Основні світлотехнічні поняття

ЗМІСТ

 

вступ.. 6

1 ЗАГАЛЬНІ ПИТАННЯ СВІТЛОТЕХНІКИ.. 6

1.1 Основні світлотехнічні поняття. 6

1.2 Енергетичні системи величин. 6

Оптичні властивості тіл. 11

1.3 Приймачі енергії випромінювання. 12

1.4 Світлова система величин. 15

1.5 Теплові випромінювачі 16

1.6 Люмінесценція. 18

1.7 Вимірювання оптичного випромінювання. 18

2 ДЖЕРЕЛА СВІТЛА.. 19

2.1 Основні показники джерел світла. 19

2.2 Лампи розжарювання. 22

2.3 Газорозрядні лампи. 24

2.3.1 Ртутні лампи. 25

2.3.2 Компактна люмінесцентна лампа (КЛЛ) 29

2.3.3 Безелектродна компактна ЛЛ (БКЛЛ) 30

2.3.4 Металогалогенні лампи (МГЛ) 32

2.3.5 Натрієва лампа (НЛНТ і НЛВТ) 33

2.3.6 Ксенонові лампи. 35

2.3.7 Лампи тліючого світіння. 35

2.4 Індукційна лампа. 36

2.5 Світлодіоди. 39

2.5.1 СД білого світіння. 41

2.5.2 Світлодіодні освітлювачі (СДО) 43

2.5.3 Схеми підключення СД.. 43

3 ОСВІТЛЮВАЛЬНІ ПРИЛАДИ.. 44

3.1 Загальні поняття. 44

3.2 Світлотехнічні показники світильників. 45

3.3 Пускорегулюючі апарати. 47

3.3.1 Електромагнітні ПРА (ЕмПРА) 49

3.3.2 Електронні ПРА (ЕПРА) 49

3.3.3 Основні елементи ЕПРА.. 50

3.3.4 Інтелектуальні ПРА.. 50

3.3.5 Схеми запалювання. 51

3.3.5.1 Схема «холодного» запалювання з ЗП на множувачі напруги. 51

3.3.5.2 Схеми «холодного» безстартерного запалювання ЛЛ.. 52

3.3.5.3 Схема включення ГЛВТ. 54

3.3.5.4 Схема включення ГЛ з пристроєм імпульсним запалюючим універсальним (ПІЗУ) 54

3.3.5.5 Схема «гарячого» запалювання зі стартером тліючого розряду. 55

3.3.5.6 Схема з тиристорним ЕЗП і нефіксованим часом нагріву електродів ЛЛ.. 57

3.3.5.7 Варіанти схем запалювання ЛЛ з ЕПРА.. 58

3.3.5.8 Схема включення безелектродної ЛЛ.. 59

3.4 Класифікація світильників за призначенням і умовами експлуатації 60

4 СВІТЛОТЕХНІЧНА ЧАСТИНА ПРОЕКТУ.. 60

4.1 Загальні відомості 60

4.2 Вибір виду і системи освітлення. 61

4.3 Рівні освітленості 62

4.4 Показник засліпленості 63

4.5 Пульсація випромінювання. 64

4.6 Передача кольору. 65

5 ОСНОВНІ МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ ОСВІТЛЕНОСТІ. 66

5.1 Вихідні дані 66

5.2 Метод світлового потоку. 70

5.3 Точковий метод. 71

5.4 Метод питомої потужності 75

5.5 Зовнішнє освітлення. 76

5.5.1 Вибір, розташування і спосіб установки світильників. 78

5.5.2 Розрахунок кроку ліхтарів або окремих світильників при нормуванні середньої яскравості 79

5.5.3 Розрахунок кроку ліхтарів або окремих світильників при нормуванні середньої освітленості 81

5.5.4 Розрахунок показника осліпленості 81

5.5.5 Розрахунок мереж зовнішнього освітлення по втраті напруги. 82

5.5.5.1 Розрахунок освітлювальної мережі при рівномірному навантаженні фаз. 83

5.5.5.2 Розрахунок мережі при нерівномірному навантаженні фаз. 85

5.5.5.3 Розрахунок мереж з газорозрядними лампами по втраті напруги. 86

5.5.6 Розрахунок прожекторного освітлення. 87

6 ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ОСВІТЛЮВАЛЬНИХ УСТАНОВОК.. 90

