KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG chương 2 NGUỒN SÁNG (đèn điện)

Phân loại nguồn sáng theo CT và NLLV BÓNG ĐÈN SỢI ĐỐT LED PHÓNG ĐIỆN THƯỜNG HALOGEN QUANGHUỲNH CA THỦY NGÂN SOUDIUMNa METAL-HALIDE ỐNG COMPACT CAO ÁP THẤP ÁP... Phõn loại nguồn sỏng t

12/09/15 1

Chg 2 NGUỒN SÁNG (ĐÈN ĐIỆN)

2.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

2.1.1 Phân loại nguồn sáng (theo CT và NLLV)

BÓNG ĐÈN

SỢI ĐỐT LED PHÓNG ĐIỆN

THƯỜNG HALOGEN QUANGHUỲNH CA THỦY NGÂN (SOUDIUM)Na METAL-HALIDE

ỐNG

COMPACT

CAO ÁP

THẤP ÁP

12/09/15 2

2.1.1 Phõn loại nguồn sỏng (theo CT và NLLV)

ống phóng điện đ ợc rút một phần khí,

áp suất thấp hơn áp suất khí quyển ống phóng điện đ ợc nạp khí,

áp suất cao hơn áp suất khí quyển một chút

Quá trình phóng điện trong gồm ba b ớc:

❧ Tạo nên các điện tử tự do và gia tốc điện tử bằng điện tr ờng.

❧ Động năng của các điện tử tự do biến đổi thành năng l ợng kích thích của

các nguyên tử chất khí.

❧ Năng l ợng kích thích của các nguyên tử chất khí đ ợc biến đổi thành bức xạ

ánh sáng nhìn thấy

12/09/15 3

2.1.1 Phân loại nguồn sáng (bố trí và kích thước)

a Nguồn sáng điểm

Khi khoảng cách từ nguồn đến mặt làm việc lớn hơn nhiều

so với kích thước nguồn sáng (thường nguồn sáng có kích thước nhỏ hơn 0,2 khoảng cách chiếu sáng đều có thể coi là nguồn sáng điểm) Bóng đèn sợi đốt, compact có thể coi là nguồn sáng điểm

b Nguồn sáng đường

Một nguồn sáng được coi là nguồn sáng đường khi chiều dài của nó đáng kể so với khoảng cách chiếu sáng Có thể coi đèn ống là nguồn sáng đường Các băng sáng, bóng đèn được bố trí thành các dải sáng là nguồn sáng đường

c Nguồn sáng mặt

Các đèn được bố trí thành mảng hoặc ô sáng được coi như nguồn sáng mặt

12/09/15 4

Sợi đốt Halogen

2.1.2 Sơ lược lịch sử phát triển và phạm vi sử dụng

12/09/15 5

2.2 CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CƠ BẢN

2.2.1 Điện áp và Công suất

220V/250W 220V/100W

CẦN PHÂN BIỆT

• Điện áp trên bóng đèn hay trên bộ đèn

• Công suất bóng đèn hay trên bộ đèn

W

lm P

F

2.2.3 Hiệu suất phát quang

(luminous efficiency)

 Đánh giá quá trình biến đổi điện năng thành quang năng;

 Hiệu suất phát quang càng cao, chứng tỏ đèn càng TKĐN.

2.2.2 Quang thông F

12/09/15 6

Hiệu suất phát quang của một số loại đèn

12/09/15 7

2.2.4 Nhiệt độ màu T (Colour Temperature)

Như vậy, để xác định T của nguồn sáng cần phải so sánh ánh sáng của nó với ánh sáng bức xạ của vật đen tuyệt đối được đốt nóng khoảng 2000-100000K

Để đánh giá chính xác hơn các loại ánh sáng trắng, người ta dùng khái niệm nhiệt độ màu T

12/09/15 8

2.2.4 Nhiệt độ màu T (Colour Temperature)

12/09/15 9

2.2.4 Nhiệt độ màu T (Colour Temperature)

12/09/15 10

2.2.4 Nhiệt độ màu T (Colour Temperature)

❧ T của một NS không phải nhiệt độ của bản thân nó.

