ние разрядного промежутка уменьшается нз-за роста термоэлектронной эмнсснн н ноннзацнн газа, н разряд переходит в дуговой, характеризующийся интенсивным свечением ионизнрованного газа - плазмы. При этом электрическое сопротивление дуги уменьшается быстрее, чем возрастает ток. Вследствие этого с увеличением тока напряжение на разрядном промежутке убывает (дуга имеет «падающую» вольт-амперную характеристику). Это означает, что при включении газоразрядной лампы непосредственно в сеть ток через нее неограниченно возрастает, и лампа выходит из строя; в ГЛВД при этом обычно разрушаются токо-подводы внутри колбы или вводы в разрядную трубку. Поэтому для

200 ЮО О

Рис. 1. Статическая вольт-амперная характеристика электрического разряда:

А - напряжение аажнгаиня тлеющего разряда; ВВ -область нориальиого тлеющего разряда; ВГ -область аномального тлеюшего разряда; ГД -область перехода к теринческой эииссиш катода; ДЕ - область дугового рааряда

J0" W 1,А

нормальной работы газоразрядная лампа должна включаться в сеть последовательно с балластным сопротивлением.

Работа газоразрядных ламп на переменном токе. При включении газоразрядной лампы в сеть переменного тока ее электроды поочередно работают в режиме анода и катода, а ток в лампе изменяет свое направление в каждый полупернод. При этом происходят погасание н перезажиганне разряда, которые иногда сопровождаются паузами тока, приводящими к остыванию электродов и распылению их в катодный полупериод.

Б качестве балластных сопротивлений могут использоваться активные, индуктивные или емкостные сопротивления, включаемые последовательно с лампой.

Активный балласт практически не применяется. Это объясняется тем, что в этом случае устойчивая работа лампы возможна лишь со значительными потерями в нем, превышающими 50 %. Кроме того, практическое отсутствие сдвига между фазами напряжения сети и тока через лампу отрицательно сказывается на ее перезажиганин, так как имеют место паузы тока (рис. 2,о). Это вызывает повышенные пульсации излучения лампы и ухудшает режим работы электродов, что сокращает срок службы лампы.

Наиболее распространенный тип балласта - индуктивный. Он обеспечивает благоприятный сдвиг фаз между напряжением сети н током. Б момент начала паузы тока к лампе оказывается приложенным почти амплитудное значение напряжения сети, которое немедленно переза-

жигает лампу (рис. 2,6). Это улучшает режим работы электродов и уменьшает пульсации излучения. Другим преимуществом индуктивного балласта являются малые активные потерн мощности. Обычно они не превышают 10 % мощности лампы. К недостаткам таких балластов следует отнести их сравнительно большие массу н размеры, сложность изготовления, а также невысокий коэффициент мощности (0,45-0,6), который можно, однако, повысить почти до единицы, подключив к балласту конденсатор, компенсирующий реактивную мощность.

Емкостный балласт, как и активный, в сетях промышленной частоты практически не применяется. Из рис. 2,в видно, что сдвиг по фазе

Рис. 2. Осциллограммы напряжения питания «с, напряжения на газоразрядной лампе Uji, тока t и светового потока Ф при работе с балластами:

о - активным; б - индуктивным; в - емкостным

между напряжением сети н током оказывается в этом случае еще менее благоприятным, чем у активного балласта. Однако последовательное присоединение к емкостному балласту индуктивного при сохранении результирующего емкостного характера балласта значительно улучшает параметры: форма кривой тока приближается к синусоидальной, а форма напряжения на лампе - к прямоугольной. Такие балласты можно применять попарно с индуктивными для взаимной компенсации реактивной мощности в осветительной установке.

Пульсации излучения. Излучение газоразрядных ламп пульсирует с удвоенной частотой питающего напряжения, причем глубина пульсаций оказывается значительно выше, чем у ламп накаливания. Степень пульсации светового потока источника света зависит от его типа, типа балласта и схемы включения и характеризуется коэффициентом пульсации излучения Кш.в, %:

Фтах - Ф,

100,

где Фтах И Ф,„,„ - соответственно максимальное и минимальное значения светового потока лампы за период его изменения Т;

ср =

j" Ф (6) rf6 - среднее

значение светового потока лампы

за период Т; t - произвольный момент времени.

Минимальное значение коэффициента пульсации светового потока двух и большего количества ламп обеспечивается использованием индуктивных балластов, подключаемых к разным фазам питающей сети.

Непосредственно связанный с Кп,л коэффициент пульсации освещенности Кп влияет на зрительное утомление и производительность труда работающих в освещаемом помещении. Кроме того, пульсирующее освещение может приводить к появлению стробоскопического эффекта - кажущегося изменения или прекращения движения периодически движущегося предмета. Поэтому параметр Ка регламентируется [7] значениями от 10 до 20 % в зависимости от степени напряженности зрительной работы.

Цветовые характеристики источников света. Характеристики излучения источника света в полной мере определяются его спектром - функцией спектральной плотности потока для непрерывной части спектра или потоком излучения, приходящимся иа каждую спектральную линию,-для линейчатого спектра. Однако может оказаться, что излучения, совершенно не похожие по характеру спектра в видимой области, будут визуально казаться абсолютно тождественными как количественно, так и качественно. Принято считать, что такие излучения имеют одинаковый цвет. Система обозначения н измерения цвета - колориметрия основана на факте наличия в глазе человека трех видов светочувствительных приемников, различающихся спектральными свойствами. Впервые это предположение высказал М. В. Ломоносов, а позднее в трудах Т. Юнга и Г. Гельмгольца была детально разработана трехцветная теория цветового зрения. Многочисленные эксперименты подтвердили эту теорию, что позволило представить многообразие цветов в виде трехмерного пространства, т. е. выразить любой цвет как линейную комбинацию трех цветов, принятых за основные.

