Люминесцентные источники света

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

Кафедра общей и прикладной физики

Реферат

По дисциплине «Светотехника»

Тема: Люминесцентные источники света

Студент РЭ2-171-ОБ группы Кузьмина А.О.

Руководитель,

Доцент Лисицинын В.И.

Воронеж 2018

Оглавление

Введение

1. Виды и конструкции люминесцентных ламп

2. Преимущество люминесцентных ламп перед лампами накаливания

заключение

Введение

Люминесцемнтная ламмпа -- газоразрядный источник света, в котором электрический разряд в парах ртути создаёт ультрафиолетовое излучение, которое преобразуется в видимый свет с помощью люминофора -- например, смеси галофосфата кальция с другими элементами.

Световая отдача люминесцентной лампы в несколько раз больше, чем у ламп накаливания аналогичной мощности. Срок службы люминесцентных ламп около 5 лет при условии ограничения числа включений до 2000, то есть не больше 5 включений в день в течение гарантийного срока 2 года.

1. Виды и конструкции люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы - это «газоразрядные источники света, преобразующие электричество в оптическое излучение после прохождение электрического тока через газ». В качестве газа чаще всего используется газообразная ртуть. Ртуть создает ультрафиолетовое излучение после прохождения тока. Излучение действует на нанесенный на внутреннюю поверхность лампы люминофор, заставляя его светиться. Цвет лампы зависит от вида используемого люминофора. Цилиндрические стеклянные колбы люминесцентных ламп заполнены парами ртути под низким давлением. В газонепроницаемых крышках с обоих концов колбы установлены контакты и - обращенные внутрь колбы - вольфрамовые электроды с эмиссионным слоем. Электроды окружены металлическими кольцами для предотвращения осаждения темного осадка у концов колбы. При включении лампы между электродами возникает электронный поток. Электроны сталкиваются с атомами ртути в газоразрядной трубке. Электроны перемещают электроны атома ртути на более высокие энергетические орбиты, или энергетические уровни. При возвращении на начальные орбиты электроны освобождают поглощенную энергию в виде электромагнитного излучения. Большая часть этой энергии - коротковолновое ультрафиолетовое излучение; меньшая часть излучается в видимом дискретном спектре. Использование такого типа ламп очень ограничено; они могут быть источником чистого УФ излучения при использовании матовых фильтров, пропускающих ультрафиолет. В лампах, используемых для освещения, внутренняя поверхность стекла покрыта порошкообразным флуоресцирующим слоем. Этот слой излучает видимый свет при попадании на него ультрафиолетового излучения газового разряда.

Флуоресцентные материалы различного химического состава могут давать широкий диапазон эквивалентной цветовой температуры. Спектральное излучение представляет собой отдельные дискретные диапазоны, смешанные с основным непрерывным спектром. Люминесцентные лампы (ЛЛ) делятся на осветительные общего назначения и специальные. К ЛЛ общего назначения относят лампы мощностью от 15 до 80 Вт с цветовыми и спектральными характеристиками, имитирующими естественный свет различных оттенков. Для классификации ЛЛ специального назначения используют различные параметры: по мощности их разделяют на маломощные (до 15 Вт) и мощные (свыше 80 Вт); - по типу разряда на дуговые, тлеющего разряда и тлеющего свечения; - по излучению на лампы естественного света, цветные лампы, лампы со специальными спектрами излучения, лампы ультрафиолетового излучения; - по форме колбы на трубчатые и фигурные; - по светораспределению с ненаправленным светоизлучением и с направленным (рефлекторные, щелевые, панельные и др.). Маркировка обычно состоит из 2-3 букв. Первая буква Л означает люминесцентная. Следующие буквы означают цвет излучения: Д - дневной; ХБ - холодно-белый; Б - белый; ТБ - теплобелый; Е - естественно-белый; К, Ж, 3, Г, С - соответственно красный, желтый, зеленый, голубой, синий; УФ - ультрафиолетовый. У ламп с улучшенным качеством цветопередачи после букв, обозначающих цвет, стоит буква Ц, а при цветопередаче особо высокого качества - буквы ЦЦ. В конце ставят буквы, характеризующие конструктивные особенности: Р - рефлекторная, У - U-образная, К - кольцевая, А - амальгамная, Б - быстрого пуска. Цифры обозначают мощность в ваттах. Маркировка ламп тлеющего разрада начинается с букв ТЛ. Виды люминесцентных ламп Люминесцентные энергосберегающие лампы предназначены для целей общего освещения и полностью взаимозаменяемы со стандартными люминесцентные лампы мощностью 20, 40 и 65 Вт в существующих осветительных установках без замены светильников и ПРА. Энергосберегающие лампы имеют стандартные длины, стандартные значения рабочих токов и напряжений на лампах и те же или близкие значения световых потоков, что и у стандартных ламп соответствующей цветности (в основном Б) при пониженной на 10% мощности: 18, 36 и 58 Вт. Внешне энергосберегающие лампы отличаются от стандартных ламп 20, 40 и 65 Вт только меньшим диаметром - 26 мм вместо 38 мм. Энергосберегающие лампы обеспечивают получение того же или несколько большего светового потока при уменьшенном на 10% расходе электроэнергии и позволяют за счет уменьшения диаметра трубки существенно снизить расход основных материалов при производстве энергосберегающих ламп (стекло, люминофор, газы, ртуть и др.), уменьшить транспортные расходы и потребности в таре и складских помещениях. В последние годы энергосберегающие люминесцентные лампы получают за рубежом все более широкое применение, постепенно заменяя стандартные люминесцентные лампы. Для обеспечения того же падения напряжения на энергосберегающих лампах при уменьшении диаметра с 38 до 26 мм пришлось снизить градиент потенциала до прежнего значения путем применения для наполнения смеси аргона с криптоном (70+90% Kj+Ar) и снижения давления до 200-330 Па (вместо обычных 400 Па для PAT в стандартных лампах). При сохранении неизменными действующих значений тока и напряжения на лампе (за счет подбора состава и давления смеси Kr+Аг) переход на меньший диаметр (26 мм вместо 38 мм) приводит к повышению перезажигания и возрастанию крутизны фронта напряжения на энергосберегающей лампе. Форма тока изменяется незначительно. В результате снижается коэффициент мощности энергосберегающей лампы на 7 - 10% и на столько же падает мощность. Повышение поверхностной электрической нагрузки и облученности в энергосберегающие люминесцентные лампы по сравнению со стандартными лампами ставят люминофорный слой в более тяжелые условия работы. Как показывают эксперименты, энергосберегающие люминесцентные лампы, даже с усовершенствованными люминофорами на основе ГФК, имеют значительно больший спад светового потока, чем стандартные люминесцентные лампы.

