Для поиска темы - пользуйтесь СИСТЕМОЙ ПОИСКА


Стоимость дипломной работы


Home Для студента... Джерела світла на судах, устрій, принцип дії. Схеми підключення люмінесцентних ламп

Джерела світла на судах, устрій, принцип дії. Схеми підключення люмінесцентних ламп
загрузка...
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 

Джерела світла на судах, устрій, принцип дії. Схеми підключення люмінесцентних ламп


Основы светотехники
Свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу. Иными словами, свет можно рассматривать одновременно и как поток частиц (фотонов), и как электромагнитную волну. Но нельзя говорить, что свет – это только фотоны или только волны. Он проявляет и те, и другие свойства одновременно.
Если рассматривать свет с позиции электромагнитной волны, то можно выделить несколько случаев в зависимости от длины волны:
    радиоволны – свет с длиной волны в диапазоне от 10 000 м до 0,0001 м;
    инфракрасные лучи - свет с длиной волны в диапазоне от 100 000 нм до 770 нм (1 нм (нанометр) равен 10-9 м);
    видимые лучи - свет с длиной волны в диапазоне от 770 нм (красный цвет) до 380 нм (фиолетовый цвет);
    ультрафиолетовые лучи - свет с длиной волны в диапазоне от 380 нм до 8 нм;
    рентгеновские и гамма-лучи – свет с длиной волны в диапазоне менее 8 нм.
Восприятие света глазом пропорционально его чувствительности к различным цветам, точнее - к различным длинам волн. Белого цвета в природе не существует. Он является совокупностью всех цветов видимой части спектра (от красного до фиолетового). Аналогично не существует и черного цвета, он является полным отсутствием света. Наибольшую чувствительность человеческий глаз имеет к желто-зеленой части спектра (550 нм). Именно поэтому куртки дорожных работников, работников ГАИ, предупреждающих дорожных знаков, сигнализация на судне окрашены в эти цвета.
В светотехнике пользуются несколькими величинами. Ими являются световой поток, сила света, освещенность и др.
В качестве энергетической светотехнической характеристики вводят понятие светового потока, Ф («фи»), который численно равен количеству световой энергии, пронизывающей любую площадь за единицу времени:
.
Измеряется световой поток в люменах (лм).
Иными словами световой поток соответствует мощности, которая переносится светом через данную площадку.
Например, лампа накаливания мощностью 40 Вт и напряжением 220 В излучает световой поток 268 лм, а люминесцентная лампа типа ЛБ мощностью 40 Вт - 2350 лм.
Общая величина светового потока характеризует излучающий источник и никакими оптическим способами нельзя изменить этот поток. Его можно только перераспределить в пространстве оптическими методами (вогнутые зеркала, линзы и т.д.).
Под телесным углом () будем понимать объемный угол, который ограничен боковой поверхностью конуса, вершина которого совпадает с центром сферы, где расположен источник света L, причем, эта боковая поверхность «вырезает» на сфере некоторую площадку. Телесный угол измеряется в стерадианах (ср).
Но в роли основной светотехнической величины была принята сила света. Сила света – это светотехническая величина, которая численно равна световому потоку, который излучается источником света в единичный телесный угол:
.
Измеряют силу света в канделах (кд).
Освещенность (Е) – это светотехническая величина, которая численно равна световому потоку, который падает на единицу площади освещаемой поверхности:
.
Освещенность измеряют в люксах (лк).
Например, в летний полдень освещенность составляет около 100 000 лк, в полнолуние - 0,2 лк, на столе в аудитории - 150 лк. Освещенность на судах нормируется Правилами Регистра СССР. Так, для помещений ЦПУ и МО освещенность должна быть не менее 75 лк, для проходов и палуб - 50 лк.
Источники света
Источниками света на судах служат лампы, которые разделяют на тепловые (лампы накаливания) и газоразрядные (люминесцентные лампы низкого и высокого давления).
Лампы накаливания. Эти лампы состоят из стеклянной колбы, внутри которой на стеклянном стержне с помощью молибденовых крючков закреплена нить накала из вольфрамовой проволоки. Два платинитовых или никелевых электрода соединяют концы нити накала с цоколем, изготовленным из латуни или оцинкованной стали. Лампы малой мощности выполняют вакуумными, а колбы ламп большой мощности заполняют смесью тяжелых инертных газов (аргон, криптон, азот) под давлением около 80 кПа. Основная цель заполнения ЛН инертным газом - замедлить испарение материала нити (увеличить время горения N) и уменьшить передачу теплоты к колбе.
Температура нити накала вакуумных ЛН составляет около 2400 С, а газонаполненных - около 2900 С. С повышением температуры накала увеличивается световая отдача ψ лампы - отношение светового потока (лм) лампы к ее электрической мощности (Вт). Лампы накаливания большой мощности, а также лампы низкого напряжения, имеющие более толстую нить и, следовательно, допускающие более высокую температуру накала, обладают большей световой отдачей по сравнению с ЛН малой мощности и высокого напряжения.
К применению на судах рекомендованы лампы судовые и общего назначения с обычной и цилиндрической колбой (продолжительность горения 1000 ч), низковольтные миниатюрные и автомобильные лампы, лампы прожекторные мощностью 500-5000 Вт с небольшой продолжительностью горения (30-400 ч), лампы зеркальные с внутренним зеркальным покрытием колбы для концентрации светового потока и лампы кварцевые галогенные (йодистые). Последние изготовлены в виде горизонтально устанавливаемых цилиндрических кварцевых трубок небольших габаритных размеров со спиральной нитью накала, расположенной по длине трубки. В состав инертных газов кварцевой лампы введены галогены (йод или бром), что обеспечивает оседание испаряющегося вольфрама на нить накала и повышает срок службы лампы.
Лампы накаливания широко используют благодаря ряду достоинств: простоте конструкции и низкой стоимости, широкому диапазону шкал мощностей и напряжений, разнообразию форм и размеров, простоте подключения к сети, отсутствию периода разгорания и широкому диапазону рабочих температур (±60 °С). В то же время они имеют существенные недостатки: низкий КПД (2-3 %), большую зависимость характеристик ламп от колебаний напряжения, отличие спектрального состава от естественного света.
Люминесцентные лампы низкого давления. По сравнению с лампами накаливания ЛЛ являются более совершенными источниками света. На судах широко применяют трубчатые ЛЛ. Они выполнены в виде стеклянных трубок длиной 0,3-0,6 м (при напряжении 127 В) и 0,9-1,5 м (при напряжении 220 В). На внутреннюю поверхность ламп нанесен слой люминофора. На концах трубки впаяны 2 электрода в виде вольфрамовой спирали, покрытой слоем оксида для увеличения эмиссии электродов. После откачивания воздуха в лампу вводится капля ртути и инертный газ под давлением 400 Па. Принцип горения лампы основан на явлении люминесценции: атомы аргона, а затем смеси атомов аргона и ртути под действием разности потенциалов на электродах начинают излучать ультрафиолетовые лучи (электролюминесценция). Лучи, попадая на люминофор, вызывают его видимое свечение (фотолюминесценция). Изменяя состав люминофора, получают ЛЛ трех типов: ДЦ - лампы дневного света, ЛДЦ - лампы дневного света с улучшенной цветопередачей, ЛБ - лампы белого света. В судовых условиях в основном применяют ЛЛ типа ЛБ со спектральным составом, близким к естественному свету.
Оптимальная температура работы ЛЛ составляет 20-25 °С. Отклонение температуры в любую сторону уменьшает светоотдачу. При снижении напряжения на 10 % номинального лампы могут не зажечься или мигать. Частота включений ЛЛ влияет на срок их службы, так как в момент включения происходит распыление оксидного покрытия электродов, при полном расходовании которого лампа перестает зажигаться.
По сравнению с ЛН люминесцентные лампы имеют КПД и срок службы в 3-4 раза больше, они стойки к воздействию вибраций и ударов, при колебаниях напряжения сети параметры горения изменяются незначительно, обладают небольшой яркостью, имитируют естественное дневное освещение. К недостаткам ЛЛ следует отнести: зависимость световых параметров от температуры; наличие стробоскопического эффекта (неощутимые глазом мигания света могут совпасть с частотами механических колебаний тел, в результате искажается действительное представление о движении тел, т. е. движущаяся деталь может показаться неподвижной); необходимость применения достаточно сложных и тяжелых пусковых устройств в связи с тем, что напряжение зажигания ламп превышает рабочее напряжение лампы, а иногда и напряжение сети; наличие периода зажигания; токсичность паров ртути, которые могут появиться при разрушении лампы.
Люминесцентные лампы тлеющего разряда применяются как сигнализационные. Они состоят из небольшой стеклянной цилиндрической колбы, покрытой люминофором. Внутри впаяны два близко расположенных электрода. В зависимости от состава люминофора лампы дают желтый, зеленый, оранжевый и другие цвета (соответственно типы ТЛЖ, ТЛЗ, ТЛО и др.).
Люминесцентные лампы высокого давления. Наиболее распространены ЛЛ высокого давления типа ДРЛ (дуговая ртутная лампа). Они состоят из стеклянной колбы 5, покрытой внутри люминофором, и заключенной в ней кварцевой трубки 3, заполненной аргоном при давлении 400 Па с добавкой ртути (рисунок 29.1). В торцы кварцевой трубки впаяны активированные рабочие 4 и поджигающие 2 электроды, включенные через резисторы 1.

