Локальную вычислительную сеть-сделай сам. О супе домашнем замолвим мы слово...("Сделай сам" №3∙2004)

С.М.Гуров

Электрическая дуга была впервые получена в 1802 г. русским академиком В. В. Петровым. За свою более чем 200-летнюю историю она из обычного электрического явления превратилась в мощную технологическую составляющую современного производства. Технический прогресс в промышленности неразрывно связан с постоянным совершенствованием сварочного производства. Сварка как высокопроизводительный процесс изготовления неразъемных соединений находит широкое применение при изготовлении металлургического, кузнечно-прессового, химического и энергетического оборудования, в сельскохозяйственном и тракторном машиностроении, в производстве строительных и других конструкций. Начиная с середины 80-х годов прошлого столетия, стало увеличиваться количество сварочных аппаратов, предназначенных для домашнего применения. Сегодня их изготавливают не только любители-одиночки, но и всевозможные акционерные общества, появившиеся при крупных промышленных предприятиях. Однако приобрести надежный и удобный сварочный аппарат для личных нужд не так-то просто. Дело в том, что при изготовлении подобных устройств очень часто копируются их «старшие братья» (сварочные аппараты для промышленного применения) как бы в уменьшенном виде. Такой подход нельзя считать правильным. Как известно, сварочные аппараты являются энергоемкими устройствами. Эта особенность, с которой мирятся на производстве, может стать существенным препятствием для применения их в домашних условиях. Попробуем разобраться в причинах этого явления. Почему бытовые сварочные аппараты так же «прожорливы», как и их «старшие братья»? На первый взгляд кажется, что причина кроется в неверных электротехнических расчетах сварочного трансформатора или ошибках, допущенных при его намотке. Такое часто случается, когда трансформатор изготавливают в любительских условиях. Но дело не только в этом. Даже безупречно грамотно рассчитанный сварочный трансформатор потребляет в рабочем режиме значительное количество энергии. Здесь требуется дать некоторые пояснения. В теоретической электротехнике при расчетах используются понятия «идеального источника тока» и «идеального источника напряжения». Первый на любой нагрузке обеспечивает неизменный ток, а второй — неизменное напряжение. Чтобы выйти на такие режимы «идеальный источник тока» должен иметь бесконечно большое внутреннее сопротивление (r = oo), а «идеальный источник напряжения» — бесконечно маленькое внутреннее сопротивление (r = 0). Реальные источники электрической энергии имеют внутреннее сопротивление 0 < r < oo, и их режим определяется внешней нагрузкой R: при r > R — мы имеем дело с источником тока, при r < R — мы имеем дело с источником напряжения.

Так как на внутреннем сопротивлении бесполезно расходуется часть энергии источника, то разным оказывается и КПД данных источников:

— источник тока имеет коэффициент полезного действия 0 < КПД < 50 %;

— источник напряжения имеет коэффициент полезного действия 50 % < КПД < 100 %.

Все сварочные трансформаторы для ручной дуговой сварки должны работать в режиме источника тока, так как постоянство тока электрической дуги обеспечивает высокое качество сварного шва. С этой целью в сварочных трансформаторах принимают меры для увеличения их внутреннего сопротивления (увеличивают магнитное рассеяние, включают дроссели и т. д.). Платой за качество являются сравнительно низкий КПД (близкий к 50 %) и, как следствие, значительное потребление энергии.

Чтобы не быть голословным, покажем это на примере бытового сварочного аппарата, рекомендации по изготовлению которого были опубликованы в популярном научно-техническом журнале «Радио» (В. Володин. Сварочный трансформатор: расчет и изготовление. Радио, 2002 г., № 11, № 12). По расчетам самого автора его сварочный трансформатор в рабочем режиме будет потреблять мощность около 10 кВт. Можно ли его безопасно эксплуатировать в домашних условиях? Скорее всего, нет. Дело в том, что на такую мощность не рассчитана домашняя электропроводка. Сечение ее проводов имеет стандартные значения (S = 2,5–4 мм²) и, в лучшем случае, позволяет к ним подключать устройства мощностью 3–4 кВт (да и то с соблюдением мер предосторожности). Устройства мощностью в 10 кВт будут вызывать столь значительный разогрев подводящих проводов, что может привести к расплавлению изоляции, образованию коротких замыканий и даже пожару. Кроме того, мощные броски тока, достигающие в сети при работе трансформатора 45 А (а в режиме зажигания дуги до 90 А!), вызовут значительное падение напряжения на проводах электропроводки. Напряжение в осветительной сети станет меняться в диапазоне от 170 до 220 В. Это вызовет неустойчивую работу холодильников, электронасосов, стиральных машин и т. д. и может стать причиной их преждевременного выхода из строя не только у хозяина сварочного аппарата, но и у его ближайших соседей. В дальнейшем состоится неприятный контакт с инспектором Энергонадзора со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Попытаемся показать, как, не ухудшая качества, можно снизить энергопотребление сварочного трансформатора до 3, 5–4 кВт, сделав его работу безопасной не только для себя, но и для окружающих.

Известно, что мощность, потребляемая сварочным трансформатором из сети, в основном определяется мощностью, передаваемой им во вторичную обмотку:

Р₂ = U_2хх∙I_2р,

где Р₂ — полная мощность вторичной обмотки, В∙А;

U_2xx — напряжение холостого хода вторичной обмотки, В;

I_2р — рабочий ток вторичной обмотки, А.

Величина I_2р нормирована для каждого диаметра электрода и уменьшать ее не рекомендуется, так как это ухудшает качество сварного шва. Например, для электродов диаметром 3 мм, I_2р = 100–120, для электродов диаметром 4 мм I_2р = 180–200 А и т. д. Остается напряжение холостого хода U_2xx. Для сварочных трансформаторов промышленного назначения его величина выбирается равной 65–70 В. И это вполне оправдано, если не обращать внимание на энергопотребление сварочного аппарата.

