Энергетический баланс лампы накаливания мощностью 100 Вт, %

Дата: 2025-04-30; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

(Без скобок - для лампы вакуумной, в скобках — для газонаполненной).

Излучение:

видимое 7,0 (13,0)

невидимое 86,0 (76,0)

Потери:

в держателях 7,0 (2,0)

в газе - (9,0)

Световые характеристики - это световой поток и сила света (послед­нюю приводят только для ламп с зеркальными колбами,, имеющими направленное светораспределение), эксплуатационные - световая отдача, габаритные размеры, условия работы и срок службы.

Различают несколько сроков службы ламп: полный срок службы - время до перегорания; гарантированный - время, которое должна гореть каждая лампа, выпущенная заводом; полезный - время, за которое световой поток лампы уменьшается на 20 %. На срок службы лампы накаливания влияют испарение вольфрама; образование окислов вольфрама с газами, выделяющимися из материалов лампы; рекристаллизация вольфрама.

Колбы галогенных ламп накаливания наполнены инертным газом с га­логенными добавками (соединениями йода, брома). В колбе с таким наполнением в процессе работы устанавливается цикл возврата. Лампа имеет кварцевую колбу, температура которой при работе 500-600 °С. В колбе вокруг нити 1 (рис. 18.2) существует зона разложения 4 с темпе­ратурой более 1600 °С, а около внутренней поверхности колбы - зона соединения. Частицы испарившегося вольфрама, попадая в зону соединения, образуют газообразные соединения с йодом, которые не дают осадка на колбе. Попадая в зону разложения 4, газообразные соединения разла­гаются на первоначальные составляющие.

Для существования цикла возврата внутри лампы основным условием является поддержание необходимого температурного режима в зоне разло­жения и на внутренней поверхности колбы. За счет цикла возврата температура нити накаливания в галогенной лампе увеличена до 2727 °С. Световая отдача при этом равна 22-26 лм/Вт. Достоинства галогенных ламп: прозрачность колбы (газообразные соединения не дают осадка, а у обычных ламп испарившийся вольфрам, оседая на стенках колбы, умень­шает прозрачность стекла) и высокая световая отдача. Срок службы гало­генной лампы зависит от расчетного значения световой отдачи. Основные технические характеристики кварцево-галогенных ламп, применяющихся в авиации, приведены в табл. 18.2.

Таблица 18.2

Основные технические характеристики авиационных кварцево-галогенных ламп

* У приведенных ламп номинальное напряжение 27В.

** В циклическом режиме.

Авиационные лампы накаливания малогабарит­ны. Их механическая нагруженность обусловлена в первую очередь вибрациями, которые испытывает ЛА. Для обеспечения плотного электрического контакта лампы имеют патроны со штырьками, вставляемыми в патронодержатели с пружинными замками. Нити ламп изготовляют из вольфрама с кремнеториевой присадкой для повышения вибра­ционной прочности и по сравнению с лампами общего назначения из более толстой проволоки, которая допускает большую рабочую температуру, что увеличивает суммарную энергетическую свети­мость и, следовательно, световую отдачу. Основ­ные технические характеристики авиационных малогабаритных ламп приведены в табл. 18.3.

Таблица 18.3

Основные технические характеристики авиационных ламп накаливания

Лампы удобны в эксплуатации, имеют простые схемы включения. Их излучение не зависит от температуры окружающей среды, они мгновенно включаются, имеют низкую стоимость, технология их про­изводства хорошо отработана. Но они имеют и недостатки: низкую световую отдачу (12÷15 лм/Вт), неудовлетворительный спектральный состав и большой расход энергии на невидимое излучение.

Работу по совершенствованию ламп накаливания ведут по следующим направлениям: заполнение колб ламп криптоном вместо технического аргона; повышение давления наполняющих газов; разработка новых марок вольфрамовой проволоки; снижение стоимости производства галогенных ламп; повышение вибрационной прочности авиационных ламп.

18.2. Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы различают по виду разряда внутри трубки (тлеющие, дуговые); по наполнению (ртутные, ксеноновые); по значению давления наполняющих газов или паров металлов. В осветлительных люминесцентных лампах используют фотолюминесценцию.

