Электроосвещение

Электроосвещение

Установлено, что свет представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,4…1 мкм.

Энергия в виде фотонов света выделяется из атомов при переходе электронов с большей орбиты на меньшую. Этому в некоторых материалах может способствовать их нагрев до температур 2500 ^оС и выше. Источником света может быть электрическая дуга, возникающая  в газовой среде. Некоторые материалы могут излучать свет под воздействием внешнего, относительно небольшого, электрического поля (в светодиодах, лазерах и др.).  

Световой поток – часть лучистой энергии, исходящей из объекта, воспринимаемый человеческим глазом. Измеряется в люменах [лм].

Освещенность – световой поток, приходящийся на единицу площади поверхности. Измеряется в  люксах [лк].

Светоотдача – это характеристика использования электрической энергии в источнике света для получения света (светового излучения),  [лм/Вт]. Эта характеристика показывает на сколько эффективно в световом источнике используется электрическая энергия.

Пульсация светового потока (глубина пульсации светового потока) – характеристика, показывающая на сколько изменяется световой поток, излучаемый источником, при питании его переменным током. Из графика изменения светового потока можно определить параметр – глубину пульсаций.

Рекомендуемые материалы

                                                 Глубина пульсаций 50%.

При частоте переменного тока 50 Гц частота пульсаций светового потока для большинства источников света (ламп накаливания) составляет 50 Гц.

Источники света могут характеризоваться и параметром – температурой света. Так, при

температуре источника света 3000 – 4000 градусов источник светится с желтоватым оттенком. Солнце принимается за источник белого света. Температура на поверхности Солнца составляет около   5600 ^оС. При больших температурах свет будет иметь оттенок синего или даже фиолетового света.

      Освещенность                   

Ф – световой поток определенной мощности;

К1 – коэффициент использования светильника (осветительного прибора);

К2 – коэффициент учитывающий уменьшение светового потока лампы с течением времени (старение лампы);

S – площадь поверхности освещения.

Электрические лампы

В качестве источников света в настоящее время в основном используются лампы накаливания и

газоразрядные лампы.

Принцип действия лампы накаливания основан на свечении спирали в стеклянной колбе, заполненной инертным газом. Лампы накаливания отличается своей простотой, небольшой глубиной пульсации света. 

                                             Недостаток: небольшая светоотдача 15 – 20 [лм/Вт],

                                             на световое излучение в лампе накаливании уходит 5 – 10%,

                                             а остальное уходит на тепловое излучение (инфракрасное).

                                             Температура спирали обычно равна 3000 градусов.

Более совершенными из ламп накаливания являются галогенные лампы. Для повышения эффективности в колбу таких ламп добавляют химические элементы - галогены – йод и его соединения; иногда газ ксенон или другой. Добавление этих веществ приводит к тому, что спираль можно нагревать до больших температур по тому, что в таких лампах ионы перегретого металла (вольфрама), отрываясь от спирали не осаждаются на внутренних стенках стеклянной колбы, а вступают в реакцию с галогенами и обратно притягиваются спиралью. У галогенных ламп светоотдача до 30 лм/Вт.

Газоразрядные лампы    

Источник света – электрический разряд или электрическая дуга, возникающая в определенной газовой среде. Достоинство: светоотдача в 4 – 5 раз больше, чем у ламп накаливания (70 – 100 лм/Вт).                   Недостаток: большая глубина пульсаций света (до 75%); во многих лампах (ртутных) спектральный состав излучения значительно смещен в зону ультрафиолета.

По конструкции газоразрядные лампы условно различают: лампы низкого давления;

                                                                                                     лампы высокого давления.

Лампы низкого давления - люминесцентные лампы (требуют выносных пуско-регулирующих устройств). Принцип действия ЛЛНД основан на дуговом разряде в парах ртути низкого давления. Получающееся при этом ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимое в слое люминофора, покрывающего внутренние стенки лампы. Лампы представляют собой длинные стеклянные трубки, в торцы которых впаяны ножки, несущие по два электрода, между которыми находится катод в виде спирали. В трубку лампы введены пары ртути и инертный газ, главным образом аргон. Назначением инертных газов является обеспечение надежного загорания лампы и уменьшение распыления катодов. На внутреннюю поверхность трубки нанесен слой люминофора.

Применяются ЛЛНД с различной цветностью, которую можно получить с помощью люминофора – галофосфата кальция в зависимости от цветовой температуры лампы. Цветовой температурой называется температура абсолютно черного тела, при которой цвет его излучения совпадает с цветом излучения самого тела.

ЛД – лампы дневного цвета, имеющие цветовую температуру 6500 К, соответствующую цветовой температуре голубого неба без солнца (К – Кельвин. Т= t+ 273, где Т- температура в К, t - температура в °С).

ЛХБ – лампы холодно-белого цвета с цветовой температурой 4800 К, соответствующей цветовой температуре дневного неба, покрытого тонким слоем белых облаков.

ЛБ – лампы белого цвета с цветовой температурой 4200 К, соответствующей цветовой температуре яркого солнечного дня.

ЛТБ – лампы тепло-белого цвета с цветовой температурой 2800 К, соответствующей цветности излучения ламп накаливания.

В обозначениях ламп с улучшенной цветностью в конце добавляется буква Ц, например, лампы ЛДЦ.