Около 14 лет назад автор данной статьи также столкнулся с проблемой снижения энергопотребления при постройке собственного сварочного аппарата. Эксперименты показали, что современная обмазка электродов позволяет зажигать дугу и поддерживать устойчивым ее горение даже при напряжении холостого хода U_2xx = 28 В! Конечно, дуговой промежуток был очень маленьким, и любое небрежное движение сварщика приводило к гашению дуги. Кроме этого, дуга становилась «капризной» на зажигание, если поверхность свариваемых изделий содержала ржавчину или была покрыта оксидной пленкой. Да и не все типы электродов допускали такой режим. Лучшие результаты сварки под низким напряжением показали электроды диаметром 3 мм АНО-21 (торговая марка «Тигарбо») Каменского опытного механического завода. (Эти электроды очень популярны на Юге России!)

Уйдем от этой нижней границы. Оказалось, что напряжение U_2xx = 36–40 В позволяет успешно варить даже начинающему сварщику. При таком напряжении валик сварочного шва получался ровным, так как отсутствовало разбрызгивание капель жидкого металла, а шлаковая пленка была тонкой и легко отслаивалась от изделия. Но самое главное — резко снизилось энергопотребление сварочного трансформатора до 3,5–4 кВт, что сделало его абсолютно пригодным для домашнего применения. Семейный бюджет получил при этом существенный выигрыш.

С учетом изложенного выше можно сделать вывод: в любом сварочном трансформаторе после несложной доработки можно ввести экономичный режим. Для этого во вторичной обмотке необходимо сделать отвод на напряжение 36–40 В. Желательно в трансформаторе также иметь возможность плавного регулирования сварочного тока. Предлагаю один из вариантов экономичного сварочного трансформатора для домашнего применения. В качестве объекта для модернизации был выбран сварочный аппарат, сконструированный В. Мотузасом (В. Мотузас. Компактный, безопасный, бесшумный — журнал «Сельский механизатор», № 2, 1987 г., с. 26). Так как большинство читателей мало знакомо с этим узкоспециализированным изданием, я, там где это необходимо, повторю некоторые технологические приемы его изготовления. После модернизации сварочный аппарат имел следующие технические характеристики:

В качестве магнитопровода используется статор от списанного электродвигателя, мощностью 12–15 кВт. Чтобы извлечь магнитопровод из корпуса статора, его надо разбить и удалить обмотку электродвигателя. Получится чистый магнитопровод (рис. 1).

Рис. 1. Магнитопровод

Зубилом вырубаем на магнитопроводе 12 пазов для намотки первичной обмотки. Вырубать пазы зубилом нетрудно, металл магнитопровода мягкий. При этом обязательно используют защитные очки: срубленные пластинки могут попасть в глаза. Вырубленный участок обмотаем куском ткани и пропитаем его эпоксидным клеем или лаком. Когда клей высохнет, на этот участок намотаем первичную обмотку W₁ (рис. 2).

Рис. 2. Расположение обмоток

Наматываем ее в несколько слоев так, чтобы начало и конец обмотки были внизу катушки. Каждый слой друг от друга изолируем тканью, пропитанной эпоксидной смолой или лаком. Верхний слой покрываем двумя слоями ткани, пропитанной эпоксидной смолой.

Затем приступаем к изготовлению каркаса для вторичной обмотки. Он должен свободно перемещаться по всей поверхности магнитопровода (в том числе по поверхности первичной обмотки). С этой целью на поверхности первичной катушки намотаем виток к витку кабель диаметром 8-10 мм (с изоляцией). Он будет служить вспомогательной обмоткой. Поверх кабеля накладываем целлофановую пленку. Все это обматываем тканью (мешковиной), пропитанной эпоксидной смолой. Сюда же необходимо приклеить две удерживающие пластины и две клеммы (алюминиевые полоски) для вторичной обмотки (рис. 3).

Рис. 3. Каркас вторичной обмотки

После высыхания клея, целлофан и вспомогательную обмотку удаляют. Для придания жесткости, каркас вторичной обмотки покрывают еще одним слоем ткани, пропитанной эпоксидной смолой. После высыхания смолы можно приступать к намотке вторичной обмотки. В качестве материала используется медная (алюминиевая) шина или провод круглого сечения в изоляции. Для расчета числа витков первичной и вторичной обмоток вначале определяется сечение магнитопровода (S, см²):

S = а∙в (см. рис. 1).

Затем определяем число витков на один вольт:

Т = 40/S.

Рассчитываем число витков в первичной W₁ и вторичной W₂ обмотках:

W₁ =220∙Т, W₂ = 36∙Т — экономичный режим,

W₂ = 50∙Т — форсированный режим.

Примечание. Вторичную обмотку наматывают в такой последовательности:

— наматывают витки экономичного режима,

— рассчитывают число витков форсированного режима,

— доматывают «разницу» между числом витков форсированного и экономичного режимов.

Схема модернизированного трансформатора показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема трансформатора после модернизации (экономичный режим)

В качестве примера приведу данные своего сварочного трансформатора. У него форсированный режим введен по-другому: в первичной обмотке делается отвод W_1ф, положение которого рассчитывается по формуле:

W_1ф = 220∙(30/S).

S = 46 см², Т = 40/46 = 0,87; W₁ = 191, W_1ф = 143, W₂ = 32.

Первичная обмотка содержит 191 виток с отводом от 143-го витка, провод ПЭТВ диаметром 2,12 мм, вторичная обмотка намотана алюминиевым проводом круглого сечения в изоляции, диаметром 8 мм. Чтобы быстро переходить от экономичного режима к форсированному, поступают следующим образом. Из изоляционного материала (текстолит, гетинакс) толщиной 5–6 мм вырезают пластину для выводов первичной обмотки. В ней сверлят 3 отверстия диаметром 5 мм на расстоянии 20 мм друг от друга по одной прямой. Из медной проволоки диаметром 5 мм отрезают 3 куска длиной 45 мм. На них с одного края нарезают резьбу М5. С помощью гаек эти стержни укрепляют на пластине и сюда же присоединяют выводы от первичной обмотки в определенной последовательности (рис. 5 и 6).