Люминофоры, применяемые в люминесцентных лампах, - это кристал­лические порошки, световые свойства которых в значительной степени зависят от размельчения и однородности состава зерен, а также от тол­щины слоя. В осветительных лампах основным люминофором является галофосфат кальция, активированный марганцем и сурьмой. Максимум полосы поглощения этого люминофора лежит в области 250 нм. Благо­даря двум активаторам (Sb и Мn) люминофор имеет две полосы излучения (рис. 18.3,а): одну с максимумом на длине волны 480 нм (Мn), другую с максимумом на длине волны 590 нм (Sb). Изменяя концентрацию активаторов, можно получать нужный спектр излучения. 1 или 2, или 3. В лампах ЛДЦ применяют ортофосфат кальция.

Люминесцентная лампа - стеклянная трубка с нанесенным на внутрен­нюю поверхность слоем люминофора. Электроды лампы выполнены в виде биспирали с нанесенным на нее слоем оксида ВаО для большей эмиссии электродов в момент разогрева. В трубку введены небольшое количество ртути и инертный газ (аргон), который нужен для облегчения зажигания лампы и предохранения электродов от интенсивного распыления.

Основная часть излучения ртутного разряда низкого давления сосредо­точена в резонансных линиях ртути (рис. 18.3,6) с длинами волн 184,9 нм и 253,7 нм (спектр 1). Это излучение, не видимое глазом, поглощает слои люминофора. Спектр 2 излучения люминофора имеет два максимума, соответствующих полосам излучения сурьмы и марганца. Низкое давление паров ртути в осветительных лампах делает их характеристики зависящими от условий эксплуатации. К электрическим характеристикам люминесцентных ламп относят: номинальное напряжение сети, рабочее напряжение на лампе (оно меньше напряжения сети), напряжение зажигания (оно выше напряжения сети), ток I_Р, проходящий через лампу в установившемся режиме горения, и мощность, потребляемую из сети.

Световые характеристики люминесцентных ламп следующие: световой поток, светораспределение в двух плоскостях, яркость трубки - обычно (4÷8)·10³ кд/м² и спектральный состав излучения.

По спектральному составу осветительные лампы делят на четыре группы: дневного цвета - ЛД, ЛДЦ, ЛДЦФ; холодно-белого цвета - ЛХБ; белого цвета - ЛБ; тепло-белого цвета - ЛТБ, ЛТБЦ.

Для данных ламп эксплуатационными характеристиками являются: световая отдача (50-75 лм/Вт без учета потерь мощности в пускорегулирующей аппаратуре); продолжительность горения (обычно 10-12 тыс. ч); коэффициент пульсации светового потока; размеры и форма лампы.

На рис. 18.4,а приведена схема включения люминесцентной лампы ЛЛ со стартером. В состав стартера S 2 входит неоновая лампа тлеющего разряда, внутри которой имеются контакты и конденсатор С. Подвижной контакт этой лампы выполнен из биметалла. Напряжение зажигания стар­тера меньше напряжения сети U_С. Параллельно контактам стартера включен конденсатор С для уменьшения помех радиоприему. Последовательно с лампой ЛЛ включен дроссель L, э.д.с. самоиндукции которого приклады­вается к межэлектродному промежутку лампы ЛЛ в момент разрыва контактов неоновой лампы. В установившемся режиме горения лампы ЛЛ дроссель выполняет роль балластного сопротивления. При ее разгорании выделяют три этапа.

1. При замыкании контактов выключателя S 1 в неоновой лампе от приложенного напряжения сети возникает тлеющий разряд. Ее подвижный контакт нагревается теплом, выделяющимся при разряде, и, разгибаясь, замыкает цепь лампы ЛЛ. До замыкания контактов в цепи протекал ток тлеющего разряда I_ТЛ (рис. 18.2,б). Время от включения выключателя S 1 до замыкания контактов неоновой лампы t_ТЛ = (0,3÷1) с.

2. Пока контакты неоновой лампы замкнуты, по электродам лампы ЛЛ протекает пусковой ток I_ПУСК. Электроды лампы (биспирали, покрытые слоем оксида) разогреваются до температуры 800-1000 °С. При этом происходит термоэмиссия и свободные электроны внутри лампы ионизи­руют молекулы и атомы газа. Под действием приложенного электричес­кого поля электроны и ионы начинают двигаться внутри трубки, вызывая новую ионизацию. Процесс этот протекает лавинообразно. Внутри трубки повышается температура, происходит испарение ртути, т. е. создаются условия для возникновения разряда. Время второго этапа, когда контакты неоновой лампы замкнуты, t_З = (0,2÷0,6) с.

3. Поскольку в неоновой лампе тлеющий разряд погас при замыкании контактов, биметаллическая пластинка остывает, и контакты размыкаются. При разрыве цепи с индуктивностью возникает э.д.с. самоиндукции, и к межэлектродному промежутку люминесцентной лампы прикладываются сумма напряжения сети и э.д.с. самоиндукции (500-1500 В). Межэлектрод­ное пространство пробивается напряжением импульса U_ИМП (рис. 18.4, в), и в люминесцентной лампе возникает тлеющий разряд, который затем пере­ходит в дуговой. Время третьего этапа 10^-4 с. Суммарное время разгорания лампы равно t_ПУСК=(1÷2) с. В процессе зажигания возможно несколько миганий. После того как в люминесцентной лампе установится дуговой разряд, контакты неоновой лампы остаются в разомкнутом состоянии. При установившемся разряде к лампе приложено напряжение U_ЛЛ, а в цепи протекает рабочий ток I_Р (см. рис. 18.4,б).

Светильник с одной лампой имеет высокий коэффициент пульсации светового потока, поэтому одноламповый светильник применяют редко. Обычно светильник имеет две, три или шесть ламп. Такое сочетание люминесцентных ламп делают для уменьшения коэффициента пульсации светового потока и для увеличения коэффициента мощности осветительной установки. За счет сдвига по фазе светового потока примерно на 120° коэффициент пульсации двухлампового светильника равен 25 %.

Рассмотренная схема включения люминесцентной лампы со стартером имеет ряд недостатков, связанных с наличием разрывных контактов в стар­тере. Биметаллическая пластинка в неоновой лампе стартера со временем теряет упругие свойства, промежуток между контактами уменьшается, поэ­тому снижается напряжение зажигания стартера и становится равным напряжению на лампе. Лампа с таким стартером начинает периодически вспыхивать и гаснуть. При слипании контактов неоновой лампы стартера или при пробое его конденсатора по электродам люминесцентной лампы протекает пусковой ток (электроды раскалены), и она не вспыхивает.

Имеется большое количество бесстартерных схем включения люмине­сцентных ламп, но при всем разнообразии они должны обеспечивать:

предварительный нагрев электродов лампы в пусковом режиме до тем­пературы, при которой начинается интенсивная термоэлектронная эмиссия с катода и снижается напряжение зажигания лампы;

подачу на лампу напряжения, обеспечивающего надежное зажигание;

уменьшение напряжения в режиме предварительного подогрева элект­родов;

стабилизацию параметров рабочего режима лампы.

На ЛА применяют резонансную схему включения люминесцентных ламп. В цепи первой лампы Л1 (рис. 18.2.г) включен балласт индуктивный, а в цепи Л2 - емкостный. При подведении напряжения к зажимам светиль­ника с помощью выключателя S лампы с холодными электродами не зажигаются, и по цепи дроссель - первый электрод лампы - конденсатор - второй электрод лампы начинает протекать пусковой ток, который нагре­вает электроды лампы и снижает ее напряжение зажигания. Значение пуско­вого тока в цепи с последовательным включением активного сопротивле­ния, индуктивности (дроссели LI , L 2), емкости (конденсаторы C 1, C 2) определяют по формуле

.

Значение произведения ωL выбирают несколько больше, чем 1/ωС для ограничения пускового тока. Напряжение XX лампы Л1 определяется падением напряжения на емкости U_ХХ=I_ПУСК/(ωС), напряжение холостого хода лампы Л2 значением U_ХХ=I_ПУСК·ωL. После разгорания (лампы шунти­руют конденсатор С1 и дроссель L 2 и в цепях ламп устанавливается рабочий ток. Элементы пускорегулирующей аппаратуры бесстартерных схем включения люминесцентных ламп имеют большие габариты, массу, расход активных материалов, потери мощности, чем элементы стартерных схем, а расходы на эксплуатацию светильников с бесстартерной пускоре­гулирующей аппаратурой оказываются меньше. Основные технические характеристики авиационных люминесцентных ламп приведены в табл. 18.4.

Таблица 18.4

Основные технические характеристики авиационных люминесцентных ламп

( Продолжительность горения у приведенных в таблице ламп 3000 ч).

Газоразрядную лампу, схема включения которой приведена на рис. 18.5, а, применяют в импульсном маяке. Лампа имеет U-образную форму и дает короткие одиночные или многократно повторяющиеся импульсы света при разрядке конденсатора С через лампу.

Конденсатор заряжается выпрямленным током со вторичной обмотки повышающего трансформатора Т1 через диод VI . Импульсная газо­разрядная лампа -Б имеет три электрода: два основных, заваренных в концы лампы, и электрод поджига ЭП, навитый снаружи на колбу лампы. Лампы вспыхивают, когда на электрод поджига по­ступает импульс высокого напряжения со вторичной обмотки импульс­ного трансформатора Т2 (при открытии управляемого диода V 2). Высоко­вольтный импульс ионизирует газ внутри лампы, уменьшая ее сопротивле­ние, и в этот момент накопительный конденсатор разряжается через лампу. Ток, проходя через инертный газ (ксенон) внутри лампы, вызывает его свечение. Давление газа в лампе 1·10⁵ Па. Резистор R ограничивает ток, протекающий через лампу.

Основные технические характеристики импульсной лампы ИФК-2000, применяемой в импульсном маяке: максимальная энергия вспышки 400 Дж (зависит от емкости конденсатора); световой поток 1·10⁸ лм; яркость 1·11¹¹÷10¹² кд/м²; длительность вспышки 1·(10^-3÷10^-5) с. Типовая кри­вая световой характеристики импульсной газоразрядной лампы представле­на на рис. 18.5,б. Под длительностью вспышки лампы понимают время, в течение которого мгновенное значение световой характеристики (силы света) равно или больше 0,35I_МАХ. За это время выделяется 0,8 или более суммарной силы света:

.

Световой отдачей импульсной лампы называют отношение энергии вспышки лампы к энергии, запасенной в накопительном конденсаторе. Для лампы ИФК-2000 световая отдача равна 30 лмс/Дж.

Электролюминесцентную лампу (светящаяся панель) со скрытой над­писью применяют в световых табло и в качестве светильника, встроен­ного в прибор. В лампе используют свечение люминофора, находящегося в электрическом поле. На рис. 18.6,а показано сечение светящейся панели. На стеклянную пластинку 1 напылением нанесена тонкая (5 мкм) пленка из окиси олова 2. Пленка прозрачная для излучения и служит одним из электродов. Второй электрод - металлическая пластинка 4, покрытая с тыльной стороны черным лаком 5. Люминофор (сульфид цинка) наносят на металлическую пластинку в виде знаков, надписей. Люминофор, находясь в переменном электрическом поле, дает зеленое свечение. Яркость излуче­ния люминофора зависит от частоты, напряжения и мощности источника питания.

Зависимость яркости от напряжения при f=const приведена на рис. 18.6,б. Напряжение, подводимое к светящейся панели, ограничено зна­чением напряжения пробоя (замыканием источника через слой люмино­фора). Регулировка, яркость излучения регулируют изменением напряжения питания. Зависимость яркости от частоты питающего тока при различных напряжениях (U₁ > U₂ > U₃) дана на рис. 18.6,в. С повышением частоты увеличивается нагрев панели. Частоту питающего тока ограничивает допустимая температура нагрева.

Электролюминесцентные панели можно эксплуатировать при внешней освещенности до 200 лк и больших механических нагрузках. По сравнению с лампами накаливания панели потребляют меньше энергии, имеют боль­шой срок службы, конструкция их компактна и имеет высокую надежность.

Основные характеристики электролюминофоров, применяемых в элект­ролюминесцентных табло, приведены в табл. 18.5.

Таблица 18.5

Основные характеристики электролюминофоров при толщине слоя 60 мкм, питающем напряжении U =220 В частотой 400 Гц

К положительным качествам люминесцентных ламп относятся: высокая световая отдача (50-75 лм/Вт); большой срок службы (до 10000 ч); воз­можность применения в сигнальных приборах без светофильтров, так как за счет наполнения колбы можно получить нужный спектр излучения; большая яркость (до 1·10⁸ кд/м²; возможность получения коротких вспы­шек (от 1·10^-3 до 1·10^-5 с).

Недостатки люминесцентных ламп: линейчатый спектр излучения; пуль­сация светового потока; наличие пускорегулирующей аппаратуры; большое время разгорания; сложность регулирования интенсивности излучения; зависимость режима работы от температурных условий.

Совершенствование люминесцентных ламп идет по следующим направ­лениям: совершенствование люминофоров и способов их нанесения на колбу; применение в пускорегулирующей аппаратуре полупроводниковых приборов для уменьшения массы и улучшения характеристик; создание осветительных ламп для работы в широком диапазоне температур.

Применение того или иного источника оптического излучения зависит от ряда факторов. Для общего освещения в пассажирском салоне приме­няют люминесцентные лампы с большой световой отдачей. Когда требу­ется кратковременный световой импульс, используют газоразрядные лампы. Если светильник ограничен размерами, ставят малогабаритные лампы накаливания.

Глава 19

ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЛА

19.1. Внешнее осветительное оборудование

Классификация и требования. Внешнее осветительное оборудование - это совокупность авиационных световых приборов, установленных на ЛА для освещения их наружных поверхностей и окружающего пространства. К этой группе оборудования относятся фары:

взлетно-посадочные, предназначенные для освещения пространства перед ЛА при взлете и посадке;

рулежные, служащие для освещения пространства перед ЛА при рулении;

посадочно-рулежные, освещающие пространство перед ЛА при взлете, посадке и рулении;

посадочно-поисковые, предназначенные для освещения места аварийно-. спасательных или погрузочно-разгрузочных работ, выбора посадочной площадки и посадки вертолета;

применяемые для освещения передней кромки киля: стабилизатора, воздухозаборников двигателей, аварийного выхода и эмблемы.

Взлетно-посадочные фары являются основными источниками освещения ВПП при взлете и посадке ЛА при отсутствии наземного взлетно-поса­дочного освещения и вспомогательными источниками освещения при наличии наземного освещения. На этапе приземления в ночных условиях при включенных посадочных фарах пилот зрительно оценивает положение ЛА относительно ВПП. Условия зрительной оценки высоты и положе­ния ЛА при выравнивании очень трудные, так как относительная скорость сближения ЛА и ВПП увеличивается, а яркость светового пятна растет.

К посадочным фарам предъявляют следующие основные требования:

интенсивность излучения посадочных фар должна быть такой, чтобы яркость поверхности ВПП в момент выравнивания самолета была не менее 0,02 кд/м²;

неравномерность яркости земной поверхности в световом пятне в мо­мент выравнивания должна быть не более 5:1;

угол между линией зрения пилота (линия, соединяющая глаз с центром светового пятна) и направлением полета должен быть в пределах от 10 до 15°;

угол между линией зрения пилота и горизонтом должен быть в пределах от 12 до 13°;

внешнее осветительное оборудование не должно вызывать у членов экипажа ослепленности или других неудобств, которые могут влиять на выполнение экипажем его функций и угрожать безопасности полетов.

На большинстве ЛА установлены посадочно-рулежные фары, лампы которых имеют две нити: посадочную и рулежную. Посадочная нить накаливания включается при посадке ЛА, а рулежная - при рулении. Посадочно-рулежные фары устанавливают симметрично относительно про­дольной оси ЛА в нижней части фюзеляжа или под крылом и выпускают вместе. Причем фары можно выпускать только на посадочной скорости, так как они рассчитаны на восприятие силы, равной 500 Н, приложенной к центру защитного стекла в выпущенном положении. В убранном поло­жении защитные стекла фар находятся заподлицо с обшивкой фюзеляжа или крыла. Возможно сочетание взлетно-посадочных фар, имеющих ме­ханизм выпуска и уборки светооптической части, и рулежных фар, установ­ленных на стояках шасси.

Посадочно-поисковая фара вертолета имеет два механизма: один - для выпуска светооптической части, другой - для вращения светооптической части. Перспективной является фара со следящим приводом, стабилизи­рующим выдвижную часть фары относительно горизонта при эволюции ЛА на этапе приземления.

Рулежные фары (рулежные нити накаливания посадочно-рулежных фар) должны создавать при рулении перед ЛА световое пятно, по ширине равное размаху крыла, а по длине - тормозной дистанции. Яркость поверх­ности ВПП внутри светового пятна при включенных рулежных фарах должна быть не менее 0,02 кд/м², а неравномерность яркости — не более 5:1. Когда самолет находится в горизонтальном положении на ВПП, центры световых пятен крыльевых фар должны находиться на расстоянии 20 м, а центры световых пятен фюзеляжных фар - на расстоянии 35-40 м впереди самолета.