MiniElektrikář 31. - Světelné spotřebiče

1. Teplotní zdroje – září rozžhavené vlákno (žárovky, halogenidové žárovky)

Vlastnosti:

• velmi nízká účinnost přeměny jiného druhu energie na světlo
• velký podíl energie vyzářené v podobě tepla (hlavní část)
• spojité rozložení světla ve spektru podle fyzikální křivky teplotního zářiče
• subjektivně příjemné vnímání světla lidským okem
• závislost barvy světla na teplotě zářiče
• závislost účinnosti zdroje na teplotě zářiče

2 .Výbojové zdroje
pracují na principu elektrického výboje, který je schopen v určitém daném prostředí vyvolat záření. Záření může být v ultrafialovém pásmu nebo přímo ve viditelném (okem vnímaném) pásmu. Ultrafialové záření je pro lidský zrak neviditelné, proto se musí transformovat na viditelné záření. To se obvykle provádí pomocí luminoforů, látek, které jsou naneseny na vnitřním povrchu světelného zdroje.

Příklady:

• zářivky
• halogenidové
• sodíkové výbojky.

Zářivkové trubice - konstrukce, zapojení

Řez zářivkovou trubicí
1. patice   2. elektroda   3.rtuť   4.trubice   5.luminiscenční povlak

Jedná se nízkotlaké skleněné válce plněné rtuťovými parami, ve kterých ultrafialové záření výboje mění vrstvou luminoforu ve viditelné záření.

běžné zapojení zářivky se startérem
1. zářivka   2. zapalovač   3. tlumivka   4.kompenzační kondenzátor

Trubice se připojují na napětí 230V/50Hz zapojené v sérii s tlumivkou. Toto napětí ovšem nestačí při studených elektrodách k zapálení výboje. Proto se musí tyto elektrody před zapálením nažhavit a potom zvýšeným napětím výboj zapálit. U standardních svítidel se k tomuto účelu používá doutnavkový startér. Doutnavka startéru je plněná neonem a má dvě elektrody, jednu pevnou a druhou z bimetalu. Za studena se tyto elektrody nedotýkají, až se zářivka připojí na síťové napětí, v doutnavce startéru vznikne "doutnavkový výboj". Tím se elektroda z bimetalu zahřeje a prohne, což zapříčiní spojení obou elektrod doutnavky. Po spojení dojde k průchodu (až o 50% než Ijmen zářivky) většímu proudu elektrodami zářivky a elektrody se rozžhaví na teplotu (kolem 800°C), kdy dochází k emisi. Náplň zářivky se ionizuje a během toho se v doutnavce ochladí elektrody a bimetal rozpojí obvod. Rozpojením elektrod vznikne v obvodu napětí. Napětí se indukuje ve vinutí tlumivky, což je cca 500V, to se sčítá se síťovým napětím. Výsledný součet obou napětí se objeví na elektrodách zářivky, kde se tím zapálí výboj. V okamžiku průchodu proudu zářivkou, se síťové napětí rozdělí mezi trubici (cca 110V) a tlumivku (170V). Protože napětí na trubici je menší než napětí na výboji doutnavky startéru, doutnavka již znovu nezapálí. Ve startéru naleznete vedle skleněné baňky ještě kondenzátor (0,005mF), který jedna plní funkci odrušovací a také zlepšuje zapalovací podmínky.

Účiník zářivky vlivem tlumivky je menší než 0,5 proto jej kompenzujeme na hodnotu 0,95 paralelně připojeným kondenzátorem.

3. Elektronický předřadník

Vysokofrekvenční předřadník je elektronický přístroj, který rozsvěcí a napájí zářivku. Je součástí svítidla a nahrazuje tlumivku se startérem a kondenzátorem. Zpravidla jediný předřadník napájí všechny zářivky ve svítidle, až čtyři. Předřadník nelze použít pro dvoupinové kompaktní zářivky s vestavěným startérem. Naopak kompaktní zářivky s žárovkovou paticí (tzv. úsporky) mají celou elektroniku předřadníku vestavěnou v patici.

Jde v podstatě o měnič napětí, koncipovaný nejčastěji tak, že se vstupní střídavé napětí usměrní a následně vyrobí střídavé napětí o frekvenci 30 kHz. Tímto vysokofrekvenčním napětím se teprve napájí zářivka. Dnešní předřadníky jsou s teplým startem. To znamená, že před zažehnutím výboje jsou elektrody zářivky 0,5–1,5 sekundy předehřáty. Tím se významně snižuje opotřebení elektrod, zážeh je okamžitý, bez blikání. Vysokofrekvenční napájení zařídí, že lidské oko nerozpozná chvění světla za provozu. Je prakticky potlačen také stroboskopický jev.

4. Zdroje přímo emitující světelné záření (LED)

Zkratka LED vznikla z anglického označení „Light Emitting diode“ (dioda vyzařující světlo). Je to vysoce efektivní výbojový světelný zdroj, který funguje na principu polovodičových destiček, které přetvářejí elektrický proud přímo na světlo s úzkým spektrem.

Z principu funkce LED vyplývá, že nelze přímo emitovat bílé světlo - starší bíle zářící diody většinou obsahují trojici čipů vybíraných tak, aby bylo aditivním míšením v rozptylném materiálu vrchlíku obalu diody dosaženo vjemu bílého světla.

Pravé bílé LED využívají luminoforu. Některé bílé LED emitují modré světlo, část tohoto světla je přímo na čipu luminoforem transformována na žluté světlo a díky mísení těchto barev vzniká bílá. Jiné typy bílých LED emitují ultrafialové záření, to je přímo na čipu luminoforem transformováno na bílé světlo.

Výhody:

• velmi vysoká účinnost, 10x - 12 x větší oproti klasickým žárovkám
• 30x - 100x delší životnost
• okamžitě se rozsvítí do optimálního, respektive plného výkonu
• lze je zapínat a vypínat v krátkých intervalech, aniž by to ovlivnilo jejich dlouhověkost
• snadno se reguluje osvětlení, nemění se barva dle intenzity
• nevyzařují ultrafialové a infračervené světlo
• jsou bezpečnější, povrchová teplota nepřivodí popáleniny, nesnadno se nárazem poškodí

5. Veličiny pro osvětlení

Světelný tok Φ neboli energie záření ve viditelném pásmu, kterou je schopen světelný zdroj vyzářit do okolního prostoru, měříme v lumenech (lm).

Pokud měříme množství světelného toku v určitém prostorovém úhlu (tj. v určitém směru), pak mluvíme o svítivosti, kterou měříme v candelách (cd). Svítivost je vlastně základní jednotkou a udává, jaký světelný tok vyzařuje bodový zdroj světla do prostorového úhlu 1 steradián.

Osvětlení nebo také osvětlenost (E) se udává v luxech (lx). Osvětlení určitých prostor definuje norma (schodiště min 30lx, kancel. stůl 500lx, hodinářské prac. až 5000lx).

Pro osvětlení bodovým zdrojem platí: E = Φ / h2 (h= výška zdroje nad plochou).
Příkon svítidla (Watty).

Měrný výkon světelného zdroje nám vyjadřuje množství vzniklého světelného toku (lm) při dodání 1 W elektrické energie do světelného zdroje.

