Re: Фары! Ночью ничего не вижу! Помогите!
Итак, попытаюсь разъяснить всем интересующимся принцип увеличения срока службы лампы накаливания при плавном пуске.
В нормальном состоянии вольфрамовая спираль лампы накаливания (для простоты речь идет об обычных бытовых лампах на 220В, но принцип один и тот же) разогрета до температуры около 3000 К, в холодном состоянии - примерно 300 К (примерно комнатная температура, используем абсолютную шкалу температур). Сопротивление металла зависит от температуры:
R=R0(1+at°) или R0aT
где R0 - сопротивление проводника при 0°С=273,15 К;
a - тепловой коэффициент сопротивления, примерно равный 1/273,15 по Кельвину (или на градус Цельсия);
t° - температура по шкале Цельсия;
Т - температура по шкале Кельвина.
При возрастании температуры с 300 до 3000 К в 10 раз увеличивается энергия теплового хаотического движения молекул вещества спирали, и примерно во столько же раз увеличивается сопротивление металла электрическому току (согласно закону Ома R=U/I, где U-напряжение, В; I-сила тока, А). Таким образом, в момент влючения имеем десятикратное превышение номинального тока, т.е., спираль лампы работает в режиме значительной перегрузки, подвергаясь при этом как тепловому разрушению (интенсивное испарение частиц металла спирали), так и механическому (в нити накаливания, закрученной спиралью, возникают значительные электромагнитные силы, которые могут разорвать нить). Именно поэтому в 9 случаях из 10 перегорание спирали происходит в момент включения, т.е., броска тока с десятикратным превышением номинального. Процесс разогрева спирали занимает время порядка нескольких десятых долей секунды, ввиду небольшой массы активного тела и, соответственно, небольшой тепловой инерции спирали. Если ограничить пусковой ток в момент включения, то будет исключен бросок тока в холодную нить, и мы получим увеличение срока службы лампы в несколько (обычно в 5-10, зависит от конкретного экземпляра лампы, было и до 20) раз.
Ограничение тока традиционно достигается двумя методами. Это:
1. Постоянная работа в режиме преднакала, т.е., постоянные подогрев спирали небольшим током до температуры порядка 200-500 °С (обычно это питание напряжением порядка 10-30% от номинального). В этом случае исключен токовый бросок на самом невыгодном температурном участке. Такой способ широко применялся в узких кругах радиолюбителей, занимающихся ремонтом телевизоров, т.к. он значительно продлял срок службы нити накала электронной пушки кинескопа, неисправность которой вызывала необходимость замены или восстановления всего кинескопа, что всегда было весьма дорогостоящей процедурой. Причем, стоимость потребленной на преднакал электроэнергии на несколько порядков компенсировалась увеличением (в разы) срока службы кинескопа.
2. Режим плавного пуска, т.е., постепенного линейного повышения напряжения в момент включения, от 0 до номинального, в течение 0.5-2 сек, в зависимости от мощности (т.е., тепловой инерции рабочего тела) защищаемой нагрузки. В цепях переменного тока реализовался простой тиристорной схемой, зарекомендовавшей себя, как достаточно надежная. Исследований никто не проводил, но по увеличению срока службы, можно предположить, что при включении лампы, ни в один из моментов не происходит превышения тока через спираль, относительно номинального. Это моя гипотеза, которая косвенно подтверждается как раз примерно 10-кратным увеличением срока службы лампы, что соотносится с 10-кратным превышением номинального тока в момент обычного, "холодного" запуска.
Таким образом, плавный пуск реально в несколько раз увеличивает срок службы лампы накаливания, что подтверждено практической эксплуатацией схем плавного пуска и постоянного преднакала.
Но.
Это для бытовых ламп. В случае с автомобильными фарами все не так просто.
На заводе, при расчете толщины и формы спирали, делают так, чтобы до окончания расчетного срока службы лампы, спираль успела испариться до определенного предела, за которым резко снижаются характеристики лампы. При искусственном увеличении срока службы, происходит значительное, сверх расчетного, испарение нити спирали, что не столь критично в бытовых лампах, но имеет достаточно большое значение в лампах автомобильных. Потому что:
1. Колба автомобильной лампы значительно меньше, следовательно, на отдельно взятую единицу площади будет осаждено гораздо больше молекул спирали (здесь можно проводить прямую аналогию с бытовыми лампами, т.к. мощности примерно одного порядка). Следовательно, будет наблюдаться значительное снижение светопропускной способности колбы.
2. Истонченная спираль крайне восприимчива к механическим нагрузкам и зачастую рвется от легкого сотрясения лампы. Как вы понимаете, лампочка в люстре и в автомобильной фаре имеют несравнимую разницу по количеству сотрясений. Поэтому, 10-кратного увеличения срока службы ждать не стоит, даже с учетом того, что спираль в автолампе гораздо более жесткая, чем в бытовой.
3. Спираль начнет провисать и трястись, что приведет ее к выходу из фокуса рефлектора и нарушению регулировки фар.
4. Самое главное. Истонченная спираль имеет сопротивление больше номинального, следовательно, выделяет меньшую мощность. В результате, значительно снижается светоотдача, которая подчиняется закону Стефана-Больцмана:
Rэ=sТ4
где Rэ - энергетическая светимость, Вт/м2;
s - постоянная Стефана - Больцмана 5,67 х 10-8, Вт/(м2К4);
Т - абсолютная температура, К.
Таким образом, снижение температуры спирали на, к примеру, 10% приводит к снижению излучаемой мощности аж на 35%. Температура, как мы помним, обратно пропорциональна сопротивлению; и пропорциональна силе тока и выделяемой на рабочем теле мощности. Это, кстати, к вопросу о сопротивлении переходных цепей в проводке питания головных фар - снижение напряжения в фарах на те же 10% (скажем, с 14В до 12.6В) снижает светоотдачу более чем на треть. Но это еще не все. Согласно закону смещения Вина, снижение абсолютной температуры излучателя приводит к сдвигу максимума спектральной плотности излучения в "красную" - более длинноволновую область, которая менее благоприятна для восприятия человеческим глазом, т.е., субъективно, светоотдача снижается еще больше.
Таким образом, подводя итог. Плавное включение действительно может продлить срок службы ламп. Но при этом, по истечении примерно 1.5-3 номинальных сроков службы, светоотдача лампы значительно упадет. Иными словами, лампа будет жить долго, но хренооово, и вы замените ее гораздо раньше, чем она перегорит - а именно, в тот момент, когда ночью поймете, что фары-то того, ващще не светят.
Надеюсь, вопрос по плавному включению раскрыт полностью.