Кпд лампы накаливания и светодиодной лампы: КПД светодиодных ламп

КПД светодиодных ламп

Главная Статьи и обзоры

КПД СВЕТОДИОДНЫХ ЛАМП. Коэффициент полезного действия современных Светодиодных ламп составляет 22%. Кроме высокого КПД, светодиодные лампы могут похвастаться и большой долговечностью, в плоть, до 50000 часов, что в свою очередь эквивалентно 17-ти годам работы, по 8-мь часов в день. Современные Светодиоды обладают достаточной яркостью, что нельзя было сказать о светодиодах прошлого поколения, у которых небольшая яркость существенно ограничивала их применение. В настоящее время,..

КПД СВЕТОДИОДНЫХ ЛАМП. Коэффициент полезного действия современных Светодиодных ламп составляет 22%. Кроме высокого КПД, светодиодные лампы могут похвастаться и большой долговечностью, в плоть, до 50000 часов, что в свою очередь эквивалентно 17-ти годам работы, по 8-мь часов в день. Современные Светодиоды обладают достаточной яркостью, что нельзя было сказать о светодиодах прошлого поколения, у которых небольшая яркость существенно ограничивала их применение.

В настоящее время, после того, как был решен вопрос о яркости Светодиодов, их популярность резко возросла. Несмотря на высокую стоимость Светодиодных ламп, но благодаря высокому КПД, сроку эксплуатации и существенной экономии на электроэнергии и монтажных работах светодиоды завоевывают все большую и большую популярность. Кроме того, большой эксплуатационный ресурс светодиодных ламп позволяет устанавливать их в труднодоступных местах, особенно это актуально при использовании Светодиодов в ИНТЕРЬЕРНОМ ОСВЕЩЕНИИ. За более чем 130-ти летнюю историю, лампы накаливания, доминирующие все это время в мире светотехники, обладали большим количеством недостатков: это и хрупкая нить, способная выйти из строя во время встряски, и большим процентов выхода тепла, что значительно снижает соотношение полезной мощности к световому потоку. КПД обычных ламп накаливания составляет всего, 2.6%. Более продвинутая, в технологическом смысле, люминесцентная лампа обладает несколько большим КПД, составляющим 8. 7%, так же внесла существенную лепту в экономию электроэнергии. Применение люминесцентных ламп выявило несколько существенных недостатков: это и короткий срок эксплуатации в реальных условиях, возможное мерцание, и возможный отказ во включении при низких температурах, а также мигание при недостатке напряжения. Кроме того, перегоревшие люминесцентные лампы нуждаются в специальной утилизации. Люминесцентные лампы крайне негативно относятся к прерывистому циклу эксплуатации, включение-выключение.

Фото: Светодиодные лампы

Светодиодные лампы обладают высоким КПД, низким потреблением электроэнергии и большим сроком эксплуатации, ярким светом, отличной освещенностью и отсутствием мерцания. Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам

Светодиодные лампы получают все большее и большее распространение, особенно часто их используют во Встраиваемых светильниках. Компания Professional Light and Sound предлагает вашему вниманию большой ассортимент современных Светодиодных светильников и СВЕТОДИОДНЫХ ПРОЖЕКТОРОВ ДЛЯ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ высокого качества по приемлемой цене, на базе качественных светодиодных ламп (См: СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ).

Также на нашем сайте вы можете посмотреть и другую информацию, которая может вас заинтересовать, а наши специалисты в свою очередь, окажут вам любую техническую поддержку:

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ЗВУКОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ КАРАОКЕ-СИСТЕМЫ, СИСТЕМЫ ОПОВЕЩЕНИЯ PUBLIC ADDRESS, DJ ОБОРУДОВАНИЕ, HI-FI АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, HI-FI КОМПОНЕНТЫ, АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ДИСКОТЕК, ЗВУКОУСИЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКТЫ, КОМПЛЕКТЫ ДОМАШНИХ КИНОТЕАТРОВ, МИКРОФОНЫ, МИКШЕРНЫЕ ПУЛЬТЫ, ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ ОБРАБОТКИ ЗВУКА, РАДИОСИСТЕМЫ, СВЕТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ.

Позвоните нам, и мы предложим комплексное решение: +74956698624, E-mail: info@pls-msk.

ru.

Принцип действия, устройство, характеристики и КПД лампы накаливания

Щелчок выключателя — и темная комната вмиг преобразилась, стали видны детали мельчайших элементов интерьера. Так мгновенно распространяется энергия от маленького устройства, заливая светом все вокруг. Что же заставляет создавать такое мощное излучение? Ответ сокрыт в названии осветительного прибора, который именуется лампой накаливания.

История создания первых осветительных элементов

Истоки возникновения первых ламп накаливания восходят к началу XIX столетия. Вернее сказать, лампа появилась чуть позже, но эффект свечения платины и угольных стержней под действием электрической энергии уже пытались наблюдать. Перед учеными возникло два сложных вопроса:

• нахождение материалов высокого сопротивления, способных раскаляться под воздействием тока до состояния излучения света;
• предотвращение быстрого сгорания материала в воздушной среде.

Наиболее плодотворными в этой области стали исследования и изобретения русского ученого Александра Николаевича Лодыгина и американца Томаса Эдисона.

Лодыгин предложил использовать в качестве элемента накаливания угольные стержни, которые находились в герметичной колбе. Недостатком конструкции была сложность выкачки воздуха, остатки которого способствовали быстрому сгоранию стержней. Но все же его лампы горели несколько часов, а разработки и патенты стали основой для создания более долговечных устройств.

Американский ученый Томас Эдисон, ознакомившись с работами Лодыгина, сделал эффективную вакуумную колбу, в которую поместил угольную нить из бамбукового волокна. Также Эдисон снабдил цоколь лампы резьбовым соединением, присущим современным лампам, и изобрел множество электротехнических элементов, таких как: штепсельный разъем, плавкий предохранитель, поворотный выключатель и многое другое. КПД лампы накаливания Эдисона был маленьким, хотя она могла работать до 1000 часов времени и получила практическое применение.

Впоследствии вместо угольных элементов было предложено использовать тугоплавкие металлы. Нить из вольфрама, применяемая в современных лампах накаливания, также была запатентована Лодыгиным.

Устройство и принцип действия лампы

Конструкция лампы накаливания принципиально не изменяется уже более сотни лет. Она включает в себя:

• Герметичную колбу, ограничивающую рабочее пространство и наполненную инертным газом.
• Цоколь, который имеет спиральную форму. Он служит для удержания лампы в патроне и электрического соединения ее с токоведущими частями.
• Проводники, ведущие ток от цоколя к спирали и удерживающие ее.
• Спираль накаливания, нагревание которой и создает излучение световой энергии.

Когда электрический ток проходит через спираль, она мгновенно нагревается до высочайших температур вплоть до 2700 градусов. Это обусловлено тем, что спираль имеет большое сопротивление току и на преодоление этого сопротивления расходуется много энергии, которая выделяется как тепло. Тепло раскаляет металл (вольфрам), и он начинает излучать фотоны света. Благодаря тому что колба не содержит кислород, в процессе нагрева не происходит окисление вольфрама, и он не перегорает. Инертный газ удерживает частички раскаленного металла от испарения.

Что такое КПД лампы накаливания

Коэффициент полезного действия показывает, какой процент затраченной энергии преобразуется в полезную работу, а какой нет. В случае лампы накаливания КПД невелик, так как всего 5-10% энергии идет на излучение света, остальная выделяется в качестве тепла.

КПД первых ламп накаливания, где телом накала выступал угольный стержень, был еще меньшим по сравнению с современными устройствами. Это обусловлено дополнительными потерями на конвекцию. Спиральные нити накала имеют более низкий процент этих потерь.

КПД лампы накаливания напрямую зависит от температуры нагрева спирали. Стандартно спираль лампы 60 Вт нагревается до 2700 ºС, при этом КПД всего 5%. Можно поднять величину нагрева до 3400 ºС, повысив напряжение, но это снизит срок службы устройства более чем на 90%, хотя лампа засветит ярче, и КПД возрастет до 15%.

Неправильно думать, что увеличение мощности лампы (100, 200, 300 Вт) ведет к увеличению КПД только потому, что повысилась яркость устройства. Лампа стала светить ярче за счет большей мощности самой спирали, а вследствие и большей световой отдачи. Но затраты энергии также возросли. Поэтому КПД лампы накаливания 100 Вт будет также в пределах 5-7%.

Разновидности ламп накаливания

Лампы накаливания бывают различного конструктивного исполнения и функционального назначения. Они делятся на осветительные приборы:

• Общего применения. К ним относятся лампы бытового использования разной мощности, рассчитанные на сетевое напряжение в 220 В.
• Декоративного исполнения. Имеют нестандартные типы колб в виде свечей, сфер и других форм.
• Иллюминационного типа. Маломощные лампы с цветным покрытием для создания красочных иллюминаций.
• Местного назначения. Устройства безопасного напряжения до 40 В. Применяют на производственных столах, для освещения рабочих мест станков.
• С зеркальным покрытием. Лампы, создающие направленный свет.
• Сигнального типа. Служат для работы в приборных панелях различных устройств.
• Для транспорта. Широкая линейка ламп повышенной износостойкости и надежности. Характеризуются удобной конструкцией, предполагающей быструю замену.
• Для прожекторов. Лампы повышенной мощности, доходящей до 10 000 Вт.
• Для оптических устройств. Лампы для кинопроекторов и аналогичных устройств.
• Коммутаторные. Применяемые в качестве сегментов индикатора цифрового отображения измерительных приборов.

Положительные и отрицательные стороны ламп с телом накала

Осветительные устройства накального типа имеют свои особенности. К положительным можно отнести:

• мгновенный розжиг спирали;
• экологическую безопасность;
• небольшие размеры;
• приемлемую цену;
• возможность создавать устройства разной мощности и величины рабочего напряжения как переменного, так и постоянного тока;
• универсальность применения.

К отрицательным:

• низкий КПД лампы накаливания;
• чувствительность к скачкам напряжения, снижающим срок эксплуатации;
• малое время рабочих часов, не превышающих 1000;
• пожароопасность ламп из-за сильного нагрева колбы;
• хрупкость конструкции.

Другие типы осветительных приборов

Существуют осветительные лампы, принцип действия которых в корне отличается от работы ламп накаливания. К ним относятся газоразрядные и светодиодные лампы.

Дуговых или газоразрядных ламп существует большое множество, но все они основаны на свечении газа при возникновении дуги между электродами. Свечение происходит в спектре ультрафиолета, который потом преобразуется в видимый человеческому глазу посредством прохождения через люминофорное покрытие.

Процесс, происходящий в газоразрядной лампе, включают два этапа работы: создание дугового разряда и поддержание ионизации и свечения газа в колбе. Поэтому все типы таких осветительных приборов имеют систему управления током. Устройства люминесцентные имеют более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с КПД лампы накаливания, но небезопасны, так как содержат пары ртути.

Светодиодные осветительные устройства являются наиболее современными системами. КПД лампы накаливания и светодиодной лампы несравнимы. У последней оно достигает 90%. Принцип действия светодиода основан на свечении определенного типа полупроводника под воздействием напряжения.

Чего не любит лампа накаливания

Срок службы обычной лампы накаливания будет сокращен, если:

1. Напряжение в сети постоянно завышено от номинального, на которое рассчитан осветительный прибор. Это связано с увеличением рабочей температуры тела накала и, как следствие, повышенное испарение сплава металла, приводящего к выходу его из строя. Хотя КПД лампы накаливания при этом будет больше.
2. Резко тряхнуть лампу во время работы. Когда металл раскален до состояния близкого к плавлению, а расстояние между витками спирали уменьшено вследствие расширения вещества, любое механическое, резкое движение может привести к незаметному глазу межвитковому замыканию. Это уменьшает общее сопротивление спирали току, способствует ее большему разогреву и быстрому перегоранию.
3. Произойдет попадание влаги на разогретую колбу. В месте попадания возникает перепад температур, который производит разрушение стекла.
4. Дотронуться пальцами до колбы галогенной лампы. Галогенная лампа является разновидностью лампы накаливания, но имеет значительно большую световую и тепловую отдачу. При касании на колбе остается невидимое жирное пятно от пальца. Под воздействием температуры жир сгорает, образуя нагар, препятствующий теплоотдаче. В результате этого в месте прикосновения стекло начинает плавиться и может лопнуть или вздуться, нарушая газовый режим внутри, что приводит к перегоранию спирали. Галогенные лампы накаливания КПД имеют выше, чем обыкновенные.

Как заменить лампу

Если лампа перегорела, но не разрушилась колба, то заменить ее можно после полного остывания. При этом следует отключить питание. При вкручивании лампы глаза не нужно направлять в ее сторону, особенно если выключить электричество не представляется возможным.

Когда колба лопнула, но сохранила форму, желательно взять хлопчатобумажную ткань, свернуть в несколько слоев и, обхватив ею лампу, постараться удалить стекло. Далее пассатижами с изолированными ручками аккуратно выкрутить цоколь и вкрутить новую лампу. Все операции необходимо проводить при отключенном напряжении питания.

Заключение

Несмотря на то что КПД лампы накаливания составляет мало процентов и у нее появляется все больше конкурентов, она актуальна во многих сферах жизни. Существует даже самая старая лампочка, непрерывно работающая более ста лет. Это ли не подтверждение и увековечивание гениальности мысли человека, стремящегося изменить мир?

Эффективность лампочки | Центр нанотехнологий

Выбор эффективных ламп накаливания — это простой способ сэкономить электроэнергию. В этом упражнении используйте свои чувства, чтобы сравнить эффективность различных лампочек. Почувствуйте тепло, выделяемое лампами накаливания, компактными люминесцентными и светодиодными лампами. См. компоненты, которые производят свет в каждом типе лампы. Затем послушайте звуки макромасштабных моделей, которые представляют тепловые и световые столкновения электронов в каждом типе лампочек — какая из них самая тихая и эффективная?

GOAL:

Посетители поймут, почему лампы накаливания, люминесцентные лампы и светодиоды работают с разным КПД.

МАТЕРИАЛЫ:

• Лампочка с цилиндрическими плафонами.
• Поднос модели лампы накаливания с металлическим шариком
• Лоток для модели люминесцентной лампы с металлическим шаром •
• Лоток модель светодиода (LED) с металлическим шариком

ПРОЦЕДУРА:

Набор:

1. Вставьте ленту с лампочками и разложите модели на подносах. Держите выключатель выключенным, пока посетители не подойдут.

Проведение демонстрации:

1. Включите ленту с лампочками и попросите посетителей провести рукой над каждым цилиндром, чтобы почувствовать разницу в тепле, производимом каждым из них. (Не позволяйте посетителям прикасаться к лампочкам.) Лампа накаливания нагревается, люминесцентная лампа нагревается, а светодиод остается холодным на ощупь. Объясните, что энергия, выделяемая в виде тепла, является потраченной впустую энергией. Выключите полосу лампочки.
2. Снимите цилиндры. (Опять же предупредите посетителей, чтобы они не прикасались к лампочкам, поскольку лампа накаливания может быть горячей.) Попросите посетителей посмотреть на разные лампочки и спросите их, узнают ли они каждый тип ламп.
3. Объясните, что «эффективность» лампочки — это мера того, сколько световой энергии выходит из лампочки по сравнению с количеством электричества (электрической энергии), которое было введено. Лампа со 100% эффективностью преобразует всю электроэнергию светиться и вообще не выделять тепла. Попросите посетителей ранжировать лампочки от самых эффективных до наименее эффективных. Объясните, что светодиод 9КПД 0%, компактная люминесцентная лампа имеет КПД 85%, а КПД лампы накаливания всего 10%.
4. Принесите модели лотков, чтобы продемонстрировать, почему эффективность каждого из них различна. Металлический шар представляет собой электроны в каждом виде лампочек. Объясните, что электроны сталкиваются с другими частицами, и каждое столкновение производит либо свет, либо тепло. Колышки в модели представляют эти другие частицы. Столкновения, которые производят звук, представляют собой потраченную впустую тепловую энергию, а бесшумные столкновения представляют собой производство света.
5. Попросите посетителей понаблюдать за типами бусин в каждом подносе, затем встряхните и послушайте, какой из подносов производит больше звука. Попросите их расположить подносы от самого громкого до самого тихого, а затем спросите их, какой поднос представляет какой тип лампочки. Самый громкий лоток представляет собой самую неэффективную лампу накаливания, а тихий лоток представляет собой самый эффективный светодиод.

Очистка:

1. Убедитесь, что в каждом лотке есть металлический шарик. Вернуть расходные материалы на хранение.

ОБЪЯСНЕНИЕ:

Каждая из трех лампочек на дисплее имеет световой поток 400 люмен, но они требуют разной мощности. Лампа накаливания потребляет 60 Вт, люминесцентная лампа — 7 Вт, светодиодная лампа — 6,5 Вт.

Когда лампа накаливания подключена к источнику питания, электрический ток проходит через металлическую нить (обычно до тех пор, пока нить накала не станет настолько горячей, что начнет светиться. Когда электроны движутся, они сталкиваются с металлическими атомами нити. Энергия каждого столкновения заставляет атомы вибрировать и нагревать их, в результате чего возникает свет. Только 10% энергии, потребляемой лампой накаливания, преобразуется в свет; остальные 90% теряется в виде тепла. Модель подноса представляет столкновения между электронами и атомами нити.

В люминесцентной лампе электрический ток проходит не через нить накала, а через стеклянную трубку, заполненную газообразной ртутью и покрытую изнутри люминофором. Когда электроны сталкиваются с атомами ртути, атомы ртути возбуждаются, излучая невидимый ультрафиолетовый свет. Затем люминофорное покрытие поглощает энергию ультрафиолетового света и флуоресцирует или превращает невидимый свет в видимый. В люминесцентных лампах свет создается смещенными электронами высокой энергии, которые образуются при подаче электрического тока на газообразную ртуть; тепло создается как побочный продукт этих энергичных электронов. Около 85% энергии, потребляемой люминесцентной лампой, преобразуется в свет. Модель подноса представляет столкновения между электронами и атомами ртути.

Светодиодная лампа содержит несколько различных светоизлучающих диодов, каждый из которых излучает свет от полупроводниковой микросхемы с отрицательно заряженной и положительно заряженной клеммами. Когда электроны движутся от отрицательного к положительному, они сталкиваются с положительно заряженными частицами («дырками») и падают с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень. Капля высвобождает энергию в виде света.

Поскольку светодиоды используют электричество более эффективно, чем два других типа ламп (они преобразуют около 90% света), им требуется гораздо меньше энергии для производства того же количества света, что и лампам накаливания или люминесцентным лампам. Модель подноса представляет столкновения между электронами и дырками. Поскольку тип столкновения различается для каждого типа лампочек, попытка их сравнения может показаться сравнением яблок и апельсинов. Самый простой способ подумать о сравнении — это предположить, что независимо от того, какая лампочка, есть электроны, участвующие в столкновениях, которые производят свет или тепло. Грубо говоря, отношение световых столкновений к тепловыделяющим столкновениям в каждой лампочке объясняет ее эффективность.

ЧТО МОЖЕТ СДЕЛАТЬ НЕ ТАК?

Посетители могут прикоснуться к горячим лампочкам и обжечься. Лампы также могут быть разбиты с образованием острых осколков и возможных опасных отходов (для компактных люминесцентных ламп).

ОБЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ:

Может потребоваться замена лампочек (особенно ламп накаливания).

Сравнение светодиодов, компактных люминесцентных ламп и ламп накаливания

Свяжитесь с нами отдел новостей Подписывайся Часто задаваемые вопросы Найдите свою ставку

NOPEC, 11 апреля 2019 г.

Не так давно не было особого выбора при покупке лампочек, кроме мощности. Однако по мере того, как в последние годы технологии добились прогресса, предлагая более энергоэффективное освещение, светодиодные и люминесцентные (КЛЛ) лампы затмевают традиционные лампы накаливания не только по яркости. Вот как эти три типа лампочек сравниваются с точки зрения энергоэффективности, яркости, стоимости и срока службы.

Светодиодная лампа

Светодиоды являются наиболее энергоэффективными лампами, но у них есть много других преимуществ, включая долговечность, яркость и затраты на электроэнергию.

Срок службы большинства светодиодов составляет в среднем 25 000 часов. Если бы вы хотели, чтобы светодиодная лампа работала 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, вам пришлось бы заменять лампочку только каждые 15 лет. Несмотря на то, что постоянно включенный свет приводит к трате энергии, со светодиодами вы не будете тратить свой счет за электроэнергию почти так же сильно, как с другими лампочками. Обычно зажжение светодиода в течение 25 000 часов стоит всего 30 долларов, что намного меньше, чем у компактных люминесцентных ламп и ламп накаливания. Причина в том, что светодиодам требуется меньше ватт для обеспечения высокого уровня яркости.

Единственным недостатком светодиодов является их первоначальная стоимость. Светодиоды, как правило, дороже, чем другие лампочки, и стоят около 4 долларов или меньше за лампочку. Однако, если учесть срок службы и стоимость освещения светодиода, эти лампы могут сэкономить большие деньги в долгосрочной перспективе.

Лампа КЛЛ

Люминесцентные лампы, или КЛЛ, более энергоэффективны, чем лампы накаливания, но не так эффективны, как светодиоды. Средний срок службы компактных люминесцентных ламп составляет около 8 000 часов, тогда как срок службы светодиодов составляет 25 000 часов. Получается, что на каждую покупку светодиода приходится около трех лампочек CFL.

Лампы CLF также потребляют больше энергии и, следовательно, стоят больше денег. Для достижения того же уровня яркости, что и у светодиода, требуется примерно вдвое больше ватт, а его работа в течение 25 000 часов будет стоить около 50 долларов. Тем не менее, первоначальная стоимость КЛЛ составляет около 2 долларов за лампочку, что примерно вдвое меньше стоимости светодиода.

Лампа накаливания

Эта традиционная лампочка является одной из худших с точки зрения энергоэффективности. Лампы накаливания обычно служат всего 750 часов по сравнению с более долговечными светодиодными лампами и КЛЛ.

Эти лампочки также требуют гораздо больше ватт и электричества. Если бы вы зажигали лампочку накаливания в течение 25 000 часов, это стоило бы 169 долларов, по сравнению с 30 долларами, чтобы зажечь светодиод.