Устройство и особенности галогенных ламп

Галогенка — это классическая лампа накаливания “на максималках”. Обе имеют одинаковое строение, и излучают свет по одному и тому же принципу. Появились они почти одновременно. Развивались тоже “ноздря в ноздрю”. Используются для организации общего освещения, хотя чаще галогенные светильники — это источники направленного света (точечные потолочные и настенные, автомобильные фары, студийные и уличные прожекторы). Из этого материала вы узнаете что такое галогенная лампа, её преимущества и недостатки, характеристики, виды, особенности выбора и эксплуатации.

Что такое галогеновая лампа?

Галогенная лампа — это источник искусственного света, получаемого за счёт свечения раскалённого до 3000 градусов по Цельсию тела накала в среде паров галогена. Тело накала представляет собой вольфрамовую спираль. Точно такая же используется в простых лампах накаливания. Пары галогена — это бром или иод. В них заключается фишка технологии, и именно галогеновая среда делает лампы этого типа лучше, чем обычные.

Основное отличие от ламп накаливания, которое можно увидеть невооружённым глазом — это размеры колбы. У галогенок она всегда маленькая. У больших по размерам ламп можно увидеть две колбы — внешняя служит для защиты основной от механических повреждений и неоднородностей. Это обусловлено повышенной чувствительностью оболочки галогеновой лампы. Работают они в более экстремальном температурном режиме, при повышенном давлении внутри.

Вторая отличительная особенность, которую можно увидеть визуально — это яркость и цветовая температура галогеновых светильников. При равной мощности светят они ярче, чем лампы накаливания. При этом размеры лампочки намного компактнее, что существенно расширяет возможности использования. Галогеновый свет получается более приближённым к белому дневному, а коэффициент цветопередачи близок к эталонному.

История изобретения

Эффект, на котором базируется принцип работы галогеновых лампочек, был открыт в 1915 году американским химиком Ирвингом Ленгмюром. Он проводил исследование процессов адсорбции газов на твёрдых поверхностях. Для этого учёный использовал источник света, в котором было две вольфрамовые спирали. Работали они в среде галогеновых паров. Включая только одну спираль, он обнаружил, что холодная (выключенная) вольфрамовая нить постепенно истончалась вплоть до того, что исчезала полностью. Раскалённая же спираль, наоборот, становилась толще. Из этого опыта химик сделал вывод, что горячая спираль в среде галогена накапливает вольфрам, который испаряется с холодной нити.

Устройство и принцип работы

Поскольку галогенка является по сути лампой накаливания, она имеет аналогичное устройство и состоит из следующих элементов:

1. Тело накала — нить из тугоплавкого металла (как правило, используется вольфрам) в форме спирали, закреплённая на арматуре. Последняя служит для фиксации спирали, а также для подачи на неё электроэнергии.
2. Колба — оболочка из жаропрочного стекла, способного выдерживать жёсткий температурный режим. Выполняется минимальных размеров, что повышает эффективность происходящих внутри процессов. Колба герметичная.
3. Цоколь — служит для фиксации лампы в патроне, а также для её питания. В зависимости от вида галогенки может быть резьбовым, штырьковым, байонетным. Достаточно распространены лампочки, у которых нет цоколя, как такового. Питание на тело накала подаётся через выведенные наружу “усики”, которые прижимаются к ответным контактам в патроне за счёт подогнанной формы колбы.

Эти три элемента — базовые для любой галогеновой лампочки накаливания. Дополнительно в зависимости от типа источника могут присутствовать такие детали, как внешняя защитная колба, светоотражатель, оболочка со светопрозрачным матовым или другим покрытием. Все эти элементы не являются обязательными и служат исключительно для удобства использования и повышения эффективности работы галогеновой лампы.

Принцип работы галогенной лампы следующий. При подаче питания электрический ток протекает через тело накала, за счёт чего оно раскаляется до температуры порядка 3000 градусов по Цельсию. Спираль превращается в источник света и лампа, собственно, светит. Но самое интересное происходит внутри галогенки.

Когда вольфрамовая нить раскаляется, молекулы металла интенсивно испаряются с её поверхности. В случае обычной лампочки накаливания испарённый вольфрам, достигая стенок стеклянной оболочки, оседает на ней. Это происходит потому, что колба разогревается до меньших температур, чем спираль. Поскольку внутри галогенки закачана смесь газов — галоген, агрон и остаточный кислород — происходит соединение вольфрама с галогенами на молекулярном уровне. Эти соединения свободно перемещаются внутри колбы, попадая на поверхность раскалённого тела накала. За счёт высокой температуры молекулярные связи разрушаются, и молекулы чистого вольфрама оседают на спирали. Галоген же возвращается обратно в свою среду, “подхватывая” новые испарившиеся молекулы вольфрама. Процесс повторяется бесконечно.

В результате возвращения молекул вольфрама спираль внутри лампы частично самовосстанавливается. За счёт этого ощутимо увеличивается срок службы галогеновых ламп. При работе в обычном режиме они служат порядка 2-4 тысяч часов, что в 2-4 раза дольше, чем лампы накаливания. Кроме того, наличие галогена внутри колбы позволяет сильнее раскалять вольфрамовую спираль, получая более яркий и приближённый к дневному белому свет.

Применение

Для освещения уже давно существуют более энергоэффективные технологии, чем галогеновый свет. Взять те же светодиоды или КЛЛ — компактные люминесцентные лампы. Между тем, галогенки пользуются популярностью, так как стоят намного дешевле, и могут работать без преобразователей как от постоянного, так и от переменного напряжения. К тому же, галогенки наравне с лампами накаливания можно без доработок подключать в сеть через управляющие яркостью диммеры. Без проблем они также работают совместно с выключателями, у которых предусмотрена подсветка.

Наибольшее распространение галогенки получили в автомобильной сфере. Они компактные, ярко светят, обладают отличной цветопередачей, и служат дольше, чем лампочки накаливания, дающие тускловатый жёлтый свет. Последние, если и применяются, то только в фонарях, от которых не требуется яркого свечения. Они устанавливаются в указателях поворотов, габаритных огнях, стоп-сигналах. Нецелесообразно использовать галогенки и в качестве подсветки приборной панели, салона, багажника.

Хорошо зарекомендовали себя мощные галогеновые лампы в прожекторном освещении, где требуется супер яркий направленный свет. Из этих же соображений они встречаются в кинопроекционной аппаратуре, оборудовании для флексографической печати, шелкографии. Ещё галогенки встраиваются в приборы для сушки и экспонирования.

В некоторой технике галогеновые лампы используются в качестве источника тепла, а не света. Они работают при более низких температурах, благодаря чему излучают больше инфракрасного, чем видимого света. Такие можно увидеть в микроволновых печах с функцией гриля, электроплитах, паяльных станциях.

В быту галогенки тоже нередки, поскольку доступны в разных исполнениях, и стоят не намного дороже, чем лампочки накаливания. К тому же, конструкторы осветительной техники используют компактность и повышенную светоотдачу этих источников. Несколько лет назад лампочки накаливания было модно менять на галогеновые, так как они светили ярче, потребляли меньше, и давали более белый свет. Сегодня, конечно, это уже не очень актуально, так как есть светодиодные технологии.

Разновидности

Лампы этого типа выпускаются промышленностью в самых разных вариациях. Различия есть в колбе, цоколях, покрытии вынесенной колбы, наличии отражателей. Производятся модели, рассчитанные на низковольтное и стандартное сетевое питание. Есть и прогрессивные варианты — IRC галогенки, которые намного эффективнее обычных.

Рассмотрим основные разновидности галогеновых источников света:

• линейные;
• капсульные;
• с отражателем;
• с двойной или вынесенной колбой;
• низковольтные;
•  IRC.

Линейные

Линейные галогенные лампы — имеют колбу в виде длинной тонкой трубки, через которую протянута вольфрамовая спираль. Для надёжности она в нескольких точках закреплена на проволочной арматуре. Выводы для питания находятся на противоположных торцах лампы. Для них есть соответствующие цоколи. В зависимости от мощности они отличаются по размеру.

Используются такие в прожекторах, фотовспышках, студийном освещении. Ранее повсеместно встраивались в уличные прожекторы, которые устанавливались в частных дворах, кафе, парках, зонах отдыха. Сейчас чаще встречаются аналоги со светодиодными матрицами.

Капсульные

Капсульные галогенки — это компактные лампочки с выводными цоколями в виде усиков. Как правило, рассчитанные на питание от 12 вольт. Используются для подсветки, в настольных лампах, точечных светильниках. Есть и высоковольтные модели, встраиваемые в бытовые светильники.

С отражателем

Встречаются как в бытовом освещении, так и в автомобильном. В лампочках для автомобильных фар отражатель встроен непосредственно в колбу и находится рядом со спиралью. При этом, отражатель ориентируется не в ту сторону, куда должна светить фара. Отражённый им свет попадает на основной отражатель в фаре, и потому через рифлёное стекло выходит вперёд.

В лампочках для бытового освещения отражатели находятся в корпусе ламп, но за пределами колб. Такие можно увидеть в точечных светильниках, которые используются в интерьерах для организации зонального освещения.

С вынесенной колбой

Такие галогенки выполнены в виде “матрёшки”. Внутри имеется маленькая рабочая колба, в которой работает вольфрамовая спираль в среде галогена. Вторая колба имитирует по форме аналогичные лампочки накаливания. Её назначение — удобство использования, внешний вид и защита рабочей колбы от повреждений и загрязнений. Как правило, изделия этого типа имеют резьбовой цоколь Эдисона с маркировкой Е14 и Е27.

Есть модели с двойной колбой, у которых наружная имеет светопропускающее покрытие. Оно может быть белым матовым или светоотражающим. Задача матового покрытия — рассеивать свет вольфрамовой спирали, за счёт чего на освещаемые поверхности ложатся более мягкие тени. Покрытие отражающего типа служит для концентрации светового потока в одном направлении или в узком секторе.

Низковольтные

К низковольтным галогенкам относятся лампочки, которые рассчитаны на напряжение ниже 48 вольт. Больше всего выпускается 12-вольтовых лампочек, которые используются в автомобилях, мотоциклах, спецтехнике. Для грузовиков и некоторых автобусов выпускаются галогеновые лампочки под напряжение 24 В. Модели на 36 и 48 вольт тоже бывают, но в повседневной жизни такие не используются.

IRC-галогеновые лампы

Технология IRC — это галогенные лампы с покрытием, которое пропускает свет только видимого спектра. Инфракрасное излучение, которое дают все источники с телом накала, отражается этим покрытием. За счёт этого температура внутри колбы увеличивается, и процесс самовосстановления вольфрамовой спирали становится более эффективным. В результате КПД источника света повышается, а ресурс удваивается.

В качестве примера, что это даёт на практике, рассмотрим информацию, предоставленную известной фирмой OSRAM. По заявлениям этого производителя энергопотребление IRC-галогенных ламп ниже на 45%, чем у обычных. Светоотдача составляет порядка 26 люмен на ватт, что всего лишь в два раза меньше, чем у люминесцентных ламп.

Технические характеристики

Для галогеновых ламп применяются те же самые характеристики, что и для других источников электрического света:

• тип цоколя;
• форма колбы;
• рабочее напряжение;
• потребляемая мощность;
• цветовая температура;
• светоотдача.

Остановимся на этих свойствах подробнее.

Тип цоколя и форма колбы

Эти параметры определяют внешний вид галогеновой лампы и сферу её применения. Например, изделия с резьбовыми цоколями типа Е14 и Е27 — используются в быту для организации общего освещения. Для удобства и дополнительной защиты от внешних факторов такие лампы имеют две колбы. Внешняя никак не влияет на происходящие внутри процессы, но дополнительно защищает внутреннюю колбу от повреждений, влаги, жировых загрязнений.

Галогенки часто используются в автомобильных фарах. Внутри колбы имеется сразу две спирали, для каждой из которых предусмотрено отдельное питание. Одна спираль обеспечивает ближний свет фар (её можно различить визуально по индивидуальному отражателю). Вторая предназначена для дальнего света. Маркировка лампочек начинается с буквы “Н”, что означает — галогеновая.

Есть также галогенки без цоколей, с токоведущими выводами-усиками. Форма колбы делается так, чтобы лампочка легко устанавливалась в соответствующий патрон и надёжно в нём удерживалась при эксплуатации. Без видимого цоколя поставляются линейные галогенки. Они имеют форму длинной трубки, через которую проходит вольфрамовая спираль, закреплённая на проволочной арматуре. Такие можно увидеть в уличных прожекторах.

Рабочее напряжение

Рабочее напряжение источника света указывает на то, какое питание необходимо лампочке для работы в номинальном режиме. В массовом использовании встречается два типа ламп — на 220 В и на 12 В. Первые предназначены для бытового использования — в светильниках, люстрах, настольных лампах. Двенадцативольтовые галогенки устанавливаются в автомобильных фарах, противотуманных фонарях. Для организации локального или направленного освещения низковольтные лампы тоже применяются. Чтобы запитывать их от сетевого напряжения 220 В, используются трансформаторные или импульсные блоки питания.

Галогеновые лампы накаливания могут работать как от переменного, так и от постоянного напряжения. При питании от сети, где частота составляет 50 Гц, они не создают мерцающего эффекта, что повышает их ценность, как источника света. Кроме того, как и обычные лампы накаливания, галогенки не очень чувствительны к номинальному напряжению. Они могут спокойно работать в достаточно широком его диапазоне. К примеру, галогенка, рассчитанная на 220 В, может излучать свет при напряжении от 50 до 250 В. Меняться при этом будет только яркость её свечения и потребляемая мощность. Те же люминесцентные или светодиодные источники в таких условиях либо перегорают, либо не запускаются вовсе.

Информация о напряжении, на которое рассчитана галогеновая лампа, обычно указана на цоколе или колбе. Аналогичные данные присутствуют на упаковке. На некоторых лампочках маленького размера нет никакой информации о её параметрах. В таких случаях её надо уточнять у продавца или искать на оригинальной коробке.

Потребляемая мощность

Потребляемая мощность — это мощность галогеновой лампочки, которая работает при номинальном напряжении. Указывается на колбе или упаковке в ваттах. Чем выше этот параметр, тем ярче светит источник. В автомобильных фарах головного света используются сдвоенные галогенки — каждая спираль имеет мощность порядка 50 Вт. Бытовые лампочки продаются с мощностью от 5 до 100 Вт. На промышленных объектах и в специальной аппаратуре устанавливаются и более мощные модели.

Цветовая температура

Обычные лампы накаливания дают свет с цветовой температурой в районе 1800 кельвинов. Его мы называем мягким, тёплым, так как он имеет оранжевый или желтоватый оттенок. Для галогенок нормальной цветовой температурой считается показатель в 3000 кельвинов. Это не дотягивает до натурального дневного света, однако, визуально воспринимается нашим зрением, как нейтральный, а не тёплый.

С повышением цветовой температуры улучшается и цветопередача источника искусственного света. Особенно это ценят владельцы автомобилей — дорожная обстановка в свете галогеновых фар выглядит более информативно и менее утомляюще, чем при лампочках накаливания.

Светоотдача

Этот параметр показывает энергоэффективность источников искусственного света. Измеряется в люксах на ватт. Означает количество или яркость света, которое даёт источник при конкретной потребляемой мощности. У ламп накаливания светоотдача крайне маленькая — единицы люмен на один ватт. У галогенок же этот параметр достигает 10-15 люмен на ватт, что считается неплохим показателем.

Плюсы и минусы

Как и других технологий, у галогенок есть преимущества и недостатки. К плюсам относят отсутствие мерцания, более высокий КПД, чем у ламп накаливания, повышенный ресурс. Галогенки можно делать компактными без компромиссов по мощности и яркости. Они дают более белый свет и имеют индекс цветопередачи близкий к эталонному.

Галогенка — это экологически чистый и безопасный источник света. Для её производства не используются токсические и опасные для здоровья вещества (как, например, металлическая ртуть в КЛЛ). Единственный вред от разрушения такой лампочки — это мелкие осколки стекла.

Основным недостатком принципа, на котором базируется работа галогеновых источников света, является неравномерность процесса восстановления вольфрамовой спирали. Это происходит потому, что тело накала раскаляется неравномерно. Более горячие участки быстрее “обрастают” молекулами вольфрама, тогда как более холодные постепенно становятся тонкими. В итоге наступает момент, когда спираль в самом тонком месте разрывается, и галогенка прекращает работать. Увидеть этот недостаток можно невооружённым глазом, если внимательно рассмотреть галогенную лампочку с близкого расстояния. Её спираль выглядит шероховатой и бугристой.

Если сравнить галогенки с другими источниками света, то недостатков можно насобирать чуть больше. Светоотдача у них в разы меньшая, чем у люминесцентных и светодиодных ламп. Они такие же чувствительные к ударам и вибрациям, как лампочки накаливания.

Не рекомендуется устанавливать галогенки (как и лампы накаливания) в местах, где они могут стать причиной пожара или источником ожогов. Светильники надо ориентировать так, чтобы свет от них не “бил” в глаза, поскольку он отличается сильным слепящим эффектом.

Особенности эксплуатации

Чтобы продлить время работы галогеновых лампочек, придерживайтесь следующих простых рекомендаций:

1. Не приобретайте модели, которые подкупают слишком низкой ценой — ориентируйтесь на известных производителей, представленных ниже.
2. Не спешите устанавливать и включать лампочку сразу после того, как вы принесли её домой — дайте ей отлежаться при комнатной температуре во избежание образования на поверхности колбы конденсата.
3. Ни в коем случае не беритесь за колбу галогенки голыми руками — жир, который на ней останется, приведёт при включении к образования напряжений, и лампа с большой долей вероятности лопнет. Вот почему галогеновые лампы нельзя трогать руками.
4. При установке ламп используйте перчатки или протирайте поверхность тряпкой, не оставляющей ворса.
5. В процессе эксплуатации очищайте периодически колбы ламп от осевшей грязи и пыли — можно применять средства для стёкол (лампу надо выкрутить, почистить, высушить, и только после этого вкручивать обратно)
6. Где есть возможность, пользуйтесь диммерами — плавное включение и работа галогенки с умеренной яркостью продлит срок службы с 2000 часов до 8000 часов.
7. Если галогенка подключена через диммер, периодически давайте ей работать по несколько минут на полной яркости — это улучшит процесс самовосстановления вольфрамовой спирали и продлит срок эксплуатации.

Очевидно не следует подвергать лампочки этого типа механическим нагрузкам, ударам, вибрациям.

Производители

Основными игроками на мировом рынке галогенных ламп являются такие бренды, как:

1. Philips.
2. Osram.
3. Bosch.
4. Hella.
5. Narva.
6. Navigator.
7. Camelion.

Продукция этих компаний славится стабильно высоким качеством и отличными характеристиками, которые соответствуют действительности. Производятся галогенки и многими другими фирмами, включая корейские, тайваньские и, конечно же, китайские. Нельзя сказать, что в этих странах делают только дешёвую низкосортную продукцию. В продаже есть модели с достойным качеством и положительными отзывами. Тем не менее, мы рекомендуем ориентироваться на проверенные десятилетиями бренды из списка выше.

ТОП-5 галогеновых ламп для дома

В качестве заключения — ТОП-5 самых популярных галогеновых лампочек для домашнего освещения.

Navigator 94202

Navigator 94202 — галогенка на 20 Вт под цоколь GU5.3. Цветовая температура 3000К. Свет тёплый белый. Модель со встроенным отражателем. Применяется в точечных светильниках и локальной подсветке.

Camelion 3059

Camelion 3059 — рассчитанная на питание 12 В, с типом цоколя GU5.3. Мощность 20 Вт. Применение — точечные светильники, специальное освещение, зонирование помещений.

Osram 64634 HLX

Osram 64634 HLX — 15-вольтовая галогенная лампочка с улучшенными характеристиками. Заявленная мощность — 150 Вт. Цоколь GZ6.35. Форма колбы — рефлектор. Максимальная цветовая температура — до 3200К.

Philips Refl 60W

Philips Refl 60W — галогенка на 60 Вт под цоколь типа миньон. Колба грибкового вида с отражающим и рассеивающим покрытием. Номинальное напряжение 220 В. Цветовая температура — 3600К. Используется в точечном освещении.

Osram Haloline 114

Osram Haloline 114 — линейная галогенная лампа для прожекторов. Рассчитана на напряжение 220 В. Мощность 230 Вт. Свет белый, тёплый. Повышенная цветопередача. Колба прозрачная. Заявленный срок службы — 2000 часов.