Виды источников света и их основные характеристики – Полупроводниковая силовая электроника

April 8, 2015 by admin Комментировать »

На рис. 3.63 (см. цв. вклейку) приведены шкала электромагнитных волн и спектр видимого (белого) света [31].

Видимый свет представляет собой спектр электромагнитных излучений с длиной волны от 380 до 760 нм. Белый цвет — это не чистый цвет спектра, а смесь всех цветов с длиной волны от 380 до 760 нм. Причем, красный цвет имеет длину волны от 760 до 640 нм, оранжевый и желтый — от 640 до 580 нм, зеленый — от 580 до 495 нм, голубой и синий от 495 до 440 нм, фиолетовый от 440 до 380 нм. Соотношение составляющих белый цвет «чистых» цветов определяет его цветовую температуру.

Световую эффективность источников света измеряют в люменах на ватт (лм/Вт). Могут указывать, какой процент энергии преобразуется в свет. Кроме того, белый цвет характеризуется цветовой температурой.

Цветовая температура [31] измеряется в градусах Кельвина [°К] (Т = t + 273, /-температура в градусах Цельсия [°С]). Цветовая температура источника света определяется путем сравнения с так называемым «черным телом» и отображается «линией черного тела» (рис. 3.64). Если температура «черного тела» повышается, то синяя составляющая в спектре возрастает, а красная составляющая убывает. Лампа накаливания с тепло-белым светом имеет, например, цветовую температуру 2700 К, а флуоресцентная лампа с цветностью дневного света — 6000 К.

Цветность света очень хорошо описывается цветовой температурой. Существуют три главные цветности света:

—                      тепло-белая менее 3300 К;

—                      нейтрально-белая от 3300 до 5000 К;

—                      белая дневного света более 5000 К.

Лампы с одинаковой цветностью света могут иметь весьма различные характеристики цветопередачи, что объясняется спектральным составом излучаемого ими света.

Основой математического описания цвета в колориметрии является экспериментально установленный факт, что любой цвет при соблюдении упомянутых условий можно представить в виде смеси (суммы) определенных количеств 3 линейно независимых цветов, т.е. таких цветов, каждый из которых не может быть представлен в виде суммы каких-либо количеств 2 других цветов [32].

Рис. 3.63. Шкала электромагнитных волн и спектр видимого (белого) света

Групп (систем) линейно независимых цветов существует бесконечно много, но в колориметрии используются лишь некоторые из них. Три выбранных линейно независимых цвета называют основными цветами; они определяют цветовую координатную систему (ЦКС). Тогда 3 числа, описывающие данный цвет, являются количествами основных цветов в смеси, цвет которой зрительно неотличим от данного цвета; это и есть цветовой координатой (ЦК) данного цвета.

Представление цвета с помощью ЦКС должно отражать свойства цветового зрения человека. Поэтому предполагается, что в основе всех ЦКС лежит так называемая физиологическая ЦКС. Эта система определяется 3 функциями спектральной чувствительности 3 различных видов приемников света (так называемых колбочек), которые имеются в сетчатке глаза человека и, согласно наиболее употребительной трехцветной теории цветового зрения, ответственны за человеческое цветовосприятие. Реакции этих 3 приемников на излучение считаются ЦК в физиологической ЦКС, но функции спектральной чувствительности глаза не удается установить прямыми измерениями. Их определяют косвенным путем и не используют непосредственно в качестве основы построения колориметрических систем.

Фактически основой всех цветовых координатных систем (ЦКС) является система, кривые сложения которой были определены экспериментально. Ее основными цветами являются чистые спектральные цвета, соответствующие монохроматическим излучениям с длинами волн 700,0 (красный), 546,1 (зеленый) и 435,8 нм (синий). Исходная (опорная) цветность — цветность равноэнергетического белого цвета Е (т.е. цвета излучения с равномерным распределением интенсивности по всему видимому спектру). Кривые сложения этой системы приняты Международной комиссией по освещению (МКО) в 1931 г. и известной под названием Международной колориметрической системы МКО RGB (от англ., нем. red, rot – красный, green, grun — зеленый, blue, blau — синий, голубой). В этом же году была принята и усовершенствованная система XYZ.

На рис. 3.64 [31, 32] (см. цв. вклейку) показан график цветностей (цветовой треугольник) х, у системы XYZ. На нем приведены линия спектральных цветностей, линия пурпурных цветностей, цветовой треугольник (R — red, красный) (G — green, зеленый) (В — blue, голубой) системы МКО RGB, линия цветностей излучения абсолютно черного тела и точки цветностей стандартных источников освещения МКО А, В, С и D. Цветность равноэнергетического белого цвета Е (опорная цветность системы XYZ) находится в центре тяжести цветового треугольника системы XYZ. Эта система получила всеобщее распространение и широко используется в колориметрии.

Как было сказано ранее, примерно 21% вырабатываемой в мире электроэнергии потребляют осветительные приборы.

На рис. 3.65 (см. цв. вклейку) показаны графики изменения во времени эффективности различных источников света [37, 38].

По этому рисунку можно проследить историю развития осветительного оборудования начиная с позапрошлого века до нашего времени, а также прогноз развития до 2050 года.

Вначале люди использовали открытое пламя для освещения: свечи, масляную лампу, газовые источники света, в том числе с газокалильной сеткой, керосиновую лампу. Световая эффективность таких источников света была низкой — от 0,1 до 1 лм/Вт. Не более 1% энергии преобразовывалось в свет. В конце XIX века распространение получили электричество и электрическое освещение.

Рис. 3.64. График цветностей в системе XYZ

Рис. 3.65. Динамика изменения световой эффективности различных источников света

Сначала использовалась угольная нить накала. У нее была низкая надежность — она быстро сгорала. Затем появилась вольфрамовая спираль, которая используется до настоящего времени. Световая эффективность таких источников света составляла от 2 до 20 лм/Вт, эффективность преобразования белого цвета — до 5%. В настоящее время существуют следующие разновидности ламп с излучающей спиралью (нитью накала):

– традиционные лампы с вольфрамовой спиралью;

– вольфрамовые галогенные лампы и др.

С примерно 1950 г. начали развиваться флуоресцентные лампы, так называемые лампы дневного света, или газоразрядные лампы. Световая эффективность таких источников света составляла от 55 до 90 лм/Вт, эффективность преобразования белого цвета — до 21%. Разновидности газоразрядных ламп:

– ртутные лампы низкого давления (флуоресцентные трубки);

– компактные флуоресцентные трубки;

– индукционные лампы (ртутные, натриевые);

– ртутные и др.

В настоящее время бурное развитие переживают светодиодные источники света. С 1950-х годов до настоящего времени световая эффективность светодиодов поднялась с 0,1 до 200 лм/Вт, а эффективность преобразования белого цвета достигает 50% (рис. 3.65).

В табл. 3.10 представлена сравнительная эффективность различных источников света.

Таблица 3.10. Сравнительная эффективность различных источников света [37]

Тип источника света

Светоотдача, лм/Вт

Видимый свет

Срок службы, часов

Обычные лампы накаливания

12

5% (до 9%)

1000

Вольфрамовые галогенные

20

до 13%

3000

Компактные флуоресцентные с индуктивным балластом

55

До 25%

8000-25 000

Индукционные

70

До 120 000

Металлогалогенные

90

Светодиоды

До 200

до 50%

~50 000

В табл. 3.11 представлены обобщенные результаты оценки эффективности преобразования энергии в различных типах осветительных ламп. Из этих данных видим, что если у традиционных ламп накаливания и галогенных ламп с вольфрамовой спиралью от 7 до 8% потребляемой энергии уходит на нагрев и от 79 до 84% энергии излучается в инфракрасном диапазоне, то для ртутных и флуоресцентных ламп на нагрев уходит от 35 до 40% энергии и от 35 до 49% энергии излучается в инфракрасном диапазоне.

Таблица 3.11. Преобразование энергии в различных типах ламп [37]

Тип лампы

% излучаемой энергии

% энергии на нагрев

Видимый свет

Инфра красное излучение

Ультра фиолетовое излучение

Традиционные лампы накаливания

9

84

<0,1

7

Галогенные с вольфрамовой спиралью

13

79

0,1

8

Флуоресцентные

25

35

0,4

40

Натриевые высокого давления

30

47

0,3

23

Натриевые низкого давления

26

44

0

30

Ртутные

14

49

2,0

35

Металлогалогенные

20

50

3

27

Лампы дневного света

53

42

5

0

В то же время компактная флуоресцентная лампа мощностью от 12 до 15 Вт по световым характеристикам (видимый свет) соответствует лампе накаливания мощностью 60 Вт (экономия в 4—5 раз), а светодиодная лампа мощностью 6 Вт соответствует лампе накаливания мощностью 60 Вт (экономия в 10 раз).

Более детально характеристики, достоинства и недостатки всех наиболее часто используемых источников света будут рассмотрены ниже, но из вышеизложенного следует очевидный вывод — введение в конструкцию любого светильника полупроводникового устройства управления режимами его работы может существенно улучшить энергетические характеристики светильников, в значительной мере решить проблему энергосбережения.

Источник: Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты