Почему греются корпуса и цоколи энергосберегающих ламп?

Проблема перегрева осветительных светодиодов и пути ее решения

Если сравнивать со стремительно уходящими в прошлое источниками света, то светодиодные источники имеют всего один, но крайне серьезный изъян. Их долговечность и надежность в значительной степени зависят от эффективности отвода тепла от излучающих свет компонентов. Поэтому схема защиты светодиода от перегрева — важная составная часть любой качественной светодиодной системы освещения.

Среднестатистический осветительный светодиод десятикратно превосходит по энергоэффективности (экономичности) традиционную лампочку с нитью накаливания. Однако, если светодиод не установить на радиатор достаточной площади, то он скорее всего быстро выйдет из строя. Принято считать, не вдаваясь в подробности, что более эффективные осветительные светодиоды нуждаются в более эффективном отводе тепла чем обычные.

Давайте, тем не менее, рассмотрим проблему более глубоко. Оценим два фонаря: первый — галогенный, второй — светодиодный. И уже после — обратим внимание на способы сохранения долговечности светодиодов и продления жизни их драйверам. Дело в том, что защитная часть светодиодной системы освещения должна обеспечить безопасное функционирование как светодиодам, так и схемам — драйверам.

К примеру у нас имеется два фонаря. Оба устройства дают по 10 Вт световой мощности. Разница лишь в том, что прожектор на галогенной лампе требует 100 Вт электрической мощности, а светодиод — всего 30 Вт.

Мы знаем, что светодиоды эффективнее по производимому свету примерно в 10 раз, но в реальности они крайне чувствительны к высоким температурам, и для них поэтому очень важен температурный режим, при котором происходит преобразование энергии электрического тока — в свет.

Светодиодный светильник мощностью 30 Вт

Для светильника с галогенной лампой рабочая температура даже в +400 °C является безопасной нормой, в то время как для светодиодов температура кристалла в +115 °C уже критически опасна, а максимальная температура корпуса диода составляет всего +90 °C. Поэтому светодиоду нельзя давать перегреваться, и на то есть несколько причин.

С повышением температуры светоизлучающего перехода, световая эффективность светодиода понижается, и это зависит как от конструкции светодиода, так и от состояния окружающей среды. К тому же светодиоды в принципе отличаются отрицательным температурным коэффициентом прямого падения напряжения на переходе. Это значит, что с увеличением температуры перехода, прямое падение напряжения на нем уменьшается. Обычно данный коэффициент варьируется от -3 до -6 мВ/К.

Таким образом, если при 25 °C прямое падение напряжения на светодиоде составляет 3,3 В, то при 75 °C оно будет уже 3 или менее вольт. И если драйвер светодиода не уменьшает по мере роста температуры напряжение на всех светодиодах сборки, то в один прекрасный момент ток станет поддерживаться неадекватно высоким, что приведет к перегреву, перегрузке, дальнейшему снижению прямого падения напряжения, и еще более быстрому нарастанию температуры кристалла. Дешевые светодиодные светильники с резистивным ограничением тока часто проявляют данный недостаток в самый неожиданный момент.

Допуски по колебаниям напряжения блока питания в сочетании с различиями в прямом падении напряжения на светодиоде (на этапе производства светодиоды не идеально одинаковы по данному параметру), и в связи с отрицательным температурным коэффициентом падения напряжения — в любой момент эти факторы в совокупности могут вызвать нарушение безопасного режима функционирования светодиода и спровоцировать скатывание к его саморазрушению.

Конечно, если конструкция светодиодного светильника (особенно — радиатора) достаточно надежна, то кратковременными снижениями яркости можно пренебречь, так как они очень редки и перегревы эти кратковременны. Но если перегрев продолжителен, то превышение температуры сразу превращается в настоящую угрозу для светильника.

Мощный светодиод на радиаторе

Причины выхода светодиодов из строя при их перегреве

Светодиоды разрушаются от перегрева по нескольким причинам. Первая причина — изменение механического напряжения внутри светоизлучающего кристалла и монолитной светодиодной сборки. Вторая — нарушение герметичности, проникновение влаги и окисление. Защитный эпоксидный слой деградирует, происходит расслоение на границах, контакты кристалла испытывают коррозию.

Третья — рост количества дислокаций в кристалле ведет к изменению путей тока и возникновению точек превышения плотности тока и, соответственно, к перегреву этих точек. Наконец — явление диффузии металлов на контактах при повышенной температуре, что также в конце концов приводит к неработоспособности светодиода.

Разработчики светодиодов всеми силами пытаются свести к минимуму данные факторы отказа, и поэтому все время технологически совершенствуют производственный процесс. Тем не менее из-за перегрева отказы все равно неизбежны, хотя и становятся реже с совершенствованием производственного процесса.

Нагрев светодиодов

Механическое давление — самая частая причина преждевременного выхода светодиодов из строя. Суть в том, что при перегреве герметик размягчается, электрические контакты и соединительные проводники смещаются от «заводского» положения, а когда температура наконец падает, происходит охлаждение, и герметизирующее вещество вновь застывает, но при этом давит на уже немного смещенные соединения, что в итоге приводит к явному нарушению первоначально равномерной проводимости. Благо, светодиоды изготовленные без соединительных проводников практически лишены данного недостатка.

Паяные соединения между светодиодом и подложкой также испытывают похожую проблему. Регулярные циклические, не заметные на глаз, размягчения и затвердевания заканчиваются появлением трещин в пайках и нарушением исходного контакта. Вот почему встречаются отказы светодиодов по причине разрыва цепи питания, причем разрыв этот часто не виден. Чтобы предотвратить данную проблему, можно максимально уменьшить разницу между безопасной рабочей температурой светодиода и температурой окружающей среды.

Мощные светодиоды (потребляющие больше электрической мощности) дают больше света, но их световая отдача все же имеет ограничение. Вот почему у потребителей и производителей часто возникает опасный соблазн эксплуатировать светодиоды в светильнике на полную мощность, дабы получить максимально возможную яркость. Но это действительно опасно, если не обеспечить достаточно эффективного охлаждения.

Разумеется, дизайнеры хотят создавать элегантные светильники интересных форм, однако они порой забывают что необходимо обязательно обеспечить соответствующее движение воздуха и адекватный отвод тепла — это для светодиодов зачастую самое главное, следующее за стабилизированным и качественным источником питания.

Да и непосредственно установка светодиодных светильников важна. Если один светильник установлен над другим таким же мощным, то поток воздуха от нижнего светильника может быть замедлен верхним, и нижний будет находиться поэтому в худших температурных условиях. Либо например теплоизоляция в стене или на потолке помещения может помешать теплоотводу, даже если при конструировании светильника все тепловые расчеты были выполнены идеально и технологически он изготовлен максимально правильно. Все равно вероятность отказа повышается просто из-за необдуманного и неграмотного монтажа готового изделия.

Одно из достойных решений проблемы перегрева светодиодов — включение в схему драйвера температурной защиты с обратной связью именно по температуре. Когда температура излучателя по какой-нибудь причине опасно повысилась — для понижения мощности, с целью удержания температуры внутри безопасного диапазона, автоматически уменьшается ток.

Простейшее решение — добавить в схему термистор с положительным температурным коэффициентом (можно и с отрицательным температурным коэффициентом, но тогда схема должна инвертировать сигнал в цепи обратной связи).

Пример термической защиты с использованием термистора

Для примера рассмотрим схему на базе специализированного микроконтроллера с токоограничительной цепью. Когда температура поднимается выше определенного порога (задается термистором и резисторами), термистор с положительным коэффициентом сопротивления, закрепленный на радиаторе вместе со светодиодами, увеличивает свое сопротивление, что приводит к соответствующему уменьшению тока в выходной цепи драйвера.

В этом плане очень удобны схемы драйверов с регулировкой яркости по принципу ШИМ (широтно-импульсной модуляции), позволяющие одновременно и вручную регулировать яркость, и защищать светодиоды от перегрева.

Пример термической защиты с использованием термистора

Решение с термистором удобно тем, что изменение тока, а значит и уменьшение яркости, будет в такой схеме происходить плавно, незаметно для глаз и нервной системы, а значит ничего не будет мерцать и не вызовет у окружающих людей и животных раздражения. Температура верхней границы просто определяется выбором термистора и резистора. Это гораздо лучше решений с термодатчиками, которые просто резко размыкают цепь и дожидаются пока радиатор остынет, а потом снова включают освещение на полную яркость.

Специализированные микросхемы-драйверы светодиодов, безусловно, стоят денег, однако получаемые взамен надежность и долговечность работы светильника многократно окупят это вложение.

Стоит лишь вспомнить, что при соблюдении нормального температурного режима эксплуатации светодиодов их срок службы измеряется десятками тысяч часов, тогда и вопросы касательно материальных затрат на «правильный» драйвер отпадают сами собой.

Важно лишь обеспечить самому драйверу постоянную невысокую температуру, для этого всего лишь не нужно размещать его близко к радиатору светодиодов. Не правильно делают те, кто донельзя стремится уплотнить размещение компонентов внутри корпуса прожектора. Лучше вывести корпус драйвера отдельным блоком. Здесь безопасность и предусмотрительность — залог долговечности светодиодов.

Лучшие микросхемы для управления питанием светодиодов оснащены внутренними цепями защиты от собственного перегрева на тот случай если микросхема по конструктивным соображениям разработчика светильника все же должна размещаться в одном корпусе с заметно нагревающимися компонентами, такими как радиатор. Но лучше вообще не допускать перегрева микросхемы выше 70 °C и оснастить ее собственным радиатором. Тогда и светодиоды и микросхема драйвера проживут дольше.

Зависимость тока светодиода от температуры радиатора

Интересным может оказаться решение с применением двух последовательно соединенных термисторов в цепи термической защиты. Это будут разные термисторы, так как безопасные температурные границы у микросхемы и у светодиодов различны. А вот результат будет достигнут что надо — плавная регулировка яркости как при перегреве драйвера, так и при перегреве светодиодов.

НАсколько сильно должны греться энергосберегающие лампы и не вредно ли это патронам?

В светильник вместо лампочек накаливания 40Вт вкрутил энергосберегающие Uniel по 13Вт (эквивалент 65Вт). Однако заметил, что цоколи очень сильно нагреваются.
вычитал на форуме, что потери у ламп накаливания идут за счёт инфракрасного излучения, а у люминисцентных-за счёт теплоты.

