Галогенные лампы

Галогенные лампы

Галогены – ряд химических элементов (фтор, хлор, бром, йод, астат) 17-й группы периодической таблицы Менделеева. Отличаются крайней химической активностью, причем в обоих направлениях – в одних условиях становятся окислителями, в других – восстановителями. Все они ядовиты. Широко используются при производстве красок, лекарств, веществ с диэлектрическими свойствами. В электротехнике нашли применение как вещества, усиливающие световой поток ламп и увеличивающие их время наработки на отказ.

Галоген восстанавливает вольфрам

Галогеновые лампы отличаются от ламп накаливания тем, что в их колбу закачан не только инертный газ, но также добавлены галогениды – соединения галогенов с другими веществами. Ранее в качестве такой добавки использовался бромистый метилен – ядовитый газ, основное действующее вещество в сельскохозяйственных инсектицидах, а также один из компонентов, входящий в состав содержимого огнетушителей.

Дело в том, что физическим пределом работоспособности ламп накаливания является температура плавления вольфрама – материала, из которого сделана нить, светящаяся при прохождении через нее электрического тока. Это 3380 0С или 3653 градуса по шкале Кельвина. Реальная же рабочая температура нити 2500–2600 0С. При ней эмиссия атомов вольфрама имеет такую интенсивность, что нить накала разрушается не ранее, чем через 800–1000 часов работы.

Закачанные в колбу активные вещества совершают так называемый галогенный цикл: эмитировавшие атомы вольфрама подхватываются ими на полпути к стенкам колбы, после чего они, следуя в конвекционном потоке газа, возвращаются к нити накаливания, отдают ей атомы металла и восстанавливают ее. Поэтому галогенная лампа может работать в более жестком режиме – температура ее рабочего элемента ниже точки плавления не на 800, а на 500 0С. Результатом этого является:

  • Световой поток увеличивается на 30%.
  • Лампа работает в три раза дольше – около трех тысяч часов.
  • Атомы вольфрама не откладываются на стенках колбы, поэтому сила светового потока не снижается все время работы.
  • Размеры колбы можно уменьшить в несколько раз и создать компактный светотехнический прибор большой мощности.

Расстояние между стенками колбы и нитью накаливания совсем небольшое. Чтобы она не расплавилась, при ее изготовлении используют жаропрочное кварцевое стекло.

Виды галогеновых ламп

Галогеновые лампы различаются по виду питающего напряжения:

  • Высоковольтные – 220 В, 50 Гц.
  • Низковольтные – номиналы 6, 12 и 24 вольта. Может применяться как переменный, так и постоянный ток.

Высоковольтные применяются в светильниках с так называемым заливающим светом. Их два вида:

  1. Линейные. Имеют вид длинной узкой трубки с цоколем типа R7s, находящимся на обоих концах. Их мощность от 2 до 20 кВт. Самый популярный типоразмер 78 или 118 мм. Устанавливаются в уличных прожекторах.
  2. С дополнительной наружной колбой. Это мера предосторожности, принятая для того, чтобы защитить внутреннюю жаропрочную стеклянную трубку от случайных касаний (обычно после этого она трескается), а также для предотвращения пожара. Оснащаются цоколем типа Е14 или Е27 с резьбой. На внутреннюю стенку внешней колбы может быть нанесен люминофор или вещество, поглощающее ультрафиолетовое излучение. Нередко ей придают вычурную форму. Например, для имитации лампочкой пламени свечи.

Разновидности цоколей галогенных ламп

Галогеновые лампочки с собственным рефлектором имеют обозначение МР-16, они могут питаться как от сетевого напряжения 220 вольт, так и от пониженного 12 вольт. Интенсивность светового потока в фокусе зависит от угла раскрыва рефлектора (стандартный размер от 10 до 40 градусов). Применяются в диапроекторах, настольных лампах, велосипедных фарах, для создания систем освещения ландшафтного дизайна или световых пятен в интерьере.

Галогенные лампы 12 В имеют небольшие размеры, нить накала у них короткая, световое излучение от нее легко фокусировать. Поэтому они применяются как точечные или узконаправленные источники света. Например, в автомобильных фарах, кинопроекторах для подсветки мебели и других предметов интерьера. Особо миниатюрные модели называются капсульными.

Для питания источника света 12 вольт переменным током используются понижающие трансформаторы. Они бывают электромагнитными и электронными, в схему которых включена аппаратура плавного запуска, увеличивающего срок службы ламп.

Особенности эксплуатации галогенных ламп

Нельзя дотрагиваться голыми руками до галогенных лампИх колба выполнена из жаропрочного кварцевого стекла. К нему нельзя прикасаться руками, поскольку любые потожировые следы становятся точками локального перегрева, из-за чего колба может лопнуть.

Модели, которые питаются высоким напряжением, имеют очень большие пусковые токи, примерно в 20 раз превышающие номинальные. Поэтому их включение лучше проводить через диммер, плавно увеличивая яркость. По этой же причине не стоит подключать их вместе с датчиками движения.

«Неправильный» ксенон

Лампы с ярким, можно сказать, что режущим глаз световым потоком, стали устанавливаться в фарах автомобилей с 1992 года. Повсеместно они называются «ксеноновыми», но на самом деле таковыми не являются. Это металлогалогенные лампы, относящиеся к семейству дуговых ртутных ламп высокого давления (ДРЛ).

Металлические галогениды, например, йодид натрия или йодид скандия, смещают спектральные составляющие излучения и делают его близким к монохроматическому. Вкупе с высокой цветовой температурой – более 4800 0К – это увеличивает силу светового потока в несколько раз. Они называются излучающими добавками (ИД), которые облегчают процесс зажигания плазмы в среде аргона, поэтому КПД таких ламп на 10% выше, чем у ДРЛ.

Разновидности металлогалогеновых ламп

В отличие от подлинно ксеноновых, в колбе которых находится только этот инертный газ, металлогалогенные лампы имеют более сложное устройство. Например, колба у них двойная, внешняя защищает внутреннюю горелку от повреждений, а газ между ними играет роль буфера-теплообменника. Кроме того, раскаленная плазма более-менее равномерно распределяется по всему объему колбы, а не группируется возле катода. Роднит их только слепящий белый свет, по цветовой температуре практически аналогичный солнечному.

Лампа металлогалогенная имеет одно рабочее положение, которое указывается производителем в инструкции по ее эксплуатации. Это обусловлено тем, что изменение направления движения конвекционных потоков газов относительно электродов приводят к изменению цвета свечения. Для их запуска используется пускорегулирующая аппаратура (ПРА), обеспечивающая в момент розжига дуги подъем напряжения до десятков киловольт и последующее отключение зажигающего электрода после выхода на рабочий режим.

Недостатками ламп этого типа является то, что для их изготовления требуется высокая культура производства. Они в разы дороже ДРЛ. Кроме того, они чрезвычайно чувствительны к качеству питающего напряжения. Но даже в идеальных условиях процесс горения у них нестабилен. Они могут произвольно погаснуть от, например, чрезмерной вибрации. Для их повторного запуска требуется, чтобы колба и газы в ней полностью остыли.

Галогены значительно улучшают характеристики светотехнических приборов – мощность их светового потока, индекс цветопередачи. Однако их применение ярко иллюстрирует то, на какие ухищрения приходится идти, чтобы развеять тьму хотя бы на несколько минут.