Обзор электроламп, выпускаемых в настоящее время.
На примере продукции компании “Philips”.
С того дня, когда зажглась первая собранная человеком электролампа, прошло больше ста лет. За это время, научно-технический прогресс расширил ассортимент и разновидности осветительных электроприборов в десятки раз. Освещение торговых помещений и офисов, промышленных предприятий и улиц, подземных переходов и квартир – все разнообразие электроламп призвано осуществить его максимально эффективно, исходя из конкретных потребностей той или иной области применения.
Оценка возможностей конкретной модели лампы осуществляется исходя из трех критериев: светоотдачи (экономичности), коэффициента цветопередачи и долговечности (срока службы и механической прочности).
Светоотдача лампы измеряется в люменах на ватт (лм/Вт) – чем она выше, тем выше ее экономичность.
Коэффициент (индекс) цветопередачи характеризует равномерность излучаемого лампой видимого диапазона спектра – с его увеличением повышается естественность цветовоспроизведения. Максимальное значение индекса (100 или 1А) соответствует естественному дневному освещению, минимальное (0 или 4) – монохромному (одноцветному) излучению, при котором цветопередача отсутствует.
Долговечность лампы оценивается сроком службы – временем, которое гарантированно проработает хотя бы половина выпущенных ламп данной модели. В случае тяжелых эксплуатационных условий (тряска, вибрация) учитывается также ее механическая прочность (обычная или повышенная).
Лампы накаливания.
Эти лампы (не считая дуговых) первыми начали выпускаться в промышленных объемах. Они представляют собой нить накала из высокоомного металла, через которую пропускают ток. При этом она раскаляется и излучает свет. Для предотвращения выгорания, она заключена в стеклянный баллон с выкачанным воздухом или наполненный инертным газом.
Средняя для таких ламп светоотдача – 10 лм/Вт. Индекс цветопередачи (при номинальном напряжении питания) равен 100, т. е. практически безупречен. Срок службы (кроме ламп с повышенной долговечностью) – 1000 часов (или 2500 часов у более долговечных ламп).
Лампы выпускаются с прозрачным и матированным баллоном, со стандартным (Е27) и уменьшенным (Е14) цоколем. Для создания декоративного эффекта совершенствуют баллон: вытягивают в свечку, создают на нем волнообразные борозды, покрывают изнутри отражающим покрытием – такие лампы называют рефлекторными.
Лампы, наполненные газом криптоном, имеют на 10-20% большую светоотдачу: этот газ возвращает тепловое излучение обратно на нить накала, увеличивая температуру ее свечения. Лампы с усиленной нитью накала не боятся вибрации, однако, обладают меньшей светоотдачей (9 лм/Вт).
Также производятся лампы с цветным баллоном (в т. ч. рефлекторные), маломощные и с вынесенным из баллона отражателем, конструктивно объединенным с лампой.
Примечание: самые яркие лампы накаливания (кроме криптоновых) – с прозрачным стеклом. Они же – самые дешевые. Любое покрытие и изменение формы уменьшает светоотдачу и повышает стоимость лампы.
Галогенные лампы накаливания.
Дальнейшее усовершенствование ламп накаливания привело к появлению ламп с баллоном, наполненным неоднородным по химическому составу газом – с добавками т.н. галогенов (брома, фтора, хлора, иода). При работе лампы, эти элементы, вступая во взаимодействие с атомами вольфрама (испускаемыми нитью накала), образуют химическое соединение, притягивающее вольфрам обратно на нить но уже в новом месте. Это дало возможность:
а) значительно уменьшить размер баллона: раньше этому препятствовал вольфрам, оседавший на стекле и приводивший к его потемнению;
б) повысить рабочую температуру нити накала, что увеличило светоотдачу лампы, без потери (и даже с увеличением!) срока ее службы.
Таким образом, галогенные лампы приобрели следующие характеристики. Светоотдача – 17 лм/Вт. Цветопередача – 100 (высшая). Средний срок службы – 3000 часов (у более дорогих ламп – до 5000).
Следует отметить, что наиболее выигрышным является применение низковольтных (на 12 В) галогенных ламп. Именно такие лампы обладают наименьшими габаритами и наибольшим сроком службы.
Конструктивно галогенные лампы разделяются на лампы с отражателем, капсюльные и линейные.
Лампы с отражателем используются для общего освещения и для декоративной подсветки. Они имеют штырьковые цоколи марок GU5,3 (наиболее распространенный), GU10 (наподобие стартерных – фиксируются поворотом) и некоторые другие. По размеру они разделяются на стандартные MR16 (с диаметром 16 мм) и миниатюрные MR11 (11мм) для мебельных и аналогичных светильников.
Капсюльные галогенные лампы почти исключительно выпускаются 12-вольтовыми. Диапазон их применения очень широк – от общего и декоративного освещения, до узкоспециальных областей (в автомобильных фарах, переносных фонарях и т. п.). При установке таких ламп их нельзя касаться пальцами – возможно оплавление стекла в месте касания.
Линейные галогенные лампы выпускаются на высокие (до 2000Вт) мощности и используются в прожекторах для освещения больших площадей. Их установка требует тех же предосторожностей, что и установка капсюльных ламп.
Для применения в быту выпускаются галогенные лампы, «вставленные» в обычные корпуса ламп накаливания – для замены «обычных» ламп накаливания.
Как обычно, у преимуществ галогенных ламп есть «оборотная сторона» – они очень чувствительны к перепадам напряжения сети и плохо поддаются регулировке диммерами – галогенно-вольфрамовый цикл, лежащий в основе их работы, требует, чтобы лампа горела с полным накалом.
Люминесцентные лампы.
Изучение явления вторичной эмиссии и создание люминофора – вещества, испускающего свет под воздействием электромагнитного излучения – привело к созданию нового типа ламп – люминесцентной лампы (ЛЛ).
Конструктивно такая лампа состоит из баллона, заполненного аргоном и небольшим количеством ртути в виде пара. С обеих сторон баллона введены нити накала. При прохождении через нити тока, между ними возникает электрический разряд, вызывающий люминесценцию (испускание излучения) из пара ртути.
Попадая на слой люминофора, которым изнутри покрыта колба, это излучение из невидимого ультрафиолетового становится видимым – его начинает излучать сам люминофор.
При стандартном исполнении, для возникновения разряда в ЛЛ требуется напряжение порядка 450-500В, а для его поддержания – 150-200В. Т.е. подключать такие лампы напрямую к сети нельзя – для этого используется пуско-регулирующий аппарат (ПРА). Классический ПРА включал стартер и обмоточный дроссель. В более современных светильниках используют ПРА на электронных компонентах, обладающий меньшей стоимостью и большей долговечностью.
Главное преимущество такой лампы – ее экономичность. Светоотдача таких ламп достигает 104 лм/Вт, что в пять раз превышает светоотдачу ламп накаливания. Кроме того, они имеют очень длительный ресурс работы – 24000 часов, что вкупе с экономичностью делает их идеальным вариантом для освещения промышленных объектов, офисных и торговых помещений, а также мест, где замена ламп затруднена.
По индексу цветопередачи ЛЛ делятся на три группы: STANDARD (индекс от 3 до 2А), MASTER (1B) и de Luxe (1A). Повышения этого индекса добиваются усложнением состава люминофора, что увеличивает стоимость лампы.
Стандартные ЛЛ с четырьмя штырьковыми выводами выпускаются с баллонами различной конфигурации: линейными, U-образными и кольцевыми. Линейные лампы, кроме обычных, выпускают цветными (серия Coloured), с повышенным сроком службы (Xtreme и Xtreme Super – до 47000 часов) и с малым временем включения (RS, XL и MCFE). Для работы в тяжелых условиях используют лампы Secura – с более прочными баллонами и низким содержанием ртути.
Миниатюризация ЛЛ и ПРА сделала возможным создание компактной ЛЛ, объединяющей их одном корпусе. Такие лампы, снабженные стандартным резьбовым цоколем (Е27 или Е14), получили название «энергосберегающих». Обладая преимуществами ЛЛ – долговечностью и высокой светоотдачей, они имеют компактные размеры и легко заменяют обычные лампы накаливания.
Недостатками этих ламп является посредственная цветопередача (индекс 60 - 70) и сравнительно высокая стоимость – 10 евро за изделие. Поэтому вопрос об их применении пока остается открытым. Вариантом являются компактные неинтегрированные ЛЛ с выносным ПРА, позволяющие снизить эксплуатационные расходы – при выходе из строя лампы, нужно поменять только недорогую ЛЛ – ПРА остается старый.
Компактные ЛЛ выпускаются трех типов: с U-образными и витыми баллонами, а также с внешним рассеивателем в форме шара или свечи. Неинтегрированные компактные ЛЛ выпускаются U-образной и квадратной формы. Средний срок службы – 6000 ч.
Газорязрядные лампы высокого давления (ГЛВД).
В случае, когда от лампы требуется максимальная мощность при возможно меньшем энергопотреблении, обычные лампы не годятся. Лампы накаливания (в т. ч. галогенные) расходуют массу энергии на излучение тепла – при больших мощностях затраты электричества, да и нагрев светильника становятся недопустимо большими. Люминесцентные лампы на мощность выше 150 Вт имели бы недопустимо (ввиду паров ртути) громоздкие и хрупкие баллоны, поэтому и они не пригодны. Выход – в использовании ламп высокого давления.
Родоначальницей таких ламп стала ртутная лампа высокого давления, которая носит наименование HPL. Она обладает длительным сроком службы (16000 ч) и сравнительно высокой светоотдачей (55 лм/Вт), причем выпускается на мощность до 1000 Вт. Она имеет белый баллон грушевидной формы и резьбовой цоколь Е27 (50 – 125Вт) или Е40 (250 – 1000Вт). Цветопередача у таких ламп неважная – 36-50 ед., что компенсируется их дешевизной.
Натриевые лампы низкого давления марки SOX – лидеры по светоотдаче (160-200 лм/Вт). В силу того, что их излучение одноцветное, оранжево-желтое (т. е. цветопередача отсутствует), область их применения ограничена проходными нежилыми помещениями, а также участками улицы. Примеры: карьер, ж/д сортировочные станции, переходы и т. п. Срок службы – 18000 ч; номинальная мощность – 35 – 180 Вт. Лампы SOX-E обладают повышенной (200 лм/Вт) светоотдачей, а лампы SOX-E PSG – малым количеством ранних отказов.
Натриевые лампы высокого давления (SON) имеют большую (до 1000 Вт) максимальную мощность, срок службы (24000 ч) и обладают цветопередачей (индекс 25) за счет меньшей светоотдачи (90 - 150лм/Вт). Марка SON-T указывает на прозрачный трубчатый баллон, SON – на баллон, аналогичный HPL. Приставка Plus указывает на высокую светоотдачу, Hg-Free – на отсутствие в лампе ртути (экологичность), Green Power – на эффект, стимулирующий рост растений.
Самыми совершенными ГЛВД являются металлогалогенные лампы, обладающие высокой (100 лм/Вт) светоотдачей, высокой максимальной мощностью (2000 Вт) и высоким коэффициентом цветопередачи (до 90). Срок службы – 10000 ч. Область применения – декоративная подсветка зданий, освещение стадионов и профессиональные осветительные установки.
Компактные металлогалогенные лампы отличаются от обычных меньшими размерами и максимальной мощностью (250 Вт).
Разумеется, ГЛВД являются самыми дорогими – их цена колеблется от 10 евро за ртутную лампу, до 50 евро и более за компактные металлогалогенные лампы.
Индукционные лампы.
Индукционные лампы являются первыми безспиральными осветительными приборами. По устройству они схожи с ГЛВД, однако разряд в них инициируется не раскаленной нитью накала, а электромагнитным полем, наведенным высокоиндуктивной катушкой в рабочем объеме лампы. Для их запитки от сети используются специальные пусковые устройства.
По параметрам индукционные лампы не превышают аналогичные люминесцентные, а по стоимости очень высоки, поэтому их следует отнести к экспериментальным прототипам. Широкое использование таких ламп – дело будущего. Выпускаются эти лампы на мощность от 55 до 165 Вт, индекс цветопередачи – 80. Долговечность таких ламп достигает 60 тысяч часов (см. здесь)
Светодиодные системы.
Светодиод – это полупроводниковый прибор, излучающий свет при переходе носителей заряда в теле кристалла с более высокого на более низкий энергетический уровень. В нем нет движущихся и нагревающихся элементов, в связи с чем, такой прибор обладает очень высокой долговечностью (до 50000 часов непрерывной работы).
Впервые, излучающий свет полупроводник был изготовлен в середине ХХ века. Долгое время, светодиоды использовались как электронные индикаторы – они выгодно отличались от миниатюрных ламп накаливания экономичностью. И только в 80-гг ХХ века, появились образцы светодиодов, названных «сверхъяркими» – обладавшие яркостью, соизмеримой с яркостью миниатюрных ламп накаливания (наподобие фонарных).
В настоящий момент, светодиодные системы (т. е. светодиоды со схемами управления) успешно применяются в переносных фонарях, декоративных подсветках и рекламных сборках. Применять светодиоды непосредственно для освещения пока нецелесообразно из-за их невысокой мощности (до 12 Вт) и сложности устройств управления.
