4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Номинальный ток лампы накаливания формула

Параметры ламп накаливания

Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: 27 июля 2014 .
Категория: Статьи.

Электрические и световые параметры

Параметры ламп накаливания или характеристики ламп накаливания, принято делить на три группы – электрические, световые и эксплуатационные. Электрические параметры характеризуют лампу как потребителя электрической энергии и определяют возможность ее подключения к источникам питания (электрической сети). К электрическим параметрам относят номинальное напряжение и номинальную мощность лампы, ток является величиной производной и определяется расчетом.

Световые параметры более разнообразны. Нормирование тех или иных определяет назначение лампы. У ламп накаливания, предназначенных для общего освещения, основными техническими характеристиками являются световой поток и световая отдача. Для сигнальных ламп важным параметром является яркость, для ламп-светильников – кривые силы света и тому подобное.

Эксплуатационные параметры определяют возможность и технико-экономическую целесообразность применения ламп данного типа в той или иной осветительной установке. В этом смысле к эксплуатационным параметрам следует относить и электрические, и световые параметры. Поэтому, говоря об эксплуатационных параметрах ламп, обычно имеют ввиду срок службы ламп, стабильность светового потока, параметры внешней среды и ряд дополнительных требований.

Основным электрическим параметром лампы накаливания является номинальное напряжение лампы Uл.ном. Для большинства ламп накаливания это напряжение соответствует напряжению источника питания.

Основная масса ламп накаливания общего применения работает от электрических сетей энергосистем, которые для осветительных установок можно считать источниками неограниченной мощности. Поэтому в течение длительного времени для ламп накаливания общего назначения напряжение питающей сети являлось и номинальным напряжением ламп накаливания. Все остальные электрические параметры ламп накаливания относили именно к этому номинальному напряжению. Вместе с тем, напряжение в осветительных сетях часто отличается от номинального. Поэтому в целях улучшения эксплуатационных характеристик ламп согласно ГОСТ 2239-79 введено пять интервалов напряжения питания: 125 – 135, 215 – 225, 220 – 230, 230 – 240 и 235 – 245 В, причем за номинальное напряжение ламп в соответствии с международной классификацией приняты напряжения 130, 220, 225, 235 и 240 В.

Источники питания ограниченной мощности (аккумуляторные батареи, автомобильные генераторы, сухие элементы и так далее) отличаются тем, что средние значения их фактического напряжения не соответствуют номинальному. Поэтому для ламп накаливания, предназначенных для работы от таких источников питания, помимо номинального напряжения применяют так называемое расчетное напряжение Uл.р, то есть среднее напряжение, при котором будет работать лампа накаливания. Соответственно все ее остальные параметры относят к расчетному напряжению.

Вторым важным электрическим параметром ламп накаливания является мощность. Под номинальной мощностью лампы накаливания данного типа Pл.ном понимают расчетную электрическую мощность, которая выделяется в лампе накаливания данного типа при ее включении на номинальное (или расчетное) напряжение. Практически для партии ламп – это среднее значение мощности для достаточно большой группы ламп этого типа. Возможный разброс значений мощности отдельных ламп ограничивается верхним пределом допустимой мощности для ламп данного типа.

Для отдельных типов ламп, в частности предназначенных для работы от химических источников тока, вместо номинальной мощности иногда нормируется номинальный ток Iл.ном, для которого устанавливается ограничение его верхнего значения.

Основная светотехническая характеристика ламп накаливания определяется назначением лампы. Для осветительных ламп это световой поток Фл. Практически номинальным световым потоком лампы является среднее значение светового потока большой партии ламп данного типа. Применительно к каждой лампе накаливания можно говорить о нижнем допустимом пределе светового потока. Ограничение верхнего предела не имеет смысла, так как повышение светового потока может быть достигнуто увеличением мощности лампы, верхний предел которой, ограничивается, а так же повышением температуры тела накала, что неизбежно приведет к снижению срока службы лампы и разбраковке партии по этому параметру.

Изменяя конструкцию и конфигурацию тела накала или применяя колбы специальной формы, можно получить лампы накаливания с заданной кривой силой света. Для таких ламп помимо нормирования светового потока нормируют одно или несколько значений силы света Iv в заданных направлениях. Число точек нормирования силы света определяется возможностью контроля кривой с заданной точностью.

