Электрические источники света

Применяемые на судах электрические источники света по способу преобразования электрической энергии в световую подразделяют на тепловые и газоразрядные.
Принцип действия тепловых источников (ламп накаливания) заключается в возникновении видимых излучений при нагреве тугоплавкого металла до определенной температуры в процессе протекания через него электрического тока.
Основная часть энергии, потребляемая лампой, расходуется на тепловые потери и образование невидимых излучений. В этом состоит основной недостаток ламп накаливания, у которых световой коэффициент полезного действия составляет всего 1,5—4%. Чем выше температура тела накала, тем выше интенсивность излучения света. Однако максимальная температура нити ламп (около 2900°С) ограничивается температурой плавления материала, из которого она изготовлена. В результате нагрева происходит испарение материала нити, что приводит к уменьшению времени работы ламп и потемнению ее колбы. Другими недостатками этих ламп являются низкая вибро- и ударостойкость, зависимость светотехнических характеристик от напряжения питания, отличие спектрального состава света от естественного.
К положительным качествам ламп накаливания можно отнести простоту конструкции, низкую стоимость, возможность изготовления широкого ассортимента по мощности, напряжению, размерам и форме, а также возможность питания как постоянным, так и переменным током.
Лампа накаливания (рис. 18) состоит из стеклянной колбы 3, цоколя 1, изготавливаемого из цветного металла или из стали с антикоррозионным покрытием, вольфрамовсй нити 4, укрепленной на стеклянном стержне 2 крючками 5 из молебдена, н двух платиновых электродов 6, соединяющих нить 4 с контактной пластиной 8, изолированной от цоколя стеклянной массой 7, и с цоколем 1.
Существуют резьбовые, одноштифтовые, двух-штифтовые, цилиндрические и фокусирующие цоколи, которые обозначаются буквами Е, В5, Ва, 5 и Р соответственно и цифрами (размеры в миллиметрах). Например: Е27/27, В15а/18 и Е14/27Х17. Цифра в числителе означает основной размер (диаметр цоколя), цифра в знаменателе — длину цоколя, цифра после знака умножения — внешний диаметр ранта (утолщение у верхней части цоколя). Применяются также специальные цоколи и резьбовые цоколи с насечкой для предохранения от произвольного вывинчивания из патрона.
Световая отдача (отношение светового потока в люменах к электрической мощности в ваттах) у ламп накаливания находится в пределах 6—20 л м/Вт. Чем ниже номинальное напряжение лампы, тем выше значение световой отдачи. Это объясняется зависимостью температуры накала нити от силы протекаемого тока, которая у ламп с низким напряжением имеет большее значение.
Для защиты нити от окисления на воздухе лампы выполняют либо вакуумными, либо с заполнением инертными газами. Инертный газ, кроме того, уменьшает нагрев колбы и замедляет испарение нити.
Колбы ламп бывают прозрачные, светорассеивающие (матированные, опаловые и молочные) и зеркальные. Светорассеивающие колбы снижают световой поток ламп от 3 до 20%. У зеркальных колб часть внутренней поверхности имеет зеркальное покрытие, предназначенное для концентрации светового потока лампы.
Разновидностью ламп накаливания являются кварцевые галогенные лампы, у которых в качестве наполнителя колбы используются химические элементы группы галогенов (иод, бромистый метил, бромистый метанол и др.). В процессе горения лампы на поверхности колбы образуются летучие соединения — галогениды вольфрама, которые, испаряясь, распадаются на теле накала и возвращают ему атомы вольфрама. Преимуществами галогенных ламп перед обычными являются отсутствие почернения колб, повышенные световая отдача и срок службы, близкий, к дневному свету спектральный состав излучения, более высокие термостойкость и механическая прочность, а также меньшие габаритные размеры. При добавлении в колбу газа ксенона световая отдача лампы увеличивается и достигает 22 лм/Вт. Галогенная лампа имеет трубчатую колбу из кварцевого стекла, внутри                которой расположена спираль из вольфрама. Концы спирали соединены с выводами лампы через переходные стекла.
К газоразрядным источникам света относятся люминесцентные трубчатые лампы низкого давления и дуговые ртутные люминесцентные лампы высокого давления.
В отличие от ламп накаливания газоразрядные лампы имеют следующие основные достоинства: высокую светоотдачу (до 90       лм/Вт),                большой срок службы, достаточные ударо- и вибростойкость, спектральный состав, близкий к дневному свету, равномерное по поверхности свечение. Недостатками газоразрядных ламп являются: пульсация светового потока, ухудшающая зрительное качество света; сложность схемы пуска и стабилизация тока; большие размеры и масса; ограничение эксплуатации при пониженной температуре; замедленное включение из-за времени зажигания; токсичность паров ртути, проявляющаяся при разрушении лампы; снижение светового потока с течением времени и срока службы при частом включении. Пульсация светового потока опасна для персонала, обслуживающего механизмы, так как движущиеся или вращающиеся части могут казаться множественными или неподвижными (стробоскопический эффект).
Люминесцентная трубчатая лампа состоит из следующих частей (рис. 19, а): стеклянной трубки 1, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором; вольфрамовых электродов (катодов) 2 с оксидным покрытием для увеличения эмиссии электронов; цоколей 3; штырьков 4, присоединенных к электродам. Лампа заполняется инертным газом, например аргоном, и небольшой дозой ртути. Для зажигания лампы необходимо предварительно нагреть электроды до температуры 800—900°С, что обеспечивается схемой включения лампы. Благодаря нагреву происходит термоэмиссия электронов оксидного покрытия электродов, необходимая для возникновения электрического разряда в парах аргона и ртути между электродами под действием внешнего ‘ напряжения. В результате разряда происходит ультрафиолетовое излучение, которое попадает на слой люминофора и вызывает его свечение.
Люминофор состоит из химического соединения гало-фосфата с активаторами — кальцием, марганцем и другими элементами. Комбинации этих элементов используются для изготовления ламп различных видов: дневного света, дневного света с улучшенной цветовой окраской, белого цвета и др.
Схема включения одной люминесцентной лампы со стартером представлена на рис. 19, б. При включении питания между элек1гро!ШТ|г стартера Г, представляющего собой газоразрядную лампу малых размеров, образуется тлеющий разряд, который нагревает электроды, изготовленные (один или оба) из биметалла. Электроды под действием температуры изменяют свою форму и замыкают цепь тока, проходящего через катоды лампы Е и нагревающего их. Тлеющий разряд прекращается, электроды охлаждаются и размыкаются.
При размыкании цепи в дросселе Е образуется Э.Д.С. самоиндукции, вызывающая импульс повышенного напряжения на катодах лампы Е, который и создает разряд для зажигания лампы. Дроссель также ограничивает силу тока лампы и стабилизирует процесс разряда в ней. Конденсаторы С1—С4 снижают уровень помех радиоприему до допустимого значения, предотвращают попадание в сеть высокочастотных составляющих токов, генерируемых лампой, повышают надежность зажигания и увеличивают соз ср схемы, что требуется в связи с наличием дросселя, имеющего большое индуктивное сопротивление.
Более совершенной является двухламповая схема с расщепленной фазой (рис. 20, а), которая позволяет снизить пульсацию светового потока (применяется в основном на судах). Конденсатор С, включенный в цепь лампы Е1, обеспечивает сдвиг векторов тока ламп относительно друг друга на угол 120° (рис. 20, б). Поэтому максимумы токов ц и <2 не совпадают по времени, пульсация светового потока снижается, а соз ф схемы увеличивается, так как Ущ почти совпадает по фазе с напряжением 1)с.
Существуют также бесстартерные схемы включения люминесцентных ламп с резонансным контуром, обеспечивающим подогрев электродов и подачу на них повышенного напряжения, а также с накальным трансформатором.
Дуговая ртутная люминесцентная лампа высокого давления (ДРЛ) внешне похожа на лампу накаливания (рис. 21, а). Она имеет стеклянную колбу 8, покрытую внутри люминофором, резьбовой цоколь 6, кварцевую трубку (горелку) 3, в торцы которой впаяны рабочие 4, 9 и поджигающие 2, 7 электроды, высокоомные резисторы 1, 5, включенные в цепи поджигающих электродов. Колба 8 заполнена углекислым газом, а трубка 3 — парами аргона при давлении 400 Па и дозой ртути.
Схема включения четырех-электродной лампы. ДРЛ показана на рис. 21, б. При включении лампы Е напряжение сети поступает на рабочие и поджигающие электроды, расположенные рядом, что приводит к образованию между ними тлеющего разряда в среде аргона. Когда ионизация газа достигает определенной степени, начинается разряд между рабочими электродами и испарение ртути. Давление внутри трубки лампы повышается до б,5—1,0 МПа в зависимости от мощности лампы. Возникает дуговой разряд, сопровождающийся световым и ультрафиолетовым излучением. При прохождении через люминофор ультрафиолетовые лучи преобразуются в видимые оранжево-красные, что улучшает окраску света.
На параметры ламп ДРЛ практически не влияет изменение температуры окружающего воздуха. Недостатком лампы является значительное время зажигания (3—10 мин) и необходимость ее остывания перед повторным зажиганием после перерыва в подаче питания. Это объясняется повышенным давлением паров ртути у горячей лампы, при котором для зажигания требуется более высокое напряжение, чем напряжение сети. Дроссель I предназначен для ограничения силы тока и стабилизации режима горения лампы, конденсатор С — для улучшения соб с( схемы.

Похожие статьи