Наиболее подходящими для этих энергосберегающих ламп являются редкоземельные люминофоры с узкополосными спектрами излучения (УПЛ), обладающие высокой стабильностью к излучению линии 185 нм и позволяющие за счет оптимизации спектра излучения получать высокие значения световой отдачи и общего индекса цветопередачи. Однако из-за весьма высокой цены этих люминофоров (примерно в 40 раз дороже ГФК) энергосберегающие люминесцентные лампы с такими люминофорами в несколько раз дороже стандартных ламп. В целях снижения стоимости энергосберегающих люминесцентных ламп в ряде случаев применяют двухслойное покрытие. Сначала на стекло наносят слой гало-фосфатного люминофора (или их смеси), а поверх него слой смеси редкоземельных УПЛ небольшой толщины (около 25%). Таким путем кроме существенного уменьшения расхода дорогостоящих редкоземельных люминофоров достигается частичная защита гало-фосфатных люминофоров от вредного воздействия излучения 185 нм и дополнительное заполнение спектра. Ведутся также дальнейшие исследования по повышению стабильности ГФК и созданию более дешевых высокостабильных узкополосных люминофоров. Отечественная промышленность выпускает энергосберегающие люминесцентные лампы мощностью 18, 36 и 58 Вт цветностей ЛБ, ЛДЦ и ЛЕЦ на базе улучшенных ГФК с начальными световыми параметрами, практически совпадающими с параметрами ЛЛ тех же цветностей мощностью 20, 40 и 65 Вт. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) В начале 80-х годов стали появляться многочисленные типы компактных ЛЛ мощностью от 5 до 25 Вт со световыми отдачами от 30 до 60 лм / Вт и сроками службы от 5 до 10000 ч. Часть типов КЛЛ предназначена для непосредственной замены ламп накаливания. Они имеют встроенную пускорегулирующую аппаратуру и снабжены стандартным резьбовым цоколем Е27. Разработка КЛЛ стала возможной только в результате создания высокостабильных узкополосных люминофоров, активированных редкоземельными элементами, которые могут работать при более высоких поверхностных плотностях облучения, чем в стандартных ЛЛ. За счет этого удалось значительно уменьшить диаметр разрядной трубки. Что касается сокращения габаритов ламп в длину, то эта задача была решена путем разделения трубок на несколько более коротких участков, расположенных параллельно и соединенных между собой либо изогнутыми участками трубки, либо вваренными стеклянными патрубками.

2. Преимущество люминесцентных ламп перед лампами накаливания

люминесцентный лампа излучение оптический

Обычная лампа накаливания (ЛН) представляет собою «наглухо запаянную стеклянную колбу, внутри которой находится инертный газ и вольфрамовая спираль». Под действием электрического тока вольфрамовая спираль начинает накаливаться и излучает свет. К достоинствам ЛН можно отнести их привычность и, возможно, низкую цену (если рассматривать ее в отрыве от последующих эксплуатационных затрат), а также возможность производить различные формы колбы (свеча, шарик, каплевидная форма и т.д.), дающие широкие возможности для оформления интерьера. Сплошной спектр ламп накаливания существенно отличается от спектра естественного (дневного) света. У ламп накаливания преобладают желтое и красное излучения и полностью отсутствует ультрафиолет. Это определяет весьма теплый тон излучения ЛН (2400-2700 К) и позволяет добиваться хорошей цветопередачи предметов, освещенных ЛН. В силу спектральных особенностей световая отдача ЛН крайне низка (10-15 лм / Вт). 85-90% электроэнергии, «питающей» нить накала, превращается не в свет, а в тепло. Иными словами, лампы накаливания - скорее, обогреватели, нежели осветители. Естественно, для того чтобы добиваться приемлемых уровней освещенности с помощью ЛН, приходится увеличивать мощность самих ламп или их количество. И то и другое приводит к увеличению потребления энергии. Помимо неэкономичности, в число очевидных недостатков ламп накаливания входит крайне низкий срок службы - всего 1000 часов непрерывного горения. В среднем, лампы горят 1800 часов в год (около 5 часов в день). И ежегодно лампы накаливания в каждом светильнике приходится менять дважды. Попытки увеличения этого срока за счет частых отключений оказываются неэффективными - это приводит к быстрому изнашиванию и замене самих ламп. Неслучайно, во многих городах Европы, а сейчас и в Москве отказываются от дневного отключения части уличных светильников. Низкий срок службы увеличивает затраты не только за счет необходимости приобретения новых ламп, но и в связи с резким увеличением эксплуатационных расходов, затрат на замену перегоревших ламп. С точки зрения пожаро-, взрывобезопасности и защиты от поражения током, ЛН сильно уступают так называемым «холодным» лампам. Раскаленная колба ЛН отличается повышенной взрывоопасностью, а тепловой принцип излучения часто приводит к нагреву патронов и электропроводки, к перегрузкам в сети, авариям и пожарам. Последнее особенно актуально для сетей провинциальных городов, которые создавались десятки лет назад и не были рассчитаны на экспансию энергоемких бытовых устройств в жилых и административных зданиях, а значит, не приспособлены к резкому возрастанию энергопотребления. Люминесцентные лампы явились естественным следствием попыток развить достоинства ламп накаливания и минимизировать их недостатки, в частности увеличить срок службы и энергоэкономичность лампы. Эти задачи были успешно решены. Принципиальное отличие способа излучения и конструктивных особенностей привели к тому, что технико-экономические характеристики ЛЛ оставляют далеко позади лампы накаливания. Срок службы люминесцентной лампы равен 12-15 000 часов, т.е. в 12-15 (!) раз выше, чем у ламп накаливания. А их световая отдача составляет 75-90 лм / Вт, иными словами люминесцентные лампы в пять раз энергоэффективней своих предшественников. Следует отметить, что люминесцентные лампы создавались специально для замены ламп накаливания в жилых помещениях. Поэтому их цветопередающие свойства благоприятны для восприятия интерьера, лица и рук человека (Ra=90). Это приводит к необходимости использовать крупные, металлоемкие светильники, а значит, к удорожанию светового прибора в целом. Во времена разработки ЛЛ, когда даже садовые скамейки и урны лили из чугуна, металлоемкости изделий не придавали особого значения. Сейчас дело обстоит иначе. Кроме этого, люминесцентные лампы нуждаются в тяжелых и энергоемких электромагнитных пускорегулирующих аппаратах (ЭМПРА) и стартерах, что серьезно снижает их энергоэффективность. Увеличена в ЛЛ и опасность поражения током (на конденсаторах в ЛЛ выделяется до 300-400 В, и эта энергия сохраняется определенное время после выключения светильника). К недостаткам люминесцентных ламп относится также невозможность мгновенного их включения. С точки зрения пожаро- и взрывобезопасности, люминесцентные лампы на порядок эффективней ламп накаливания, но их экологические а, главное, гигиенические характеристики оставляют желать лучшего. Так, в силу принципа действия, внутри трубки ЛЛ находится достаточно большое количество ртути (30-40 мг), что при неосторожном обращении может быть опасным для человеческого здоровья. Еще более важным является их влияние на человеческое зрение. Эти лампы, подключаемые к сети с помощью ЭМПРА, создают свет не постоянный, а «микропульсирующий»: при имеющейся в сети частоте переменного тока 50 Гц перезажигание ЛЛ происходит 100 раз в секунду. Хотя эта частота выше критической для человеческого глаза и им не улавливается, при невидимом воздействии пульсация освещения отрицательно влияет на человека, вызывая вполне видимые и фиксируемые последствия - утомляемость, снижение работоспособности, а часто, головокружение и тошноту. Кстати, на промышленных предприятиях, в цехах, где установлены станки и необходимо хорошо различать движущиеся части механизмов или стремительно вращающиеся детали, пульсация светового потока часто может вызывать так называемый стробоскопический эффект, вызывающий неточность обработки деталей, повышенный травматизм, а порою и угрозу для жизни. Именно поэтому ЛЛ рекомендуют использовать лишь в так называемых нерабочих зонах различных помещений. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) по принципу своего действия практически не отличаются от обычных люминесцентных (электрический разряд генерирует ультрафиолет, который, в свою очередь, заставляет светиться люминофор). Поэтому световая отдача и срок службы компактных люминесцентных ламп имеют те же колоссальные преимущества перед лампами накаливания, что и ЛЛ. Если исходить из названия, то может показаться, что речь идет лишь об изменении размеров, о компактности. Конечно, это не так. КЛЛ явились плодом тщательного анализа работы ЛЛ и поступенчатого усовершенствования всех технико-экономических характеристик своих предшественниц, что привело к устранению типичных недостатков ЛН и ЛЛ при одновременном сохранении и развитии их достоинств. Прежде всего, специалистам удалось уменьшить размеры ламп. Новые технологические возможности, появившиеся в последней четверти XX века, позволили уменьшить диаметр трубки до 7 мм, и, изогнув ее один раз в виде буквы «П», дважды или трижды, получить компактную люминесцентную лампу (четырехканальная КЛЛ мощностью 18 Вт имеет длину всего 145 мм, т.е. в 10 раз меньше, чем традиционная ЛЛ). Уменьшение габаритов позволило сократить применение ртути более чем в десять раз (до 2-3 мг), а в некоторых типах амальгамных КЛЛ ртути в чистом виде нет вообще, она находится в связанном состоянии. Пожаро- и взрывобезопасность, а также защита от поражения потребителя электрическим током возросли на порядок. Современные КЛЛ, и в частности лампы «Galleon», имеют нулевой класс защиты от поражения током (ГОСТ 122007), а вероятность возникновения пожара от одной лампы 10-6 в год (ГОСТ 12104). Кроме того, качественные КЛЛ от ведущих производителей, как правило, имеют защиту от перегрузок по току, защиту при повреждении излучающего блока, травмобезопасные неизвлекаемые цоколи и ряд других усовершенствований, направленных на обеспечение безопасности человеческой жизни. Уменьшение габаритов компактных люминесцентных ламп позволило применять их как в отдельной установке, так и для прямой замены ЛН в светильниках со стандартными патронами, рассчитанными на использование резьбового «эдиссоновского» цоколя. В силу своих конструктивных особенностей КЛЛ имеют еще одно преимущество: диапазон их цветовой температуры необычайно широк (от 2700 до 6000 К), что дает возможность создавать свет самого разного спектрального состава (теплый, естественный, белый, дневной), тем самым позволяет разнообразить и обогатить цветовую палитру любого помещения. Компактные люминесцентные лампы получили широкое распространение в производстве настольных ламп. Особое место в усовершенствовании ЛЛ и трансформации их в КЛЛ занимает создание электронных пускорегулирующих аппаратов нового поколения (ЭПРА) - одно из самых перспективных направлений развития светотехники. ЭПРА используются в конструкции светильников вместо стартеров, электромагнитных дросселей и конденсаторов. ЭПРА значительно энергоэкономичней, чем ЭМПРА, так как потери мощности в балласте не происходит. Кроме того, ЭПРА гарантируют практически мгновенное включение лампы. В отличие от балластов традиционных люминесцентных ламп ЭПРА не имеют оптических (мерцание) и акустических (шум) эффектов, что делает КЛЛ безвредными для человеческого зрения и позволяет применять их в любых помещениях и для любых целей.

Заключение

Люминесцентные лампы широко применяются для общего освещения, при этом их световая отдача в несколько раз больше, чем у ламп накаливания того же назначения. Срок службы люминесцентных ламп может до 20 раз превышать срок службы ламп накаливания при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу коммутаций, в противном случае быстро выходят из строя. Наиболее распространённой разновидностью подобных источников является ртутная люминесцентная лампа. Она представляет собой стеклянную трубку, заполненную парами ртути, с нанесённым на внутреннюю поверхность слоем люминофора. Люминесцентные лампы - наиболее распространённый и экономичный источник света для создания рассеянного освещения в помещениях общественных зданий: офисах, школах, учебных и проектных институтах, больницах, магазинах, банках, предприятиях. С появлением современных компактных люминесцентных ламп, предназначенных для установки в обычные патроны E27 или E14 вместо ламп накаливания, они стали завоёвывать популярность и в быту.

Размещено на Allbest.ru