Какой cрок службы у лампы накаливания и как его увеличить

Виды ламп и их функциональное назначение

Существует много ламп накаливания, классификация их происходит по функциональному назначению и конструкционным особенностям.

Общего, местного предназначения

Вплоть до 1970 года их называли нормально-осветительными. Эта группа является самой массовой среди обычных ЛН. Ранее успешно использовались как для общего, так и для декоративного освещения дома, в офисах, других учреждениях. На данный момент во многих странах, в том числе в России, их выпуск ограничивается.

Что касается лампочек местного назначения, то они по конструкции такие же, как и общего, но рассчитаны они на пониженное рабочее напряжение. Использоваться могут в ручных переносных светильниках, для освещения станков, верстаков и т. д.

Декоративные

Основная их особенность – это фигурная колба, размеры ее могут быть очень разными, также как и расположение внутри нити накаливания. Подобные модели сегодня очень востребованы, но выполняют не так роль освещения, как декора, в особенности в винтажных или ретро дизайн-проектах. Внешний вид подобной лампы очень оригинален.

Иллюминационные

Колба у них окрашена в разные цвета, в зависимости от целевого использования. Удобны для оснащения иллюминационных установок. Краска в основном наносится на колбу внутри, для этого применяются неорганические пигменты. Значительно реже такие лампы красят снаружи. Мощность их небольшая, варьируется в пределах 10–25 Вт. Необходимый эффект они дают только первое время, далее цвет их меняется, теряет яркость.

Применялись в разных светосигнальных приборах. На данный момент из этой сферы их вытесняют светодиодные лампы.

Зеркальные

Колба такой лампы имеет специфическую форму, внутри она покрыта тонким слоем алюминия. За счет этого создается зеркальный эффект, также есть прозрачная часть. Основная задача таких ламп – распределение светового потока с целью сосредоточения в пределах определенной зоны. Удобно их использовать в витринах магазинов, в торговых залах. Именно такие лампы используются для обогрева новорожденных птенцов и других животных.

Транспортные

Эта группа очень обширная, используется в разных транспортных средствах, для фар или другой подсветки. Востребованы для:

• Автомобилей.
• Мотоциклов.
• Тракторов.
• Самолетов и вертолетов.
• Речных и морских судов.

Такие лампы имеют ряд особенностей, среди них:

1. Высокая прочность.
2. Стойкость к воздействию вибрации.
3. Специальные цоколи, за счет чего удается быстро менять вышедшую из строя лампу.
4. Они рассчитаны на питание от электрической сети ТС.

Двухнитевые

Это подтип специальной лампы накаливания, которые используются в:

• Автомобилях. Так, лампы для фар могут иметь 2 нити накала. Одна из них идет на ближний свет, вторая – на дальний. Аналогичная ситуация и для задних фонарей, только тут отдельные нити для габаритов и для стоп-сигналов.
• Самолетах. В отдельных моделях в посадочно-рулежной фаре.
• Ж/д светофорах. Тут двухнитевые лампы – это элемент безопасности и подстраховки, если перегорит одна, то вторая сможет продолжать подавать сигнал.

Главная проблема светодиодных ламп — схема и её компоненты

Если взглянуть на внутренности лампы накаливания, то станет понятно, насколько проста её схема работы: два электрода соединены нитью накаливания, которая нагревается при протекании через неё электрического тока. Это проверенная более чем сотней лет технология.

Устройство лампы накаливания

Светодиодная лампа намного сложнее. В ней вы найдёте резисторы, индукторы, конденсаторы и светодиоды.

Светоизлучающие диоды действительно могут работать очень долго, но остальные компоненты схемы могут подвести гораздо быстрее, особенно в лампах с регулируемой яркостью. Если ваша лампа сгорела гораздо раньше 10 000 часов, скорее всего, причина не в самих светодиодах.

Устройство светодиодной лампы

Как продлить срок службы лампы накаливания

Ну а чтобы продлить срок службы лампы накаливания, достаточно будет при ее подключении в сеть использовать кремниевый диод КД203А или конденсатор. При этом нельзя забывать, что существуют так называемые полярные конденсаторы. Их применять нельзя, так как они требуют строго придерживаться полярности при подключении.

Также при покупке ламп накаливания не лишним будет посмотреть на номинальное напряжение, которое указывается на упаковке или на самой лампочке. Лампы накаливания с номинальным напряжением 235-245 Вольт прослужат гораздо дольше, чем лампы с более низким номинальным напряжением.

Существенно продлить срок службы ламп накаливания поможет диммер или как его часто называют «светорегулятор». Диммер позволяет плавно регулировать выходное напряжение, что положительным образом сказывается на питании ламп накаливания, в результате чего они служат положенный срок.

Срок службы: обещания производителей и реалии

В интернете можно найти усредненный срок службы любой светодиодной (LED) лампы вне зависимости от производителя – 50 тысяч часов. То есть, более 2083 дней или 5 лет. Но стоит знать, что реальных исследований на эту тему не проводилось (по крайней мере, в России), так что эту заманчивую цифру подтвердить экспериментально не представляется возможным.

Нужно учитывать и наши реалии – с перепадами напряжения, не качественной проводкой и аварийными отключениями. А если речь идет об уличном освещении, то влиять на срок службы ламп могут и неблагоприятные погодные условия. В общем, факторов немало, исключить их практически невозможно, поэтому надеяться на заявленный срок службы 5-7 лет все-таки не стоит.

Факторы, влияющие на срок службы светодиодного светильника.

Светодиодный светильник, как и любой другой продукт современных высоких технологий, является сложным электротехническим прибором. Светильник состоит из оптической и электрической частей. Каждая из этих частей имеет свой срок службы, заявленный производителем. Срок службы оптической части, в которую входят светодиоды, вторичная оптика, отражатели и рассеиватели, достаточно велик и может достигать тех самых 100 тыс. часов (с ухудшением световых характеристик на 40% и более). Срок службы электрической части, в которую входят драйверы и системы управления, чаще всего ниже, чем оптической части. Можно однозначно сказать, что срок службы светодиодного осветительного прибора характеризуется минимальным сроком службы одной из этих частей.

Рассмотрим светодиодный светильник и его компоненты с точки зрения срока службы. Для примера возьмем уличный светодиодный светильник Shine SMD 150 Вт.

Рис. 1. Светодиодный уличный светильник Shine SMD 150W

При создании оптической части данного светодиодного светильника использовались светодиоды производства компании Cree, одного из ведущих мировых производителей светодиодов на сегодняшний день. В Cree лабораторным путем провели исследования и представили график падения светового потока единичного светодиода (при различных температурах на кристалле) в течение срока службы.

Рис. 2. График зависимости светового потока светодиодов от времени использования при различных температурах на кристалле.

Из графика видно, что даже при перегреве кристалла светодиода, приемлемое падение светотехнических характеристик (10%) происходит через 30 тыс. часов эксплуатации. Конструкция светильника Shine SMD 150 Вт обеспечивает качественный отвод тепла от светодиодных модулей, исключая сильный перегрев светодиодов.

Сердцем электрической части светодиодного светильника SMD 150 Вт является драйвер производства компании Philips.

Рис. 3. «Начинка» Светодиодного уличного светильника Shine

На данный драйвер компания Philips гарантирует высочайшую степень пыле- и влагозащищенности IP66. То есть даже при повреждении корпуса светодиодного светильника, драйвер не пострадает от воздействия внешних факторов. Это дополнительно влияет на срок службы осветительного прибора в целом. Кроме того, производитель драйвера заявляет, что падение выходных характеристик не превышает 10% по истечении 80 тыс. часов.

Рис. 4. Драйвер Philips с возможностью диммирования

Необходимо отметить, что эти данные приведены для идеальной работы драйвера (стабильное питающее напряжение, отсутствие перепадов температур, отсутствие внешних воздействующих факторов, идеальная нагрузка и т.д.). Разумеется, идеальные условия работы драйвера возможно обеспечить только в лабораторных условиях.

