Какой cрок службы у лампы накаливания и как его увеличить

Несмотря на то что классические лампы накаливания успешно вытесняются более эффективными источниками света, они все еще достаточно популярны. Эти осветительные приборы просты по конструкции, недорого стоят и неплохо справляются со своими функциями. Пожалуй, единственный недостаток лампы накаливания – срок службы. Он очень мал, но существует множество способов существенно продлить время жизни лампочки Ильича, и с некоторыми из этих методов ты сегодня познакомишься.

Содержание:

Принцип действия лампы

Прежде чем решать проблемы с малым сроком службы, необходимо понять, что собой представляет лампа накаливания и как она работает.

Конструктивно прибор состоит из герметичной стеклянной колбы, в которую впаяны два электрода. К электродам подключено так называемое рабочее тело — вольфрамовая нить, свернутая в спираль. На эту же колбу крепится цоколь различных конструкций, при помощи которого лампочка подключается к осветительной сети.

Конструкция
Конструкция лампы

В первых конструкциях лампочек воздух из колбы откачивался, для того чтобы нагретая спираль не окислялась. Позже стали поступать проще: заполнять колбу инертными газами. Обычно это смесь азота с аргоном.

Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос эксперту
Это интересно! Вакуумные лампы существуют и сегодня, но обычно это малогабаритные приборы — лампы для карманных фонарей, индикаторные и т. п.

После подключения лампы спираль под воздействием электрического тока нагревается до 2 000 градусов Цельсия и начинает светиться, а инертные газы не дают вольфраму окисляться и гореть. Температура спирали такова, чтобы, с одной стороны, лампа имела максимально высокую светоотдачу, с другой — ее срок службы был довольно большим (чем выше температура, тем быстрее испаряется вольфрам со спирали).

к содержанию ↑

Причины выхода из строя ламп накаливания

На сегодняшний день средний срок службы лампы накаливания составляет около 1 000 часов. Это не очень много для электронного прибора. Более того, ты наверняка замечал, что очень многие лампочки не отрабатывают даже этого срока. В чем причины такой короткой жизни? Вот основные из них:

  • Тяжелый старт.
    Как тебе наверняка известно из школьного курса физики, при нагревании проводника его сопротивление увеличивается, при охлаждении уменьшается. Для лампочки этот закон является очень проблемным, поскольку сопротивление холодной спирали оказывается в 12 раз ниже, чем разогретой. Это означает, что в момент включения через прибор течет ток, превышающий рабочий в 12 раз (вспомним закон Ома: I = U/R)! Этот эффект называют токовым ударом и защиты от него обычная осветительная лампочка, которую ты вворачиваешь в люстру или настольную лампу, не имеет.

Ты наверняка замечал, что лампочки чаще всего перегорают в момент включения. Происходит это как раз по причине их тяжелого старта.

  • Повышение питающего напряжения.
    При повышении питающего напряжения повышается температура спирали, а значит, она быстрее испаряется – ведь азотно-аргоновая смесь защищает вольфрам лишь от окисления. В результате срок службы перекаленной спирали становится короче, так как она быстрее истончается. В какой-то момент (обычно при следующем включении) спираль не выдерживает токового удара и сгорает. Насколько критично повышение питающего напряжения? Ты удивишься, но если увеличить питающее напряжение всего на 6% (от номинального 220 это всего 10-12 вольт), то средний срок службы лампы накаливания сократится вдвое!
  • Удары и вибрации.
    Очень актуальная проблема для переносных приборов и осветительных устройств, работающих на транспортных средствах. Спираль сама по себе вещь довольно хрупкая, а при нагревании буквально до белого каления вольфрам, как и любой другой металл, теряет механическую прочность. Достаточно как следует тряхнуть настольную лампу или переноску, чтобы нить накала оборвалась и срок службы прибора внезапно закончился. Конструкторы решают проблему увеличения ресурса работы путем укорачивания длины спирали и увеличения числа подвесов. Но все это делается для создания специальных осветительных приборов, к примеру, автомобильных. Обычные «квартирные» лампочки от этой беды практически не защищены.
  • Неисправность осветительного прибора.
    Если питающие провода, патрон или выключатель имеют плохой контакт, то осветительный прибор постоянно подвергается скачкам напряжения, а значит, и токовым ударам. В этом случае он может отработать отмеренное производителем время службы в несколько часов.
  • Плохое качество.
    Имеется в виду качество изготовления прибора. Несмотря на свою относительно простую конструкцию, лампочка – технологически сложный прибор, который не изготовишь «на коленках». Тем не менее некоторые умельцы (не буду показывать пальцем на братьев из Китая, они халтурят не более других, а в последнее время даже меньше) умудряются изготовить вполне работоспособные, на первый взгляд, устройства из ничего и непонятно на каком оборудовании. Средний срок службы такого прибора – 3-4 включения.
к содержанию ↑

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.

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
к содержанию ↑

Как бороться с токовым ударом

А теперь займемся главной бедой, которую мы оставили напоследок – токовым ударом во время включения. Как я уже говорил, обычные лампы накаливания никак от него не защищены.Конструкторы ламп вышли на приемлемый срок службы источника света, и так все оставили. Между тем с током включения можно успешно бороться. Как же продлить жизнь ламп накаливания, которые по своим конструктивным особенностям к долгой эксплуатации не готовы? Рассмотрим основные методы борьбы с тяжелым пуском, сокращающим время службы лампочек. Среди них:

  • Понижение питающего напряжения.
  • Плавный разогрев спирали.

Каждый из вариантов увеличения срока службы прибора накаливания имеет свои достоинства и недостатки, но право на жизнь имеют оба.

  1. Увеличиваем срок службы понижением напряженияНаверняка ты знаешь, что переменный ток изменяет свою полярность: сначала течет в одну сторону, потом в другую. Сначала в розетке на фазном проводе относительно нулевого плюсовое, а потом минусовое, и так 50 раз в секунду. А теперь рассмотрим диод – полупроводниковый прибор, известный тебе со школы. Его главное свойство является проводимость тока только в одном направлении. Что будет, если последовательно лампочке включить диод? Абсолютно верно – на лампе, включенной через диод, будет примерно половина действующего напряжения, в другую сторону переменный ток течь не сможет. Значит, в момент включения ток через спираль лампы будет ниже, что существенно продлит время службы осветительного прибора. А вот и схематичное решение проблемы:
схема, продление службы лампочки
Продление срока службы лампочки при помощи диода

Если мощность лампы не превышает 100 Вт, то в качестве Д1 можно использовать практически любой диод, рассчитанный на обратное напряжение не менее 400 В и прямой ток не менее 0.8 А. Если лампа мощнее или слабее, то прямой ток диода нужно пропорционально увеличить или уменьшить.

Врезать в проводку сам диод можно практически в любом месте: в осветительном приборе, выключателе. Либо можно просто включить диод в разрыв провода, питающего лампу. При этом «плюс» и «минус» полупроводника искать не нужно, полярность включения диода значения не имеет и на срок службы лампочки никак не повлияет.

Простой и, казалось бы, идеальный способ продления срока службы, но он имеет существенный недостаток. Поскольку диод срезает одну полуволну сетевого напряжения, частота его (напряжения) снижается вдвое. Это приводит не только к увеличению срока службы самой лампы, но и к весьма заметному мерцанию света. Такое понижение качества освещения неприятно для глаз и вредно при длительном использовании. Поэтому вариант увеличения времени службы лампочки при помощи диода годится только для дежурных источников света, в частности, подсветке хозяйственных помещений и лестничных клеток, где люди находятся короткое время.

Попробуем исключить мерцание лампы, сохранив при этом срок службы неизменным. Для этого воспользуемся свойствами переменного тока. Включим вместо диода конденсатор.

схема, продление службы лампочки
Продление времени службы лампочки при помощи балластного конденсатора

Поскольку конденсатор оказывает сопротивление переменному току, на нем упадет некоторое напряжение. Вследствие этого лампочка, как и в случае с диодом, будет светить с недонакалом. Но поскольку емкость не просто срезает одну полуволну переменного напряжения, а ограничивает ток в обе стороны, лампа мерцать не будет. Срок ее службы будет тот же, что и при включении диода. Если ты решил собрать эту схему, то тебе придется взять бумажный конденсатор с рабочим напряжением не ниже 400 В и емкостью от 2 до 10 мкФ. При этом чем выше емкость, тем ярче будет светить лампа и тем ниже окажется срок ее службы.

Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос эксперту

Пример из жизни:
Конденсатор имеет реактивное сопротивление при работе в цепях переменного тока, аналогично этому может работать и дроссель, но с противоположной ситуацией в плане опережения тока напряжением и наоборот. Таким образом, лампа на 500 Вт была подключена последовательно с дросселем от сгоревшей ДРЛ400 (или ДРЛ1000). Это было сделано из-за нехватки диодов нужной мощности. Тем не менее она светила немного ярче чем в аналогичных прожекторах с диодом, но без пульсаций. Срок службы, в свою очередь, стал значительно больше — 2 года ежедневно в темное время суток (от 7 до 14 часов в сутки)

Есть и еще один метод, позволяющий уменьшить питающее напряжение без увеличения пульсаций и существенно увеличить срок службы осветительного прибора. Для этого достаточно включить 2 лампочки одинаковой мощности последовательно.

