Электрический ток в лампе: как это работает
Сегодня сложно представить себе жизнь без света в доме, который создает электрический ток в лампе. Давайте посмотрим, как это происходит?
На сегодняшний день есть несколько типов приборов освещения (давайте назовём лампы таким образом). Самая первая группа светильников работала без электричества. Это была либо химическая реакция, либо огонь. Затем люди узнали про электричество и после долгих экспериментов появилась лампа накаливания. Конструктивно лампа состоит из трех обязательных частей: цоколя, колбы и источника свечения. В лампе накаливания в качестве источника света выступает спираль из тугоплавкого металла. Помните, буквально недавно мы говорили закон Джоуля-Ленца, закон Ома и про мощность электрического тока? Так вот, лампочка очень наглядно демонстрирует все эти законы. Сопротивление спирали лампочки накаливания подбирается таким образом, чтобы ток, протекая по спирали, разогревал её настолько, чтобы спираль светилась, но не разрушалась от воздействия высокой температуры. А колба вокруг спирали нужна для того, чтобы кислород при высокой температуре не вступал в реакцию со спиралью, вызывая сильное окисление и разрушение. Колба заполняется либо инертным газом, который никоим образом не может вступить в реакцию с металлом спирали, либо, наоборот, в колбе создаётся вакуум.
В общем, там, где есть высокая температура, там всегда есть большие потери, низкий КПД, малое время работы и куча прочих недостатков, поэтому люди стали искать альтернативу. Со временем появились различные группы осветительных приборов, которые можно объединить в две большие группы: газоразрядные и светодиодные.
В газоразрядных используется возможность электрического тока создавать ионный поток, тлеющий разряд, плазму и т.д. В зависимости от устройства такой лампы, используемого газа и конструкции вызывают тот или иной эффект работы электрического тока. А работа тока в конечном итоге приводит к свечению паров газа.
В светодиодных несколько иной принцип действия. В процессе рекомбинации полупроводникового перехода выделяется энергия. В зависимости от типов комбинации p-n перехода эта энергия может быть в видимом диапазоне. Открою вам небольшой секрет. До сих пор не найдена комбинация, при котором получился бы белый цвет светодиодов, поэтому белый цвет получается либо при помощи ультрафиолетового светодиода с люминофорным покрытием, либо комбинацией красного, синего и зеленого.
Вот так, вкратце работает электрический ток в лампе. Конечно, можно по каждому типу осветительного прибора написать отдельную статью. Это удивительно, как по разному можно заставить ток освещать наши дома и улицы в тёмное время суток.
Измерение мощности работы тока в электрической лампе
Давайте теперь подумаем, как узнать какую мощность развивает электрический ток в лампе и как можно это измерить. Казалось бы, можно использовать много методом, но на самом деле измерить мощность можно только с помощью ваттметров или ампермера с вольтметром. Почему это так? Предположим, что мы измерим сопротивление лампы накаливания и попробуем по закону Ома вычислить мощность, которую она сможет развить. Но без учёта термодинамики мы получим неверные данные. Дело в том, что при разогреве сопротивление нити накала увеличивается. То есть, холодная нить накала и горячая имеют разные сопротивления. И это касается не только ламп накаливания, но и всех остальных типов приборов освещения. Ну а измерить сопротивление газоразрядных или неоновых ламп и вовсе не представляется возможным. Сначала, конечно же, нужно собрать схему. Она очень проста:
Какие методы можно использовать?
- Можно использовать ваттметр. По сути, ваттметр это комбинация амперметра и вольтметра. Обратите внимание, одна обмотка ваттметра включена последовательно (это токовая обмотка), а вторая параллельно (обмотка напряжения). Магнитные потоки этих обмоток взаимодействуют и отклоняют стрелку ваттметра, который сразу покажет мгновенное значение мощности. Это самый простой метод вычисления мощности осветительного прибора.
- Можно использовать амперметр и вольтметр. Метод не сложный, но требует вычислений. Амперметр подключается последовательно. Вольтметр параллельно. На схеме это видно. Теперь, зная значение напряжения и тока достаточно лишь их перемножить. То есть, P=U*I. Однако, для более точных расчётов нужно учитывать, что вольтметр имеет свое собственное сопротивление. Оно хоть и очень большое и почти не влияет на результаты измерения, но, тем не менее, если требуется очень большая точность, это нужно учитывать. Я уже писал, как это делать в статье про параллельное и последовательное соединение сопротивлений.