Что такое ширпотреб?

Наверняка вы замечали, что одна и та же лампочка продается у нескольких производителей под разными названиями и маркировками. Зачастую такие светодиодные лампы закупаются на одном заводе, у которого несколько производственных линий.

Благодаря повышению курса доллара, борьбы за рынки сбыта усилилась, а покупательская способность населения снизилась. За жизнеспособность бизнеса приходится бороться любыми способами, включая не честные. Производители используют различные варианты удешевления:

1. завышение характеристик;
2. установка светодиодов похуже, ниже ресурс и качество;
3. уменьшение количества металла на радиатор;
4. пластик низкого качества, иногда сильно воняет пластмассой;
5. упрощается драйвер.

Как устроена ЛН и принцип ее работы

Устройство лампочки накаливания мало изменилось за время ее развития. Основным элементом, работающим на принципе свечения раскаленного вещества, является нить или тело накаливания. Это тонкая вольфрамовая проволочка диаметром 30-40, максимум 50 микрон или микрометров (миллионных частей метра).

Цвета каления начинаются с красного и при увеличении температуры проходят через оранжевый, желтый до белого. При дальнейшем увеличении температуры металл тела накаливания сначала плавится, а потом, при наличии кислорода, горит.

Холодная вольфрамовая нить имеет малое удельное сопротивление. У вольфрама, как и большинства металлов, положительный температурный коэффициент сопротивления ТКС. Это значит, что в процессе разогрева нити электрическим током ее сопротивление увеличивается.

На разогрев нити требуются доли секунды. За это время ее сопротивление увеличивается. Первоначально большой ток, проходящий через лампу, по мере прогрева газа, колбы и всех конструктивных элементов снижается до номинального. Так источник света выходит на заданный режим и выдает паспортный световой поток. Оттенок свечения тоже становится номинальным, т.е. соответствующим цветовой температуре от 2000 до 3500 K. Он называется теплым белым и в указанном диапазоне имеет несколько градаций цветовой температуры с оригинальными названиями и аббревиатурами. Например:

• супер-теплый белый – 2200-2400 K, обозначается S-Warm или S-W, он же очень теплый белый или Warm 2400;
• теплый – 2600-2800 K или Warm 2700;
• белый теплый – 2700-3500 K или Warm White (WW);
• еще один теплый – 2900-3100 K или Warm 3000 (W).

Температура отдельных элементов лампы

Наружная поверхность колбы ЛОН зависит от мощности лампы и может нагреваться до 250-300℃ и более.

Нить раскаляется до 2000-2800℃, при температуре плавления вольфрама 3410°C.

В некоторых конструкциях нить изготавливают из осмия с температурой плавления 3045℃ или рения – 2174. Так спектр свечения ЛН смещается в красную зону видимого спектра.

Какой газ в колбе лампы

В первых лампах воздух из колбы выкачивали. Сейчас вакуумируют (выкачивают воздух) только лампочки малой мощности, не более 25 Вт.

При работе вольфрамовой проволочки, раскаленной до 2-3 тысяч градусов, с ее поверхности интенсивно испаряется металл. Его пары оседают на внутренней части колбы и уменьшают ее светопропускание.

Исследования, проведенные в начале прошлого века, показали, что если заполнить колбу инертным газом, то испарение уменьшится и повысится выход света. Поэтому колбы стали заполнять одним из инертных газов или их смесью. Чаще всего это аргон, азот, ксенон, криптон, гелий и пр. Гелий используют для эффективного пассивного охлаждения внутренних элементов светодиодных ламп-ретрофитов нового вида.

Их основной светоизлучающий элемент – тонкий стержень из искусственного сапфира или стекла, на котором расположены кристаллы светодиодов. Такой излучатель назван филаментом. Некоторые «эксперты» перепутали суть филаментных ламп и назвали их «лампами с сапфировыми излучателями света». Хотя искусственный сапфир в этих лампах используется только как монтажное основание и пассивный теплоотвод для светодиодных кристаллов.