Какая предельная мощнось люминисцентных ламп должна быть, чтобы патрон не нагревался сильнее, чем при лампе накаливания 40Вт?

  • Просмотр профиля
  • Личное сообщение

Реальный эквивалент 39-52 вата, остальное реклама.

zlnc написал :
Однако заметил, что цоколи очень сильно нагреваются.

Если нагоеваются до 50°-60° то это нормально.

zlnc написал :
Какая предельная мощнось люминисцентных ламп должна быть, чтобы патрон не нагревался сильнее, чем при лампе накаливания 40Вт?

Как минимум 40 ватт.

  • Просмотр профиля
  • Личное сообщение

zlnc написал :
цоколи очень сильно нагреваются

  • Разумеется, они греются. Там электронная схема, транзисторы и т.д. Это объективная оценка? Чем меряли температуру?
  • Просмотр профиля
  • Личное сообщение

zlnc написал :
В светильник вместо лампочек накаливания 40Вт вкрутил энергосберегающие Uniel по 13Вт

вкручены Osram на 23 Вт (эквивалент 130 Вт ) — "катастрофического" нагрева ламп и патронов не замечено

  • Просмотр профиля
  • Личное сообщение

На практике, сороковка накаливания сильнее патрон греет.

  • Просмотр профиля
  • Личное сообщение

Ну, что взъелись? Разные точки зрения как-раз помогают приблизится (хотя-бы отдалённо) к ИСТИНЕ (не досягаемой величине)

  • Просмотр профиля
  • Личное сообщение

Alipapa написал :
А на практике, сороковка накаливания сильнее патрон греет.

Смайлик не заметили? Даже если вкрутить энергосберегающую лампу 120 ватт патрон будет грется меньше чем с лампой накаливания 40 ватт!

  • Просмотр профиля
  • Личное сообщение

ЛН 40 Ватт — 38 Ватт в тепло (5% свет)
КЛЛ 40 Ватт — 30 Ватт в тепло (25% свет)

Все расчеты на вскидку и приблизительно.

  • Просмотр профиля
  • Личное сообщение

Специально для Посититела:

Maxim_Al написал :
ЛН 40 Ватт — 38 Ватт в тепло (5% свет)
КЛЛ 40 Ватт — 30 Ватт в тепло (25% свет)

КЛЛ — почти всё тепло в цоколь, ЛН — только небольшая часть, она отдает тепло во все стороны, потому и колба такая горячая, поэтому КЛЛ 40 больше тепла будет отдавать цоколю. А если там 120 будет.

  • Просмотр профиля
  • Личное сообщение

Вы рассматриваете вариант цоколь лампы вверх или вниз? Нагрев Раазный будет

  • Просмотр профиля
  • Личное сообщение

В конструкции патронов учитывается перегрев. Т.е. нагрев от температуры окружающей среды на сколько-то утановленных градусов.
Всего для бытовых нужд существуют две температуры перегрева — это 50°С и 70°С.
Если про перегрев ни где не указано в маркировке, то перегрев значит для этого изделия допустим в 50°С.
Далее по стандарту при эксплуатации в помещении допускаются температуры от +5°С до +35°С.
Возьмем предельные значения 35+50=85°С. Т.е. 85°С максимальная рабочая температура для изделия, предназначенного для использования в быту (в помещении) и не имеющего на своем корпусе маркировки температуры перегрева.
Иногда, конкретно для патронов электролампочек, вместо температуры перегрева указывают максимальную мощность лампы накаливания, которую можно вкрутить в патрон.

Итак — патрон греется, замеряем тепературу его и в комнате — разница меньше 50°С — значит все нормально.
Человек обжигается от температуры выше 65°С. Поэтому, если патрон руками трогаете и не обжигаетесь, то температура в порядке.

Какие лампы не нагреваются при своей работе

Сегодня для освещения своего дома можно подобрать самые разнообразные источники света: от старых и проверенных ламп накаливания, до современных и экономных светодиодных лампочек. Любые светильники, будь то люстры или бра, могут использовать в качестве источника света любую модель, подходящую под цоколь.

Во время своей работы лампочки имеют тенденцию к нагреванию. Одни нагреваются сильнее, чем другие, что определяет одно из основных критериев выбора. Во многих ситуациях люди, выбирая лампочки для люстры и других типов светильников, не задумываются об этой составляющей. Но иногда такой подход может привести к негативным последствиям, особенно в ситуации натяжных потолков. Наша статья расскажет вам про лампочки, что в процессе своей работе не нагреваются и почему об этом обязательно стоит задумываться при наличии натяжных потолков.

Начнем с потолков

Натяжные потолки сегодня стали довольно популярным и частым явлением в наших домах и квартирах. По распространенности они сравнимы разве что с гипсокартонными конструкциями.

Обратите внимание! Особенностью любых натяжных потолков является их основа или натяжное полотно. Оно состоит из специального материала (ПВХ пленки), который при нагревании специальным строительным феном способен принимать натянутое положение вдоль всей площади потолка.

Помещение с натяжным потолком

Поливинилхлорид, которые является основой такой пленки, довольно плохо переносит нагрев после своей установки. Поэтому здесь и возникает необходимость в правильном подборе истопника света для люстр и точечных светильников, которые в дальнейшем будут установлены на конструкции для освещения помещений.
Неправильный подбор лампочки или неверное размещение люстр (бронзовых, хрустальных и т.д.) может привести к повреждению натяжных потолков. Используя лампочки, которые обладают способностью сильно нагреваться, вы можете легко повредить хрупкую структуру поливинилхлорида.

Обратите внимание! Необратимое разрушение поливинилхлоридного слоя происходят при достижении температуры 110-120оС.

Если обобщить, то такое повреждение возможно в следующих ситуациях:

  • неправильно подобранный источник света. Это самая главная причина, по которой чаще всего портится красивая глянцевая поверхность натяжных потолков. В ситуации с таким потолком специалисты рекомендуют использовать только энергосберегающие лампочки;

Обратите внимание! Энергосберегающие источники света сегодня могут использоваться в любых светильниках: от люстр (стеклянных, хрустальных, бронзовых и т.д.) до точечных светильников. Как правило, именно эти два типа осветительных приборов имеют место при установке натяжных потолков.

  • установка люстр (бронзовых, хрустальных, деревянных и т.д.) слишком близко к натяжной поверхности. Для того чтобы минимизировать негативное воздействие нагретой лампочки на структуру потолка, люстры обычно используют подвесных разновидностей. В этом случае можно снизить вред путем увеличения расстояния между источником света и поливинилхлоридной пленкой;

Обратите внимание! Вариант с установкой люстр подвесной модели не всегда уместен, так как в помещении могут быть низкие потолки. В такой ситуации приходится использовать точечные светильники, встроенные в потолок, или потолочные люстры. А это не решает проблему.

Люстра на натяжном потолке

Люстра на натяжном потолке

  • установка плафонов таким образом, что они светят вверх, на покрытие натяжных потолков. Если плафоны будут размещены именно так, а не вниз, то тепловой поток станет концентрироваться на пленке, а не рассеиваться в пространстве комнаты. Это опять-таки приводит к появлению дефектов на полотне.

Самым лучшим и простым в реализации вариантом, который позволит избежать повреждения поливинилхлоридной пленки потолочной конструкции, является использование энергосберегающие источники света.

Источники света

Не все энергосберегающие лампочки, что на данный момент времени представлены на рынке осветительных изделий, имеют низкий нагрев при работе. Поэтому в данной ситуации чтобы определить, какие источники наиболее выгодны для натяжных конструкций, нужно детально рассмотреть все потенциальные варианты, так как все они в любом случае будут хотя бы немного, но нагреваться.
Все лампочки можно условно поделить на два основных вида:

  • экономные или энергосберегающие. Сюда относятся лампочки, которые в той или иной степени могут потреблять меньше электроэнергии;

Энергосберегающие лампочки

Энергосберегающие источники света

Варианты ламп накаливания

  • лампы накаливания. Это первые модели источников света. Поэтому их отличает очень сильное нагревание в процессе своей работы и, вдобавок ко всему, они неэкономны в плане потребления электроэнергии. Поэтому они в любом случае не могут использоваться для подсветки помещений с натяжными потолками. Тем не менее, они еще иногда встречаются, так как подходят для люстр и других осветительных приборов по размеру цоколя.

Как видим, для натяжных потолков подходят только энергосберегающие лампочки, которые способны не только экономить энергию, но и меньше нагреваться в процессе своей работы. Но так ли это? Чтобы понять, все ли энергосберегающие источники света имеют незначительный нагрев и могут использоваться в натяжной потолочной конструкции, нужно рассмотреть их более детально.
На сегодняшний день в перечень потенциальных претендентов входят такие энергосберегающие лампы:

  • светодиодные;
  • люминесцентные.

Каждый кандидат из приведенного перечня является более совершенной моделью, чем лампы накаливания. Но они все равно не лишены достоинств и недостатков.

Светодиодные источники света

Светодиодные лампочки на сегодняшний день считаются самыми лучшими и наиболее востребованными источниками света. Их используют не только для люстр (бронзовых, деревянных, хрустальных и т.д.) и точечных светильников, но и для настенных бра, настольных и напольных ламп и прочих видов осветительных приборов.

Светодиодные лампочки

Огромную популярность такие лампочки получили по причине наличия у них ряда достоинств:

  • длительный период службы, который составляет около 50 000 часов. Это самые долговечные источники света из ныне существующих;
  • отличные характеристики светового потока, создаваемого светодиодами;
  • минимальное нагревание. Конечно, элементы светодиодных ламп все равно нагреваются. Но нагрев крайне незначительный и не может повлиять на натяжную поверхность, выполненную из поливинилхлорида;
  • подходит для любых типов осветительных приборов: люстр, бра, точечных светильников и т.д.;
  • это самые экономичные лампочки. При их использовании получается экономить до 90% электроэнергии;
  • возможность выбора цвета светового потока: теплый, нейтральный или холодный.

Но среди всех достоинств, которые, несомненно, очень востребованы в современном мире, у светодиодных лампочек все же имеется один недостаток, который не позволил им полностью вытеснить с рынка другие типы источников света. Это недостаток заключается в высокой стоимости светодиодной продукции. Тем не менее, она с лихвой окупится всеми перечисленными выше достоинствами. Именно такие лампочки следует использовать, если вы имеете дело с натяжными потолками.

Люминесцентные источники света

Эти лампочки могут разительно отличаться между собой как по строению, так и по техническим характеристикам. Вместе с тем, какие бы они не были, но у них имеются и общие моменты работы:

  • являются энергосберегающими. Хотя им далеко до экономичности светодиодной продукции, они в данном вопросе все же будут значительно экономичнее своих предшественников – ламп накаливания;
  • нагрев стеклянной колбы изделия в процессе работы. Несмотря на то, что нагрев здесь все же будет меньшим, чем у ламп накаливания, но этого может быть вполне достаточно для того, чтобы с течением времени привести к деформации натяжного полотна потолка. Особенно, если их разместить близко к перекрытию.

Варианты люминесцентных ламп

Устанавливания такие изделия на натяжном потолке, следует постараться снизить их вред, увеличивая расстояние до полотка и изменяя направленность плафонов книзу.

Заключение

Как видим, в мире не существует лампочек, которые при своей работе полностью не нагревались бы. Но светодиодные источники света максимально приблизились к этому, что делает их самым лучшим вариантом для освещения натяжных потолков.

Греются ли светодиодные лампы?

В продаже LED-лампочки появились не так давно, поэтому вопрос о том, нагреваются ли светодиодные лампы, беспокоит многих. Чтобы найти ответ, необходимо понять конструкцию осветительных приборов на основе светоизлучающих диодов (LED).

Несколько слов о конструкции

LED-лампы представляют собой сложный электронный прибор, конструкция которого делится на несколько частей:

  • Рассеиватель. Представляет собой стеклянную или пластиковую колбу, которая служит для равномерного рассеивания светового потока.
  • Чипы – излучающие свет диоды.
  • Печатная плата – площадка, на которой смонтированы светодиоды. Выполняется из материала с высоким показателем теплопроводности.
  • Радиатор – конструкция из материала с высокой теплопроводностью. Служит для отвода тепла.
  • Драйвер – блок питания светодиодов, служит для преобразования переменного напряжения 220 вольтовой электросети в питание, необходимое для нормальной работы светодиодов.
  • Цоколь – немаловажный элемент, служащий для соединения лампочки с ламповым патроном.

конструкция светодиодной лампы

Из конструкции видно, что светодиодные лампы греются, а для отвода выделяемого тепла устанавливается радиатор из специального материала с высокой теплопроводностью.

Радиатор в LED-лампочке предназначен для отвода тепла от единственной нагревающейся ее части – группы светодиодов. В данном световом приборе не греются ни колба, ни цоколь (при условии нормального контакта с патроном). Выделение тепловой энергии происходит лишь на кристаллах светодиодов, от них и отводится тепло.

Почему выделяется тепловая энергия?

Конструкция LED

Как и у прочих осветительных элементов, коэффициент преобразования потребляемого электричества в свет у светодиодов не достигает 100%. Современные модели обладают КПД в районе 30–40%. Остальная часть потребленной электроэнергии рассеивается в виде тепла. Чтобы понять, почему греется светодиодная лампа, необходимо рассмотреть ее светоизлучающие элементы более детально.

Светодиоды имеют совершенно другой физический принцип работы, отличный от нити накала. Поэтому LED лампочки не греются подобно лампам накаливания и не разогревают вокруг себя пространство. Светодиод – это полупроводник, а тепло выделяется на кристалле полупроводникового перехода. Если не отводить тепло от этой площадки, то кристалл перегревается, что приводит к его выгоранию. В светодиодных лампочках используются мощные светодиоды, сконструированные с применением сразу нескольких кристаллов. Отвод тепла от таких излучающих свет диодов особо важен. Поэтому полупроводниковые кристаллы мощных светодиодов монтируются на специальной подложки из материалов с высоким показателем теплопроводности. Светодиоды, в LED лампе, устанавливаются на печатной плате, которая также имеет хорошие показатели проводимости тепла. Печатная плата крепится к радиатору. В целом вся эта конструкция обеспечивает эффективный отвод тепла от полупроводникового перехода и обеспечивает долгий срок службы светодиодов.

Из вышесказанного вытекает другой вопрос — какова температура нагрева светодиодной лампы? Этот показатель не имеет точной цифры, так как зависит от многих параметров: температуры окружающий среды, материалов радиатора, мощности лампочки, производителя, качества сборки. Если говорить о среднем значении, то этот показатель находится на уровне 65–70 градусов по шкале Цельсия.

Какие лампочки не нагреваются?

С точки зрения физики, любая лампочка – это преобразователь электрической энергии в световую. При этом в свет трансформируется не более 40% потреблённой мощности. Остальная энергия рассеивается в виде тепла в окружающее пространство. Отсюда следует, что лампы всех типов нагреваются во время работы и чем меньше КПД, тем больше тепла они выделяют. Например:

  • верхняя часть колбы лампы накаливания на 100 Вт разогревается до 280°C, а цоколь – до 70°C;
  • компактная люминесцентная лампа на 15 Вт имеет наибольший нагрев у основания, там, где находится спираль – до 130°C. Температура цокольной части, где расположена ЭПРА не превышает 60°C;
  • в светодиодных лампах больше всего нагревается металлопластиковая часть корпуса (до 60-75°C), которая служит радиатором для светодиодов.

Немного о достоинствах LED-ламп

Лампочки на основе LED – самые экологически чистые и безопасные из всех представленных сегодня на рынке видов ламп. Они не содержат паров ртути, как люминесцентные, и не взрываются с разбрасыванием массы осколков, как современные низкокачественные лампочки накаливания.

Срок службы светодиодного светильника сегодня измеряется многими десятками тысяч часов. Поэтому его более высокая стоимость на длительном периоде времени компенсируется значительной экономией электроэнергии.

Почему и как сильно нагреваются светодиодные лампы

Современные осветительные приборы заметно отличаются от привычных ламп накаливания по всем параметрам. Особенно заметна разница у светодиодных экземпляров, ставших наиболее популярными и востребованными благодаря удачному сочетанию свойств. Одним из преимуществ ЛЕД устройств считается практически полное отсутствие нагрева, но этого не подтверждает ни теория, ни практика. Рассмотрим, насколько сильно нагреваются светодиодные лампы, и откуда в них берутся излишки тепла.

Несколько слов о конструкции

Устройство светодиодной лампы значительно отличается от традиционных конструкций светильников. LED конструкции представляют собой полупроводниковые приборы, в которых происходит выработка света посредством рекомбинации электронов на границе p-n перехода. Источник света — кристалл, состоящий из трех сверхтонких пластин, образующих p-n-p переход. При контакте электрона с границей каждый раз появляется фотон света. Для получения ровного и стабильного излучения необходимо создавать максимально тонкий средний слой, способствующий возникновению туннельного эффекта. Один такой кристалл способен выдавать ограниченное количество светового потока, но при соединении нескольких элементов излучение заметно усиливается.

Каждая лампа содержит несколько кристаллов (чипов). Они устанавливаются на печатной плате, представляющей собой алюминиевую пластину. Плата крепится к радиатору, обеспечивающему отвод тепла от кристаллов. Внутри радиатора установлен драйвер — блок питания, преобразующий сетевые 220 В переменного тока в 12 В постоянного напряжения. Конструкция драйвера основана на ШИМ-модуляции, что позволяет сделать схему миниатюрной, умещающейся в колбе.

Между радиатором и цоколем устанавливается пластиковое основание из материала, обладающего высокими диэлектрическими показателями. Чипы и печатная плата накрыты прозрачным (чаще всего, матовым) пластиковым колпаком, защищающим чипы от механических воздействий. Большинство ЛЕД приборов изготавливают в традиционном формфакторе ламп накаливания, что позволяет устанавливать их в старые и привычные люстры.

Почему выделяется тепловая энергия

Если коротко, причиной выделения тепловой энергии является КПД лампы. Он находится в пределах 30-40%, именно такая часть затраченной энергии уходит на излучение света. Остальные 60-70% энергии идут на нагрев кристалла.

Выделение тепловой энергии является побочным эффектом от взаимодействия электронов с дырками в зоне p-n перехода. Причем, степень тепловыделения возрастает с увеличением мощности кристаллов. Если светильник состоит из большого количества чипов, то и греются они, соответственно, сильнее. Излишки тепла отрицательно влияют на состояние кристаллов — они выгорают, теряют яркость свечения и в конце концов перестают излучать свет.

Важно! Эффективность работы чипа зависит от состояния стенок слоев, составляющих p-n переход. Чем меньше они имеют изъянов — микроскопических ямок, выбоин, неровностей — тем больше возникнет фотонов. Каждая выбоина на поверхности полупроводника создает помеху правильному движению электрона. Вместо образования фотона света выделяется некоторое количество тепла. Отсюда можно сделать вывод о качестве чипа и лампы в целом — чем лучше отработана технология сборки кристаллов, тем ярче будет свечение и меньше нагрев.

Тепло от кристалла передается алюминиевой плате, которая, в свою очередь, отдает энергию радиатору. Это и дает некоторый нагрев, свойственный всем светодиодным осветительным приборам. Необходимо учитывать, что сравнивать температуры ЛЕД и ламп накаливания нецелесообразно, поскольку они работают на разном принципе. Для первых нагрев является следствием неудачного контакта электронов с границей p-n переходов, вторые работают на принципе свечения нагревающейся вольфрамовой нити. Это означает, что тепло светодиодов — побочный эффект, а для ламп накаливания это одно из условий функционирования. Чем массивнее радиатор и плотнее контакт с ним платы, тем эффективнее будет рассеиваться нагрев кристаллов ЛЕД устройства.

Какая температура нагрева считается нормальной

Говорить о норме нагрева светодиодных ламп сложно. Есть определенные пределы, которые принято считать рабочим диапазоном температуры ЛЕД конструкций — от 60° до 70°, хотя встречаются образцы с меньшим или большим нагревом. Показатели каждого вида светодиодов зависят от разных факторов:

  • мощность лампы;
  • количество чипов, установленных на плате;
  • размер и эффективность контакте радиатора с платой;
  • режим работы светодиодов.

Любая светодиодная лампа со временем теряет яркость свечения, или, как говорят, деградирует. Причиной этого явления считается перегрев всех чувствительных деталей. Важно, что проблемным узлом часто оказывается не чип, а другие элементы конструкции — например, детали драйвера. Нормой считается деградация в пределах 70%, большие показатели свидетельствуют о бракованной лампе или несоблюдении производителем требований технологии.

