Студопедия — Характеристики источников света
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Характеристики источников света






Источники света делятся на три крупных класса:

- лампы накаливания;

- газоразрядные лампы низкого давления;

- газоразрядные лампы высокого давления.

В последнее время в качестве источников света широко начинают использоваться светодиоды.

Каждый из этих классов имеет специфические конструктивные особенности. Световые, электрические и технические характеристики для всех классов единые. К электрическим характеристикам отно­сятся номинальное напряжение и мощность; к световым характеристикам – световой поток, световая отдача и цветопередача; к техническим характеристикам – срок службы, коэффициент полезного действия (КПД).

Световая отдача лампы равна отношению светового потока Ф к потребляемой источником элек­трической мощности Р. Чем больше световая отдача, тем более экономичным и совершенным является источник света.

Лампы накаливания. Лампы накаливания (ЛН) находят широ­кое применение в качестве источников света в быту и на произ­водстве.

Конструкция ЛН приведена на рис. 2.1, а. Основными элемен­тами ЛН являются стеклянная колба 1, вольфрамовая спираль 2и цоколь 3. При протекании тока через лампувольфрамовая спираль нагревается, излучая свет и тепло. Сильное нагревание спирали приводит к испарению вольфрама. Для замедления этого процесса колбы выполняются вакуумными либо наполня­ются инертным газом (аргоном).

ЛН включаются в электрическую сеть непосредственно без специальной пусковой аппаратуры. Соединения ЛН с сетью осуществляются через цоколь.

 

Рис. 2.1. Конструкция лампы накаливания (а), галогенной лампы накаливания (б), люминесцентной лампы (в)

 

Основными достоинствами ЛН являются:

- низкая стоимость;

- про­стота конструкции и обслуживания;

- небольшой размер;

- независимость работы от условий внешней среды.

К недостаткам ЛН следует отнести:

- из рассматриваемых ниже источников света самый низкий КПД (около 2 %);

- из рассматриваемых ниже источников света самая низкая светоот­дача (10…15 лм/Вт);

- преобладание в спектре излучений желто-красной части спектра;

- небольшой срок службы (около 1000 ч.);

- большую зави­симость срока службы от напряжения.

При по­вышении напряжения на 10 % срок службы ЛН сокращается в 3…4 раза.

Галогенные лампы накаливания. Галогенные лампы накаливания по структуре и принципу действия сравнимы с лампами накаливания.

Устройство кварцевой галогенной (КГ) лампы показано на рис. 2.1, б. В кварцевую трубку 5 помещена вольфрамовая спираль 4,закрепленная на держателях 6. Вольфрамовые вводы 3соединены с выводами 1 с помощью впаянной в кварц молибденовой фольги 2.

Кварцевая колба заполнена ксе­ноном с добавкой галогенов. Образующиеся во время работы лампы галогениды вольфрама препятствуют испарению вольфра­ма спирали.

Достоинствами КГ по сравнению с обычными ЛН являются:

- более высокая световая отдача (до 25 лм/Вт);

- больший в 2–3 раза срок службы;

- меньшие размеры при одинаковой мощности;

- лучшая цветопередача (свет более "белый" за счет более высокой температуры нагрева спирали).

Основное применение КГ находят в светильниках общего и местного освещения, прожекторах, автомо­бильных фарах и т. д.

Люминесцентные лампы. Эти лампы относятся к классу газоразрядных ламп низкого давления. Люминесцентные лампы (ЛЛ) очень широко используются для освещения производственных помещений, общественных и жилых зданий.

Конструкция трубчатой ЛЛ показана на рис. 2.1, в. Лампа состоит из стеклянной трубки 1, вольфрамовых электродов в виде спиралей 2,расположенных на обоих концах лампы и соединенных через цоколи 3 с контактными штырями 4.

Стеклянная трубка заполнена инертным газом (аргоном) с парами ртути. Внутренняя поверхность трубки покрыта специальным составом − люминофором.Под действием электрического разряда пары ртути излучают ультрафиолетовые лучи, которые заставляют люминофор излучать свет.

Это явление называется люминесценцией.

Включение ЛЛ в сеть требует пускорегулирующей аппаратуры (ПРА), которая обеспечивает зажигание ламп и нормальный режим их работы.

Схемы включения ЛЛ показаны на рис. 2.2.

 

а) б)

Рис. 2.2. Одноламповая (а) и двухламповая (б) схемы включения ЛЛ

 

Для включения ламп 1 применяют предварительный нагрев электродов до температуры, обеспечивающей термоэмиссию (ионизацию пространства около электродов), достаточную для зажигания разряда. Нагрев производится путем кратковременного включения электродов в цепь тока, что достигается замыканием контакта стартера 3. При последующем размыкании контакта возникает импульс перенапряжения, обусловленный энергией индуктивности дросселя 2. Этот импульс, приложенный к лампе с еще не успевшими остыть электродами, зажигает в ней разряд. Дроссель 2 ограничивает ток лампы после ее включения. Конденсаторы 4 предназначены для компенсации реактивной мощности, потребляемой дросселем 2.

Одним из недостатков ЛЛ является пульсация светового потока с удвоенной частотой сети. Пульсации обусловливают появление стробоскопического эффекта. Поэтому чаще применяют двухламповую схему включения (рис. 2.2, б), в которой в цепь одного из дросселей 2 включается конденсатор 5 и разрядный резистор 6. В результате токи в лампах смещаются по фазе и суммарный световой поток двух ламп становится более постоянным. Другим недостатком ЛЛ и рассмотренных ниже ртутных ламп является способность искажать цвет лица человека и предметов. В силу пульсаций светового потока этими лампами создаётся эффект "сумеречности", от чего глаза человека сильней напрягаются, что вызывает быструю усталость.

Достоинства люминесцентных ламп:

- высокая световая отдача (до 75 лм/Вт);

- большой срок службы (до 10000 ч.);

- лучшая цветопередача, чем у ламп накаливания.

Недостатки люминесцентных ламп:

- ограниченная длиной лампы единичная мощность;

- сложность включения, требующая специальной пускорегулирующей аппаратуры;

- пульсации светового потока;

- зависимость характеристик от температуры окружающей среды.

Для обычных люминесцентных ламп оптимальная температура окружающего воздуха 18…25° С. При отклонении температуры световой поток и световая отдача снижаются. При температуре ниже +10° С зажигание не гарантируется.

В обозначениях маркировки люминесцентных ламп применяют следующие буквы: Л – люминесцентная, Д – дневного света, Б – белого света, ХБ – холодно-белого света, ТБ – тепло-белого света, Ц – улучшенной цветопередачи, А – амальгамные.

Люминесцентные компактные лампы. Если «закрутить» трубку ЛЛ в спираль, то получится компактная люминесцентная лампа (КЛЛ). По своим параметрам КЛЛ близка к традиционным ЛЛ.

КЛЛ выпускаются с электрон­ным пусковым устройством, встроенным в цоколь обычной лампы накалива­ния. Один из типов КЛЛ показан на рис. 2.3, а.

КЛЛ потребляет в пять раз меньше электроэнергии при одинаковом световом потоке и имеет в восемь-десять раз больший срок службы, чем ЛН.

Стоимость КЛЛ заметно выше, чем традиционных ЛЛ и ЛН.

Очевидно, что в ближайшем будущем КЛЛ существенно потеснят привычные лампы накаливания.

Дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ). В отличие от газоразрядных труб­чатых ЛЛ низкого давления дуговые ртутные люмине­сцентные лампы относятся к газоразрядным лампам высокого дав­ления.

а) б) в)

Рис. 2.3. Компактная люминесцентная лампа (а), дуговая ртутная

люминесцентная лампа (б), натриевая лампа (в)

 

Конструкция ДРЛ показана на рис. 2.3, б. Лампа состоит из кварце­вой разрядной трубки 1 с основными вольфрамовыми электродами 3 и дополнительными (поджигающими) электродами. Кварцевая трубка заполнена парами ртути под высоким давлением и помещена в стеклянную колбу 2. Внутренняя по­верхность колбы покрыта слоем люми­нофора. Для поддержания стабильности свойств люминофора стеклянная колба заполнена углекислым газом.

Под влиянием ультрафиолетового излучения, возникающего при разряде в ртутно-кварцевой трубке, светится люминофор, придавая свету синеватый оттенок, искажая истинные цвета. Для устранения этого недостатка в состав люминофора вводятся специальные компоненты, которые частично исправляют цветопередачу.

Лампы ДРЛ под­ключаются в сеть либо с дроссе­лем (рис. 2.4, а),либо с трансформатором (рис. 2.4, б).

Основная область применения ДРЛ − наружное освещение, освещение помещений промышленных предприятий с высокими потолками (7 и более метров).

а) б)

Рис. 2.4. Пусковые схемы ДРЛ с дросселем (а) и трансформатором (б)

 

Достоинства ламп ДРЛ:

- высокая световая отдача (до 55 лм/Вт);

- большой срок службы (до 10000 ч);

- некритичность к условиям окружающей среды (кроме очень низких температур).

Недостатки ламп ДРЛ:

- неудовлетворительная цветопередача, что исключает применение ламп в случаях, когда объектами различения являются лица людей или окрашенные поверхности;

- длительность процесса включения (примерно 7 минут) и повторного зажигания (примерно 10 минут для остывания лампы) после кратковременного перерыва питания;

- пульсации светового потока (больше, чем у ЛЛ);

- значительное уменьшение светового потока к концу службы.

Металлогалогенные лампы (МГЛ). Это ртутные лампы высокого давления с добавками йодидов металлов и галогенидов. Эти соединения распадаются в центре разрядной дуги, и пары металла могут стимулировать эмиссию света, чья интенсивность и спектральное распределение зависят от давления пара металлогалогенов.

Дуговые ртутные металлогалогенные лампы (например, ДРИ – дуговая ртутная йодидная лампа) внешне отличаются от ламп ДРЛ отсутствием люминофора на колбе. Они характеризуются высокой световой отдачей (до 100 лм/Вт) и значительно лучшей цветопередачей (R a < 90), но срок их службы существенно меньше, чем у ламп ДРЛ, а схема включения сложнее, так как содержит помимо дросселя поджигающее устройство.

Частое кратковременное включение ламп высокого давления сокращает их срок службы. Это относится как к запуску ламп из холодного, так и из горячего состояния.

Световой поток практически не зависит от температуры окружающей среды. Однако при очень низких температурах (до -50 °С) необходимо использовать специальные устройства зажигания.

Натриевые лампы высокого давления (НЛВД). Эти лампы в настоящее время являются са­мыми экономичными источниками света. Наибольшее распространение получили натриевые лампы высокого давления типа ДНаТ (дуговые натриевые трубчатые).

Конструкции натриевых ламп различны (цилиндрическая, эллиптическая и др.). На рис. 2.3, в представлена лампа ДНаТ цилиндрической конструкции. Внутри цилиндрической колбы 2 размещена разрядная труб­ка 1 из поликристаллической окиси алюминия. В этих лампах ис­пользуется разряд в парах натрия, ртути и зажигающем газе ксе­ноне.

Для зажигания лампы ДНаТ применяют специальные пуско­вые устройства. В лампах небольшой мощно­сти пусковое устройство размещено в цоколе лампы (позиция 3 на рис. 2.3, в).

Достоинства натриевых ламп:

- обладают самой высокой световой отдачей среди газоразрядных ламп (до 130 лм/Вт);

- большой срок службы (до 15000 ч.).

- незначительное снижение светового потока в течение срока службы.

Недостатком натриевых ламп является чрезвычайно желтый свет и низкая цветопередача, что позволяет использовать их в помещениях, где находятся люди, лишь в комбинации с лампами других типов.

Лампы ДНаТ применяются для освещения больших по площа­ди территорий (улиц, площадей и т. п.) и успешно заменяют ДРЛ.

Ксеноновые лампы. Ксеноновая лампа представляет собой прямую кварцевую трубку с размещенными по обоим ее концам электродами, при помощи которых лампа присоединяется к пусковому (поджигающему) устройству. Электронный разряд в инертном газе ксеноне при высоком давлении делает световое излучение, приближающееся к естественному дневному свету, при всем этом цветопередача не отличается от таковой при дневном свете.

Не считая излучения в видимой зоне диапазона, ксеноновые лампы имеют интенсивное излучение в ультрафиолетовой и инфракрасной областях диапазона. В связи с этим возникают опасения, что при использовании мощных ксеноновых ламп для внутреннего освещения может быть опасным для здоровья людей (ультрафиолетовое излучение). При использовании мощных ксеноновых ламп нужно учесть и наличие значимого термического инфракрасного излучения, вызывающего нагрев близко расположенных предметов.

Световая отдача ксеноновых ламп типа ДКсТ превосходит таковую обычных ламп накаливания, но меньше световой отдачи люминесцентных и ртутных ламп. Ксеноновые лампы мощностью 10-20 кВт целесообразно применять для внешнего освещения больших площадей (открытых распределительных устройств, плотин, карьеров, стройплощадок и открытой местности). Внедрение на обозначенных объектах осветительных установок с ксеноновыми лампами резко уменьшает количество осветительных устройств, упрощает распределительную сеть, что существенно уменьшает объем монтажных работ и трудовые затраты на обслуживание.

Самые мощные ксеноновые лампы по 100 кВт (световой поток 5 000 000 лм) установлены в куполе павильона машиностроения ВДНХ. Эти лампы имеют водяное охлаждение.

Применение ксеноновых ламп ДКсТ для внутреннего освещения допускается как исключение лишь по согласованию с органами Госсанэпиднадзора. Вопрос о применении для внутреннего освещения ксеноновых ламп следует рассматривать лишь в случае их установки на высоте более 20 м.

Светодиоды (СД). В конце 20-го века появился новый тип электрического источника света – светоизлучающий диод (светодиод). Это полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом (или контактом металл-полупроводник), создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока (рис. 2.5, а, б).

А) б)

Рис. 2.5. Конструкция (а) и общий вид светодиода (б)

1 – полупроводниковый кристалл, 2 – проводящая подложка, 3 и 4 – вводы, 5 - отражатель

Спектральные характеристики светодиода зависят, в том числе от химического состава использованных в нём полупроводников.

Вольт-амперная характеристика светодиодов в прямом направлении не линейна. Светодиод начинает проводить ток, начиная с некоторого порогового напряжения. Это напряжение позволяет достаточно точно определить материал полупроводника.

Стоимость светодиодов на сегодняшний день довольно высока. К началу 2011 года стоимость мощных (1 Вт и более) светодиодов начинается от 0,9 $. Стоимость сверхмощных (10 Вт и более) порядка 10 $.

По сравнению с другими электрическими источниками света светодиоды имеют следующие отличия:

- высокая световая отдача; современные светодиоды сравнялись по этому показателю с натриевыми газоразрядными лампами и металлогалогенными лампами, достигнув 150 лм/Вт;

- высокая механическая прочность, вибростойкость, отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих;

- отсутствие мерцания;

- длительный срок службы до 100000 часов;

- малая инерционность – включаются сразу на полную яркость, в то время как у ртутных и люминесцентных ламп время включения от 1 с до 1 мин, а яркость увеличивается от 30 до 100% за 3-5 минут, в зависимости от температуры окружающей среды;

- количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов (в отличие от традиционных источников света);

- широкий спектр излучения (от тёплого белого = 2700 К до холодного белого = 6500 К);

- различный угол излучения (от 15 до 180 градусов);

- безопасность – не требуются высокие напряжения, низкая температура светодиода (обычно не выше 60 °С);

- нечувствительность к низким и очень низким температурам; однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам;

экологичность – отсутствие ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения в отличие от люминесцентных ламп.

Обычные светодиоды изготавливаются из различных неорганических полупроводниковых материалов. В табл. 2.1 приведены доступные цвета с диапазоном длин волн, падение напряжения на светодиоде и его материал.

Область применения светодиодов достаточно широка:

- уличное освещение;

- индикаторы – в виде одиночных светодиодов (например, индикатор включения на панели прибора) и в виде цифрового или буквенно-цифрового табло (уличные экраны, бегущие строки);

- источники света в фонарях и светофорах (мощные светодиоды);

Таблица 2.1







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 2005. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Дизартрии у детей Выделение клинических форм дизартрии у детей является в большой степени условным, так как у них крайне редко бывают локальные поражения мозга, с которыми связаны четко определенные синдромы двигательных нарушений...

Педагогическая структура процесса социализации Характеризуя социализацию как педагогический процессе, следует рассмотреть ее основные компоненты: цель, содержание, средства, функции субъекта и объекта...

Типовые ситуационные задачи. Задача 1. Больной К., 38 лет, шахтер по профессии, во время планового медицинского осмотра предъявил жалобы на появление одышки при значительной физической   Задача 1. Больной К., 38 лет, шахтер по профессии, во время планового медицинского осмотра предъявил жалобы на появление одышки при значительной физической нагрузке. Из медицинской книжки установлено, что он страдает врожденным пороком сердца....

Типы конфликтных личностей (Дж. Скотт) Дж. Г. Скотт опирается на типологию Р. М. Брансом, но дополняет её. Они убеждены в своей абсолютной правоте и хотят, чтобы...

Гносеологический оптимизм, скептицизм, агностицизм.разновидности агностицизма Позицию Агностицизм защищает и критический реализм. Один из главных представителей этого направления...

Функциональные обязанности медсестры отделения реанимации · Медсестра отделения реанимации обязана осуществлять лечебно-профилактический и гигиенический уход за пациентами...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия