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.

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

Их 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.

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.