Дуговая лампа

Дуговая лампа

ДУГОВАЯ ЛАМПА, первый по времени электрический источник света, в котором для целей освещения использовано явление вольтовой дуги, открытое в 1802 г. профессором В. В. Петровым и позднее, в 1808 г., английским физиком Деви. Для образования дуги концы электродов (угли) дуговой лампы должны быть приведены в соприкосновение и затем раздвинуты. При сгорании углей дуга начинает удлиняться, свет ее становится неровным, мигающим, слышно своеобразное шипение, и, когда расстояние между электродами превзойдет известную величину, дуга разрывается. Для восстановления дуги необходимо снова сблизить электроды до соприкосновения и затем раздвинуть.

В фонарях, снабженных дуговыми лампами, регулирующий горение дуги механизм должен для сохранения непрерывного света, исполнять следующие функции: 1) сближать автоматически положительный и отрицательный угли по мере их сгорания так, чтобы длина дуги оставалась постоянной; 2) сближать их при зажигании дуги и при случайном ее затухании; 3) когда дуга загорится, раздвигать угли на расстояние, строго определенное для данного дугового фонаря. Современные автоматические регуляторы основаны на электромагнитных действиях рабочего тока на сердечник соленоида или электромагнита. В зависимости от способа включения обмоток электромагнитов относительно дуги, регуляторы разделяются на последовательные, шунтовые и дифференциальные.

Схема последовательного регулятора изображена на фиг. 1, где S - обмотка электромагнита включена последовательно с дугой. Пружина Р, прижимая верхний положительный уголь k к нижнему отрицательному углю, дает возможность лампе при включении загореться. Когда дуга загорится, ток намагничивает сердечник электромагнита, который притягивает пластинку D.

Схемы последовательного и шунтового регуляторов дуговой лампы

Последовательная дуговая лампа регулирует на постоянную силу тока, т. к. электромагнит S должен питаться током постоянной силы, чтобы уравновешивать постоянную силу натяжения пружины Р. Дуговую лампу с последовательным регулированием можно включать только в одиночку, т. к. при соединении нескольких ламп сила тока устанавливалась бы соответственно сопротивлению всех включенных ламп, а не сопротивлению одной в отдельности.

В шунтовых регуляторах электромагнит для образования и регулирования дуги включают параллельно с дугой (фиг. 2). При таком способе включения лампа регулирует на постоянное напряжение. Дуговые лампы с шунтовым регулятором употребляются гл. образом при небольшом числе последовательно включаемых в каждую группу ламп.

Дуговая лампа с дифференциальным регулятором (фиг. 3) представляет собою комбинацию лампы последовательной с шунтовой.

Дуговая лампа с дифференциальным регулятором

Соленоид S регулирует на силу тока, а S1 - на напряжение. Дифференциальная лампа регулирует на постоянство отношения напряжения к силе тока, т. е. на постоянство сопротивления; применяется при любом числе включаемых ламп для последовательного и параллельного соединения. Дуговые лампы с регуляторами, основанными на свойстве втягивания железного сердечника в соленоид, пригодны как для постоянного, так и для переменного тока. Сердечники таких ламп д. б. собраны из тонких изолированных друг от друга листов железа, во избежание больших потерь на токи Фуко и гистерезис.

Дуговые лампы, предназначенные исключительно для переменного тока, бывают с регуляторами, основанными: 1) на электромагнитном отталкивании, 2) на электромагнитном вращении. В дуговых лампах применяются угольные электроды.

Для получения спокойной работы дуговой лампы и поглощения излишнего напряжения последовательно с ней включают т. н. добавочные, или успокоительные, сопротивления. При наличии добавочного сопротивления сила тока в цепи дуговой лампы будет зависеть не только от переменного кажущегося сопротивления дуги (изменения длины), но и от некоторого постоянного сопротивления, которое выполняется в виде обычного омического сопротивления или индукционного сопротивления (дросселя). Проволока в добавочном сопротивлении наматывается на фарфоровый цилиндр с продольными выемками для охлаждения циркулирующим воздухом; передвижное кольцо позволяет изменять величину добавочного сопротивления; цилиндр закрывается металлическим кожухом. Индукционное добавочное сопротивление для дуговой лампы переменного тока обычно выполняется в виде двух катушек с обмотками из изолированной медной проволоки и подвижным железным сердечником, перемещением которого внутрь катушек изменяется величина кажущегося сопротивления их, вследствие изменения коэффициента самоиндукции. Дроссель прикрывается железным футляром. Сопротивления для включения цепей с дуговой лампой постоянного и переменного тока выполняются в виде реостатов с контактными досками.

