Каково устройство ксеноновых ламп?

Ксеноновые фары стали очередной ступенью в эволюции автомобильных осветительных приборов. Их появление было обусловлено необходимостью сделать фары автомобиля более мощными и яркими, а также увеличить срок их службы.

История

Своим появлением ксеноновые фары обязаны технологиям газонаполненных и галогеновых ламп.

Ксеноновые лампы получили распространение в середине XX века и использовались для кинопроекторов. В качестве автомобильных фар такие лампы стали использовать в 1991 году. Сложно установить кто первым начал производить ксеноновые фары: по одним сведениям — это фирма Philips, по другим -Bosch .

Устройство

Ксеноновая лампа выглядит как стеклянная колба. Внутри нее находится под большим давлением смесь инертных газов, состоящая из ксенона и солей металла. Помимо этого в колбе расположены два электрода.

Для того чтобы разжечь между ними дугу, на электроды подается высоковольтный импульс напряжения (порядка 25000 В). Горящая лампа требует напряжения намного меньше – 85 В. Собственно, разряд между двумя электродами нужен для того, чтобы вызвать свечение газов.

Кроме того, существуют так называемые биксеноновые фары. Они способны излучать не только ближний или дальний свет, а оба.

Устройство таких фар бывает двух типов. В первом случае, колба двигается под действием электромагнитов(в разных лампах движение происходит либо вверх и вниз, либо вперед и назад), за счет чего образуется два типа освещения. Во втором, между самой лампой и линзой находится заслонка, которая регулирует световой поток, изменяя тем самым параметры излучения.

На автомобиль, который оборудован ксеноновыми фарами, устанавливают специальный блок управления. Он обеспечивает лампы необходимым для них напряжением, в то время как штатное электрооборудование не может с этим справиться.

Вообще, яркость источника света характеризуется цветовой температурой. Например, у Солнца цветовая температура 5000 К, у ксеноновых ламп — 4300 К, а у галогеновых всего лишь 2800 К. Спектр свечения ксеноновых ламп ближе к спектру свечения Солнца, т.

е. дневному свету. Поэтому цвет ксеноновых фар имеет слегка голубоватый оттенок, а у обычных галогеновых — желтоватый.

Достоинства и недостатки

Достоинством ксеноновых ламп является их долговечность. Их срок службы примерно в шесть раз больше, чем у галогеновых, и составляет примерно 3000 часов. Таким образом, эти лампы приходят в негодность после трех-четырех лет использования, в то время как «галогенки» перегорают каждые пол-года.

Еще одно преимущество ксеноновых фар в том, что они значительно лучше освещают дорогу при дожде и тумане. Кроме того, ксенон, в отличие от галогена значительно лучше рассеивается, а значит в меньшей степени ослепляет водителей других автомобилей.

В довершении всего, ксеноновые фары выгодно отличаются от других количеством потребляемой мощности.

К примеру, галогеновая лампа требует минимум 55 Вт, в то время как ксеноновой нужно всего 35Вт. При этом сила света ксенона в два раза больше. Низкая потребляемая мощность влияет на такой бытовой факт как загрязнение стекол фар.

Дело в том, что при длительном свечении фары ее стекло сильно нагревается. На горячем стекле дорожная грязь лучше подсушивается, и соответственно, ее тяжелее потом отмывать. Ксеноновые лампы не допускают перегревания стекла фары и возникновения на нем трещин.

Однако, помимо очевидных преимуществ, ксеноновые лампы обладают и рядом недостатков. Основным минусом “ксенона” является высокая цена.

На цену главным образом влияет необходимость установки дополнительного электрического блока. Сами лампы тоже стоят несколько дороже остальных. Ко всему прочему, меняют их только в паре, так как спектр лампы в ходе эксплуатации изменяется, и если одна будет новой, а другая старой, то светить они будут по-разному.

Еще одним фактором, влияющим на цену, является необходимость установки автоматического корректора угла фар и омывателя. Наличие этих устройств способно обезопасить других водителей от ослепления мощным светом ксенона.

Штраф за ксенон в фарах и противотуманках

Сам по себе ксенон в автомобильных фарах не является основанием для штрафа. Если речь идет о штатных световых приборах, то никаких претензий к владельцу автомобиля, естественно, не будет – наказание предусмотрено только за нештатный и кустарно установленный ксенон в фарах и противотуманках.

