전구의 작동 원리 및 설명
백열 램프 란 무엇입니까?
백열등(이하 LN)은 인공 조명의 광원으로 얇은 금속 필라멘트를 적열하는 금속의 글로우 온도로 가열하여 광속을 얻습니다. 가열을 위해 필라멘트에 전류가 흐릅니다. 첫 번째 램프는 섬유 형태의 대나무와 같은 탄화된 유기 물질 필라멘트를 가지고 있었습니다.
실이 빨리 타는 것을 방지하기 위해 플라스크에서 공기를 펌핑하고 밀봉했습니다. 또는 그들은 산화제가없는 가스 조성으로 플라스크를 채 웠습니다 - 산소. 이러한 가스를 불활성 - 아르곤, 네온, 헬륨, 질소 등이라고 합니다. 이러한 가스는 금속과 반응하지 않기 때문에 명명됩니다. 둔한.
첫 번째 램프 탄소 필라멘트로 작업 자원은 12시간을 넘지 않았습니다. 탄소 필라멘트를 가는 금속선으로 교체한 후 크게 증가하였다.
이러한 빛을 백열등이라고 불렀습니다. 뜨거운 금속 빛. 그리고 그 실을 필라멘트라고 불렀습니다. 예를 들어, 1200°C로 가열된 강철은 황백색으로 빛나는 반면 1300°C에서는 거의 흰색으로 빛납니다.
19 세기 말에 빠르게 타버린 탄소 실은 텅스텐, 몰리브덴, 오스뮴 또는 금속 산화물 - 지르코늄, 마그네슘, 이트륨 등의 내화 금속으로 대체되었습니다.
플라스크를 불활성 가스로 채우면 뜨거운 필라멘트에서 금속이 증발하는 속도가 줄어들어 작동 시간이 길어졌습니다.
고출력에서 필라멘트는 "분지형" 형태로 만들어집니다. 방향성 흐름을 생성하기 위한 투영 광원은 복잡한 구성의 스레드를 가지며 복사 축에 수직인 평면 구조를 형성합니다. 이 경우 광 반사기는 예를 들어 은 또는 알루미늄과 같은 스프레이 금속의 얇은 층 형태로 전구 내부에 배치됩니다.
110V의 일정한 전압을 가진 당시 존재했던 주전원에서 램프에 직접 전원을 공급하려면 길고 가는 금속 실이 필요했습니다. 이것은 증가된 저항을 제공하여 가열에 더 적은 전류가 필요함을 의미합니다.
작은 부피의 투명한 유리 플라스크에 조밀하게 "패킹"하기 위해 실을 반복적으로 구부려 와이어 홀더에 놓았습니다.
실의 이러한 굽힘은 "석탄"것보다 훨씬 오래 작동하는 첫 번째 광원의 설계를 복잡하게 만들었습니다. 백열 전구 디자인 개발의 돌파구는 실을 나선형으로 꼬는 제안이었습니다. 이것은 크기를 몇 배로 줄였습니다.
얇은 나선을 두 번째 나선으로 접어서 더 작은 크기의 백열등 몸체를 얻었지만 더 큰 지름을 갖게 되었습니다. 이중 나선을 이중 나선이라고합니다.
광원 개발의 다음 단계는 AC 네트워크로의 전환과 램프의 공급 전압을 줄이기 위한 변압기 사용이었습니다.
백열등의 주요 부품
백열 램프의 주요 구조 요소는 다음과 같습니다.
- 필라멘트 또는 필라멘트 본체;
- 나사산 고정용 피팅;
- 빠른 연소 및 외부 영향으로부터 스레드를 보호하는 플라스크;
- 카트리지에 설치하고 주전원에 연결하기 위한 베이스;
- 주걱 접점 - 나사산 몸체와 주저 바닥의 중앙 접점.
전기자는 스레드를 고정하고 필요한 구성과 광속의 방향을 생성하도록 설계되었습니다.
