Меню

Светового потока от напряжения питания



Светового потока от напряжения питания

Одним из необходимых условий комфортного существования современного человеческого общества является использование искусственных источников света. Осветительные установки создают необходимые условия освещения на рабочих местах на производстве, транспорте, сельском хозяйстве и в жилых домах. Эффективное использование света с помощью достижений современной светотехники – важнейший резерв повышения производительности труда и качества продукции, снижения травматизма и сохранения здоровья людей [1].

В России в настоящее время в промышленности, сельском хозяйстве, в общественных и жилых зданиях и на улицах городов установлено более 1,0 млрд световых точек. На освещение ежегодно расходуется свыше 110 млрд кВт·ч электроэнергии (ээ), т.е. примерно 14 % от всей вырабатываемой в стране [1, 11, 16].

Основными качественными характеристиками, которые должны выполняться на рабочих местах, являются: освещенность, пульсации светового потока и фликер (доза колебательности). Допустимые значения этих характеристик зависят от разрядов зрительный работы и приводятся в стандартах [4, 17].

Результаты исследований влияния качества питающего напряжения на лампы накаливания, приведенные в [7, 20], показывают, что наибольшее влияние на качественные характеристики источников света (ИС) оказывают отклонения и колебания напряжения. Как показано в работах [7, 20], при отклонении напряжения в пределах ±1 % от номинального световой поток изменяется на ±3,5 %, и световая отдача на ±1,8 %. Снижение освещенности рабочих мест в 1,5–2 раза приводят к уменьшению производительности труда на 1–2 %. Колебания напряжения приводят к фликеру, который оказывает большое влияние на утомляемость зрения [8, 9].

В соответствии с Федеральным законом № 261-ФЗ [10] в России поставлена задача о замене ламп накаливания на энергоэкономичные газоразрядные (ГРЛ) и светодиодные (СДЛ) источники света. Такая замена позволит на 70–80 % снизить электропотребление системами освещения, увеличить производительность труда и снизить выбросы углекислого газа в атмосферу [11].

В настоящее время на российский рынок поступает большое количество ГРЛ и СДЛ различных производителей, данных о влиянии на них отклонений напряжения нет [2, 10, 19, 21]. Нет данных о допустимых отклонениях напряжения на зажимах ГРЛ и СДЛ и в новом стандарте на качество электроэнергии ГОСТ Р 54149-2010 [5]. В данной статье авторы приводят результаты исследования влияния отклонений напряжения на основные качественные характеристики различных типов ГРЛ и СДЛ и дают рекомендации по допустимым отклонениям напряжения.

Материалы и методы исследования

При исследовании отклонения напряжения изменялись в пределах ±15 % от номинального напряжения. Исследования проводились по методикам, приведенным в [16-21]. Для измерения освещенности следует использовать люксметры с измерительными преобразователями излучения, имеющими спектральную погрешность не более 10 % [3, 6, 12–15].

Исследование проводили с помощью следующих приборов:

– анализатора качества электрической энергии Fluke 434, использовался для анализа параметров электроэнергии в электрической сети;

– клещей Fluke 345 для анализа мощности, регистрации качества электроэнергии, тока и питающего напряжения;

– Testo 435 – многофункциональный измерительный прибор для оценки качества освещенности от источников света;

– Люксметр-пульсметр Аргус-07 для измерения освещенности, создаваемой естественным светом и различными источниками искусственного освещения, и коэффициента пульсаций излучения искусственного освещения;

– лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) – для понижения или повышения напряжения.

Технические характеристики Testo 435:

Рабочая температура –20…+50 °C;

Диапазон измерений 0…100000 Лк;

Разрешение 1 Лк/0,1 Гц;

Погрешность измерений: 5 %.

Технические характеристики Аргус-07:

Диапазон измерения освещенности: 10 – 200000 Лк;

Коэффициент пульсации: 1–100 %;

Погрешность измерения: 8 %;

Спектральный диапазон: 0,38–0,8 мкм.

Схема измерительной установки показана на рис. 1.

pic_6.tif

Рис. 1. Схема измерения освещенности

В табл. 1 приведены паспортные данные исследуемых источников света.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты замеров величин освещенности для различных типов ламп при изменении питающего напряжения приведены в табл. 2 и на рис. 2, коэффициента пульсаций – табл. 3 и на рис. 3. При обработке результатов измерений считали, что нормируемая освещенность на рабочем месте создается источниками света при номинальном напряжении 220 В.

Читайте также:  Реле контроля напряжения volt control

1. Анализ результатов исследования отклонения напряжения на освещенность показал:

– для поддержания нормируемой величины освещенности необходимо, чтобы питающее напряжение не опускалось ниже номинального значения;

– наибольшее влияние отклонения напряжения оказывают на лампы накаливания, а наименьшее на люминесцентные лампы Т5 и светодиодные лампы;

– изменения напряжения ±15 % не оказывают влияния на величину освещенности для люминесцентных ламп Т5 и светодиодных ламп;

Источник

Подробное описание светового потока светодиодных ламп

При проектировании систем освещения помещений необходимо руководствоваться определенными величинами, чтобы унифицировать процедуры расчета. Эти же универсальные величины требуются для обычных потребителей, чтобы ориентироваться в источниках света различного типа. Долгое время для ламп накаливания такой величиной был один ватт потребляемой электрической мощности. Но эти приборы сходят со сцены, поэтому требуется найти что-то другое.

Что такое световой поток

На самом деле для расчета освещенности проектантами ранее использовалась другая величина – кандела (свеча), также имеющая прямое соответствие потребляемым ваттам лампой накаливания. В технической литературе начала второй половины прошлого века можно встретить выражения «тысячесвечовая лампа» и т.п. Яркость в канделах означает мощность света в ваттах, излучаемых в определенном направлении. В качестве визуальной ассоциации – такую яркость обеспечивает обычная горящая парафиновая или стеариновая свечка. Отсюда и название. Такой подход обеспечивает визуальное представление яркости, как количество горящих свечей.

Яркость свечения в одну канделу

Важно! Ватты, используемые для расчета кандел, не имеют отношения к электрической мощности – источник света может быть не электрический (та же свеча).

Для понятия светового потока существует определение – мощность энергии излучения, которая оценивается по световому ощущению. Или количество фотонов, испускаемых в единицу времени. Математически это выглядит так: если точечный источник силой в 1 канделу излучает поток в телесный угол, равный одному стерадиану, то он создает световой поток в 1 люмен (лм).

 изображение стерадиана

Требует пояснение понятие стерадиана. Чтобы представить телесный угол в 1 ср, надо взять конус с вершиной в центре сферы радиуса R, который вырезает на поверхности сферы площадь, равную R 2 . Угол раскрыва такого конуса составляет около 65 градусов.

Если точечный источник света в 1 канделу, излучающий одинаково во все стороны, поместить в сферу, радиусом 1 м, то на ее внутренней поверхности создастся освещенность, равная 1 люксу (лк). Эта величина используется для задания норм освещенности. Так, для различных помещений, согласно СНиП, должны выполняться условия:

  • классные комнаты общеобразовательных школ – 500 лк;
  • аудитории ВУЗов – 400 лк;
  • спортзалы – 200 лк.

Нормы освещенности установлены и для других помещений.

Если световой поток в 1 лм падает на 1 кв.м. поверхности, то он создает освещенность в 1 лк. Отсюда связь между люменом и люксом: 1 лк = 1 лм/кв.м. Например, чтобы обеспечить достаточную освещенность в аудитории, площадью 100 кв.м., нужен световой поток в 40000 люмен. Также надо учесть, что освещенность убывает пропорционально квадрату расстояния от источника света, поэтому высота подвеса светильника имеет значение.

Принцип работы

Чтобы понять, в чем удобство использования всех этих величин, надо рассмотреть направление излучения LED, и связанные с этим понятия.

Углы свечения светодиода с линзой

Конструкция светоизлучающего диода такова, что он не посылает свет равномерно во все стороны – нижняя полусфера закрывается подложкой, а конструкция линзы такова, что она не обеспечивает равномерное излучение в верхней полусфере. В итоге основной световой поток концентрируется в верхнем направлении и ослабевает к периферии светового конуса. При определенном угле зрения интенсивность свечения снижается наполовину, а при достижении еще большего угла свет становится невидимым. Первый угол (bac) называется углом половинной яркости, а второй – (fah) – полным углом свечения.

Читайте также:  Схема регулировки напряжения тока для зарядного устройства

Углы свечения светодиода

Эти же моменты применимы и к светодиоду с люминофором. Там угол излучения ограничен подложкой и углом наибольшей активности инициирующего излучения p-n перехода. Надо понимать, что на глаз точно определить эти углы невозможно – нужны специальные приборы. Но можно визуально сравнить два светодиода — у какого угол раскрыва больше.

Световая отдача светодиодных ламп

Светоотдача светодиодных ламп не зависит от степени нагрева кристалла. Практически все осветители белого цвета сделаны на основе LED с люминофором, поэтому световая отдача зависит от качества этого люминофора, от технологии, по которой он произведен. Также имеет значение светоизлучение инициирующего кристалла и способность этого излучения вызвать свечение люминофора в видимом участке спектра.

белый LED с люминофором

Сила светового потока наружного освещения

Для расчета наружного освещения надо исходить из норм минимальной освещенности, которые также можно найти в соответствующих СНиП (СП). Так, для детских площадок минимальная освещенность не должна быть менее 10 лк.

В нормативах даны минимальные значения освещенности, при расчетах их можно увеличивать.

Чтобы получить искомое количество светильников (N) для получения необходимой освещенности, надо задаться исходными данными:

  • минимальной освещенностью (E), лк;
  • площадью территории (S), кв.м.;
  • коэффициентом неравномерности освещения (z), для LED-светильников он равен 1,2;
  • множителем, учитывающим ослабление светового потока к концу службы светильника (k), для светодиодных приборов он равен 1,2;
  • световой поток одной лампы (F), лм;
  • коэффициент учета отражения предметов, расположенных рядом (n), для асфальта его можно принять 0,3.

Эти величины связаны формулой N=E*S*z*k/(F*n).

Освещение детской площадки

Пусть требуется осветить детскую площадку площадью 150 кв.м. В наличии светильники, излучающие световой поток в 1500 лм каждый. Подставив значения в формулу, получим N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Получится 4,8 или 5 светильников. Это минимальное количество, по факту можно установить и больше.

Можно задаться не световым потоком имеющихся фонарей, а количеством светильников, которое можно установить на территории. В этом случае надо вычислить световой поток каждой лампы. Формула расчета примет вид F=E*S*k*z/(N*n). Если итоговый результат не попадает в стандартный ряд характеристик ламп, его надо округлить в большую сторону.

Взаимосвязь люменов и ватт

Потребители во всем мире за десятилетия доминирования ламп накаливания привыкли соотносить яркость освещения с потребляемой электрической мощностью. Для этих устаревших приборов это было резонно – развитие технологий в этом направлении давно зашло в тупик. Соотношение мощности и интенсивности освещения устоялось и вошло в привычку.

Для светодиодного освещения прямой взаимосвязи потребляемой мощности в ваттах и создаваемого светового потока в люменах не существует. Точнее, она есть, но только на текущий момент. Технологии не стоят на месте, совершенствуется производство кристаллов, разрабатываются новые люминофоры с повышенной светоотдачей. Соотношения настоящего времени завтра окажутся безнадежно устаревшими.

Таблица яркости света

На актуальный момент соответствие светового потока современных светодиодных ламп и потребляемой ими мощности выглядит так:

Световой поток, лм 250 400 650 1300 2100
Потребляемая мощность светодиодного светильника, Вт 2-3 5-7 8-9 14-15 22-27
Эквивалентная мощность лампы накаливания, Вт 25 40 60 100 150

В таблице указаны приблизительные округленные значения, так как присутствующие на рынке лампы произведены в течение нескольких лет различными производителями по отличающимся технологиям. Для восприятия «на глаз» этот разброс практически не заметен.

В заключении видео: Отличие и взаимосвязь ватт, люменов и кельвинов.

Имея четкое понятие о взаимосвязи характеристик светового излучения, можно самостоятельно выполнить расчет освещения помещения или территории. Для этого надо знать нормы освещенности и технические характеристики LED-ламп.

Источник

Люмен, световой поток, освещенность – специфические термины простым языком✅

Приобретая светодиодную лампу, покупатель часто сталкивается с непонятной технической информацией на упаковке. Если с мощностью все ясно, и большинство из нас знает, что в ваттах измеряется количество потребляемой при работе энергии, то с пониманием многих специфических терминов возникают проблемы. Итак, какие же узкоспециальные термины следует усвоить, чтобы разобраться, что представляет собой тот или иной образец светодиодной лампы?

Читайте также:  Плавают обороты при низком напряжении

Технические характеристики LED-ламп:

  • cветовой поток;
  • показатель освещенности;
  • индекс цветопередачи;
  • цветовая температура.

Уточним, что освещённость – скорее, производная величина от показателя светового потока в конкретных условиях, чем характеристика лампы. Но начнем по порядку.

Световой поток

Световой поток – это количество света, излучаемого лампой. Показатель обозначается буквой Ф/F и измеряется в люменах Лм/Lm. Он связан с мощностью лампы, но не имеет прямой линейной зависимости от мощности. На 1 Вт мощности светодиодной лампы может приходиться от 80 до 150 Лм. Условно говоря, лампочка мощностью 12 ватт может выдавать поток в 1430Лм, а лампочка мощностью 15 ватт – поток в 1350Лм. То есть, менее мощная лампа потенциально может светить ярче. Такую разницу можно наблюдать в рамках модельного ряда одного производителя. В частности, на примере led-ламп A60Standart 15Вт и ASD A60 12Вт Geniled. Для измерения показателя требуется специальный прибор – сферический фотометр, названный так из-за сферической оболочки, рассеивающей свет.

Люмен, световой поток, освещенность – специфические термины простым языком✅

Освещенность

Освещенность вычисляется как отношение светопотока и площади освещаемой поверхности. Показатель обозначается буквой Е и измеряется в люксах Лк/Lx. Уточним, что 1 Лк равен одному люмену, освещающему площадь в один квадратный метр. Формула вычисления выглядит следующим образом:

Е = Ф / S где S, согласно принятым стандартам, обозначает площадь.

Для практического измерения величины требуется люксметр – достаточно компактное устройство.

Индекс цветопередачи

Итак, индекс цветопередачи – это то, насколько совпадают реальный цвет и тот, что мы видим при определенном свете. Показатель обозначается CRI либо Ra. Идеальный CRI/Ra = 100. К примеру, 100 – это цветопередача Солнца. Чем выше индекс, тем контрастнее и реалистичнее выглядит цвет объекта. Чем меньше индекс, тем более тусклую «картинку» мы видим. Уточним, что даже самые простые светодиодные лампы имеют индекс цветопередачи от 60 и выше, тогда как у натриевых ламп он в среднем составляет 35-40 и никогда не поднимается выше 59. Качественные светодиоды имеют CRI/Ra более 90. Справедливости ради отметим, что обычные лампочки накаливания также имеют высокую цветопередачу – в районе 90 и более. Для измерения индекса цветопередачи используют тестовые цвета DIN6169. Точнее, 8 либо 14 тестовых цветов, в зависимости от потребностей, ради которых ведется измерение.

Люмен, световой поток, освещенность – специфические термины простым языком✅

Цветовая температура

Температура цвета измеряется в Кельвинах (К). Другими словами, исчисляемыми величинами описывается то, каким цветом нам светит свет.

Цветовые температуры LED-ламп:

  • теплый белый или цвет рассвета/заката (2700-3200 K);
  • нейтральный белый или свет Луны (3500-4500 K);
  • белый или дневной свет (4700-6000 К);
  • холодный белый или цвет облачного неба (от 6000 K).

Принято считать, что нижние величины создают ощущение уюта, а холодные – более серьёзную обстановку. Лампы накаливания обычно имеют цветовую температуру 2800 К. Какую цветовую температуру выберете вы, зависит от ваших предпочтений. В целом, тёплые тона считаются более полезными для зрения, нежели холодные.

Для точного измерения температуры цвета используют колориметр. Ориентировочные замеры в домашних условиях умельцы приспособились делать с помощью фотоаппарата, чистого белого листа бумаги (для баланса белого) и графического редактора типа «Фотошоп».

Думается, приведенной информации достаточно, чтобы разобраться с основными техническими характеристиками LED-ламп. Понимая базовую терминологию, вам будет намного проще подобрать более комфортное и полезное для здоровья освещение.

Источник