В 1931 г. Международная комиссия по освещению (МКО) рекомендовала колориметрическую систему XYZ, основные цвета которой подобраны так, что все компоненты любых цветов имеют положительный знак, а одна из них, соответствующая координате У дает значение яркости, при этом две другие имеют нулевую яркость.

Координаты цвета излучения источника света выражаются в виде

Л- = J S (X) dl; У = J S(l)y (l)d\;

380 380

где S(>.) - функция относительной спектральной плотности энергетической величины излучения источника света; х(Х), у(Х), г(Л) - ординаты кривых сложения МКО 1931 г. [8].

Если нас интересуют только качественные характеристики излучения, то можно ввести координаты цветности х, у, г:

x=X/(X+Y+Z); y=YI(X+Y-Z); z=ZI(X+Y+Z).

Так как jc--(/-f-z= 1, то достаточно знать только две координаты, например х к у. Эти координаты определяют цветовой график х, у МКО 1931 г. Он представляет собой сечение цветового пространства плоскостью .--y--Z= 1. График изображен на рис. 3. Излучение любой цветности находится на графике х, у а области, ограниченной замкнутой линией - локусом. Криволинейная часть локуса соответствует чистым спектральным цветам, а прямолинейная часть лежит в зоне пурпурных цветов. Указанным на локусе значениям длин волн можно поставить в соответствие следующие характерные цвета (границы спектральных зон установлены МКО для оценки цветовых характеристик источников света):

Длинэ волны

380-420 420-440 440-460 460-510 510-560 560-610 610-650 660-780

Цчет

Фиолетовый

Снне-фиолетовый

Синий

Голубой

Зеленый

Желто-оранжевый Оранжево-красный Красный

На рис. 3 показана также линия цветности излучения черного тела для различных температур, выраженных в Кельвинах. Если излучение лампы имеет цветность, совпадающую с цветностью излучения черного тела при данной температуре, то говорят, что эта температура является цветовой температурой источника света. Если цветность лампы не совпадает ни с одной из точек линии черного тела, выбирается точка линии, визуально воспринимаемая как самая близкая по цветности к лампе. Для этого можно воспользоваться увеличенным графиком х, у с нанесенными на него изотемпературными линиями - отрезками прямых, каждая точка которых соответствует цветовой температуре, определяемой точкой пересечения данной прямой с линией черного тела (рнс. 4).

Важной характеристикой источника света является его цветопередача. Источники света, излучения которых имеют одинаковые координаты цветности и, следовательно, одинаковую цветовую температуру, могут в зависимости от их спектральных составов совершенно по-разному передавать цвета освещаемых предметов. Показателями качества цветопередачи источника света служат индексы цветопередачи, которые определяются на основе значений цветовых различий, получаемых на

стандартных цветных отражающих образцах при переходе от испытуемого источника света к эталонному. Общий индекс цветопередачи /?, дает усредненную характеристику для восьми цветных образцов средней насыщенности. Насыщенностью называется характеристика зри-

О 0,1 0,2 03 Oh 0,5 0,6 0J а: Рис. 3. Цветовой график х, у МКО 1931 г. с линией черного тела

0,5 У

Рис. 4. Фрагмент цветового графика х, у МКО 1931 г. с линией черного тела и семейством изотемпературных линий для определения цветовой температуры источников света:

f -ланпа ДРИ с йоднданн натрня н скаидня: 2 - ланпа ДРИ с йоднданн натрня, нпдня н таллия: 3 -лампа ДНаТ

тельного ощущения, служащая для оценки отличия данного цвета от ахроматического (белого) цвета той же светлоты. Оценка цветопередачи производится по эталонному источяику, который должен иметь такую же или почти такую же цветность, что и исследуемый источник Для источников света с цветовой температурой 5000 К и ниже в каче стве эталона используется излучатель Планка; для источников с цвето вой температурой выше 5000 К -дневной свет, спектральное распре деление которого рассчитывается как функция цветовой температуры Для каждого контрольного образца вычисляется специальный индекс цветопередачи Re

Ri=m-A,&Eu

где hEi - цветовое различие при освещении t-ro контрольного образца исследуемым и эталонным источниками света.

Общин индекс цветопередачи находится как среднее арифметическое из восьми значений Ri для контрольных образцов:

Методика нахождения индексов цветопередачи приведена в [9].

Некоторые газоразрядные источники света, в которых применяется люминофор, компенсирующий недостаток излучения разряда в красной области спектра, характеризуются относительным содержанием красного излучения в результирующем спектре. Эта характеристика, называемая «красным отношением» и обозначаемая Ф», определяется как отношение светового потока источника в красной области спектра (600- 780 им) к полному световому потоку и выражается в процентах.

Общая характеристика ГЛВД. В ртутных лампах низкого давления (около 10 Па), типичными представителями которых являются люминесцентные лампы, излучение разряда равномерно заполняет объем трубки. При повышении давления паров ртути разряд начинает стягиваться к оси трубки в шнур, в котором при давлении порядка 10 Па достигается равенство температур электронов и атомов (равновесная плазма). Начало стягивания разряда свидетельствует о переходе к разряду высокого давления. Подвижность электронов при повышении давления уменьшается. Это приводит к увеличению градиента потенциала в разряде, что позволяет при небольших токах выделять большие мощности в сравнительно малом межэлектродном промежутке. Высокая удельная мощность разряда приводит к значительному нагреву разрядной трубки, которую поэтому приходится изготавливать из кварца. Плотности излучения разряда высокого давления в сотни раз превосходят аналогичные характеристики