베이스는 장착 카트리지에 고정하고 플라스크에 연결하는 데 필요합니다. 백열 램프와 유사한 개조 램프에서 전원 장치의 일부가 받침대에 배치됩니다.
주각
에 할로겐 백열등, 플라스크의 공급 전압, 전원 및 설계에 따라 나사산, 핀, 총검, 핀 등 여러 유형의 소켓이 설치됩니다.
주전원 또는 전원 공급 장치에 연결하려면 소켓의 접점 시스템이 필요합니다.
플라스크
투명 플라스크 LN은 다음 용도로 사용됩니다.
- 산화제 - 산소를 포함하는 외부 대기로부터 스레드 보호;
- 진공 또는 기체 조성을 생성하고 유지하는 단계;
- 다양한 유형의 전자기 에너지를 가시 광선으로 변환하는 형광체 및/또는 코팅을 배치하고, 열을 필라멘트로 되돌리고, 보이지 않는 UV 및 IR 복사를 빛으로 변환하고, 램프 광선의 음영(빨간색, 녹색, 파란색)을 수정합니다.
백열체
백열 몸체는 나선형 또는 이중 나선형 또는 얇은 금속 리본으로 감긴 실입니다.
가스 매체
램프의 전구를 채우는 불활성 가스(예: 질소, 아르곤, 네온, 헬륨). 불활성 가스의 혼합물에는 할로겐 물질이 첨가됩니다.
LN 작동 방식 및 작동 방식
백열 전구의 장치는 개발 중에 거의 변경되지 않았습니다. 백열 물질의 발광 원리에 따라 작동하는 주요 요소는 필라멘트 또는 백열 본체입니다. 이것은 직경이 30-40, 최대 50미크론 또는 마이크로미터(1미터의 백만분의 1)인 가는 텅스텐 와이어입니다.
백열등 색상은 빨간색에서 시작하여 온도가 증가함에 따라 주황색, 노란색에서 흰색으로 바뀝니다. 온도가 추가로 증가하면 백열체의 금속이 먼저 녹은 다음 산소가 있는 상태에서 화상을 입습니다.
비디오 자습서: 최신 전구 작동 방식
콜드 텅스텐 필라멘트는 저항이 낮습니다. 텅스텐은 대부분의 금속과 마찬가지로 저항 TCR의 양의 온도 계수를 갖습니다.이것은 필라멘트를 전류로 가열하는 과정에서 저항이 증가 함을 의미합니다.
램프가 켜지기 전에는 필라멘트가 차갑고 저항이 거의 없습니다. 따라서 스위치를 켤 때 공칭 전류보다 10-15배 더 많은 전류가 공급됩니다. 이 점프를 시작이라고 합니다. 그리고 종종 그는 번아웃 원인 백열 몸.
스레드를 워밍업하는 데 몇 초 정도 걸립니다. 이 시간 동안 저항이 증가합니다. 처음에는 가스, 전구 및 모든 구조 요소가 예열됨에 따라 램프를 통과하는 큰 전류가 공칭 값으로 감소합니다. 따라서 광원은 지정된 모드로 들어가고 여권 광속을 생성합니다. 광선의 색조도 명목상이 됩니다. 2000 ~ 3500K의 색온도에 해당합니다. 따뜻한 흰색이라고하며 지정된 범위의 원래 이름과 약어가있는 여러 색온도 그라데이션이 있습니다. 예를 들어:
- 매우 따뜻한 흰색 - 2200-2400K, S-Warm 또는 S-W로 지정되며 매우 따뜻한 흰색 또는 따뜻한 2400이기도 합니다.
- 따뜻한 - 2600-2800K 또는 따뜻한 2700;
- 따뜻한 흰색 - 2700-3500K 또는 따뜻한 흰색(WW);
- 다른 따뜻한 것은 2900-3100K 또는 따뜻한 3000(W)입니다.
개별 램프 요소의 온도
LON 전구의 외부 표면은 램프의 전원에 따라 달라지며 최대 250-300℃ 이상까지 가열될 수 있습니다.
실은 텅스텐의 융점 3410°C에서 2000-2800°C까지 가열됩니다.
일부 디자인에서 필라멘트는 융점이 3045℃인 오스뮴 또는 레늄 - 2174로 만들어집니다. 따라서 LN의 방출 스펙트럼은 가시 스펙트럼의 적색 영역으로 이동합니다.
전구에 어떤 가스가 있습니까?
첫 번째 램프에서 공기가 플라스크 밖으로 펌핑되었습니다.이제 25와트 이하의 저전력 전구만 대피됩니다(공기가 펌핑됨).
2-3,000도까지 가열 된 텅스텐 와이어의 작동 중에 금속이 표면에서 집중적으로 증발합니다. 그것의 증기는 전구 내부에 정착하여 빛의 투과를 감소시킵니다.
지난 세기 초에 수행된 연구에 따르면 플라스크가 불활성 가스로 채워지면 증발이 감소하고 광 출력이 증가합니다. 따라서 플라스크는 불활성 가스 중 하나 또는 그 혼합물로 채워지기 시작했습니다. 대부분 아르곤, 질소, 크세논, 크립톤, 헬륨 등입니다. 헬륨은 새로운 유형의 LED 개조형 램프의 내부 요소를 효과적으로 수동 냉각하는 데 사용됩니다.
이 실험은 집에서 수행하지 않는 것이 좋습니다.
그들의 주요 발광 요소는 LED 크리스탈이 위치한 인공 사파이어 또는 유리로 만든 얇은 막대입니다. 이러한 에미터를 필라멘트라고 합니다. 일부 "전문가"는 본질을 혼동 필라멘트 램프 그리고 그들을 "사파이어 발광체가 있는 램프"라고 불렀습니다. 이 램프의 인조 사파이어는 LED 크리스탈용 마운팅 베이스 및 패시브 방열판으로만 사용됩니다.
대부분의 경우 LN의 실패는 백열체 표면에서 금속의 증발과 관련이 없지만 필라멘트 두께를 위반하는 영역에서이 프로세스의 가속과 관련이 있습니다. 이것은 와이어의 급격한 굴곡 또는 파손 영역에서 발생합니다. 이 위치에서 저항이 국부적으로 증가하고 전압, 전력 손실 및 금속 온도가 증가합니다. 증발이 가속화되고 눈사태가되고 실이 빠르게 두께를 줄이고 타 버립니다.
이 문제는 1950년대 후반과 1960년대 초반에 할로겐 백열등의 양산을 시작함으로써 해결되었습니다.
할로겐(염소, 브롬, 불소 또는 요오드)이 불활성 가스 또는 혼합물의 조성에 도입되기 시작했습니다. 결과적으로 금속 증발 과정이 완전히 멈추거나 상당히 느려집니다. 이러한 첨가제의 원자는 텅스텐 증기와 결합하여 불안정한 화합물 분자를 형성합니다. 그들은 백열 몸체의 표면에 정착합니다. 고온의 작용으로 분자는 할로겐 원자와 순수한 금속을 분해 및 방출하여 스레드의 뜨거운 표면에 정착하고 부분적으로 증발된 층을 복원합니다.
이 과정은 압력을 높이면 강화됩니다. 이것은 필라멘트 온도, 서비스 수명, 광 출력, 효율성 및 기타 특성을 증가시킵니다. 방출 스펙트럼은 흰색으로 이동합니다. 가스로 채워진 램프에서는 텅스텐 증기로 인해 내부에서 전구 표면이 어두워지는 속도가 느려집니다. 이러한 광원을 할로겐이라고 합니다.
전기 매개변수
백열등의 전기적 특성은 다음과 같습니다.
- 와트로 측정된 전력 - W, 제조된 모델 범위 - 수 와트(손전등용 전구 - 1W)에서 500 및 1000W까지;
- 광속, Lm(루멘)은 전력과 관련이 있습니다. 5W에서 20Lm에서 200W에서 2500Lm까지, 전력이 높을수록 광속이 더 높습니다.
- 발광 효율, 에너지 효율 또는 효율, Lm / W - 광속 형태의 광 루멘은 네트워크 또는 전원에서 소비되는 각 와트의 전력을 제공합니다.
- 광도 또는 밝기, cd(칸델라);
- 색온도 - 특정 음영으로 빛을 방출하는 조건부 흑체의 온도.
전기 램프의 목적
전기 램프는 용도에 따라 공공용, 기술용 및 특수 용도로 여러 유형으로 나눌 수 있습니다.
주요 공공 사용은 밤에 또는 방의 어두운 장소에서 사람, 동물 및 새에게 인공 조명을 제공하는 것입니다.
사람들은 빛을 사용하여 일상 활동을 몇 시간 동안 연장합니다. 그것은 일과 공부 과정, 가사일 수 있습니다. 도로 안전이 향상되고 저녁과 야간에 의료 지원을 제공할 수 있는 능력이 향상되고 있습니다.
램프는 가축 농장 및 가금류 농장에서 활발하게 사용됩니다. 식물 온실 단지에서. 그들은 특정 스펙트럼의 빛과 광속의 크기로 조명됩니다. 물고기를 사육하려면 특별한 스펙트럼 구성의 빛도 필요합니다.
기술적 목적. 생산 시 기술적 목적으로 가시광선과 비가시광선을 제공하는 장치가 사용됩니다. 예:
- 정확하고 중요한 작업을 위해서는 작업장에 대한 높은 수준의 조명이 필요합니다.
- IR - 적외선 복사는 산업, 예를 들어 구조 부품의 비접촉 가열 또는 야외 서리가 내린 공기, 군사 장비 및 사냥에서 일하는 사람을 가열하기 위한 기후 기술 - 무기, 야간 투시경 장치용 야간 조준경에 사용됩니다. ;
- 자외선- 방사선은 치과에서 충전재의 빠른 경화, 의치 등의 제조, 의료 및 위생에 사용됩니다. 구내 소독, 도구, 의류, 가구 표면, 공기, 물, 의약품 등
특수 목적 램프는 옥외 및 실내 조명 광고, 범죄, 항공 및 우주 비행, 쇼 공연의 가벼운 반주 및 기타 여러 분야에 사용됩니다.
주요 유형 및 특성
백열 램프의 주요 유형은 다음과 같습니다.
- 범용 램프. 약어 LON으로 지정됩니다. 일반적으로 이들은 25, 40, 60, 75 및 100와트의 전력을 가진 장치입니다. 가장 일반적인 - 60와트. 그러나 산업적으로 150, 200, 500, 심지어 1000와트의 용량을 가진 LON을 생산했습니다.
- 할로겐 백열등. 220V 또는 110V의 고전압 네트워크 및 저전압 네트워크에서 작동하도록 생산됩니다. 이 경우 강압 변압기에 의해 전원이 공급됩니다.
저전압 할로겐 LN의 종류:
- 캡슐, 다른 주걱을 가진 전체 유리 튜브 형태 - 엔드 핀 GY6.35 또는 G4;
- 리플렉스, 반사 요소 포함, 직경 35 ~ 111mm, 옵션이 있는 GZ10 베이스.
높은 전압. 주 전압 220-230V, 50Hz. 이 램프에는 더 많은 옵션이 있습니다.
- R7S 주걱이 있는 유리관 형태의 선형;
- 원통형 - 주걱 E27, E14 또는 B15D;
- 원격 또는 추가 플라스크로.