Выход ЛН из строя в большинстве случаев связан не с испарением металла с поверхности тела накаливания, а с ускорением этого процесса в зонах нарушения толщины нити. Это происходит в зоне резкого перегиба проволочки или ее перелома. В этом месте ее сопротивление локально увеличивается, растут напряжение, рассеиваемая мощность и температура металла. Испарение ускоряется, становится лавинообразным, нить быстро уменьшает толщину и сгорает.

Эту проблему решили в конце 1950 – начале 1960-х, начав массовый выпуск галогенных ламп накаливания.

В состав инертного газа или смеси стали вводить галогены – хлор, бром, фтор или йод. В результате процесс испарения металла прекращается совсем или существенно замедляется. Атомы этих добавок связывают пары вольфрама, образуя молекулы нестойких соединений. Они оседают на поверхности тела накаливания. Под действием высокой температуры молекулы распадаются и выделяют атомы галогенов и чистый металл, который оседает на горячей поверхности нити и частично восстанавливает испарившийся слой.

Этот процесс интенсифицируют повышением давления. При этом увеличивается температура нити, срок службы, светоотдача, КПД и другие характеристики. Спектр излучения сдвигается в белую сторону. В газонаполненных лампах замедляется потемнение поверхности колбы изнутри от паров вольфрама. Такие источники света назвали галогенными.

Топ 5 способов продлить срок службы лампы накаливания

Как же бороться со всеми вышеперечисленными проблемами и увеличить срок службы лампочки? Самая важная из них – токовый удар, поскольку от нас тут, казалось бы, ничего не зависит. Поэтому оставим его напоследок, а пока пройдемся по оставшимся пунктам.

Превышение питающего напряженияПромышленность выпускает лампочки на различные типы напряжения, поэтому эта проблема решается правильным выбором прибора. Самый распространенный стандарт у нас в стране: 215-235 В, 220- 230 В и 230-240 В. Измерь сам или попроси знакомого электрика измерить напряжение в квартирных розетках. Сделать это необходимо несколько раз на протяжении суток: утром, днем и вечером. Максимальное напряжение, которое покажет тестер, и есть рабочее напряжение в твоей квартире. Именно на это значение и должны быть рассчитаны лампочки, которые ты покупаешь. Обычно диапазон рабочих напряжений обозначается на цоколе или колбе прибора. Можно, конечно, перестраховаться, и взять лампочки с напряжением повыше.

Удары и вибрацииЭтот вопрос решается легко: не переноси включенный осветительный прибор. В случае если это необходимо по особенностям эксплуатации, используй низковольтные лампочки – у них спираль короче

Идеальный вариант увеличения срока службы переносок: использование специальных лампочек, например, автомобильных.

Неисправность осветительной сетиЕсли ты заметил, что в многорожковой люстре сгорает одна и та же лампа, обрати пристальное внимание на исправность светильника. Плохой контакт в патроне или подводящем проводе может стать причиной скачков напряжения, что и вызывает постоянные токовые удары, сжигающие лампочку

То же самое касается и многосекционных выключателей. Если в люстре лампы одной секции имеют подозрительно малый ресурс службы, почисть и подтяни контакты выключателя.

Скупой платит трижды!

С самого начала использования ЛЕД-ламп их начали подделывать. И поскольку оригинальный товар стоил очень дорого, а китайские «аналоги» — в несколько раз дешевле, спрос на них был достаточно серьезным.

Прошло всего несколько лет, цены на светодиодные светильники существенно снизились, но наши восточные соседи все так же продолжают «гнать» в Россию поддельные ЛЕД-лампы. И их продолжают покупать. Почему не стоит этого делать?

• Качество света такой лампы может быть совершенно непредсказуемым, что негативно влияет на здоровье.
• Сборка китайских ламп всегда оставляет желать лучшего, и самое «безобидное», что может случиться по ходу ее использования – выбьет пробки (автомат на счетчике) или испортится люстра.
• Никакие сроки службы в случае с поддельными лампами не работает, они могут выходить из строя в любой момент.

Характеристики

Для описания характеристики применяются названия показателя и его значение.

Данные характеристики приведены в таблице:

Наименование	Показатель
Мощность, Вт	бытовое применение – 25-150Вт, другое – до 1000
Накаливание нити, градусов	до 2000-2800
Напряжение, В	220-330
Световая отдача, Лм/1Вт	9-19
Размер и маркировка цоколя	Е 14, Е 27, Е 40
Тип цоколя	Резьбовой, штифтовой
Часы работы, часов	до 1000
Вес, г	15

Устройство и схема

Устройство лампочки накаливания у всех ее видов практически одинаковое:

• Основная рабочая деталь – вольфрамовая спираль. Обладает сопротивлением в три раза больше, чем медный материал. Из него достигается выплавка максимально тонких элементов. Электроды поддерживают данную спираль и переводят ток.
• Стеклянная колба. Она заполнена инертным газом. Именно он не дает сгореть нити и препятствует окислению металлических элементов.
• Цокольная часть. Она присутствует во всех видах, кроме автомобильных. По цоколю нарезана резьба, ее шаг может отличаться у каждого вида.

Подробная схема составляющих отображена на рисунке:

Принцип действия

Принцип работы лампы накаливания заключается в нагревании вещества, через который протекает ток. Веществом выступает сама нить накаливания, ее температура нарастает в момент замыкания электроцепи. При этом возникает результат электромагнитного термического испускания. Видимым для глаза оно становится при прогревании более 570 градусов, при этом начинается красное свечение.

Нить накаливания нагревается до 2800 градусов. В процессе прогревания вольфрам преобразовывается в оксид (белый поверхностный налет), для этого и происходит закачка в полость нейтральных газов. При монтаже лампочки (закручивания ее в патрон), замыкается цепь и происходит процесс разогрева нити, и происходит подача света.

Цоколь

Распространенными считаются лампочки с маркировкой цоколя E14, E27, E40. Где цифра означает диаметр самого цоколя. Без резьбовые элементы встречаются в автомобильных производствах.

Есть страны, где другое напряжение в сети и, соответственно, применяются лампочки с другим диаметром цоколя – Е12, Е17, Е26, Е39.

Маркировка

Перед покупкой надо изучить маркировку. Она представлена буквенным и цифровым сочетанием. Буквенная маркировка и значение представлены в таблице:

Буквенная маркировка	Значение
Б	биспиральная
БО	Биспиральная с опаловой колбой, наполненной аргоном
БК	Биспиральная, наполнение колбы криптоном
ДБ	Диффузная с матированием внутри колбы
В	Вакуумная
Г	Газонаполненная
О	Опаловая колба
М	Молочная колба
Ш	Шаровидная
З	Зеркальная
МО	Для местного освещения

Цифры указывают на пределы напряжения, мощности.

Коэффициент полезного действия

У данных ламп низкий КПД (коэффициент полезного действия). Он выражается соотношением мощности излучением, заметным человеку. При прогревании нити до 2700 К, КПД до 5 процентов. Остальная энергия затрачивается на инфракрасное излучение, которое не просматривается человеческим глазом, только чувствуется теплом. Если повышать КПД хотя бы до 20 процентов, необходимо увеличить прогревание нити до 3400 К.

Свет при этом будет светить в два раза ярче, но срок службы лампы сократится на 95 процентов. И наоборот, снижение напряжения, увеличит период работы во много раз. Все это учитывается при производстве дежурного освещения, которое требует надежности.

Таблица соотношения люменов и ватт в лампочке

Световой поток измеряется в люменах (Лм). В светодиодах световые потоки колеблются в зависимости от производителя, его качества товара, напряжения. Примерное значение для одного Вт составляет 80-150 Лм. В таблице приведено соотношение Лм и Вт для лампочек накаливания по отношению к светодиодной лампе:

Светодиодная лампа, Вт	Лампа накаливания, Вт	Световой поток, Лм
4-5	40	400
8-10	60	700
10-12	75	900
13-15	100	1200

Как продлить жизнь светодиодной лампы?

