Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Светотехнические установки и системы. Учебное пособие для обучающихся образовательных учреждений высшего образования
.pdf
31
а б
ствующих сегодня источников света – их световая отдача достигает 200 лм/Вт.
В России НЛНД в настоящее время производятся только одного номинала
мощности – 140 Вт. Срок службы натриевых ламп низкого давления – до 15000
часов.
Ксеноновые лампы.
Ксеноновый разряд дает излучение со спектром близким к спектру солнца
Ra= 95 – 98. Характерной особенностью ксенонового разряда является непрерывный спектр излучения, обеспечивающий хорошую цветопередачу освещаемых объектов.
В видимой области спектр ксенонового разряда близок к солнечному.
Цветовая температура излучения начинается от 4000 К. За счет применения некоторых добавок к ксенону возможны другие спектральные цвета: 4300 К и
5000 К.
Различают два основных типа ксеноновых ламп: лампы в шаровых колбах с короткой дугой, с расстоянием между электродами в несколько миллиметров с естественным или воздушным охлаждением и лампы в трубчатых
колбах с длинной дугой с естественным или водяным охлаждением – рис. 3.14.
Рисунок 3.14 – Разновидности ксеноновых ламп: а – ДКсТ; б – ДКсШ
При некоторых значениях тока лампы приобретают положительную
вольт-амперную характеристику, что позволяет питать лампы определенной
мощности без балласта (безбалластные лампы).
Использование таких ламп экономически выгодно, так как при их включении в сеть отсутствуют непроизводительные потери в балласте. Вместе с тем
ксеноновые лампы имеют высокое напряжение зажигания и требуют применения специальных зажигающих устройств.
Ксеноновые лампы имеют относительно низкие рабочие напряжения при
горении, но для достижения большой яркости разряда и повышения их световой отдачи приходится увеличивать ток лампы. Поэтому характерной особенностью этих ламп является относительно большой ток.
32
Преимуществом ксеноновых ламп является отсутствие периода разгорания. Параметры ксеноновых ламп практически не зависят от температуры
окружающей среды вплоть до температур -50°С, что позволяет применять их в
установках наружного освещения в любых климатических зонах.
Температура колбы 700 – 750°С. В отличие от ртутно-кварцевых ламп,
ксеноновые лампы после отключения могут немедленно повторно зажигаться.
Однако для трубчатых ксеноновых ламп во избежание пробоя разогретого
кварца импульсом высокого напряжения зажигание лампы следует производить
только в холодном состоянии.
Трубчатые ксеноновые (ДКсТ) – одни из самых мощных источников света. Мощность до 50000 Вт, световая отдача 45Лм/Вт, срок службы 1500-3000
часов.
ДКсШ – шаровые ксеноновые лампы сверх высокого давления, яркость в
6 – 7 раз выше яркости солнца, светящееся тело в таких лампах очень мало, что
позволяет создавать осветительные приборы с узким пучком света – прожекторы дальнего действия. Баллон лампы наполняется ксеноном до давления 8-9
атм., которое при работе лампы возрастает до 20-25 атм.
Лампы могут работать на постоянном и переменном токе. Отличие этих
ламп в конструкции электродов. При постоянном токе лампа имеет очень массивный анод, располагаемый вверху. При переменном токе оба электрода имеют одинаковую конструкцию. При установке лампы постоянного тока вверху
должен располагаться анод, а для ламп переменного тока вверху располагается
отросток откачной трубки (носик).
Чтобы уменьшить нагрев колбы, особенно ее участков, расположенных
вблизи анода, требуется интенсивное охлаждение – воздушное, а у мощных
ламп (5 и 10 кВт) – водяное.
Промышленность выпускает ксеноновые лампы мощностью от 500 до
10000 Вт. Лампы мощностью до 4000 Вт требуют воздушного охлаждения, а
мощностью свыше 4000 Вт – воздушного и водяного охлаждения.
Для зажигания лампы требуется высокое напряжение 20–50 кВ. Срок
службы различных типов ламп находится в пределах 300-800 часов, но при стабильном напряжении может достигать 3000 часов.
Область применения. Наружное освещение больших площадей в городах, освещение спортивных сооружений, освещение карьеров при разработке
открытым способом, освещение открытых строительных площадок и монтажных площадок производственных предприятий, а также внутреннее освещение
производственных цехов больших размеров и высотой более 20-25 м.
Значительное применение находят ксеноновые лампы в кинопроекторах,
при съемке цветных кинофильмов, в телевидении и театральном освещении и
ряде других специальных установок (судовые прожекторы – дальность действия 5–13 километров).
Правила эксплуатации. Для повышения эффективности лампы ксенон
находится в колбе под высоким давлением, что накладывает особые требования
по безопасности. При повреждении лампы осколки могут разлететься с огромной скоростью. Обычно лампа транспортируется в специальном пластиковом
33
контейнере, который снимается с лампы только после установки лампы на место и надевается на лампу при еѐ демонтаже. При работе лампы колба подвергается значительным перепадам температуры, в результате чего к концу срока
службы колба становится более хрупкой. Из соображений безопасности производители ксеноновых дуговых ламп рекомендуют использовать защитные очки
при обслуживании лампы.
Для предотвращения кристаллизации кварцевого баллона ламп в местах
его загрязнения не следует брать лампу руками без хлопчатобумажных перчаток и после установки ламп в аппарат следует обязательно колбу протирать ватой, смоченной в спирте.
Достоинства:
высокая яркость и световая отдача;
малый период разгорания;
спектр света приближен к естественному;
широкий интервал мощностей;
работа при низких температурах.
Недостатки:
высокая стоимость;
сложность подключения и необходимость пускорегулирующей ап-
паратуры;
взрывоопасность;
сильный нагрев.
3.3 Индукционные лампы
Индукционные лампы относятся к люминесцентным лампам, но отличаются более совершенной конструкцией в силу отсутствия внутри колбы электродов [4].
В 80-х годов разрабатываются безэлектродные источники света, в которых свечение основано на плазме индукционного разряда, возбуждаемого высокочастотным индуктором.
Для создания необходимой электрической напряженности (переменного
электрического поля с частотой от 190 кГц до 250 кГц), заставляющей газ внутри колбы излучать электромагнитные волны, используется явление электромагнитной индукции. Поэтому лампа и называется индукционной лампой – рис.
3.15. Работа индукционной лампы сопровождается следующими явлениями: электромагнитная индукция; электрический разряд в газе; свечение люминофора.
Свечение люминофора аналогично обычной люминесцентной лампе, однако срок службы индукционных ламп приблизительно в 10 раз превосходит
компактные люминесцентные лампы и газоразрядные лампы популярных типов, достигая 100 тысяч часов.
34
Рисунок 3.15 – Конструкция индукционной лампы
Лампы выпускаются на низкое постоянное (12 В или 24 В) и на сетевое
переменное (120 В, 220 В, 277 В, 347 В) напряжение, при номинальной мощности от 12 до 500 Вт, и при цветовой температуре из диапазона от 2700 К до 6500
К, характерного для обычных люминесцентных ламп.
Световая отдача индукционных ламп выше 70 Лм/Вт, и падает максимум
на 30% даже через 60 000 часов работы, то есть данный источник света значительно превосходит по энергоэффективности и качеству света электродные
люминесцентные лампы.
Индекс цветопередачи индукционных ламп больше 80, и человеком такой
свет воспринимается как комфортный и ровный. Нагрев колбы в процессе работы лампы минимален.
Индукционные лампы представлены в двух видах: внешняя индукция,
внутренняя индукция. Данное деление основывается на месте расположения
самого индуктора. Таким образом, у ламп с внешней индукцией индуктор расположен вокруг колбы, а с внутренней индукцией – внутри.
Рисунок 3.16 – Разновидности индукционных ламп
Достоинства:
высокая световая отдача – от 80 до 160 Лм/Вт;
минимальное потребление энергии;
высокий срок службы – 100-150 тысяч часов;
высокий индекс цветопередачи Ra более 80;
работа в широком диапазоне температур от -40 до +70С;
35
быстрый запуск и перезапуск;
регулировка яркости от 20% до 100%
Недостатки:
неэкологичность (наличие в колбе паров ртути);
большие габариты ламп не подходят для обычных бытовых све-
тильников;
невозможность работы в помещениях, оборудованных чувствительными электронными приборами из-за наличия электромагнитных излучений;
ограничение по минимальному расположению вблизи людей из-за
электромагнитного и ультрафиолетовых излучений: не менее метра от головы
человека;
высокая цена.
Область применения. Индукционные лампы применяются для внутреннего и для внешнего освещения:
для уличного освещения;
в торговых центрах и гостиницах;
в офисах;
для освещения больших площадей цехов, промышленных зон и т.п.;
для освещения оранжерей и теплиц.
Однако из-за наличия электромагнитного излучения индукционные лампы не применяют в аэропортах, на железной дороге, в лабораториях и медицинских учреждениях.
3.4 Светодиодные лампы
Светодиодные лампы – полупроводниковый источник света,
т.е. источник света, основанный на p-n-переходе и предназначенный для излучения света в видимом диапазоне [1,6].
История современной светодиодной лампы начинается в 1962 году. Сначала светодиоды использовались для создания светоотражающих индикаторов
на панелях приборов и мониторах. По применению светодиоды подразделяются
на два вида – индикаторные светодиоды и осветительные светодиоды.
Выпускаемые промышленностью светодиоды состоят из кристалла полупроводника, заключенного в линзу из полимерного материала.
Принцип работы светоизлучающих диодов основан на прохождении
электрического тока через зону контакта двух полупроводников – рис 3.17. При
этом возникает видимое оптическое излучение. Излучаемый светодиодом свет
находится в узком диапазоне спектра. Он связан с типом и химическим составом исходных материалов.
Основные характеристики светодиодов – это рабочий ток, напряжение,
мощность, световой поток, сила света (эффективность), цветовая температура,
габариты и угол рассеивания.
36
Рисунок 3.17 – Принцип работы светодиода
Устройство светодиодной лампы представлено на рис. 3.18.
Рисунок 3.18 – Устройство светодиодной лампы
Драйвер – это ключевой элемент, который стабилизирует поступающее
напряжение и преобразует переменный ток в постоянный. Он также обеспечивает питание светодиодов. Драйвер состоит из микросхем, импульсного трансформатора и конденсаторов.
Плата со светодиодами – плата является основой для расположения све-
тодиодов, а светодиод – это главный элемент, за счѐт которого и появляется
свечение.
Рассеиватель – прозрачный «колпак», который помогает равномерно
распределить световые лучи в пространстве. Его обычно изготавливают в форме полусферы для рассеивания света под широким углом. В качестве материала
используют поликарбонат или пластик. Рассеиватель также предотвращает попадание пыли и влаги внутрь корпуса. Для смягчения резкости света и уменьшения нагрузки на глаза, этот элемент может быть покрыт люминофором изнутри, что создает цветовую температуру, приближенную к естественному
освещению.
37
Радиатор – элемент, который отводит тепло от светодиодов и обеспечивает им оптимальный режим работы при низких температурах. Он обычно составляет видимую часть корпуса лампы. Радиаторы могут изготавливаться из
различных материалов – от керамики высокой стоимости до пластика низкого
ценового сегмента. Алюминиевые и композитные материалы занимают среднюю позицию, так как они являются бюджетными и эффективно отводят тепло.
Цоколь – является неотъемлемым элементом лампы, который ввинчивается в патрон. В большинстве случаев для бытового использования выпускаются два типа винтовых цоколей Е27 и Е14.
Достоинства:
высокая световая отдача – до 100 Лм/Вт;
высокая цветопередача Ra =80-90;
широкий выбор оттенков цветности от 2700 до 6000 К;
высокий срок службы до 50000 часов;
компактность – что позволяет легче перераспределять световой по-
ток в пространстве;
параметры мало зависят от температуры окружающей среды;
мгновенное зажигание;
экологически безопасны.
Недостатки:
цена. Светодиодные лампы известных марок могут стоить в 2-2,5
раза больше большинства ламп массового производства, но в данном случае это
более надежные лампы с многолетней гарантией.
Вопросы для самоконтроля:
1. Чем отличается процесс теплового излучения от люминесценции?
2. Дайте общую сравнительную характеристику источников света:
тепловых, газоразрядных, светодиодных.
3. Почему стартерная схема ПРА характеризуется увеличением потерь
электроэнергии?
4. Что понимают под стробоскопическим эффектом и что необходимо для
его уменьшения?
5. Исходя из приведенных достоинств и недостатков источников света,
дайте оценку области их применения.
6. В ПРА каких ламп используют схему с ИЗУ?
7. За счет чего обеспечивается высокий срок службы индукционных
ламп?
4 ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Осветительным прибором называется устройство, содержащее источ-
ник света (ИС) (лампу) и светотехническую (осветительную) арматуру и предназначенное для освещения или световой сигнализации [2,9].
38
Классификация ОП осуществляется по главным и дополнительным признакам. К главным относятся: основная светотехническая функция, характер
светораспределения, условия эксплуатации и основное назначение.
По основной светотехнической функции ОП разделены на приборы для
освещения – осветительные приборы ОП и приборы для световой сигнализации
– светосигнальные приборы; по характеру светораспределения все ОП подразделяются на светильники, прожекторы и проекторы; по условиям эксплуатации
– на ОП для помещений, открытых пространств и экстремальных сред; по основному назначению – производственные, общественные, жилых зданий, улиц,
киносъемочные, студийные и т.п.
ОП принято делить на три группы:
1. ОП ближнего действия – светильники. Это ОП, перераспределяю-
щий свет лампы внутри больших телесных углов.
