Сравнение лампы накаливания, компактной люминесцентной и светодиодной ламп по температуре нагрева и потребляемой мощности

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Продолжаю эксперимент по сравнению лампы накаливания мощностью 75 (Вт), компактной люминесцентной лампы «Navigator» мощностью 15 (Вт) и светодиодной лампы EKF серии FLL-A мощностью 9 (Вт).

И сегодня я проведу измерение температуры нагрева ламп в рабочем режиме и рассчитаю их фактическую потребляемую мощность. Напомню Вам, что с первой частью экспериментов про сравнение светового потока при разных уровнях напряжения перечисленных ламп Вы можете познакомиться здесь.

С помощью тепловизора Fluke Ti9 Electrical произведу замер температуры нагрева ламп в разных точках (колба, основание лампы и патрон) через один час их работы.

1. Лампа накаливания 75 (Вт)

Температура нагрева лампы накаливания мощностью 75 (Вт) в верхней части колбы (в месте расположения нити накаливания) составила 268°С. На снимке ниже в указанной точке (квадратный курсив) температура равна 259,9°С.

Если прикоснуться к колбе, то можно получить ожог.

Температура нагрева у основания лампы накаливания значительно ниже и составила 81,6°С. Это вполне объяснимо, ведь нить накаливания находится в верхней части лампы — читайте статью про устройство лампы накаливания.

Температура нагрева патрона — 50,9°С.

2. Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) мощностью 15 (Вт) «Navigator»

Самую максимальную температуру нагрева люминесцентной лампы, которую мне удалось зафиксировать — это 139°С. Эта точка приходится на основание колбы, т.е. нагрев достаточно локальный (местный).

Температура по всей поверхности колбы примерно одинаковая и составила 74,5°С.

Если прикоснуться к колбе лампы, то нагрев достаточно ощутим.

Основание компактной люминесцентной лампы нагрелось в среднем до 58,5°С. В этом месте лампы находится схема (ЭПРА).

3. Светодиодная лампа (LED) мощностью 9 (Вт) EKF серии FLL-A

Максимальная температура нагрева светодиодной лампы мощностью 9 (Вт) EKF серии FLL-A составила всего 65°С. Этот нагрев зафиксирован в нижней части колбы, там где расположены драйвер и светодиоды. Низкий нагрев светодиодной лампы EKF обусловлен тем, что ее корпус сделан из алюминия и теплорассеивающего пластика, который обеспечивает хорошую теплоотдачу.

Об устройстве этой лампы я еще расскажу Вам более подробно в своих следующих статьях — подписывайтесь на рассылку.

Температура верхней части колбы составила всего 32,4°С. Ее без проблем можно держать в руках.

Температура патрона составила в среднем 36,9°С.

Результаты измеренных температур я занес в таблицу.

Какие выводы можно сделать из этого эксперимента?

Из-за высокой температуры нагрева ламп накаливания (в моем случае 268°С) условия их применения несколько ограничены в плане пожарной безопасности. Высокая температура может стать причиной возгорания (пожара). В связи с этим нужно соблюдать ряд определенных требований.

Например, в светильниках, установленных на натяжном потолке, мощность ламп накаливания не должна превышать 60 (Вт). Также не стоит забывать про термостойкую арматуру (патроны, плафоны, основание) светильника: керамика, карболит, стекло, и соблюдать расстояние от лампы до горючих материалов (пластиковые детали, деревянная поверхность, ткань).

Компактная люминесцентная лампа имеет максимальную температуру 139°С, но этот нагрев достаточно локальный (местный), поэтому можно считать, что бОльшая часть ее колбы имеет температуру нагрева 74,5°С.

Победителем данного испытания безусловно является светодиодная лампа EKF серии FLL-A. Ее максимальная температура составила всего 65°С. Это почти в 4 раза меньше, чем у лампы накаливания и в 2 раза меньше, чем у лампы КЛЛ.

КЛЛ и светодиодная лампа обладают низким уровнем пожарной опасности и минимальным риском возгорания, благодаря чему их применение более широкое по сравнению с лампами накаливания. Также эти лампы совершенно безопасно устанавливать в светильниках с пластиковыми патронами, плафонами и основанием, тканевыми абажурами, они идеально подходят для натяжных потолков и т.д.

