — провода и к нему подсоединяется прибор. Крепление проводов лучше всего осуществлять при помощи клеммников, так как это даёт гарантию устойчивого и надёжного соединения. Если применить клеммники возможности нет, рекомендуется спаять скрутки оловянным припоем.

Эксплуатация УПВЛ не предполагает дополнительного к себе внимания. Заводские модели сопровождаются гарантийными обязательствами до 3 лет. На практике они работают гораздо дольше.

Во время сборки устройства не следует забывать о том, что высокое напряжение сетевого тока может причинить вред здоровью человека. Перед соединением проводов необходимо убедиться в отсутствии тока в кабеле питания лампы.

Видео: как работает фазовый регулятор на симисторах

Устройство плавного включения лампы экономит не только расход электроэнергии, но и расход денег на покупку перегорающих светильников.

«Вечная» гирлянда — как она работает, устройство.

Гирлянда, собранная на обычных миниатюрных лампочках или современных светодиодах — это неизменный спутник всех зимних праздников.

Многим нравится такая декоративная подсветка не только под Новый Год, но и в будние дни. Главное отключить режим стробоскопа или мерцания.

Однако настоящей головной болью в таких украшениях всегда являлся выход из строя одной единственной лампочки. Стоит перегореть любому элементу в последовательной цепочке, и вся гирлянда тут же переставала светить.

Тот, у кого есть мультиметр и навыки электронщика, еще могут попытаться самостоятельно найти неисправность. А что делать всем остальным?

Если вы уменьшите количество ламп в гирлянде, вы тем самым измените сопротивление в цепи. Нагрузка и напряжение на оставшихся элементах возрастет, и они как семечки начнут гореть один за другим.

В конце концов случится КЗ и пожар на ёлке.

В СССР были “хитрые” патрончики с длинным язычком посередине. Когда сгорала гирлянда, каждую лампочку нужно было выкрутить на 1,5-2 оборота и язычок при этом замыкался.

Если гирлянда начинала светить, значит вы нашли неисправную лампочку. Если нет, патрон вкручивался обратно и поиск продолжался.

А представьте, что у вас сгорело одновременно две лампы — замучаешься крутить патроны.

Также были попытки выпускать спецпатрончики с резиновым основанием. Внизу патрона встраивались доп.контакты, которые можно было замкнуть обычным сдавливанием пальцев.

Таким образом стремились облегчить поиск неисправного элемента.

Однако все равно вопрос по замене лампы оставался актуальным. Многие до сих пор советуют вместе с одной гирляндой сразу покупать запасную и ее лампочки использовать для замены.

Совет, кстати, на такой уж и глупый. Год от года модели меняются и через пару лет вы просто не сможете найти нужную лампочку в продаже.

А с гирляндой донором новогодняя подсветка прослужит и вам, и вашим детям. И все же есть более изысканное решение проблемы.

Не многие знают, но инженеры еще в 50-х годах придумали, так называемую “вечную” гирлянду, в которой перегоревшая лампочка сама себя “чинит” и вся подсветка продолжает гореть без вашего вмешательства в ее внутренности.

Подобное изобретение первоначально использовалось в метрополитене на старых вагонах. Там подсветка в вагоне тоже выполнена по последовательной схеме.

На “усики” лампочки, где крепится вольфрамовая спираль, дополнительно наматывается тоненькая проволочка.

При этом она изначально не контактирует с ножками электродов, пока лампочка жива и не перегорела.

Как же это все работает в аварийной ситуации? Некоторые ошибочно считают, что при перегорании вольфрама ножки “усиков” пружинят, и тем самым замыкают контакты на проволоке. Это не так.

Читайте также:
Экономичный сварочный трансформатор

Даже если бы изначально ножки были подпружинены, вольфрамовой нити не хватило бы усилия, чтобы их удержать. Никуда они не раздвигаются и в случае сгорания нити.

Все дело в умном применении химических свойств материалов.

Изначально сопротивление шунта в несколько раз больше, чем у вольфрама лампочки, поэтому весь ток идет через спираль. Сам шунт сделан из алюминия и при этом покрыт оксидным слоем.

Оксид выступает в качестве своеобразного изолятора.

В нормальном режиме напряжение на лампочке маленькое, но как только перегорает спираль, ток через лампочку течь перестает, и оно поднимается до сетевого 220В.

В этот момент как раз и происходит пробой оксидного слоя. Ток начинает уже течь через шунт.

Таким образом, перегоревшая лампочка становится обычной перемычкой в общей цепи.

Да, безусловно, сама она перестает светить, однако на работу гирлянды это практически никак не сказывается. Разве что немного увеличивается яркость.

При этом многие боятся, что из-за изменения сопротивления в цепи, остальные лампы также начнут выходить из строя, и в конечном итоге все закончится банальным коротким замыканием.

Во-первых, сопротивление шунта подобрано таким образом, чтобы в рабочем режиме при прохождении через него тока это не сказывалось на работоспособности всей гирлянды.

Сопротивление проволочки должно быть эквивалентно сопротивлению нити накала в холодном состоянии.

А во-вторых, даже если в аварийной ситуации и случится превышение токовой нагрузки в несколько раз, этот самый шунт просто сыграет роль предохранителя и сгорит, разорвав цепочку.

Еще один плюс такой “защиты” – вы без всяких приборов увидите, какую конкретно лампочку в цепи нужно заменить. Откровенно говоря, изначально именно для этого и была придумана вся затея.

Вовсе не для того, чтобы гирлянда дальше светила, а чтобы быстро найти и заменить перегоревшую лампу.

Такие гирлянды, чаще всего зарубежного исполнения, до сих пор можно встретить в наших магазинах.

Для идентификации внимательно присматривайтесь к колбе. Тоненький проводок возле основания легко различим без всяких микроскопов.

Единственный минус – скачки напряжения.

При резком повышении напряжения в розетке, на всех колбах может произойти перегорание оксидного слоя в шунтах. Вот тогда-то у вас действительно как следует бабахнет.

Лампочку в подобной гирлянде можно даже разбить, разрушив ее колбу. При этом остальные “шарики” по-прежнему будут светиться.

Помимо миниатюрных новогодних гирлянд, подобные лампы выпускаются и под патрон Е27 на напряжение 60В (трамвайные лампочки). Только в них вместо анодированной перемычки используется тонкая анодированная пластина.

Принцип работы тот же самый. Данный способ освещения был распространен в ретро вагонах старого типа.

Лампочки вкручивались в светильники СПЛ-55. В простонародии их называли “сиськами”.

Если перемычка не срабатывала, то отключалась вся сторона вагона.

Конечно, лампочка накаливания в гирляндах — это уже прошлый век и все давным-давно перешли на светодиодные модели или даже лазерные подсветки.

Но даже и в них иногда можно столкнуться с подобным фокусом — один светодиод сгорел, остальные продолжают светить (и это при последовательном подключении!).

Неужели и здесь работает волшебная “перемычка”? Нет, это всего лишь свойство pn-перехода, при выходе из строя, он либо пробивается, либо обрывается.

Причём, пробой может быть обратимым, то есть, пробитый pn-переход может восстанавливаться. Тут, что называется, как карта ляжет.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: