5 Тақырып. Қыздыру шамдары
Қарастырылатын сұрақтар:
1. Галогенді қыздыру шамдары: құрылымдық ерекшеліктері, жұмыс принципі, топтастыруы, пайдалану салалары.
2. Қыздыру шамдардың салыстырмалы энергетикалық балансы.
3. Қыздыру шамдардың жұмыс көрсеткіштерінің торап кернеуінен тәуелділігі.
Дәрістің қысқаша жазбасы:
Қыздыру шамдарының қылсымының температурасын жоғарылатуға, яғни шамның тиімділігін көбейтуге, олардың қызу денесі материалының бөлшектерінің қоршап тұрған ортаға ұшуы кедергі болады. Йод циклді кварц шамдарында қылсым материалының ұшуы жойылмағанмен осы құбылыстың зардабына қарсы күрес әдісі табылған. Әдіс осы типті шамдардың негізгі көрсеткіштерін жоғарылатуға мүмкіншілік берді.
5.1 суретте КГ 220-1000 типті шамның құрылысы көрсетілген. Цилиндр колба 3 жұмсау температурасы 1373 К жоғары болатын кварц шыныдан дайындалады. Колбаның ішінде аз мөлшерде йод енгізілген және ол шамамен 800 ГПа қысымға дейін аргонмен толтырылған. Қызу денесі 4 аса таза вольфрам сымынан моноспираль түрінде жасалынған және түтіктің осі бойына вольфрам сүйемелдермен 5 монтаждалған. Түтікке кірме шамның кварц аяқшаларына 1 дәнекерленген молибден электродтармен 2 орындалған. Электродтар шамның түйіспелік жазық беттеріне 6 дәнекерленген. Шам электр торабына жазық түйіспелік беттерімен косылады.
5.1 сурет – КГ 220-1000 типті галоген қыздыру шамының құрылысы:
1- шамның кварц аяқшалары; 2 - молибден электродтар; 3 - кварц түтік; 4 - моноспираль қызу денесі; 5 - вольфрам сүйемелер; 6 - жазық түйіспелік беттер.
Шамның ішінде мынадай регенерациялық иодтық цикл өтеді. Қызу денесі материалынан ортаға ұшқан вольфрам бөлшектері қылсымнан түтіктің ішкі қабырғасына қарай қозғалады да, сол жерде йодпен қосылып вольфрам йодидін WJ2 құрады. Вольфрам йодиді түтіктің ішкі қабырғасы айналасында температура 523...1473 К болғанда пайда бола алады. Температура осы шектен кем болса вольфрам иодидінің құрылу циклінің толық жүруін камтамасыз етпейді, ал температура шектен жоғары болса иодид ажырайды. Иодид қызу денесі қасында колба төңірегінен бірнеше рет көп диссоцияланады. Сондықтан қылсым қасында йодид концентрациясы колба төңірегіндегіден аз болады. Осы себептен жаңа құрылған йодидтер өздерінің концентрациясы аз келетін моноспиральге қарай көшеді. Жоғары температура аймағына жеткеннен кейін йодид вольфрамға және йодқа ажырайды. Вольфрам спиральге қонады, ал босанған йод қайтадан циклге қатысады.
Регенерациялык циклдың сұлбасы мынадай болады:
колба бетінде вольфрам йодидінің құрылуы;
вольфрамның йодид түрінде спиральге қайта келуі;
қызу денесі төңірегінде йодидтің ажырауы вольфрамның спиральге қонуы және йодтың босауы.
Негізгі жылулық сәулелену заңдары бойынша қыздыру шамдарының маңызды көрсеткіштері (сәулеленуінің спекірлік қүрамы, ағынының мәні, П.Ә.К-і және тағы басқалары) қызу денесінің температурасына байланысты келеді. Бірақ тек қызу денесінің температурасын жоғарылатумен қыздыру шамдарының тиімділігін арттыру өте қиын. Өйткені температура жоғарылаған сайын қызу денесі материалының булану жылдамдығы, яғни оның бөлшектерінің қоршап тұрған ортаға ұшуы көбейеді де шамның қызмет ету мерзімі азаяды. Шамдардың кызу денесі 2400...2800 К дейін қыздырылады. Температура – осы шектен 1 процентке жоғарылағанда қызу денесі материалының булану жылдамдығы екі есе көбейеді.
Газ толтырылған шамдарда вакуум шамдарға қарағанда қызу денесі материалының булану жылдамдығы баяу келеді. Осы себептен қызмет ету мерзімін қысқартпай, қызу денесінің температурасын жоғарылатуға болады. Газ толтырылған қуатты қыздыру шамдарының қызу денесінің температурасы 3000 К-ге дейін болады.
Газда жылу шығынын және қызу денесі материалының булану жылдамдығын азайту үшін қазіргі жалпы мақсатқа арналған шамдарда қызу денесі спираль (шиыршық) түрінде дайындалады. Қос спираль түрінде жасалынған қызу денелерін пайдалану қыздыру шамдарының тиімділігін одан әрі жоғарылатуға мүмкіншілік берді.
Қыздыру шамдарының негізгі сипаттамаларына олардың номинал кернеуі, электрлік қуаты, жарық ағыны, жарық бергіштігі және қызмет ету мерзімі жатады.
Жарық бергіштігі қыздыру шамдарының үнемділігін көрсететін негізгі сипаттамалардың бірі (лм/Вт):
H=F/P
Жарық бергіштігінің мәні қызу денесінің температурасына байланысты келеді. Басқа жағдайлар бірдей болғанда диаметрі үлкен қылсымның температурасы жоғары болуы мүмкін. Демек, басқа жағдайлар бірдей болғанда үлкен қуатты және номинал кернеуі төмен келетін қыздыру шамдарының жарық бергіштігі жоғары болуы керек. Шынында да, 125... 135 В кернеуге арналған 40Вт қызу денесі қос спираль шамның жарық бергіштігі 12,3 лм/Вт болса, ал типі және кернеуі сондай келетін, бірақ қуаты 1000 Вт шамның жарық бергіштігі 19 лм/Вт болады. Кернеуі 215...225 В, қуаты 500 Вт шамның жарық бергіштігі 16,6 лм/Вт болса, ал қуаты сондай, бірақ 127.. 135 В-қа арналған шамның жарық бергіштігі -17,4 лм/Вт.
Жарық бергіштігі әдеттегідей шамдармен қатар, жарық бергіштігі 11...13% -ке жоғарылатылған криптонмен толтырылған шамдарда шығарылады.
Жалпы мақсатқа арналған шамдардың қызмет ету мерзімі, яғни барлық типті қыздыру шамдарының жұмыс істеу мерзімінің орташа шамасы, 1000 сағаттан кем болмайды. Осымен қатар кернеу номинал мәнінде болғанда әрбір шам 700 сағаттан кем жұмыс істемеуі қажет. 750 сағат жұмыс істегеннен кейін шамның жарық ағыны өзінің бастапқы мәнінің 85 пайыздан кем болмауы керек.
Электр торабының кернеуі өзгергенде қыздыру шамының қылсымы арқылы өтетін токтың мәні өзгеруіне байланысты қызу денесінің температурасы, кедергісі және қуаты өзгереді. Осы себептен қылсымның жарықтығы, ал шамның жарық ағыны, жарық бергіштігі және қызмет ету мерзімі өзгереді.
Жалпы мақсатқа арналған қыздыру шамының негізгі сипаттамаларының берілген кернеуге тәуелділігі 5.2 суретте берілген.
5.2 сурет - Қыздыру шамының негізгі сипаттамаларының берілген кернеуге тәуелділігі.
Кернеу ауыл шаруашылық электр қондырғыларында мүмкіндік шекте ауытқығанда қыздыру шамдарының негізгі параметрлерінің қалай өзгеретіндігі 5.1 кестеде келтірілген.
5.1 кесте - Қыздыру шамдарының негізгі параметрлерінің өзгеруі
Кернеудің ауытқу мәні, % |
Куаттың өзгеру мәні, % |
Жарық ағынының өзгеру мәні, % |
Жарық бергіштігінің өзгеру мәні, % |
Қызмет ету мерзімінің өзгеру мәні, % |
-7,5 |
-13,0 |
-27 |
-12 |
+217 |
+2,0 |
+3,0 |
+7 |
+4 |
-25 |
+7,5 |
+ 15,0 |
+30 |
+20 |
-60 |
Бақылау сұрақтары:
Қыздыру галогенды шамынын негізгі тетіктерін атаңыздар.
Шам колбасын толтыруға қандай газдар пайдаланылады?
Қызу денесі қай материалдан дайындалады және не себептен?
Қос спиральді шамдардың жарық бергіштігі не себептен жоғары болады?
Қыздыру шамдарының параметрлері қоректену кернеуіне қалай тәуелді?
Ұсынылатын әдебиеттер:
1. Өтешев Ө.Ө, Сейітов І. А. Электрлік жарықтандыру - Алматы.: Казмемагру, 2000.
2. Жилинский Ю.М., Кумин В.Д. Электрическое освещение и облучение. - М.: Колос,1982.-272 с.
3. Живописцев Е.Н., Косицын О.А. Электротехнология и электрическое освещение. М.: Агропромиздат,1990.-246 с.
4. Козинский В.А. Электрическое освещение и облучение. - М.: Агропромиздат, 1991.-239 с.
5. Справочная книга по светотехнике / Под редакцией Ю.Б. Айзенберга. -М.: Энергоатомиздат,1995.-472 с.