최신 모델에서는 소형 할로겐 램프 캡슐 또는 튜브가 램프 내부에 견고하게 장착됩니다. 기존 LON 전구의 중앙 막대에 용접되며 표준 Edison E27 또는 E14 베이스에 연결된 유연한 리드가 있습니다. 70~100W의 소비전력으로 기존의 백열등보다 20~30% 더 많은 광속을 제공합니다.
이 모델은 12-25lm/W에 도달하는 더 높은 에너지 효율을 갖는 반면 기존 LON은 3-4에서 10-12lm/W의 광 출력을 갖습니다.
할로겐 모델의 서비스 수명은 4-5 ~ 10-12,000시간입니다.
용도 및 디자인에 따른 램프 분리
장식용 램프
최근에는 빈티지 에디슨 LN을 모방한 레트로 램프가 등장했습니다.
또한 전구 모양으로 "촛불", "바람에 흔들리는 양초", "범프", "배", "공" 등을 모방합니다.
미러링
미러 램프는 내부에서 반사 층으로 덮인 전구의 일부를 가지고 있습니다. 가장 흔히 이것은 은, 알루미늄, 금 등의 금속 코팅입니다. 이 층은 얇거나 반투명하거나 두껍고 불투명할 수 있습니다.
미러 구조는 순도가 가장 높은 재료를 사용하는 반도체 생산과 같이 절대적으로 깨끗한 공정 가열을 위한 생산에 사용됩니다. 이 경우 백열 램프의 단점(적외선 복사의 큰 플럭스)이 탁월한 장점이 됩니다.
이러한 램프는 좁은 회전 광선이 있는 램프에 사용됩니다.
신호
신호 램프는 깜박이는 광원입니다. 일반적으로 공식 차량, 비행기 및 헬리콥터에서, 함대 등에서 가벼운 메시지를 전송하기 위해 깜박이는 비콘의 형태입니다. 그들은 빠른 밝기 세트를 제공하는 얇은 필라멘트를 가지고 있습니다.
수송
이 유형의 램프는 자동차, 철도 및 지하철, 강 및 해상 선박과 같은 다양한 유형의 운송 수단에 사용하도록 설계되었습니다. 이들의 주요 요구 사항은 진동 및 충격에 대한 저항입니다. 이를 위해 필라멘트를 짧게 만들고 다수의 지지 요소에 장착합니다.이러한 램프의 기초는 총검 백조, 핀 또는 밑면입니다. 그들은 장치가 카트리지에서 빠져 나가는 것을 허용하지 않습니다.
조명
이름에서 알 수 있듯이 램프는 조명에 사용됩니다. 따라서 플라스크는 파란색, 녹색, 노란색, 빨간색 등 다양한 색상의 유리로 만들어집니다.
이중 가닥
이러한 백열 램프의 구성표: 하나의 전구에는 두 개의 별도의 백열 필라멘트가 있습니다. 예를 들어 자동차 헤드라이트에서 2필라멘트 램프는 다음과 같이 사용됩니다.
- 하나의 스레드에 전압이 가해지면 담근 빔이 켜집니다. 광속은 노반에 "눌러지고"빔은 수십 미터에 걸쳐 확장됩니다.
- 두 번째 스레드로 전환한 후 빛이 상승하고 그 범위는 수백 미터에 도달할 수 있으며 플럭스는 훨씬 더 큽니다.
이러한 램프는 후미등에 있을 수 있습니다. 첫 번째 스레드는 측면 조명용이고 두 번째 스레드는 브레이크 라이트용입니다.
신호등에서 이중 필라멘트 램프는 신뢰성을 높입니다. 복제를 사용하면 장치가 하나의 스레드로 작동하거나 첫 번째 스레드가 소진된 후 두 번째 스레드를 켤 수 있습니다. 예를 들어, 철도에서 신호의 신뢰성은 운송 안전을 보장합니다.
일반, 로컬 목적
맨 위 줄, 왼쪽에서 오른쪽으로 - E14 베이스가 있는 램프 - 샹들리에, 촛대 및 소형 램프용. E27 기반 - 범용; 녹색, 빨간색, 노란색 - 조명.
맨 아래 줄: 파란색 - 절차에 대한 의료 목적; 반사경이있는 거울 - 사진 작업 또는 특수 조명용, 보라색 유리, 외부 유리 2 개 - "촛불"전구와 E27 및 E14 주걱으로 장식.
장점과 단점
백열등의 장점:
- 저렴한 가격 - 간단하고 저렴한 재료, 디자인 및 기술이 수십 년 동안 개발되었으며 대량 자동화 생산;
- 비교적 작은 크기;
- 네트워크의 전압 서지는 즉각적인 고장을 일으키지 않습니다.
- 시작 및 다시 시작 - 즉시;
- 50-60Hz 주파수의 교류로 전원을 공급하면 밝기 맥동이 거의 눈에 띄지 않습니다.
- 광선의 밝기는 조광기에 의해 조절됩니다.
- 방사선 스펙트럼은 연속적이고 눈에 친숙합니다. 태양과 유사합니다.
- 다른 제조업체의 램프 특성에 대한 거의 완전한 반복성;
- 연색 지수 Ra 또는 CRI(조명된 물체의 색조 재현 품질)는 100으로 태양 표시기와 완전히 일치합니다.
- 컴팩트 필라멘트의 작은 치수는 명확한 그림자를 제공합니다.
- 심한 서리 및 열 조건에서 높은 신뢰성;
- 이 설계를 통해 작동 전압이 분수에서 수백 볼트에 이르는 모델을 대량 생산할 수 있습니다.
- 시동 장치가없는 경우 교류 또는 직류 전압의 전원 공급 장치;
- 필라멘트 저항의 활성 특성은 1과 같은 역률(코사인 φ)을 제공합니다.
- 방사선, 전자기 충격, 간섭에 무관심;
- 방사선에는 실질적으로 UV 성분이 없습니다.
- 조명 등을 자주 켜고 끄는 규칙적인 작업이 제공됩니다.
단점은 다음과 같습니다.
- LON의 공칭 수명 - 1000 시간, 할로겐 백열등 - 3 ~ 5-6,000, 발광하는 - LED의 경우 최대 10-50,000 - 30-150,000 시간 이상;
- 전구의 유리와 얇은 필라멘트는 충격에 민감하며 진동은 특정 주파수에서 공진을 일으킬 수 있습니다.
- 공급 전압에 대한 에너지 효율 및 서비스 수명의 높은 의존성;
- 전기를 가시광선으로 변환하는 효율은 3-4%를 초과하지 않지만 전력이 증가함에 따라 증가합니다.
- 플라스크의 표면 온도는 전력에 따라 다르며 다음과 같습니다. 100W - 290°C, 200W - 330°C, 25W - 100°C;
- 켜졌을 때 필라멘트가 워밍업되기 전의 전류 서지는 공칭 값보다 10배 더 높을 수 있습니다.
- 램프 홀더 및 고정 장치의 부속품은 내열성이 있어야 합니다.
램프 수명을 늘리는 방법
서비스 수명을 늘리는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 가장 많이 사용:
- 램프와 직렬로 서미스터를 켜서 시동 전류를 제한하고 시동 전류에 의해 가열됨에 따라 높은 저항이 감소합니다.
- 사이리스터 또는 트라이악 조광기로 수동 밝기 제어로 소프트 스타트;
- 강력한 정류 다이오드를 통한 램프 전원, 즉 정현파의 정류 전압 절반;
- 예를 들어 샹들리에에서 다중 램프 고정 장치의 쌍으로 램프의 직렬 연결.
현대 산업은 다양한 작동 전압 및 전력, 다양한 광선 음영, 전구 및 주광 구성을 가진 다양한 유형의 백열 램프를 생산합니다. 이 범위는 선택하다 모든 용도에 적합한 램프.