6.1 Напруга освітлювальних мереж... 90

6.2 Схеми живлення освітлювальних установок. 91

6.3 Визначення розрахункових навантажень системи освітлення. 94

6.4 Вибір перерізу провідників за припустимим струмом навантаження. 95

6.5 Розрахунок освітлювальної мережі за втратами напруги. 96

6.6 Вибір перерізів провідників за механічною міцністю.. 99

6.7 Розрахунок мереж на мінімум провідникового матеріалу. 100

7 ЕКОНОМІЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ ПРИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ОСВІТЛЮВАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ 102

7.1 Методичні рекомендації щодо розрахунку енергоспоживання та економії електроенергії в ОУ.. 108

Джерела інформації. 117

Алфавітний показник.. 118

 

Позначення та скорочення

БЗЖ – блок запалювання та живлення

БКЛЛ – безелектродна компактна люмінесцентна лампа

ГЛ – газорозрядна лампа

ГЛВТ – газорозрядна лампа високого тиску

ГЛНТ – газорозрядна лампа низького тиску

ДС – джерело світла

ДРЛ – дугова ртутна люмінесцентна лампа

ЕЗП – електронний запалюючий пристрій

ЕмПРА – електромагнітний пускорегулюючий апарат

ЕПРА – електронний пускорегулюючий апарат

ЕРС – електрорушійна сила

ЗП – запалюючий пристрій

ІЛ – індукційна лампа

ККД – коефіцієнт корисної дії

КЛЛ – компактна люмінесцентна лампа

ЛЛ – люмінесцентна лампа

ЛР – лампа розжарювання

ЛТС – лампа тліючого світіння

МГЛ – металогалогенна лампа

МК – мікроконтролер

НЛВТ – натрієва лампа високого тиску

НЛНТ – натрієва лампа низького тиску

ОВ – оптичне випромінювання

ОП – освітлювальний прилад

ОУ – освітлювальна установка

ПВП –питома встановлена потужність

ПІЗУ – пристрій імпульсний запалюючий універсальний

ПРА – пускорегулюючий апарат

ПУТ – пристрій управління тиристором

СД – світлодіод

СДО – світлодіодний освітлювач

УФВ – ультрафіолетове випромінювання

 

Вступ

Сучасне людство не можливо уявити без використання освітлювальних установок. Освітлювальні установки створюють необхідні умови освітлення, які забезпечують зорове сприйняття, яке надає 90% інформації, що отримує людина з оточуючого її середовища. Освітлення створює нормальні умови для роботи та навчання, покращує наш побут. Без сучасних засобів освітлення неможлива робота шахт, копалень, метрополітену тощо. Джерела світла застосовуються для штучного освітлення виробничих споруд, житлових та громадських приміщень, вулиць, майданів, автострад, тунелів, спортивних будівель, складів, театрів, телестудій, для декоративного освітлення та у світловій рекламі.

Майже всі сучасні джерела світла – електричні. За середньостатистичними даними у розвинених країнах на освітлення виробничих приміщень, житлових і громадських будівель та відкритих зон витрачається 13-15% усієї електроенергії, що виробляється. У зв’язку з цим, дуже актуальною стала задача раціонального використання електричної енергії на штучне освітлення.

Аналіз великої кількості проектних рішень та результатів обстежень діючих освітлювальних установок на багатьох підприємствах різних галузей промисловості, а також у вуличному освітленні, проведений низкою науково-дослідних організацій, показав, що електрична енергія, що витрачається на потреби освітлення, часто використовується нераціонально. Досить часто застосовуються неефективні джерела світла, а вибір світильників за світлотехнічними характеристиками, а також їх розміщення не завжди обґрунтовано. Зустрічаються випадки, коли рекомендовані проектом джерела світла та світильники під час монтажу замінюються на менш економічні. У зв’язку з цим в даному навчальному посібнику запропоновано можливі заходи щодо підвищення ефективності використання електричної енергії в освітлювальних установках.

 

ЗАГАЛЬНІ ПИТАННЯ СВІТЛОТЕХНІКИ

Рисунок 1 – Діапазон електромагнітного і оптичного випромінювання

 

Оптичне випромінювання по-різному впливає на об'єкти, особливо на біологічні, тому діапазон оптичного випромінювання ділять ще на три області електромагнітних хвиль: 1 – 380 нм – ультрафіолетове випромінювання, нм – видиме, 780 нм – 1 мм – інфрачервоне випромінювання.

Видиме випромінювання має великий вплив на життя на Землі. Воно дає можливість живим організмам, зокрема людині, бачити й орієнтуватися в просторі. Під дією видимого випромінювання Сонця рослини і водорості виробляють продукти харчування для живих істот. Енергія органічних речовин у надрах Землі – це теж результат дії оптичного випромінювання Сонця протягом мільйонів років.

Спектр сонячного випромінювання являє собою суцільний спектр, у якому всі кольори плавно переходять один в інший. Випромінювання окремого кольору, однієї довжини хвилі, виділене з усього спектра, називається монохроматичним. Взагалі, суцільний спектр – це спектр, у якого монохроматичні складові заповнюють без розривів інтервал довжини хвиль, у межах якого відбувається випромінювання.

Розрізняють також смугастий і лінійчатий спектри. У смугастого спектра монохроматичні складові утворюють окремі групи (смуги), що складаються з множини тісно розташованих ліній. Лінійчатий спектр складається з окремих монохроматичних випромінювань, що мають вільні проміжки між собою.

Лінійчаті спектри випромінювання характерні для розрядних джерел, а суцільні – для джерел теплового випромінювання. Варто мати на увазі, що спектри люмінесцентних речовин, що складаються з нескінченно великого числа монохроматичних випромінювань, що примикають одне до одного, можна розглядати як суцільні спектри.

 

Енергетичні системи величин

Для оцінки випромінювання встановлені визначені величини, сукупність яких складає енергетичну і світлову систему величин, при цьому енергетичні величини позначаться індексом " е".

Енергія випромінювання характеризує випромінювання в цілому, без урахування спектрального складу і вимірюється в джоулях (Дж).

Звичайно в більшості випадків буває необхідно знати не енергію випромінювання, а потужність, що характеризує кількість енергії, що випромінюється в одиницю часу. Таку потужність випромінювання називають потоком випромінювання , і вимірюється вона у ватах (Вт)

де – енергія, що випромінюється за час ;

– проміжок часу, протягом якого випромінювання може розглядатися, як рівномірне.

 

Рисунок 2 – Спектральна густина потоку випромінювання

 

Для опису розподілу потоку випромінювання в спектрі (рисунок 2) використовують спектральну густину потоку випромінювання Ф(λ), що вимірюється у Вт/нм і визначається з виразу

З попереднього виразу випливає, що потік випромінювання зв'язаний із спектральною густиною випромінювання інтегралом

Графічно потік випромінювання являє собою площу, обмежену кривою функції спектральної густини потоку випромінювання Ф(λ) і віссю довжин хвиль λ.

У багатьох випадках розміри джерела випромінювання значно менші від відстані до опромінюваного об'єкта, для такого джерела вводиться поняття точкового джерела випромінювання.

У дійсності джерело випромінювання має визначену поверхню випромінювання.

Енергетична світимість (випромінюваність) поверхні (Вт/м²) характеризується потоком випромінювання з одиниці поверхні випромінювання і визначається виразом

Сила випромінювання – це просторова густина потоку випромінювання, що чисельно дорівнює відношенню потоку випромінювання до тілесного кута dω, у межах якого потік розподіляється рівномірно

Тілесний кут є просторовим кутом із вершиною в центрі сфери, одиницею тілесного кута є стерадіан (ср), тобто кут, що вирізає на поверхні сфери площу, яка дорівнює квадрату радіуса сфери. У повній сфері знаходиться 4πстерадіан. Одиницею виміру сили випромінювання є Вт/ср.

Сила випромінювання характеризується не тільки величиною, але і напрямком. Графічно (рисунок 3) вона зображується вектором, проведеним з теоретичного центру випромінювання О під кутом до оптичної осі джерела ON. Лінія, що з'єднує кінці векторів сили випромінювання в площині, називається кривою сили випромінювання.

 

Рисунок 3 – Залежність сили випромінювання від напрямку дії

Енергетична освітленість (опромінюваність) (Вт/м²) характеризується густиною променистого потоку, що падає на опромінювану поверхню

Енергетична яскравість (Вт/(срּм²)) ділянки поверхні випромінювання являє відношення сили випромінювання цієї ділянки в даному напрямку до площі її проекції на площину, перпендикулярну даному напрямку

де - сила випромінювання, виділяюча dS в напрямку .

Енергетична експозиція (Дж/м²) характеризується енергією випромінювання, що припадає на одиницю опромінюваної поверхні (кількістю опромінення)

Оптичні властивості тіл

Енергія випромінювання, що потрапляє на будь-яке тіло, може відбиватися, пропускатися або поглинатися.

Відбиттямназивається повернення випромінювання тілом без зміни складових його довжин хвиль монохроматичних випромінювань. Залежно від внутрішньої структури тіла і стану його поверхні, відбиття може бути спрямованим (дзеркальні поверхні), розсіяним (шорсткі поверхні) і змішаним.

Пропусканнямназивається проходження випромінювання через тіло без зміни параметрів монохроматичних випромінювань. Пропускання пов'язане з переломленням випромінювання – зміною його напрямку при переході з одного середовища в інше.

Поглинанняявляє собою перетворення енергії випромінювання в тілі в будь-який інший вид енергії.

Таким чином, потік випромінювання , що падає на тіло, частково відбивається поверхнею тіла , частково може проходити через тіло , частина потоку поглинається тілом

Кожний із складових потоків залежить від спектрального складу випромінювання і фізичних властивостей тіла. Оптичні властивості тіла характеризуються спектральними коефіцієнтами відбиття , пропускання і поглинання , кожний з яких визначається як

Знаючи функції ρ(λ), τ(λ), α(λ), а також функцію спектральної густини потоку випромінювання Ф(λ), що падає на тіло, визначаються відповідні інтегральні коефіцієнти

; ; .

Можна зробити висновок, що спектральні коефіцієнти відбиття, пропускання і поглинання для монохроматичного потоку випромінювання та ефективного потоку однієї довжини хвилі мають однакові значення, а сума коефіцієнтів дорівнює одиниці

Світлова система величин

Основною світловою одиницею в системі СІ є кандела (кд) – сила світла (І), випромінювана в перпендикулярному напрямку з поверхні чорного тіла площею 1/6·10^–5 м² при температурі кристалізації платини Т=2045 К і тиску 101325 Па.

Допоміжні світлові величини приведені нижче:

Φ –	світловий потік	ефективний потік випромінювання, визначається спектральною чутливістю ока, одиниця виміру – люмен (лм = кд×ср);
Μ –	світимість	густина випромінюваного (відбитого) світлового потоку з площі поверхні випромінюючого (відбиваючого) тіла, одиниця виміру – лм/м^2.
Е –	освітленість	густина світлового потоку по освітлюваній поверхні, одиниця виміру – люкс (лк = лм/м^2);
Q –	світлова енергія	добуток світлового потоку на час його дії, одиниця виміру – лм×с;
L –	яскравість	густина сили світла з площі проекції випромінюючого (відбиваючого) тіла в заданому напрямку, одиниця виміру – кд/м^2;
Η –	світлова експозиція	світлова енергія, падаюча на одиницю площі, одиниця виміру – лк×с.

 

Теплові випромінювачі

Джерела, свічення яких обумовлено нагріванням, називаються тепловими випромінювачами.

Закони теплового випромінювання встановлені для чорного тіла, тіла, що поглинає все падаюче на нього випромінювання (коефіцієнт поглинання чорного тіла ). Чим краще тіло поглинає випромінювання, тим більше воно здатне віддати потік випромінювання при нагріванні. Нижче приведені основні закони теплового випромінювання.

ЗаконКірхгофа відображає залежність між випромінюваністю тіл, нагрітих до однієї температури, і їх коефіцієнтами поглинання

де – випромінюваність чорного тіла, Вт/м².

ЗаконСтефана-Больцмана виражає випромінювану здатність чорного тіла

де – стала Больцмана, Вт/(м²· К⁴);

Т – абсолютна температура, К.

Законзміщення Віна виражає зв'язок між положенням максимуму в спектрі випромінювання чорного тіла і температурою нагріву

,

де – довжина хвилі, яка відповідає максимуму спектральної густини енергетичної світимості тіла, нм;

– стала Віна, нм·Κ.

Спектри випромінювання чорного тіла при різних температурах приведенні на рисунку 5, де заштрихована частина являє собою область видимого випромінювання.

 

 

Рисунок 5 – Спектри випромінювання чорного тіла при різних температурах

 

Світловий ККД випромінювання виражає відношення площі видимої області спектра до площі, обмеженої кривою спектральної густини випромінювання тіла і віссю довжини хвиль. З рисунка 6 видно, що максимальний світловий ККД буде мати місце при температурі біля 6500 K і становить 14,5%. Світловий ККД деяких теплових випромінювачів в залежності від температури приведений в таблиці 1.

 

Рисунок 6 – Залежність світлового ККД від температури теплового випромінювача

 

Таблиця 1 – Світловий ККД теплових випромінювачів

Випромінювач	Температура випромінювача, Κ	Світловий ККД, %
Полум'я гасової лампи		0,04

Продовження таблиці 1

Вугільна нитка лампи		0,52
Вольфрам при плавленні		8,1
Сонце в зеніті		13,8
Чорний випромінювач		14,5

 

Люмінесценція

Під люмінесценцією розуміють здатність деяких речовин (люмінофорів) випромінювати енергію, накопичену в межах атома, при переході електронів з більш високих енергетичних рівнів на більш низькі.

В нормальному (незбудженому) стані електрони атома знаходяться на нижніх енергетичних рівнях, характерних для даних атомів. В такому стані атоми можуть знаходитись як завгодно довго. При поглинанні порції енергії, що надходить з-за меж атома, електрони атомів переходять на більш високі енергетичні рівні, при цьому енергетичні рівні не однакові для атомів різних речовин. При поверненні електрона в початковий стан, випромінюється квант енергії.

В залежності від джерела збудження розрізняють електролюмінісценцію, фотолюмінісценцію, радіолюмінісценцію та інші види люмінесценції.

Академік С.І. Вавилов дав визначення люмінесценції – це таке випромінювання, надлишкове над тепловим, тривалість якого дорівнює або більше .

До побічних ознак люмінесценції можемо віднести селективність випромінювання, що залежить від властивостей випромінюючої речовини, і некогерентність випромінювання.

В процесі роботи властивості люмінофорів змінюються, в них відбуваються незворотні процеси, результатом яких є зниження яскравості випромінювання, зменшення потоку випромінювання, а іноді і зміна спектрального складу випромінювання.

ДЖЕРЕЛА СВІТЛА

Лампирозжарювання

Лампи розжарювання (ЛР), конструкція яких представлена на рисунку 7, є представниками теплових джерел світла і знаходять широке застосування в побуті і різних галузях промисловості. До переваг ламп розжарювання варто віднести: простоту конструкції, дешевину, відсутність миготіння, відсутність пускорегулюючих пристроїв, гарну передачу кольору, єдине електричне джерело світла напругою 12–36 В. До недоліків ламп варто віднести низьку світловіддачу, малий термін служби, високу чутливість до зміни напруги.

 

Рисунок 7 - Лампа розжарювання загального використання:

1 – скляна колба; 2 – тіло розжарювання; 3 – молібденові крючки;

4 – лінзочка; 5 – електроди; 6 – скляний стержень; 7 – лопатка;

8 – отвір; 9 – скляний циліндр; 10 – відкачна трубка; 11 – цоколь;

12 – шайба; 13 - скломаса; 14 – різьба.

 

Лампи розжарювання характеризуються простотою експлуатації і відсутністю спеціального пристрою для їх включення в електричну мережу.

Сучасна освітлювальна лампа розжарювання (рис. 7) складається з таких конструктивних деталей:

1. Скляна колба. У вакуумних лампах тиск залишкових газів у колбі після відкачки складає 10^-5–10^{-7 мм рт.ст.} У газорозжарювальних лампах після відкачки колба заповнюється сумішшю інертних газів, тиск яких у холодній лампі ~ 600 мм рт. ст. Скло колби лампи розжарювання повинно мати постійний коефіцієнт розширення, безкольоровість і стійку прозорість; високу міцність (колба повинна витримувати легкі удари, струси, вітрове навантаження. Температура розм'якшення скла мусить знаходитися в межах 400 – 500°С. Скло мусить бути термостійким і витримувати різкі коливання температури.

2. Тіло розжарювання, виконане з вольфрамового дроту, звитого спіраллю або біспіраллю. У сучасних лампах тіло розжарювання робиться тільки з вольфраму - тугоплавкого металу, що володіє значною формостійкістю при високих температурах.

3. Молібденові крючки, що надають певну форму тілу розжарювання і підтримують її протягом всього строку служби.

4. Електроди, які передають напругу на тіло розжарювання.

5. Скляний стержень (штабника), у верхній частині якого є потовщення, так звана лінзочка, куди впаюють крючки.

6. Порожній скляний циліндр з розгорнутою нижньою (тарілка) і опресованою верхньою частиною, так званою лопаткою, в якій з'єднані штабик, електроди і відкачна трубка (штенгель). У лопатці продувається отвір, через який проводиться відкачка лампи. Штабик з крючками, тарілка, електроди з тілом розжарювання і штенгель, зібрані разом, становлять ніжку лампи.

7. Цоколь, який складається з металевого стакана з різьбою (латунь або оцинкована сталь), до якого припаяний один із електродів. Другий електрод припаюється до латунної контактної шайби, скріпленої із стаканом цоколя за допомогою скломаси, що служить ізоляцією. Цоколь спеціальною мастикою з'єднується з колбою лампи. Останнім часом у деяких типах ламп цоколь опресовується на колбі [10].

Лампи мають вольфрамову спіраль і бувають вакуумними (тип В) і газонаповненими (типи Г, Б, БК). Лампи типів Г (моноспіральна) і Б (біспіральна) наповнюються аргоном з додаванням азоту, лампи БК мають криптонове наповнення. Діапазон потужностей ламп 15–1500 Вт, напруга 127 і 220 В, світловіддача 7–19 лм/Вт, номінальний термін служби 1000 годин.

Галогенні лампи розжарювання типу ГЛН на стінках лампи утворюють галогеноїди вольфраму (на базі бромистого метилу чи метилену), що, випаровуючись, розкладаються поблизу тіла розжарення і повертають йому атоми вольфраму. Мають потужність до 1–5 кВт, світловіддачу 22 лм/Вт, термін служби 2000–3500 годин.

Лампи розжарювання дуже чуттєві до зміни напруги живильної мережі. Зміни основних параметрів ламп розжарювання у відсотках номінального значення при зміні напруги на (у межах ) приблизно наступні: струм – , потужність – , світловий потік – , світлова віддача – , термін служби – .

Лампи розжарювання використовуються для побутового, місцевого, аварійного освітлення в приміщеннях з невеликим річним числом годин використання і є єдиним джерелом світла на напругу 12–36 В.

 

Газорозрядні лампи

Газорозрядна лампа (ГЛ) - це таке джерело світла, в якому оптичне випромінювання виникає в результаті електричного розряду в газах, парах або їх сумішах.

Характерною особливістю ГЛ, в порівнянні з лампою розжарювання (ЛР), є висока світловіддача, великий термін служби, різноманітний спектр випромінювання і широкий діапазон потужностей.

Всі ГЛ, які використовуються для освітлення, умовно можна розділити на кілька підгруп (конструкція ламп представлена на рисунку 8):

- Ртутні лампи низького тиску (до 1,04 Па) - т. ЛЛ і високого тиску (310... 10 а) - т. ДРЛ з виправленою кольоровістю (для штучного внутрішнього - ЛЛ і зовнішнього - ДРЛ освітлення);

- Металогалогенні - т. ДРИ (для загального освітлення спортивних споруд, виставок, кольорових кінозйомок і т.п.);

- Натрієві низького і високого тиску - т. ДНаТ (для зовнішнього освітлення і великих внутрішніх площ);

- Ксенонові - т. ДКсТ (для освітлення великих відкритих просторів, архітектурних споруд і теплиць);

- Тліючого світіння - т. ТН і дугового розряду - т. ДНеСГ (для індикації і сигналізації) [11].

Переваги ГЛ:

- Висока світловіддача (від 60 до 100 лм / Вт),

- Великий термін служби (10 від до 15 тис годин).,

- Різний спектр світла (УФ, видимий, ІК).

 

Рисунок 8 –Принципові схеми конструкцій ГЛ

1 - Розрядна трубка (пальник) з прозорого кварцового скла, стійкого до дії високих температур і наповнювачів.

2 - Колба прозора (для ДКсТВ - циліндр з фланцями і патрубками для охолоджуючої води, яка подається в зазор) з вольфрамового скла.

3-Люмінофор нанесений на стінки колби.

4 - Електроди з тугоплавкого металу (вольфрам, ніобій і т.і.), активовані.

5 - Цоколь (різьбовий Е27 або Е40, штирьовий та ін.)

6 - газопоглинач барієвий для підтримки вакууму.

 

Недоліки:

- Складне включення в мережу. Для запалювання необхідно ВН. Для стійкого горіння в ланцюг кожної лампи вмикається баласт, що обмежує струм розряду.

- Залежність характеристик від теплового режиму, тому що температура визначає тиск парів робочої речовини. Нормальний режим встановлюється після закінчення деякого часу після включення.

Ртутні лампи

Найбільше застосування для оптичного випромінювання отримали ртутні лампи низького тиску (т. ЛЛ і високого тиску (т. ДРЛ).

ГЛНТ (ЛЛ) - це протяжні люмінесцентні лампи низького тиску, в яких невидиме УФ випромінювання ртутного розряду перетворюється люмінофором у видиме.

По виду розряду різняться:

- ЛЛ дугового розряду з гарячими електродами, з попереднім підігрівом;

- ЛЛ тліючого розряду з холодними електродами, без попереднього підігріву.

У залежності від способу запалювання ЛЛ можуть бути стартерного, швидкого або миттєвого запалювання.

Освітлювальні ЛЛ загального призначення, зазвичай, дугового розряду стартерного запалювання, в прямій колбі для мереж з напругою 220 В.

Принцип дії заснований на перетворенні ультрафіолетового випромінювання (УФВ), отриманого при розряді в парах ртуті, люмінофором при тиску до 10 Па [11].

Включають люмінесцентну лампу в електричну мережу тільки послідовно з баластовим резистором, що обмежує зростання струму в лампі, і таким чином оберігає її від руйнування. У мережах змінного струму в якості баластного резистора застосовують конденсатор або котушку з великим індуктивним опором – дросель (рисунок 9).

Запалювання люмінесцентної лампи відбувається наступним чином. При включенні лампи між електродами виникає тліючий розряд, тепло якого нагріває рухливий біметалічний електрод. При нагріванні до певної температури рухливий електрод стартера, згинаючись, замикається з нерухомим, утворюючи електричний ланцюг, по якому протікає струм, необхідний для попереднього підігріву електродів лампи. Підігріваючись, електроди починають випускати електрони. Під час протікання струму в ланцюзі електродів лампи розряд в стартері припиняється, в результаті температура рухливого електрода стартера зменшується і, розгинаючись, повертається у вихідне положення, розриваючи електричний ланцюг лампи. При розриві до напруги мережі додається ЕРС самоіндукції дроселя і імпульс підвищеної напруги, що виникає в дроселі, викликає дуговий розряд у лампі і її запалювання. З виникненням дугового розряду напруга на електродах лампи і паралельно з'єднаних з ними електродах стартера знижується на стільки, що виявляється недостатнім для виникнення тліючого розряду між електродами стартера. Якщо запалювання лампи не відбудеться, то на електродах стартера з'явиться повна напруга мережі і весь процес повторитися [10].

Рисунок 9 – Стартерне запалювання люмінесцентної лампи

1 – дроссель, 2 – лампа,3 – стартер

 

До переваг люмінесцентних ламп відносяться: відносна простота, великий діапазон з погляду передачі кольору, відносно висока світловіддача, великий термін служби. До недоліків можна віднести: миготіння лампи, наявність пускорегулюючої апаратури (ПРА), малий діапазон потужностей, чутливість до зниження напруги, обмежений температурний діапазон роботи, старіння лампи.

Трубчасті люмінесцентні лампи низького тиску з дуговим розрядом у парах ртуті по кольоровості випромінювання поділяються на білого світла (ЛБ, колірна температура 3500 К), тепло-білого кольору (ЛТБ, 2700 К), холодно-білого кольору (ЛХБ, 4850 К), денного світла (ЛД, 6500 К) і лампи денного світла з виправленою кольоровістю (ЛДЦ).

