Электрические искусственные источники света

Срок службы всех ламп, не отмеченных выше, составляет 1000 ч. Световая отдача ламп 8,5—20, 6 лм/Вт.

Промышленность  выпускает также галогенные лампы  накаливания, срок службы которых составляет 2000 и более часов, т. е. в 2 раза больше , чем указанных выше ламп.

В состав газового заполнения колбы галогенной лампы  накаливания добавляется йод, который при определенных условиях обеспечивает обратный перенос испарившихся частиц вольфрама со стенок колбы лампы на тело накала. Именно это обстоятельство позволяет повышать в 2 раза срок службы лампы накаливания при повышенной световой отдаче. Галогенные лампы имеют линейные и компактные тела накала. Линейные тела накала выполнены в форме длинной спирали (отношение длины спирали к диаметру более 10), которая помешается в кварцевую колбу трубчатой формы с торцовыми вводами. Компактные тела накала имеют спираль меньшей длины. У таких ламп также меньше и колба.

Из-за нестабильности напряжения питающей сети в настоящее время выпускаются лампы накаливания, допускающие отклонение напряжения в диапазоне ±5 В от расчетного. Диапазон напряжений указывается на лампе, например 125—135 В, 215— 225 В, 220-230 В, 225-235 В, 230-240 В.

Для повышенного  напряжения электрической сети выпускаются специальные лампы накаливания на расчетное напряжение 235 В и 240 В. Здесь диапазон изменения напряжения составляет 230—240 В и 235—245 В. Расчетное напряжение 240 В применяется только для ламп мощностью 60, 100 и 150 Вт. Лампы на напряжение 235 и 240 В не следует применять при стабильном напряжении сети 230 В из-за резкого уменьшения их светового потока в такой сети.

 

1.2.  Люминесцентные лампы низкого давления

Люминесцентные  трубчатые лампы низкого давления представляют собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора. Из лампы откачан воздух, и она заполнена инертным газом аргоном при очень низком давлении. В лампу помещена капля ртути, которая при нагревании превращается в ртутные пары.

Вольфрамовые  электроды лампы имеют вид  небольшой спирали, покрытой специальным составом (оксидом), содержащим углекислые соли бария и стронция. Параллельно спирали располагаются два никелевых жестких электрода, каждый из которых соединен с одним из концов спирали.

В люминесцентных лампах низкого давления плазма, состоящая из ионизированных паров металла и газа излучает как в видимых, так и в ультрафиолетовых частях спектра. С помощью люминофоров ультрафиолетовые лучи преобразуются в излучение, видимое глазом.

Люминесцентные  трубчатые лампы низкого давления с дуговым разрядом в парах ртути по цветности излучения подразделяются на лампы белого света (типа ЛБ), лампы тепло-белого света (ЛТБ), дневного света с исправленной цветностью (ЛДЦ).

Шкала номинальных  мощностей люминесцентных ламп (Вт): 15, 20, 30, 40, 65, 80.

Особенности конструкции лампы указываются  буквами вслед за буквами, обозначающими  цветность лампы (Р — рефлекторная, У — У-образная, К — кольцевая, Б — быстрого пуска, А — амальгамная).

В настоящее  время выпускаются так называемые энергоэкономичные люминесцентные лампы, имеющие более эффективную конструкцию электродов и усовершенствованный люминофор. Это позволило изготавливать лампы с пониженной мощностью (18 Вт вместо 20 Вт, 36 Вт вместо 40 Вт, 58 Вт вместо 65 Вт), уменьшенным в 1,6 раза диаметром колбы и повышенной световой отдачей.

Лампы белого света типа ЛБ обеспечивают наибольший световой поток из всех перечисленных типов ламп одной и той же мощности. Они приблизительно воспроизводят по цветности солнечный свет и применяются в помещениях, где от работающих требуется значительное зрительное напряжение.

Лампы тепло-белого света типа ЛТБ имеют явно выраженный розовый оттенок и применяются  тогда, когда есть необходимость  подчеркнуть розовые и красные  тона, например при цветопередаче человеческого лица.

Цветность ламп дневного света типа ЛД близка к  цветности ламп дневного света с  исправленной цветностью типа ЛДЦ.

Лампы холодно-белого света типа ЛХБ по цветности занимают промежуточное положение между лампами белого света и дневного света с исправленной цветностью и в ряде случаев применяются .наравне с последними.

Средняя продолжительность  горения люминесцентных ламп не менее 12000 ч.

Световой  поток каждой лампы после 70 % средней продолжительности горения должен быть не менее 70 % номинального светового потока.

Средняя яркость  поверхности люминесцентных ламп колеблется от 6 до 11 кд/м². Световая отдача ламп типа ЛБ составляет от 50,6 до 65,2 лм/Вт.

Люминесцентные  лампы при включении их в сеть переменного тока излучают переменный во времени световой поток. Коэффициент пульсации светового потока равен 23 % (у ламп типа ЛДЦ — 43 %). С увеличением номинального напряжения, световой поток и мощность, потребляемые лампой, возрастают.

Выпускаются также эритемные и бактерицидные  люминесцентные  лампы.   Их  колбы  изготавливаются  из специального стекла, пропускающего ультрафиолетовые излучения. В эритемных лампах применяется специальный люминофор, преобразующий излучение ртутного разряда в ультрафиолетовое излучение с диапазоном длин волн, в наибольшей степени вызывающих загар (эритему) человеческой кожи. Такие лампы применяются в установках для искусственного ультрафиолетового облучения людей и животных. Бактерицидные лампы применяются в установках для обеззараживания воздуха; у этих ламп люминофор отсутствует.

Люминесцентные  лампы рассчитаны для нормальной работы при температуре окружающего  воздуха +15...+40 °С. В случае понижения  температуры давление аргона и ртутных  паров резко понижается и зажигание, а также горение лампы ухудшаются.

Продолжительность работы лампы тем больше, чем меньшее  количество раз она включается, т. е. чем меньше изнашивается оксидный слой электродов. Понижение напряжения, подводимого к лампе, а также понижение температуры окружающего воздуха способствуют более интенсивному износу оксида электродов. При снижении напряжения на 10—15 % лампа может не зажечься или же ее включение будет сопровождаться многократным миганием. Повышение напряжения облегчает процесс зажигания лампы, но уменьшает ее светоотдачу.

Недостатки  люминесцентных ламп: снижение коэффициента мощности электрической сети, создание радиопомех и стробоскопического эффекта из-за пульсации светового потока и т. д.

Стробоскопический эффект состоит в создании у человека при люминесцентном освещении иллюзии  того, что движущийся (вращающийся) с некоторой скоростью предмет  находится в покое или движется (вращается) в противоположную сторону. В производственных условиях это опасно для жизни и здоровья людей. В то же время стробоскопический эффект применяется при проверке правильности работы электросчетчиков. На вращающемся диске электросчетчика имеются вдавленные углубления (метки). Если смотреть сверху на диск, освещенный люминесцентным светом, то в случае правильного хода диска создается впечатление, что углубления (метки) находятся в покое.

Для устранения явлений стробоскопии, снижения радиопомех, улучшения коэффициента мощности применяются специальные схемы включения люминесцентных ламп.

 

1.3.  Лампы люминесцентные высокого давления

Лампы ртутные  высокого давления типа ДРЛ (дуговая  ртутная люминесцентная) выпускаются  мощностью 50, 80, 125, 175, 250, 400. 700, 1000 и 2000 Вт.

Лампа ДРЛ  состоит из стеклянного баллона (колбы) эллипсоидной формы, на внутренней поверхности которого нанесен слой люминофора — фторогерманата магния (или арсената магния). Для поддержания стабильности свойств люминофора баллон заполнен углекислым газом. Внутри стеклянного баллона (колбы) находится трубка из кварцевого стекла, заполненная парами ртути под высоким давлением. Когда в трубке происходит электрический разряд, его видимое излучение проходит через слой люминофора, который, поглощая ультрафиолетовое излучение кварцевой разрядной трубки, превращает его в видимое излучение красного цвета.

Средняя продолжительность  работы ламп ДРЛ составляет от 6000 ч (лампы мощностью 80 и 125 Вт) до 10 000 ч (лампы  мощностью 400 Вт и более).

Для ламп ДРЛ  регламентируется также процентное содержание красного излучения (6 и 10 %). Номинальное напряжение сети для всех ламп ДРЛ составляет 220 В. Коэффициент пульсации ламп ДРЛ 61-74 %.

К наиболее современным источникам света относятся  металлогалогенные лампы, в ртутный  разряд которых вводятся добавки йодидов натрия, таллия и индия с целью увеличения световой отдачи ламп. Металлогалогенные лампы типа ДРИ (дуговые ртутные йодидные) имеют колбы эллипсоидной или цилиндрической формы, внутри которых размещается кварцевая цилиндрическая горелка. Внутри этой горелки и происходит разряд в парах металлов и их йодидов.

Мощность  ламп ДРИ составляет 250, 400, 700, 1000, 2000 и 3500 Вт. Световая отдача ламп ДРИ составляет 70—95 лм/Вт.

Световая  отдача натриевых ламп высокого давления достигает 100—130 лм/Вт. У этих ламп внутри стеклянной цилиндрической колбы помещается разрядная трубка из пол и кристаллического оксида алюминия, инертная к парам  натрия и хорошо пропускающая его излучение. Давление в трубке — порядка 200 кПа. При таком давлении резонансные линии натрия расширяются, занимая некоторую спектральную полосу, в результате чего цвет разряда становится более белым. Продолжительность работы ламп 10—15 тыс. часов.

Для освещения  больших по площади территорий находят  применение мощные (5, 10, 20 и 50 кВт) ксеноновые трубчатые безбалластные лампы  типа ДКсТ. Они зажигаются с помощью  пускового устройства, вырабатывающего  высоковольтный (до 30 кВ) высокочастотный  импульс напряжения, под воздействием которого в лампе возникает разряд в ксеноне.

Лампы мощностью 5 кВт имеют номинальное напряжение ПО В, мощностью 10 кВт — напряжение 220 В, мощностью 20 и 50 кВт — напряжение 380 В. Световая отдача этих ламп — от 17,6 до 32 лм/Вт.

 

2.  Схемы питания люминесцентных ламп

 

Люминесцентные  лампы включаются в сеть последовательно  с индуктивным сопротивлением (дросселем), обеспечивающим стабилизацию переменного  тока в лампе.

Дело в  том, что электрический разряд в  газе имеет неустойчивый характер, когда незначительные колебания напряжения вызывают резкое изменение тока в лампе.

Различают следующие  схемы питания ламп: импульсного  зажигания, быстрого зажигания, мгновенного зажигания.

В схеме импульсного  зажигания (рис. 1) процесс зажигания обеспечивается пускателем (стартером). Здесь вначале подогреваются электроды, затем возникает мгновенный импульс напряжения. Стартер представляет собой миниатюрную газоразрядную лампочку с двумя электродами. Колба лампочки заполнена инертным газом неоном. Один из электродов пускателя жесткий и неподвижный, а другой биметаллический, изгибающийся при нагреве. В нормальном состоянии электроды пускателя разомкнуты. В момент включения схемы в сеть к электродам лампы и пускателя прикладывается полное напряжение сети, так как ток в цепи лампы отсутствует и, следовательно, потеря напряжения в дросселе равна нулю. Приложенное к электродам стартера напряжение вызывает в нем газовый разряд, который в свою очередь обеспечивает прохождение тока небольшой  силы (сотые доли ампера)  через оба электрода лампы  и дроссель. Под действием теплоты, выделяемой проходящим током, биметаллическая пластина, изгибаясь, замыкает пускатель накоротко, в результате чего сила тока в цепи возрастает до 0,5— 0,6 А и электроды лампы быстро нагреваются. После замыкания электродов пускателя газовый разряд в нем прекращается, электроды остывают и затем размыкаются. Мгновенный разрыв тока в цепи вызывает появление электродвижущей силы самоиндукции в дросселе в виде пика напряжения, что и приводит к зажиганию лампы, электроды которой к тому моменту оказываются раскаленными. После зажигания лампы напряжение на ее зажимах составляет около половины сетевого. Остальная часть напряжения гасится на дросселе. Напряжение, прикладываемое к пускателю (половина сетевого), оказывается недостаточным для его повторного срабатывания.

 

Рис. 1. Импульсная схема включения люминесцентной лампы в сеть:

1 – пускатель (стартер); 2 – лампа; 3 – дроссель.

 

В схеме быстрого зажигания (рис. 2) электроды ламп включены на отдельные обмотки специального накального трансформатора. При подаче напряжения на негорящую лампу потеря напряжения в дросселе будет невелика, повышение напряжения обмоток накала полностью приложено к электродам, которые быстро и сильно раскаляются, и лампа может зажечься при нормальном сетевом напряжении. В момент возникновения разряда в лампе сила тока накала пускорегулирующего аппарата автоматически уменьшается.

Рис. 2. Схема  быстрого зажигания люминесцентной лампы:

1 – дроссель; 2 – лампа; 3 – накальный трансформатор.

В схеме мгновенного  зажигания (рис. 3) используется дроссель-трансформатор и отдельный резонансный контур, создающий повышенное (в 6—7 раз больше рабочего) напряжение на лампе в момент включения. Схемы мгновенного зажигания применяются только в отдельных случаях, например во взрывоопасных помещениях с лампами, содержащими специальные усиленные электроды. Электроды ламп нормального типа в схеме, показанной на рис. 3, быстро изнашиваются. Высокое напряжение, подаваемое на лампу в начальный момент, представляет опасность для обслуживающего персонала.

 

Рис. 3. Схема  мгновенного зажигания люминесцентной лампы

1 – лампа; 2 – конденсатор; 3 –  дроссель-транформатор.

 

При работе дросселей возникает шум. Для  обеспечения необходимых силы тока и напряжения на зажимах лампы в пусковом и рабочих режимах, повышения коэффициента мощности, уменьшения стробоскопического эффекта и снижения уровня радиопомех к люминесцентным лампам придаются специальные пускорегулирующие аппараты. В состав пускорегулирующих аппаратов входят дроссели, конденсаторы (для повышения коэффициента мощности и подавления радиопомех) и сопротивления, помещаемые в общий металлический кожух и заливаемые битумной массой.

По способу  зажигания пускорегулирующие аппараты делятся на три группы: стартерного (условное обозначение УБ), быстрого и мгновенного зажигания (условное обозначение АБ).

Основные  типы пускорегулирующих аппаратов  для люминесцентных ламп: 1УБИ-40/220-ВП-600У4 или 2УБИ-20/220-ВПП-110ХЛ4, что означает следующее: первая цифра указывает, какое количество ламп включается с аппаратом; УБ —стартерный пускорегулирующий аппарат; И — индуктивный сдвиг фаз потребляемого аппаратом тока (может быть Е — емкостный или К — компенсированный, т. е. компенсирующий стробоскопический эффект); 40 и 20 — мощность лампы, Вт; 220 — напряжение питающей сети, В; В — встроенный аппарат (может быть Н — независимый); П — с пониженным уровнем шума; ПП — с особо низким уровнем шума; 600 и ПО — номер серии или модификация пускорегулирующего аппарата; У и ХЛ - пускорегулирующий аппарат предназначен для эксплуатации в районах с умеренным или холодным климатом соответственно (может также быть ТВ — тропический влажный климат; ТС — тропический сухой климат; Т — тропический влажный и сухой; 0 — любой климат на суше); 4 — размещение в помещениях с искусственно регулируемым климатом (может быть 1 — на открытом воздухе; 2 — помещения, плохо изолированные от окружающего воздуха, и навесы; 3 — обычные естественно вентилируемые помещения; 5 — помещения с повышенной влажностью и невентилируемые подземные помещения).