Распределение света дуги при постоянном токе и при переменном токе происходит различно. В дуге постоянного тока сгорание положительного угля (3750—4200° К) происходит почти вдвое быстрее отрицательного, и около 85% из получаемого ею светового потока приходится на кратер, около 10% - на отрицательный уголь и около 5% - на дугу. Кривая распределения силы света вокруг дуги при постоянном токе изображена на фиг. 4.

Кривая распределения силы света вокруг дуги

При переменном токе оба конца электродов излучают приблизительно по 47,5% светового потока, при 5% доставляемых самой дугой; кривая распределения силы света изображена на фиг. 5.

Кривая распределения силы света

Чтобы использовать часть светового потока, направленного вверх, обычно на практике применяют отражатели, отражающие вниз верхние лучи кривой. Для дуговых ламп на практике редко применяются прозрачные стеклянные колпаки; обычно берутся б. или м. прозрачные матовые, опаловые или молочные колпаки. Световая отдача дуговых ламп различна; у ламп продолжительного горения она меньше, чем у открытых; к концу горения световая отдача уменьшается вследствие загрязнения продуктами сгорания углей внутренней поверхности колпаков.

Дуговые лампы разделяются на лампы: 1) с открытой вольтовой дугой, образующейся и горящей при свободном доступе воздуха и требующей при большом сгорании углей частой их смены; 2) с закрытой дугой, продолжительного горения, у которых концы углей и дуга заключены в матовый замкнутый колпачок; 3) пламенные, с ограниченным доступом воздуха, при применении углей, пропитанных металлическими солями - для постоянного тока и переменного тока. Яркость кратера положительного угля дуговой лампы постоянного тока достигала 16200 свечей на см2 при температуре около 4200°. О. Люммер, путем повышения давления среды, в которой горит дуга, доводил яркость до 255000 свечей на см2, причем температура кратера доходила до 7600°. Работы Бека (Beck) и Гельгофа (Gehlhoff), а также фирмы Sperry Gyroscop С°, дали возможность установить, что при особом составе пламенных электродов, в которых увеличена плотность тока (300 А при диаметре положительного угля 18,5 мм и диаметре отрицательного угля 16 мм), яркость кратера достигает 114000 свечей на см2. Яркость пламени дуговой лампы с углями интенсивного горения в 6 раз более яркости дуги с обыкновенными углями.

Дуговая лампа включается в сеть последовательно или параллельно. При последовательном включении, для предупреждения перерыва тока, применяются специальные автоматы, которые при погасании одной из ламп или замыкают ее накоротко или вводят вместо нее вспомогательное сопротивление, компенсирующее выбывшую лампу. Дуговые лампы с последовательным регулятором непригодны для последовательного соединения. При параллельном включении, в зависимости от напряжения сети (110—120, 220—240 V), дуговые лампы (40—45 V) соединяются последовательными группами по 2, 3 и более, причем в каждое ответвление включается добавочное сопротивление. В практике установлены напряжения для дуговых ламп в 65, 100—110, 200—220 V и т. д., причем излишки напряжения поглощаются в успокоительном сопротивлении.

Дуговые лампы с электродами не из угля: магнетитовая лампа - разработана фирмой G. Е. С. по идее Штейнмеца для напряжения 75—80 V, для 4,5 и 6,6 А, с мощностью 510 W, с максимальной силой света в 1525 свечей и со световой отдачей 15,9 lm/W; положительный электрод - медный, отрицательный - тонкостенная железная трубка, набитая смесью окисей титана, хрома и магнитного железняка (Fe3O4). Данные о дуговых лампах приведены в следующей таблице.

Данные о дуговых лампах

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 7 - 1929 г.