Рис. 5. Подключение первичной обмотки в авторском варианте (экономичный режим)

Рис. 6. Подключение первичной обмотки (форсированный режим)

Саму пластину крепят к основанию трансформатора с помощью двух уголков. Сетевой шнур с одной стороны имеет штекерный разъем, который позволяет легко переходить от экономичного режима к форсированному.

Последним готовится основание транс-форматора. Здесь подойдет любой изоляционный материал достаточной прочности, например, многослойная фанера, древесина и т. п. Для мобильности к основанию можно приспособить небольшие колесики от стиральных машин старых выпусков типа «Волга», «Ока». Общий вид сварочного трансформатора показан на рис. 7.

Рис. 7. Сварочный трансформатор (общий вид)

При работе в домашних условиях используют в основном экономичный режим. Переход в форсированный режим осуществляют перестановкой сетевого разъема на щитке выводов первичной обмотки. Однако работать в этом режиме длительное время не рекомендуется по причине, указанной в начале статьи. Плавная регулировка тока в обоих режимах осуществляется простым перемещением вторичной обмотки по магнитопроводу. Наибольшего значения сварочный ток достигает в положении, когда вторичная обмотка находится поверх первичной. Чтобы зафиксировать вторичную обмотку в определенном положении, используют деревянные брусочки, вставляя их в пазы статора.

Если есть возможность подключения сварочного трансформатора к автономному источнику питания (домашней электростанции), то работа в форсированном режиме осуществляется без ограничений.

Конечно, изготовление такого трансформатора достаточно трудоемкий процесс. Но, построив его, вы действительно, забудете все проблемы.

_{Литература}

_{1. Денисов Ю.А., Кочева Г.Н., Маслов Ю.А. и др. Справочник сварщика. — М.: Машиностроение, 1982.}

_{2. Володин В. Сварочный трансформатор: расчет и изготовление. — Журнал «Радио», N°№ 11–12, 2002 г.}

_{3. Мотузас В. Компактный, безопасный, бесшумный. — Журнал «Сельский механизатор», № 2, 1987 г., с. 26.}

Все… до лампочки

А.В.Волков

Для оценки источников света используют светотехнические величины. Одна из основных — световой поток. Это поток лучистой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению. Разберемся, что это такое. Представим себе точечный источник света. Полный световой поток его — излучение, которое равномерно распределяется по всем направлениям. Однако часто для практических целей важно знать не весь световой поток, а тот, который освещает нужное нам место. Поэтому введены еще два понятия: сила света и освещенность.

Сила света — это плотность светового потока в одном направлении. Если полный световой поток распределяется по всей сфере вокруг источника света, то сила света характеризует поток внутри части сферы в пределах определенного телесного угла (рис. 1).

Рис. 1. Телесный угол Ω:

_{σ0 — поверхность, вырезанная на сфере конусом; r1, r2 — радиусы сфер; S — вершина конуса}

Этот угол Ω = σ₀/r₂ измеряется в стерадианах. Световой поток источника света можно перераспределять с помощью различных экранов и отражателей и получать при этом очень большую силу света. Стоит вспомнить прожектор и даже абажур настольной лампы. Сила света выражается в канделах.

Для количественной оценки силы света существует эталон, сила света которого равна единице. Вначале эталоном считали пламя специально изготовленной свечи. Но этот эталон малонадежен. Сила света его зависит от температуры и влажности воздуха, а также от образования нагара. Сейчас эталон — это электрическая лампа накаливания, но название «свеча» за ней осталось. Это «Международная свеча».

За единицу светового потока принят люмен (лм). Люмен — это световой поток точечного источника света в одну свечу внутри телесного угла в один стерадиан. Полный поток, посылаемый этим источником по всем направлениям, то есть внутри угла, равного 4 π стерадианам, будет равен 4 π лм. Световой поток реальной стеариновой свечи, которой нам порой приходится пользоваться, равен 10–15 лм. С увеличением мощности лампы растет ее световой поток. Его величина является характеристикой лампы и обычно указана в каталогах. Так лампа накаливания мощностью 25 Вт излучает 200 лм, 40 Вт — 370 лм. Излучение люминесцентной лампы при том же напряжении 220 В и мощности 40 Вт дает световой поток выше 1500 лм, что свидетельствует о высокой экономичности люминесцентного освещения.

Для ламп направленного освещения, в частности для зеркальных ламп, в каталогах указан не световой поток в люменах, а сила света в канделах.

Освещенность — величина светового потока, рассчитанная на единицу площади.

За единицу освещенности принимают освещенность такой поверхности, на 1 м² которой падает равномерно распределенный световой поток в 1 лм. Эта единица называется люкс (лк). Поверхность сферы радиуса 1 м с помещенным в нее точечным источником света в 1 свечу имеет освещенность 1 лк. В люксах определяют нормы общего и местного освещения в различных помещениях. Но об этом будет рассказано ниже.

Все источники света делятся на две группы: лампы накаливания и газоразрядные лампы.

Лампы накаливания в свою очередь подразделяют на лампы общего назначения (в отечественных каталогах обозначаемые ЛОН) и лампы специального назначения.

К лампам общего назначения относятся вакуумные, газонаполненные, галогенные лампы. Лампы специальные — прожекторные, кинопроекционные, лечебные, лампы для производственных помещений и другие мы рассматривать не будем.

Нить накала в лампах общего назначения изготовлена из вольфрамовой проволоки.

Устройство традиционной лампы накаливания показано на рис. 2.

Рис. 2. Устройство традиционной лампы накаливания:

_{а — положение колбой вверх; б — положение колбой вниз с ограничением величины мощности; 1 — торцовый контакт цоколя; 2 — кольцевая изоляционная перемычка; 3 — боковой контакт цоколя; 4, 5 — проводники; 6 — колба; 7 — спираль (нить)}

Вакуумные лампы (в отечественных каталогах обозначение В) наименее экономичны. Нагрев лампы протекающим через нее током дает лишь 10 % видимого света, остальная энергия уходит в тепло. Кроме того, в вакууме происходит интенсивное испарение вольфрамовой спирали. Колба чернеет, а спираль становится тонкой и перегорает.

В лампах, наполненных аргоном или азотом (в старых каталогах обозначение Г — газонаполненная), испарение меньше и соответственно срок службу больше. Он составляет приблизительно 1000 часов.

Лампы, наполненные криптоном, по сравнению с обычными излучают на 10 % больше света и по размерам существенно меньше, но стоимость их выше.

Колбы ламп накаливания могут быть прозрачными (П), матированными (М), опаловыми (О). Естественны потери светового потока в непрозрачных лампах, но глаза при этом защищены от резкого света.

Нам хорошо известны лампы с одной спиралью, но выпускают еще и биспиральные лампы. В них из спирали свернута еще одна спираль Благодаря компактному расположению спирали, испарение вольфрама в таких лампах меньше. Поэтому температуру можно поднять выше и получить больший световой поток. В каталожное обозначение таких ламп входит буква Б. Например, БК — биспиральная криптоновая лампа.

Цоколи большинства ламп накаливания — Е14, Е27. Это значит, что они имеют резьбу диаметром 14 и 27 мм. Для ламп большой мощности применяют цоколи Е40, но в быту такие лампы, как правило, не употребляются. Другие типы цоколей, например со штырями, используют в особых случаях (при вибрации в железнодорожном вагоне резьбовые цоколи выкручиваются из патрона и т. п.).

На российском рынке источников света представлен широкий ассортимент ламп накаливания как отечественных, так и импортных.

Помимо упомянутых выше обычных ламп, иностранные фирмы предлагают для общего освещения комнат лампы типа Softone мягких пастельных тонов различных световых оттенков, успокаивающих, подчеркивающих цветовую гамму помещений и создающих уют (рис. 3).

Рис. 3. Лампы накаливания:

_{а — самая распространенная; б — свеча, в — витая свеча, г — свеча на ветру, д — с шаровой колбой, е1 — типа Softone с цоколем Е27; е2 — типа Softone с цоколем Е14; ж — с цилиндрической колбой; э — криптоновая («грибок»); и — зеркальная направленного освещения; к — зеркальная направленного освещения; л — линейная}

Для создания уюта российские и иностранные фирмы выпускают декоративные лампы накаливания; свеча, витая свеча, свеча на ветру, шарик, цилиндр и др. для применения в люстрах и бра. Цоколь этих ламп может быть Е27 или Е14, напряжение 220–240 В (рис. 3).

Для декоративного освещения можно использовать цветные лампы. Колбы ламп окрашены изнутри специальной краской разных цветов. Эти лампы предназначены для светильников, люстр, бра.

Для создания мягкого рассеянного света служат лампы с зеркальным покрытием купола колбы (рис. 3). Выбрав лампу с серебряным или золотым покрытием, создают более теплую или более холодную атмосферу в помещении. Лампы зеркальные направленного освещения применяют для акцентирующего освещения деталей домашнего интерьера (рис. 3).

Известно, что световой поток обычных ламп накаливания имеет большой процент желтого, оранжевого и красного цветов и меньше зеленого, синего и фиолетового.

В солнечном освещении наибольший процент излучения приходится на желто-зеленую область спектра. К этой области наиболее чувствителен глаз человека, за тысячелетия привыкший к естественному свету. Поэтому обычные лампы накаливания искажают цвет. Например, лист бумаги, который при солнечном свете кажется белым, при свете лампы накаливания выглядит желтоватым.

Однако естественное освещение также меняется в некоторых пределах. Свет прямых солнечных лучей отличается от солнечного света, рассеянного облаками. Существуют эталоны белого света при прямом и рассеянном солнечном освещении.

Для оценки цветопередачи искусственных источников света приняты эталоны, соответствующие солнечному свету, рассеянному облаками. Сравнение производят по специальной методике.

Правильная цветопередача важна во многих отраслях производства (например, в текстильной промышленности), в издательском деле при воспроизведении цветных изображений, в художественных музеях, а также дома при чтении книг с цветными иллюстрациями и т. п.

Для улучшения цветопередачи ламп накаливания применяют голубые колбы. Через них лучше проходят зеленая, синяя и фиолетовая составляющие света и сильнее поглощаются желтая, оранжевая и красная составляющие. Однако голубое стекло сильно поглощает общий световой поток, и такие лампы не экономичны.

Проблема правильной цветопередачи была решена лишь после изобретения люминесцентных ламп дневного света и галогенных ламп. О них будет рассказано ниже.

Лампы накаливания могут иметь традиционную форму. Криптоновые лампы имеют обычно форму «грибок», а линейные лампы для подсветки зеркал представляют собой цилиндр малого диаметра и большой длины (рис. 3).

Лампы накаливания низкого напряжения (12–36 В) обычно предназначены для освещения рабочих мест на производстве. Но их применяют и в кухнях для освещения рабочего стола. Благодаря безопасности низкого напряжения их можно разместить под полками или подвесными шкафами. Для их включения нужны трансформаторы. Это могут быть традиционные обмоточные трансформаторы и современные электронные. Последние имеют меньшие размеры и вес, отключают цепь при коротком замыкании, не создают радиопомех, незначительно нагреваются, но стоимость их выше. Подбирают трансформаторы в соответствии с мощностью ламп.

Из числа специальных ламп накаливания в быту применяют лампы для холодильников, духовых шкафов. В их обозначения в отечественных каталогах входят буквы X и Д. Цоколь этих ламп Е14, рабочее напряжение 220–230 В, мощность от 15 до 40 Вт.

Миниатюрные лампы накаливания (рис. 4) с напряжением от 2,2 В до 6 В при световом потоке от 2,4 лм до 63 лм служат для бытовых фонарей, эвакуационного низковольтного освещения и т. п.

Рис. 4. Лампы накаливания миниатюрные:

_{а — МН, обыкновенная, под 2,5–3,5 В (разновидности), с круглой прозрачной колбой и цоколем ЕЮ РЗ,75-1+0,5; б — РЗ,75-1+0,5, двухнитевая, под 3,75 В, с прозрачной колбой, цоколем В 15о/18 к светильникам для взрывоопасных зон (класс РП П Ис); в — РКЗ с прозрачной колбой, под 3,6 В, фокусирующим цоколем Р1 3,5 S для точной ориентации нити накала относительно отражателя фонаря; г — 61 877 с прозрачной колбой под 3,6 В при 0,55 А с цоколем ВА9; д — НМР 20 с прозрачной колбой под 4,8 В, с фокусирующим цоколем Р 13,5 S; галогенная с сильным потоком света; е — 222 с прозрачной колбой под 2,2 В, с цоколем Е10, встроенная линза обеспечивает мощный поток света}

Лампы накаливания очень чувствительны к повышению напряжения в сети по сравнению с номинальным, рассчитанным для этого типа ламп. Например, при повышении напряжения на 1 % срок службы лампы снижается на 13 %. Поэтому для увеличения продолжительности горения лампу целесообразно эксплуатировать на нижнем пределе рекомендованного для нее интервала напряжений. Напряжение ниже этого уровня нецелесообразно, так как заметно снижается световой поток. Имеет смысл применение светорегулятора.

Особое место среди ламп накаливания занимают галогенные лампы (в отечественных каталогах КГ — кварцевые галогенные). Их световой поток выше, чем у обычных ламп почти вдвое.

Внутри этих ламп находится смесь инертного газа с галогеном: йодом или бромом. При работе лампы испаряющийся вольфрам вступает в неустойчивое соединение с парами галогенов. Когда это соединение оказывается у горячей спирали, вольфрам оседает на ней, а пары галогена отправляются на ловлю новых порций испарившегося вольфрама, и цикл повторяется. Благодаря меньшим потерям вольфрама температуру нити накала можно поднять выше и получить больший световой поток. Галогенные лампы сохраняют стабильную яркость на протяжении всего срока службы, который вдвое превышает срок службы стандартных ламп.

Стекло, применяемое для колб обычных ламп, не выдерживает паров галогенов. Поэтому колбы галогенных ламп делают из кварцевого стекла, которое очень чувствительно к отпечаткам пальцев, содержащим жир, и быстро разрушается в этих местах. Поэтому обращаться с галогенными лампами нужно очень осторожно. Не следует касаться их голыми руками. Если же это произошло, колбу протирают медицинским спиртом.

Еще одна особенность галогенных ламп состоит в том, что спектр испускаемого ими света смещен в сторону более коротких волн. Эти лампы излучают некоторую долю ультрафиолета. Например, одежда, окрашенная нестойкой к солнечному свету краской, выгорает гораздо быстрее, чем при обычном освещении. Галогенные лампы иногда рекомендуют использовать для компенсации недостатка естественного света при выращивании растений.

Для того чтобы задержать ультрафиолетовое излучение, лампы снабжают экранами, не пропускающими ультрафиолет

Галогенные лампы бывают двух типов; на напряжение 220–230 В и напряжение 12 или 24 В. К первому типу относятся лампы для промышленности и наружного освещения, различающиеся конструкцией цоколя и размерами. Для домашнего употребления такие лампы выпускают с цоколем Е27 или Е14. Среди бытовых ламп есть такие, которые оборудованы стеклом, не пропускающим ультрафиолетовое излучение, и без него. Есть в продаже и декоративные галогенные лампы в форме свечи или цилиндра. Они предназначены для замены обычных ЛОН в светильниках, люстрах, бра.

Четкое, неискаженное изображение в свете галогенных ламп делает их предпочтительными при черчении, чтении, работе в цвете в издательствах. Лампы без отражателя называются «капсулы».

Зеркальные галогенные лампы с отражателем, в быту именуемые «колокольчиками», используют в мебельной подсветке, подвесных потолках, люстрах, настольных лампах. Для защиты от ультрафиолета ставят специальные фронтальные стекла. Они одновременно служат защитой от пыли и грязных рук (рис. 5).

Рис. 5. Галогенные лампы:

_{а — с отражателем; б — без отражателя («капсула»)}

Лампы с цоколем Е14 и напряжением 12 или 24 В в быту чаще всего применяют для освещения рабочих поверхностей в кухнях. Их располагают, как и обычные низковольтные лампы, под полками или подвесными шкафами. Предпочтительны модели с фронтальным стеклом. Для включения таких ламп нужны трансформаторы.

Следует помнить, что у галогенных ламп более высокая температура, поэтому, если патрон рассчитан на 150 Вт, мощность галогенной лампы не должна превышать 100 Вт.

Несколько лет назад конструкторы фирмы Osram разработали новый тип галогенных энергосберегающих ламп JRC. Колба этих ламп покрыта специальным теплосодержащим веществом. JRC в переводе значит «инфракрасное покрытие». Поэтому для поддержания рабочей температуры нити накала требуется намного меньше электроэнергии.

Такие лампы с двухштырьковым цоколем на напряжение 12 В мощностью 35 или 50 Вт есть в продаже. Стекло их колб поглощает ультрафиолетовое излучение, поэтому их можно применять в открытых светильниках.

