Недостатки ламп накаливания.

Лампы накаливания очень чувст­вительны к отклонениям подводимого напряжения. Отклонению напряже­ния от номинального на ± 1 % соответствует изменение светового потока на ±3,7 %, мощности - на ± 1,5 %, световой отдачи - на ± 2,2 %, срока службы -на ± 14 %. Главным недостатком ламп накаливания является их низкая эффек­тивность при преобразовании электрической энергии в световое излучение, так как их световая отдача не превышает 20 лм/Вт, что значительно ниже, чем у газоразрядных ламп. В сравнении с газоразрядными лампами срок службы ламп накаливания также существенно меньше (номинальный срок службы 1000 часов). Все это ограничивает приме­нение ламп накаливания, которые в производственных и общественных зда­ниях практически вытеснены газоразрядными лампами.

Вопрос № 24.
Люминесцентная лампа представляет собой запаянную с обоих кон­цов стеклянную трубку из обычного стекла, внутренняя поверхность которой покрыта тон­ким слоем люминофора (люминофоры - твердые или жидкие вещества, способные излучать свет под действием ультрафиолетового излучения). Из трубки откачан воздух, и она заполнена аргоном или смесью инерт­ных газов при давлении - около 300 Па с добавлением капельки ртути (30…50мг), которая при нагревании превращается в ртутные пары. Инертный газ служит главным образом для уменьшения распыления электродов при работе лампы, а также для создания благоприятной среды для осуществ­ления разряда.

Внутри трубки на ее концах в стеклянных ножках впаяны электроды с вольфрамовой биспиральной нитью, покрытой слоем оксидов щелочно­земельных металлов (бария, кальция, стронция), способствующих более интенсивному излучению электронов. Электроды присоединены к контакт­ным штырькам, закрепленным в цоколе.

Когда к противоположным электродам подводится напряжение опре­деленной величины, возникает электрический разряд в газовой среде лам­пы с выделением теплоты, под действием которой ртуть испаряется. При этом излучение в видимой части спектра очень незначительно и световая отдача разряда составляет не более 5-7 лм/Вт. Однако разряд сопровожда­ется мощным ультрафиолетовым излучением, часть которого люминофор преобразует в видимое излучение. Цвет излучаемого света и эффектив­ность работы лампы зависит от выбранного люминофора и его качества.

Принцип получения видимого излучения происходит за счет электрического разряда в газовой среде лампы и свечение люминофора под действием ультрафиолетового излучения ртути. Видимое излучения в люминесцентных лампах получают двояким путем.

К характеристикам люминесцентных ламп относят: мощность (лампы общего назначение выпускаются мощностью от 15 до 80 Вт), световую отдачу (η =70…104 Лм/Вт), световой поток (Ф, Лм) и излучение по цветности – ближе к естественному.

Достоинства люминесцентных ламп.

Большая световая отдача в сравнении с лампами накаливания. Больший срок службы (9000-15000 часов). Спектр излучения ближе к естественному.

Недостатки люминесцентных ламп.

Люминесцентные лампы очень чувст­вительны к отклонениям подводимого напряжения.

Главным недостатком люминесцентных ламп является необходимость применения специальных устройств ПРА для зажигания и поддержания горения лампы.

При использования ламп общего назначения проявляется стробоскопический эффект.

Вопрос №25

Люминесцентная лампа представляет собой запаянную с обоих кон­цов стеклянную трубку из обычного стекла, внутренняя поверхность которой покрыта тон­ким слоем люминофора (люминофоры - твердые или жидкие вещества, способные излучать свет под действием ультрафиолетового излучения). Из трубки откачан воздух, и она заполнена аргоном или смесью инерт­ных газов при давлении - около 300 Па с добавлением капельки ртути (30…50мг), которая при нагревании превращается в ртутные пары. Инертный газ служит главным образом для уменьшения распыления электродов при работе лампы, а также для создания благоприятной среды для осуществ­ления разряда.

Внутри трубки на ее концах в стеклянных ножках впаяны электроды с вольфрамовой биспиральной нитью, покрытой слоем оксидов щелочно­земельных металлов (бария, кальция, стронция), способствующих более интенсивному излучению электронов. Электроды присоединены к контакт­ным штырькам, закрепленным в цоколе.

Когда к противоположным электродам подводится напряжение опре­деленной величины, возникает электрический разряд в газовой среде лам­пы с выделением теплоты, под действием которой ртуть испаряется. При этом излучение в видимой части спектра очень незначительно и световая отдача разряда составляет не более 5-7 лм/Вт. Однако разряд сопровожда­ется мощным ультрафиолетовым излучением, часть которого люминофор преобразует в видимое излучение. Цвет излучаемого света и эффектив­ность работы лампы зависит от выбранного люминофора и его качества.

Принцип получения видимого излучения происходит за счет электрического разряда в газовой среде лампы и свечение люминофора под действием ультрафиолетового излучения ртути. Видимое излучения в люминесцентных лампах получают двояким путем.

В процессе зажигания и работы люминесцентной лампы дроссель и стартер выполняют следующие функции.

Дроссель выполняет три функции:

1) ограничивает ток при замыкании электродов стартера;

2) генерирует импульс напряжения для пробоя лампы за счет Э.Д.С. самоиндукции в момент размыкания электродов стартера;

3) стабилизирует горение дугового разряда после зажигания.

Стартер выполняет две важные функции:

1) замыкает накоротко цепь для того, чтобы повышенным током разогреть электроды лампы и облегчить зажигание;

2) разрывает после разогрева электродов лампы электрическую цепь и тем самым вызывает импульс повышенного напряжения, что обеспечивает пробой газового промежутка.

Вопрос № 26

1. Выбираем общую равномерную систему освещения (до 200 лк) или комбинированную (более 200 лк) . Вид освещения – рабочее.

2. Выбираем источник излучения (газоразрядная лампа или лампа накаливания)..

3. С учетом характера окружающей среды, требований к светораспределению, высоты помещения и способа установки выбираем светильник и выписываем его параметры: светораспределение Н, кривая сила света М, общий КПД 75%, КПД в нижнюю полусферу 60%, степень защиты IP65, длинна светильника 320мм.

4. Определяем расчетную высоту установки светильников по формуле (1):

, (1)

где – высота помещения, м;

– высота свеса светильников (расстояние от светового центра светильников до перекрытия), м;

– высота расчетной поверхности над полом, на которой нормируется освещенность, м.

5. Определяем расстояния между светильниками в ряду и между рядами по формуле (2):

(2)

где: – расстояние между светильниками в ряду, м;

– расстояние между рядами светильников, м;

– светотехнически оптимальное относительное расстояние между светильниками.

6. Определяем расстояния от стены до ближайшего светильника в ряду по формуле (3):

где: – расстояние от стены до ближайшего светильника в ряду, м;

– расстояние от стены до ближайшего ряда светильников, м.

7. Определяем число светильников в ряду и число рядов по формулам(4,5):

(4)

где: – длина помещения, м.

Число рядов светильников (шт):

(5)

где: – ширина помещения, м.

Значения и округляют до целого числа. Общее число светильников в помещении (шт):

Светильник размещаем на плане равномерно и определяем действительные расстояния от стены до ближайшего ряда светильников и до ближайшего светильника в ряду, расстояния между светильниками в ряду (между рядами светильников определять не нужно, т.к. в помещении –один ряд).

8. Определяем индекс помещения:

где – площадь помещения, м²

и – длина и ширина помещения, м.

9. В зависимости от материала и окраски рабочих поверхностей определяем коэффициенты отражения потолка, стен и рабочей поверхности: потолка =50%, стен =30%, рабочей поверхности =10%.

10. Определяем коэффициент запаса осветительной установки, значение которого зависит от наличия пыли, дыма и копоти в рабочей зоне помещения, от типа источников света, конструкции и периодичности чисток светильников, принимаем =1,3…1,5.

11. Определяем поправочный коэффициент неравномерности освещения (при расчете с лампами накаливания, ДРЛ, ДРИ и ДНаТ - z=1,15, с люминесцентными лампами - =1,1, для светильников отраженного света - z=1,0). Принимаем z=1,1.

12. Определяем коэффициент использования светового потока по таблице:

где – коэффициент использования светового потока, направленного в нижнюю полусферу (таблица 18);

- коэффициент использования светового потока, направленного в верхнюю полусферу (для потолочных светильников - таблица 20, для подвесных светильников – таблица 21);

и – КПД реального светильника в верхнюю и нижнюю полусферы пространства (таблицы 3…5).

А) ЛИНЕЙНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ:

13. Определяем суммарное количество светильников в помещении (округляем в сторону увеличения):

где: - нормируемую освещенность, лк;

– световой поток лампы, лм

– количество ламп в светильнике, шт;

– коэффициент использования светового потока, о.е.

Б) ТОЧЕЧНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ:

14. Определяем расчетный световой поток лампы (лм):

где - нормируемую освещенность, лк;

– суммарное количество светильников в помещении, шт;

– количество ламп в светильнике, шт;

– коэффициент использования светового потока, о.е. (таблица 17).

15. Определив расчетный световой поток источника , сопоставляем его с нормированными значениями световых потоков выпускаемых промышленностью ламп (таблиц15 и 16), находим тип и мощность источника, световой поток которого не отличается от расчетного не более чем на -10…+20%, т.е.:

Проверку производим по формуле:

Если не возможно выбрать лампу по указанному условию, то изменяют число светильников в освещаемом помещении с таким расчетом, чтобы расстояние между светильниками незначительно отличалось от оптимального расстояния .

Проверяем на возможность установки лампы в светильник

где – допустимая мощность лампы в светильнике.

Вопрос № 27.

Основным классификационным признаком ЭТО является способ преобразования электрической энергии в тепловую — способ электрического нагрева. Различают следующие способы электрического нагрева.

Нагрев сопротивлением— электронагрев за счет электрического сопротивления электронагревателя или загрузки.

Дуговой нагрев — электронагрев загрузки электрической дугой.

Индукционный нагрев — электронагрев электропроводящей загрузки электромагнитной индукцией. Под электропроводящей загрузкой имеют в виду металлы - материалы, обладающие высокой электронной проводимостью.

Диэлектрический нагрев — электронагрев неэлектропроводящей загрузки токами смещения при поляризации.

Электронно-лучевой нагрев — электронагрев загрузки сфокусированным электронным лучом в вакууме.

Лазерный нагрев — электронагрев за счет последо­вательного преобразования электрической энергии в энер­гию лазерного излучения и затем в тепловую в облучаемой загрузке.

Ионный нагрев — электронагрев потоком ионов, образованным электрическим разрядом в вакууме.

Плазменный нагрев — электронагрев стабилизированным высокотемпературным ионизированным газом, образующим плазму. Различают плазменно-дуговой нагрев, при котором тела нагревают факелом плазмы, для получения которой газ продувают через дуговой разряд, и плазменно-индукционный нагрев, при котором для получения плазмы используют высокочастотное магнитное поле.

Инфракрасный нагрев — электронагрев инфракрасным излучением. При этом излучательные спектральные характеристики излучателя соответствуют поглощательным, характеристикам нагреваемой загрузки.

Термоэлектрический нагрев — нагрев сред теплотой Пельтье, переносимой электрическим током термоэлектрической батареи от источника, имеющего температуру более низкую, чем температура потребителя.

Способы электронагрева подразделяют на прямые и косвенные. При прямом электронагреве теплота выделяется в загрузке, включенной в электрическую цепь, при косвенном — в специальном преобразователе — электрическом нагревателе и передается загрузке теплообменом. Смешанный электронагрев сочетает два и более вида электронагрева.

Тепловой расчет состоит в определении мощности, основных конструктивных размеров, в расчете тепловой изоляции, определе­нии теплового к.п.д. ЭНУ, термического сопротивления, темпера­туры, удельной поверхностной или объемной мощности электриче­ских нагревателей.

Для определения мощности и основных конструктивных разме­ров ЭНУ необходимо иметь исходные данные, которые задаются технологическими условиями: назначение и тип установки, массу нагреваемого материала М (кг) или производительность G (кг/ч), время нагрева t (ч), начальную υ₁ и конечную υ₂ температуру ма­териала (°С), температуру окружающей среды υ₀ (°С) и др.

Расчетная тепловая мощность Р_р (кВт) установки определяется из теплового баланса для установившегося режима

Р_р=Р_п+Р_пт,

где: Р_п — полезная мощность, кВт;

Р_дт — суммарные потери мощности в окружающую среду, на нагрев конструкции, в подводящих проводниках и др., кВт.

В зависимости от типа и назначения установки, нагрева материала или нагрева с изменением его агрегатного состояния, полезная мощность определяется следующим образом:

для установок периодического действия

а для установок непрерывного действия

где: — средняя массовая теплоемкость материала, кДж/(кг∙°С);

— начальное и конечное теплосодержание материала, включающее и скрытуютеплоту фазового превращения, кДж/кг;

t — время, ч.

Расчетная мощность, помимо полезной, включает все виды по­терь. В расчетах потери удобно учитывать коэффициентом полез­ного действия установки

где: — тепловой к.п.д., учитывающий потери теплоты в окружающую среду, на нагрев конструкции и др.;

— электрический к. п. д., учитывающий потерн в электрических элементах установки.

Тогда

Тепловые потери установки зависят от вида и толщины тепло­вой изоляции и от площади поверхности теплоотдачи в окружающую среду.

Установленная мощность принимается выше расчетной на ко­эффициент запаса из:

Коэффициент запаса учитывает необходимость увеличения мощности из-за старения нагревателей, снижения питающего на­пряжения, увеличения теплопотерь в процессе эксплуатации и т.д. Значение , принимается в пределах 1,1 ... 1,3.

Тепловой расчет установки всегда предшествует электрическо­му расчету.

Вопрос № 28.

Удельное сопротивление воды для различной температуры определяется по формуле:

где: - удельное объемное сопротивление воды при 20°С, Ом∙м.

– температура, °С.

Расстояние между электродами (м) рассчитывают, исходя из допустимой напряженности электрического поля:

где: – допустимая напряженность, В/м (12,5…25) 10³ В/м;
- допустимая плотность тока на электродах, А/м² (для плоских стальных электродов 0,5∙10⁴ А/м², а для цилиндрических 2∙10⁴ А/м²);

– удельное сопротивление при конечной температуре нагрева, Ом∙м.

Вопрос № 29.

Рисунок 1, 2 – схема соединения звезда U_ф =220В; схема соединения треугольник U_ф =380В.

Расстояние между электродами (м) рассчитывают, исходя из допустимой напряженности электрического поля:

где: – допустимая напряженность, В/м (12,5…25) 10³ В/м;
- допустимая плотность тока на электродах, А/м² (для плоских стальных электродов 0,5∙10⁴ А/м², а для цилиндрических 2∙10⁴ А/м²);

– удельное сопротивление при конечной температуре нагрева, Ом∙м.

Последовательность расчет электродных нагревателей:

1) Выбирают электродную систему нагрева.

2) Определяют геометрический коэффициент системы, например для однофазной с плоскими электродами:

3) Задаются значениями b – для плоских электродов; d – для цилиндрических электродов.

4) Находят расстояние между электродами:

5) По расчетной формуле определяют высоту электродов.

6) Полученное значение площади электродов проверяют по допустимой плотности тока:

Для плоских электродов для цилиндрических

Вопрос № 30.

Резистивный электронагреватель (электронагреватель сопротивления) представляет собой резистор с высоким электрическим сопротивлением, оборудованным вспомогательными устройствами дл подвода тока, электроизоляции, защиты от механических повреждений крепления и др. Резистивные нагреватели применяются в установках косвенного (поверхностного) электронагрева.

К достоинствам этих нагревателей относится:

1) универсаль­ность: возможность нагрева любых проводящих и непроводящих материалов (до температуры 1500°С);

2) отсутствие воздействия элек­трического тока на нагреваемую среду;

3) возможность использова­ния как переменного, так и постоянного тока.

4) резистивные нагреватели просты по устройству и достаточно безопасны в работе, поэтому в сельском хозяйстве они нашли наи­большее применение.

К недостаткам резистивных нагревателей следует отнести:

1) огра­ниченный срок службы;

2) дефицитность материалов;

3) малую ремон­топригодность.

Электронагреватели различают по типу материалов резистора, температуре нагрева, конструкции и исполнению.

В качестве резисторов используют различные проводниковые и полупроводниковые материалы. Наиболее распространены метал­лические проводники—высокоомные сплавы: хромоникелевые (нихромы), железохромоалюминиевые (фехрали), медноникелевые (константан), углеродистые стали и чугун.

Высокоомные сплавы обладают высокой жаростойкостью с до­пустимой температурой нагрева до 1100°С. При более высоких температурах (до 1500°С) используют карборундовые (силитовые) нагреватели.

Для низкотемпературного электронагрева в последнее время применяют различные композиционные и полупро­водниковые материалы (саже-наполненные пластмассы и ре­зины, металлонаполненные стекла и покрытия, металлоке­рамика и др.) с допустимой температурой 40...250°С. Конструктивно резистивные нагреватели выполняют в виде протяженных, объемных и поверхностно-распределенных электронагревательных элементов.

По исполнению различают открытые (имеющие доступ воздуха или нагреваемой сре­ды), закрытые (защищенные механически) и герметически защищенные электронагреватели. Открытые нагреватели наиболее просты и применяются для нагрева воздуха и почвы, а также в высокотемпературных печах с лучистой теплопередачей. Закрытые нагреватели имеют защитный кожух, предохраняющий нагревательный элемент от механических воздействий, но имеющий доступ воздуха.

Наиболее совершенны герметические трубчатые электронагреватели (ТЭНы), которые удовлетворяют условиям большинства теп­ловых процессов сельскохозяйственного производства.

Кроме того, промышленность выпускает специальные нагрева­тельные провода и кабели. Эти нагреватели имеют токопроводящие жилы из высокоомного сплава и теплостойкую изоляцию, а применяются в низкотемпературных процессах для нагрева до 30... 40°С (нагрев почвы в парниках, обогреваемые полы в поме­щениях для животных и т.д.). Например, провода типа ПОСХВ и ПОСХП (провод обогревательный, одножильный, сельскохозяйственный с винилитовой или полиэтиленовой изоляцией) имеет жилу из стальной оцинкованной проволоки диаметром 0,85... 1,2 мм и допустимую температуру нагрева 60 и 90°С соответственно.