Дуговая лампа - Arc lamp

Ксеноновая лампа с короткой дугой мощностью 15 кВт, используемая в проекционной системе IMAX .
Криптоновая длинодуговая лампа (вверху) показана над ксеноновой лампой-вспышкой . Две лампы, используемые для лазерной накачки , очень различаются формой электродов, в частности катода (слева).

Дуговой лампы или дугу света является лампа , которая производит свет с помощью электрической дуги (также называется вольтовой дуги).

Угольная дуговая лампа, представляющая собой дугу между угольными электродами в воздухе, изобретенная Хамфри Дэви в первом десятилетии 1800-х годов, была первым практическим электрическим светом . Он широко использовался, начиная с 1870-х годов для освещения улиц и больших зданий, пока не был заменен лампами накаливания в начале 20 века. Он продолжал использоваться в более специализированных приложениях, где требовался точечный источник света высокой интенсивности, например, прожекторы и кинопроекторы, вплоть до окончания Второй мировой войны . Угольные дуговые лампы в настоящее время являются устаревшими для большинства этих целей, но они все еще используются в качестве источника ультрафиолетового света высокой интенсивности .

Этот термин теперь используется для газоразрядных ламп , которые излучают свет дуги между металлическими электродами через газ в стеклянной колбе. Обычная люминесцентная лампа - это ртутная дуговая лампа низкого давления. Дуговая лампа ксенона , который производит белый свет высокой интенсивности, в настоящее время используется во многих приложениях , которые ранее использовали дугу углерода, такие , как кинопроекторы и прожектора.

Операция

Дуга является разряд , который возникает , когда газ ионизируется . На лампу подается импульс высокого напряжения, чтобы «зажигать» или «зажигать» дугу, после чего разряд может поддерживаться при более низком напряжении. Для «удара» требуется электрическая цепь с запальником и балластом . ПРА включается последовательно с лампой и выполняет две функции.

Во-первых, при первом включении питания запальник / стартер (который подключен параллельно к лампе) подает небольшой ток через балласт и стартер. Это создает небольшое магнитное поле внутри балластных обмоток. Спустя мгновение пускатель прерывает прохождение тока от балласта, который имеет высокую индуктивность и, следовательно, пытается поддерживать прохождение тока (балласт препятствует любому изменению тока через него); он не может, поскольку больше нет «цепи». В результате на балласте, к которому подключена лампа, на мгновение появляется высокое напряжение; поэтому на лампу поступает это высокое напряжение, которое «зажигает» дугу внутри трубки / лампы. Схема будет повторять это действие до тех пор, пока лампа не станет достаточно ионизированной, чтобы поддерживать дугу.

Когда лампа поддерживает дугу, балласт выполняет свою вторую функцию, ограничивая ток до значения, необходимого для работы лампы. Лампа, балласт и воспламенитель соответствуют друг другу по номинальным характеристикам; эти детали необходимо заменять на те же номиналы, что и у вышедшего из строя компонента, в противном случае лампа не будет работать.

Цвет света, излучаемого лампой, изменяется по мере изменения ее электрических характеристик с температурой и временем. Молния - это аналогичный принцип, когда атмосфера ионизируется высокой разностью потенциалов (напряжением) между землей и грозовыми облаками.

Криптоновая дуговая лампа во время работы.

Температура дуги в дуговой лампе может достигать нескольких тысяч градусов по Цельсию. Внешний стеклянный колпак может нагреваться до 500 градусов Цельсия, поэтому перед обслуживанием необходимо убедиться, что колба достаточно остыла, чтобы ее можно было использовать. Часто, если эти типы ламп выключаются или теряют питание, невозможно повторно запустить лампу в течение нескольких минут (это называется лампами с холодным перезапуском). Однако некоторые лампы (в основном люминесцентные / энергосберегающие лампы) можно повторно зажечь сразу после выключения (так называемые лампы горячего повторного зажигания).

Плазменная дуговая лампа Vortek, изобретенная в 1975 году Дэвидом Каммом и Роем Нодуэллом в Университете Британской Колумбии в Ванкувере, Канада, вошла в Книгу рекордов Гиннеса в 1986 и 1993 годах как самый мощный непрерывно горящий источник света на расстоянии более Мощность 300 кВт или 1,2 миллиона свечей.

Угольная дуговая лампа

Углерода дуговой лампы, снятой крышкой, на момент зажигания. Эта модель требует ручной регулировки электродов.
Электрическая дуга, демонстрирующая эффект «дуги».
Ранние экспериментальные угольные дуговые лампы с питанием от жидких батарей, похожие на лампы Дэви.
Медицинская угольная дуговая лампа для лечения кожных заболеваний, 1909 год.
Саморегулирующаяся дуговая лампа, предложенная Уильямом Эдвардсом Стэйтом и Уильямом Петри в 1847 году.

В популярном использовании термин дуговая лампа означает только угольную дуговую лампу . В дуговой угольной лампе электроды представляют собой угольные стержни на открытом воздухе. Чтобы зажечь лампу, стержни соприкасаются друг с другом, что позволяет при относительно низком напряжении зажигать дугу. Затем стержни медленно раздвигаются, и электрический ток нагревает и поддерживает дугу в зазоре. Наконечники углеродных стержней нагреваются, и углерод испаряется. Углеродный пар в дуге очень светится, что и дает яркий свет. Стержни медленно выгорают при использовании, и расстояние между ними необходимо регулярно регулировать, чтобы поддерживать дугу.

Было изобретено множество оригинальных механизмов для автоматического изменения расстояния, в основном на основе соленоидов . В одной из самых простых механически регулируемых форм (которая вскоре была заменена более плавно действующими устройствами) электроды устанавливаются вертикально. Ток, питающий дугу, последовательно проходит через соленоид, прикрепленный к верхнему электроду. Если концы электродов соприкасаются (как при запуске), сопротивление падает, ток увеличивается, и увеличивающееся усилие от соленоида разъединяет точки. Если дуга начинает гаснуть, ток падает, и точки снова закрываются.

Свеча Яблочкова простая дуговая лампа без регулятора, но у него есть недостатки , что дуга не может быть перезапущена (одноразовое использование) и ограниченный срок службы всего нескольких часов.

История

Концепция освещения угольной дугой была впервые продемонстрирована Хамфри Дэви в начале 19 века, но источники расходятся во мнениях относительно года, когда он впервые продемонстрировал это; Упоминаются 1802, 1805, 1807 и 1809 годы. Дэви использовал угольные палочки и батарею на две тысячи ячеек, чтобы создать дугу через 4-дюймовый (100 мм) зазор. Он установил электроды горизонтально и заметил, что из-за сильного конвекционного потока воздуха дуга образовывала дугу. Он ввел термин «дуговая лампа», который был сокращен до «дуговая лампа», когда устройства вошли в обиход.

В конце девятнадцатого века электрическое дуговое освещение широко использовалось для освещения общественных мест. Склонность электрической дуги к мерцанию и шипению была серьезной проблемой. В 1895 году Герта Айртон написала серию статей для The Electrician , объяснив, что эти явления были результатом контакта кислорода с угольными стержнями, использованными для создания дуги. В 1899 году она была первой женщиной, прочитавшей свою статью перед Институтом инженеров-электриков (IEE). Ее доклад был «Шипение электрической дуги».

Дуговая лампа стала одним из первых коммерческих применений электричества, явления, ранее ограниченного экспериментами, телеграфом и развлечениями.

Углеродно-дуговое освещение в США

Дуговая лампа Examples.jpg

В Соединенных Штатах после 1850 года предпринимались попытки коммерчески производить дуговые лампы, но отсутствие постоянного электроснабжения помешало этим усилиям. Таким образом, инженеры-электрики сосредоточились на проблеме улучшения динамо-машины Фарадея . Концепция была улучшена рядом людей, включая Уильяма Эдвардса Стэйта  [ де ] и Чарльза Ф. Браш . Такие лампы, как свеча Яблочкова, были более распространены только в 1870-х годах . В 1877 году Институт Франклина провел сравнительные испытания динамо-систем. Тот, который был разработан Brush, показал себя лучше всего, и Brush немедленно применил свою улучшенную динамо-машину для освещения дуги, первым из которых стала Публичная площадь в Кливленде, штат Огайо , 29 апреля 1879 года. Несмотря на это, Уабаш, штат Индиана, утверждает, что был первым городом в истории быть зажженным с помощью "Brush Lights". Четыре из этих огней загорелись там 31 марта 1880 года. Вабаш, штат Индиана. Вабаш был достаточно маленьким городом, чтобы полностью освещать его четырьмя огнями, тогда как инсталляция на Публичной площади Кливленда освещала только часть этого большого города. Brush Lights, Кливленд В 1880 году Браш основал компанию Brush Electric .

Резкий и яркий свет был признан наиболее подходящим для общественных мест, таких как Публичная площадь Кливленда, поскольку он примерно в 200 раз мощнее современных ламп накаливания .

Использование дуговых ламп Brush быстро распространяется. В 1881 году журнал Scientific American сообщил, что система использовалась в: 800 светильниках на прокатных станах, сталелитейных заводах, магазинах, 1240 светильниках на шерстяных, хлопчатобумажных, льняных, шелковых и других фабриках, 425 светильниках в крупных магазинах, отелях, церквях, 250 огни в парках, доках и на летних курортах, 275 фонарей на железнодорожных станциях и в магазинах, 130 фонарей в шахтах, на плавильных заводах, 380 фонарей на фабриках и учреждениях различного типа, 1500 фонарей на осветительных станциях, для городского освещения, 1200 фонарей в Англии и другие зарубежные страны. Всего продано более 6000 светильников.

В 1880-х годах произошло три крупных достижения: в 1880 году Франтишек Кржижик изобрел механизм, позволяющий автоматически регулировать электроды. Дуги были заключены в небольшую трубку, чтобы замедлить расход углерода (увеличивая срок службы примерно до 100 часов). Были представлены пламенные дуговые лампы, в которых к угольным стержням были добавлены соли металлов (обычно фториды магния, стронция, бария или кальция) для увеличения светоотдачи и получения различных цветов.

В США патентная защита систем дугового зажигания и усовершенствованных динамо-машин оказалась сложной задачей, и в результате промышленность дугового освещения стала высококонкурентной. Основное соревнование Brush было от команды Элиху Томсона и Эдвина Дж. Хьюстона . Эти двое сформировали American Electric Corporation в 1880 году, но вскоре ее купил Чарльз А. Коффин , переехал в Линн, штат Массачусетс , и переименовал в Thomson-Houston Electric Company . Тем не менее, Томсон оставался главным изобретательным гением, стоящим за патентованием компании усовершенствований системы освещения. Под руководством патентного поверенного Thomson-Houston Фредерика П. Фиша компания защитила свои новые патентные права. Руководство Коффина также привело компанию к агрессивной политике выкупа и слияний с конкурентами. Обе стратегии снизили конкуренцию в отрасли производства электрического освещения. К 1890 году компания Thomson-Houston была доминирующей компанией по производству электротехники в США. Никола Тесла получил патент США 447920 « Метод работы дуговых ламп » (10 марта 1891 г.), в котором описывается генератор переменного тока со скоростью 10000 циклов в секунду для подавления неприятный звук гармоник промышленной частоты, производимый дуговыми лампами, работающими на частотах в диапазоне человеческого слуха.

На рубеже веков системы дугового освещения находились в упадке, но компания Thomson-Houston контролировала ключевые патенты на системы городского освещения. Этот контроль замедлил расширение раскаленных систем освещения, разрабатываемой Томас Эдисон «s Edison General Electric Company . И наоборот, контроль Эдисона над распределением постоянного тока и патентами на генерирующее оборудование заблокировал дальнейшее расширение Thomson-Houston. Препятствие на пути к расширению было устранено, когда две компании объединились в 1892 году и образовали General Electric Company .

В некоторых первых киностудиях для освещения интерьеров использовались дуговые лампы. Одна из проблем заключалась в том, что они излучают настолько высокий уровень ультрафиолетового света, что многим актерам приходилось носить солнцезащитные очки за кадром, чтобы уменьшить воспаление глаз, вызванное ультрафиолетовым светом. Проблему решили, добавив перед лампой лист обычного оконного стекла, блокирующего ультрафиолет. К рассвету «звуковых фильмов» дуговые лампы в киностудиях были заменены другими типами светильников. В 1915 году Элмер Амброуз Сперри начал производство своего изобретения - прожектора с угольной дугой высокой интенсивности . Они использовались на борту военных кораблей всех военно-морских сил в течение 20-го века для сигнализации и освещения врагов. В 1920-х годах угольные дуговые лампы продавались как товары для здоровья семьи, заменяющие естественный солнечный свет.

Дуговые лампы были заменены лампами накаливания в большинстве ролей, оставаясь в только определенных областях применений , такие как кино проекция , followspots и прожектора. Даже в этих применениях обычные угольные дуговые лампы устаревают из-за ксеноновых дуговых ламп , но они все еще производились как прожекторы, по крайней мере, в 1982 году и все еще производятся по крайней мере для одной цели - имитации солнечного света в машинах для "ускоренного старения". чтобы оценить, насколько быстро материал может разлагаться под воздействием окружающей среды.

Практика доставки и проецирования кинофильмов на 2000-футовых катушках и использование «переключений» между двумя проекторами была обусловлена ​​тем, что углеродные стержни, используемые в проекторных лампах, имели срок службы примерно 22 минуты (что соответствует количеству пленки в указанном катушки при проецировании со скоростью 24 кадра в секунду). Киномеханик заменял угольный стержень при замене катушек с пленкой. Установка с заменой двух проекторов в значительной степени исчезла в 1970-х годах с появлением ксеноновых ламп для проекторов, которые были заменены системами пластин с одним проектором, хотя фильмы по-прежнему будут поставляться в кинотеатры на 2000-футовых катушках.


Смотрите также

использованная литература

Библиография

внешние ссылки