❧ Nhiệt độ màu cho ta cảm giác định tính về vùng cực đại trong

phổ năng lượng của nguồn sáng.

 Ta nói ánh sáng đèn sợi đốt là ánh sáng “ấm” vì có phổ năng lượng cực đại nằm ở vùng bức xạ màu đỏ,

 Còn ánh sáng đèn huỳnh quang là ánh sáng “lạnh” vì phổ năng lượng bức xạ của nó giàu màu xanh da trời.

 Qua các nghiên cứu, người ta chỉ ra rằng:

 Nguồn có T thấp chỉ dùng cho những nơi đòi hỏi độ rọi thấp;

 Ngược lại, nơi đòi hỏi độ rọi cao lại phải dùng các nguồn có nhiệt độ màu lớn (ánh sáng lạnh).

Vì vậy trong thiết kế chiếu sáng, người ta coi T như tiêu chuẩn đầu tiên để lựa chọn NS phù hợp với không gian có độ rọi yêu cầu đã biết nhằm đạt được môi trường ánh sáng tiện nghi.

12/09/15 11

Biểu đồ Kruithof

Biểu đồ Kruithof là tiêu chuẩn đầu tiên cho sự lựa chọn nguồn sáng Ta nhận thấy muốn có độ rọi với độ tiện nghi cao thì nguồn sáng phải có nhiệt độ màu thích hợp

12/09/15 12

2.2.5 Chỉ số truyền đạt mầu

Để đánh giá khả năng phân biệt chính xác màu sắc của vật được chiếu sáng ánh sáng của một nguồn sáng đó, người ta đưa ra khái niệm CRI

12/09/15 13

12/09/15 14

1.2.5 Chỉ số truyền đạt mầu

12/09/15 15

1.2.5 Chỉ số truyền đạt mầu

12/09/15 16

2.3 ĐÈN SỢI ĐỐT

2.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

12/09/15 17

2.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

12/09/15 18

2.3.2 Đặc điểm của đèn sợi đốt:

a Ưu điểm:

phép sử dụng trong chiếu sáng chất lượng cao

kèm; dễ dàng điều khiển; bật sáng tức thời và giá thành thấp

b Nhược điểm:

nóng; chịu rung động của đèn kém.

500h.

12/09/15 19

12/09/15 20

Ảnh hưởng của điện ỏp đến cỏc đặc tớnh của đốn

❧ Gọi Φ0, I0, P0, D0 là quang thông, dòng điện, công suất, tuổi thọ của đèn ở điện áp định mức U0, khi ta đặt lên đèn một

điện áp U thì có quan hệ :

Φ/Φ0 = ( U/U0 )3,5 (2.1)I/I0 = (U/U0 )0,5 (2.2)P/P0 = ( U/U0 )1,5 (2.3)D/D0 = ( U0/U)13,5 (2.4)

12/09/15 21

2.3.3 Phạm vi sử dụng:

12/09/15 22

2.3.3 Phạm vi sử dụng:

12/09/15 23

Từ năm 1960, ngoài khí trơ người ta còn bổ sung Halogen (Iốt, Brom)

khi đó vonfram bốc hơi lắng đọng trên sợi đốt mà không bị ngưng đọng trên thành bóng đèn cho phép đạt nhiệt độ 31000K, hiệu quả ánh sáng từ 20-27lm/W tuổi thọ trung bình 2000h.

12/09/15 24

12/09/15 26

Thiết bị mồi đèn: Để gây phóng điện ban đầu và duy trì ổn định ánh sáng, phải dùng thiết bị mồi đèn Thiết bị mồi đèn hay dùng

là tắc-te và chấn lưu

và bị dãn nở chập mạch làm cho tắc te không phóng điện nữa, nhiệt độ giảm đi Sau một khoảng thời gian ngắn bản l ỡng kim

hở mạch kéo theo mạch điện qua chấn l u hở mạch Năng l ợng

từ tr ờng tích lũy trong chấn l u tạo nên quá điện áp quá độ khi

hở mạch gây phóng điện ban đầu trong đèn

đầu trong đèn.

Trong cả hai tr ờng hợp nên sử dụng một điện dung nhỏ

cỡ 6nF làm tăng thời gian quá điện áp do đó mồi đèn dễ dàng hơn.

12/09/15 29

Đèn HQ với chấn lưu điện từ

12/09/15 30

Đèn HQ với chấn lưu điện tử

12/09/15 31

CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CHÍNH

12/09/15 32

12/09/15 33

12/09/15 34

12/09/15 35

ƯU ĐIỂM CỦA ĐÈN HQ

12/09/15 36

NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐÈN HQ

12/09/15 37

12/09/15 38

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA ĐÈN HQ

12/09/15 39

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA ĐÈN HQ

12/09/15 40

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA ĐÈN HQ

12/09/15 41

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA ĐÈN HQ

12/09/15 42

12/09/15 43

12/09/15 44

2.5 ĐÈN PHÓNG ĐIỆN KHÁC

12/09/15 45

BÓNG PHÓNG ĐIỆN

Phóng điện trong môi

trường khí hoặc hơi

kim loại

Ống thạch anh

Dòng HQ

Nguyên tử Bầu thủy tinh Bức xạ UV

12/09/15 46

12/09/15 47

2.5.1 ĐẩN THỦY NGÂN CAO ÁP

❧ Phóng điện trong hơi thủy

ngân có áp suất cao từ 1 đến

10 at bức xạ ánh sáng gồm

bốn vạch chính là 400, 430,

540, 560 nm và có màu trắng

12/09/15 48

2.5.1 ĐẩN THỦY NGÂN CAO ÁP

❧ Đèn hơi thuỷ ngân đ ợc phát triển đầu tiên từ năm 1901 nh ng đèn thủy ngân cao áp đ ợc sử dụng chiếu sáng trong nhà từ năm 1960, sau

đó đ ợc cải tiến nhờ sử dụng thêm phốt pho tạo nên màu trắng deluxe

❧ Hiệu quả ánh sáng khoảng 50 lm/W, chỉ số thể hiện màu thấp Do đặc tính của đèn thủy ngân bị xuống cấp nhanh và hiệu quả năng l ợng thấp nên đèn thủy ngân cao áp có xu h ớng bị loại bỏ

12/09/15 49

2.5.2 ĐẩN HALOGEN KIM LOẠI (METAL HALIDE)

❧ Nguyên lý phóng điện của hơi

halogen kim loại đ ợc Steinmetz

mô tả đầu tiên từ năm 1911 và đ

ợc công ty General Electric ứng

dụng đầu tiên trong công nghiệp

❧ Nó là đèn thủy ngân CA cho

thêm vào môi tr ờng thủy ngân

muối iốt của các kim loại nh

Indi, Thali, Natri Vì iốt thuộc

nhóm halogen nên những đèn có

môi tr ờng này gọi là đèn halogen

kim loại (Metal halide)

12/09/15 50

2.5.2 ĐẩN HALOGEN KIM LOẠI (METAL HALIDE)

❧ Các loại đèn này có hiệu quả

sáng khoảng 70-100 lm/W và đ

ợc chế tạo với dải công suất từ

32 đến 2000 W nhiệt độ màu

2700-45000K, CRI = 65-80.

❧ Đèn Metal halide thay thế

TNCA trong chiếu sáng nhà x

ởng, sân thể thao, quảng tr ờng,

cầu cảng nhằm TKĐN.

❧ Nh ợc điểm của đèn này là giá

thành cao, sau một thời gian sử

dụng màu bị thay đổi

12/09/15 51

2.5.3 ĐẩN SODIUM CAO ÁP ( HPS)

❧ Đèn Sodium áp suất cao xuất

hiện năm 1961 và đ ợc th ơng mại

hóa vào năm 1965, sử dụng trong

chiếu sáng ngoài trời, chiếu sáng

các công trình công nghiệp, văn

hóa thể thao và là nguồn sáng lý t

ởng cho chiếu sáng đ ờng giao

thông

❧ Cấu tạo đèn gồm bóng thủy tinh

alumin hình ô van, kích th ớc t ơng

đối nhỏ, có hơi Natri với áp suất

250 mm Hg, đui xoáy, công suất

từ 35 đến 1000W

màu t ơng đối kém, CRI = 20

Tuổi thọ lý thuyết có thể tới

10.000 giờ

12/09/15 53

2.5.4 ĐẩN NATRI ÁP SUẤT THẤP LPS (SODIUM TA)

 Được sử dụng từ 1940 ở chõu õu và năm 1970 ở Mỹ.

 ống phát hồ quang (hình chữ U) làm từ thủy tinh chịu

nhiệt, chứa Natri và một l ợng nhỏ khí argon và

neon. Áp suất trong ống khoảng 10 -3 mm Hg, khoảng

giữa ống phóng điện và ống phía ngoài là chân không

ánh sáng đ ợc phát ra bởi điện tử tác động lên các

nguyên tử Natri gây ra hồ quang. Nguyên tử Natri ở

trạng thái kích thích khi chuyển về trạng thái cơ bản sẽ

phát ra ánh sáng đơn sác màu vàng, trong đó 95% tại b

ớc sóng 589nm còn lại 5% phát tại b ớc sóng 586nm.

 Bức xạ đèn Sodium áp suất thấp đơn sắc màu da cam, với b ớc sóng này

ảnh của đối t ợng đ ợc tiêu tụ đúng trên võng mạc, vì thế đèn Sodium áp suất thấp thích hợp cho việc chiếu sáng hệ thống giao thông, dễ dàng quan sát các đối t ợng đang chuyển động

12/09/15 54

12/09/15 55

12/09/15 56

12/09/15 57

12/09/15 58

12/09/15 59

12/09/15 60

12/09/15 61

12/09/15 62

12/09/15 63

12/09/15 64

12/09/15 65

12/09/15 66

12/09/15 67

các nguyên tử sulphur trong

môi tr ờng khí Argon khi bị kích

thích bằng vi sóng (đ ợc phát

minh năm 1990).

 Không chứa thủy ngân, bền màu, ít bị già hóa, thời gian khởi động rất ngắn, bức xạ hồng ngoại ít, bức xạ cực tím cũng rất yếu, hiệu suất cao (khoảng 100 lm/W), rất sáng và phân bố phổ đầy trong vùng nhìn thấy Đây

là đèn lý t ởng để chiếu sáng trong nhà tại những nơi diện tích rộng nh nhà máy, kho hàng, nhà thi đấu và các phố buôn bán Nó cũng là nguồn sáng lý

t ởng cho chiếu sáng ngoài trời, cho chiếu sáng kiến trúc.

❧ Đèn Sulphur có thể điều chỉnh quang thông đến mức 30% cung cấp ánh sáng có nhiệt độ màu đến 6.000 K với CRI = 80 Do không có sợi đốt nên loại đèn này không thay đổi màu và c ờng độ sáng theo thời gian

12/09/15 69

2.5 CÁC NGUỒN SÁNG MỚI

2.5.2 Đốn LED (Light Emitting

Diode)

Phần chủ yếu của một LED là tinh

thể bán dẫn InGaN tạo nên chuyển

tiếp P-N Khi đặt điện áp nhỏ lên

chuyển tiếp sẽ tạo nên các điện tích

di động chạy qua chuyển tiếp và

12/09/15 70

2.5.2 Đèn LED

12/09/15 71

12/09/15 72

12/09/15 73

12/09/15 74

12/09/15 75

12/09/15 76

12/09/15 77

12/09/15 78

12/09/15 79

12/09/15 80