За рубежом и в России освоено производство энергоэкономичных компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) со встроенным электронным пусковым устройством и цоколем обычной лампы накаливания Е22, Е27.

Типы компактных люминесцентных ламп показаны на рис. 2.8.

Рисунок 2.8 – Типы (а-г) компактных люминесцентных ламп

Наличие электронного пускового устройства обеспечивает мгновенное зажигание лампы и уменьшает пульсацию светового потока, что благотворно сказывается на зрении человека. Так, КЛЛ потребляет в пять раз меньше электроэнергии и имеет в 8-10 раз больший срок службы по сравнению с лампами накаливания (т.е. 8000 – 11 000 ч).

В табл. 2.1 представлено сравнение потребляемой мощности КЛЛ и ЛЛ при испускаемом одинаковым световом потоке.

Таблица 2.1 – Сравнение компактных люминесцентных ламп и ламп накаливания.

Особенности газоразрядных ламп.

Газоразрядные лампы типов ЛЛ, ДРЛ, ДНаТ и ряд других имеют пусковые устройства. В комплект пусковых устройств, как правило, входит индуктивное балластное сопротивление для ограничения тока дугового разряда. Наличие индуктивного сопротивления в цени лампы приводит к появлению фазового сдвига между напряжением и током лампы и, как следствие, к уменьшению коэффициента мощности cosφ. Чтобы увеличить коэффициент мощности, в электрические схемы ламп добавляют конденсаторы, компенсирующие появляющуюся от балластных сопротивлений реактивную мощность.

Особенностью газоразрядных ламп является также конструктивное исполнение пусковых устройств в цоколе лампы. В этом случае вместо крупногабаритных пусковых устройств применяют компактные электронные пусковые регулирующие аппараты (ПРА), которые размещают в цоколях ламп. В настоящее время такими устройствами оснащаются КЛЛ и некоторые лампы ДНаТ.

Светодиодные лампы.

Получившие в последнее время на рынке освещения небывалую популярность светодиодные (LED) лампы, становятся в некотором смысле лидером в наружном, внутреннем, точечном и акцентирующем освещении.

У многих из нас эти источники света ассоциируются, прежде всего, с экономичностью. Действительно, LED лампы в направлении развития энергосбережения, сегодня занимают, пожалуй, лидирующую позицию относительно других видов.

Устройство светодиодной лампы немногим отличается от конструкции КЛЛ. На рисунке 2.9 показаны узлы, входящие в состав лампы.

Рисунок 2.9 – Устройство светодиодной лампы

1. Рассеиватель. Предназначен для равномерного распределения светового потока в пространстве и исключения ослепления при взгляде на светодиоды.

2. Светодиоды.

3. Основание светодиодов с печатными проводниками для их последовательного соединения.

4. Радиатор охлаждения. Необходим для отвода тепла, выделяющегося при работе светодиодов.

5. Драйвер. Формирует напряжение, требующееся для работы светодиодов.

6. Корпус драйвера (лампы).

7. Цоколь.

В работе светодиодных ламп используются физические процессы, которые значительно сложнее тех, что применяются в обычных лампах накаливания с металлической нитью. Суть явления заключается в появлении светового потока в точке соприкосновения двух веществ из разнородных материалов, после того как через них пропущен электрический ток (рис 2.10).

Рисунок 2.10 – Принцип работы светодиода

Основной парадокс заключается в том, что каждый из используемых материалов, не является проводником электрического тока. Они относятся к категории полупроводников и способны пропускать ток лишь в одну сторону при условии их соединения между собой. В одном из них должны обязательно преобладать отрицательные заряды – электроны, а в другом – ионы с положительным зарядом. Кроме движения электрического тока, в полупроводниках происходят и другие процессы. При переходе из одного состояния в другое происходит выделение тепловой энергии. Путем экспериментов удалось найти такие сочетания веществ, у которых наряду с выделением энергии появлялось световое излучение. В электронике все устройства, пропускающие ток лишь в одном направлении стали называться диодами, а те из них, которые обладают способностью испускать свет, стали называться светодиодами. В самом начале испускание фотонов полупроводниковыми соединениями охватывало только узкую часть спектра. Они могли испускать только красный, желтый или зеленый свет, с очень низкой силой свечения. Поэтому в течение длительного времени светодиоды использовались только в качестве индикаторных ламп. К настоящему времени были получены такие материалы, соединения которых позволили значительно расширить диапазон светового излучения и охватить практически весь спектр. Тем не менее, длина каких-то волн всегда преобладает в свечении. Поэтому светодиодные лампы разделяются на источники холодного света – синего и теплого свечения – преимущественно красного или желтого.

Достоинства Низкое энергопотребление, дополненное огромным сроком службы, колоссальной светоотдачей и экологичностью – это четыре неоспоримых плюса, благодаря которым лампы на основе светодиодов сегодня выходят в лидеры.

Срок службы 30–50 тыс. часов! Да, это намного больше, чем у предшественников и это действительно серьезное преимущество. Заявленная цифра соответствует действительности только при эксплуатации светодиода в лабораторных условиях, т. е. при температуре кристалла около 25 °C. В реальности это невыполнимо и, в лучшем случае, температура p-n перехода не превысит отметку в 75°C. Если в конструкции лампы предусмотрен качественный стабилизатор тока и эффективный теплоотвод от светодиодов, то 30 тыс. ч. она прослужит, при этом первые 10 тыс. ч. – с минимальной потерей яркости. В противном случае время наработки на отказ резко сокращается. Отдельно стоит упомянуть о деградации светодиодов – необратимом процессе снижения их уровня светового потока от времени. То есть чем дольше работает светильник со светодиодной лампой, тем менее ярко он светит. Ввиду высокой продолжительности срока службы, производителями светодиодных ламп исследования в области деградации светового потока не производятся. А если и производятся, то в ускоренном режиме. Поэтому производители не могут точно сказать через какое время лампы станут светить менее ярко на 10%, а через какой на все 30% и ее нельзя будет использовать. Что делать, если LED лампа перестала светить? Ремонтировать! Это ещё один плюс, которого нет у газоразрядных ламп и ламп накаливания. Во время эксплуатации может образоваться холодный контакт на пайке или перегореть резистор. Разборный корпус позволяет добраться до любого узла и, приложив немного усилий, восстановить работу изделия.

Цветовая температура классической лампы накаливания составляет 2800°K, что сближает её с естественным солнечным излучением в вечернее время. Светодиодный источник может излучать свет в широком диапазоне – начиная от 1800°K и перешагивая границу в 6000°K. В зависимости от назначения потребитель может подобрать светодиодную лампу любого тона: холодного, нейтрального, тёплого.

Рисунок 2.10 – Диаграмма цветовой температуры

Недостатки. Есть у светодиодных ламп один существенный минус, который тормозит их повсеместное распространение и вытекает в существенный недостаток. Это высокая стоимость.

Лекция 3.

Осветительные приборы

Осветительные приборы являются разновидностью световых приборов, предназначенных для освещения различных объектов (например, светильники, прожекторы, проекторы и др.). Далее рассмотрены наиболее распространенные осветительные приборы и характер создаваемого ими освещения.

Современная светотехника и электроника предоставили в распоряжение фотографов множество разнообразных по конструкции и световым параметрам источников света, начиная от обычных электрических и кончая импульсными газоразрядными лампами. Электрические лампы, которые используются для освещения помещений, различаются между собой по мощности, а значит, и по силе создаваемого ими светового потока и имеют прозрачный, матированный или молочный стеклянный баллон. Такая окраска стекла баллона позволяет получать более мягкое рассеянное освещение.

Светотехника - область науки и техники, предметом которой являются исследование принципов и разработка способов генерирования, пространственного перераспределения и измерения характеристик оптического излучения, а также преобразование его в различных целях. В нашей стране светотехника активно развивалась, когда были созданы собственная промышленность, научная и проектная базы. Советская светотехническая школа внесла значительный вклад в прогресс мировой светотехники.

Главной задачей современного светового оборудования является создание комфортной световой среды для труда и отдыха человека, а также эффективное применение оптического излучения в технологических процессах при рациональном использовании электрической энергии.