Рисунок 29.1 – Дуговая ртутная четырех электродная лампа типа ДРЛ.
При включении лампы в сеть между рабочими и поджигающими электродами возникает тлеющий разряд, ионизирующий аргон. При достаточной ионизации разряд перебрасывается в промежуток между рабочими электродами, после чего начинается процесс испарения ртути и повышения давления внутри трубки до 500-10 000 Па. Возникший дуговой разряд сопровождается интенсивным излучением ультрафиолетовых лучей. Люминофор преобразует невидимое ультрафиолетовое излучение в свет. Схема включения лампы ДРЛ состоит из дросселя L, ограничивающего ток лампы и стабилизирующего режим горения, конденсатора С, подавляющего радиопомехи. Период разгорания лампы составляет 3-10 мин.
Световой поток и процесс зажигания лампы не зависят от температуры окружающей среды, так как большая колба заполнена углекислым газом, являющимся теплоизолирующей оболочкой. Достоинством ламп ДРЛ является сочетание малых габаритных размеров с большим световым потоком (10-46 клм при мощностях ламп 250-1000 Вт). К недостаткам ламп ДРЛ следует отнести наличие периода разгорания. После погасания повторное включение возможно только через 5—10 мин после охлаждения лампы.
Двухэлектродные лампы ДРЛ не имеют зажигающих электродов, и их схема включения усложнена трансформатором, разрядником и другими элементами.
Существуют дуговые ксеноновые, криптоновые, натриевые и металлогалогенные лампы, отличающиеся различными цветовыми оттенками.
Схемы подключения люминесцентных ламп
В состав пускорегулирующего аппарата ЛЛ входят дроссели, стартеры, конденсаторы и резисторы. Стартер и схемы подключения ЛЛ представлены на рисунке 2. Стартер, служащий для замыкания (размыкания) цепи пуска ЛЛ, изготовляют в виде стеклянной колбы 2, в которую впаяны два стальных электрода 4. К одному из электродов приварена биметаллическая пластина 3. Для подключения стартера на изоляторе 5 смонтированы алюминиевые или латунные штыри 6, В отверстия штырей заведены концы электродов, и затем штыри в месте соединения опрессованы. Рядом с колбой стартера размещен конденсатор 1. Все устройство закрыто алюминиевым футляром с изоляционной прокладкой.


Рисунок 29.2 – Схема подключения люминесцентных ламп:
а-стартер; б,в –соответственно стартерная и автотрансформаторная схемы подключения; г – схема двухлампового светильника; д – резонансная схема подключения.
Простейшая схема подключения ЛЛ показана на рисунке 29.2, б. В исходном состоянии сопротивления стартера VK и лампы EL очень большие. При подаче питания в стартере появляется тлеющий разряд между его электродами и сопротивление стартера уменьшается. Через обмотки двухкатушечного дросселя L, электроды лампы и область тлеющего разряда стартера протекает ток прогрева электродов. Тлеющий разряд вызывает изгиб биметаллической пластины стартера, и она замыкается с электродом. Теперь сопротивление стартера близко к нулю, поэтому через электроды лампы протекает ток,  прогревающий их до температуры 800-900 °С. При этом, благодаря термоэмиссии внутри лампы появляется достаточное число электронов. Из-за отсутвия тлеющего разряда электроды стартера остывают и размыкаются. Разрыв цепи вызывает всплеск ЭДС самоиндукции на дросселе, создающей на электродах лампы импульс высокого напряжения, под действием которого происходит ионизация аргона и паров ртути – лампа зажигается. Теперь сопротивление ЛЛ мало, но ток лампы и напряжение на ней ограничены сопротивлением последовательно включенных обмоток дросселя. Стартер оказывается под пониженным напряжением и повторно не срабатывает.
Использование дросселя приводит к снижению cos φ. Для его повышения в схему включается конденсатор С2, который при выключении лампы разряжается через резистор R. Конденсаторы С1 и СЗ служат для уменьшения радиопомех, создаваемых стартером.
Наличие стартера - контактного устройства - снижает надежность работы ЛЛ. Схема бесстартерного пускорегулирующего аппарата (рисунок 29.2, в) собрана на автотрансформаторе ТV и дросселе L. Пока лампа не зажглась, через дроссель течет небольшой ток, обусловленный достаточно высоким сопротивлением обмотки w1. На дросселе существует небольшое падение напряжения, поэтому к обмотке w1 трансформатора приложено почти все напряжение сети, которое обеспечивает повышенное напряжение в обмотках w2 и w3. В результате создаются условия для прогрева электродов и возникновения эмиссии. Лампа зажигается, и ее сопротивление уменьшается. Теперь через дроссель течет ток лампы. На дросселе увеличивается падение напряжения, а напряжение на обмотках автотрансформатора уменьшается. В данной схеме дроссель не используется в процессе зажигания ЛЛ, но выполняет свою вторую роль – ограничивает напряжение на ЛЛ после зажигания.
По сравнению с одноламповыми светильниками двухламповые (рисунок 29.2, г) более компактны. Лампа EL2 включена через конденсатор С2, поэтому вектор ее тока опережает вектор тока лампы EL1. Невидимые мигания ламп возникают несинхронно. Стробоскопический эффект можно уменьшить, подключая светильники данного помещения в разные фазы 3-фазной сети.
Люминесцентные лампы по сравнению с ЛН более экономичны, но в пускорегулирующих аппаратах этих ламп расходуется около 30 % электроэнергии, подводимой из сети. Наиболее простой и рациональной, с точки зрения минимальных массы и потерь, является резонансная схема подключения (рисунок 2, д), которая используется в сетях с частотой 400 Гц. С помощью резонансного эффекта, создаваемого цепью L-C1, С2, в пусковой период на лампе возникает напряжение, в 1,5-2,3 раза большее напряжения сети. После зажигания лампы резонанс нарушается включением сопротивления лампы. Бесстартерные схемы все же имеют дополнительные потери, обусловленные наличием небольшого тока накала даже после зажигания лампы, но этот недостаток компенсируется высокой надежностью бесстартерных схем и увеличением срока службы ЛЛ (примерно на 50 %).


Более старые статьи:

 
загрузка...

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить