Электрические источники света —
Основными источниками искусственного освещения являются лампы накаливания и люминесцентные лампы.
Лампа накаливания, изобретенная в 1873 г. русским инженером А. Н. Лодыгиным и усовершенствованная затем Эдисоном, имеет устройство, показанное на рис. 14,2.
Обычно лампы накаливания мощностью до 40—60 Вт изготовляются вакуумными, а лампы большей мощности — газонаполненными. В качестве наполнителей используют инертные газы: аргон, криптон, ксенон, азот.
Наполненные газом лампы имеют более высокий к. п. д. и больший срок службы, так как газы-наполнители уменьшают распыление нити накаливания. Для уменьшения распыления и улучшения к. п. д. нить накаливания сворачивается в двойную спираль.
Свечение лампы происходит за счет нагрева спирали до 2572—3073 К. При такой температуре световой к. п. д. лампы составляет всего 1—4. С увеличением температуры он увеличивается, однако лампа быстро выходит из строя.
Световая отдача (отношение светового потока к потребляемой пз сети мощности) составляет 7,9— 18,2 лм/Вт.
Срок службы лампы— 1000 ч.
К достоинствам ламп накаливания относятся: простота устройства; низкая себестоимость; независимость работы лампы от окружающей температуры; малые габариты.
К недостаткам лампы накаливания относятся: малый срок службы; низкий световой к. п. д.; малая светоотдача; взрывоопасность (высокая температура светящегося тела); чувствительность к колебаниям напряжения.
Люминесцентная лампа (рис. 14.3) состоит из стеклянной трубки 1, на концах которой укреплены цоколи 2 с вольфрамовыми бисспиральными электродами 3, покрытыми пленкой окиси бария.
После откачивания воз духа из трубки в нее вводится некоторое количество ртути и аргона. Внутренняя поверхность трубки покрывается люминофором, который под воздействием ультрафиолетового излучения пароп ртути при горении лампы светится видимым светом.
Спектр свечения зависит от состава люминофора. На лампах ставят следующие обозначения, указывающие на характер свечения: ЛД — лампы дневного света; ЛБ — лампы белого света; ЛХБ — лампы холодно-белого света; ЛТБ — лампы теплого белого света и т. д.
Коэффициент полезного действия люминесцентных ламп выше, чем ламп накаливания, и составляет около 6Уо, светоотдачи — 32—43 лм/Вт, срок службы — 3000 ч.
Горение лампы обеспечивается за счет разряда в парах ртути, который происходит между электродами 3. Для горения лампы достаточно, чтобы между электродами было напряжение около 60 В и напряжение на нитях накала 6 В. Однако для зажигания лампы необходимо напряжение 700—800 В, поэтому люминесцентные лампы имеют специальное пусковое устройство.
К достоинствам люминесцентных ламп относятся: большой срок службы; значительная светоотдача (в 3— 4 раза больше, чем в лампах накаливания); спектр света, более близкий к солнечному свету; их частичная взрывобезопасность. Опытами установлено, что температура нагрева элементов лампы в процессе горения недостаточна для засыпания взрывоопасной смеси » случае разрушения трубки лампы. Однако при зажигании лампы методом подогрева электродов, температура их достаточна для взрыва метано-воздушной смеси.
К недостаткам люминесцентных ламп относятся: большие габариты ламп; необходимость специального пускового устройства, которое не только громоздко, но и ухудшает коэффициент мощности; чувствительность ламп к низким температурам (при низких температурах лампа не зажигается); стробоскопический эффект.
Несмотря на перечисленные недостатки, люминесцентные лампы широко используются для освещения подземных выработок, так как они экономичнее ламп накаливания, более близкий к дневному, в процессе работы имеют невысокую температуру.
На рис. 14.4 представлены две схемы зажигания люминесцентных ламп: без подогрева электродов и с предварительным подогревом электродов.
В схему пускового устройства с предварительным подогревом электродов (рис. 14.4, а) входят: дроссель Др для ограничения тока, стартер Ст и электроды лампы. Все эти элементы соединены последовательно и включены в сеть.
Стартер Ст представляет собой небольшую неоновую лампочку с порогом зажигания, близким к напряжению сети, и с одним электродом, изготовленным из биметалла,
При включении напряжения стартер Ст зажигается, в результате чего электроды его нагреваются и через некоторое время (0,5; 1 с) замыкаются. Величина тока в дспи увеличивается. Электроды лампы нагреваются, нагревается газ внутри трубки, происходит испарение ртути, газовое пространство ионизируется, возникает термоэлектронная эмиссия.
В этот момент остывший биметаллический электрод стартера размыкает электрическую цепь. В дросселе Др возникает э. д. с. самоиндукции значительной величины, на электродах 2 появляется высокое напряжение (600— 800 В), в результате чего лампа зажигается.
Так как при горении лампы Л на электроды стартера Ст подается напряжение ниже порога зажигания его, стартер не зажигается до тех пор, пока по какой-либо причине лампа Л не потухнет. Как только лампа потухнет, стартер зажжется и процесс подогрева электродов и зажигания лампы повторится.
Так как лампа тухнет и при разрушении трубки, то стартер включит накал электродов в момент непосредственного контакта их с рудничной атмосферой. Температура нагрева электродов при зажигании лампы достаточна для воспламенения метано-воздушной смеси, поэтому этот способ зажигания лампы представляет повышенную опасность при применении его в рудничных светильниках.
Конденсатор CI применяется для уменьшения радиопомех, конденсатор С2 — для повышения коэффициента мощности лампы.
На рис. 14.4, б показана схема бесподогревного способа зажигания лампы, за счет использования эффекта ударной ионизации газового пространства. Здесь в цепь лампы включен автотрансформатор АТ. Вначале он работает как автотрансформатор, повышая напряжение на электродах лампы Л до величины, необходимой для зажигания лампы, а затем как дроссель, ограничивающий величину тока в цепи горящей лампы. Конденсатор С используется для повышения коэффициента мощности устройства.
Для бесподогревного зажигания ламп используется также схема с резонансом напряжения.
Бесподогревные способы зажигания уменьшают срок службы ламп вследствие более быстрого распыления и оплавления активной части электродов.
Кроме рассмотренных люминесцентных ламп (иногда их называют ртутными лампами низкого давления), в угольной промышленности все большее « распространение получают ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью (сокращенно они называются ДРЛ и четырехэлектродная ДРЛ).
В сеть включается специальное пусковое устройство, состоящее из трансформатора-дросселя Тр, конденсатора С, селенового выпрямителя Д, ограничивающего сопротивления R и разрядника Р (рис. 14.5, б).
При включении напряжения конденсатор С заряжается через выпрямитель Д и сопротивление R.
При повышении напряжения на конденсаторе до некоторого значения произойдет разряд через разрядник Р, вследствие чего на первичной обмотке трансформатора Тр возникает импульс высокого напряжения, зажигающий лампу.
При горении лампы напряжение на конденсаторе ниже пробивного напряжения разрядника и разрядов. Постепенно (в течение 4—б мин) давление в кварцевом баллоне увеличивается, горение становится дуговым. Ультрафиолетовые лучи люминофором превращаются в видимый спектр света.
В подземных условиях применяют аналогичную лампу, но с четырьмя электродами (рис. 14.6, а). Электроды 1 и 2 являются рабочими, а 3 и 4 — зажигающими. Зажигающие электроды располагаются рядом с противоположными по фазе рабочими электродами на достаточно малом расстоянии, которое не препятствует возникновению тлеющего разряда при напряжении сети.
При подаче напряжения вначале происходит разряд между электродами I—3 и 2—4, а через 4—6 мин возникает дуга между рабочими электродами 1 и 2.