- Можно использовать счётчик электрической энергии. По сути, это ваттметр, который показывает не мгновенное значение мощности, а накопительное – с учётом времени. Счетчик подключается точно так же, как ваттметр. Он точно так же содержит две обмотки. Но его конструктивная особенность такова, что он показывает ватт*часы. То есть, количество энергии за определенный промежуток времени. Чтобы узнать мощность лампочки с помощью счётчика потребуется еще и секундомер. Собираем схему, включаем ее и одновременно запускаем отсчёт времени. Ждём, пока счётчик сделает нужный нам отсчет потреблённой электроэнергии, останавливаем секундомер и начинаем считать. Допустим, счётчик показал потребление 1 кВт энергии за четыре часа. Значит, за один час расходовалось 250 ватт энергии. Допустим, потребление энергии 1 кВт произошло за 10 минут. Значит, за час такой прибор израсходует 6 кВт электроэнергии. Как видите, здесь расчёт не очень сложный. Единственное условие, что для получения мощности нам нужно, чтобы мощность была в киловаттах, а время в часах. Неудобство же заключается в том, что этот метод мы можем использовать только в сетях 220 или 380 вольт, то есть, имея счётчики с подходящим напряжением, или используя трансформаторы (либо другие устройства) преобразующие напряжение к тому, на которое рассчитан счётчик.
Освещение на постоянном токе — «хорошо забытое старое»?
Известный экспериментатор и предприниматель Томас Эдисон в XIX веке предложил систему электроснабжения на постоянном токе. К началу XX века на смену ей пришли электрические сети на переменном токе, которые предложили Никола Тесла и Джордж Вестингауз. Переменный ток повсеместно вытеснил постоянный, но, как известно, наука и техника развиваются по спирали. И уже в XXI веке предлагается делать в офисах и производственных цехах отдельную проводку для светодиодного освещения, по которой потечет постоянный ток.
Главная причина, по которой постоянный ток не выдержал конкуренции — малая дальность передачи электроэнергии. Из-за невозможности использования трансформаторов напряжение в линии электропередачи приблизительно соответствовало напряжению в розетке. Применительно к реалиям США конца XIX века — это напряжение было около 110 В. В итоге электростанция не могла размещаться далее 1,5 км от потребителя. Это было значительным недостатком в XX веке, но сейчас ситуация изменилась.
Для выработки электроэнергии все чаще используются альтернативные источники: солнце, ветер и некоторые другие. Общей особенностью таких источников является нестабильность количества вырабатываемой энергии в данный момент, что требует использовать аккумуляторы. Кроме этого, сейчас предлагается и такое решение — накапливать электроэнергию, получаемую из сети, в аккумуляторах в те промежутки времени суток, когда она стоит дешево, а потом отдавать ее в часы, когда тарифы высокие.
Для накопления энергии повсеместно применяются аккумуляторы, использующие преобразование электрической энергии в химическую и обратно. Эти аккумуляторы дают постоянный ток. При этом многие приборы, потребляющие электроэнергию, изначально устроены таким образом, что питаются от постоянного тока (например, компьютеры), а чтобы они могли питаться от переменного тока, приходится добавлять в конструкцию дополнительно блоки питания. Тогда зачем нужны преобразования постоянного тока в переменный и обратно, если можно непосредственно с аккумулятора подавать постоянный ток потребителю? Значительно упростится конструкция многих устройств, подключаемых к электросети, а также централизованную систему бесперебойного питания. К тому же, не будет потерь в проводке, связанных с излучением электромагнитного поля проводником, через который проходит переменный ток. Исходя из этого, в тех случаях, когда внутренняя сеть использует альтернативные источники энергии, а также систему бесперебойного питания, в ней предпочтительно передавать постоянный ток.
Но не все так просто, как может показаться. Огромное количество приборов изначально спроектировано на питание переменным током и на постоянный ток их так просто не переделать. В первую очередь, речь идет об устройствах, в которых установлены моторы. Но даже электрочайник, рассчитанный на переменный ток, нельзя питать от постоянного, хотя там, казалось бы, только резистивная нагрузка. При размыкании контактов в цепи переменного тока гашение дуги происходит быстрее, чем в цепи постоянного. Термореле, которое размыкает цепь при кипении, рассчитано на переменный ток и большая длительность дуги на постоянном токе выведет его из строя.
Производить технику широкого применения под новый стандарт питания постоянным током слишком расточительно, если учесть, что доля альтернативных источников в общем объеме производимой в мире электроэнергии пока не превышает 3%. Поэтому на момент написания статьи основной отраслью, где наблюдается массовый переход на внутренние электрические сети постоянного тока, являются гигантские центры обработки данных. В них сервера питаются от постоянного напряжения 380 В. Данное значение напряжения позволяет использовать серийно выпускаемые кабели для 230 В переменного тока [1]. Тем не менее, электропитание ЦОД — довольно узкий сегмент рынка.
Другим применением внутренних сетей на постоянном токе, которое, по прогнозам ряда авторитетных ученых действительно может стать массовым, является освещение. Естественно, светодиодное, так как светодиод по своему принципу работы может питаться только от постоянного тока. Необходимость преобразования переменного тока в постоянный является одной из причин, почему светодиодные светильники до сих пор стоят значительно дороже аналогов с традиционными источниками света.
Существующие примеры питания ламп от постоянного тока
Накопленный светотехникой опыт еще с первых ламп Томаса Эдисона показывает, что питание традиционных источников света от постоянного тока не меняет их технические характеристики или же ведет к ухудшению параметров. В то же время, питание ламп на основе светодиодов постоянным током улучшает качество их работы.
Существует множество легенд, согласно которым при питании лампы накаливания от постоянного тока, она служит дольше. Или, наоборот, питание от переменного тока продлевает срок службы лампы по сравнению с постоянным. Но, на самом деле, питание лампы накаливания что от постоянного тока, что от переменного тока частотой 50 или 60 Гц, не влияет само по себе на срок службы.
При питании люминесцентных ламп от постоянного тока возникает так называемый «трамвайный эффект», выражающийся в потемнении в процессе эксплуатации одного из концов трубки. Даже если лампа закрыта молочным рассеивателем, такой работающий светильник выглядит некрасиво. С этим эффектом борются, периодически вынимая лампу из светильника и вставляя обратно ее с другой полярностью. Название «трамвайный эффект» связано с тем, что его впервые обнаружили при переводе освещения в салонах трамваев с ламп накаливания на люминесцентные. Электрооборудование трамвая работает от постоянного тока, соответственно, от постоянного тока решили питать и лампы, освещающие салон. В современных транспортных средствах используются люминесцентные лампы, питающиеся через ЭПРА переменным током с частотой порядка единиц или десятков кГц.
Светодиодные лампы-ретрофиты типоразмера MR16 выпускаются с питанием от напряжения 12 В. Данные лампы поддерживают питание какпеременным, таки постоянным током. Каждая модель лампы совместима с трансформаторами для галогенных ламп из определенного списка. При замене галогенных ламп MR16 совместимость светодиодных ламп, подходящих по светотехническим параметрам и цене, с уже установленными трансформаторами, зачастую отсутствует. Поэтому вместо трансформатора устанавливают блок питания, дающий напряжение 12 В постоянного тока. Так же рекомендуется поступать и в случае, когда изначально устанавливаются светодиодные лампы MR16. Практика показывает, что питание светодиодных ламп MR16 от постоянного тока обеспечивает более стабильную работу и более высокий КПД по сравнению с питанием от переменного тока. Питание от постоянного тока позволяет также полностью избавиться от пульсаций светового потока.
Снижение потерь в системе электроснабжения
Структурные схемы организации электропитания светодиодных светильников на переменном и постоянном токе в типичном офисном здании показаны на рис. 1.
Как видно на рисунке, в системе на переменном токе потери в проводах составляют 3%, а на постоянном — всего 1%, что обусловлено законами физики. Снижение потерь в блоке питания с 5% до 2% связано скорее с экономическими факторами, так как на группу светильников уже выгодно использовать более дорогой блок питания с повышенным КПД. Итого за счет перехода с переменного тока на постоянный теоретически можно получить снижение потерь на 5%.
Профессор Эбберхард Ваффеншмидт из Кельнского университета прикладных исследований совместно с Philips Research создали систему электроснабжения, питающую 54 светодиодных ламп мощностью 37 Вт каждая от солнечной батареи, а при отсутствии в достаточном количестве солнечного света — брать электроэнергию из распределительной сети [1]. Система работала на постоянном токе 380 В.
Испытания показали, что снижение энергопотребления по сравнению с аналогичной системой энергоснабжения составило всего 2,24%. По мнению автора данной статьи, столь скромный результат был достигнут во многом потому, что использовались лампы для переменного тока, драйвера которых были доработаны для питания от постоянного тока, а не лампы, изначально спроектированные под постоянный ток. Но даже у такой системы есть как минимум два преимущества. Во-первых, это очередная возможность сделать себе PR компании, заботящейся об экологии, так как мысль о том, что использование постоянного тока в электрических сетях позволяет экономить энергию, уже проникла в умы продвинутых экологических активистов [2]. Во-вторых, при питании постоянным током значительно упрощается конструкция как питающей подстанции, так и светодиодных светильников.
Упрощение конструкции оборудования
Постоянный ток, поступающий от солнечных батарей и аккумуляторов, должен быть приведен к напряжению нужной величины (этим занимаются так называемые DC — DC преобразователи), а затем преобразован в переменный. Преобразование в переменный ток выполняется, так называемыми, инверторами. В отличие от бытовых инверторов (например, в индивидуальных ИБП для настольных компьютеров), дающих лишь приближение к синусоидальному напряжению, профессиональные модели, обслуживающие целое здание или даже комплекс строений, должны давать «чистую» синусоиду, иначе возникнут проблемы с электромагнитной совместимостью оборудования и много других проблем. Соответственно, профессиональные инверторы — дорогостоящие агрегаты, исключение которых из схемы энергоснабжения при использовании постоянного тока позволит снизить общую стоимость системы, а заодно и повысить энергоэффективность за счет удаления как минимум одной ступени преобразования. Например, профессиональный инвертор, способный длительное время выдерживать нагрузку до 12 кВт стоит порядка 100 000 руб. (здесь и далее цены приводятся по состоянию на сентябрь 2015 г.) На самом деле, при переходе на постоянный ток удаляется и другая ступень преобразования, а, именно, выпрямитель в светодиодном светильнике.
В том случае, если светодиодный светильник работает в помещении, где постоянно находятся люди, тем более, где они выполняют работу, требующую сколь-нибудь значительного зрительного напряжения, надо не только выпрямить переменный ток, но и сгладить пульсации. Для этого используются электролитические конденсаторы большой емкости — дорогостоящие и при этом весьма капризные устройства. Как правило, основной причиной выхода из строя светильников является преждевременный отказ драйвера, который происходит, когда светодиоды еще не полностью выработали свой ресурс.
Зачастую этот отказ связан со сглаживающими конденсаторами. Причем электролитические конденсаторы имеют неприятную особенность деградировать от времени, даже если светильник не работает, а лежит на складе.
Встраиваемый светодиодный светильник для потолков типа «Армстронг» можно в среднем купить по цене от 1200 руб. (совсем дешевые низкокачественные модели рассматривать не будем) Причем в модели за 1200 руб. вполне могут использоваться «фирменные» светодиоды, такие же, как и в более дорогих моделях. Разница между дешевыми и дорогими светильниками заключается главным образом в уровне пульсации и надежности драйвера. При питании от постоянного тока конструкция драйвера становится более простой и надежной, в ней не присутствуют сглаживающие конденсаторы. Поэтому светильник за 1200 руб. будет работать практически так же хорошо, как и за 2200 руб. (столько стоит светильник с надежным драйвером без пульсации от известного российского бренда) Мало того, за счет уменьшения числа деталей вполне реально дополнительно снизить цену на качественный светильник.
В итоге, переход на постоянный ток позволит снизить цены на светодиодные светильники примерно в 2 раза и добиться срока службы всего светильника, равного сроку службы установленных в нем светодиодов, то есть 50 000 ч. Весьма значительный выигрыш!
Технология РоЕ
Тем не менее, прокладывать отдельную проводку для питания светодиодных светильников выгодно лишь тогда, когда здание строится заново, либо в нем проводится капитальный ремонт. Избежать необходимости прокладывать отдельную проводку можно, используя технологию питания через Ethernet (англ. Power over Ethernet, сокращенно РоЕ).
По кабелям локальных компьютерных сетей Ethernet передается не только цифровая информация, но и электропитание для сетевых устройств. Напряжение питания 48 В постоянного тока. В сетях Ethernet Cat5 и выше используется стандарт РоЕ plus (IEEE 802.3at-2009), допускающий подключать к сети нагрузку мощностью до 25,5 Вт на одно устройство. На самом деле, по кабелю Ethernet физически можно передавать питание с мощностью до 60 Вт, но так как это не соответствует нормам IEEE802.3at-2009, возможны проблемы с совместимостью.
Технологию РоЕ можно использовать для питания светодиодных светильников постоянным током в офисных зданиях. Главная проблема заключается в том, что для типичного офисного светильника, устанавливаемого в потолки типа «Армстронг», световой поток должен быть не менее 3000 лм, значит, чтобы светильник без проблем подключался к стандартной компьютерной сети, его полная светоотдача должна быть не менее 120 лм/Вт.
Пока столь высокая светоотдача всего устройства возможна лишь для дорогих светильников, ценой более 3000 руб. Поэтому выигрыш можно получить лишь в «умных» системах управления освещением, когда к каждому светильнику и так подходят провода компьютерной сети и не нужно тратиться на прокладку кабелей электропитания. Именно такой принцип реализован в светильнике компании Philips «Световые решения» с питанием по технологии РоЕ, представленном в 2014 году.
Выбор напряжения для питания светильников постоянным током
Чем ниже напряжение, тем, при равной толщине проводов, выше потери при передаче электроэнергии. Это наглядно показано на диаграмме рис. 2.
Как видно из диаграммы, наиболее перспективным является использование для питания светодиодного освещения 380 В постоянного тока. Помимо меньших потерь, обеспечивается совместимость с электрооборудованием крупных ЦОД. Возможность принятия данного стандарта зависит и от того, насколько стандарт электропитания, изначально разработанный для ЦОД, приживется для серверов, устанавливаемых в офисах. Если для офисных серверов будут предусматривать отдельную электропроводку, ничто не мешает питать от нее еще и светильники. Единственная проблема — пока что светодиодные светильники на 380 В постоянного тока серийно не производятся.
Другой сценарий развития событий, который автор данной статьи считает вполне реалистичным, предусматривает создания стандарта электропитания «де-факто», как произошло с интерфейсом USB, который теперь чаще используется для зарядки и питания мобильных устройств, нежели для передачи данных. Точно так же стандартом для питания светодиодных светильников де-факто может стать напряжение 48 В постоянного тока, так как оно используется в технологии РоЕ plus. Недостатками являются необходимость использования дорогостоящих проводов с низким сопротивлением, а также невысокая дальность передачи электроэнергии — не более 100 м от питающей подстанции. Но развитие систем «умного» освещения делает указанные недостатки менее значимыми.
Литература:
- Waffenschmidt Е. Direct Current (DC) Supply Grids for LED Lighting // LED Professional N48, Mar/Apr 2015.
- Sinopoli J. Using DC power to save energy — and end the waroncurrents // http://www.greenbiz.com/news/2012/11/15/using-dc-power-save-energy-end-war-currents.
Источник: Алексей Васильев, материал опубликован в журнале «Электротехнический рынок», №№ 5-6 (65-66), 2015
Как работает лампочка?
Лампы накаливания существуют уже довольно давно, но вы можете не знать, что они работают на сложных принципах электродинамики и термодинамики.
До эпохи электрического освещения было довольно проблематично добиться яркого и долговечного освещения. Единственными доступными вариантами были свечи и масляные лампы, которые не очень эффективно справлялись со своей задачей.
Придуманные и запатентованные Томасом Альва Эдисоном в 1800-х годах, лампы накаливания продолжают освещать наш мир на протяжении многих поколений.
Фотография лаборатории лампочек Томаса Алвы Эдисона, Детройт, сделанная в 1979 году
Лампы накаливания стали настолько популярны, что оригинальная технология не претерпела никаких радикальных изменений. Интересно отметить, что такая незначительная (но в то же время критически важная!) часть нашего существования основана на важных аспектах физики.
В этой статье мы найдем ответы на некоторые общие вопросы, касающиеся ламп накаливания.
Как образуется свет в лампах накаливания?
Лампа накаливания в основном состоит из двух частей — колбы и нити накаливания.
Колба, как правило, изготовлена из стекла, внутри которого находится вакуум. Вакуум помогает продлить срок службы лампочки; если внутри лампы присутствуют частицы воздуха, она быстро нагреется, и стекло может легко лопнуть.
Нить накаливания внутри лампочки — это место, где собственно и производится свет. Она сделана из длинного и намотанного материала, который является хорошим проводником электричества, например, вольфрама. Иногда внутренняя часть лампочки также заполняется инертным газом, например, аргоном. Инертные газы помогают замедлить процесс изнашивания вольфрамовой нити.
Конструкция лампы накаливания. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 — тело накала; 4, 5 — электроды; 6 — крючки-держатели тела накала; 7 — ножка лампы; 8 — внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.
Нить накала прикреплена к металлическим контактам, которые подключены к источнику питания, чтобы через них мог проходить электрический ток.
Когда электрический ток проходит через нить накала, атомы возбуждаются, и электроны в них переходят на более высокие энергетические уровни, как только они поглощают энергию от протекающего тока. Время, в течение которого электроны остаются в этом возбужденном состоянии, очень мало, и когда они возвращаются к своим исходным уровням энергии, дополнительная энергия высвобождается в виде фотонов (небольших пакетов световой энергии).
Таким образом, лампочка светится!
Почему лампочки нагреваются?
Здесь следует учитывать один важный момент: нить накаливания лампочек сгорает, чтобы произвести свет. Это означает, что электрический ток, проходящий через нить, нагревает ее до такого уровня, что она начинает излучать фотоны. При перемешивании и вибрации атомов в материале нити накаливания выделяется тепловая энергия.
Большая часть электрического тока, проходящего через лампочку, используется для возбуждения атомов. При этом выделяется тепловая энергия, но лишь небольшая часть этой электрической энергии преобразуется в свет.
Кроме того, внутренняя часть лампочки не полностью герметична, и частицы воздуха передают тепловую энергию стеклу. Инертный газ внутри лампочки также проводит тепловую энергию к стеклу. Поэтому, когда вы прикасаетесь к лампочке, которая светится долгое время, то оказывается, что она горячая.
По этой причине нить накаливания рано или поздно разрушается, поэтому лампы накаливания служат недолго.
Следовательно, можно сказать, что лампа накаливания не особенно эффективно преобразует электрическую энергию в световую, растрачивая энергию в виде тепла.
Благодаря вечной жажде человечества к лучшим вариантам, у лампы накаливания появились лучшие конкуренты — галогенная лампа, люминесцентная лампа и светодиодная лампа (LED).
Эти разные виды ламп работают по разным механизмам, при которых потери энергии в виде тепловой энергии меньше, а значительная часть электрической энергии преобразуется в световую. Они экономичны, долговечны и более энергоэффективны.
Галогенные лампы — это усовершенствованная версия ламп накаливания, в которых вольфрамовая нить заключена в кварцевую капсулу в форме колбы, заполненную смесью инертного газа и небольшого количества галогенов, таких как йод или бром. «Галогенный цикл» повторно помещает частицы вольфрама в нить накаливания, позволяя использовать их повторно и эффективно продлевая срок службы лампы.
В люминесцентных лампах используется принцип флуоресценции, когда пары ртути заряжаются электрическим током, проходящим через лампу. Находящиеся под напряжением пары ртути испускают ультрафиолетовое излучение на люминофорное покрытие на внутренних стенках колбы, заставляя ее излучать световую энергию. Они примерно в четыре раза эффективнее и в десять раз долговечнее ламп накаливания.
Светодиодные лампы излучают световую энергию при пропускании через них электрического тока в прямом направлении . Они сделаны из светодиодов, которые состоят из полупроводникового материала. Это самый энергоэффективный вариант на рынке.
На пути к энергоэффективному будущему
С истощением энергетических ресурсов мир изо всех сил старается сохранить их и перейти к более устойчивым решениям. Лучшим вариантом искусственного освещения, который можно выбрать, является светодиодное освещение, благодаря многочисленным преимуществам, которые оно имеет по сравнению с другими традиционными методами освещения. Светодиодные лампы излучают незначительное количество тепловой энергии, служат до 25 000 часов и доступны в различных цветах.
Будущее бытового и коммерческого освещения очень яркое, благодаря гениальным изобретателям человечества, которые всегда находятся в поиске новых технологий!
Постоянный и переменный ток в освещении
Без электричества невозможно представить современный мир. Всё, к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Но одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.
От этого зависит возможность их работы, а иногда и целостность, если подключение неправильное.
Что такое постоянный ток?
Электрический заряд или электроны движутся в одном направлении, всегда начиная с генератора, который является началом линии, и до конца линии, которая является электрическим оборудованием.
Что такое переменный ток?
Переменный – это ток, который меняет величину и направление. Причем, в равные промежутки времени. В случае подключения электрической лампочки к сети переменного тока плюс и минус на ее контактах будут меняться местами с определенной частотой или иначе, ток будет менять свое направление с прямого на обратное.
Применение постоянного тока:
· Различные виды техники (бытовая, промышленная)
· Автономные системы (бортовые системы автомобилей, летательных аппаратов, морских судов или электропоездов, общественный транспорт: трамваи и троллейбусы)
· Электронные устройства (электрофонари, игрушки, аккумуляторные электроинструменты и др.)
Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.
Ученые доказали недавно: передавать постоянный ток выгоднее. Снижаются потери излучения линии. Переменный ток чаще всего используется тогда, когда присутствует необходимость его передачи на большие расстояния.
Применение переменного тока:
· Жилые дома и предприятия
· Инфраструктурные и транспортные объекты
Электричество и свет
ФОТО 3
Лампы накаливания
· У лампочки Ильича на постоянном токе не будет пульсаций света и шума от работы. На переменном — лампа может гудеть из-за того, что спираль работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период.
Люминесцентные лампы
· Эти приборы нельзя включать напрямую в сеть. Для нормальной работы лампе нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает коэффициент мощности и фильтрует помехи, создаваемые лампой.
· Прибор питается от переменного напряжения 220 вольт, которое находится в бытовой сети, но токи в ней протекают разные. Можно запитать лампу и постоянным (с ограничением тока). Но предпочитают переменный. Он проще в реализации и электроды при этом изнашиваются равномерно.
Светодиодные лампы
· Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В) и ограничитель тока. Схемы светодиодных ламп весьма разнообразны: от простых до довольно сложных. Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для него конденсатор имеет бесконечное сопротивление.
Для создания яркого направленного освещения используются специальные устройства – прожекторы. Они комплектуются мощными источниками света и поставляются в прочных корпусах из металла и пластика.
Устройства бывают:
Предназначены для равномерного освещения крупных сооружений: домов, стадионов, сцен
Используются для подсветки и выделения светом объектов и их частей
Служат для передачи информации на расстоянии
· Дальнего действия с параболическими отражателями
Изделия выпускаются в основном для военных нужд
В прожекторах устанавливают разные лампы: галогенные, натриевые, металлогалогенные и светодиодные. Бывают модели со сменными лампами, но в некоторых заменить световой элемент не получится.
Светодиодные лампы для уличного освещения имеют различную конфигурацию. Они могут быть выполнены в форме квадрата, прямоугольника, круга, овала или линейки.
Технические параметры:
· Широкий диапазон электропитания – от 100 до 240 Вольт
Если напряжение падает, то светодиодный прожектор продолжает работать в обычном режиме.
· Работа как при переменном, так и при постоянном токе
· Определенное количество диодов
· Различный цвет света – горячий или холодный, разная температура
· Возможность смены угла светорассеивания
Чаще всего угол установки прожекторов для освещения на улице равен 50° и более.
Лампы со светодиодами обладают высоким качеством, экономным потреблением электроэнергии, надежностью и долгим сроком службы.
Прежде, чем выбрать осветительные приборы, внимательно ознакомьтесь с их описанием. И не стесняйтесь задавать вопросы специалистам!