При включенні ламп у мережу змінного струму коефіцієнт пульсації всіх типів ламп складає (крім ламп ЛДЦ – 41 %). Нормальна робота ламп регламентується при температурному режимі від 5 до 40 °С. При зниженні живильної напруги на 10 % лампа не запалюється, при зменшенні напруги на 20 % запалена лампа тухне, при підвищеній вологості підвищується напруга запалювання лампи.

Потужність ламп 4–150 Вт, світловіддача 75–80 лм/Вт, термін служби до 12000–25000 годин, але до кінця цього терміну світловий потік ламп знижується до 60 % від початкового.

Принципіальна схема пристрою представлена на рисунку 8,а.

ГЛВТ (т. ДРЛ) - це дугові ртутні люмінесцентні лампи високого тиску овальної форми, в яких невидиме УФ випромінювання ртутного розряду перетвориться у видиме люмінофором [11].

Ртутні кварцові лампи високого тиску, конструкція яких представлена на рисунку 9, заповнені аргоном, мають малі габарити і високий тиск (0,3–0,5 МПа), що дозволяє підвищити температуру розрядної трубки до 700–750 ⁰С. Збільшення питомого навантаження в порівнянні з люмінесцентною дозволяє підвищити яскравістьлампи в 10 разів.

Рисунок 10 – Ртутна лампа високого тиску

1 - зовнішня колба скляна, 2 - шар люмінофора, 3 - розрядна трубка із кварцового скла, 4 - робочий електрод, 5 - запалюючий електрод, 6 - обмежувальні резистори в ланцюзі запалюючого електрода; 7 - екран, 8 - ртуть

До переваг ртутних ламп високого тиску, крім високої яскравості, можна віднести: великий діапазон потужностей, високу світловіддачу, значний термін служби, нормальну роботу при низьких температурах. До недоліків ламп можна віднести відносно високу вартість, миготіння лампи, наявність ПРА, чутливість до зниження напруги, погану передачу кольору.

Лампи запалюються і горять при зниженні температури до – 25 С, процес розпалювання ламп триває 5–7 хвилин, при раптовій перерві живлення лампи гаснуть і починають знову розпалюватися тільки після охолодження протягом приблизно 10 хвилин. При відхиленні напруги мережі в межах номінального значення зміна світлового потоку і потужності Р_л виражаються співвідношеннями

і

Для полегшення запалювання більшість ламп мають крім двох основних електродів ще допоміжні.

Коефіцієнт пульсації світлового потоку ламп 63–74 %, діапазон потужностей 400–2000 Вт на напругу 220 і 380 В, світловіддача ламп лм/Вт. Середня тривалість горіння ламп складає 10 тисяч годин.

Лампи в основному використовуються для зовнішнього освітлення і освітлення приміщень з висотою стель більш ніж 4 м на промислових підприємствах, де відсутні вимоги правильної передачі кольору.

Принципіальна схема пристрою також представлена на рисунку 8,б

 

Металогалогенні лампи(МГЛ)

Металогалогенна лампа, конструкція якої представлена на рисунку 13, являє собою ртутну лампу високого тиску, у колбу якої вводяться добавки у вигляді галогеноїдів різних металів. Галогеноїди металів випаровуються легше ніж метали, що дозволяє широко варіювати спектральний розподіл випромінювання і збільшити світловіддачу в порівнянні з лампами ДРЛ.

Рисунок 13 – Загальний вигляд металогалогенних ламп:

а – лампа 400 Вт в еліпсоїдальній прозорій колбі; б – лампа 2000 Вт в циліндричній прозорій колбі;

1- пружні розпірки; 2 - розрядна трубка; 3 – основні електроди;

4 – запалюючий електрод; 5 – утеплювальне покриття; 6 – обмежувальний термостійкий опір [12].

До переваг металогалогенних ламп можна віднести: високий рівень передач кольору, високу світловіддачу, відсутність люмінофорного покриття, широкий діапазон потужностей, значний термін служби. До недоліків ламп відносяться миготіння лампи, наявність ПРА, залежність світлового потоку від положення лампи, відносно висока вартість.