Техническое состояние автомобиля (в том числе и его световых приборов) в России регламентируется Основным положением по допуску транспортных средств к эксплуатации.

В этом документе прописан перечень условий и неисправностей, при которых эксплуатация авто запрещена. К ним, в частности, относится и использование «рассеивателей и ламп, не соответствующих типу данного светового прибора» (п. 3.4 Перечня).

Согласно статье 12.5 ч. 3 КоАП РФ, в 2015 году за нарушение этого требования Основных положений предусмотрено лишение прав на срок от 6 месяцев до 1 года. Таким образом, за нештатный ксенон и желание поразить окружающих своими яркими фарами водитель может поплатиться полугодом или даже годом «пешеходной» жизни.

На противотуманки распространяются те же требования, что и на фары головного света. Ксенон в туманках также может закончиться 6-12 месяцами лишения прав.

Обратите внимание, что наличие нештатных и неправильно установленных ксеноновых ламп в фарах и ПТФ (как и светопропускную способность стекол с тонировкой) проверяют инспекторы технического надзора. Выполнить эту проверку они могут только на стационарном посту ГИБДД.

Полезно? Лайкаем и делимся со своими подписчиками!

За последние годы получают все более широкое рас­пространение газоразрядные лампы сверхвысокого дав­ления, в которых используются не пары металлов, а тя­желые газы, в частности ксенон.

Применение ксенона вносит существенные изменения в характеристики этих ламп. Период разгорания в ксеноновых лампах практи­чески отсутствует, так как плотность газа в лампе не зависит от температуры колбы. Поэтому сразу же после зажигания в лампе разряда она начинает работать в но­минальном режиме.

Это удобно с точки зрения эксплуа­тации. Разряд в ксеноне имеет хорошие спектральные характеристики излучения, близкие к спектру солнеч­ного света. В связи с этим ксеноновые лампы имеют хо­рошую цветопередачу.Схема подключения ксеноновой лампы.Излучение ксеноновых ламп бо­гато ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами.При некоторых значениях тока лампы приобретают положительную вольт-амперную характеристику, что позволяет питать лампы определенной мощности без балласта (безбалластные лампы).

Использование таких ламп экономически выгодно, так как при их включении в сеть отсутствуют непроизводительные потери в балласте. Ксеноновые лампы имеют относительно низкие рабочие на­пряжения при горении, но для достижения большой яркости разряда и повышения их световой отдачи при­ходится увеличивать ток лампы. Поэтому характерной особенностью этих ламп является относительно большой ток.По своей экономичности ксеноновые лампы занимают среднее положение между лампами накаливания и ртутно-кварцевыми лампами высокого давления.

Световая отдача ксеноновых ламп в зависимости от мощности в среднем составляет от 20 до 50 лм/вт. Срок службы, гарантируемый заводами, колеблется от 200 до 1000 ч.Рисунок 1. Схема дуговых ксеноновых ламп типа ДКСШ-1000.Может показаться, что при указанных экономических параметрах ламп их применение не является целесообразным.

Однако проведенные расчеты и имеющаяся практика использования ксеноновых ламп дают основа­ние утверждать, что применение ксеноновых ламп в ряде случаев весьма целесообразно и экономически выгодно. Наивыгоднейшими областями применения ксеноновых ламп в настоящее время можно считать наруж­ное освещение больших площадей в городах, освещение спортивных сооружений, освещение карьеров при разработке открытым способом, освещение открытых строительных площадок и монтажных площадок производ­ственных предприятий, а также внутреннее освещение производственных цехов больших размеров и высотой более 20-25 м. Значительное применение находят ксеноновые лампы в кинопроекторах, при съемке цветных кинофильмов, в телевидении и театральном освещении и ряде других специальных установок.Конструкция ксеноновых лампРазличают два основ­ных типа ксеноновых ламп: лампы в шаровых колбах с короткой дугой, с расстоянием между электродами в несколько миллиметров с естественным или воздуш­ным охлаждением и лампы в трубчатых колбах с длин­ной дугой с естественным или водяным охлаждением.Лампа с шаровой колбой (рис.

1) представляет со­бой толстостенный баллон из кварца с впаянными в него двумя электродами, изготовленными из торированного вольфрама. Токопроводящими контактами слу­жат цилиндрические выводы, конструкция которых предусматривает как возможность крепления ламп, так и присоединение питающих проводов. Баллон лампы на­полняется ксеноном до давления 8-9 ат, которое при работе лампы возрастает до 20-25 ат.Лампы могут работать на постоянном и переменном токе.

Отличие этих ламп – в конструкции электродов. При постоянном токе лампа имеет очень массивный анод (рис. 1а), располагаемый вверху.

При переменном токе оба электрода имеют одинаковую конструкцию (рис. 1б).Рисунок 2. Схема дуговых ксеноновых ламп типа ДКСТ: 1 – разрядная трубка; 2 — корпус охлаждающей рубашки; 3 — электрод; 4 — втулка; 5 – вывод; 6 — цилиндр из молибденовой фольги; 7 —вкладыш; 8 – стеклянный цилиндр; 9 – гайка; 10 — уплотняющий вкладыш; 11 – уплотняющие прокладки.Трубчатая ксеноновая лампа с естественным охлаж­дением (рис.

2а). представляет собой толстостенную трубку из кварцевого стекла, по концам которой вварены электроды из торированного вольфрама. Вводы лампы изготовляются из молибденовой фольги.

Вне­ние выводы изготовлены из стали, а переходные втулки – из титана. Колба лампы заполняется ксеноном, его давление составляет от 15 до 350 мм рт. ст.Величина давления ксенона определяется напряжением зажига­ния пускового устройства, а также зависит от выбранного внутреннего радиуса трубки и падения напряжения на единицу длины разряда.

В лампах с водяным охлаждением разрядная трубка из кварца помещается внутри стеклянного цилиндра (рис. 2б). В зазоре между разрядной трубкой и ци­линдром циркулирует вода, которой придается винто­образное движение благодаря некоторому сдвигу вход­ного патрубка по отношению к плоскости, проходящей через ось лампы.

Концы стеклянного цилиндра помещаются в сборные латунные муфты и уплотняются резиновыми прокладками.Для охлаждения ламп используется дистиллированная вода, циркулирующая в замкнутой системе. Нормальная работа лампы возможна, если стеклянный цилиндр полностью заполняется водой. Ма­ксимальная температура охлаждающей воды не должна превышать температуры, при которой образуется сплош­ная паровая рубашка (не более 50°С на выходе из лампы).

Из этих соображений определяется расход охлаж­дающей воды. Приме­нение водяного охлаж­дения позволяет увели­чить почти в 10 раз удельную нагрузку на кварц по сравнению с естественным охлаж­дением, что дает воз­можность уменьшить размеры лампы и при этом повысить на 30-40% их световую отда­чу.Зажигание ксеноно­вых лампНапряжение зажигания ксеноновых ламп значительно пре­вышает напряжение питающей сети, поэто­му поджигающее уст­ройство основано на принципе искрового генератора. На рис.

3 приведены схемы зажигания лампы с помощью искрового генератора. Для зажигания ламп имеют важное значе­ние не только величина поджигающего импульса и число подаваемых на лампу импульсов, но и сдвиг фаз между напряжением питания лампы и пускового устрой­ства. При питании лампы и пускового устройства от одной и той же фазы сети напряжение зажигания лампы выше, чем при питании от различных фаз.

Поэтому к пусковому устройству и к лампе подаются различные фазы сети. Контактами контактора R1 в случае автоматического управления зажиганием ламп на пер­вичную обмотку трансформатора Т1 подается сетевое на­пряжение.Рисунок 3. Схемы включения ксеноновых ламп.Конденсатор С1, включенный во вторичную обмотку трансформатора, заряжается, и, когда на нем напряжение достигает величины напряжения пробоя воздушного разрядника Р, он почти мгновенно разря­дится на первичную обмотку импульсного трансформа­тора Т2.

Во вторичной обмотке трансформатора Т2 индуктируется высоковольтный, высокочастотный им­пульс, который будет приложен к электродам лампы. Под воздействием этого импульса разрядный промежу­ток лампы пробьется, что вызовет его первоначальную ионизацию.Если величина и число подаваемых импуль­сов оказываются достаточными, то в лампе создаются необходимые условия для развития дугового разряда, и лампа зажигается. После того как лампа зажглась, необходимо, чтобы искровой генератор продолжал рабо­тать в течение некоторого промежутка времени.

Если отключить искровой генератор раньше положенного вре­мени, то лампа может погаснуть. Время, в течение ко­торого искровой генератор должен продолжать рабо­тать, зависит от напряжения и полного сопротивления сети. Необходимая выдержка времени обеспечивается введением в схему реле времени(на схеме не показано).http://fazaa.ru/www.youtube.com/watch?v=oAURMvlKCjsКогда процесс зажигания лампы закончится, поджи­гающее устройство отключается от лампы.

Для этого размыкается кнопка К1, а вторичная обмотка импульс­ного трансформатора замыкается накоротко кнопкой К2. В случае автоматического управления реле времени включает контактор (не показан на схеме), который своими контактами отключает трансформатор Т1 и за­мыкает накоротко вторичную обмотку трансформа­тора Т2. Конденсатор С2 служит для защиты сети от по­падания в нее высокого напряжения.Лампы мощностью до 6 кВт могут включаться по две последовательно на напряжение 220 В и зажигаться одним поджигающим устройством.Следует обратить внимание на размещение пуско­вого устройства.

Оно должно размещаться не далее 30 м от лампы, в противном случае это будет снижать величину высоковольтного импульса. Так как величина этого импульса составляет 20-50 кВ, то изо­ляция провода, соединяющего лампу с пусковым устройством, должна быть выбрана из расчета на номинальное напряжение 15-20 кВ.http://fazaa.ru/www.youtube.com/watch?v=vxKiPfELn6cПри отключении лампы от сети ее повторное включение возможно только после доста­точного остывания, на что требуется 5-10 мин. Повтор­ное включение неостывшей лампы может вывести ее из строя, поэтому его следует избегать.Поделитесь полезной статьей:

Что же многие из нас с вами ставят на свои автомобили ксеноновые лампы, или просто так называемый «КСЕНОН». Оно и понятно с одной стороны это очень мощный источник света, который «разрезает» туман и прочую непогоду, позволяя намного увереннее чувствовать себя за рулем. Но с другой стороны, кустарный (то есть который не идет с завода) запрещен законом РФ и этому есть вполне вменяемое объяснение – он слепит встречных водителей, что увеличивает число ДТП на дорогах, зачастую летальных.

Так почему он слепит, как работает в фаре? И что такое блок его розжига. Разбираем подробно …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Не данный период времени, ксенон это одна из самых передовых технологий, которая позволяет добиться высоких показателей светового потока. Зачастую его эффективность превышает галогеновые лампы в 2 – 4 раза.

Есть еще один оппонент, это светодиоды, сейчас они вплотную приблизились к ксеноновым лампам, но пока их надежность реально хромает, про это думали здесь. Но за счет чего достигается такое свечение, как работает? И что такое ксенон вообще?

Что такое ксенон?

Для начала я предлагаю вам поговорить про само вещество, из чего состоит? Оказывается все просто – это одноатомный, инертный газ. Которые не имеет не цвета, не запаха, без вкуса, полностью безопасен для человека.

Этого газа в чистом виде очень мало в земной атмосфере, в основном он образуется около радиоактивных источников.

Однако в промышленности его научились выделять из воздуха, когда получают кислород и азот. Путем сложных преобразований выделяется чистый ксенон без примесей именно его и закачивают в колбу лампы.

Устройство ксеноновой лампы и системы

Это так называемая газоразрядная лампа. В ней под высоким давлением закачан наш газ в специальную колбу.

Есть основная стеклянная колба, с достаточно толстыми стенками. То есть, я хочу отметить — что лампа не хрупкая.Колба заполнена нашим инертным газом – ксеноном, однако некоторые производители рядом могут «разместить» пары ртути. Они также зажигаются от нашего ксенона, однако она находятся в другой, внешней колбеТакже внутрь помещаются два электрода, которые располагаются рядом друг с другом, на достаточно близком расстоянии.С внешней части к этим электродам подходят два контакта, как у обычной лампы это плюс и минус.За лампой стоит высоковольтный «блок розжига», который является важным элементом системы.Ну и собственно «жгут проводов» который подсоединяется к системе питания автомобиля и соединяет лампу и блог розжига.

Собственно это вся система, как видите ничего сложного, абсолютно! Просто многие из моих читателей, думаю — что это просто «заоблачные технологии».

Как работает лампа?