Лампы накаливания имеют различную яркость свечения L, что связано с многообразием областей их применения. Например, прожекторные лампы, лампы для сигнальных приборов, кинопроекционной аппаратуры имеют высокую яркость, значение которой в ряде случаев нормируют. И, наоборот, для освещения жилых помещений требуется пониженная яркость, поэтому такие лампы накаливания часто выпускают в матированных колбах.

Для ламп, применяемых в оптических приборах, эффективность действия которых определяется яркостью тела накала, желательно нормирование габаритной яркости тела накала. Сложность определения такой яркости путем измерения силы света и деления результата на площадь проекции тела накала на плоскость, перпендикулярную направлению силы света, привела к тому, что от этого нормирования отказались, сведя контроль ламп к измерениям силы света в заданных направлениях и основных геометрических размеров тела накала.

Световая отдача η, являющаяся важной свето технической характеристикой качества ламп и их основным эксплуатационным показателем, в настоящее время исключена из числа нормируемых величин, так как она определяется расчетным путем как отношение светового потока к мощности лампы, измеренных при номинальном напряжении лампы. Световая отдача вместе с тем является важнейшим параметром ламп накаливания, определяющим экономичность генерирования светового потока. Световая отдача ламп накаливания растет с увеличением их мощности, для ламп одинаковой мощности она больше у ламп, рассчитанных на меньшее номинальное напряжение. Для ламп накаливания данной мощности и конструкции световой поток, определяющий световую отдачу, зависит от температуры нити накала и ее излучательных свойств. Препятствием к повышению температуры вольфрама, является увеличение скорости его испарения, что было в значительной мере преодолено при использовании галогенных циклов.

Читать еще:  Схема параллельного подключения лампочек через выключатель

Эксплуатационные параметры

К основным геометрическим параметрам ламп накаливания относят те размеры, которые влияют на возможность их применения в тех или иных светильниках или установках. Основными из этих параметров для всех без исключения ламп накаливания являются их габаритные размеры (рисунок 1): наибольший диаметр колбы dк, измеряемый в плоскости, перпендикулярной оси лампы, полная длина лампы l, измеряемая, как правило, в направлении оси лампы, и тип цоколя. Важным геометрическим размером лампы накаливания является высота светового центра h, относительно которого дается кривая силы света лампы. Эта точка совпадает с центром тяжести тела накала, полученным геометрическим построением. Высота светового центра измеряется параллельно оси лампы и отсчитывается от той детали цоколя, которая определяет его положение в патроне. Эту деталь называют фиксирующим элементом цоколя.

Рисунок 1. Основные размеры лампы накаливания

Для ламп с фокусирующим цоколем дополнительными геометрическим параметрами являются размеры и допуски, определяющие положение светового центра относительно цоколя и его фокусирующих элементов.

Для ламп, применяемых в оптических приборах, в которых большое значение имеет габаритная яркость тела накала, дополнительно задают размеры тела накала, в том числе длину светящейся нити, диаметр моноспирали (или биспирали), площадь, заполненную светящейся частью тела накала, и тому подобные.

Важными эксплуатационными параметрами ламп накаливания, так же как и других источников света, являются их средний срок службы τ, полный срок службы τполн, определяемый временем горения лампы до ее отказа, и полезный срок τп, определяемый временем горения до уменьшения светового потока в заданном пределе. Практическое равенство τполн = τп = τ означает оптимальное конструирование отдельных частей лампы, исключающее лишний запас по надежности отдельных частей и деталей, в основном тела накала, и стабильную технологию производства. Проверка совпадения значений τп и τполн достигается тем, что при испытании ламп на средний срок службы производят измерение конечного светового потока ламп, оставшихся целыми к моменту достижения срока, равного нормированной средней продолжительности горения.

К эксплуатационным параметрам ламп относится и минимальный допустимый световой поток, ниже которого эксплуатация ламп накаливания становится неэкономичной. Для современных ламп накаливания конечный световой поток составляет 85 – 90% начального.

В качестве примера нормирования параметров ламп накаливания в таблице 1 приведены регламентированные ГОСТ 2239-79 параметры ламп накаливания общего назначения с криптоновым наполнением.

Параметры некоторых осветительных ламп накаливания общего назначения с криптоновым наполнением по ГОСТ 2239-79.

Типы лампНоминальное значение
напряжения, Вмощности, Втсветового потока, лм
БК125-135-40
БК125-135-60
БК125-135-100
БК125-225-40
БК125-225-60
БК125-225-100
130
130
130
220
220
220
40
60
100
40
60
100
520
875
1630
415
790
1450

Для ламп накаливания, применяемых для освещения транспортных средств, нормируемым эксплуатационным параметром является также динамический срок службы.

К эксплуатационным параметрам любых ламп накаливания относят характеристику климатических условий, в пределах которых обеспечиваются все перечисленные параметры. Климатические условия эксплуатации характеризуются: интервалом температур внешней среды, в пределах которого должна сохраняться работоспособность лампы; интервалом влажности, точнее, верхним пределом влажности среды; интервалом изменения давления окружающей среды.

Для изделий нормального исполнения, предназначенных для эксплуатации на всей территории страны, обычно принимают следующие значения перечисленных выше параметров: интервал температур от – 60 до + 50 °С; относительная влажность не выше 98% при 20 °С и давление не ниже 0,75 × 10 5 Па (верхний предел не оговаривается с учетом того, что давление выше максимально возможного атмосферного быть не может).

Источник: Афанасьева Е. И., Скобелев В. М., «Источники света и пускорегулирующая аппаратура: Учебник для техникумов», 2-е издание переработанное – Москва: Энергоатомиздат, 1986 – 272 с.

Номинальный ток лампы накаливания формула

Как известно, с увеличением температуры металла, его электрическое сопротивление растет. Для различных металлов, в связи с данным явлением, характерен свой температурный коэффициент сопротивления α, который можно без особого труда найти в справочнике.

Причина этого явления заключается в том, что тепловые колебания ионов кристаллической решетки металла с ростом температуры становится более интенсивными, и образующие ток электроны проводимости сталкиваются с ними чаще, расходуя больше энергии на эти соударения. А поскольку сам ток (по закону Джоуля-Ленца) приводит к нагреву проводника, то как только через проводник начинает течь ток — сразу начинает возрастать и сопротивление этого проводника.

Читать еще:  Схема подключения лампы через розетку

Подобным образом возрастает сопротивление нити накаливания лампы, когда ее подключают к источнику питания. Давайте найдем температуру нити накаливания лампы в номинальном режиме ее работы.

Температурный коэффициент сопротивления вольфрама (из которого и изготовлена нить лампы накаливания) равен α = 0.0045/К, причем он связан с изменением сопротивления (вместе с изменением температуры) следующим соотношением:

R0-сопротивление нити накаливания при 0°С;

R-сопротивление нити накаливания при текущей температуре t.

Сопротивление R0 нити накаливания при 0°С нам не известно, его сейчас нужно косвенным путем определить. Для этого сначала при помощи мультиметра измерим сопротивление лампы при комнатной температуре.

Далее взглянем на комнатный термометр, и узнаем таким образом температуру воздуха в комнате.

Если принять, что холодная нить накаливания лампы имеет точно такую же температуру, что и воздух в комнате, то сопротивление лампы при 0°С легко определить по формуле:

Сюда необходимо подставить:

t-температура в комнате (по термометру);

Rk-сопротивление нити накаливания лампы при текущей температуре в комнате (измерим мультиметром).

Итак, теперь нам известно сопротивление R0 нити накаливания нашей лампы при 0°С. Теперь, зная номинальную мощность лампы и ее номинальное напряжение, определим чисто математическим путем ее номинальное сопротивление Rn по следующей известной формуле:

Подставим сюда данные, указанные прямо на лампе:

U-номинальное напряжение лампы;

P-номинальная мощность лампы.

Теперь приведем самую первую формулу к следующему виду, и подставим только что найденное номинальное сопротивление Rn, и сопротивление R0 при 0°С, которое было найдено выше, а также температурный коэффициент сопротивления α = 0.0045/К для вольфрама (взятый из справочника):

Вот мы и нашли реальную температуру нити накаливания лампы в рабочем состоянии, не измеряя ее прямо, а лишь зная номинальную мощность P, номинальное напряжение сети U, сопротивление в холодном состоянии Rk, комнатную температуру t и температурный коэффициент сопротивления вольфрама α.

Ранее ЭлектроВести писали, что к оллектив ученых из США, Южной Кореи и Китая создали инновационную нить на основе углеродных нанотрубок, которая вырабатывает электричество при растяжении.

Для студентов, для распечатки / Лабораторные / №10 Мощность лампы накаливания

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

Тема: «Исследование зависимости мощности, потребляемой лампой накаливания, от напряжения на её зажимах»

Цель: провести исследования зависимости между напряжением и мощностью на лампе накаливания, а так же выяснить, как зависит температура накала лампы от потребляемой мощности.

Оборудование: электрическая лампа, источник постоянного напряжения, реостат ползунковый, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Теоретическая часть

Мощность тока – величина, характеризующая, с какой скоростью совершается работа тока. Так как работа тока может быть определена по формуле

А= U t ,

то мощность тока P можно вычислить, зная величину тока и напряжение U:

( 1 ) P =U ∙ I [ P ] = Вт

Из формулы видно, что мощность тока зависит от напряжения.

Если в цепь подключено несколько потребителей, то мощность во всей внешней цепи при любом соединении равна сумме мощностей на отдельных участках цепи. При работе электрических приборов ток оказывает тепловое действие, которое влияет на их сопротивление, а значит и на потребляемую мощность.

Исследуем данные зависимости экспериментально.

Порядок проведения работы:

Составить цепь по схеме, изображенной на рисунке

При помощи реостата установить наименьшее значение напряжения и замкнуть цепь. Записать показания вольтметра и амперметра.

Постепенно выводя реостат, записывать значение напряжения и силы тока, сняв еще 2 показания.

Для каждого значения напряжения мощность, потребляемую лампой, подсчитать по формуле: P=U I.

Для каждого опыта подсчитать:

а) сопротивление нити лампы в рабочем состоянии RT = ;

б) изменение температуры нити лампы по формуле ,

где — температурный коэффициент сопротивления вольфрама;

R – сопротивление нити лампы при 0С (узнайте у преподавателя),

в) температуру накала лампы вычислить по формуле Т=Т+Т.

Результаты всех измерений и вычислений записать в таблицу:

Номинальный ток лампы накаливания формула

Разнообразие источников света довольно велико, но наибольшее распространение и применение обрела лампа накаливания. Возникает вопрос: «Почему именно она получила такую огромную популярность и встречается на каждом шагу?» Однако, мы видим и другие лампы, а раз есть альтернативы ей, значит и недостатки найдутся.

Для того чтобы оценить все преимущества и недостатки, необходимо рассмотреть строение источника света.

Лампочка накаливания состоит из:

1 – тонкая стеклянная колба;
2 – пространство колбы;
3 – тело накала;
4 – держатели, предназначенные для удерживания тела накала;
5, 6 – токовые вводы (электроды);
7 – ножка;
8 – основание цоколя;
9 – контактное дно цоколя;
10 – изолятор.

Разнообразность форм колб в большинстве случаев объясняется эстетическим видом, а иногда возможностью удобной установки. Функцией колбы является защита тела накала от атмосферных осадков.

Изначально, когда электрические источники света только начали изготовлять, то в стеклянной колбе лампы создавался вакуум. Сейчас же такую технологию применяют только для малой мощности (до 25 Вт), а световые источники большей мощности наполняют инертным газом (аргон, азот, криптон). Наполнение колбы инертным газом или создание в ней вакуума делается по двум причинам :

Читать еще:  Какой выключатель можно использовать для светодиодных ламп
— защита тела накала от влияния внешней среды, потому что на воздухе оно быстро окислится и выйдет из строя;
— для уменьшения потерь тепла, ведь имеет место теплопроводность материалов (для сбережения тепла производят выбор газа с большей молярной массой).

Правильно говорить, именно, «Тело накала» , потому как его исполнение очень разнообразно. Встречаются нити, спирали, двойные спирали. Наиболее часто используется нить накала – проволока круглого сечения.

В эпоху зарождения ламп накаливания, тело накала изготовлялось из угля, сейчас же выполняется исключительно из вольфрама, или же из осмиево-вольфрамового сплава, что бывает реже.

При подаче напряжения на лампочку, нить накала комнатной температуры, то есть сопротивление ее в десяток раз меньше рабочего. По этому, при включении происходит скачек тока (10-14 номинальных значений) . По мере нагрева токопроводящей нити, сопротивление возрастает, и ток понижается до номинального значения. Когда же тело накала изготовлялось из угля, характеристика была обратной, при нагреве сопротивление уменьшалось, и с ростом температуры лампочка светилась все ярче.

Цоколи ламп имеют очень широкий ряд исполнения, а их размеры стандартизованы. Цифры в названии означают наружный диаметр цоколя в мм. У бытовых ламп наибольшее распространение получили:

— цоколь Эдисона — Е14
— миньон — Е27

В некоторых странах принято напряжение сети 100 В, и во избежание случайного ввинчивания лампы не подходящего напряжения, изготавливаются лампы с иными цоколями.

Мы привыкли видеть резьбовые цоколи, но есть и цоколи без резьбы, удерживание таких устройств в патроне происходит за счет трения или нерезьбового сопряжения (применяются в автомобилях).

Рисунок 2 – а) резьбовой ; б) цоколь без резьбы

Принцип действия лампы накаливания основан на эффекте накаливания проводника при пропускании через него электрического тока. Когда ток протекает, температура тела накала резко увеличивается, и чем выше температура, тем ярче свет. Чем меньше температура тела накала, тем свет более «красный» — теплый, чем выше – ближе к белому свечению. Для получения видимого диапазона света, необходимо нагреть тело порядка нескольких тысяч градусов.

Температура Солнца — 5770 К, при такой температуре происходит выделение наибольшего количества видимого излучения. Но такое значение температуры недостижимо (любой известный материал плавится и протекание тока стает невозможным).

Лишь малая часть потребляемой из сети энергии превращается лампой накаливания в видимый свет, основная доля энергии расходуется на нагрев нити и излучения света в невидимом диапазоне для человеческого глаза. Чтоб увеличить коэффициент полезного действия (КПД) лампы накаливания, нужно увеличить температуру тела накала , но при этом она ограничивается температурой плавления материала.

Температура плавления, применяемых в лампах накаливания материалов: Вольфрам — (3410°C), Осмий — (3045°C).

Рабочая температура вольфрамовой нити находится обычно в пределах 2700-3000К .

Максимальный КПД лампы накаливания достигается при температуре нити – 3400К и составляет приблизительно 15%, а при номинальной температуре, которая составляет 2700К, всего каких-то 4-5%.

С увеличением температуры, КПД возрастает, а вот ее долговечность – уменьшается. Так, при температуре в 2700К, срок службы лампы накаливания составляет около 1000 часов, а при температуре 3400К – пару часов.

Пониженное напряжение уменьшает КПД в 4-5 раз, зато срок службы лампы увеличивается в сотни раз . Например, в таком режиме можно их использовать для дежурного освещения, где не требуется высокое качество освещения. В этом случае используют последовательное подключение лампочек, также возможный вариант — включение через диод, чтобы поступала только положительная полуволна (действующее значение напряжения и тока будет меньше, световая отдача уменьшится, появится мерцание, но срок службы лампы значительно возрастет, а также будет экономия электроэнергии).

Рисунок 3 – Влияние входного напряжения на световую отдачу и срок службы

На рисунке 3 представлены приближенные, но наглядные зависимости. Рассмотрим конкретную точку, от которой на оси проведены пунктирные линии. При увеличении питающего напряжения на 6,5% мы получаем увеличение световой отдачи на 20%, но при этом срок службы лампочки сокращается в 2 раза.

Срок эксплуатации лампы накаливания ограничивается, прежде всего, испарением материала тела накала. Испарение происходит неравномерно, то есть появляются проблемные участки, где меньшая толщина нити. При этом сопротивление на них еще больше повышается и износ в этих местах происходит интенсивней, пока тело накала не расплавится вовсе. Колба темнеет вследствие осаждения металла нити накала. Повышенное давление подавляет такой эффект и увеличивает срок службы и КПД.

Минусом рассмотренного вида ламп является малая световая отдача, она самая низкая из всех существующих электрических источников света и лежит в диапазоне 4-15 лм/Вт.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector