в сельскохозяйственном производстве

Лампы накаливания

В настоящее время выпускается около 2000 различных типов ламп накаливания. Их можно классифицировать по следующим признакам:

а) вакуумные - условное обозначение «В»;

б) газополные (Г), для наполнения которых используются тяжелые инертные газы или их смеси (например, 86% аргона и 14%азота);

в) с криптоновым наполнителем, позволяющем увеличить световую отдачу лампы;

г) с биспиральной (двойной) нитью накала (Бк);

д) галогенные.

К основным характеристикам ламп накаливания относятся:

а) – номинальное напряжение (12, 24, 36, 127, 220 В и т.д.);

б) – электрическая мощность (25 … 1500 Вт);

в) – световой поток или мощность светового потока, лм;

г) – световая отдача, определяющая экономичность лампы (7…20 лм/Вт);

д) – средняя продолжительность горения (стандартная – 1000 ч).

Преимущества:

а) – простота устройства и изготовления;

б) - низкая стоимость;

в) – надежность работы в любых температурных условиях;

г) – простота включения в сеть – непосредственное включение в сеть без дополнительных стартовых и регулирующих устройств.

Недостатки:

а) – низкая экономичность (КПД - 1 … 5% идет на световое излучение, остальное – на тепловое):

б) – низкая светоотдача 7 … 20 лм/Вт (у люминесцентных 100 лм/Вт и более);

в) – спектр излучения значительно отличается от естественного света (много красных и желтых цветов, но мало коротковолновых);

г) – небольшой срок службы – 1000 ч (люминесцентные - до 10 000 ч);

д) – большая чувствительность к изменениям напряжения в сети.

Все эти недостатки вытекают из того, что нельзя повысить температуру нити накала. При увеличении температуры нити увеличивается интенсивность ее распыла, что резко сокращает срок службы.

Этот недостаток в некоторой степени устранен в кварцевых галогенных лампах накаливания с вольфрамовой спиралью. Внутрь колбы-трубки вводится 1 … 2 мг йода (или другого галогеноида) и наполняется аргоном до давления 0.08 МПа. Присутствие паров йода позволяет получить регенеративный цикл. Вольфрам нити испаряясь с нее соединяется с парами йода, образуя соединение WJ₂.

У стенки колбы WJ₂ конденсируется и концентрируется, так как температура у поверхности ниже чем на поверхности нити накала. Следовательно, его плотность у поверхности колбы выше, чем на поверхности нити накала и это вещество направляется на нить, оседая на ней и распадаясь (за счет температуры нити накала) на W и J. Этот процесс позволяет повысить температуру нити накала, что позволяет увеличить светотехнические свойства ламп (рис.88).

Рис.88 Схема работы галогенной лампы

Лекция №17

Газоразрядные лампы

В соответствии с новыми нормами по освещению, для освещения производственных помещений рекомендуется применять в первую очередь газоразрядные лампы, как наиболее экономичные (рис.89).

Z – сопротивление

_- + предназначенное для

ограничения тока,

проходящего через

U_л лампу и стабилизации

режима работы

Z

Рис.89 Схема газоразрядной лампы

Если к лампе приложено напряжение, то между биспиральными вольфрамовыми электродами возникает электрическое поле. Колба лампы заполняется аргоном под давлением 400 Па с небольшим количеством ртути.

При своем движении электроны сталкиваются с нейтральными атомами. При этом возможны три случая:

1) – напряжение невысокое. Энергии электронов недостаточно. Происходит упругий удар – электрон, ударившись об атом, не выбивает с его поверхности электрон (отскакивает от атома). Излучения нет.

2) – при увеличении напряжения (U­) увеличивается скорость электронов. При столкновении с атомом, атом приходит в возбужденное состояние. При этом повышается энергетический уровень электронов атома. Происходит излучение квантов энергии, т.к. электроны атома переходят с орбиты с более высоким содержанием энергии на орбиту с меньшей энергией. Затем электрон в атоме вновь переходит на начальный уровень.

Возникает тлеющий разряд. Стабильного свечения нет.

3) – напряжение еще больше возрастает (U­­). Ионизация поля еще больше возросла, следовательно, и скорость электронов возрастает. Тогда эти электроны срываются с поверхности атома, разгоняются электрическим полем, ударяют по атомам ртути, вышибают с их поверхности электроны, которые также разгоняются электрическим полем. При этом снижается сопротивление воздушного пространства между электродами и, по закону Ома, ток лавинообразно увеличивается. Возникает дуговой разряд. При этом происходит излучение ультрафиолетового спектра с длиной волны 254 н×м. Также выделяются лучи видимого спектра.

Для ограничения силы тока лампы при ионизации газа служит ограничивающее сопротивление (Ζ).

Газосветные газоразрядные лампы

Принцип работы основан на свечении газа, которым заполнена колба лампы, при прохождении электрического разряда между электродами. Первые лампы заполнялись неоном (Ne), аргоном (Ar), криптоном (Kr).

В настоящее время используют ряд других наполнителей.

1). Ксеноновые (Кс) лампы высокого давления излучают спектр близкий к естественному. Эти лампы не требуют балластного сопротивления, но для их зажигания требуется специальное зажигающее устройство. Эти лампы имеют водяное (Д Кс ТВ) или воздушное (Д Кс ТЛ и Д Кс Т) охлаждение. Выполнены в виде двойной трубки (Рис.90).

вода или воздух вода или воздух

Ксенон (Кс) электроды

Рис.90 Схема ксеноновой лампы с водяным или воздушным охлаждением

Этим лампам присущи определенные недостатки:

а) – световой поток лампы пульсирующий с двойной частотой сети, что вызывает ярко выраженный стробоскопический эффект;

б) – световая отдача ламп составляет лишь 20 … 45 лм\Вт;

в) – срок службы ламп весьма ограничен (до 1300 ч);

г) – требует дорогостоящего оборудования для зажигания.

2). Хорошими характеристиками обладают натриевые лампы ДНа Т. Отечественная промышленность выпускает лампы Д На Т мощностью 250; 400 и 700 Вт. Срок службы этих ламп составляет до 10 000 часов. Имеют желто-оранжевый спектр излучения. Надежно работают в интервале температур от -60˚С до +40˚С. На работу лампы сильно влияет колебание напряжения сети.

Рис.91 Дуговая натриевая трубчатая лампа (Д На Т)

Работа ее сопровождается заметной пульсацией светового потока с двойной частотой тока. Лампы применяются там, где не требуется даже удовлетворительной цветопередачи – при освещении больших пространств (улиц, автострад, стоянок техники, площадок складирования и др.).

3). Дуговые металлогалоидные лампы высокого давления (ДРИ)

Внутренняя горелка выполнена из кварцевого стекла. Заполнена аргоном, строго дозированным количеством ртути, йодидов редкоземельных металлов (гольмия, туллия, талия, натрия, цезия и др.). Эти йодиды дополняют линейчатый спектр ртутного разряда своими излучениями в других диапазонах длин волн. Йодид натрия дополняет излучение в желтой части спектра; талия – в зеленой; цезия – в голубой и т.д. Совокупность излучения всех компонентов создает практически полный спектр видимого диапазона и цветность его близка к естественному свету.

Внутренняя колба помещена во внешнюю, выполненную из термостойкого стекла, а между ними – вакуум (рис.92). Светоотдача этих ламп довольно высока – 95 лм/Вт, что ставит их в ряд наиболее эффективных источников света. Условия окружающей среды не оказывают значительного влияния на светотехнические характеристики ламп.

Рис.92 Дуговая металлогалоидная лампа ДРИ

Недостатки

а) – значительное влияние на работу лампы и ее светотехнические характеристики оказывает отклонение напряжения от номинального;

б) – необходимо дорогое зажигающее устройство;

в) – срок службы средний – от 1000 до 5000 часов.

Люмиинесцентные лампы

Относятся к классу газоразрядных ламп.

Внутренняя поверхность стеклянной колбы покрыта тонким слоем люминофора – кристаллическое вещество определенного химического состава. Из колбы откачан воздух и введен аргон с небольшим количеством ртути (30 … 80 млг).

Принцип работы основан на двухкратном преобразовании электрической энергии в видимый спектр:

1-ый этап – преобразование электрической энергии в процессе электрического разряда в парах ртути в энергию ультрафиолетового излучения с l = 254 н×м;

2-ой этап –преобразование невидимого ультрафиолетового излучения в слое люминофора в видимое излучение.

Спектр излучения лампы зависит от состава люминофора. Выпускаемые промышленностью лампы различаются по цветности на:

Д – дневного; Б –белого; ХБ – холодно-белого; ТБ – тепло-белого; Е – естественного; БЕ – белого естественного; ХЕ – холодного естественного; ДЦ – с улучшенной цветопередачей спектры и др.

Преимущества

а) – более благоприятный спектральный состав излучения приближенный к естественному спектру;

б) – значительно более высокая (4 … 6 раз) светоотдача;

в) – большой срок службы (до 12 000 часов).

Недостатки в сравнении с лампами накаливания

а) – сложная система включения в сеть, следовательно, удорожание;

б) – зависимость работы ламп от условий окружающей среды;

в) – пульсация светового потока, вызывающая стробоскопический эффект;

г) – меньшая надежность в работе;

д) – лампы плохо зажигаются при температуре окружающей среды ниже 0°С.

Общие свойства разрядных ламп

1). Спектр зависит от состава газа или паров металлов, заполняющих колбу; спектр излучения линейчатый, т.е. излучение диапазона всех длин волн. Излучение на одной длине волны называется монохроматическим.

2). Спектр излучения зависит от давления газа в лампе:

- до 0.01 МПа - лампы низкого давления;

- от 0.01 до 1.0 МПа - лампы высокого давления;

- свыше 1 МПа - сверхвысокого давления.

Чем выше давление, тем больше световой поток лампы.

3). Эти лампы имеют особую вольт- амперную характеристику (ВАХ). Функция I = ¦(U) у разрядных ламп нелинейная (рис.93).

При напряжении от 0 до U_а ток лампы плавно увеличивается до I_а, а затем скачком принимает значение I_б.

Дальнейшее увеличение напряжения до U_в приводит к неустойчивой точке «в», после которой ток резко возрастает за счет уменьшения сопротивления газа в лампе при лавинообразной ионизации.

Ограничить этот ток, а следовательно, и стабилизировать режим работы в области «5» можно путем включения токоограничивающего сопротивления, называемого балластным, т.к. мощность на нем расходуется бесполезно.

U U_c

U_c

U_в в U_балл U_л

а б

U_а

U_л

I_а I_б I_в I

I_л

1 2 3 4 5

Рис.93 Вольт-амперная характеристика (ВАХ) разрядной лампы

где 1 – тихий разряд; 2 – переходная область; 3 – нормальный тлеющий разряд;

4 – аномальный тлеющий разряд; 5 – дуговой разряд.

4). Все разрядные лампы имеют значительно больший, чем у ламп накаливания, срок службы.

По мере работы этих ламп светоотдача этих ламп снижается в меньшей степени, чем у ламп накаливания.

Лекция №18

ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

1).Газоразрядные источники низкого давления
ультрафиолетового излучения

а). Для получения излучения в области «С» – бактерицидного спектра, используются дуговые газоразрядные лампы низкого давления типа ДБ – дуговые бактерицидные.

Внешне они не отличаются от люминесцентных, но имеют колбу изготовленную из увиолевого стекла, имеющего высокий коэффициент пропускания лучей с l = 254 н×м. Внутренняя поверхность без люминофора.

б). Для получения излучения в области «В», оказывающего антирахитное и эритемное воздействие на сельскохозяйственных животных и человека, и излучения области «А», возбуждающего свечение объектов исследования методами люминесцентного анализа, использую лампы эритемные типа «ЛЭ».

Они не отличаются от люминесцентных, но выполнены с люминофором специального состава, позволяющего получать l = 280…380 н×м. Колба выполнена из увиолевого стекла.

На излучение УФ-В приходится 37%, на излучение УФ-А - 33%, а на долю видимого излучения – 30 % энергии излучения лампы.

Излучение УФ-С в спектре эритемных ламп отсутствует.

2). Газоразрядные источники высокого давления
ультрафиолетового спектра

Мощными источниками УФ излучения являются ртутные трубчатые лампы высокого давления типа ДРТ.

Трубка лампы выполнена из тугоплавкого кварцевого стекла, заполнена аргоном и дозированным количеством ртути. Лампа включается в сеть последовательно с дросселем Др, предназначенным для ограничения тока и стабилизации разряда в лампе (рис.94). Кнопка пуска и конденсатор С_п, включенные параллельно лампе, служат для получения зажигающего импульса высокого напряжения за счет взаимодействия дросселя Др и пускового конденсатора С_п. В течение первых 5…10 мин лампа разогревается. Температура дуги достигает 6 000 … 8 000°К. Изменяются электрические и светотехнические характеристики лампы.

С

Кн_п С_р

С_п

Др

U_c

Рис.94 Схема газоразрядной лампы высокого давления ДРТ

3). Лампы для фитопотоков

В настоящее время используются лампы типа ДРФ и ЛФ для создания фитопотоков с длинами волн от 400 до 450 н×м и от 600 до 700 н×м. Используются такие лампы для облучения растений в теплицах.

Электрическое освещение в с\х производстве

Хорошее электрическое освещение повышает производительность труда на 5…10%, снижает травматизм, снижает утомляемость.

Требования к освещению:

- достаточная освещенность рабочих мест;

- равномерность освещенности по всей территории помещения;

- отсутствие слепимости. Высота подвеса h_п ³ h_п.min (норма).

- надежность, безопасность, экономичность.

Экономичность освещения обеспечивается правильным выбором типа ламп и светильников.

Методика расчета электрического освещения

Статьи, по которым производится проектирование:

1) – выбор нормы освещения «Е_min” (по справочникам СНиП – строительным нормам и правилам)

Е_min – минимальная освещенность устанавливается в соответствии со следующими условиями:

а) в зависимости от вида выполняемых работ;

б) в зависимости от фона, на котором рассматривается

деталь;

в) в зависимости от образования теней.

2) – выбор системы освещения:

а) общее освещение – предназначено для создания освещенности на всей освещаемой площади, включая и рабочие поверхности. Оно может быть равномерным или локализованным. Равномерное освещение выполняется обычными светильниками одного типа и мощности. Локализованное освещение создает неодинаковую освещенность на различных участках освещаемой площади. Эта система позволяет лучше, чем при равномерном освещении, осветить рабочие поверхности, т.к. устраняются тени, обеспечивается нужное направление светового потока. При этом потребная мощность установки, как правило, меньше чем при общем равномерном освещении.

б) комбинированное – 10% от минимальной освещенности (Е_min) создается светильниками общего освещения, остальное – светильниками местного.

Местное – служит для обеспечения надлежащего уровня освещенности только в пределах рабочей поверхности. Запрещается применять только местное освещение, нужно и общее.

3) – выбор типа ламп.

Во всех производственных помещениях рекомендуется применять разрядные лампы. Но можно применять и лампы накаливания там, где разрядные применить нельзя по техническим причинам.

4) – выбор типа светильника:

а) учитывается характер окружающей среды;

б) требование к характеру светораспределения и ограничение слепящего действия при помощи правильного выбора типа светильника:

П – светильники прямого света – в нижнюю полусферу излучается более 80% всего потока излучения;

Н – преимущественно прямого света – в нижнюю полусферу распределяется от 80 до 60 % всего потока лампы;

Р – рассеянного света – от 60 до 40%;

О – отраженного – в нижнюю полусферу попадает лишь 20% всего потока излучения.

в) способ установки светильника – потолочный; - свешивающийся; - настенный.

5) – выбор высоты подвеса светильника над уровнем рабочей поверхности (рис.95).

h_св h_св – высота свеса;

h_п – высота подвеса;

H_р – расчетная высота

H_р подвеса над уровнем

Н h_п ³ h_{п.min (норма)} рабочей поверхности

Уровень раб.поверхности

h_ур

Рис.95 Схема определения высоты подвеса светильника

6) – размещение светильников на освещаемой площади и выбор числа ламп (рис.96).

в ℓ_в

ℓ^¢_а ℓ_а ℓ^¢_в Рис.96 Схема размещения

светильников

а

ℓ ¤ Н_р = l - относительное расстояние между светильниками;

l_с £ l £ l_э

где l_с – светотехнически наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками – задается по справочнику СНиП;

l_э – энергетически наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками.

При размещении светильников рекомендуется, чтобы ℓ_в ¤ ℓ_а £ 1.5.

Расстояния от стены до ближайшего светильника ℓ¢_в и до ближайшего ряда светильников &