Процесс достаточно простой, его можно назвать горением электрической дуги в инертном газе. НА контакты, которые находятся внутри и располагаются друг напротив друга, подается очень высокий электрический разряд, под напряжением в 25 000 Вольт! Между контактами возникает электрическая дуга, которая в газе-ксеноне начинает гореть ярким светом. По сути можно сравнить с дугой от сварочного аппарата, некоторые это называют «плазмой», хотя я не уверен.

Так как газ инертный он никак не влияет на контакты — то есть дуга не разрушает их, а как бы проходит между ними. Ведь внутри колбы больше нет никаких газов, ни кислорода, ни азота, ни водорода.Дуга горит недолго, и поэтому ее нужно постоянно подпитывать определенным напряжением, чем собственно и занимается «блок розжига». Именно он формирует такое напряжение, зачастую после розжига оно составляет 60 – 80 Вольт.Внутри колбы могут устанавливаться специальные отражатели, которые могут направлять свет в нужную сторону.Питание блока, я еще раз повторяюсь — происходит от стандартной системы питания автомобиля.Многие задают вопрос – а почему ксенон загорается не сразу, а постепенно?

Все просто – потому что нужно небольшой промежуток времени, чтобы дуга «зажглась» в газе. Обычно это от 5 до 7 секунд не больше.Как видите ничего сложного! Но зачастую многих интересует — а как образовывается такой высоковольтный разряд в 25 000 Вольт? Как работает блок?

Как работает блок розжига ксенона?

Если взять характеристики блока розжига, то зачастую составляют:

Напряжение от 8 до 16 Вольт.

Сила потребляемого тока – от 3 до 6 Ампер.

Среднее потребление около 35 – 55 Ватт.

Но постойте, а где же напряжение в 25000 Вольт?

Ведь это очень большой показатель. Спокойно ребята, такое напряжение действительное есть – то есть с одной стороны заходит низкое, а выходит очень высокое, но лишь на какие-то миллисекунды, именно они нужны для того чтобы поджечь наш газ. Это и есть принцип высоковольтного бока питания.

Если копнуть в строение (кому интересно) то становится понятно, что у нас от бортовой сети 12 Вольт, забирается первоначальная энергия — дальше она поступает в импульсный трансформатор, который преобразует напряжение уже до 250 Вольт.

После чего он отдает напряжение конденсатору, где оно накапливается (обычно его напряжение около 400 – 500 Вольт, а емкость от 0,2 до 0,5 Микрофарада). Дальше импульс, от конденсатора, поступает на высоковольтную катушку, и уже она методом индукции первичной и вторичной катушек выдает очень высокое напряжение, которое в десятки раз, может превышать напряжение на конденсаторе.Дальше напряжение, которое требуется для дальнейшего «горения» как я уже писал, составляет всего 60 – 80 Вольт, все зависит от мощности лампы.Поэтому конечное потребление всего 35 – 55 Ватт энергии, что вполне соизмеримо с обычной галогеновой лампой. Как видите достаточно простая конструкция.

Световой поток

Если сравнивать работу ксенона и работу обычной галогеновой лампы, то наш «технологичный претендент» намного опережает в силе светового потока.

Обычный галоген– выдает поток в 1500 Lm (Люмен)

Ксенон– примерно от 3000 до 6000 Lm (не верьте китайским производителям, которые указывают по 10 – 20 000 Lm, такие системы очень редкие и для конечного потребителя практически не используются)

Светодиодные варианты– сейчас выдают практически одинаковые потоки с ксеноновыми элементами – от 2500 до 4500 Lm (правда стоит оговориться нужно выбирать именно с специальным драйвером)

Как вы видите ксенон очень яркий, он работает с высоким потоком света, что с одной стороны является благом – хорошо освещает дорогу, с другой стороны – губителен, потому как он очень часто ослепляет встречных водителей.

Срок службы ксенона

НУ и в заключении хочется отметить — что на данный период времени, ксеноновая лампа самая долговечная из оппонентов.

В среднем работает около 200 000 часов, что примерно 4 – 5 лет использования по два – три часа в день. Да и потом он может не перегореть, однако его свечение кардинально меняется, то есть лампа как бы выцветает. Ее нужно срочно заменить, для восстановления изначальных характеристик.

Сейчас небольшое полезное видео, смотрим.

НА этом заканчиваю, думаю, я вам подробно объяснил — как работает лампа и сам блок розжига. Искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.

Источники:

• www.drive2.ru
• fazaa.ru
• avto-blogger.ru