Источники света, применяемые в бытовых светильниках – лампы накаливания и люминесцентные. Особенности их конструкций и принципы действия.
Световой прибор — устройство, содержащее одну или несколько ламп и светотехническую арматуру, перераспределяющее свет лампы (ламп) и (или) преобразующее его структуру и предназначенное для освещения или сигнализации. По основной светотехнической функции в группе световых приборов выделяют прожекторы, проекторы и собственно светильники.
Светильник — это световой прибор, перераспределяющий световой поток лампы внутри больших телесных углов и обеспечивающий концентрацию светового потока с коэффициентом усиления не более 30 или вообще не концентрирующий поток. Предназначен для освещения относительно близко расположенных объектов, находящихся на расстояниях обычно не более 20…30 м от светильника. Узлы и детали светильника: источник света и светотехническую (осветительную) арматуру. Источником света в бытовых светильниках являются лампы накаливания и ртутные лампы низкого давления, или люминесцентные лампы. Механизм излучения основан на процессе возбуждения элементарных частиц светящегося вещества электрической энергией.
Лампы накаливания — являются тепловым источником света. Электрический ток, проходя через вольфрамовую нить, накаляет ее. Нить накала излучает световую энергию, которая действует на органы зрения и вызывает ощущение белого цвета. Количество световой энергии, излучаемой телом накала, пропорционально его температуре в четвертой степени. Повышение температуры ограничивается температурой плавления металла и скоростью испарения вольфрама. Скорость испарения вольфрама — один из факторов, определяющих срок службы лампы. Испарение металла уменьшается за счет заполнения баллонов ламп газами (азот, аргон, ксенон, криптон), инертными по отношению к накаленной нити. В газополных лампах при равном сроке службы их с вакуумными лампами создается возможность повысить температуру накала до 2900 К, что приводит к повышению экономичности ламп, которая характеризуется светоотдачей — отношением светового потока к потребляемой мощности (лм/Вт). Наиболее эффективны галогенные лампы накаливания, в колбе которых находятся инертный газ и галогены или их соединения. Заполнение ламп газом вызывает дополнительное охлаждение тела накала за счет конвекции и теплопроводности газа. Лампы накаливания гигиеничны, характеризуются стабильным световым потоком, отличаются простотой включения в сеть, низкой себестоимостью и технологичностью, не требуют сложной арматуры. Однако они имеют низкий коэффициент полезного действия, небольшой срок службы, низкую светоотдачу (до 20 лм/Вт) и излучают свет, который по своему спектральному составу отличается от спектрального состава солнечного света. В их спектре преобладают желтые и в меньшей степени голубые и синие лучи.
Показателем качества цветопередачи служит общий индекс цветопередачи. Источники света по качеству светопередачи разделяются на три класса. Источник света высокого качества имеет Ra≥ 85, среднего качества соответствует 85 > Ra ≥ 70 и низкого качества — Ra< 70.
Лампы накаливания общего назначения состоят из тела накала, стеклянного баллона, металлического цоколя, служащего для крепления их в патрон и присоединения к питающей сети, стеклянной ножки, которая является опорой для крепления электродов и тела накала. В ассортименте ламп накаливания представлены и специальные лампы (для холодильников, швейных машин, медицинские, елочных гирлянд, ручных фонарей и др.).
К электрическим параметрам ламп относят номинальные значения напряжения и мощность. К светотехническим параметрам относят световой поток (лм), световую отдачу (лм/Вт) и силу света, кд (канделла).
Колбы (баллоны) ламп могут иметь цилиндрическую, грушевидную, грибовидную, свечеобразную гладкую и витую, шарообразную, каплеобразную, фигурную и другие формы. Цвет стекла колбы может быть разный: бесцветный, хроматический, молочный, опаловый и опалиновый, матированный с покрытием, декорированный стеклянной крошкой и т.п. Цоколи ламп изготавливаются из оцинкованной стали или латунными. В зависимости от конструкции цоколя лампы делятся на лампы с резьбовым, штырьковым и штифтовым (байонетным) цоколями разных диаметров. Лампы накаливания характеризуются следующими параметрами долговечности, надежности и стабильности: полным сроком службы (суммарное время горения лампы в часах от момента включения до момента прекращения функционирования средним и гарантийным сроком службы); коэффициентом стабильности светового потока, вибростойкостью и тд.
Люминесцентные лампы — разрядная лампа, в которой свет излучается в основном слоем люминесцирующего вещества, возбуждаемого ультрафиолетовым излучением электрического разряда в газе или парах металла либо их смесях. Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, которой придается U-, О-, W-образная форма. На концах колбы крепятся штырьковые цоколи, соединенные с парой электродов на стеклянных ножках, на которых размещается вольфрамовая биспираль. Люминесцентные лампы имеют падающую вольтамперную характеристику, т.е. в них при увеличении тока напряжение уменьшается. Если эту лампу включить непосредственно в сеть, то при неограниченном увеличении тока лампа перегорит. Для обеспечения работы лампы в ее цепь включается пускорегулирующая аппаратура (ПРА) — стартер, дроссель и конденсатор постоянной емкости, поэтому напряжение в дампе обычно составляет напряжения в сети.
В процессе электрического разряда стартера происходят разогрев катодов лампы, изгиб термобиметаллической пластинки и замыкание электродов стартера, в это время биспирали лампы разогреваются до 900 градусов, что приводит к образованию направленного потока электронов, которые, сталкиваясь с атомами аргона и ртути, возбуждают их; появляется излучение в УФ-зоне спектра.
Преимущества – светоотдача в 4-6 раз больше чем у ламп накаливания и продолжительность горения в 5-10 раз больше. Недостатки люминисцентных ламп — они неудобны при установке и подключении в сеть, создают шум и плохо работают при пониженной температуре. Так как стартеры недостаточно стабильны в работе, при включении лампы ее зажигание затягивается до 10 с, поэтому возникает ее мигание. Характеризуются теми же параметрами, что и лампы накаливания. Дополнительно нормируют показатель цветности излучения по предельным значениям координат цветности х и у или по распределению излучения по зонам спектра. По особенностям создаваемого спектра излучения можно выделить люминесцентные лампы с визуально воспринимаемыми характеристиками светового потока — тепло-белый, белый, холодно-белый, дневной, естественно-белый, ультрафиолетовый, розовый, синий, голубой, зеленый.