С изобретением галогеновой лампы производители светотехники и осветительных приборов наконец-то получили по-настоящему мощный и эффективный источник света. На смену тусклой, словно свеча, традиционной лампочке с вольфраммолибденовой нитью накаливания пришли галогеновые лампы, обеспечивающие высокую светоотдачу и насыщенность светового потока. При этом внешний вид источника света, на первый взгляд, практически и не изменился.
Что такое галогеновая лампа
Конструкция галогенового светильника лампы во многом похожа на обычную лампочку накаливания. Стеклянная колба устройства обладает идеальной прозрачностью стенок, поэтому вполне возможно попытаться разглядеть и разобраться, как работает галогенная лампа и что это такое. По сути, в галогеновом светильнике используется принцип пропускания тока через раскаленную спираль, как в лампе накаливания, но работает такая лампа на несколько ином принципе генерации видимого света.
Устройство
Все галогеновые лампочки, за исключением промышленных и специальных моделей, состоят из одних и тех же компонентов, которые могут отличаться по форме и размерам, но все равно присутствуют в лампе любой схемы:
- Мощная спираль накаливания из вольфрама или вольфрам-рениевого сплава. Нить значительно толще, чем у обычных лампочек, и крепится она на массивных игольчатых штифтах;
- Цокольная группа с контактами, большая часть моделей бытовых галогенных ламп изготавливаются со стандартными цоколями, позволяющими установить лампочку в патрон домашнего светильника или люстры. Специальные светильники могут комплектоваться не цоколем, а лишь группой контактов;
- Наружная стеклянная колба из кварца оптического качества.
Для стабильной работы галогенового светильника потребуется также устройство для запуска галогеновой лампы — диммер или трансформатор.
К сведению! Требования к качеству и отсутствию дефектов стеклянного корпуса галогеновых светильников намного жестче, чем для старых лампочек накаливания, светодиодных или люминесцентных ламп.
Плотность светового потока настолько высока, что любое пятнышко, пыль или дефект неизбежно приводят к прогоранию и разрушению стеклянной колбы, внутри которой под давлением закачана смесь инертных газов и галогенов. До появления светодиодных сборок большинство автомобилистов перед установкой галогеновых ламп в гнезда фар тщательно вымывали колбу смесью чистого спирта и ацетона.
Принцип работы
Галогенка, несмотря на наличие спирали накаливания и газонаполненной колбы, лишь внешне похожа на обычную лампу накаливания, принцип ее работы в значительной степени отличается от старой классической лампочки. Обычная лампа излучает свет благодаря свечению раскаленной поверхности тонкой вольфрамовой спиральки.
Галогенная лампа накаливания также излучает свет благодаря ионам вольфрама, но сам процесс организован по-другому:
- Поток света в галогеновой лампе формируется за счет тонкого раскаленного газового облака, окутывающего вольфрамовую спираль. Атмосфера тончайшей газовой пленки состоит из паров йодида вольфрама, окруженных смесью ксенона с азотом;
- Как только на контакты галогеновой лампы подается рабочее напряжение, часть поверхности атомов вольфрама испаряется и вступает в реакцию с йодом. Именно это металл-галогеновое облако, вступая во взаимодействие с ксеноном, излучает основное количество света;
- Пары йода фактически удерживают молекулы вольфрама над раскаленной спиралью, не давая ей испариться и выпасть в виде пленки на внутренней поверхности кварцевой колбы.
В галогенке свет генерируется не тонкой спиралькой из вольфрама, а окружающим ее газовым облачком, состоящим из раскаленных галогенов, металлических паров и ксенона. Что это дает? Разница в светоотдаче обычной лампочки накаливания и бытовой галогенки огромная, но из-за особенностей устройства человеческого глаза кажется, что отличие не такое и большое.
Оценить, насколько отличается свет галогенок и обычных лампочек, проще всего в ночное время. Достаточно случайно, на доли секунды, поймать взглядом яркий свет автомобильных фар с галогеновыми вставками, чтобы ослепнуть на несколько минут. Тогда как на обычную лампу, пусть и с дискомфортом, но смотреть еще можно.
Срок службы
Большинство бытовых галогенок рассчитано на стандартный срок службы: 2000 часов для качественных лампочек, для фирменных ламп – 2500 ч, китайские подделки известных брендов служат по-разному — от 500 до 1500 часов. Что удивительно, «китайцы» выходят из строя в основном из-за мелких дефектов, например, из-за распайки контактов или деформации цоколя вследствие перегрева корпуса.
Подобные мелочи легко устраняются своими руками, поэтому при аккуратном обращении с цоколем даже китайская галогенка может отработать до 1500 часов.
Продлить срок службы можно с помощью специальных пусковых устройств. Это может быть специальный трансформатор для галогенных ламп, управляемые диммеры и барретеры, ограничивающие заброс тока при включении лампы. Это позволяет избежать растрескивания вольфрамовой нити из-за неравномерного прогрева в первые секунды. Время включения галогеновой лампы возрастает до 3 секунд, но зато таким способом удается увеличить срок службы до 10-15 тыс. часов, что сопоставимо с ресурсом светодиодных источников света.
Плюсы и минусы
В рейтинге популярности галогеновые лампочки занимают третью ступеньку в списке наиболее популярных источников света. Лампы считаются достаточно яркими и горячими, с температурой 2700-2900 о К. Что особенно ценно, спектр галогенки хоть и смещен к более холодному участку в сравнении с лампочкой классической конструкции, но при этом больше похож на солнечный свет, старые «спиральки», ЛДС или новомодные светодиодные сборки.
Светоотдача у галогенок выше, чем у обычных лампочек, на 50-70%, а срок службы в два раза больше.
Недостатков у галогенок всего два:
- Высокая чувствительность к перепадам напряжения и быстрому старту;
- Большое потребление энергии и интенсивное тепловыделение.
Соответственно, светильники приходится оборудовать системой продува корпуса и отвода тепла, а на подключении устанавливать защитные блоки.
Типы галогеновых ламп для дома
Огромные возможности источников света на основе переизлучающей пары галоген-ксенон были использованы в изготовлении достаточно большого моделей ламп и светильников. Всех их условно делят на несколько групп:
- Мощные прожекторные лампы, чаще всего изготавливаемые в линейном форм-факторе и рассчитанные на подключение к однофазной сети 220В;
- Бытовые галогеновые лампочки с винтовой цокольной группой, рассчитанные на бытовую электрическую сеть;
- Точечные светильники с пониженным напряжением питания и потреблением электроэнергии, используемые в оформлении интерьера жилых комнат, кухни и ванного помещения.
Галогенки прекрасно работают как на переменном, так и на постоянном токе, но остаются крайне чувствительными к напряжению в электросети и к соблюдению правил установки галогеновой лампы.
Важно! Все типы галогеновых ламп выпускаются с индивидуальным расположением контактов на цоколе. Таким образом, удается не перепутать и не установить низковольтные лампочки в промышленную сеть.
Линейные схемы
Один из наиболее мощных источников света изготавливается в линейном форм-факторе. Благодаря вытянутому стеклянному корпусу линейная галогенная лампа прекрасно адаптирована к жестким условиям работы в условиях закрытого корпуса прожектора. Внутри кварцевой трубки находится массивная вольфрамовая спираль на молибденовых держателях.
Потребление электроэнергии составляет от 60 Вт до 2 кВт, длина от 78 мм до 333 мм. Самые большие галогенки с линейной формой корпуса рассчитаны на получение гигантских световых потоков. Цоколь лампы выполнен по безопасной схеме R7-S, то есть контакты расположены с противоположных концов корпуса.
Благодаря высокой плотности светового потока мощные линейные галогенки находят применение в самом неожиданном качестве:
- Бесконтактные источники энергии в сушилках для фруктов и овощей;
- Сушилки-стерилизаторы помещений для птицы и животных. Часть энергии выделяется в ультрафиолетовом диапазоне, поэтому мощные галогенки прекрасно высушивают и одновременно стерилизуют поверхность;
- Охранные и осветительные системы для стоянок, паркингов и участков частных домовладений;
- Системы окраски и сушки автомобильных кузовов, обвесов и деталей машин.
По условиям эксплуатации лампа должна располагаться горизонтально, но на практике галогеновые светильники марки КГ неплохо работают в любом положении, если, конечно, их не бросать на пол.
Галогеновые лампы с внешней колбой
Светильники с наружной кварцевой колбой по внешнему виду напоминают обычную лампу накаливания – «грушу». Отличить галогеновую лампочку от обычной можно по увеличенному внутреннему держателю из кварца.
Лампа рассчитана на сетевое напряжение 230 В и может устанавливаться практически в любой осветительный прибор с керамическим патроном и медными контактами модели Е27 или Е14. Одна лампа с рассеивающей колбой способна освещать комнату до 30 м 2 , если нет дополнительных плафонов и используется стабилизированное питающее напряжение.
Галогеновые лампы с отражателем
В данном типе галогеновых ламп используются наружные встроенные отражатели с алюминиевым покрытием, обычно зеркального или полупрозрачного типа. Благодаря интерференционному покрытию большая часть тепла отводится с тыльной стороны корпуса.
Форма лампочки напоминает гриб, поэтому в быту такие галогеновые лампы иногда называют грибками. На сегодня это наиболее массовый тип бытовых галогеновых светильников. В маркировке лампочки всегда имеется численное обозначение, это определяющий диаметр цоколя, например, в М16 цоколь 16 мм, диаметр колбы 50 мм, мощность 50 Вт.
Капсульные конструкции
Такие галогенки чаще всего называют «пальчиковыми» за размеры и форму термостойкого стеклянного корпуса. Вольфрамовая нить внутри колбочки диаметром 5-10 мм фиксируется с помощью зажима особой формы, что позволяет галогеновой лампе работать практически в любом положении, хотя производители выпускают галогенки с продольной и поперечной ориентацией нити накала.
Контактная группа капсульной галогеновой лампочки оформляется в виде двух штырьков. Большинство моделей галогенок оборудованы цоколем G9 с межосевым расстоянием в 9 мм, но есть и цоколи G11-G15.
Данный тип галогеновых ламп используется только в качестве подсветки в линиях освещения, светильниках точечного типа, гирляндах. Мощность галогенки колеблется от 20 до 60 Вт.
Низковольтные системы
Высокоамперные или низковольтные галогенки используются в первую очередь в автомобильной технике и переносных фонарях. Такие конструкции могут оборудоваться двумя нитями в одном корпусе, а цоколь галогеновой лампочки всегда изготавливается с массивным металлическим основанием, через которое отводится большая часть тепла.
Блок защиты для галогенных ламп
В момент старта или включения галогенки происходит наиболее сильный износ нити накаливания. Внутренние слои спирали галогеновой лампочки быстро разогреваются и расширяются, а наружные остаются более холодными, покрываются трещинами и подвергаются эрозии под действием паров йода.
Для плавного старта используются специальные блоки защиты или диммеры. Встроенные резисторы с переменным сопротивлением задерживают нарастание тока на 2-3 с, что обеспечивает увеличение ресурса галогенового светильника.
Трансформатор для галогенных ламп
Низковольтные лампы всегда включают через специальные блоки или защитные трансформаторы. Электронное устройство помогает «раскачать» или запустить галогенку, защитить лампу от короткого замыкания и перегрева.
Наиболее простые трансформаторы могут преобразовывать напряжение с сетевого уровня до 12 В, более сложные могут иметь встроенные программаторы или подключать одновременно 6-10 галогеновых ламп.
Заключение
Технология изготовления галогеновых лампочек за более чем сорокалетнюю историю была отработана и отшлифована почти до идеального состояния. Ушли в прошлое случаи взрыва колбы и перегорания нитей накаливания галогенок в момент старта. Несмотря на засилье светодиодных светильников, галогеновые лампы остаются все такими же популярными у профессионалов и знатоков осветительных приборов, как и двадцать лет назад.
В Европе программа перехода на энергосберегающие технологии стартовала в 2009 году, когда с сентября 2009г. было запрещено на законодательном уровне продавать самые популярные во всем мире лампы накаливания.
Россия также взяла курс на энергоэффективность в 2009 году. Так в ноябре 2009 года был принят закон об энергосбережении, в котором определены основные этапы постепенного вывода из оборота ламп общего назначения. Так с 01.01.2011г. введен запрет на продажу ламп накаливания мощностью от 100 Вт и более, с 2013 г. - от 75 Вт, с 2014 г. - от 25 Вт и выше.
Давайте разберемся, почему такие привычные для нас «лампочки Ильича» попали в немилость, чем их можно заменить и как правильно перейти на более энергоэффективные источники.
Почему выводятся из эксплуатации лампы общего назначения?
Основная причина вывода ламп общего назначения (ЛОН) из оборота - низкая энергоэффективность, которая заложена в самом принципе работы лампы. Источником света в ней является спираль из вольфрамовой проволоки (нить накаливания), которая при подаче тока раскаляется и излучает свет. Но, фактически, в свет преобразуются только 5% (!) потребляемой лампой энергии. Остальные 95% - переходят в тепло. То есть привычные нам лампы не столько светят, сколько греют!
Второй существенный недостаток ламп накаливания (ЛН) - со временем они начинают хуже светить. Это происходит от того, что на стенки колбы оседает вольфрам, который постепенно испаряется с нити накаливания, тем самым снижается световой поток. Нить без вольфрама перегорает (ускоряют процесс перегорания еще и частые включения/выключения) - и лампа идет в утиль.
Конечно, стоимость самой лампы накаливания намного ниже по сравнению с другими типами современных ламп. Но это только кажется на первый взгляд. На самом же деле, у ЛОН намного выше цена эксплуатации, а это значит, что единоразовая экономия при покупке перекроется с лихвой большими расходами электроэнергии. К тому же ЛН имеет короткий срок службы: самая качественная из них может прослужить до 1000 часов, а лампы недобросовестных производителей перегорают уже после нескольких включений. Поэтому покупать такие лампочки приходится часто.
И еще одним недостатком ламп общего назначения является их малая светоотдача: от 7 до 17 лм/Вт.
Что же нам предлагают современные технологии взамен ламп накаливания? Альтернативой ЛОН выступают лампы нескольких видов: галогенные, индукционные, светодиодные, люминесцентные, газоразрядные, энергосберегающие.
В нашей статье остановимся подробно на изучении галогенных ламп, их видов, эксплуатационных характеристик и способах введения в эксплуатацию.
Что такое галогенная лампа? Преимущества и недостатки
Галогенная лампа - это усовершенствованная лампа накаливания, получившая широкое распространение относительно недавно. Высокие технологии производства позволили повысить эксплуатационные показатели галогенных ламп по всем параметрам в сравнении со стандартными лампами. Эффективность галогенных ламп выше обычных ЛН на 20 - 50% (соответственно, на такую же величину снижается энергопотребление).
Главные достоинства галогенных ламп - их доступная цена, прекрасная передача цвета, возможность создания разных световых оттенков и яркий свет на протяжении всего периода эксплуатации. Благодаря добавлению в колбу паров галогенов (брома, хлора, фтора, йода), которые уменьшают испарение вольфрама, значительно увеличился срок службы лампы (до 2000 - 5000 часов работы). Испарение вольфрама происходит медленнее, в том числе, из-за высокого давления газов в колбе, объем которой стал значительно меньше по сравнению с ЛОН. Таким образом, ресурс галогенных ламп в 3-5 раз выше обычных. При этом он ниже, чем у люминесцентных.
Галогенные лампы имеют насыщенный яркий ровный свет, который значительно отличается по спектральному составу от света обычной лампы. Такой свет максимально приближен к спектру солнечного света. Поэтому он прекрасно передает цвет лица человека, а также цвета в интерьере теплой и нейтральной гаммы.
Галогенные газы, в отличие от инертных, защищают колбу от снижения светового потока (галогенные газы, вступая в реакцию с атомами вольфрама, связывают их, не давая оседать на стенках колбы). Яркость освещения регулируется большим ассортиментом отражателей разных диаметров. Тепловое излучение отводится за пределы освещаемой площади благодаря дихроичным отражателям.
Галогенные лампы, как и ЛОН, могут диммироваться, т.е. менять уровень яркости. Потребитель может без каких-либо дополнительных усилий заменить лампу накаливания на галогенную в осветительных приборах с функцией диммирования. При этом энергопотребление при одинаковой светоотдаче уменьшается на 30 % меньше. Но имейте в виду, что увеличение или уменьшение питающего напряжения всего на пять-шесть процентов уменьшает рабочий ресурс вдвое, а также провоцирует оседание вольфрама на колбу.
Кроме сказанного выше, галогенные лампы оберегают освещаемые вещи от выгорания благодаря специальным фильтрам, нанесенным на кварцевое стекло, которые не пропускают ультрафиолет.
Не удивительно, что эти лампы были запущены в массовое производство и получили такое широкое распространение как в бытовых (домашних условиях, общественных зданиях), так и в профессиональных сферах деятельности.
Но у галогенных ламп есть и свои недостатки. Из-за высокой чувствительности к скачкам напряжения в сети, они гораздо чаще перегорают в момент включения, чем лампы общего назначения. Поэтому их необходимо включать через блоки защиты стабилизаторы напряжения или трансформаторы (для низковольтных ламп). О блоках защиты галогенных ламп будет рассказано ниже.
Еще одним существенным недостатком является очень сильное нагревание колбы (выше 250 до 500(!) градусов по Цельсию). Поэтому, во-первых, при их установке вы должны позаботиться о соблюдении норм противопожарной безопасности (между перекрытием и подвесным потолком обеспечьте достаточное расстояние, исключите возможность соприкасания лампы с любым предметом или материалом, находящимся поблизости, чтобы предотвратить его возгорание). А во-вторых, колбу никогда нельзя брать голыми руками.
Особенности эксплуатации галогенных ламп
Галогенные лампы особенно чувствительны к жировым загрязнениям. Колбы нельзя касаться даже хорошо вымытыми руками. На ней в любом случае останутся отпечатки пальцев, и стекло колбы, под действием высоких температур, может оплавиться в этом месте. Повышенная температура лампы ускоряет процесс испарения вольфрама, что катастрофически сокращает срок службы лампы. Достаточно взять ее в руки без перчаток всего один раз, чтобы сократить срок службы втрое(!). Поэтому всегда берите лампу с одной колбой куском чистой ткани либо в перчатках. Если же колба чем-то испачкана - обязательно протрите ее медицинским спиртом. Брать руками можно только лампу с двойной колбой.
Если вы используете галогенную лампу вместе с диммером, включайте ее время от времени на полную мощность. Это необходимо, чтобы испарить осадок йодида вольфрама, накопившийся на внутренней стороне колбы.
Галогенные лампы одинаково хорошо работают на постоянном и на переменном токе. При этом они рассчитаны на напряжение 220 и 12 вольт. Следовательно, низковольтные лампы должны быть оборудованы электронным инвертором или понижающим трансформатором (он может быть встроен в осветительный прибор). Можно установить одно понижающее устройство на группу светильников. В таком случае низковольтная сеть монтируется проводом большего сечения по сравнению с обычной 220-вольтной проводкой, рассчитанной на ту же потребляемую мощность.
Виды галогенных ламп
Прежде чем купить галогенные лампы, внимательно изучите из разновидности и сферу применения.
Линейные двухцокольные лампы со спиральной нитью накала и кварцевой трубкой применяются для освещения широких поверхностей. Имеют высокую светоотдачу и коэффициент цветопередачи, живой белый блеск, постоянный световой поток, возможность регулировки яркости, мгновенное перезажигание. Лампы мощностью более 500 Вт требуют четко горизонтальной установки (допустимое отклонение - 4 градуса).
Лампы с цветным защитным стеклом и со стеклянным отражателем . Используются для декоративного освещения.
«Галогенки» с параболическим стеклянным отражателем с алюминиевым слоем . Предназначен для создания световых акцентов при акцентном освещении (в том числе уличная подсветка), элемент светового дизайна.
Лампы с двойной колбой . Характеризуются отличной цветопередачей (Ra=100) и стабильной светоотдачей. Имеют резьбовой цоколь и работают от стандартного сетевого напряжения. Совместимы с регуляторами яркости.
При покупке также обратите особое внимание на цоколи галогенных ламп. Дело в том, что уменьшенный размер колбы, а также изготовление ее из толстостенного стекла дают возможность использовать лампу без стандартных цоколей. Поэтому иногда может быть необходима смена светильника.
Блок защиты галогенных ламп
Как мы уже говорили, неприятной особенностью галогенных ламп является их высокая чувствительность к перепадам напряжения и частое перегорание в момент включения. Дело в том, что при резком включении имеет место большой скачок напряжения, и на спирали выделяется кратковременно большая мощность. При этом температура, буквально за доли секунды, повышается от комнатной до нескольких тысяч градусов. В то же время в момент включения нить накаливания еще относительно холодная, а следовательно - имеет маленькое сопротивление. Ночью эти процессы усиливаются из-за повышенного напряжения в сети. Именно по этой причине лампы часто горят при включении.
Срок службы лампы можно продлить двумя способами: добавить диод, уменьшив таким образом частоту тока, или при включении лампы плавно повышать напряжение. Все блоки защиты обеспечивают второй вариант. Их также называют устройством плавного пуска.
Блоки защиты рассчитаны на разную нагрузку и имеют различные модификации. Некоторые из них работают с лампами, которые запитываются через обычный или электронный трансформатор. Размеры блоков зависят от мощности нагрузки. Самый маленький блок может быть установлен в подрозетник прямо за выключателем. Блок защиты большей мощности можно установить, например, в подвесном потолке или в монтажной коробке под выключателем.
Галогенная лампа: схема подключения через трансформатор
В целях экономии электроэнергии и повышения безопасности эксплуатации, нередко применяются низковольтные схемы освещения. Так галогенные лампы малого напряжения подключают через 6-ти, 12-ти и 24-вольтные источники питания. В этом случае, при сокращении на порядок энергопотребления, яркость света остается прежней.
Невысокое напряжение является дополнительной гарантией безопасности, поэтому низковольтные галогенные лампы часто устанавливают в ванных комнатах. Их также удобно использовать во встроенных светильниках на подвесном потолке, поскольку современные электронные трансформаторы имеют маленькие размеры и легко монтируются прямо на каркас потолка.
Использование низковольтных ламп подразумевает наличие понижающего трансформатора галогенных ламп. На рисунке ниже представлена схема подключения шести галогенных светильников с использованием двух понижающих трансформаторов.
Если вам необходимо подключить большое количество ламп, используйте специальные клеммные соединители. При этом учтите, что галогенные лампы подключаются параллельно между собой.
При подключении галогенных светильников придерживайтесь следующих правил.
Длина выходного провода на 12 Вт должна быть не больше 2 метров. В противном случае возможны потери тока, а следовательно - снижение яркости освещения.
Располагайте трансформатор минимум в двадцати сантиметрах от любого источника тепла во избежание перегрева. Старайтесь не располагать трансформатор в полостях с объемом менее 11 литров. Если же по техническим причинам трансформатор монтируется в нишу небольших размеров, суммарная нагрузка на него не должна превышать 75% от максимального возможного значения.
Фотоальбом: галогеновые светильники
Фотоальбом: галоген в интерьере
Видеоролик: как заменить галогеновую лампу
Принцип действия
Электрический ток, проходя через тело накала (обычно - вольфрамовую спираль), нагревает его до высокой температуры. Нагреваясь, тело накала начинает светиться. Однако из-за высокой рабочей температуры атомы вольфрама испаряются с поверхности тела накала (вольфрамовой спирали) и осаждаются (конденсируются) на менее горячих поверхностях колбы, ограничивая срок службы лампы.
В галогенной лампе окружающий тело накала йод (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама , препятствуя осаждению последних на колбе. Этот процесс является обратимым - при высоких температурах вблизи тела накала соединение распадается на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё. В результате атомы вольфрама возвращаются на тело накала, что позволяет повысить рабочую температуру спирали (для получения более яркого света), продлить срок службы лампы, а также уменьшить габариты по сравнению с обычными лампами накаливания той же мощности.
Галогенные лампы одинаково хорошо работают на переменном и постоянном токе. При применении плавного включения срок службы может быть повышен до 8000-12 000 часов.
Преимущества и недостатки
Добавление галогенов предотвращает осаждение вольфрама на стекле, при условии, что температура стекла выше 250 °C . По причине отсутствия почернения колбы, галогенные лампы можно изготавливать очень компактными. Малый объём колбы позволяет, с одной стороны, использовать большее рабочее давление (что опять же ведёт к уменьшению скорости испарения нити) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять колбу тяжёлыми инертными газами, что ведёт к уменьшению потерь энергии за счёт теплопроводности. Всё это удлиняет время жизни галогенных ламп и повышает их эффективность.
Цветопередача
Галогенные лампы обладают очень хорошей цветопередачей (Ra 99-100), поскольку их непрерывный спектр близок к спектру абсолютно чёрного тела с температурой 2800-3000K. Их свет подчёркивает тёплые тона , но в меньшей степени, чем свет обычных ламп накаливания.
Применение
Хотя галогенные лампы не достигают эффективности люминесцентных и тем более светодиодных ламп, их преимущество состоит в том, что они могут быть без каких-либо доработок использованы как прямая замена обычных ламп накаливания , например, с диммерами и с выключателями с подсветкой («с огоньком»).
Галогенные лампы также активно используются в автомобильных фарах благодаря их повышенной светоотдаче, долговечности, устойчивости к колебаниям напряжения , малым размерам колбы.
Мощная осветительная галогенная лампа ~230В 150Вт L=118мм
Галогенные лампы с небольшой температурой тела накаливания являются источниками инфракрасного излучения и используются в качестве нагревательных элементов, к примеру в электроплитах , микроволновках (гриль), паяльниках (спайка ИК-излучением термопластов).
Исполнение
Лампа типоразмера MR16
Галогенные лампы могут быть изготовлены как в компактных типоразмерах MR16, MR11, с цоколем GU 5.3, G4, GY 6.35 (на 12 вольт) или G9, GU10 (на 220 или 110 вольт), так и с цоколем Эдисона Е14 или Е27 (на 220 или 110 вольт), линейные с цоколем R7 различной длины (L=78 мм, L=118 мм и др.). Колба ламп может быть прозрачной, матированной , а также иметь рефлектор и/или рассеиватель.
Лампы типоразмеров MR предназначены для установки в транспортных средствах (автомобилях , мотоциклах , велосипедах), а также, при подключении через трансформатор , могут быть использованы для стационарного освещения («точечное освещение», компактные светильники) от бытовой сети.
Лампы типоразмера GU используются для стационарного освещения аналогично лампам MR, в отличие от последних не требуя трансформатора. Определить, лампа какого типа (MR или GU) установлена в данном светильнике или световой «точке», не вынимая лампу, легко, проследив, как меняется яркость лампы при включении и выключении: лампа GU загорается и гаснет практически мгновенно, а лампа MR - плавнее, обладая определённой инерцией (порядка 1/2 секунды).
Лампы с цоколем Е14 (миньон) или Е27 (стандарт) предназначены для замещения обычных ламп накаливания. Они снабжены дополнительной внешней колбой (по форме и размерам напоминающей колбу обычных ламп накаливания), защищающей внутреннюю кварцевую колбу от загрязнений, случайных прикосновений и контакта с легкоплавкими материалами.
Особенности эксплуатации
Галогенные лампы очень чувствительны к жировым загрязнениям, поэтому их внутренних колб нельзя касаться даже чисто вымытыми руками. Ввиду высокой температуры колбы любые загрязнения поверхности (например, отпечатки пальцев) быстро сгорают в процессе работы, оставляя почернения. Это ведёт к локальным повышениям температуры колбы, которые могут послужить причиной её разрушения (поэтому, из-за высокой температуры, колбы изготавливаются из кварцевого стекла). При их установке следует держать колбу лампы через чистую салфетку (или в чистых перчатках), а при случайном касании тщательно протереть колбу тканью , не оставляющей волокон (например микрофиброй) со спиртом.
Поскольку колба галогенной лампы разогревается до пожароопасных температур, то её следует монтировать так, чтобы в дальнейшем полностью исключить всякую возможность её соприкосновения с любыми находящимися поблизости предметами и материалами, и тем более человеческим телом.
При использовании галогенной лампы с диммером необходимо время от времени включать лампу на полную мощность, чтобы испарить накопившийся на внутренней части колбы осадок йодида вольфрама.
IRC-галогенные лампы
Новым направлением развития ламп является т. н. IRC -галогенные лампы (сокращение IRC обозначает «инфракрасное покрытие»). На колбы таких ламп наносится специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к спирали. За счёт этого уменьшаются потери тепла и, как следствие, увеличивается эффективность лампы. По данным фирмы OSRAM , потребление энергии снижается на 45 %, а время жизни удваивается (по сравнению с обычной галогенной лампой).
Примечания
| Накаливания | Лампа накаливания Галогенная лампа |
|---|---|
| Флуоресцентные | Люминесцентная лампа (компактная люминесцентная лампа) Катодолюминесцентная лампа Индукционная лампа Лампа чёрного света |
| Газоразрядные | Лампы высокой интенсивности Неоновая лампа Натриевая газоразрядная лампа Ксеноновая лампа-вспышка Газосветные лампы Безэлектродная лампа Плазменная лампа Плазменная лампа с внешними электродами |
| Электродуговые | Угольная дуговая лампа Ксеноновая дуговая лампа Свеча Яблочкова Металлогалогенная лампа |
| На сгорании | |
В настоящее время в российской Федерации действует запрет на выпуск и продажу ламп накаливания мощностью 100 Вт и более. Эти меры должны способствовать внедрению энергосберегающих технологий освещения и значительному снижению потребления электроэнергии для бытовых нужд в целом по стране. Однако альтернативные источники света – люминесцентные и светодиодные лампы, при всех своих достоинствах имеют ряд существенных недостатков.
Основными из них считаются смещенный в голубую сторону спектр излучения и проблемы с построением регуляторов светового потока. К тому же люминесцентные лампы требуют применения специальных мер утилизации и имеют ограничения по применению за счет создания радиочастотных помех в широкой области спектра.В связи с этим достойной альтернативой обычным лампам накаливания могут стать галогенные лампы.
Галогенная лампа представляет собой обычную лампу накаливания со спиралью из вольфрамовой проволоки специальных марок, колба которых заполнена буферным газом (азотно-кислородная смесь или смесь инертного газа с кислородом) с добавлением галогеносодержащих примесей. В качестве таких примесей используются летучие соединения бора или йода.
Использование галогенов в лампах накаливания связано с реализацией так называемого вольфрамово-галогенного цикла. При его протекании происходит несколько процессов.
- Испарение вольфрама с тела свечения (нити накаливания) за счет высоких температур.
- Перенос испарившихся частиц вольфрама за счет диффузии или конвекции в области относительно низкой температуры (ниже 1400К), находящиеся вблизи стенок колбы.
- Образование устойчивых молекул соединений вольфрам-галоген в низкотемпературных областях.
- Перенос образовавшихся молекул в области высоких температур вблизи разогретой вольфрамовой спирали.
- Распад молекул под действием высоких температур и выпадение атомов вольфрама на поверхность тела свечения .
В результате этих процессов частично нивелируются два основных недостатка классических ламп накаливания.
- Не происходит потемнения поверхности колбы , за счет того, что испарившиеся частицы вольфрама возвращаются на нить накаливания.
- Осуществляется частичная регенерация тела свечения , что может существенно продлить срок службы лампы.
Реализация вольфрамово-галогенного цикла с точки зрения процессов внутри лампы пока далека от совершенства.
- Во-первых, протекание процессов с использованием соединений йода невозможно, при отсутствии кислорода . Поскольку в качестве галогеносодержащих добавок используются водородные соединения (йодистые метил и метилен), в процессах внутри колбы наблюдается протекание водяного цикла, вызывающего ускоренное разрушение нити накала.
- Во-вторых, использование йода не приводит к полной регенерации нити , так как возврат испарившегося вольфрама происходит хаотично, не восстанавливая наиболее перегретые зоны тела свечения. В результате ускоренное испарение вольфрама с участков, имеющих наиболее высокую температуру, и перегорание нити неизбежны.
- В-третьих, оказывают отрицательное влияние некоторые другие свойства йода – повышенная агрессивность к металлам, поглощение значительной доли излучения в желто-зеленой части спектра, слабо отработанная технология дозировки галогена.
Указанные недостатки могут быть устранены применением соединений других галогенов. В настоящее время широко используются летучие соединения брома (бромистые этилы и этилены).
Высокая агрессивность как брома, так и могущих его заменить хлора и фтора (последний наиболее перспективен с точки зрения регенерации нити, но проявляет высокую активность в отношении стекла и кварцевого стекла, из которого изготавливаются колбы ламп) пока ограничивает их применение.Поиск летучих галогенных соединений для улучшения качества вольфрамово-галогенного цикла в лабораториях продолжается до сих пор.
Особенности конструктивных решений
Применение буферного газа и использование свойств вольфрамово-галогенного цикла привело к изменениям в конструкции лампы накаливания.
- За счет уменьшения скорости выгорания тела свечения появилась возможность поднять температуру нити до величины в 3000К. В связи с этим потребовалось использование для колбы кварцевого стекла, задерживающего потто ультрафиолетового излучения.
- В результате устранения осаждения на стенках колбы материала нити удалось значительно уменьшить ее размеры. Это, в свою очередь, позволило поднять давление внутри колбы и использовать в качестве буферных тяжелые инертные газы, в частности, ксенон, что положительно сказалось на увеличении мощности и долговечности галогенных ламп по сравнению с классическими лампами накаливания.
Новые решения в конструкции
При эксплуатации лампы накаливания, галогенной в том числе, значительная часть излучения тела свечения лежит в инфракрасном диапазоне. Специалисты приводят цифры, согласно которым более 60% энергии, потребляемой осветительным прибором, выделяется в виде тепловой.
Новые решения конструкции галогенных ламп используют покрытие колбы, не пропускающей инфракрасную составляющую излучения. Применение такого покрытия локализует тепловое излучение в объеме колбы. Это позволяет получить дополнительный нагрев спирали и повышение ее температуры до необходимых значений при снижении потребляемой лампой мощности.
Преимущества и недостатки галогенных ламп
С особенностями конструкции и принципа действия галогенных ламп связаны их эксплуатационные преимущества и недостатки
Экономичность (потребление электроэнергии)
Высокая температура тела свечения и отсутствие затемнения колбы определяют высокую светоотдачу галогенных ламп. Для осветительных приборов такого типа светоотдача лежит в пределах 15-22 лм/Вт. Для сравнения, лучшие экземпляры классических ламп накаливания с трудом обеспечивают эту величину на уровне 10-12 лм/Вт.
Таким образом, для получения одной и той же величины освещенности использование галогенных ламп дает выигрыш по мощности в 1.5-2 раза.
Снижению непроизводительных потерь мощности в идее тепла способствует наполнение галогенных ламп тяжелыми инертными газами. Этой же цели служат особые конструктивные решения, в частности, покрытие колбы материалами непрозрачными для инфракрасного излучения.
В результате экономический эффект для потребителя от применения галогенных ламп сравним с использованием люминесцентных источников.
Долговечность
Частичная регенерация материала тела свечения в вольфрамово-галогенном цикле и высокое давление буферного газа в колбе приводят к существенному снижению износа спирали галогенной лампы в процессе эксплуатации. Для современных галогенных осветительных приборов типичное значение срока эксплуатации составляет 2-5 тысяч часов свечения, что в несколько раз превосходит долговечность ламп накаливания и мало уступает люминесцентным лампам.
Цветопередача
Технология, использующая свечение нагретого до высоких температур источника, дает световое излучение, близкое по характеристикам к естественному. В этом заключается преимущество ламп накаливания и галогенных ламп по сравнению с другими источниками света.
Более высокая температура нити накаливания в галогенной лампе приводит к некоторому смещению спектра лампы в голубую область по сравнению с лампами накаливания, уменьшению «теплых» составляющих. Несмотря на это, цветопередача галогенных ламп лежит в пределах Ra 99-100.Компактность
Возможность уменьшить колбу привела к созданию малогабаритных мощных ламп, которые с успехом могут использоваться в качестве точечных источников освещения для помещений. Это же достоинство дает возможность применения галогенных ламп в качестве источников головного света автомобилей.
Кроме перечисленных, к достоинствам галогенных ламп можно отнести простоту регулирования интенсивности освещения с использованием распространенных схем диммеров (регуляторов освещенности) и безопасность эксплуатации в тяжелых условиях, в том числе и при повышенной влажности – этой особенностью отличаются низковольтные галогенные приборы.
Основные недостатки ламп с галогенными наполнителями связаны с принципом их работы.
- Высокая температура колбы, в некоторых моделях достигающая величин возгорания окружающих предметов. В связи с этим требуется применение соответствующих мер пожарной безопасности.
- С высокой температурой колбы связана и нетерпимость галогенных приборов к загрязнению внешних поверхностей. Подобное загрязнение может привести к локальному перегреву поверхности колбы и преждевременному выходу лампы из строя. В связи с этим требуются особые меры предосторожности при эксплуатации или конструктивные решения для защиты колбы.
- Относительная дороговизна, связанная с применением специфических материалов при изготовлении (кварц, инертные буферные газы, летучие соединения галогенов). Однако стоимость галогенных ламп значительно ниже популярных люминесцентных и светодиодных источников.
Виды галогенных ламп и их цоколей для использования в домашних системах освещения
Отечественные и зарубежные производители выпускают галогенные лампы для использования как в стандартных (220-240В), так и в низковольтных (12-24В) осветительных сетях.
Лампы этого типа имеют вид кварцевой трубки с выводами с двух сторон. Выпускаются стандартной длины – 78 и 118 мм с цоколями типа R7s. Обладают повышенной механической прочностью. В большинстве случаев требуют горизонтального размещения лампы.
Обладая высокой мощностью (вплоть до десятков кВт), используются в качестве источников заливного света для наружного освещения и внутреннего освещения пространств значительной площади.
Этот тип галогенных ламп предназначен для прямой замены традиционных ламп накаливания в стандартных осветительных сетях (220-240В). По форме колба таких ламп напоминает колбу ламп накаливания. Внешняя стеклянная колба защищает кварцевую внутреннюю от загрязнений.
Выпускаются лампы с внешней прозрачной, молочной или матированной колбой. Обладают меньшими габаритами по сравнению с лампами накаливания той же мощности. Снабжаются цоколями Е37(цоколь Эдисона) или Е14 (миньон). Могут выпускаться в декоративном исполнении – свечеобразные, шестигранные и т. д.
Галогенные лампы направленного света с отражателем
Представляют собой миниатюрную колбу с отражателем. Отражатель отвечает за направление и параметры рассеивания светового потока. Чаще всего используются отражатели алюминиевые, создающие направленный световой пучок и интерференционные, равномерно рассеивающие световой поток в конусе определенного объема. В комплекте с отражателями может быть использовано защитное прозрачное, матированное или цветное стекло.
Лампы направленного света выпускаются для использования как в стандартных электрических сетях, так и в сетях низкого напряжения (12-24В)
Основное направление использование – потолочные светильники или источники направленного света в отдельных зонах помещения.
Комплектуются лампы с отражателями двуштыревыми цоколями.
Для работы в сетях 6, 12 или 24 В используются лампы с цоколями GY4, GZ4, GU4, GX5,3, GU5,3, GY6,35, где цифры показывают расстояние между центрами штырей цоколя в мм.
Для работы в стандартных осветительных сетях используются лампы с аналогичными цоколями G9 и G10. Увеличенное расстояние между штырями не дает спутать лампы типоразмера MR35 с их низковольтными аналогами.
Представляют собой миниатюрную колбу с двумя выводами для подключения к питающей сети.
Могут быть использованы в корпусных и бескорпусных светильниках. Основное назначение – точечные источники декоративного освещения. Как правило, встраиваются в потолочное покрытие или элементы интерьера.
Для подключения к низковольтным сетям используют цоколь G4, G5,3, GY6,35. Для работы в стандартных осветительных сетях комплектуются цоколем G9.
Разнообразие размеров, мощностей и конструктивных исполнений галогенных ламп массу различных вариантов их применения, а отчетливо выраженные эксплуатационные достоинства позволяют широко использовать их в бытовых и промышленных целях. При этом системы освещения на базе галогенных элементов характеризуются высокими экономичностью, надежностью и безопасностью.
Видео о изготовлении галогенных ламп
Посмотрите увлекательное видео о том как производятся галогеновые лампы.
Как устроена галогенная лампа? Обычную лампу накаливания изменили до неузнаваемости, произошла, своего рода, “метаморфоза” : из некрасивой лампочки накаливания появилась красивая, революционная галогенная лампа. Мастера произвели настоящий фурор в светотехнике, оснастив внутри колбу парами и газами брома, хлора, фтора и йода, затем, уменьшив степень испарения вольфрама, лампа стала служить дольше обычной от 2000 до 5000 часов.
В лампе используется специальное кварцевое стекло, которое не пропускает ультрафиолетовое излучение, препятствуя выгоранию. т.е. излучение света не будет портить предметы и вещи интерьера, как это бывает при использовании обычной лампы накаливания. Галогенным лампам не требуется специальный отражатель, так как в самой колбе на задней стенке распыле отражатель света. Излучение вольфрамовой нити направляется в нужное место с помощью потока света, а не рассеивается по сторонам.
Галогенные лампы со временем не утрачивают яркость, они светят стабильно, ярко, ровно и насыщенно. При лучах композиции галогенных ламп, цвет стен интерьера передают более натуральные оттенки, создают теплую и нейтральную цветовую гамму.
Разновидности галогенных ламп
- Галогенные лампы, работающие от высокого напряжения сети 220В, не требуется трансформатор.
- Галогенные лампы — работающие от понижающего трансформатора на 12В, 24В. Устанавливаются там, где требуется повышенная безопасность, например, ванная комната. Учитывайте мощность трансформатора при покупке, в зависимости от того, сколько ламп планируется установить и какая у них будет мощность.Предусмотрите лючки в подвесных потолках — трансформаторы порой выходят из строя.
Разновидности цоколей для галогенных ламп.
Область применения галогенных ламп
Поворотные светильники позволяют направить поток в нужное место, так можно сделать акцент на какой-то части интерьера. Встраиваются в мебель и в подвесные потолки для общего или декоративного освещения.
На галогенные лампы, работающие от высокого напряжения 220В, возможно установить диммер (светорегулятор). Для низковольтных ламп на 12В, 24В обычный диммер не устанавливают. При установке он начинает некорректно работать и в результате значительно снижает срок службы ламп. Для низковольтных ламп устанавливают специальный диммер.
Почему нужно устанавливать галогенные лампы?
По двум причинам: первая – для экономии электроэнергии. Низковольтные галогенные лампы светят ничуть не хуже обычных, но потребляют электроэнергию на порядок меньше.
Вторая причина – безопасность. Если устанавливается в сыром помещении, схему освещения можно предусмотреть не на 220В а на 12В или 24В.
Трансформатор для галогенных ламп
Трансформатор не рекомендуется располагать далеко от светильников, расстояние не должно превышать 2 м от нагрузки. Устанавливают чаще всего в одно из отверстий гипсокартона или реечного потолка. В натяжном потолке расположить невозможно, необходимо предусмотреть более подходящее место, но так чтобы трансформатор оставался доступным для замены, в случае выхода из строя. При использовании галогенных ламп в натяжных потолках используются специально подготовленные стойки, к стойкам крепится кольцо изготовленное из термостойкого материала. Единственное что недопустимо — установка ламп большой мощности.
Электропроводка для галогенных ламп
Из-за большой температуры галогенных ламп необходимо предусмотреть соответствующую электропроводку. Провода должны быть жаростойкими и выдерживать температуру 170 0 ? Подойдут провода с силиконовой оболочкой. Возможно применение обычных проводов, предварительно надев термоусадочную трубку и обжав ее с помощью высокой температуры. Электропроводку используют не менее 1,5 квадрата сечения. Для ответвления проводов от одной осветительной точки к другой используются пружинные клеммы.
Где нельзя устанавливать галогенные лампы?
Монтаж точечных светильников запрещено устанавливать в тех местах, где материал потолка легковозгораемый. Нельзя допускать слишком близкого расстояния осветительного прибора и освещаемый предмет, чтобы избежать риска возникновения пожара.
Схема освещения галогенной лампы
Сначала нужно нарисовать схему для комнат, прихожей, кухни и ванной, т.е. в тех местах, где вы планируете установку ламп. Если планируете использовать низковольтные галогенные лампы, предусмотрите трансформаторы соответствующей мощности, исходя из того, сколько будет ламп и какой мощности они будут. На семь ламп по 50 Ватт понадобится трансформатор на 250Вт.
Преимущества галогенных ламп
Галогенные лампы более экономически выгодные, чем обыкновенные лампы накаливания и при этом более экологически безопасны по сравнению с энергосберегающими лампами. Из-за небольших размеров актуально использование галогенных ламп в различных светильниках для создания акцентирующего освещения.