Světelný zdroj	Měrný výkon [lm / W]
Žárovka obyčejná	12,5
Žárovka halogenová	17
kompaktní zářivka „Globe“	58
jednopaticová zářivka	67
lineární zářivka	97
halogenidová výbojka	100
LED čip 3x3W	70

6. Teplota chromatičnosti
Tc charakterizuje barvu světla. Uvádí se v Kelvinech (K) a vyjadřuje teplotu absolutně černého tělesa, při které toto těleso vyzařuje světlo s daným barevným odstínem. V praxi rozlišujeme několik kategorií, které charakterizují barvu světla zdroje - teple bílá (cca 3 000 K), bílá, neutrální (cca 4 000 - 4 500 K) a denní (nad 5 500 K). Tímto parametrem se nemusíme zabývat u teplotních zdrojů světla, jako jsou obyčejné nebo halogenové žárovky, kde je barva světla dána provozní teplotou spirály a obvykle je v rozmezí 2 000 až 2 500 K. Naopak u výbojových zdrojů (zářivky, výbojky) a LED je to důležitý parametr, který nám určí, zda světlo bude „teplé” nebo „studené”.

  

Teplota v Kelvinech	Typický zdroj světla
1200 - 1500	Svíčka
2500 - 3200	Běžná žárovka
3000 - 4000	Východ a západ slunce
4000 - 5000	Zářivka
5000 - 6000	Sluneční světlo
6000 - 7000	Zamračený den
7000 - 8000	Fotografie ve stínu slunce
8000 - 11000	Modré nebe bez slunce

7. Index barevného podání
Ra nám definuje kvalitu spektra a tím i věrnost zrakového vjemu jednotlivých barev povrchu, který je zdrojem osvětlen. Vyjadřuje se absolutním číslem, kde „100″ znamená nejlepší (100%) rozlišení barev a „0″ neumožňuje rozlišovat barvy.

Žárovky jsou považovány za zdroje s indexem barevného podání 100, protože jejich spektrum vyzařování je spojité a obsahuje všechny složky barevného spektra.

U zářivek, výbojek a LED může být také vysoký (vyšší než 90), ale také se prodávají zářivky, které mají index barevného podání menší než 60. Nesou označení „standard” a jsou určeny pro osvětlení pomocných prostorů (sklad, chodba…).

Přitom normy na osvětlování striktně požadují, aby v prostorech pro trvalý pobyt osob (kam prostory pro bydlení spadají) byly použity světlené zdroje s indexem barevného podání minimálně 80!

Výrobce by měl na zdroji (a také na obalu) tyto uvést hodnotu indexu barevného podání a teplotu chromatičnosti.

Obvykle jsou ve tvaru tří číslic - např. 830, 940 apod.

První číslice zde uvádí hodnotu indexu barevného podání (kvalitu vnímání barev) tzn. 8 - znamená rovný, nebo vyšší než 80 (do obytných místností je to minimální hodnota!), 9 - rovný nebo vyšší než 90 apod. 

Druhá dvojice číslic označuje teplotu chromatičnosti (barvu světla) 30 - znamená teplotu cca 3000 K (teple bílá barva), 40 - cca 4000 K (bílá barva), 27 - cca 2 700 K (barva blízká barvě světla žárovky) apod.

8. Patice a objímky viz norma IEC 60061

• Závit E40 (Edisonův závit, vnější průměr 27 mm), výbojky pro vnější osvětlení
• Závit E27 (Edisonův závit, vnější průměr 27 mm), 230 V, dolní kontakt - fáze, závit - N
• Závit E14 (Edisonův závit, vnější průměr 14 mm), 230 V, dolní kontakt - fáze, závit - N
• Závit E10 (Edisonův závit, vnější průměr 10 mm), malá napětí - kolo
• GU10 (2 symetrické kolíky o průměru 5 mm), 230 V
• MR16  - Gx5,3 (2 kontakty zasouvané do patice Gx 5,3 - vzdálenost 5,3 mm), 12 V
• MR11 - GZ4 (2 hroty zasouvané do patice GZ4), 12 V
• Patice T5 (pro zářivky), 230 V
• Patice T8/G13 (pro zářivky), 230 V
• G4 ... 12V / 24 V
• G6,35 - GY6,35 ... 12V / 24 V
• G9 ... 230 V
• R7s (2 kontakty proti sobě, halogenky jsou tenké trubičky), 230 V
• S14s
• S14d
• B15d (bajonet)
• G53