2. ОП дальнего действия – прожектор. Это ОП, перераспределяющий
свет лампы внутри малых телесных углов.
3. Проектор – ОП, перераспределяющий свет лампы с концентрацией
светового потока на поверхности малого размера или в малом объеме.
Дополнительными признаками классификации ОП являются: вид лампы;
форма фотометрического тела; тип кривой силы света; степень защиты от пыли
и воды; исполнение для работы в определенных условиях эксплуатации и др.
Для того чтобы оценить долю светового потока, попадающую на нужное
место, необходимо знать характер распределения светового потока, вышедшего
из ОП, в пространстве. Этот характер светораспределения описывается с помощью кривых сил света, являющихся важнейшим параметром любого ОП.
Кривая сил света (КСС) осветительных приборов (ОП) – это графическое
изображение зависимости силы света приборов от направления распространения света. Обычно КСС изображаются в полярных координатах (рис. 4.1,а), однако, для ОП с очень малыми углами излучения иногда используется и прямоугольная система координат (рис. 4.1,б).
По характеру светораспределения ОП делятся на пять классов:
прямое (П);
преимущественно прямое (Н);
рассеянное (Р);
преимущественно отраженное (В);
отраженное (О).
Все ОП прожекторного типа имеют только прямое светораспределение.
Классификация светильника по светораспределению представлена в таблице
4.1.
Российским ГОСТ 17677 установлены семь типов КСС: концентрированная (К), глубокая (Г), косинусная или диффузная (Д), полуширокая
(Л), широкая (Ш), синусная (С) и равномерная (М) – рис. 4.1, а [9,10]. У
светильников с кривыми сил света типа К, Г и Д направление максимальной
силы света совпадает с оптической осью или близко к ней, у типа С – перпен-
39
Класс светильника по светораспределению
Доля светового потока,
направленного в нижнюю
полусферу, во всем световом потоке светильника, %
Обозначения
Наименование
П
Н
Р
В
О
Прямого света
Преимущественно прямого света
Рассеянного света
Преимущественно отраженного света
Отраженного света
Больше 80
От 60 до 80
От 40 до 60
От 20 до 40
До 20
Тип кривой силы света
Зона направлений
максимальной силы
света, град.
Обозначение
Наименование
К
Г
Д
Л
Ш
М
С
Концентрированная
Глубокая
Косинусная
Полуширокая
Широкая
Равномерная
Синусная
0 - 15
0 – 30; 180 - 150
0 – 35; 180 - 145
35 – 55; 180 – 145
35 – 85; 125 – 95
0 – 180
70 – 90; 110 – 90
дикулярно оптической оси. Классификация светильников по типу кривой силы
света представлена в таблице 4.2.
Таблица 4.1 - Классификация светильника по светораспределению
Рисунок 4.1 – Кривые сил света (КСС)
Таблица 4.2 - Классификация светильников по типу кривой силы света
40
Для описания всего разнообразия световых приборов недостаточно только типовых КСС, поэтому их уточняют по зоне направлений максимальной силы света и коэффициенту формы КСС, под которым подразумевается отношение максимальной силы света к среднеарифметической в данной плоскости. На
рис. 4.1 приведены типовые КСС, построенные для условной лампы со световым потоком в 1000 лм. Для того чтобы иметь возможность определить силу
света данного светильника при оснащении его лампами разной мощности,
необходимо умножить значение силы света, найденную с КСС, на фактический
световой поток лампы (в килолюменах), которая установлена в светильнике.
При проектировании осветительных установок необходимо учитывать
способ и вид крепления светильников, а также степень защиты их от действия
окружающей среды.
Светотехническая (осветительная) арматура перераспределяет свет
ИС в пространстве или преобразует его свойства (изменяет спектральный состав излучения или поляризует его), выполняет функции защиты ИС от воздействий окружающей среды, механических повреждений, обеспечивает крепление ИС и подключение к источнику питания [2].
Важным назначением осветительной арматуры является предохранение
глаз работающих от слепящего действия источников света (от блескости). Основными мерами для этого являются создание в светильниках защитного угла и
применение рассеивателей.
Защитный угол γ светильника определяют как угол между горизонталью
и линией, касательной к светящемуся телу лампы и краю отражателя или непрозрачного экрана – рис. 4.2.
Защитный угол γ:
а – светильник с лампой накаливания;
б – светильник с люминесцентной лампой
Рисунок 4.2 – Защитный угол светильника
Этот угол γ характеризует степень защиты глаз от воздействия ярких ча-
стей источника света. Величина защитного угла определяется через его тангенс:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]