Пускорегулирующие аппараты со стартерным зажиганием для ламп ЛЛНД

Стартерный пускорегулирующий аппарат (ПРА) состоит из дросселя и стартера, иногда могут применяться компенсирующие конденсаторы. Дроссель служит для стабилизации режима работы лампы. При зажигании лампы стартер не размыкает свои контакты в течение времени, необходимого для разогрева электродов лампы до температуры термоэлектронной эмиссии, быстро размыкает контакты после разогрева электродов, поддерживает контакты разомкнутыми во время горения лампы.

На рис. 20 - б представлена схема устройства стартера тлеющего разряда. Он представляет собой баллон из стекла, наполненный инертным газом, в котором находятся металлический и биметаллический электроды, выводы которых соединены с выступами в цоколе для контакта со схемой лампы При включении лампы согласно схемы рис. 20- а на электроды лампы и стартера подается напряжение сети Uс, которое достаточно для образования тлеющего разряда между электродами стартера. Поэтому в цепи протекает ток тлеющего разряда стартера Iтл = 0,01…0,04 А. Тепло, выделяемое при протекании тока через стартер, нагревает биметаллический электрод, который выгибается в сторону другого электрода. Через промежуток времени тлеющего разряда tтл = 0,2…0,4 с контакты стартера замыкаются – момент t1 на рис. 20- в, и по цепи начинает течь пусковой ток Iпуск. величина которого определяется напряжением сети и сопротивлениями дросселя и электродов лампы. Этого тока не достаточно для нагревания электродов стартера, и биметаллический электрод стартера разгибается, разрывая цепь пускового тока. Предварительно пусковой ток разогревает электроды лампы. Благодаря наличию в цепи индуктивности, при размыкании контактов стартера в цепи возникает импульс напряжения в момент времени t2 -зажигающий лампу. Время разогрева электродов лампы составляет 0,2…0,8 с что в большинстве случаев недостаточно, и лампа может не загореться с первого раза, и весь процесс может повториться.

Рис 20. Стартерное зажигание люминесцентной лампы:

а) схема включения: EL - лампа, VL - стартер, LL - дроссель; 6} схема стартера 1 – контакты, 2 - металлический электрод, 3 - баллон, 4 - биметаллический электрод, 5 - цоколь; в) диаграмма изменения напряжения на лампе и тока в лампе при зажигании: Uс - напряжение сети,Uимп – импульс напряжения, зажигающий лампу, Uтл – напряжение тлеющего разряда, Iтл – ток тлеющего разряда, Iпуск – пусковой ток, Iр – рабочий ток; tтл – период тлеющего разряда, t1 - момент замыкания контактов стартера, tзам – период замыкания контактов стартера, t2 – момент появления импульса напряжения на электродах лампы, tпуск- общая длительность пускового режима лампы.

Общая длительность пускового режима лампы Iпуск составляет 5…15 с. Длительность пускового импульса при размыкании контактов стартера составляет 1…2 мкс, что недостаточно для надежного зажигания лампы, поэтому параллельно контактам стартера включают конденсатор емкостью 5…10 пф.

Дуговые ртутные лампы высокого давления (ДРЛ)

При повышении давления в лампе и плотности тока разряд в ней становится более интенсивным по излучению. Наряду с излучением в видимой области спектра получается излучение в ультрафиолетовой области. При использовании такого разряда в источниках света требуется исправление его цветности путем преобразования ультрафиолетового излучения в красное.

Для получения такого излучения используются трубчатые кварцевые лампы, называемые в данном случае горелками. Горелка представляет собой кварцевую трубку с впаянными по концам катодами на больший ток, чем при разряде низкого давления. С целью облегчения зажигания впаиваются дополнительные электроды зажигания в один или оба конца трубки, соединенные с противоположным катодом через добавочное сопротивление R - рис. 21. Из-за малого расстояния между основным и дополнительным электродами между ними происходит разряд при включении лампы, приводящий к ионизации газа в трубке. Когда сопротивление столба разряда в трубке станет меньше добавочного сопротивления в цепи дополнительного электрода, начинается разряд между основными электродами. Такие горелки применяются в лампах ДРЛ. Так как работа горелки зависит от действия внешней среды, то она размещается внутри колбы лампы, покрытой изнутри люминофором, который поглощает ультрафиолетовое излучение и превращает его в видимое красное. Внешняя колба лампы наполняется инертным газом. Время, в течение которого происходит установление нормального режима работы лампы, называемое временем разгорания, составляет 7…10 мин. Повторное зажигание лампы возможно только после ее остывания.

Рис. 21. Схема конструкции горелки лампы ДРЛ:

1 - основной электрод, 2 - электрод зажигания, 3 - вводы, R - добавочное сопротивление.

Рассмотренные лампы требуют для своей работы ПРА. Лампа с горелкой и нитью накала в колбе не требует специальных устройств для включения и может прямо включаться в сеть. Такие лампы называются ртутно-вольфрамовыми.

            ДНаТ – натриевые

                                                   Давление в них несколько превышает атмосферное.                                                                                                                                                                                      

                                                   Горелка разогревается больше 1300 градусов.

Натриевые лампы по исполнению обычно отличаются вытянутой наружной колбой.

                                    Натриевые светят оранжевым светом. В горелке используются не пары ртути, а

                                    соединения натрия. 

Осветительными приборами обычно является конструкции, содержащие отражатели света и элементы, фокусирующие и направляющие световой поток.

Ещё посмотрите лекцию "5.5 Распределения квадратичных форм" по этой теме.

По конструкции светильники бывают:

Венчающего типа                            Подвесного типа                                Консольного типа