Соблюдение некоторых рекомендаций позволит существенно продлить срок эксплуатации изделия. Наиболее важными можно назвать следующие:

1. Нужно периодически протирать поверхность светильника от пыли и других загрязнений или пылесосить. Запрещается использовать моющие средства, т.к. они могут повредить основные элементы лампы.
2. Большое распространение получили светодиодные ленты. Они часто применяются при декорировании, подсветке и даже в качестве основного источника света. Специалисты не рекомендуют проводить наклеивание ленты на мебель или другие элементы, т.к. они способны выделять тепловую энергию. Для размещения диодной ленты рекомендуется использовать профиль из алюминия или фольгу, т.к. подобные материалы отражают тепло.
3. Лампа диодного типа будет работать намного дольше в случае эффективного отвода тепла. В противном случае не избежать эффекта тепловой деградации. Для этого создают защитную конструкцию с возможностью поступления свежего воздуха.
4. При подключении источника света используется диммер. Это устройство предназначено для переключения света и регулировки яркости. Диммер практически не оказывает влияние на количество потребляемого электричества, при этом фильтрует пусковой ток, исключая вероятность подачи высокого напряжения. Высокий пусковой ток становится причиной перегрева конструкции.
5. Использовать диодные лампы следует исключительно по назначению. Некоторые из них не рассчитаны на длительную работу, другие на большое количество циклов включения и выключения.
6. При выборе следует проконсультироваться с продавцом.

В реальных условиях диодная лампа служит в течение 3-5 лет. Китайская подделка в зависимости от качества изготовления эксплуатируется на протяжении не более 1 года.

Вклад Томаса Эдисона

В конце 1870 годов за усовершенствование электрических светильников взялся известный на весь мир ученый из Америки Томас Эдисон.

С целью продления срока службы нити, предпринимались попытки отключать напряжение, после нагрева спирали до предельно допустимых температур. Для этого в колбу встраивался автоматический выключатель. Однако этот путь не привел к приемлемому результату – было видно мигание.

Акцент исследований сместился на эксперименты с материалом для изготовления нитей накала. Было проведено около 2000 опытов.

В итоге в 1879 году Эдисон получил патент на лампочку платиновой спиралью и временем горения до 40 часов.

Основное отличие от приборов Лодыгина – создание вакуума с меньшим количеством, оставшегося в колбе воздуха. В 1880 году, лампы с бамбуковыми электродами горели у Эдисона около 600 часов

Немаловажное значение в распространении ламп Эдисона имела изобретенная им же винтовая конструкция цоколя, позволявшая быстро и безопасно менять вышедшие из строя приборы

Патентные войны привели к образованию совместного предприятия Суонса и Эдисона, выросшего со временем в мирового лидера по продаже электрических ламп. Увеличение производства сказалось на снижении себестоимости изделия и еще большему распространению.

Таким образом, разработка технологии изготовления лампы накаливания проводилась учеными из России, Германии, США, Бельгии, Великобритании. Объединив лучшее, на практике Томас Эдисон организовал массовый выпуск приборов. Поэтому ему и приписывают авторство.

Техника безопасности

Перед установкой или заменой галогенной лампы изучите технику безопасности. Она поможет избежать механической поломки и перегрева устройства. Выполняйте правила утилизации, т.к. внутри лампочки содержится буферный газ.

Почему “галогенку” нельзя трогать руками

На бюджетной галогеновой лампе пальцы могут оставить жирные пятна. Температура на них способна превысить допустимый предел. Но в дорогих моделях двойная колба защищает лампу от плавления и перегорания.

Рис.10 – последствия установки без перчаток.

Если целостность устройства будет нарушена, это приведет к моментальной поломке или сокращению срока службы.

Правильная утилизация

Поврежденную или вышедшую из строя лампочку следует правильно утилизировать. Вместе с бытовым мусором выбрасывать «галогенки» нельзя из-за вредных летучих паров в колбе. Они не представляют серьезной опасности, тем не менее специалисты советуют собирать испорченные изделия в отдельную емкость и сдавать в специальные пункты приема. Их расположение можно узнать в интернете.