Колебания освещенности во времени. Способы снижения коэффициента пульсации освещенности

При проектировании установок искусственного освещения при­ходится считаться с возможностью возникновения явления мелькания света, обусловленного особенностями устройства источников света и систем их электропитания.

Как известно, подавляющее число электроустановок питается током промышленной частоты 50 Гц. При этом излучение всех источников света будет пульсировать с частотой в два раза выше, т.е. 100 Гц, так как в отрицательный и положительный полупериоды напряжения ход изменения потока излучения во времени не изменяется. Глубину пульсации освещенности в осветительных установках принято характеризовать коэффициентом пульсации освещенности:

(1.1)

где E_mах, E_min — максимальное и минимальное значения освещенности за период;

Е_ср — среднее значение освещенности за период Т, определяемое выражением

Аналогичным образом с подстановкой, вместо освещенности соответствующих значений светового потока определяется коэффициент пульсации светового потока источников света.

На рис. 1 показаны характерные осциллограммы излучения различных ламп. В наименьшей степени пульсация светового потока выражена у ламп накаливания, это объясняется тепловой инерцией тела их накала. Поэтому практически при использовании в осветительных установках ламп накаливания вопрос об уменьшении их пульсации не стоит.

Пульсация излучения разрядных источников света выражена намного сильнее. Заметную сглаживающую роль играет наличие у ламп люминофорного покрытия, обладающего определенным для каждого типа люминофора временем послесвечения. Поэтому коэффициент пульсации светового потока у люминесцентных ламп существенно ниже, чем у других разрядных ламп. Сравнительные данные о пульсации излучения наиболее распространенных типов источников света приведены в табл. 1.

Таблица 1. Коэффициент пульсации светового потока ламп

Тип источника света	Лампа накаливания	Люминесцентные лампы	ДРЛ	ДКсТ
Одна лампа Две лампы на 2 фазы Три лампы на 3 фазы	менее 3% - -	25 - 55% 10 - 23% 2 - 5%	65% 31% 5%	130% 65% 5%

За счет инерции зрения пульсирующее излучение воспринимается слитно, если его частота равна или выше критической частоты мелькания. Последняя может быть определена по формуле Айвса-Портера:

(1.2)

где - критическая частота мелькания, с^-1;

L - яркость рабочей поверхности, кд/м², с угловым размером более 0,01 ср.

Из этого уравнения видно, что максимальное значение критической частоты мелькания при наибольшем уровне нормируемой яркости в 1000 кд/м² равно 70 с^-1. Отсюда следует, что мелькание света в осветительных установках за счет питания их током промышленной частоты будет для глаза незаметным.

Как показывают многие исследования, пульсация света при этом все же оказывает при длительной работе вредное действие, выражающееся в повышении общего и зрительного утомления, ухудшении зрительной работоспособности и снижении производительности труда. Например, как показано в исследованиях Кроль, увеличение коэффициента пульсации освещенности с 5 до 55% уже через 45 минут работы приводит к снижению быстроты различения на 18%, а через 2,25 часа — на 26%.

Другая особенность пульсирующего излучения состоит в возможности возникновения стробоскопического эффекта, который выражается в том, что при наблюдении в мелькающем свете быстро вращающихся или движущихся объектов действительная скорость их перемещения отличается от кажущейся или один движущийся объект воспринимается как несколько одинаковых объектов. При совпадении частоты мелькающего света с частотой вращения объекта последний кажется неподвижным. Отсюда ясно, насколько опасным в отношении травматизма может быть выполнение в мелькающем свете работы, связанной с быстро перемещающимися или вращающимися частями машин и механизмов, если не вводить ограничения к глубине пульсации светового потока.

Другой причиной периодического колебания света в осветительных установках является изменение напряжения в точках энергосистемы из-за подключения к ней мощных потребителей с резкопеременной нагрузкой: сварочных аппаратов, электропечей, прокатных станов и др.

При этом мелькание света, как правило, заметно глазом, что приводит не только к снижению функции зрения, но и неприятным психологическим ощущениям.

Ограничение колебания освещенности в этом случае проводится на основе требования о допустимом снижении напряжения, от номинального значения в зависимости от частоты колебания. По данным Марусовой и Яговкина, с ростом частоты от 0 до 10 Гц неблагоприятное действие мелькания света возрастает, и, следовательно, нужно учесть требования к снижению напряжения. При дальнейшем снижении частоты от 10 до 20 Гц мелькание света становятся менее заметным, негативное действие света уменьшается и можно допускать большее отклонения напряжения сети от номинального. Зона максимально допустимых колебаний напряжения в сети переменного тока в зависимости от частоты колебания показана на рис. 2.

Пути снижения коэффициента пульсации

1 способ – расфазировка ламп и светильников

Освещенность в каждой точке освещаемого помещения будет состоять из Е от светильников подключенных соответственно к фазам А, В и С.

Е=Е_А+Е_В+Е_С

Так как кривые световых потоков сдвинуты друг то друга на 120⁰, то результирующая кривая при наложении будет иметь более гладкий вид, коэффициент пульсации освещенности снижается, причем его величина в какой либо точке будет зависеть от соотношения освещенностей Е_А, Е_В, Е_С. Наименьший коэффициент пульсации будет в том случае, когда все три освещенности равны между собой. Наихудший случай, когда освещенность в точке будет создаваться в основном от светильников, подключенных к одной фазе. Коэффициент пульсации в точке М₁ будет меньше, чем в точке М₂.

Достоинством этого способа являются невысокие затраты, однако большим его недостатком является то, что коэффициент пульсации в различных точках освещаемого помещения может быть различен, что создает неодинаковые условия для выполнения зрительной работы. И следовательно, чтобы этого избежать надо снизить коэффициент пульсации самих ИС.

2 способ – питание РЛ постоянным током

Достоинство этого метода: величина коэффициента пульсации снижена до нуля.

Недостатки:

- необходимы большие затраты на выпрямление переменного тока;

- на постоянном токе РЛ могут работать только с активным балластом. Но если при включении РЛ с индуктивным балластом, потери мощности в балласте 10-20% от мощности лампы, то в активном балласте теряется мощность равная или даже превышающая мощность ламп, т.е. экономичность схемы невысока;

- при работе на постоянном токе у ЛЛ наблюдается явление катафореза ртути, вся ртуть переносится в один конец лампы, световой поток лампы снижается.

3 способ – питание РЛ током повышенной частоты

В этом случае смена полярности на электродах происходит гораздо быстрее, чем при промышленных f=50 Гц и поэтому плазма ПС находится в состоянии динамического равновесия и практически не пульсирует. К достоинствам этого способа относится повышение Ф и τ при той же мощности ламп.

4 способ – применение схем с расщепленной фазой.

Одна ЛЛ включается по обычной схеме, а в цепь второй лампы кроме дросселя включается конденсатор, поэтому кривые световых потоков ламп оказываются сдвинутыми по фазе друг от друга и при наложении этих кривых, величина К_п снижается.

Дата добавления: 2015-07-15