Галогенные лампа чувствительны к скачкам напряжения. Для увеличения срока службы их целесообразно включать через стабилизатор напряжения.

Широкое распространение в последние годы получили газоразрядные лампы. Они превосходят лампы накаливания по величине светового потока, меньшему расходу электроэнергии, меньшей чувствительности к повышению напряжения, значительно большему сроку службы.

В быту применяют люминесцентные лампы низкого давления. Их светоотдача в среднем в 4–5 раза больше, а срок службы в 6-12 раз дольше по сравнению с лампами накаливания.

Принцип действия люминесцентных ламп заключается в появлении газового разряда в ртутных парах низкого давления под влиянием электрического тока. При этом возникает ультрафиолетовое излучение. Оно воздействует на люминофор, покрывающий внутренние стенки колбы, и лампа испускает видимый свет. Сама лампа представляет собой стеклянную трубку, в концы которой впаяны электроды из вольфрамовой нити. Вольфрамовая нить покрыта окислами щелочноземельных металлов, что способствует более интенсивному излучению электронов. Из трубки выкачан воздух, и она наполнена инертным газом, чаще всего аргоном, и дозированной капелькой ртути, которая испаряется при разогреве лампы.

В зависимости от свойств люминофора получают разный цвет излучаемого света. В отечественных каталогах принята следующая маркировка лампы дневного — ЛД и ЛДЦ, холодно-белого — ЛХБ, белого — ЛБ, тепло-белого — ЛТБ цвета.

Лампы общего назначения имеют прямую трубчатую и фигурную (кольцеобразную и U-образную форму (рис. 6). Выпускают лампы мощностью от 4 до 80 Вт. Срок службы люминесцентных ламп около 12 000 часов.

Рис. 6. Люминесцентные лампы:

_{а — кольцевая; б — U-образная; в — линейная}

Для включения и работы лампы необходим специальный пускорегулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае это стартер и дроссель. Схема, в которую включают лампу, показана на рис. 7.

Рис. 7. Принципиальная схема включения люминесцентной лампы:

_{1 — дроссель; 2 — лампа; 3 — стартер; 4 — конденсатор К1; 5 — конденсатор К2}

В качестве стартера служит неоновая лампа тлеющего разряда с двумя электродами. Причем один электрод биметаллический, состоящий из пластинок с разным коэффициентом линейного расширения.

При включении лампы в сеть между электродами стартера возникает тлеющий разряд Они нагреваются, а биметаллический электрод изгибается, замыкая электроды между собой. Через электроды лампы проходит ток, нагревая вольфрамовую спираль до 800–900 °C. Начинается интенсивное испускание электронов в трубку. Температура в трубке повышается. Ртуть испаряется. В это же время после замыкания электродов стартера тлеющий разряд в нем исчезает, понижается температура, биметаллический электрод выпрямляется и цепь разрывается. Теперь в дело вступает дроссель. Под этим красивым названием скрывается обычная катушка самоиндукции, которая препятствует изменению тока в цепи. В момент размыкания возникает резкое кратковременное повышение напряжения, стремящееся поддержать исчезающий ток. Возникший импульс вместе с напряжением цепи в момент размыкания достаточен для зажигания лампы. Если лампа не зажглась, описанный процесс повторяется вновь.

Когда лампа горит, в дросселе индуцируется электродвижущая сила, действующая навстречу напряжению сети и общего напряжения не хватает для возникновения тлевшего разряда в стартере. Конденсатор K₁, встроенный непосредственно в стартер, служит для подавления помех (рис. 7). Еще один конденсатор К₂ служит для повышения коэффициента мощности в цепи.

Существует еще бесстартерная схема разжигания люминесцентных ламп, когда для разогрева лампы в ней проложена проводящая металлическая полоса. Но она менее распространена, чем стартерная.

Для люминесцентной лампы характерно то, что каждый полупериод напряжение на ней равно нулю и лампа отключается. Так как частота колебаний в электросети 50 Гц, т. е. 50 периодов в секунду, в течение секунды происходит 100 отключений. Человеческий глаз не улавливает этих мельканий, но мозг устает от них, и многие не могут долго находиться при свете люминесцентных ламп. Другой недостаток — возможное жужжание дросселя. Если дроссель жужжит сильно, его следует заменить. Еще одна особенность — наличие стробоскопического эффекта. Если, например, работает вентилятор и делает полное число оборотов за время между двумя погасаниями лампы, создается впечатление, что вентилятор стоит, если меньше полного числа оборотов, может создаться впечатление, что движение происходит в обратную сторону. Этот эффект опасен при освещении станков в цехах, когда рабочий не видит правильного движения инструмента и деталей. Для борьбы со стробоскопическим эффектом включают одновременно две лампы со сдвигом фаз по току.

Несмотря на то что существует 5 градаций света, продукты на столе кухни, освещенной люминесцентной лампой, выглядят менее натурально и аппетитно, чем при освещении, например, галогенной лампой. При люминесцентном освещении, в частности, подавляется красный цвет, и кусок мяса выглядит не так, как при солнечном освещении. Фирма «General Electric» в последние годы начала изготавливать лампы с трехполосным люминофором. В свете этих ламп искажения цветов не происходит. Другие фирмы выпускают даже специальные лампы для освещения мясных прилавков.

Следует помнить, что люминесцентная лампа содержит ртуть. Ртуть очень вредна для организма человека, поэтому с лампой нужно обращаться осторожно, чтобы она не разбилась. Отслужившую срок годности лампу сдают на специальный пункт.

Несмотря на описанные выше недостатки люминесцентные лампы продолжают совершенствовать, и они благодаря своей экономичности находят все более широкое применение.

При использовании электронных ПРА (ЭПРА) жужжание полностью отсутствует, а повышение частоты колебаний тока позволяет избавиться от ощутимого мелькания лампы. Лампу удалось уменьшить в размерах и придать ей форму, близкую к форме ламп накаливания. ЭПРА при этом встраивают в корпус цоколем Е27. Получили таким образом энергосберегающую компактную люминесцентную лампу (КЛЛ) Такую лампу можно ввернуть в патрон вместо обычной лампы накаливания. На рынке представлены обычно лампы тепло-белого света, наиболее подходящие для домашнего освещения. В настоящее время выбор ламп достаточно широк: от недорогих (срок службы 4000–5000 часов) до высококачественных (12000-15000 часов). Соотношение мощностей ламп накаливания и компактных люминесцентных ламп следующее:

На рис. 8 показаны виды энергосберегающих КЛЛ, производимых разными фирмами. Лампы этого типа низкой мощности (5 Вт) применяют и в длительно горящих ночниках. Выпускают специальные светильники-ночники для детей, изображающие игрушки или зверюшек.

Рис. 8. Люминесцентные энергосберегающие лампы со встроенной пускорегулирующей аппаратурой (ПРА)

Пока широкому распространению КЛЛ в быту препятствует их высокая стоимость.

Еще одну группу газоразрядных ламп — лампы высокого давления (ртутные типа ДРЛ, ДРИ, ДРИШ, натриевые типа ДНаТ и др.) в быту не применяют и поэтому они не будут рассмотрены.

При входе в совершенно темную прихожую приходится пошарить рукой по стене, чтобы нащупать выключатель. Надежным указателем выключателя является вмонтированная в него неоновая лампа (светодиод). Схема подключения неоновой лампы (светодиода) к выключателю показана на рис. 9. Светодиод генерирует излучение, когда по нему проходит электрический ток.

Рис. 9. Схема подключения неоновой лампочки (светодиода) к выключателю:

_{1 — неоновая лампочка (светодиод); 2 — резистор; 3 — включатель; 4 — лампа}

Светодиоды применяют в бытовой электронике, игрушках, дорожной сигнализации, при оформлении общественных зданий. Светодиоды могут быть разных цветов, а также чисто белого цвета, пригодного для обычного освещения. Они в десять раз эффективнее ламп накаливания и в два раза — люминесцентных ламп. Созданные в 1962 году фирмой «General Electric», они до последнего времени использовались только для сигнальных указателей малой интенсивности. Но специалисты считают их весьма перспективными источниками света. Сейчас ученые работают над повышением яркости света, коэффициента полезного действия (он составляет 10 %) и снижением стоимости. Эти работы позволяют надеяться, что светодиоды со временем будут использованы для освещения.

Выбор лампы накаливания должен обязательно начинаться с проверки маркировки. Нельзя судить о качествах ламп по габаритам колбы, форме, размерам нити накаливания и т. п. Почему? Да потому, что не проверить маркировку — значит рисковать целостностью своих глаз, лица, рук.

Маркировку (рис. 2) на современные отечественные лампы наносят кругообразно по куполу колбы: 125–135 В 25 Вт 1-81, 230–240 В 100 Вт 1-97. Надпись может быть и в три строчки:

Цифры с буквами «В» или «V» определяет напряжение электротока в проводах вашей квартиры. Домов с напряжением 127 В остается все меньше, но они еще есть. Поэтому в магазинах обычно продаются электролампы на 127 В и на 220 В, v их могут перепутать при продаже. Кроме того в квартирах, которые за последние годы были переведены с напряжения 127 В на напряжение 220 В, могут сохраниться лампы на 127 В.

У лампы на 127 В, вкрученной в патрон, к которому подано напряжение 220 В, может не просто перегореть нить накаливания. Часто сама колба взрывается и рассыпается на мелкие осколки.

Для выбора ламп в магазине воспользуйтесь рекомендациями заводов-изготовителей. Вы их нигде не увидите, потому что в упакованную 100 лампами коробку на заводе вкладывают всего одну инструкцию. А кто покупает сразу коробку ламп? В инструкции сказано: «Если вам приходится менять лампы чаще одного раза в год — значит у вас в квартире повышенное или нестабильное напряжение».

Действительно, особенно в осенне-зимний период года, с 7 до 9 ч и с 17 до 21 ч в будние дни наибольший расход электроэнергии. Электростанции не в состоянии справиться с пиковой нагрузкой и напряжение падает. Поэтому в указанные часы старайтесь до минимума свести потребление электроэнергии. Например, с утра не обязательно, как проснулся, так сразу «врубать» телевизор в комнате, трехпрограммный радиоприемник в кухне, магнитофон в холле и т. п., ко всему еще зажигать свет во всей квартире.

В Германии можно увидеть плакаты: «Когда выключаете напрасно горящую электролампочку — вы тем самым одновременно зажигаете огонь, но только в нужном месте». Жителю Германии вообще трудно понять, почему в комнате горит свет, если в ней никого нет.

Обычно не в «пиковые» часы напряжение в нашей квартире выше чем 127 или 220 В. Поэтому в заводских инструкциях сказано: «При нормальном напряжении сети применяйте лампы с маркировкой 220–230 В, 125–135 В». Должно быть понятно, что лампы с маркировкой 125–135 В только для электросети в 127 В.

В ночное время напряжение, как правило, повышено. Поэтому на лестничных площадках, где лампы горят всю ночь, нужны лампы, рассчитанные на 235–245 В. Но лучше использовать более экономичные люминесцентные лампы, к тому же менее чувствительные к скачкам напряжения.

«Если лампы накаливания служат более двух лет, значит, они горят с недокалом и их эксплуатация неэффективна. В этом случае применяйте лампы, рассчитанные на более низкое напряжение». Имеется в виду, что если колебания напряжения в сети находятся в пределах 220–230 В, но вкручена электролампа с маркировкой 235–245 В, то ее нить будет нагреваться до более низкой температуры и световой поток будет меньше.

Чем больше мощность лампы, тем больше ее световой поток, то есть тем ярче она должна гореть (см. выше). Так оно и будет, если в сети напряжение в пределах, указанных в маркировке ламп. А если лампу с маркировкой «220–230 В 100 Вт» использовать в электросети 127 В, то ее световой поток будет примерно равен световому потоку лампы «125–135 В 40 Вт» из-за недогрева нити. Иногда это делают в трудно доступных местах и лампа служит не 1000 часов, а в 2–3 раза больше. В этом случае стоит заменить лампу накаливания люминесцентными лампами, срок службы которых значительно больше.

При продаже лампы накаливания в магазине обязательно проверяют, зажигается ли она при включении в сеть. Но, покупая лампу, посмотрите еще, не болтается ли спираль, достаточно ли она закреплена, крепко ли сидит колба в цоколе (бывает, что она шатается), цел ли цоколь (в его донце иногда бывают отверстия).

При покупке люминесцентной лампы обратите внимание на штырьки цоколя. Бывает, что они плохо закреплены внутри лампы. Если нажать пальцем на такой штырек, он нагнется. Такая лампа не пригодна к употреблению. В люминесцентных лампах внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором. Но по краям лампы остается прозрачные пояски. Через них можно посмотреть, целы ли спирали внутри лампы. Если новая люминесцентная лампа не зажигается, попробуйте прежде всего заменить стартер. Возможно, что он неисправен.

Какими же факторами следует руководствоваться при установке ламп накаливания в том или ином месте квартиры? Бывает просят: «Вкрутите любую!» Это неверно, ибо и сама лампа и ее эксплуатация обойдутся дорого. Возьмем для примера туалет, потому что его размеры в многоэтажных домах практически не изменялись за последние 100 лет. Если стены его побелены и нижняя часть стен выложена белой плиткой, то достаточно и 25 Вт. Но если лампу и плафон не вытирать от пыли, то потребуется уже 40 Вт. Завесьте стены фотографиями, журнальными репродукциями картин, пустыми коробками от сигарет или примените плитку темной расцветки и уже потребуется лампа в 60 Вт.

Во всех инструкциях к светильникам запрещено применение ламп мощностью более 60 Вт. Чем это вызвано? Давно миновали времена, когда донышко и корпус патрона штамповались из латуни, вкладыши и ободок изготавливались из керамики. Сейчас патроны — из пластмассы. Не следует забывать, что КПД лампы накаливания равно всего 10 %, остальное выделяется в основном в виде тепла. Если в пластмассовый патрон вкрутить лапу 100 ВТ, и колба лампы будет обращена вниз, то тепло пойдет на патрон. Тот начнет подгорать, и нужно вовремя это заметить, иначе возможен и пожар, не говоря о том, что светильник будет выведен из строя. Значит, при колбе, обращенной вниз, разрешено применение ламп в светильнике не более 40 Вт.

При положении колбы лампы вверх возможно применять и лампы 100 Вт, особенно при отсутствии закрытого плафона. При положении колбы горизонтально в светильнике вполне применимо 60 Вт.

Перед вкручиванием лампы светильник следует отключить от сети. Но на всякий случай (вдруг он окажется включенным) при вкручивании лампы накаливания нужно отвернуть голову от лампы, чтобы не быть травмированным, если лампа взорвется.

Существуют нормы общего и местного освещения в различных помещениях. Они даны в люксах (см. выше) Так, для освещений чертежного стола необходима освещенность 500 лк, для чтения, письма, работы и кухонного разделочного стола — 300 лк, для общего освещения комнаты — 200 лк.

Чем больше световой поток лампы, тем выше освещенность. Однако между этими величинами нет прямой зависимости. Например, настольная лампа с отражателем обеспечит большую освещенность стола, чем такая же лампа, вкрученная в потолочный светильник. Поэтому светильники в квартире должны быть расположены рационально. Лампы накаливания мощностью 40–60 Вт в настольном светильнике достаточно для чтения. Для черчения лампа должна иметь мощность 100 Вт. Для общего освещения комнаты используют люстры, в которые можно включить раздельно разные группы ламп. Так, для комнаты площадью 20 м² достаточен свет трехрожковой люстры с лампами накаливания мощностью по 40 Вт. В кухнях для освещения поверхности разделочного стола часто используют низковольтные (12–36 Вт) обычные или галогенные лампы, включаемые через трансформаторы (см. выше). Общая мощность их должна быть 60 Вт. Некоторые отдают предпочтение люминесцентным лампам.

В ванной комнате при обязательном наличии закрытых плафонов из-за повышенной влажности используют светильники у потолка с лампой 40–60 Вт, и светильник у зеркала с лампой 40 Вт.

Компьютер требует хорошего освещения клавиатуры. Для восприятия изображения на мониторе не последнюю роль играет рисунок обоев позади него. Контрастный рисунок обоев, пятна света на стене ухудшают восприятие изображения на экране. Светлые стены и потолок способствуют рассеянному освещению, что предпочтительно для зрения. Однако блики, возникающие на экране монитора, раздражают зрение. Лампы общего освещения с рассеивателями или лампы с матовыми колбами не вызывают бликов на экране монитора.

Выше приведена мощность обычных ламп накаливания. При использовании галогенных или люминесцентных ламп мощность должна быть соответственно скорректирована.

Следует помнить, что местное освещение в помещении должно обязательно сочетаться с общим, чтобы глаза меньше уставали при переводе их от ярко освещенной книги в более темное помещение. Это же правило нужно соблюдать при просмотре телевизионных программ и при работе на компьютере.

Нет смысла перечислять все возможные варианты освещения квартиры. Каждый решает этот вопрос по-своему. Не желательно соблюдать рекомендуемые нормы освещенности