لامپها

منابع نور در جهان پیرامون ما به دو نوع طبیعی و غیرطبیعی تقسیم‌بندی می‌شوند، منابع نور طبیعی شامل خورشید، ماه و ستارگان است و منابع غیرطبیعی شامل منابعی که با سوخت فسیلی و منابعی که با سوخت الکتریکی کار می‌کنند، می‌شود. بحث ما روی همین منابع اخیر است.

1ـ لامپهای رشته‌دار یا التهابی (نور گرم) 2ـ لامپهای تخلیه در گاز (نور سرد)

1ـ لامپهای التهابی: در این لامپها با عبور جریان برق از رشته فلزی درجه حرارت آن بالا می‌رود تا این رشته تشعشع کند. به دلیل نقطه ذوب بالا و تبخیر کم، رشته فلزی این لامپها از جنس تنگستن است. این رشته به صورت سیم مستقیم یا رشته مارپیچ یا رشته مارپیچ پیچیده و یا مارپیچ مضاعف ساخته می‌شود.

امتیاز اصلی این لامپها عدم نیاز به راه‌انداز (بالاست)، قیمت کم، طیف نوری عالی و کوچکی اندازه است.

انواع مختلف این لامپها عبارتند از:

الف ـ لامپهای معمولی (GLS): در توانهای کمتر از 40 وات، بدلیل درجه حرارت کم رشته تنگستن درون حباب، داخل حباب خلأ بوده و در توانهای بالای 40 وات از گازهای خنثی استفاده می‌شود که اگر گاز داخل حباب گاز آرگن و ازت باشد لامپ نوع "D" است و اگر گاز داخل حباب کریپتون و ازت باشد نوع "K" خواهد بود.

ب ـ لامپهای با منعکس کننده (شار جهت دار): در این لامپها، حباب داخلی با لایة فلزی از جنس آلومینیوم یا جیوه پوشیده می‌شود. که به ترتیب به نامهای لامپ سنگی و لامپ کاسه جیوه‌ای موسوم‌اند.

ج ـ لامپهای دکوراتیو: که به انواع شمعی، شمعی بلند، فانتزی، لینسترا، ویترینی و لوله‌ای تقسیم می‌شوند.

د ـ لامپهای وسایل نقلیه: که به طور کلی یا از نوع با کاسه چراغ است یا خودش عمل کاسه چراغ را انجام می‌دهد و معمولاً سه کنتاکتی هستند که با داشتن دو نوع رشتة نورانی، نور بالا و پائین را ایجاد می‌کنند.

هـ ـ لامپهای حرارتی: که برای خشک کردن در صنایع به کار می‌رود و نور مادون قرمز تولید می‌کند.

و ـ لامپهای هالوژنه: در این لامپها به گاز داخل حباب مقداری هالوژن اضافه می‌گردد تا از تبخیر بیش از حدّ رشته تنگستن در توانهای بالا جلوگیری کند، عملکرد این لامپ اینطور است که در مجاورت حباب لامپ که درجه حرارت کمتر است (حداقل 250 درجه سانتیگراد)، تنگستن تبخیر شده و با ید ترکیب می‌شود و یدور تنگستن تولید می‌کند، در حوالی رشته که درجه حرارت بیشتری دارد یدور تنگستن تجزیه شده و تنگستن روی رشته می‌نشیند و تبخیر تنگستن مختل می‌شود. برای داشتن حرارت 250 درجه در حوالی حباب، این لامپها را باریک و دراز می‌سازند، که به همین دلیل در بین مردم به لامپهای مدادی موسوم‌اند. البته لامپهای هالوژن بادو کنتاکت در یک سرنیز وجود دارد که در بعضی پروژکتورها کاربرد دارد.

2) لامپهای تخلیه در گاز (HID): با عبور جریان برق از گازها اتمهای گاز تحریک شده و از خود نور ساطع می‌کنند. این لامپها به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند اما اگر در اثر عبور جریان مستقیماً نورمرئی تولید شود، این لامپ‌ها یا بخار جیوه هستند یا بخار سدیم، اما اگر نور تولیدی نامرئی باشد و با تحریک یک جسم نور آن تبدیل به نور قابل رؤیت گردد اینگونه لامپ‌ها، لامپ فلورسنت نام دارند. بطور کلی برای شروع تخلیه در همه این لامپها یک گاز کمکی در کنار سدیم یا جیوه مورد نیاز خواهد بود تا به شروع تخلیه الکتریکی کمک کند.

لامپ فلورسنت

پرکاربردترین لامپ تخلیه در گاز، اینگونه لامپها هستند، کاربرد این گونه لامپها در کنار لامپهای رشته‌ای نور بسیار مطلوبی را ایجاد خواهد نمود. درون این لامپها مقداری جیوه بهمراه مقداری آرگن به عنوان گاز خنثی وجود دارد و حباب لامپ از داخل بوسیله فسفر پوشیده می‌شود. چون در طول موج 2537/0 میکرون این لامپ بالاترین راندمان تبدیل نور غیرمرئی به مرئی را داراست پس باید از مقداری جیوه کم فشار استفاده کرد و برای اینکه فشار کم بماند، باید دما محدود باشد پس این لامپها را برای محدود کردن دما بصورت لوله‌ای شکل می‌سازند.

این لامپها به دو دسته کلی کاتد گرم و کاتد سرد تقسیم‌بندی می‌شوند.

لامپهای کاتد گرم در هر طرف دارای دو کنتاکت می‌باشند و لامپهای کاتد سرد در هر طرف دارای یک کنتاکت می‌باشند، و برای راه‌اندازی این لامپها برخلاف لامپهای کاتد گرم که گرم بودن کاتدها و ولتاژ زیاد مورد نیاز است، فقط ولتاژ زیاد مورد نیاز خواهد بود که بوسیلة ترانسهای با پراکندگی زیاد ایجاد خواهد شد.

بهره‌نوری این لامپها حدود 50 لومن بر وات است و به رنگهای مختلفی ساخته می‌شود.

انواع مدارت لامپ فلورسنت

الف ـ استارت با راه‌انداز براساس ولتاژ (Glow Starter): که در ابتدا استارت قطع بوده و با بسته شدن مدار، ولتاژی حدود 220 ولت دو سر استارت می‌افتد و استارت نیز که در کپسولی شیشه‌ای که از گاز هلیوم و هیدروژن پر شده قرار دارد، بدلیل همین و ولتاژ درونش تخلیه الکتریکی رخ می‌دهد و استارت که از بی‌متال ساخته شده بسته می‌شود و جریان را برقرار کرده و فیلمان‌های دو سر لامپ را گرم می‌کند و خود بی‌متال سرد می‌شود و به این ترتیب قوس الکتریکی بین دو سر لامپ ایجاد می‌شود و لامپ روشن می‌شود. این استارتر دارای دو سر خروجی است و در هنگام روشن بودن لامپ از مدار خارج می‌شود و فقط در کاتد گرم به کار می‌رود.

ب ـ استارت با راه‌اندازی براساس جریان (Thermal Starter): که در ابتدا استارت وصل بوده و با عبور جریان گرم می‌شود و قطع می‌کند. این استارت چهارسر بوده و در هنگام کار نیز در مدار قرار دارد و فقط در کاتد گرم به کار می‌رود.

ج ـ مدار رز نانس: که بوسیله رز نانس در مدار، ولتاژ بالای مورد نیاز را تولید می‌کند که در کاتد گرم مصرف می‌شود.

د ـ با استفاده از ترانس با پراکندگی زیاد که هم در کاتد سرد و هم در کاتد گرم کاربرد دارد.

به طور کلی لامپهای فلورسنت دارای سه عیب عمده‌اند.

1) ایجاد پارازیت: که این عیب با گذاشتن یک خازن در حدود پیکوفاراد در دو سر استارتر قابل رفع است.

2) اثر استروبوسکوپی: چون لامپهای تخلیه در هر سیکل دوبار خاموش می‌شوند در مراکز صنعتی ممکن است مشکل‌ساز بوده و اجسام متحرک، ثابت به نظر برسند که به آن اثر استروبوسکوپی گفته می‌شود. برای حل این مشکل می‌توان این لامپها را از فازهای مختلف تغذیه نمود یا اینکه خازنی به صورت سری با بعضی لامپها قرار دارد.

