3203

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

С.А. Белозоров Л.Н. Титова

ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ «СВЕТОТЕХНИКА»

Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2017

УДК 628.9(035) ББК 31.294я73

Белозоров С.А. Практикум по курсу «Светотехника»:

учеб. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (3,6 Мб) / С.А. Белозоров, Л.Н.Титова. –

Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. – 1 электрон. опт. диск (CD– ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024x768; Adobe Acrobat; CD-ROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана.

Практикум содержит описание выполнения лабораторных и практических работ. Практические работы выполняются в среде программы DIALux.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электроснабжение»), дисциплинам «Светотехника» и «Электроосвещение и осветительное оборудование».

Табл. 10. Ил. 81. Библиогр.: 15 назв.

Рецензенты: кафедра электроэнергетики Международного института компьютерных технологий (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.Н. Анненков); д-р техн. наук, проф. В.М. Питолин

©Белозоров С.А., Титова Л.Н., 2017

©ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017

2

Раздел 1. Лабораторные работы

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Выполнение лабораторных работ по дисциплине «Светотехника» имеет своей целью закрепление и углубление теоретических сведений, излагаемых в лекционном курсе и учебных пособиях.

При выполнении лабораторных работ студенты знакомятся с конструкцией светотехнических установок и их принципом работы, с условными обозначениями в электрических схемах, с методикой проведения работ по изучению и установке осветительных устройств.

Для выполнения каждой лабораторной работы необходима предварительная подготовка. Она включает в себя следующее:

–изучение соответствующих разделов по литературным источникам и конспекту лекций;

–тщательное ознакомление с содержанием лабораторной работы по методическим указаниям;

–ознакомление со стендом и работой электрической

схемы.

На первом лабораторном занятии студент должен изучить инструкцию по технике безопасности и расписаться в журнале инструктажа по технике безопасности.

Перед началом выполнения лабораторной работы студент должен на рабочем месте подробно ознакомиться с электрической схемой, изучить приборы и параметры осветительных устройств и только после этого приступать к работе.

После выполнения полного объема лабораторной работы студент обязан отключить установку, привести рабочее место в надлежащий порядок.

Студент допускается к выполнению очередной лабораторной работы после отчета за предыдущую и при удовлетворительных ответах на контрольные вопросы.

3

СТУДЕНТЫ, КОТОРЫЕ ВЫПОЛНИЛИ И ОТЧИТАЛИ ВСЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ, ПОЛУЧАЮТ ДОПУСК К СДАЧЕ ЗАЧЕТА.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

1.Приступая к работе, внимательно ознакомьтесь с заданием, правилами безопасности работ, оборудованием, проверьте исправность ограждений и предохранительных устройств.

2.Не загромождайте свое рабочее место оборудованием и аппаратурой, не относящимися к выполняемой работе, так как это может явиться причиной несчастного случая.

3.При работе в лаборатории выполняйте только то задание, которое Вам поручено.

4.Запрещается находиться в лаборатории в верхней одеж-

де.

5.Студентам запрещается без разрешения преподавателя отлучаться из лаборатории при проведении работ.

6.По окончании работы приведите в порядок свое рабочее место. После уборки заявите ответственному по лаборатории об окончании работы, и только после его разрешения можете оставить лабораторию.

7.Студенты, нарушающие дисциплину, правила работы в лаборатории и правила техники безопасности, отстраняются от работы.

СТРОГО ВОСПРЕЩАЕТСЯ!

Включать и выключать силовые и осветительные рубильники без разрешения руководителя.

Включать схему под напряжение без предварительной проверки и разрешения руководителя.

Оставлять без наблюдения схему, находящуюся под напряжением.

4

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И СВЕТОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАМП

НАКАЛИВАНИЯ, ГАЗОРАЗРЯДНЫХ, СВЕТОДИОДНЫХ

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1.Изучить устройство современных ламп.

1.2.Исследовать зависимости электрических и светотехнических характеристик различных ламп от напряжения питающей сети.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

2.1.Основные характеристики ламп

Самым массовым источником оптического излучения являются лампы, которые размещаются в светильниках.

Лампы отличаются друг от друга устройством и принципом действия, а также электрическими, светотехническими

иэксплуатационными параметрами.

Кэлектрическим параметрам относятся: номинальное

напряжение питающей сети Uн, В; номинальная электрическая мощность Рн, Вт; род тока (постоянный или переменный) Iн, А.

Основной светотехнический параметр – излучаемый световой поток Фс, лм.

Ксветотехническим параметрам относят также свето-

вую отдачу , лм/Вт (отношение светового потока, излучаемого лампой, к ее электрической мощности), определяющую экономические показатели работы лампы.

Эксплуатационными параметрами являются: срок службы t, ч, габаритные и установочные размеры.

5

Отклонение напряжения питания от номинального значения существенно влияет на электрические, светотехнические и эксплуатационные параметры различных типов ламп.

Потребителя интересует целый ряд параметров ламп, которые определяют их область применения. Во-первых, это характеристики, определяющие количество света, которое дает та или иная лампа. Прежде всего, это световой поток в люменах, значение которого всегда приводится в каталогах.

Например, установленная в люстре лампа накаливания мощностью 100 Вт может иметь световой поток в 1200 лм, галогенная лампа 35 Вт – 600 лм, а натриевая лампа мощностью 400 Вт в светильнике, освещающем проезжую часть, – 48 000 лм. Легко заметить, что разные типы ламп имеют разную световую отдачу, определяющую эффективность преобразования электрической энергии в свет, т.е. разную экономическую эффективность применения.

С количественными, энергетическими характеристиками ламп очень тесно связаны параметры, определяющие качество света, – цветовая температура Тцв, К и цветопередача (характеризуется индексом цветопередачи Rа).

Цветовая температура (спектрофотометрическая или колориметрическая температура, обозначается Тцв) – характеристика хода интенсивности излучения источника света как функция длины волны в оптическом диапазоне. Согласно формуле Планка цветовая температура определяется, как температура абсолютно черного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона (длина волны), что и рассматриваемое излучение. Характеризует видимый цвет источника.

Цветовая температура источника света:

–характеризует спектральный состав излучения источника света,

–является основой объективности впечатления от цвета отражающих объектов и источников света.

По этим причинам она определяет ощущаемый глазом цвет предметов при наблюдении в данном свете (психология

6

восприятия цвета). В связи с тем, что цвет объекта зависит и от его собственных спектральных свойств, и от характера освещения, в технике стандартизуют наиболее распространенные источники света, прежде всего по цветовой температуре.

Так, источник дневного света (Д65) с цветовой температурой 6500 К имеет в своем спектре существенную ультрафиолетовую составляющую. Хотя человеческий глаз не воспринимает ультрафиолетовые лучи, многие объекты (в т. ч. красители) способны светиться под их действием.

Шкала цветовых температур распространенных источников света:

800 К – начало видимого темно-красного свечения раскаленных тел;

2000 К – свет пламени свечи, натриевой лампы высокого давления;

2360 К –лампа накаливания, вакуумная лампа;

2800–2854 К – газонаполненные лампы накаливания с вольфрамовой спиралью;

3200–3250 К – типичные киносъемочные лампы;

3800 К – лампы, используемые для подсветки мясных продуктов в магазине (имеют повышенное содержание красного цвета в спектре);

5500 К – прямой солнечный дневной свет;

6200 К – близкий к дневному свет;

6500 К – стандартный источник дневного белого света, близкий к полуденному солнечному свету;

7500 К – дневной свет, с большой долей рассеянного от чистого голубого неба;

10000 К – источник света с «бесконечной температурой», используемый в риф-аквариумах (актиничный оттенок голубого цвета).

Качество цвета и света.

В жилых интерьерах традиционно используются лампы теплого тона (Tцв=2700–3000 К), способствующие отдыху и расслаблению. В свете таких ламп наиболее естественно выглядят лица людей. В офисных интерьерах уместнее более

7

"холодные" лампы (Tцв=3000–4000 К). Лампы с Tцв=4000– 4200 К прекрасно подходят для ландшафтного освещения, подчеркивая изумрудную зелень растений, тогда как, скажем, стандартные галогенные лампы с Tцв=3000 К для этой цели слишком "желтят". В световой архитектуре информация, содержащаяся в цветности света, используется для организации пространства: автомобильные магистрали традиционно выделяются желто– золотым светом натриевых ламп, пешеходные пространства – более холодным светом. Сходные приемы могут применяться и в интерьере.

Чем более сплошной и равномерный спектр имеет лампа, тем более различимы цвета предметов в ее свете. Главный для нас источник света – Солнце – имеет сплошной спектр излучения и наилучшую цветопередачу, при этом Тцв меняется от 6000 К в полдень до 1800 К в рассветные и закатные часы. Далеко не все лампы могут сравниться с Солнцем. Если искусственные источники теплового излучения – традиционные и галогенные лампы накаливания – благодаря сплошному спектру не имеют особых проблем с цветопередачей, то разрядные лампы, имеющие в своем спектре полосы и линии, зачастую передают цвета предметов довольно своеобразно. В каталогах ламп, как правило, указывают общий индекс цветопередачи Ra, определяемый на основании оценки качества передачи цвета 8 эталонных цветных образцов. Ra тепловых ламп равен 100 (максимальное значение), для разрядных он колеблется от 20 (натриевые лампы) до 95 и даже 98. Правда, Ra не позволяет сделать вывод о характере передачи цветов, а иногда даже может дезориентировать. Так, люминесцентные лампы с трехполосным люминофором (Ra=80) и белые светодиоды (декларируется Ra до 85) имеют Ra, соответствующий "хорошей" цветопередаче. Зачастую они неудовлетворительно передают некоторые цвета.

Помимо цветовой температуры выделяют еще параметр смещения (англ. tint) – степень отклонения цвета в зеленый или пурпурный. Вместе с температурой эти два параметра позволяют описать любой монохроматический свет. Поня-

8

тие смещения чаще всего используется в фотографии, где некоторые объективы дают существенное смещение в зеленый цвет. Различные источники света характеризуются не только различной температурой, но и смещением (например, лампы дневного света имеют смещение в пурпурный или зеленый).

2.2. Сравнительный анализ характеристик ламп

В настоящее время в России большое внимание уделяется проблемам энергосбережения, решение которых возможно путем вывода из производства низкоэффективных источников света (ИС) и замены их источниками света высокой энергоэкономичности, обеспечивающих высококачественное освещение. Для оценки энергоэффективности современных ИС необходимо провести сравнительный анализ их основных характеристик.

Лампы накаливания.

Лампа накаливания (ЛН) состоит из цоколя, вольфрамовой нити накаливания, помещенной в стеклянную колбу, в которую закачан инертный газ. Несмотря на низкую стоимость, по сути, является нагревательным прибором, т.к. только 5% энергии преобразуется в свет, а остальные 95% – в тепло. Световая отдача ЛН 10–15 лм/Вт. В связи с этим сплошной спектр лампы накаливания имеет максимум в инфракрасной области и плавно спадает с уменьшением длины волны. Такой спектр определяет теплый тон излучения (Tцв=2400–2700 К) при максимальной цветопередаче (Ra=100). К недостаткам можно отнести высокую рабочую температуру и чувствительность светового потока к изменениям напряжения, а также очень короткий срок службы (t=1000 ч). Применяются ЛН в бытовом и декоративном освещении. Обозначение ламп накаливания общего назначения в соответствии с ГОСТом 2239–79 включает буквы (от одной до четырех): В – вакуумная; Г – газонаполненная (аргон 86% и азот 14%); Б – биспиральная и БК

– биспиральная с криптоновым наполнителем (криптон 86% и азот 14%); МТ – с матированной колбой; МЛ – в колбе молочного цвета; О – с опаловой колбой и т.д. После буквенного обозначения следуют цифры, показывающие диапазон напря-

9

жения питания в вольтах, на который рассчитана лампа. За номинальное принимается напряжение середины диапазона. Далее через дефис – номинальная мощность лампы в ваттах.

Галогенные лампы.

Галогенные лампы (ГЛН) – это современный вариант ЛН. Добавление галогенидов (йод, фтор, бор) в колбу лампы, использование особых сортов кварцевого стекла, "останавливающего" УФ, "возвращение" теплового излучения на спираль лампы с помощью специальных отражателей – эти технологические новшества позволили выделить ГЛН в особый класс ИС. Световая отдача современных ГЛН составляет около 30 лм/Вт. Типичное значение цветовой температуры – Тцв=3000 К. Существуют также ГЛН "дневного света" с Тцв=4000–4200 К и даже 6000 К. Цветопередача у них максимальная (Ra=100). "Точечная" форма лампы позволяет управлять шириной "луча" в широких пределах с помощью миниатюрных отражателей. Еще одно их преимущество в том, что количество и качество света, даваемого лампой, постоянно в течение всего срока службы. Недостатки ГЛН очевидны: недостаточная световая отдача и относительно короткий срок службы (в среднем 2000–4000 часов). ГЛН чувствительны к нагрузками

иможет перегореть при увеличении напряжения уже на 5%. Для длительного использования их рекомендуется включать

через стабилизаторы напряжения. Еще один минус это повышенное тепловыделение (500O С). Не рекомендуется брать ГЛН голыми руками, т.к. на них могут остаться жирные следы. Так, при высокой температуре жир обугливается, а черные части в свою очередь притягивают тепло, лампа перегревается

иможет взорваться.

Люминесцентные лампы.

Люминесцентная лампа (ЛЛ) состоит из баллона или трубки, наполненной парами ртути и инертным газом, подогреваемых катодов. На внутренние стенки трубки нанесено люминофорное покрытие, преобразующее ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет. Лампы с трехполосным люминофором более экономичны (световая отдача до

10