Светодиодные лампы

Примечательно, что разница рабочих температур двух светодиодов буквально в 5-10° вызовет ускорение деградации более нагретого прибора на 50-60%. Также необходимо знать, что существуют специальные модели светодиодных ламп, рабочая температура которых превышает 100°. Они используются в особых условиях и не продаются вместе с бытовыми типами светильников.

Есть ли лампочки, которые не нагреваются

Выбор лампы, которая гарантированно не перегреется и не доставит хлопот владельцу, является важной задачей. Если в квартире установлен натяжной потолок из ПВХ пленки, горячие поверхности светильников быстро выведут полотно из строя. Из всех существующих разновидностей светильников могут быть использованы только два типа:

  • люминесцентные;
  • светодиодные.

Степень нагрева обоих видов ламп примерно одинакова и зависит от многих факторов. При этом, люминесцентные светильники греются преимущественно в районе цоколя, тогда как эпицентр нагрева светодиодных ламп находится в районе установки чипов, т.е. в центральной части колбы. Это обстоятельство, в сочетании с другими преимуществами, вывело ЛЕД лампы в уверенные лидеры среди всех альтернативных вариантов.

Интересно! Отыскать лампу, которая совершенно не нагревается, невозможно. Однако, можно выбрать светильник с наименьшим показателем рабочей температуры. Как правило, это лампы, изготовленные известными и надежными производителями, обычно из Европы. Стоимость таких приборов довольно высока, но и степень надежности гораздо выше, чем у продукции большинства китайских фирм.

Существуют филаментные светодиодныве конструкции, которые реалистично имитируют обычные лампы накаливания. Они нагреваются меньше — средняя температура колбы составляет 50—60°, что достигается с помощью заполнения корпуса специальными газами. Для тех пользователей, кому важно найти самые «холодные» светодиодные приборы, можно посоветовать использовать филаментные виды светодиодных ламп. Все остальные разновидности практически не отличаются друг от друга по степени нагрева. Изготовители не указывают значение рабочей температуры, поэтому рекомендовать определенные модели невозможно.

Основные выводы

Светодиодные лампы нагреваются во время работы, как и все остальные виды светильников. Однако, степень нагрева значительно ниже, чем у других конструкций. Она зависит от различных факторов:

  • мощность светильника;
  • качество кристаллов;
  • режим работы лампы.

Конструкций, совершенно не греющихся во время работы, не существует. КПД любого светильника наглядно демонстрирует соотношение светового потока и рассеивания приложенной энергии, которая рассеивается в виде тепла. Светодиодные приборы обычно греются до 60-70°, что не представляет пожарной опасности и не выводит из строя полотно натяжного потолка. Свое мнение о нагреве светодиодных ламп излагайте в комментариях.

Какие лампочки не греются во время работы?

При работе стандартных ламп накаливания, обладающих невысоким КПД, выделяется большое количество тепловой энергии. Происходит перегрев и разрушение патронов, проводки или плафонов светильников. Применение светодиодных или люминесцентных лампочек с повышенной эффективностью работы позволяет снизить затраты электроэнергии с одновременным сокращением теплового излучения.

Лампа накаливания

Откуда берется и куда расходуется тепловая энергия?

При прохождении электрического тока через проводник происходит выделение тепловой энергии, которую рассчитывают по закону Джоуля–Ленца. Согласно уравнению, избыток тепла пропорционален сопротивлению. Но при нагреве значение сопротивления металлов растет, что приводит к увеличению нагрева. Лампы накаливания оснащены металлическим цоколем и колбой из жаропрочного стекла, которые отвечают за отвод избыточной тепловой энергии. Следует учесть, что ресурс источника света определяется не температурой корпуса, а возникающими неоднородностями в нити накаливания.

Стандартная лампочка с вольфрамовой спиралью излучает свет в широком диапазоне волн, человеческий глаз фиксирует только часть интервала. Основной поток приходится на инфракрасный участок и воспринимается как тепло. КПД изделий, рассчитанный по соотношению затраченной мощности к полученному излучению в видимом интервале, не превышает 15%. Но нить накаливания преобразует в излучение до 99% подведенной энергии.

Применение иных принципов формирования светового потока позволяет снизить потери на инфракрасное излучение и повысить КПД лампочек.

Достоинства щадящего температурного режима

Преимущества низкотемпературных источников света имеет ряд преимуществ:

  • снижение температуры нагрева корпусов светильников и изоляции проводов в зоне примыкания к контактам;
  • возможность установки плафонов в декоративные покрытия, не рассчитанные на воздействие повышенной температуры;
  • сокращение расхода электроэнергии за счет снижения инфракрасного излучения;
  • увеличение различимого глазом человека светового потока.

Лампа на потолке

Какие лампы слабо нагреваются при своей работе?

При использовании большого количества стандартных ламп с вольфрамовой нитью наблюдается повышение температуры воздуха в помещении. Нельзя забывать и о повышенном энергопотреблении, для коммутации мощных люстр требуется прокладка проводки с увеличенным сечением. Лампы с колбами, заполненными галогенами, отличаются повышенным ресурсом, но по температуре нагрева колбы превосходят изделия стандартного образца.