схема последовательного включения
Увеличение срока службы ламп при помощи их последовательного включения

В этом случае напряжение между лампочками разделится пополам, и каждой достанется по 110 В. Конечно, придется разориться на покупку второй лампы, но стоят они недорого, а повышенный ресурс службы такого осветителя с лихвой перекроет все расходы.

Указанные два метода увеличения времени службы являются самыми простыми, но, увы, не самыми лучшими. В обоих случаях лампа работает при пониженном напряжении. Это, конечно, увеличивает срок ее службы, но существенно влияет не только на качество освещения, но и на энергоэффективность источника света. Как я говорил, оптимальная температура накала вольфрамовой нити, при которой КПД лампы максимален,  составляет 2 000 градусов Цельсия. Но при пониженном почти вдвое напряжении светоотдача осветительного прибора упадет в 4 раза!

Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос эксперту
Имей в виду! При использовании понижения напряжения ни о какой экономии электроэнергии речи быть не может. Лампочка потребляет вдвое меньше, но светит в 4 раза хуже. Единственная выгода от этих методов – существенное (на годы) продление срока службы.
  1. Обеспечиваем «мягкий» старт

Поскольку самый тяжелый режим для лампы, существенно сокращающий время ее службы, — момент включения, то необязательно постоянно питать ее пониженным напряжением. Достаточно лишь увеличить длительность накала спирали. В обычных условиях лампа разогревается за миллисекунды. Но если увеличить это время до секунды, временно ограничив ток через спираль, то проблема увеличения безаварийного времени службы осветительного прибора будет решена.

Один из самых простых и недорогих вариантов увеличения времени эксплуатации – включение последовательно с лампочкой терморезистора. Особенностью этого прибора является сильная зависимость электрического сопротивления от температуры корпуса. Существует два типа терморезисторов: с положительным и отрицательным ТКС (Температурным Коэффициентом Сопротивления). При повышении температуры сопротивление первого типа увеличивается, а сопротивление второго уменьшается. Я думаю, ты уже понял идею.

Если поставить последовательно с лампой прибор с отрицательным ТКС, то в момент включения сопротивление его велико, и ток через лампу сильно ограничивается. По мере разогрева спирали протекающим током разогревается и сам терморезистор. Сопротивление его падает и через некоторое время становится минимальным. Тем самым прекращается работа по ограничению тока через лампу, которая к этому времени уже разогреется. Схема практического применения такого метода чрезвычайно проста и ее соберет практически каждый:

схема терморезистора
Увеличение срока службы лампы при помощи терморезистора 

Найти такой терморезистор не составит труда, он широко применялся практически во всех отечественных телевизорах 2-5 поколений для системы размагничивания, да и стоит совсем недорого. Эффект от такой доработки очевиден: существенное увеличение срока службы осветительного прибора без ухудшения остальных его характеристик (КПД и светоотдачи).

Схема увеличения срока службы ламп идеальна, но в чем подвох? В том, что в процессе работы терморезистор нагревается до 60-70 градусов Цельсия. Его уже не вставишь в выключатель или пластмассовый цоколь люстры. Единственно возможное место установки – в районе цоколя лампы, что не всегда удобно и эстетично. И, конечно, на нагрев постоянно тратится электроэнергия.

На разогретом терморезисторе при мощности лампы в 75 Вт падает около 2.5 В. Несложно подсчитать, что потребляемая резистором мощность составит около ватта. Не такой и большой перерасход, так что схему можно считать достаточно экономичной.

Есть и более сложные схемы мягкого пуска, увеличивающие срок службы лампочек. Но их повторение требует некоторых знаний электроники, поэтому здесь я их рассматривать не буду. В таких конструкциях в качестве регулирующего элемента используются полупроводниковые приборы: тиристоры или транзисторы.

Если тебе совсем не хочется брать в руки паяльник, то можешь воспользоваться готовым решением. К примеру, диммером с поворотной ручкой или специальным блоком защиты (те, что используются для галогенных ламп, годятся и для обычных), которые можно найти в любом специализированном магазине. Они стоят недешево, но со временем себя окупят, поскольку срок службы лампочек существенно увеличится. Установить купленное устройство может любой электрик. Можно сделать это самостоятельно, если знаешь, для чего служит отвертка и что такое указатель напряжения (индикатор).

Диммер и блок «мягкого» пуска
Диммер с плавным включением (слева) и блок «мягкого» пуска ламп накаливания существенно продлят срок службы осветительных приборов с лампочками накаливания

Теперь ты знаешь, почему сгорают лампы накаливания, и при желании можешь существенно продлить срок их службы самостоятельно с минимальными затратами.

Читайте также:  Как сделать плавное включение ламп накаливания и для чего оно нужно
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Оцените статью: Очень плохоПлохоНормальноХорошоОчень хорошо!
Загрузка...
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector