Электрические источники света
Электрические источники света
Современные виды электрических источников света разделяются на следующие категории:
- Лампа накаливания
- Разрядная лампа (люминесцентные, дуговые ртутные люминесцентные, разрядные натриевые и т.д.)
- Светодиод (СИД – светоизлучающий диод)
Сравнительный анализ электрических источников света
Лампа накаливания
Электрический источник света, светящимся телом которого служит так называемое тело накала (ТН, проводник, нагреваемый протеканием электрического тока до высокой температуры). В качестве материала для изготовления ТН в настоящее время применяется практически исключительно вольфрам и сплавы на его основе.
Характеристики
Срок службы от 300 часов до 2000.
Эффективность от 5 до 35 лм/Вт.
Цвет излучения: 2360 - 2800 K
Цветопередача: низкая
Достоинства лампы накаливания:
- малая стоимость
- небольшие размеры
- ненужность пускорегулирующей аппаратуры
- при включении зажигаются практически мгновенно
- отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации
- возможность работы как на постоянном токе (любой полярности), так и на переменном
- возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)
- отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе
- непрерывный спектр излучения
- устойчивость к электромагнитному импульсу
- возможность использования регуляторов яркости
- нормальная работа при низкой температуре окружающей среды
Недостатки ламп накаливания:
- низкая световая отдача
- относительно малый срок службы
- резкая зависимость световой отдачи и срока службы и от напряжения
- цветовая температура лежит только в пределах 2300—2900 K, что придаёт свету желтоватый оттенок
- лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 40 Вт — 145 °C, 75 Вт — 250 °C, 100 Вт — 290 °C, 200 Вт — 330 °C.
- световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%
Газоразрядная лампа
Источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне. Физическая основа — электрический разряд в парах металлов. В последнее время принято называть газоразрядные лампы разрядными лампами. Подразделяются на разрядные лампы высокого и низкого давления. Подавляющее большинство разрядных ламп работают в парах ртути. Обладают высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую. Эффективность измеряется отношением люмен/Ватт. Наибольшей эффективностью, на сегодняшний день, обладают лампы разрядные в парах натрия (ДНаТ)- 150 лм/Вт. Кроме этого вида разрядных ламп широко распространены люминесцентные лампы (ЛЛ, разрядные лампы низкого давления), металлогалогенные лампы (МГЛ или ДРИ), дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ). Меньше распространены лампы в парах ксенона (ДКсТ).
Характеристики
Срок службы от 3 000 часов до 20 000.
Эффективность от 40 до 150 лм/Вт.
Цвет излучения: тепло-белый (3000 K) или нейтрально-белый (4200 K)
Цветопередача: хорошая (3000 K: Ra>80) , отличная (4200 K: Ra>90)
Достоинства разрядной лампы:
Высокая эффективность ламп
Длительный срок службы по сравнению лампами накаливания
Недостатки разрядной лампы:
- для работы ламп необходимы балласты и зажигающие устройства (ПРА)
- не любят плохих сетей: если напряжение сети отклоняется от номинала более чем на 3%, то необходимо применять электронные ПРА.
- относительная громоздкость
- чувствительность к температуре окружающего воздуха
- наличие стробоскопического эффекта. Этот эффект вызывается частыми миганиями люминесцентной лампы в такт колебаниям переменного тока в электрической цепи. В результате у человека создается нарушение правильного восприятия скорости движения предметов, вызываются неприятные ощущения.
- при неправильном включении (без защитных конденсаторов в пускорегулирующем устройстве) люминесцентные лампы становятся источниками помех
- обязательная утилизация ламп как ртутьсодержащие отходы после использования
Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока.
Как и в любом полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).
Характеристики
Срок службы до 100 000.
Эффективность от 5 до 200 лм/Вт.*
Цвет излучения: 3200 - 6000 K
Цветопередача: отличная (при Ra>90)
*(на момент написания данной работы компания Cree подтвердила, что ими был создан светодиод с рекордной световой отдачей в 208 лм/Вт с цветовой температурой 4579К. Испытания проводились при стандартных условиях испытаний светодиодов, с трансформатором постоянного тока в 350 мА и комнатной температуре.)
Достоинства светодиода
- экономично используют электроэнергию.
- срок службы до 100 тыс. часов (выведено инженерным путем, статистки нет).
- возможность получать различные спектральные характеристики.
- малые размеры.
- отсутствие ультрафиолетового излучения и малое инфракрасное излучение.
- незначительное тепловыделение.
- высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).
- малая инерционность.
- безопасность — не требуются высокие напряжения.
- нечувствительность к низким и очень низким температурам; однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.
- отсутствие ядовитых составляющих (ртуть и др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.
Недостатки светодиода
- основной недостаток — высокая цена; отношение цена/люмен у сверх ярких светодиодов в 50 — 100 раз больше, чем у обычной лампы накаливания.
- требует стабилизированный источник питания
- узкий диапазон рабочей температуры в верхней части шкалы; как и для всех полупроводников, у светодиода высокая температура приводит к ухудшению параметров и ускоренной деградации элементов; мощные осветительные светодиоды требуют внешнего радиатора для охлаждения, потому что имеют конструкционно неблагоприятное соотношение своих размеров к выделяемой тепловой мощности (они слишком мелкие) и не могут рассеять столько тепла, сколько выделяют (несмотря даже на более высокий КПД, чем у ламп прочих видов).