Elektryczne źródła światła Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego .
Elektryczne źródła światła
Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego .
Widmo promieniowania elektromagnetycznegoBy narząd wzroku spełniał swoją funkcję, potrzebne jest światło. Światło (promieniowanie widzialne) jest to ta część widma elektromagnetycznego, która powoduje bezpośrednio wraŜenia wzrokowe.W widmie światła widzialnego moŜna wydzielić przedziały długości fal, które oko ludzkie odbiera jako wraŜenie róŜnych barw:
380 - 436 nm fiolet,436 - 495 nm niebieski ,495 - 566 nm zielony,566 - 589 nm Ŝółty,589 - 627 nm pomarańczowy ,627 - 780 nm czerwony.
Podstawowe wielkości
Podstawowymi wielkościami oświetleniowymi są:
- strumień świetlny Φ wyraŜany w lumenach [lm],- światłość I wyraŜana w kandelach [cd],- natęŜenie oświetlenia E wyraŜane w luksach [lx],- luminancja L wyraŜana w [cd/m ].
- sprawność oprawy ηo w [%]
Elektryczne źródła światła:
• Lampy żarowe (żarówki), w których wykorzystuje się świecenie nagrzanego drutu wolframowego.
• Lampy halogenowe, w których wykorzystuje się świecenie nagrzanego drutu wolframowego w atmosferze halogenków.
• Lampy fluorescencyjne (świetlówki), w których wykorzystuje się zjawisko fluorescencji, tj. świecenia pewnych substancji chemicznych pod wpływem działania promieni ultrafioletowych i elektronów.
• Lampy wyładowcze (rtęciowe, sodowe, neonowe, ksenonowe), w których wykorzystuje się świecenie gazu pod wpływem wyładowań elektrycznych (przepływu prądu elektrycznego przez gaz).
• Lampy o świetle mieszanym, w których w celu otrzymania światła wykorzystuje się dwa zjawiska fizyczne – świecenie gazu pod wpływem wyładowań elektrycznych i świecenie ciał stałych pod wpływem wysokiej temperatury (lampy rtęciowo-żarowe, lampy łukowe).
• Lampy LED, wykorzystujące wysokoenergetyczne diody świecące LED.
Lampy żarowe.
Elementem świecącym w żarówce jest żarnik z drutu wolframowego,
rozgrzany do temperatury 2100÷2800˚C i umieszczony w bańce z
wytworzoną próżnią lub napełnioną mieszaniną gazu szlachetnego
(argon, krypton, ksenon) z azotem. Do lamp żarowych zaliczamy też
lampy halogenowe, czyli takie, których bańka jest napełniona
halogenem. Mają one wyższą trwałość (mniejsze zużycie żarnika) i
lepszą skuteczność świetlną od tradycyjnych żarówek żarowych.
Żarówki mają 2 podstawowe rodzaje trzonków: gwintowy (E27 i E14)
oraz bagnetowy (B22).
Podstawowymi parametrami żarówek są: napięcie, moc i prąd.
Rezystancja żarówek jest nieliniowa i zależy między innymi od ich
temperatury. W żarówkach ok. 90% energii jest zużywane na
wytwarzanie energii cieplnej.
Podczas montażu oprawek żarówkowych prądu przemiennego należy
pamiętać, że na krążek stykowy podajemy przewód fazowy, a na gwint
przewód neutralny. Wyłącznik zawsze montujemy na przewodzie
fazowym.
Żarówek halogenowych nie powinno się dotykać gołymi rękami.
Rozgrzanej bańce ze szkła kwarcowego szkodzi pot z rąk.
. Budowa żarówki.
1-bańka szklana, 2-gaz lub próżnia, 3-żarnik
wolframowy, 4-elektrody niklowe, 5-podpórki
molibdenowe, 6-pręcik szklany, 7- łopatka szklana,
8-trzonek, 9-gwint, 10-krążek stykowy
Rodzaje żarników: a) jednoskrętkowy;
b) dwuskrętokwy
Rodzaje trzonków: a) gwintowy; b) bagnetowy
Żarówka halogenowa dwutrzonkowa
Lampy rtęciowe.
Ich zasada działania opiera się na świeceniu sprężonych par rtęci o
ciśnieniu 100 Pa. Elementem wytwarzającym światło jest jarznik - rurka
ze szkła kwarcowego wypełniona argonem i rtęcią. Poza jarznikiem
panuje próżnia.
Trwałość wynosi 6000 godzin.
Wadą jest długi czas, który musi upłynąć między wyłączeniem lampy a
jej ponownym załączeniem.
Budowa i schemat włączenia lampy rtęciowej 1-bańka zewnętrzna z luminoforem, 2-rezystor, 3-bańka ze szkła kwarcowego, 4-argon, 5-kropla rtęci, 6-elektrody główne, 7-elektroda zapłonowa, D-dławik, Ck-kondensator do poprawy współczynnika mocy, L-przewód fazowy N-przewód neutralny
Lampy rtęciowo-żarowe.
Konstrukcja zbliżona do lampy rtęciowej. Oprócz jarznika posiada
żarnik wykonany z wolframu, będący dodatkowym źródłem
światła. Żarnik świeci od razu po załączeniu lampy. Rozruch trwa 4
minuty.
Lepiej oddają barwy oświetlanych przedmiotów.
Trwałość około 4000 godzin
Budowa i schemat włączenia lampy rtęciowo-żarowej 1-bańka zewnętrzna z luminoforem, 2-rezystor, 3-bańka ze szkła kwarcowego, 4-argon, 5-kropla rtęci, 6-elektrody główne, 7-elektroda zapłonowa, 8-żarnik wolframowy, D-dławik, Ck-kondensator do poprawy współczynnika mocy, L-przewód fazowy N-przewód neutralny
Lampy sodowe.
Działanie podobne, jak lampy rtęciowej. Jej jarznik jest wykonany z tlenku glinu, a jego wnętrze wypełnia neon oraz sód w postaci metalicznej. Świecą pary neonu i sodu. Dają żółte, kontrastowe światło. Stosowane do oświetlania dróg. Trwałość około 4000 godzin.
Schemat budowy i układ zasilania lampy sodowej
1-bańka zewnętrzna, 2-próżnia, 3-rura wypełniona neonem, argonem i małą ilością sodu, 4-elektroda, 5-trzonek, Atr-autotransformator rozproszeniowy, Ck-kondensator do poprawy współczynnika mocy.
Lampy bezelektrodowe
Lampy fluorescencyjne.
Świetlówka jest lampą rtęciową niskoprężną. Wykorzystuje ona
wyładowania elektryczne w parze rtęci o ciśnieniu ok. 1 Pa. Między
elektrodami jarznika, do których jest przyłożone napięcie, płynie prąd,
poruszają się ładunki (elektrony i jony dodatnie) zderzające się z
atomami rtęci. Wzbudzone atomy rtęci są źródłem promieniowania o
dużej energii i małej długości fali. Promieniowanie to padając na
luminofor, którym pokryta jest wewnętrzna powierzchnia jarznika,
powoduje wzbudzenie jego cząsteczek, a w rezultacie ich świecenie.
Skład chemiczny luminoforu pozwala regulować barwą światła
świetlówki.
Aby ochronić świetlówkę przed uszkodzeniem na skutek zbyt dużego
prądu, w szereg z nią włącza się statecznik – układ ograniczający
wartość prądu. Najczęściej w roli statecznika wykorzystuje się dławik.
Ze względu na niekorzystny wpływ dławika na współczynnik mocy
dodaje się kompensujący go kondensator.
Zapłonnik lampowy do świetlówki: a) budowa; b) schemat 1-bańka szklana wypełniona neonem, 2-blaszka bimetalowa, 3-styk, 4-kondensator przeciwzakłóceniowy
Napięcie robocze świetlówki jest zbyt małe, żeby doprowadzić do jej
samoczynnego zapłonu. Dlatego też podczas zapłonu między elektrody
przykłada się napięcie kilkakrotnie większe od napięcia roboczego.
Zapłonem świetlówki steruje zapłonnik (starter).
Po załączeniu lampy płynie mały prąd w obwodzie: dławik 6 – elektroda
4 – zapłonnik 1 – elektroda 5. Całe napięcie przypada na zapłonnik tj. na
małą lampę tlącą, w której rozpoczyna się wyładowanie. Lampa ta
ogrzewa bimetal, który wygina się zwierając obwód. W tej chwili w
obwodzie zaczyna płynąć wysoki prąd, nagrzewając elektrody
świetlówki. W tym samym czasie zapłonnik stygnie (zwarta lampa tląca)
i po kilku sekundach bimetal rozwiera obwód. Nagłe przerwanie prądu
płynącego między innymi przez dławik, powoduje pojawienie się na nim
SEM samoindukcji. Między nagrzanymi elektrodami pojawia się
przepięcie powodujące zapoczątkowanie wyładowania w rurze
świetlówki. Jeśli do zapłonu nie doszło, cały proces zaczyna się od
początku.
Jeśli zapłon nastąpił, napięcie na rurze spada, a jednocześnie napięcie
na lampie tlącej w zapłonniku jest za małe, by zaczęła świecić i
podgrzewać bimetal.
Zamiast zapłonnika tradycyjnego coraz częściej stosuje się zapłonnik
elektroniczny. Pozwala on na miniaturyzację i co za tym idzie znalazł
zastosowanie w tzw. świetlówkach kompaktowych, zwanych też
żarówkami energooszczędnymi.
Świetlówka kompaktowa
Światło świetlówki w odróżnieniu od żarówek żarowych, jest światłem
migającym z częstotliwością 100 Hz. Tętnienie to nie jest dostrzegalne
gołym okiem, ale stwarza tzw. efekt stroboskopowy. W przypadku
oświetlania elementów wirujących z częstotliwością zbliżoną do
częstotliwości tętnień, możemy mieć wrażenie, że części wirujące stoją
w miejscu. To z kolei może być przyczyną wypadków. Dlatego też w
pomieszczeniach przemysłowych stosuje się układy antystroboskopowe
polegające na instalowaniu w jednej oprawie dwu świetlówek których
migotanie jest przesunięte w fazie.
Innym rozwiązaniem jest zastosowanie opraw z trzema świetlówkami z
których każda zasilana jest z innej fazy.
śarówka LED
Oprawy oświetleniowe
Oprawy oświetleniowe słuŜą:
Podział opraw:
Ze względu na sposób mocowania oprawy dzielimy na:
1) stałe
2) przenośna
3) nastawne
RozróŜniamy 5 klas oświetlenia:
I - kierują cały strumień w dół (zast. w wysokich halach i do oświeltenia
miejscowego),
II i III - stosowane w pomieszczeniach niŜszych o średnio jasnych
ścianach i sufitach (biura, sklepy),
IV i V - światło odbite od sufitu, (zast. w mieszkaniach, hotelach,
pomieszczenaich powszechnego uŜytku).
Sprawność oprawy:
Właściwości opraw oświetleniowych w zależności od klasy
Klasa I II III IV V
Charakter
oświetlenia bezpośrednie
przeważnie
bezpośrednie mieszane
przeważnie
pośrednie pośrednie
Strumień
wysyłany do
dolnej półprze-
strzeni
90÷100% 60÷90% 40÷60% 10÷40% 0÷10%
Orientacyjna
krzywa rozsyłu
światłości
Oprawy do
żarówek i
rtęciówek
Oprawy do
świetlówek
Obliczanie oświetlenia wnętrz
Obliczanie oświetlenia zewnętrznego
NaleŜy określić:
Sposoby rozmieszczenia źródeł światła:- środkowe- jednostronne- dwustronne- naprzemianległe
Literatura:
J.Nowicki „Podstawy elektrotechniki i elektroniki dla ZSN” WSiP 1999
G.Bartodziej, E.Kałuża „Aparaty i urządzenia elektryczne” WSiP 1997
W.Kotlarski, J.Grad „Aparaty i urządzenia elektryczne” WSiP