浅谈重庆中国三峡博物馆展厅条形舞台聚光卤钨灯电路小技改

2011-07-26郑犁，冉浩

灯与照明 2011年3期

郑犁，冉浩

(重庆中国三峡博物馆，重庆400015)

1 条形舞台聚光卤钨灯具在重庆中国三峡博物馆中的应用范围

卤钨灯就是泡体内充的惰性气体中含有碘、溴、氟等卤族元素和卤化合物的白炽灯。普通白炽灯因充气惰性气体不含卤族元素，在高温下钨丝蒸发，钨元素沉淀在泡体玻璃壳内，产生灯泡发黑现象，从而降低灯泡亮度。相比普通白炽灯而言，卤钨灯在工作温度下，从灯丝蒸发出来的钨元素在泡壁区域内与卤素物质发生反应，形成挥发性卤钨化合物。由于灯的泡壁温度非常高，接近泡壁的卤钨化合物呈现气态状，当卤钨化合物扩散到温度更高的灯丝周围时，又分化为卤素和钨，释放出来的钨部分吸附到钨丝上，而卤素继续参与循环。在这样的过程中，钨元素不会沉积在泡壁上，所以在正常情况下卤钨灯使用后不会像白炽灯那样变黑。卤钨灯因工作原理的需要，往往制造尺寸比普通白炽灯小，泡体内含有卤族元素的惰性气体压力更高，灯丝发光的效率非常高，显色性更好，光源恒定，而寿命也比普通白炽灯长。

正是因为卤钨灯有上述特性。所以，卤钨灯在舞台布光和摄影场景布光中应用较为广泛。重庆中国三峡博物馆展厅因部分场景布光需要，大量使用了条形舞台聚光卤钨灯具，在壮丽山峡序厅中央大型油画“夔门”的场景照明中、抗战岁月大轰炸3D电影影视场景中应用十分广泛。

2 对重庆中国三峡博物馆展厅中的条形舞台聚光卤钨灯具进行电路小技改的原因

卤钨灯主要分为高压卤钨灯(可直接介入220 V～240 V电源)和低压卤钨灯(需配备相应变压器)两种。低压卤钨灯具有相对更长的使用寿命，安全性能高等优点。因此，重庆中国三峡博物馆展厅内主要采用的是低压卤钨灯具。然而，这种灯具在馆内壮丽山峡、抗战岁月两大主要陈列展厅的实际应用中我们发现，灯具内的低压石英卤钨灯管的使用寿命非常短，整套灯具内的8只灯管平均使用寿命不足1个月。这与理论上的低压卤钨灯正常使用寿命大相径庭(产品规格为55 V/125 W管形石英卤钨灯)。因场景布光的需要，分布在“夔门”油画和重庆大轰炸3D电影周围的条形舞台聚光卤钨灯具的数量也特别多。且灯具安装的位置复杂，多为高空悬挂安装。因此检修灯具时，维修人员必须高空作业，这样给我们电气工程技术人员的维修带来非常大的难度。由于卤钨灯管更换频繁，维修周期较短，不仅增加维修成本，也增加了维修人员的危险系数。鉴于这种情况，迫使我们必须对原来的卤钨灯具进行技术分析，找到目前卤钨灯管使用寿命较短的真正原因，并加以技术改进，从根本上解决上述问题。

3 技术改造前条形舞台聚光卤钨灯具的工作原理及使用情况

经电气工程技术人员检修拆卸损坏的条形舞台聚光卤钨灯具后发现，该灯具内部安装卤钨灯管的管座是由两头为陶瓷卡座，卡座外用螺丝固定导电金属卡片组成。而出现故障最多的地方就是卤钨灯管两端的金属触点与固定在陶瓷卡座上导电金属卡片下端的触点处。故障现象多为触点接触处温度过高产生炭化变形，导电金属卡片上触点溶化，导致卤钨灯管两端陶瓷破裂，灯丝与灯两端触点断裂所致。起初分析认为是卤钨灯管发热量大，散热较差引起。后经过拆除外面板，加装散热风扇等技术手段，故障现象仍未得到明显改善。后来经电气技术人员拆卸灯具，分析电路原理，得出如下结论:

原条形舞台聚光卤钨灯具内的卤钨灯管的接线方式是4只灯管串联，然后两组并联接线(见图1)。具体来说，就是每组电路由4只55 V/125 W的低压卤钨灯管串联而成。

图1 原条形舞台聚光卤钨灯接线原理

根据电工原理，将条形卤钨灯电路理想化为纯电阻电路，根据欧姆定律，我们可以判定出每组电路的总电压为U总=U1+U2+U3+U4(U为电压)，而I总=I分(I为电流)。根据P=UI可得:

得出一条支路上面的电流约为2.3 A，两条支路之和为总电流，电流为4.6 A。经过简单计算，加在每一只卤钨灯管两端的电流为2.3 A，电流相对偏大。这样容易产生接触电阻过大，使得灯管两端温度过高，从而缩短灯管的使用寿命。

4 技术改造后舞台聚光条形卤钨灯具的工作原理及使用情况

经过简单的技术分析，我们对原来的条形舞台聚光卤钨灯具的电路进行了改造。并将原低压卤钨灯(55 V/125 W)管更换为高压卤钨灯(220 V/100 W)管。其具体做法是将原两组4只串联的卤钨灯(55 V/125 W)管改为8只高压碘卤钨灯(欧司朗220 V/100 W)管，也就是说每只灯管采用并联接线方式(见图2)。这样通过欧姆定律可得U总=U分，而I总=I1+I2+I3+……I8，根据P=UI可得:

图2 改造后条形舞台聚光灯接线原理

分担在每只灯管两端的电流为0.5 A。总回路的电流为0.5×8=4 A。这样分担在每只灯管两端电流就非常小，而总路上的电流与原来电路约为相同。经过这样改造，大大降低了因每只灯管两端电流过大而导致陶瓷底座金属触点与卤钨灯灯管触点间因接触电阻增大，电流过大产生发热损坏灯管和金属触点，使得故障率明显降低。