延長燈泡使用壽命的關鍵?

作者 : John Dunn,EDN專欄作者

是的,白熾燈仍在我們身邊。燈泡的使用壽命可能非常短暫,也可能會持續很多小時、幾天、幾個月、幾年甚至幾十年。有什麼方式可以讓燈炮的壽明如同百年燈炮一般,持續很長一段歲月?

是的,白熾燈仍在我們身邊。燈泡的使用壽命可能非常短暫,也可能會持續很多小時、幾天、幾個月、幾年甚至幾十年。

例如,舞台燈(Theatrical lamp,亦稱劇場燈)在很大的壓力下運作,以盡可能多地發出光線,因此,它們可能只可持續使用幾個小時。但是,從另一個極端來看,請參閱有關百年燈泡(Centennial Light)的連結,百年燈泡是一種碳絲燈,自1901年以來幾乎沒有間斷地工作著。

加州Livermore-Pleasanton消防局維護著世界上壽命最長的燈泡。(資料來源:Centennial Light Bulb site)

關於使用壽命的任何預測,充其量都是基於透過交流電源線操作的「平均」燈的最佳估計。燈泡製造商不能保證最短的工作時間,因為每個燈泡的壽命取決於製造控制之外的眾多因素,你當然不能在生產線上以額定電壓測試所有白熾燈以確定其確切預期壽命。取而代之的是,必須根據施加到已放置在某處的燈上的測是電壓,和經過旨在加速燈老化的測試程序,來得出近似額定值。從這些測試結果中,我們可以嘗試估算燈泡的總體預期壽命。

高壓燈的亮度和電流消耗特性,往往比低壓燈的可靠性低,它們的壽命往往難以預測。而且,高電壓燈通常更容易受到衝擊和振動的困擾。

對於給定的燈泡尺寸,隨著燈絲電壓的增加,燈絲線的長度會變長,且燈絲的直徑會變細。結果,燈泡的燈絲有更多的晶粒介面,這些晶粒介面會變成可能的斷裂點。同樣,由於這些尺寸參數是它們的尺寸,較高電壓的燈往往具有較低的機械共振頻率,甚至對多重共振也有一定的傾向性,這可能導致不受控制的振動,以及在燈絲段之間發生短路。

由於高電壓燈往往更易碎且更容易發生故障,因此通常應避免在可以使用低電壓燈的地方使用高電壓燈,較低電壓的燈易於提供較高的可靠性。

我從各種來源獲悉,直流供電中的燈泡壽命可能僅佔交流供電中平均壽命的20~50%。燈絲上的電遷移(金屬正在移動!)會導致表面出現切口,隨著局部電阻的增加,可能會出現熱點,並且會加速燈絲蒸發,從而導致過早斷裂。(砰!)

透過使用較低的施加電壓,可以權衡燭光功率以延長使用壽命;降低施加的電壓會延長燈泡壽命,但會降低燭光功率。當然,反向操作的話,燭光功率可能會增加,但燈泡壽命會縮短。不過,一般來說,燭光功率大約和施加電壓與提升到3.5th功率的額定電壓之比成正比,我們可以這樣寫:

燭光功率= (施加電壓/額定電壓)3.5 × MSCP或設計電壓下的平均球形燭光功率。從那裡開始,流明=燭光功率× 4pi,其中,流明額定值通常是額定電壓下白熾燈規格的一部分。

電流消耗約為:(施加電壓/額定電壓) 0.55 ×設計電壓下的電流。

當然,這兩個表達式只是近似值,因為這確實是一種不精確的技巧。

總的來說,為了使燈泡壽命最長,最好使用交流電操作。在燈泡「關閉」時提供低水平的空轉電流也很有幫助,使燈絲保持熱度但不會明顯發光,以減輕「打開」燈泡時的浪湧電流(Inrush Current)浪湧。

請務必注意,開啟時的浪湧電流浪湧可能會造成非常有害的影響。我曾經認識一個拍攝工業照片的人士,他的工作室設置了陣列白熾燈,用以照亮他的主題物品。這些燈泡緩慢升高到最大亮度和功率,然後在按下相機快門後,使用可變自耦變壓器(也稱為Variac),使燈泡緩慢降低至零。透過這樣處理他的燈,他最大程度地降低了燈泡的浪湧電流,並避免了熱衝擊。結果,他使這些燈泡在工作室中使用了二十多年,沒有更換,而其標稱使用壽命可能約為2,000小時。

(參考原文:Incandescent lamps and service life,by John Dunn,EDN Taiwan Anthea Chuang編譯)

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