3) کاهش ضریب قدرت: که به دو صورت قابل اصلاح است:

الف) خازن بطور موازی با لامپ: که مقدار آن از رابطة بدست می‌آید. که در آن زاویة فاز اولیه و زاویه فازی که می‌خواهیم به آن برسیم خواهد بود و C ظرفیت خازن برحسب میکروفاراد و P توان اکتیو لامپ بهمراه چوک برحسب وات و U ولتاژ خط برحسب ولت و f فرکانس برق برحسب هرتز خواهد بود. همچنین جریان جدید بعد از نصب خازن از رابطة بدست می‌آید.

ب) خازن به طور سری با یکی از لامپهایی که به طور موازی با هم در مدار قرار دارند: که مقدار آن از رابطة بدست می‌آید که در آن C برحسب میکروفاراد و I_L جریان یک لامپ قبل از موازی شدن برحسب آمپر و U ولتاژ خط برحسب ولت و f فرکانس برق شهر است.

لامپهای بخار سدیم

این لامپها به طور کلی به دو دسته کم فشار و پر فشار تقسیم می‌شوند:

الف) در نوع کم فشار گاز داخل حباب نئون و سدیم است و زمان روشن شدن آن 7 تا 15 دقیقه است و بعد از خاموش شدن ناگهانی تقریباً بدون وقفه روشن می‌شود، نور این لامپها زردرنگ بوده پس در جاهایی که رنگ نور مطرح نمی‌باشد کاربرد دارد، این لامپها کاتد گرم بوده و مانند لامپهای فلورسنت نیاز به چوک و استارتر دارند.

این لامپها در دو نوع U شکل (موسوم به SOX) و نوع خطی SLI ساخته می‌شوند.

در نوع U شکل لامپ با حباب خارجی استوانه‌ای شکل پوشیده می‌شود و دارای یک سر برای اتصال به شبکه با دوکنتاکنت است و بهره‌نوری آن 130 تا 180 لومن بر وات است.

در نوع خطی، لامپ دارای دو کنتاکنت در هر دو سر لوله است و بهره نوری آن 140 لومن بر وات است.

ب) در نوع پرفشار که به SON موسوم است، گاز داخل حباب سدیم، جیوه و زنون است، بین 4 تا 6 دقیقه طول می‌کشد تا لامپ روشن شود. و در حدود 1 تا 2 دقیقه طول می‌کشد تا بعد از خاموش شدن ناگهانی، روش شود. نور لامپ سفید طلایی است و بسیار مطلوب می‌باشد. این لامپها کاتد سرد بوده و نیاز به ترانس با پراکندگی زیاد یا سیستم‌های الکترونیک صنعتی دارند، همچنین دارای یک حباب خارجی استوانه‌ای یا بیضوی هستند که براین اساس این لامپها در دو نوع استوانه‌ای با شیشه مقاوم و شفاف (SON- T) و یا شکل بیضوی با اندود فسفر (SON- H) ساخته می‌شوند، این لامپها فاقد الکترود فرعی هستند.

لامپهای بخار جیوه

این لامپها نیز به طور کلی به دو دسته کم فشار و پرفشار تقسیم می‌شوند.

الف) در نوع کم فشار گاز داخل حباب اصلی جیوه و آرگن است و گاز داخل حباب بیرونی ازت یا ازت و آرگن می‌باشد. این نوع لامپها دارای الکترودی فرعی بوده که پس از وصل کلید بین الکترود فرعی و الکترود اصلی مجاور آن جرقه زده می‌شود و حرارت ایجاد شده گاز آرگن را یونیزه می‌کند و قوس بین دو الکترود اصلی برقرار می‌شود و به علت مقاومت بزرگی که با الکترود فرعی به طور سری قرار دارد جریانی از الکترود فرعی نمی‌گذرد و همه جریان از طریق مسیر تخلیه عبور کرده و لامپ روشن می‌شود. زمان استارت در حدود 3 تا 6 دقیقه است و زمان دوباره روشن شدن در اثر خاموشی ناگهانی نیز 3 تا 6 دقیقه خواهد بود، رنگ نور این لامپها سفید مایل به آبی است که مقداری ماورابنفش نیز در آن موجود است که باید توسط اندود فسفر گرفته شود، به دلیل طیف نوری این لامپها تشخیص صحیح رنگها مقدور نمی‌باشد، این لامپها کاتد گرم هستند.

ب) در نوع پرفشار نیز گاز داخل حباب جیوه و آرگن است و الکترود فرعی وجود ندارد به جای آن از ترانس‌های با پراکندگی زیاد استفاده می‌شود، این لامپها نیز زمان استارت 3 تا 6 دقیقه دارند و زمان دوباره روشن شدن نیز 3 تا 6 دقیقه است و طیف نوری‌شان مثل لامپهای کم فشار است و از نوع کاتد سرد هستند. بهره‌نوری کلیه لامپهای بخار جیوه حداکثر تا حدود 65 لومن بر وات است.

انواع لامپهای بخار جیوه پر فشار

1) با حباب خارجی استوانه‌ای یا بیضوی شفاف (MB/U یا HQA)

2) با حباب خارجی بیضوی با اندود فسفر (MBF یا HQLS)

3) جیوه‌ای با شار جهت دار (MBFR یا HQLSR)

4) مخلوط جیوه‌ای و رشته‌ای (HWLS یا MBTF و MBTW): که بین حباب داخلی و خارجی در سر راه الکترود اصلی یک رشته تنگستن وجود دارد و طیف نوری لامپ را بهتر می‌کند. این لامپها در بین مردم به لامپهای گازی موسوم‌اند. این لامپها نیاز به چوک نیز ندارند.

5) لامپهای MBW: این لامپها اشعه ماورابنفش ساطع می‌کنند و جهت یافتن فسفر و موادی که فلورسنت دارند به کار می‌رود.

لامپهای متال هالید: گاز داخل حباب در این لامپها جیوه، آرگن و نمکهای هالوژن است و از نظر راه‌اندازی و ساختمان شبیه لامپهای جیوه پرفشار است، زمان روشن شدن بین 5 تا 7 دقیقه است و بهره‌نوری این لامپها تا حدود 80 لومن بر وات می‌رسد و طیف نور بسیار مطلوبی دارد، در دمای کاری، هالوژن و فلز از یکدیگر جدا شده و فلز شروع به تشعشع می‌کند. و به طور کلی این لامپها در میادین ورزشی، نورتابی به جبهه ساختمانهای بزرگ و ... به کار می‌رود. (بدلیل طیف نوری خوب).

انواع لامپهای متال هالید

1) لامپهای دو حبابی: که دارای یک حباب خارجی و یک حباب داخلی‌اند که خود این لامپها به دو دسته تقسیم می‌شوند.

الف ـ لامپهای با حباب خارجی بیضوی یا استوانه‌ای شفاف (MBI یا HQI): بهره نوری این لامپها 70 تا 95 لومن بر وات است.

ب ـ لامپهای با حباب خارجی بیضوی و اندود فسفر (MBIF یا HQIL): بهره‌نوری این لامپها 75 لومن بر وات است و در جاهایی که رنگ مهم باشد مثلاً در رنگسازی‌ها به کار می‌رود.

این دو نوع لامپ دارای الکترود فرعی می‌باشند و زمان استارت 15 دقیقه و زمان دوباره روشن شدن 15 دقیقه‌ای دارند.

2) لامپهای خطی (MBIL): این لامپها بدون الکترود فرعی هستند و دارای بهره‌نوری 85 لومن بر وات می‌باشند و دارای یک حباب می‌باشند و برای راه‌اندازی نیاز به ترانس با پراکندگی زیاد (کاتد سرد) دارند.

3) CSI: دارای بهره‌نوری 90 لومن بر وات هستند و دارای حجمی کوچک با حباب کروی شکل می‌باشند.

لامپهای نئون: این لامپها به صورت لوله‌ای و کاتد سرد هستند و گاز داخل آنها نئون و هلیم است که با ترکیبهای مختلف، رنگهای متفاوتی تولید می‌کنند و جنبة دکوراتیو دارند.

لامپهای کم مصرف (Compact): عملکرد این لامپها کاملاً شبیه لامپهای فلورسنت است اما چوک این لامپها الکترونیکی است و به صورت Single- type و Double- type وجود دارند.

چراغها

برای حفاظت لامپها و توزیع شار نوری چراغها به کار می‌روند، چراغها شامل لامپ، سرپیچ، استارتر، چوک، حباب رفلکتور، نوار محافظ چراغ، صفحه، قاب، خازن، ترمینال و وسایل حفاظتی لامپ می‌باشند.

با توجه به محل نصب چراغ و شرایط محیطی کلاس حفاظتی مورد نظر انتخاب می‌شود.

بر طبق استاندارد IEC، درجه حفاظت را با حروف IP و دو عدد بعد از این حروف مشخص می‌کنند که عدد اول نشان دهنده درجه حفاظت در برابر تماس با قسمتهای برقدار و عدد دوم درجه حفاظت در برابر آب است که هرچه این دو عدد بزرگتر باشند حفاظت بیشتری صورت گرفته است، همچنین بعضی علامات نیز گاهی به جای این حروف و اعداد به کار می‌رود.

از نظر حفاظت در برابر اتصال بدنه نیز سه کلاس، Class 1، Class 2، Class 3 وجود دارد چراغها ضد انفجار نیز با علامت مشخص می‌شوند.

چراغهای از نظر توزیع نور نیز با حروف J, I, H, G, F, E, D, C, B, A مشخص می‌شوند.

جدول شماره 1

محاسبات روشنایی داخلی

1) روش لومن (شار نوری):

با استفاده از این روش شدت روشنایی متوسط در روی سطح کار را می‌توان یافت، همچنین با این روش می‌توان تعداد لامپهای مورد استفاده در کار و فاصله آنها را با توجه به شدت روشنایی متوسط خواسته شده بدست آورد.

الف) ضریب بهره (cu):

این ضریب به مقدار نور جذب شده توسط چراغ، منحنی پخش نور چراغ، شکل اتاق و ضرایب انعکاس سقف، دیوار و کف اتاق بستگی دارد.

ب) شاخص فضا یا ضریب اتاق (K_r): بیانگر فضایی از اتاق است که در برابر برخورد مستقیم نور قرار می‌گیرد. این ضرایب در روشهای مختلف (روش لومن، روش هریسون ـ اندرسون، روش تقسیم ناحیه‌ای) با فرمولهای متفاوتی ظاهر می‌شود.

ج) ضریب نگهداری یا بهره‌برداری (MF): بسته به پاکیزگی محیط نصب و نوع چراغ از نظر خاک‌گیری سه نوع ضریب نگهداری خوب، متوسط و بد مشخص می‌شود.

د) نوع تابش نور به پنج دستة نور مستقیم، نور نیمه مستقیم، یکنواخت، غیرمستقیم و نیمه غیرمستقیم طبقه‌بندی می‌شود.

برای یافتن تعداد لامپهای مورد استفاده در یک مکان بسته الگوریتم زیر داده شده است:

1) انتخاب شدت روشنایی متوسط (Eav) با استفاده از جدول 2 و با توجه به نوع کار.

2) انتخاب نوع لامپ و چراغ با استفاده از رنگ نور مورد نیاز، نوع کار، درخشندگی، شدت نور، وضعیت هوای محیط از لحاظ گرد و خاک، رطوبت، درصد لامپهای خاموش، تعمیر و نگهداری لامپها، وجود گازهای محترقه، هزینه‌های نصب، قیمت چراغ و هزینه برق مصرفی، امکانات تعمیرات و تمیز کردن لامپ.

3) تعیین شار نوری لامپ انتخاب شده از جدول 3 تا 6

4) تعیین k_r (شاخص فضا) که برای نور مستقیم، نیمه مستقیم و یکنواخت برابر و برای نور غیرمستقیم و نیمه غیرمستقیم است.

که در آن L طول اتاق، W عرض اتاق، H ارتفاع سقف از سطح کار، h ارتفاع چراغ از سطح کار است.

5) یافتن P_w, P_c, P_f با توجه به جدول 7.

6) یافتن cu (ضریب بهره) با استفاده از P_f= 0/1 P_w,_و P_c و k_r و نوع چراغ با استفاده از جدول 8 که در صورت لزوم درونیابی نیز انجام می‌شود.

7) به کاربردن ضریب تصحیح cu در صورت لزوم اگر و برابر با 0.3 باشد که در اینصورت:

از جدول 9 cu_oLd × ضریب تصحیح = cu_New

8) یافتن ضریب نگهداری (بهره‌برداری) MF از جدول 8 با توجه به نوع لامپ

9) یافتن شار نوری کل با استفاده از رابطة که:

10) یافتن تعداد لامپها با استفاده از رابطة

11) توجه به Max Spacing مجاز با توجه به جدول 8 و طول لامپ.

توجه کنیم که ارتفاع نصب لامپ از زمین = MH و ارتفاع سقف از زمین = CH

12) تست کردن Eav محاسبه شده که باید:

اولیه محاسبه شده