С помощью цифрового мультиметра, подключенного последовательно в цепь каждой лампы, произведем измерение потребляемого тока, а затем косвенным путем рассчитаем их мощность и сравним с заявленной (по паспорту).

1. Лампа накаливания 75 (Вт)

Измеренный ток потребления лампы накаливания мощностью 75 (Вт) равен 0,29 (А).

Зная напряжение в сети (220 В), рассчитаем энергопотребление лампы накаливания. Лампа накаливания не содержит в себе индуктивных и емкостных элементов — это чисто активная нагрузка, поэтому для расчета ее потребляемой активной мощности применим вот эту формулу:

Pрасч. = Uсети·Iизм. = 220·0,29 = 63,8 (Вт)

Полученное значение занесу в сводную таблицу.

2. Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) мощностью 15 (Вт) «Navigator»

Измеренный ток потребления компактной люминесцентной лампы мощностью 15 (Вт) равен 47,8 (мА) или 0,0478 (А).

Измеренный ток не является активным, в отличие от измеренного тока лампы накаливания, т.к. лампа КЛЛ содержит в себе электронный пуско-регулирующий аппарат (ЭПРА), который является источником реактивной мощности. А это значит, чтобы вычислить активный ток, нужно измеренное значение тока умножить на коэффициент мощности или, другими словами, косинус «фи» (cosφ). Коэффициент мощности мне не известен (в паспорте на лампу он не указан), поэтому я возьму усредненное значение для электронных ПРА, которое составляет 0,95.

Энергопотребление люминесцентной лампы рассчитаем путем умножения значения напряжения сети (220 В) на активный ток лампы:

Pрасч. = Uсети·Iизм.·cosφ = 220·0,0478·0,95 = 9,99 (Вт)

Полученное значение занесу в сводную таблицу.

3. Светодиодная лампа (LED) мощностью 9 (Вт) EKF серии FLL-A

Измеренный ток потребления светодиодной лампы мощностью 9 (Вт) EKF равен 31,0 (мА) или 0,031 (А).

Измеренный ток не является активным из-за того, что в светодиодной лампе установлен драйвер, который имеет реактивную составляющую. И это нужно учесть аналогичным образом, как в предыдущем случае с лампой КЛЛ. Коэффициент мощности для светодиодной лампы в паспорте не указан, поэтому я опять же возьму усредненное значение 0,95.

Энергопотребление светодиодной лампы рассчитаем путем умножения значения напряжения сети (220 В) на активный ток лампы:

Pрасч. = Uсети·Iизм.·cosφ = 220·0,031·0,95 = 6,47 (Вт)

Полученное значение занесу в сводную таблицу.

Таблица полученных результатов по энергопотреблению ламп.

Из данного эксперимента можно сделать следующие выводы.

У всех рассмотренных ламп заявленная мощность превышает фактическую, правда значения отклонения у ламп значительно отличаются. Ближе всех к заявленной мощности имеет лампа накаливания 75 (Вт). Ее отклонение от заявленной мощности составило всего 14,93%. На втором месте светодиодная лампа 9 (Вт) EKF — ее отклонение составило уже 28,11%. И на третьем месте КЛЛ 15 (Вт) «Navigator» — отклонение составило 33,4%.

Но все ничего, если бы лампа имела меньшее энергопотребление, чем заявленное, но при этом выдавала заявленный по паспорту световой поток (освещенность). Чего нельзя сказать про компактную люминесцентную лампу «Navigator» мощностью 15 (Вт). Напомню, что ее освещенность уступала эквивалентной 75-Ваттной лампе накаливания на целых 30%. Почему бы производителю не сделать лампу мощней и, соответственно, выдавать заявленный по паспорту световой поток? Это, пожалуй, останется загадкой.

Со светодиодной лампой EKF серии FLL-A мощностью 9 (Вт) все понятно. Заявленная мощность завышена, но и освещенность при этом на 8% больше, нежели у эквивалентной 75-Ваттной лампы накаливания. Получается, что энергопотребление светодиодной лампы EKF практически в 10 раз меньше, чем у лампы накаливания, но при этом освещенность на 8% больше. Экономия на лицо, считаю, что это самый оптимальный вариант.

Если сравнить светодиодную лампу с КЛЛ, то она и здесь выигрывает. Во-первых, освещенность светодиодной лампы на 36% больше, чем у КЛЛ, а во-вторых, энергопотребление почти на 35% меньше.

Видеоролик к статье:

P.S. В скором времени я напишу статью об экономическом эффекте и сроке окупаемости рассмотренных в статье ламп. Спасибо за внимание.

Ничего себе как лампа накаливания греется. Хоть омлет делай.

Вот поэтому пожарные инспектора и требуют обязательное наличие плафонов у светильников.

«Соникофан: 06.05.2014 в 02:24

Ничего себе как лампа накаливания греется. Хоть омлет делай.»

И делают, на ю-тьюбе есть ролики.

Статья вроде большая (ах, тепловизор…) и сравнительно верная, но несколько поверхностная. Впрочем, может, я ищу то, о чём и не планировали писать.

На счёт температуры. Основная придирка — не учитывается время, через которое было проведено измерение. Темой освещения немного интересуюсь и есть личный опыт.

КЛЛ. У большинства продаваемых КЛЛок есть проблема с нагревом именно драйвера. Больше, чем колба, он не нагреется, конечно, но может выйти из строя из-за перегрева. Пластик драйвер прогревает заметно медленнее, чем колбу, так что до пика температура могла не дойти. Ну и да, чем мощнее (по факту) лампа — тем сильнее будет греться. Люди даже отверстия вентиляции насверливают.

Светодиоды. Пластик (рассеивателя, я понимаю), скорее всего, самый обычный: светодиод не греется так, чтобы его нагревать через воздух. Алюминий — это хорошо, но в недорогих лампах, что я видел, светодиоды (1 или 3-хваттнные) установлены на алюминиевой пластине, которая, в самом худшем случае, контактирует только по периметру(!) и светодиоды греются заметно сильнее, чем кажется. В более благоприятном случае встаёт проблема отвода тепла от необдуваемого радиатора — опять таки, чтобы не грелся светодиод. Купленный 10Вт светодиод с питанием от честного 0,9А драйвера нагревает немаленький(8х6х4 см) радиатор от процессорного кулера до 60-65 градусов, сам диод — до 85, до стольки сборка нагрелась за час, и это не установившаяся температура — могла ещё подрасти. Измерения делал бытовым ИК-пирометром с к=0,95, так что нагрев радиатора примерный. В светодиодных лампах же радиатор пустотелый — там жарится запертый драйвер. В общем, светодиодные лампы сильно мощные лучше не брать (разве что если сильно врут про мощность, но дёшего).

На счёт освещённости. Во-первых, есть такая вещь, как CRI (Ra) — индекс цветопередачи, и у ширпотребных диодов, что обычно ставят в лампы, он составляет 70-80 из 100, а то и меньше, у тёплых, говорят, чуть выше. У КЛЛ обычно чуть выше 80. У ламп накаливания и галогенных за 90. И у светодиодов, и у КЛЛ всё зависит от люминофора, когда сразу 5 компонент — это очень круто, где-то даже статья была, как это определить без спектрографа. А во-вторых, беда светодиодов — довольно узкая (120 градусов, например) направленность света. Рассеиватель помогает, но отбирает люмены.

Ну и да, по мощности. У драйверов светодиодов и КЛЛ, насколько я знаю, нет реактивной составляющей, это обычные импульсные преобразователи без корректора коэффициента мощности, на входе стоит диодная сборка и конденсатор, который подпитывается гребням синусоиды напряжения. Максимум, что возвращается обратно в сеть — это импульсные наводки, т.к. фильтров на входе обычно нет. Ну и измерять ток тем мастеком, что на фото (у меня внезапно такой же), смысла нет — нужен True RMS мультиметр. Ну, или любой измеритель мощности =) На счёт завышения мощности — да, everybody lies(с). На светодиодных лампах врут почти поголовно, и чем выше мощность — тем сильнее (разве что бренды европейские норм, возможно). На КЛЛ нормальных марок обычно отклонения приемлемые, на 10-15%. Но вот Uniel 32W потреблял от силы 24. Нонейм 11Вт — 7. Ну и да, надо сказать, что со временем мощность (и светимость) падают из-за деградации драйвера, электродов и люминофора.

У меня почти все лампы Camelion, потому что сравнительно живучи и долгоиграющие), и потому что заявленная мощность не сильно выше реальной. Первые партии похуже были, как сейчас — тоже не знаю, я ж не покупаю, так как эти живут =) «Импульс» 26 Вт умерли 2 из 2, от навигатора тоже воспоминания так себе, поделки вроде униэля из леруа тоже не впечатлили.

Kail, спасибо за развернутый комментарий. По поводу времени нагрева — все замеры температуры производил через 1 час работы ламп. Светодиодную лампу разберу на следующей недели, самому интересно посмотреть ее устройство.

Сравнение светового потока, а точнее, освещенности на рабочей поверхности стола, я проводил в первой части эксперимента. Согласно паспорта, у рассматриваемой светодиодной лампы EKF угол рассеивания равен 240 градусов.

Мультиметры у меня есть разные (вот здесь я писал про них), все поверенные, поэтому «камень» в сторону М890D считаю не обоснованным.

Да, я потом заметил, что это уже вторая статья по теме.

Освещённость вы замерили, это да, и там вроде бы всё верно (впрочем, тут мои познания скудны). Но рассматриваются вполне определённые условия: освещённость от лампы в светильнике на расстоянии 65 см примерно под лампой, а такое применение мне видится только в одном случае — в настольном светильнике. Общее освещение — более распространённый случай. И вот тут всё-таки хотелось, чтобы вы хотя-бы измерили освещённость от ламп на разных углах от оси лампы. Я думаю, что заявленные 240 градусов — это угол, на котором свет хоть как-нибудь видно, потому что светодиоды больше 180 точно не дадут, и вблизи границ конуса света светятся слабо. Это как 178 градусов у TN мониторов =) Для общего случая надо бы измерить именно реальный световой поток. Если по уму, то делают измерительную сферу или что-нибудь близкое к ней, есть разные варианты. Особенно понравилось тут, там делали 60-гранник из бумаги, покрашенный изнутри белой краской в несколько слоёв.

Время, через которое измеряется нагрев, я бы увеличил. Точнее даже, проверил бы и через час, и через три, например. Может, и не сильно нагреется, но проверить не помешает.

На счёт мультиметра останусь на своём. Нормальный мультиметр, разве верхний порог измеряемой ёмкости ничтожный. Но точные измерения на нём гарантируются только при активной нагрузке. Я не изучал вопрос, как производятся там измерения на переменном токе, могу только предположить, что просто снимается значение через четверть периода после прохода 0. В импульсных источниках питания сетевое напряжение просто подкармливает конденсатор, это написано в любой статье про PFC — коррекцию коэффициента мощности, вы, полагаю, в курсе об этом понятии.

Для точного измерения нужен true rms мультиметр, который делает несколько тысяч отсчётов в секунду. И он у вас есть — это флюк, используйте его, он крут (и дорог Т_Т).

Спасибо за статью. Люблю ваш сайт, много познавательного и интересного. Жду статью о сроке окупаемости ламп.

Я как-то смотрел документальный фильм о лампах. Там говоилось про влияние на зрение разных типов ламп. Так вот по самому вредному воздействию на глаза человека оказалась светодиодная лампа, в связи с ее световым потоком — синими лучами, а самая безопасная оказалась обычная лампа накаливания. Эта инвормация не мое мнение, а данные из этого фильма.

«Ну и да, по мощности. У драйверов светодиодов и КЛЛ, насколько я знаю, нет реактивной составляющей, это обычные импульсные преобразователи без корректора коэффициента мощности» Как же. «усредненное значение для электронных ПРА, которое составляет 0,95″ такое возможно только при наличии активного PFC. Я измерил ваттметром для лампы «Navigator» 25W: 24.1Вт,208В ,0.181А, фи 0.65. Приобретите ваттметр, хотя бы такой:

Вообще говоря, желание и умение делать эксперименты хороши, но не стоит преувеличивать верность полученных результатов, уж слишком приблизительны методы. Нельзя судить о световом потоке по освещенности в одной точке и применять какие-то усредненные данные для окончательных выводов. Количество линий спектра КЛЛ легко определяется компакт-диском и описано в Википедии. Не поверю в существование теплорассеивающего пластика, который обеспечивает хорошую теплоотдачу. Только металл! Пожарные инспекторы боятся не нагретого стекла, а раскаленного вольфрама, который летит из лампы при ее разрушении.

Статья интересная, хорошо бы еще по температуре светового потока получить информацию. что она обозначает, ее пишут на упаковке энергосберегающих ламп.

elalex, да знаю я, что правильней измерять световой поток по методике (в разных точках помещения, при полной темноте, т.е. без естественного освещения, непосредственно под лампой, под углом от лампы и т.д.). У нас целая лаборатория занимается такими замерами, когда проводится аттестация рабочих мест.

При экспериментах я отдалял от оси лампы люксметр (25 см и 50 см) и измерял освещенность рабочей поверхности. Особых изменений по совещенности не было. Мне этого было достаточно, чтобы сделать выводы, которые я озвучил в статье — результат на лицо и с этим не поспоришь.

Мне тоже очень нравится Ваш сайт, все очень доходчиво. Спасибо.

Админу 05.2014 Нет, поспоришь. Главный показатель источника света — его световой поток, определенный интеграл освещенности по всей поверхности сферы вокруг источника. Источники — не точечные объекты, а светодиоды вообще дают направленный свет, и сила их света в разных направлениях очень разная, достаточно посмотреть каталоги ламп, скажем Osram или Philips. И делать далеко идущие выводы по измерениям в 1-2 точках — это несерьезно.

Я не специалист, но поделюсь некоторыми радиолюбительскими соображениями. Что касается измерения мощности, обычные мультиметры здесь действительно непригодны, нужны специальные приборы. В одном из моих мультиметров даже при измерении переменного напряжения (не тока) используется один полупериод. Возможно, в нём стоит просто диодный выпрямитель, вероятно с фильтром, и уже выпрямленное напряжение поступает на АЦП. Коэффициент мощности недостаточно оценивать только косинусом фи, это даёт верный результат только при синусоидальных напряжении и токе. В случаях же с драйверами, кроме сдвига фаз между током и напряжением, снижение коэффициента мощности определяется ещё и отклонением формы тока от формы напряжения, поэтому нужно не пользоваться косинусом фи, а производить рассчёт по более сложным формулам и получать экспериментальные данные. При работе выпрямителя с ёмкостным фильтром пиковый потребляемый ток может превышать эффективный в 10-12 и более раз! Если требуется малый коеффициент пульсаций напряжения на нагрузке, выпрямитель работает мощными короткими импульсами, между которыми отдыхает! При этом большую часть полупериода ток от сети не потребляется, а нагрузка питается исключительно от конденсаторов фильтра! Это вызывает у меня ощущение радиотехнической дисгармонии и нежелание использовать КЛЛ и светодиодные лампы. К сожалению, при пользовании этими изделиями повысить коеффициент мощности можно только с помощью внешних электронных устройств. Производители изделий бытовой и не только бытовой электроники (телевизоров, музыкальных центров, ЭМИ, компьютеров, ноутбуков и т. д.) в их блоки питания в большинстве случаев тоже не разбежались вводить коррекцию коеффициента мощности. Вероятно, как 40 и более лет назад экономили, гоняясь за простотой и дешевизной, так экономят и до сих пор, несмотря на прогресс элементной базы. Что касается КЛЛ и светодиодных ламп, эти гибриды, вворачиваемые в обычный патрон, мне не нравятся. Считаю цивилизованным применение линейных люминесцентных ламп с внешними ПРА или ЭПРА и светодиодов с внешними драйверами и контроллерами. ПРА, ЭПРА, драйверы и контроллеры должны иметь коррекцию коеффициента мощности, что, увы, тоже бывает далеко не всегда, а покупатели чаще всего на это не обращают внимания. Если использовать драйверы с трёхфазным питанием, может не понадобиться даже оксидных конденсаторов большой ёмкости. Импульсные устройства пригодятся не только люминесцентным лампам и светодиодам, но и лампам накаливания. Они могут одновременно выполнять роли стабилизатора, устройства плавного пуска (если нужно, и плавного стопа), диммера, электронного выключателя с управлением кнопками без фиксации без контактов в силовых цепях, управляться от детекторов движения, освещённости, шума и т. д. Диммеры с управлением фазовым углом тоже снижают коеффициент мощности. КЛЛ мне не нравятся ещё и тем, что они частично светят сами в себя (не вся излучающая поверхность открыта), это снижает эффективность. И с точки зрения эстетики эти многопетлевые и змеевидные образования моему вкусу соответствуют меньше, чем линейные лампы.