أنواع المصابيح الكهربية الجزء الأول

قد يهمك أيضا

انواع مصابيح الاضاءة الكهربية

الجزء الأول

يضم هذا الموضوع انواع مختلفة من مصابيح الاضاءة الكهربية التي تستخدم في التمديدات الكهربائية بشكل عام سواء داخل المنازل او في الطرق مثل المصابيح المتوهجة ومصابيح الهالوجين ومصابيح التفريغ الغازي ومصابيح الفلورسنت.

المصابيح هي مصدر الإضاؤة الكهربية حيث تقوم بتحويل القدرة الكهربية الى قدرة ضوئية. ويوجد أنواع كثيرة من المصابيح الكهربية تختلف في تركيبها وطرق تشغيلها وكفاءتها ولون إضاءتها. ويمكن تصنيف المصابيح الكهربية في أربع مجموعات:

1- المصابيح المتوهجة وتتضمن ما يلي:

- مصابيح التنجستن العادية Incandescent Lamps

-مصابيح التنجستين الهالوجينية Tungsten Halogen Lamps

2- مصابيح التفريغ الغازي (Gas Discharge Lamps) وتتضمن ما يلي:

- مصابيح الفلورسنت Fluorescent Lamps (وتعرف أيضا بمصابيح الزئبق منخفض الضغط).

- مصابيح الصوديوم ذات الضغط العالي (HPS)  وتعني High Pressure Sodium Lamps.

- مصابيح الصوديوم ذات الضغط المنخفض (SOX) وتعني Low Pressure Sodium Lamps

- مصابيح الزئبق ذات الضغط العالي (HPM) وتعني High Pressure Mersury Lamps.

- مصابيح الهاليد المعدني Metal Halide Lamps.

- لمبات النيون Neom lamp

3- المصابيح الموفرة للطاقة.

4- مصابيح الـ LED

المصابيح المتوهجة Incandescent lamps :

تنتج مصابيح الفتيلة المتوهجة ضوءا عند تسخين فتيلة التنجستن حتى التوهج، ولذا تسمى أيضا بالمصابيح الحرارية، وقد استخدم التنجستن فيها لما يتميز به من صلابة، وتحمل للحرارة العالية، كما أنه يتميز كذلك بضعف معدل البخر له (المقصود تبخر السلك المعدني مع ارتفاع درجة حرارته). وتوضع الفتيلة في وسط مفرغ من الهواء (بصيلة) تحتوي على غاز خامل (أرجون أو أرجون + نيتروجين). وقد يرفع الضغط داخل البصيلة الى 1.5 جوى، لأن الضغط المرتفع يخفض معدل البخر ويطيل عمر المصباح. ووظيفة هذا الغاز الخامل أن يمنع أكسدة الفتيلة عند ارتفاع درجة حرارتها، ويقلل من تبخر معدن الفتيلة، ومن ثم يطيل من عمر المصباح، كما أنه يقلل من السواد الذي يغطي المصباح من الداخل نتيجة البخر. والشكل التالي يوضح مكونات المصباح.

مصباح التنجستن

والبصيلة لها أنوع متعددة :
- زجاج عادي وله أشكال متنوعة (شفاف - مفضض).
- أبيض ديلوكس (سيلكا تخفي السواد الناتج عن البخر).
- ضوء النهار (زجاج أخضر مزرق يمتص جزء من الأحمر).
والكفاءة الضوئية للمصابيح المتوهجة المستخدمة في الطرق حوالي 10 Lm/W وتعتبر كفاءة منخفضة حيث يضيع جزء كبير من الطاقة على صورة حرارة. وأكثر استخداماته تكون في مجالات الخدمة الشاقة مثل القطارات والسيارات وإشارات المرور . وهذه بعض الخواص الهامة:
- المظهر دافىء (2800 درجة)
- أمانة النقل  قرب 100
العمر   1000-4000 ساعة
الفتح والغلق   لا يحتاج لدائرة خاصة ولا يتأثر عمره بعددها
التحكم    يمكن خفض جهد حتى 50%

مصابيح الهالوجين :

الأصل أنها مصابيح تنجستن وأضيف لها أحد الهالوجين (يود، بروم، فلور) ويصدر عنها حرارة عالية لذا نستخدم الكوارتز في رجاج البصيلة الخاصة بها الشكل التالي، وفكرة عمله أنه عندما يتحد بخار التنجستن مع الهالوجين المضاف فإن الجزيئات الناتجة تقترب من الفتيل التنجستن الساخن وترسب عليه وبالتالي فقد اختفت معه ظاهرة السواد الداخلي، وهذه الدورة استرجاعية Regenerative cycle . بمعني ان المادة المتكونة مع ارتفاع درجة حرارة الفتيلة تتحلل مرة أخرى الى تنجستن وهالوجين، وهكذا.

وقد أدت فكرة هذه الدورة الى إطالة عمر المصباح الى 2000 ساعة كحد أدنى بدلا من 1000 ساعة، والى زيادة الكفاءة الضوئية الى 21 لومن / وات بأمانة نقل ألون عالية تقترب من 100، لكن يفضل معه خفض الجهد. لاحظ أن التخلص التام من ظاهرة التسويد أدي الى خفض الغلاف الزجاجي الى 90% من حجم مصباح متوهج عادي له نفس القدرة.

وأيرز مجالات الاستخدام في المناطق التي تحتاج الى قدرة عاليه، وامانة عالية لنقل الالوان مثل اجهزة تسليط الشرائح Projectors، ومصابيح السيارات، وإضاءة المسارح، كما يستخدم في المنازل و المحلات ولمبات الغمر الضوئي Floof Light والبؤر الضوئية Spot Light

أما القدرة بالوات فلها تنوع كبير واشهرها

500-300-150-100-75-50-35-20

أنواعها من حيث الجهد

لها نوعين رئيسين نوع يعمل على الجهد الأساسي أو ما يسمى جهد الشبكة 230 فولت (يختلف باختلا البلد) ونوع يعمل بالجهد فائق الانخفاض ويسمى للسهولة الجهد المنخفض (12V) او (24V).

الميزة الرئيسية للنوع الأول (الذي يعمل على الجهد الأساسي)

1. لا يحتاج الى محول

2. أن تنوع الوات فيه كبير فمثلا 300 وات و 500 وات و2000 وات تتواجد بجهد اساسي فقط ولا يمكن الحصول عليها بجهد منخفض.

الميزة الرئيسية للنوع الثاني (مصابيح الجهد المنخفض)

1. حجم المصباح صغير بالمقارنة مع النوع الأول وكذلك حجم جهاز الإنارة يكون صغير جداً قد يصل الى 50 ملم أو حتى أصغر وقد تصل فتحة جهاز الإنارة الى 30 ملم.

2. عمره أطول لذلك يكثر استخدامه فقد يصل عمر مصابيح تقنية الـ IRC الى 6000 ساعة عمل.

أهم محاسن مصابيح الهالوجين :

1. لها درجة إظهار لون (color rendering) عالية جداً أعلى من جميع المصابيح الأخرى وتصل الى 100% مقارنة مع ضوء الشمس.

2- الطيف اللوني لها قريب من الطيف اللوني لضوء الشمس.

3- لونها اصفر دافىء

4. هذه المصابيح تصلح لإظهار بريق المجوهرات والمعادن.

5. حجمها صغير جداً مما يجعل التحكم بالحزمة الضوئية سهل وتكون أجهزة الإنارة صغيرة.

6. يمكن إعتامها (dimming) بسهولة من 0-100%.

7- سعرها رخيص بشكل عام مقارنة مع المصابيح الأخرى ويعتبر رخيص جدا مقارنة مع مصابيح الميتل هالايد التي تتساوى معها في اظهار البريق والحجم الصغير.

كيفية قراءة كود هذا المصباح 

يوجد العديد من الاختصارات للمصابيح ولكن أكثرها انتشارا هو الصادر عن الهيئة الفيدرالية الألمانية لصناعة الكهرباء والالكترونيات ZVEI


شرح الكود من اليسار لليمين 

مثال عن كيفية قراءة الرموز 

مصابيح التفريغ الغازي 

تنتج مصابيح التفريغ الغازية الضوء من طريق مرور الكهرباء عبر غاز تحت الضغط، بدلا من توهج الفتيلة كما في المصابيح المتوهجة. ومثل هذه العملية تسمى بالتفريغ الكهربائي Electric Discharge. ولذا تسمى هذه المصابيح أحياناً بمصابيح التفريغ الكهربائي. وتضم هذه العائلة من المصابيح : المصابيح الفلورية، ومصبايح النيون، ومصابيح الصوديوم منخضة/ عالية الضغط، ومصابيح بخار الزئبق عالية الضغط، ومصابيخ الهاليد المعدنية. 

الفكرة العامة لمصابيح التفريغ الغازي:

الفكرة العامة لكافة هذه المصابيح هو حدوث قوس كهربي Electric Arc خلال غاز تحت ضغط منخفض أو مرتفع. وفي أغلب هذه المصابيح يكون هناك غازين خاملين بداخل المصباح : الأول يكون سريع التأين ويسمى غاز البدء، ويحتاج لجهد عالي عند البدء، أما الغاز الثاني فتستثار ذراته باصطدام الالكترونات المنبعثة من الكترودات اللمبة (التي تصنع غالبا من التنجستن)، ويصاحب ذلك انبعاث للخطوط الطيفية Light Spectrum الخاصة بهذه الذرات، ولذا ستختلف الالوان الصادرة من هذه المصابيح حسب الغاز الثاني الموجود بداخلها، وتسمى اللمبة غالبا باسم هذا الغاز (الصوديوم، النيون، الزئبق، الخ).

وظيفة الملف الكابح:

وينشأ عن الـ Electric في الغاز الثاني تيار عالي جدا، لا سيما وأن مقاومة الـ Arc سالبة أي أنها تنقص مع زيادة التيار فتحدث زيادة مضطردة في قيمة التيار، ولذا نحتاج غالبا الى ملف كابح Ballast يوصل على التوالي مع المصباح للحد من هذا التيار طوال مدة تشغيل المصباح. وللملف الكابح وظيفة أخرى هي المحافظة على فرق الجهد خلال اللمبة ثابتا طوال فترة التشغيل. ومع وجود هذا الملفات أصبح من الضروري استخدام مكثفات لتحسين معامل القدرة في هذه النوعية من المصابيح بسبب انخفاض الـ Powet Factor . 

وتجدر الإشارة هنا الى أن لهذا الـ Ballast وظيفة أخرى تحدث تحديدا عند البدء فقط، حيث يساهم بصورة أساسية في توليد الجهد العالي اللازم لعملية البدء. فعند توصيل الكهرباء لدائرة المصباح يقوم البادىء (Starter or Lgniter) بتوصيل تيار صغير يمر خلال ملف الـ Ballast ، وينشأ هذا التيار مجالا كهربيا صغيرا في الملف، لكن هذا البادىء سرعان ما يفصل وينقطع التيار، وهنا نستفيد من الـ Inductance العالية التي يتميز بها هذا الملف، حيث سيحاول هذا الملف الإبقاء على التيار داخله ومنعه من الانهيار (تذكر أن من أساسيات الكهرباء أن أى ملف Coil يحاول دائما منع أي تغير في التيار: فإذا زاد التيار خلاله فإنه يحاول منعه من الزيادة، واذا نقص فانه يحاول منعه من النقصان، وهي القاعدة المعروفة بقاعدة لنز Lenz Rule، وهذه الخاصية مفيدة جدا هنا لأن محاولة الملف منع التيار من التناقص سينشأ عنها ظهور جهد عالي لحظي بين أطراف الملف وتتأثر اللمبة بهذا اللمبة بهذا الجهد العالي فيحدث انهيار لعزلية الغاز الموجود بداخلها فيحدث تفريغ للغاز ELectric Discharge ، ويصبح موصلا. وقد يحتاج لعدة محاولات للوصول الى التوصيل الدائم حيث تصبح درجة الحرارة داخله مناسبة. وهذه الفكرة العامة تكاد تكون مشتركة في كافة أنواع مصابيح التفريغ.

وبستثناء المصابيح الفلورية فإن مصابيح التفريغ الغازي لا تستخدم في المنازل، حيث تبدو ألوان الأشياء مختلفة عن لونها الطبيعي بدرجة كبيرة على الرغم من أنها تعمر مدة أطول، وتعطى ضوءا أشد، مقابل كل واط من القدرة، وهي من هذا الجانب أكفأ من المصبايح المتوهجه.

مصابيح الفلورسنت (الزئبق منخفض الضغط)

يتركب المصباح الفلورسنت من الكترودين عند الأطراف (يسميان بالأنود والكاثود)، تنبعث منهما الكترونات عند تسخينها، وغالبا تكون مصنوعة من تنجستن مطلي بالباريوم، وتوضع الـ Electrodes داخل أنبوب اسطواني يحتوي على خليط من بخار الزئبق والأرجون تحت ضغط منخفض جدا (وهذا يساعد على إبقائه على هيئة غاز)، كما يحتوي السطح الداخلي للأنبوب على مادة فوسفورية تقوم بامتصاص الأشعة الفوق البنفسجية التي تطلق لدى مرور تيار في غاز بخار الزئبق (والتي هي في الأصل موجات غير مرئية)، وتطلق هذه المادة بعد امتصاصها لهذه الأشعة موجات ضوئية بجمي الأطوال الموجية مما ينشىء اللون الأبيض المميز لهذه اللمبات. 

ويحتاج المصباح إلى بادىء تشغيل Starter (أنبوب صغير بداخله غاز الأرجون سريع التأين وبه الكترودين قريبين لبعضهما لتسهيل عملية التفريغ)، ويحتاج كذلك الى الملف الكابح Ballast.

وعند توصيل طرفي اللمبة الى مصدر كهربي AC supply فإن جهدا كهربيا سينشأ بين طرفي اللمبة وطرفي الـ Starter راجع الشكل التالي ، لكن وبسبب كون الغاز داخل الأنبوب باردا في بداية التشغيل فإن الألكترونات المنبعثة من الفتيلة ستلاقي مقاومة للمرور عبر الغاز، لهذا ستمر عبر الـ Starter الذي يتأين غازه أسرع، ثم تمر عبر الكترودات مصباح النيون، وبمرور التيار فإن الالكترودين سيسخنان بشكل كبير (وهي اللحظة التي يحمر فيها طرفي المصباح). 

ومعروف أن الالكترونات تكون سريعة في المواد الساخنة، مما سيجعل عملية قذف الإلكترونات أسهل ليمر عبر الغاز فتمر أول دفعة من الالكترونات (وهي التي تسخن لدرجة كافية، فينقل مرة أخرى ليمر عبر الـ Starter، لتسخن الإلكترودين من جديد، وتنتقل الدفعة الثانية من الإلكترونات عبر الغاز، تتكرر هذه العملية عدة مرات حتى يسخن الغاز بشكل كاف ليكون مرور الإلكترونات عبره اسهل من مرورها عبر الـ  Stater (لهذا يومض المصباح عدة مرات قبل أن يعمل) ، ويقوم الملف Ballast بمنع مرور التيار من الارتفاع لقيم عالية بعد تمام الإضاءة وحدوث التفريغ خلال أنبوبة المصباح الرئيسية. 


لأحظ أنه في كل مرة - خلال المحاولات الأولية في بداية التشغيل - عندما ينقطع التيار خلال الـ Starter فإنه يتولد جهد عالي، فينكسر عزل الغاز في الأنبوب الرئيسي ويحدث تفريغ بين الإلكترودين الأصليين ويمر التيار الذي ما يلبث أن ينقطع لأن الغاز لم يسخن لدرجة كافية.

وتتميز هذه المصابيح بأنها تعطي ضعف الكفاءة الضوئية للمصابيح المتوهجة.

السمات والخواص لمصابيح الفلورسنت (الزئبق منخفض الضغط)

- زمن البدء 2-5 ثواني (الأنواع الجديدة لها بدء سريع)

- معامل القدرة Power factor

- الألوان (الأبيض - دافىء - ديلوكس يشبه المتوهج)

- العمر 7500 ساعة 

- الكفاءة الضوئية حوالي 80 ليومن / وات 

- يتأثر الضوء بالتقادم (يتراكم مسحوق على السطح الداخلي).

- يتأثر بالحرارة (تؤثر على كمية الطاقة الفوق بنفسجية من القوس).

- لا يعمل اذا انخفض الجهد عن 75%

- نستخدم مكثف لتقليل تأثير التداخل Interference مع أجهزة الاتصالات وأيضا لتحسين معامل القدرة .

ورغم أن أغلب المصابيح الفلورية عبارة عن أنبوبة اسطوانية الشكل إلا أنه توجد مصابيح على شكل حرف U أو دائرية الشكل. 

كما أنه يوجد ثلاثة أنواع من المصابيح الفلورية حسب تشغيلها: 

- مصباح ذو تسخين متقدم "قبل بدء التشغيل" وهو يحتاج الى بادىء خاص. 

- مصباح سريع البدء ولا يحتاج الى بادىء، ويستغرق البدء فيه ثانية او ثانيتين، وهو مزود بـ Starting Coil داخلي يوضع قريب من الإلكترودين وموصل بالأرض. 

- مصباح لحظي البدء ولا يحتاج الى بادىء بل تنبعث الألكترونات على البارد من مادة يطلى بها الإلكترودين. 

قراءة رمز اللون الموجود على المصباح كما في الشكل التالي:

المصدر: المرجع في التركيبات و التصميمات الكهربية