Альтернативой стали люминесцентные лампочки, массово появившиеся в 70-х гг. прошлого века, а затем частично вытесненные светодиодными.

Светодиодные источники света

В качестве излучателя используются светодиоды, расположенные под защитной колбой из матового пластика. В конструкции предусматривается радиатор из алюминиевого сплава и драйвер для управления элементами. При работелампочки не нагреваются(по сравнению со стандартной конструкцией с нитью), температура деталей не превышает +50°С. Изделия отличаются невысокой потребляемой мощностью, цветовая температура варьируется от 2700 до 6000 К. Лампы оснащены стандартными цоколями и не требуют применения специальных светильников.

  • увеличенный ресурс, доходящий до 50 тыс. часов;
  • разнообразие вариантов колбы и цоколя;
  • стойкость корпуса к ударным нагрузкам;
  • стабильная яркость свечения, не зависящая от напряжения в линии питания;
  • универсальность конструкции и возможность использования в любых светильниках;
  • низкий расход электроэнергии (на 90% ниже, чем при использовании изделий с вольфрамовыми нитями накаливания);
  • равномерный световой поток, формируемый светодиодами.

Светодиодные лампы

  • пульсация света при использовании низкокачественных драйверов;
  • повышенная себестоимость производства;
  • сложность утилизации;
  • невозможность формирования расширенного светового потока из-за установки платы с элементами управления;
  • не поддерживается регулировка яркости свечения (за исключением некоторых моделей);
  • матовая колба чужеродно смотрится в хрустальных или стеклянных плафонах;
  • ограниченный температурный диапазон эксплуатации;
  • невысокая максимальная мощность.

Люминесцентные источники света

В конструкции лампочек, относящихся к категории газоразрядных, используется колба с парами ртути. После формирования устойчивого разряда в газовой среде формируется поток ультрафиолетового излучения. Свет попадает на слой люминофора, который создает видимый человеческим глазом поток, близкий по цветовой температуре к дневному. Эффективность работы изделий в 3–4 раза выше, чем у аналогичных по мощности ламп накаливания.

Срок службы не превышает 5 лет при условии соблюдения допустимого количества розжигов (включений).

Лампы люминесцентного типа разделяют на категории:

  1. С повышенным давлением газовой среды в колбе. Предназначены для использования вне закрытых помещений и обладают повышенной мощностью. Устанавливаются в прожекторах или иных светильниках с направленным излучением. Световой поток неприятен для человеческого глаза, позволяет подсвечивать объекты, расположенные на большом расстоянии от места установки излучателя.
  2. С пониженным давлением газа, отличающиеся уменьшенной мощностью и ориентированные на использование внутри помещений. Для заполнения колбы используют смесь инертного аргона с парами ртути. Могут применяться для освещения жилых, офисных или производственных помещений. Подразделяются на несколько групп в зависимости от конфигурации колбы и схемы зажигания разряда.

Люминесцентные источники света

  • повышенная световая отдача по сравнению с лампочками накаливания;
  • увеличенный КПД (не менее 10%);
  • отсутствие мерцания при работе и увеличенный ресурс;
  • излучение не вызывает раздражения сетчатки глаза;
  • возможность создания изделий с различным цветом свечения.
  • прямая зависимость ресурса от количества включений;
  • повышенная себестоимость изготовления;
  • мерцание света при удвоенной частоте тока;
  • искажение восприятия цвета предметов интерьера из-за неравномерного распределения спектра свечения;
  • постепенное выгорание люминофора, негативно влияющее на эффективность работы лампы;
  • необходимость соблюдения техники безопасности при хранении или утилизации;
  • необходимость установки в светильнике электронного блока для пуска и регулировки режимов работы люминесцентной лампы;
  • наличие постороннего шума от дросселя, используемого в базовой системе регулировки (элемент отсутствует при использовании электронного блока);
  • риск попадания в атмосферу помещения паров ртути при разрушении колбы;
  • низкий коэффициент мощности (дефект частично устраняется применением электронной пускорегулирующей аппаратуры).

Что выбрать для дома?

Для бытового использования больше подходят светодиодные лампы, отличающиеся небольшими габаритами и низким энергопотреблением. Изделия могут устанавливаться в натяжные потолки, выполненные из поливинилхлоридной пленки. Материал выдерживает нагрев до +110°С без риска деформации, что выше предельной температуры колбы и патрона лампы даже при длительном включении. Между натянутой панелью и перекрытием следует предусмотреть зазор для укладки проводов и свободной циркуляции воздушных потоков.

Если планируется обустройство систем освещения на улице или в помещениях с повышенной температурой нагрева (например, в парилке бани или сауны), то следует выбрать люминесцентные лампочки. Изделия выдерживают нагрев и охлаждение без риска нарушения работоспособности, но следует предусмотреть защиту колбы от случайного повреждения. Пусковой трансформатор, расположенный в светильнике, может издавать высокочастотный звук, что не является признаком неисправности.

Все существующие источники света при работе нагреваются, разница заключается в максимальной температуре поверхностей. При монтаже плафонов следует предусматривать воздушные зазоры для вентиляции и свободной укладки проводов. Длительный нагрев до +50°С и выше приводит к разрушению изоляционного слоя и короткому замыканию. От качества монтажа проводки и светильников зависит безопасность эксплуатации системы искусственного освещения.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: