Лекция 4 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

План:

4.1. Основные понятия светотехники.

4.2. Источники света.

4.3. Стартерная схема включения люминесцентной лампы.

4.4. Бесстартерная схема включения люминесцентной лампы.

4.5. Методы расчета электрического освещения. 4.6. Вопросы для самоподготовки.

4.1. Основные понятия светотехники

Оптическое излучение – это диапазон электромагнитных колебаний с длиной волны λ от 10-3мкм (1 нм) до 1мм. При большей длине волны имеем радиодиапазон, при меньшей – рентгеновский диапазон.

Оптический диапазон имеет три области:

Ультрафиолетовая УФ-область, определяется длиной волны излучения λ от 10-3мкм до 0,4 мкм.

Видимая область (световое излучение), имеет длину волны λ от 0,4 до

0,76 мкм.

Инфракрасная ИК-область характеризуется длиной волны излучения, λ от 0,76мкм до 1мм.

Видимую область называют световым излучением, которое и используется в светотехнике. Весь спектр оптического излучения определяется энергетическими величинами. Основной энергетический параметр оптического излучения – поток излучения Фе – это средняя мощность, переносимая оптическим излучением за время, значительно большее периода электромагнитных колебаний.

Источник излучения характеризуется спектральным распределением потока излучения. В каждом интервале длины волны dλ имеем мощность оптического излучения Фе(λ), тогда поток источника излучения будет равен

75

Фе = ∞∫Фе (λ)dλ .

0

Световое излучение, то есть излучение, видимое человеческим глазом, характеризуется фотометрическими величинами. Глаз по-разному воспринимает излучение волн различной длины. Если для некоторого излучателя измерить поток излучения Феλ в малом диапазоне длины волны ∆λ и определить световой поток, т. е. поток, воспринимаемый глазом в том же диапазоне Фvλ, то отношение этих потоков определит спектральную световую эффективность

Кλ = Фvλ . Феλ

Поток излучения Фе, как энергетическая величина, измеряется в ваттах, Вт, а световой поток Фv – в люменах, лм (люмен – излучение абсолютно черного тела при температуре затвердевания платины с площади 5,305*10-7 м2). Отношение Кλ к световому эквиваленту потока излучения для дневного света Кm = 683 лм/Вт называется спектральной чувствительностью глаза Vλ

Vλ = Kλ . Km

Максимум Vλmax соответствует λ = 0,555мкм. Аналогично потоку излучения, световой поток будет равен

Кроме светового потока в светотехнике используют следующие фотометрические величины.

Сила света, I – плотность светового потока, т. е. отношение светового потока Фv к телесному углу Ω, в котором он распространяется. Единица измерения силы света кандела = лм/ср

I = ddФΩv .

Телесный угол Ω – это часть пространства, ограниченная конической поверхностью, измеряется в стерадианах, ср. Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы радиусом r , вырезающему на поверхности сферы

76

площадь S, равную r2. Телесному углу в один стерадиан соответствует плоский угол 65° 32′.

Условимся обозначать индексом 1 элементы и параметры, относящиеся к излучателю, а индексом 2 – к облучаемому объекту.

Освещенность, Еv – это отношение светового потока dФv, падающего на малый элемент поверхности, к площади этого элемента dA2, единица измерения освещенности люкс = лм/м2

Ev = dФv . dA2

Освещенность может быть выражена через силу света

где: β – угол направления излучения к нормали N поверхности;

l – расстояние от освещенной площадки dА2 до источника света. Светимость, Mv – это поверхностная плотность излучаемого потока, мо-

жет характеризовать как сам источник излучения, так и поверхности пропускающие, рассеивающие или отражающие световой поток (плафоны, светильники). Единица измерения светимости лм/м2.

4.2. Источники света

Лампы накаливания являются тепловыми источниками с непрерывным спектром излучения. Тепловое излучение описывается законами Планка и Сте- фана-Больцмана. Чем выше температура излучающего тела, тем меньше длина волны максимальной энергии излучения. Для железнодорожного подвижного состава выпускают лампы накаливания со штифтовым и софитным цоколями. По сравнению с обычными лампами они имеют пониженную температуру нити накала с целью повышения срока службы в условиях воздействия вибрации. Но это уменьшает светоотдачу γ = 7-10 лм/Вт.

Люминесцентные лампы являются источниками излучения с полосовым спектром, в них, как в светодиодах и лазерах, электрическая энергия превращается в энергию излучения без промежуточного преобразования в тепловую, поэтому светоотдача значительно выше γ = 65-75 лм/Вт.

77

Излучение люминесцентной лампы создается в результате дугового разряда в колбе лампы, заполненной парами ртути. Ультрафиолетовое излучение разряда преобразуется люминофором, покрывающим стенки колбы, в рассеянный свет, близкий по спектральному составу дневному свету. Люминофор представляет собой сернистые соединения кальция, магния, цинка. С каждой стороны трубки вмонтированы вольфрамовые электроды с выводами. Для включения люминесцентной лампы необходимо сначала разогреть электроды, а затем приложить к противоположным электродам напряжение, необходимое для образования дугового разряда. С этой целью применяются различные схемы включения.

4.3. Стартерная схема включения люминесцентной лампы

Основными элементами стартерной схемы включения лампы Л являются стартер Ст, дроссель L и конденсаторы С1 – С4. Стартер представляет собой газоразрядную лампу тлеющего разряда. Стеклянная колба стартера заполнена смесью инертных газов (аргон, неон, гелий) и установлена в корпус, имеющий смотровое окно. Внутри колбы имеются два электрода – неподвижный и подвижный, выполненный из биметаллической пластины. Напряжение зажигания стартера Uст должно быть меньше напряжения сети Uc, но больше рабочего напряжения лампы Uл.

При подключении напряжения сети, оно полностью прилагается к стартеру Ст, между его электродами возникает тлеющий разряд. Ток тлеющего разряда разогревает подвижный электрод, который разгибается и замыкается с неподвижным электродом, через электроды лампы протекает ток разогрева электродов люминесцентной лампы, который ограничивается дросселем L и составляет 1,2–1,8 номинального тока лампы. По истечении времени (1–4 с), необходимого для разогрева электродов лампы, электроды стартера остывают и размыкаются. В момент размыкания электродов стартера на дросселе возникает ЭДС самоиндукции и пик напряжения, который зажигает лампу.

Напряжение горящей лампы меньше чем напряжение, необходимое для разряда стартера и его контакты остаются разомкнутыми. Конденсаторы С1 и С2 являются фильтрами для снижения радиопомех, конденсатор С3 включен

78