Способы устранения стробоскопического эффекта

Стробоскопический эффект в люминесцентных лампах

Стробоскопический эффект в люминесцентных лампах

Люминесцентная лампа в сети переменного тока 100 раз в секунду зажигается и гаснет, так как при частоте 50 Гц ток 100 раз в секунду меняет направление, проходя через нуль. Погасания лампы не видны, однако они вредно влияют на зрение и, кроме того, могут исказить действительную картину движения освеща­ емых предметов. Это явление называется стробоскопическим эффектом.

Устранить периодические погасания люминесцентной лампы принципи­ально невозможно: это ее природа. Но с помощью простых мер освобожда­ют люминесцентное освещение от неблагоприятных последствий: утомляе­ мости зрения, стробоскопического эффекта, акустических помех радиоприему, а также повышают коэффициент мощности. Если эти меры приняты, то люминесцентное освещение безопасно.

Чтобы не портить зрение и исключить стробоскопический эффект, помеще­ ния, где производится работа, освещают не одной, а несколькими лампами, а лампы включают со сдвигом фаз между токами, проходящими через них.

Благодаря этому, когда одна лампа притухает, другая горит наиболее ярко и освещенность выравнивается. Сдвиг фаз достигается одним из двух способов.

Первый способ. Если в помещении есть сеть трехфазного тока, то лампы, расположенные рядом, присоединяют к разным фазам, чтобы использовать неодновременность достижения максимальных и нулевых значений токов разных фаз. Число ламп в помещении должно быть кратно трем. Лучше всего, если три лампы расположены в одном светильнике.

Источник

Стробоскопический эффект как причина производственного травматизма и предупреждение его образования

Стробоскопический эффект проявляется в искаженном восприятии движущихся частей оборудования. Например, вращающийся шкив кажется неподвижным или медленно вращающимся в обратную сторону. Это явление может возникнуть в результате совпадения частоты переменного тока (f=50 Гц) с кратностью числа оборотов вращающихся частей оборудования.

Стробоскопический эффект может возникнуть в производственных помещениях с системой освещения люминесцентными лампами, питаемыми переменным током.

Источником переменного тока являются генераторы, которые работают на принципе электромагнитной индукции, под действием которой в цепи протекает переменный электрический ток.

Переменный ток характеризуется периодом и частотой. Период -это промежуток времени, в течение которого ток совершает одно полное изменение по величине и направлению. Период обозначается буквой Т и измеряется в секундах. Число периодов в одну секунду называется частотой переменного тока и обозначается буквой f. Частоту измеряют в герцах (Гц) (1 Гц — это один период в 1 с). Стандартной частотой промышленного переменного тока в нашей стране принята частота 50 Гц.

За период изменения ток дважды достигает своего максимального значения и дважды практически равен нулю. В результате люминесцентная лампа 100 раз в секунду зажигается и столько же гаснет, так как разряд в парах ртути тепловой инерционностью не обладает. В лампе накаливания этого не происходит благодаря высокой степени тепловой инерции вольфрамовой нити.

Явление стробоскопического эффекта возникает, как было сказано, при совпадении частоты тока с кратностью числа оборотов вращающихся частей оборудования, т. е. происходит «накладывание» периода включения — выключения люминесцентных ламп на период вращения валов механизма.

При нарушении техники безопасности на предприятии может иметь место свободный доступ к рабочим органам машины (отсутствие ограждения на приводе или его блокировки с пусковым устройством и т. п.). В общем производственном шуме не слышна работа отдельно стоящего оборудования, рабочему кажется, что оно не работает — все вращающие детали «стоят» на месте. Попадая руками в работающий механизм, человек может получить тяжелое увечье. В акте по расследованию несчастных случаев на производстве в графе «причина несчастного случая» нередко указано — «стробоскопический эффект».

Явление стробоскопического эффекта может быть устранено применением специальных схем включения ламп в разные фазы двух- или трехфазной сети.

При этом происходит сдвиг фаз на 30 ток в сети выравнивается и не происходит отключения лампы (рис.).

Рис. Схема включения люминесцентных ламп в разные фазы

Для предупреждения образования стробоскопического эффекта рекомендуют, чтобы число ламп, светильников общего освещения в условиях производства было кратно трем при трехфазной или двум при двухфазной электрической сети в целях удобства включения их в разные фазы.

Источник

Что такое стробоскопический эффект и как с ним бороться

Представьте себе вращающийся вокруг своей оси диск черного цвета, на край которого белой краской нанесена метка.

Допустим, вращение диска происходит с постоянной скоростью, равной 3000 оборотов в минуту. При постоянном освещении диска нам будет просто казаться, что его край имеет светлый оттенок.

Если теперь постоянное освещение заменить кратковременными вспышками света, ярко освещающими диск, которые будут иметь частоту, равную или немного отличающуюся от 3000 Гц, то у наблюдателя возникнет зрительная иллюзия, будто диск неподвижен или вращается медленно в ту или иную сторону. Такая зрительная иллюзия и называется стробоскопическим эффектом.

На основе стробоскопического эффекта работают, например, некоторые тахометры.

Есть в этом явлении и потенциальная опасность. При нарушении техники безопасности в машиностроительных цехах или в учебных мастерских, когда в шумной обстановке есть возможность свободного доступа к работающему оборудованию, отсутствует блокировка, нет ограждений, рабочему кажется, что отдельно стоящий станок шума не издает, и в силу стробоскопического эффекта возникает иллюзия, что подвижная часть машины стоит на месте.

Это может привести к несчастному случаю, ведь человек может получить опасное для жизни увечье. Причиной проявления стробоскопического эффекта в данном примере являются неправильно подключенные люминесцентные лампы, часто применяемые для освещения цехов и мастерских.

Дело в том, что люминесцентная лампа, включенная в электрическую сеть переменного тока, имеющего частоту 50 Гц, в силу отсутствия тепловой инерционности электрического разряда в парах ртути, мерцает с частотой 100 Гц. Так происходит по причине того, что ток в сети дважды за период достигает максимального значения и дважды снижается до нуля, вот и получается мерцание лампы.

Этому эффекту не подвержены лампы накаливания, ведь нить накала обладает значительной тепловой инерционностью и поэтому не мерцает. В случае же с люминесцентными лампами, если кратность оборотов шкивов, валов и прочих вращающихся частей оборудования совпадет с частотой мерцания лампы, то стробоскопический эффект будет иметь место и оборудование может показаться рабочему неподвижным или вращающимся очень медленно, что и представляет опасность.

Для устранения стробоскопического эффекта от люминесцентных ламп, необходимо питать несколько цепей таких ламп от разных фаз, либо вообще отказаться от использования люминесцентных ламп и прибегнуть к применению ламп накаливания или светодиодных систем освещения.

В простейшем случае, мерцание легко устраняется включением люминесцентных ламп в разные фазы, тогда свет никогда не гаснет полностью. Как правило, для надежного устранения стробоскопического эффекта таким способом, число ламп должно быть кратно двум для двухфазной сети и трем для сети трехфазной.

В обычных условиях, когда в распоряжении всего одна фаза, стробоскопический эффект можно легко устранить посредством парного включения люминесцентных ламп, когда одна из ламп подключается к сети через фазосдвигающий конденсатор или дроссель.

Благодаря реактивному элементу, между токами в двух лампах достигается такой сдвиг фаз, что когда первая лампа гаснет, вторая имеет максимальную яркость, и освещенность благодаря этому выравнивается.

Источник

Особенности коэффициента пульсации

Почему важно обратить внимание?

Стоит отметить, что на самом деле практически все современные источники света излучают прерывистые лучи. Так как частота мерцания достаточно большая, она практически не заметна невооруженному глазу. И хотя такое мерцание кажется безобидным, на самом деле оно становится причиной некоторых расстройств и оказывает опасное влияние на здоровье человека. Отдельные группы людей имеют меньшую устойчивость к воздействию такого света, среди таких больные аутизмом, эпилепсией, мигренью, а также дети. Стробоскопический эффект способен вызывать иллюзии в момент передвижения предметов, что сказывается на работе вестибулярного аппарата. Качество освещения влияет на продуктивность работы и самочувствие человека.

Высокая рыночная конкуренция, построенная на войне цен, заставляет производителей добиваться более выгодных предложений за счет снижения качества своей продукции. Как следствие, led лампы, мерцание которых тоже имеет негативное влияние, массово заполняют рынок.

Природа мерцания

Виной мерцания ламп является природа переменного тока (АС). Непрерывные процессы флуктуаций тока и напряжения создают эффект включения и выключения ламп с высокой скоростью. Чтобы избежать таких колебаний, достаточно использовать постоянный ток (DC) в качестве питающего. Переменный ток, электросетей на территории СНГ имеет номинальную частоту 50 – 60 Гц, частота мигания осветительных приборов выше в два раза. Исследовательские показания говорят о том, что при мерцании 3 – 70 Гц, у людей, находящихся под таким источником света, могут наблюдаться судороги. При этом, более высокие показатели 100 – 500 Гц, практически незаметны человеку и могут выявляться только путем наблюдения специального эффекта, называемого стробоскопическим.

Как проверить пульсацию?

Сразу следует отметить, что, во-первых, мерцание лампы возможно только при включении её к питающей сети переменного тока. При питании от аккумулятора или батареек работают светодиодные лампы без пульсаций (Кп=0%). Во-вторых, измерить пульсацию подручными средствами (видео или фотокамерой) невозможно. С их помощью можно лишь утолить своё любопытство и убедиться в наличии мерцания.

Согласно ГОСТ Р 54945–2012, пульсация светодиодных ламп должна измеряться специальными приборами с измерительными преобразователями излучения. В документе приводится ряд приборов, рекомендуемых для проведения измерений:

• Многоканальный радиометр «Аргус»;
• Пульсметр-люксметр «Аргус 07» или «ТКА-ПКМ»/08;
• Пульсметр-люксметр «ТКА-ПКМ»/08;
• Люксметр-яркомер-пульсметр «Эколайт-01» или «Эколайт-02».

Внешне эти измерительные приборы немного крупнее пульта дистанционного управления, оснащены фотодатчиками, дисплеем и кнопками управления. Как правило, прибор можно подключить к ПЭВМ, и с помощью прикладной программы организовать визуализацию и дополнительные вычисления.

Стробоскопический эффект, что это и как выявить

Стробоскопический эффект – это оптическое явление, которое заключается в особенном восприятии человеческим невооруженным глазом объектов, которые освещены световыми вспышками. В момент движения, предметы видны как ряд серий изображений, находящихся в неподвижном состоянии, которые накладываются одно на другое (подобную картину можно наблюдать на старых кинолентах). Выявить наличие стробоскопического эффекта можно двумя основными способами. Наиболее простой и доступный – посмотреть на лампу через цифровой фотоаппарат и в случае если есть мерцания, изображение будет отображаться характерными волнами.

Второй вариант – посмотреть невооруженным глазом на движущийся предмет (ручка, кусок кабеля и т.д.), и если стробоскопический эффект присутствует, будет наблюдаться прерывающееся изображение. Важно отметить, что данный эффект может нести опасность в помещениях, где работают механизмы, так как создает ложную видимость передвижения деталей или узлов (изображение может замедляться или создавать впечатление неподвижности быстро двигающихся предметов).

Как избежать мерцания люминесцентных ламп?

Регулярный рост тарифов на услуги ЖКХ заставил многих домовладельцев поменять привычные лампы накаливания на энергосберегающие: компактные люминесцентные (КЛЛ) или светодиодные источники света. Однако после такой рокировки многие столкнулись с пугающим явлением: в темноте экономичные лампы, управляемые выключателем с подсветкой, начинают мерцать, напоминая проблесковые маяки на борту самолёта. Существует несколько способов устранения этой проблемы. Основные из них мы предлагаем рассмотреть ниже.

Выключатели с подсветкой — настоящая «палочка-выручалочка» в спальнях, коридорах и санузлах, ведь благодаря светосигналу их легко обнаружить даже в полной темноте. Но есть и обратная сторона медали: если к выключателю с подсветкой подключить КЛЛ или светодиоды, то они могут начать мерцать в выключенном состоянии. Дело в том, что в цепи встроенного в корпус выключателя осветительного элемента протекает небольшой ток, около 0,15 мА. Он заряжает конденсатор, являющийся неотъемлемым элементом конструкции любой энергосберегающей лампы. Напряжение постепенно нарастает и в определённый момент достигает уровня, достаточного для запуска основной схемы лампы. Накопленной энергии хватает на короткую вспышку, ёмкость разряжается, и процесс повторяется вновь. Это снижает ресурс работы ламп, да и находиться в помещении со «спецэффектами» крайне некомфортно.

Справедливости ради нужно отметить, что в последнее время стали появляться модели энергосберегающих ламп, которые лишены этого недостатка. Проверить совместимость лампы и выключателя с подсветкой можно с помощью специализированных интернет-порталов, например lamptest.ru. Если же уже имеющиеся лампы не совместимы с выключателем с подсветкой, то можно воспользоваться следующими техническими решениями:

Способ 1. Выключатель с подсветкой, например серии Valena Classic (Legrand, Франция), можно электрически соединить с промежуточным реле на ток 10-16 А (см. рис. 1). Тогда выключатель будет управлять катушкой реле (клеммы А1, А2), а питание на включение ламп будут подавать его контакты (11-14). Современные реле достаточно компактны, их легко разместить в корпусе светильника или в люстре под декоративным колпаком, который закрывает узел крепления к потолку и клеммный блок.

Способ 2. Можно изменить саму схему подключения элемента подсветки. До реализации этого варианта нужно убедиться в наличии в установочной коробке нулевого рабочего провода (нейтрали). После необходимо взять переключатель на два направления, элемент подсветки которого предусматривает возможность произвольного подключения посредством гибких проводников (см. рис. 2).

Обычно элемент подсветки в схеме подключается параллельно контактам выключателя, но в данном случае один провод подсветки подключается к выходной клемме переключателя, а другой, с помощью подходящего клеммного блока, — к нейтрали (см. рис. 3). Сам клеммный блок размещается в установочной коробке, за механизмом переключателя. Теперь при выключенном освещении питание подаётся только на элемент подсветки, при включении подсветка гаснет, и питание подаётся на лампу.

Справка о компании Legrand: Группа Legrand — мировой специалист по электрическим и информационным системам зданий. Продукция Legrand применяется в жилых помещениях, в зданиях административного сектора, на промышленных объектах. Компания производит более 215 тысяч наименований продукции и имеет более 4,5 тысячи действующих патентов на изобретения. Группа Legrand объединяет 36 000 сотрудников, работающих в 80 странах мира. Среди них Франция, Россия, Италия, Германия, Испания, США, Китай, Австралия и др. Офисы компании открыты в 22 городах России, в Казахстане, Азербайджане, Узбекистане, в Республике Беларусь и на Украине.

Измерение мерцаний, что важно знать

Хотя в данный момент не существует единой технологии измерения мерцаний, IES (Светотехническое сообщество), разработало два типа измерений данного показателя. Технологии вписаны в рекомендации для разработчиков приборов освещения. Первый тип измерения имеет основание на технике определения, так называемого процента мерцания. Вычисляемый показатель является количественной характеристикой, указывающей на снижение световой отдачи в период одного цикла вкл./выкл. Стопроцентное мерцание является показателем того, что лампа в определенный момент цикла вообще не излучает свет. При этом нулевой показатель, говорит о полностью устойчивом и непрерывном световом потоке. Второй метод измерения заключается в определении индекса мерцания с интервалом 0 – 1. При определении показателя учитывается % мерцания, а также два других показателя: скважность миганий (соотношение времени работы с полным включением и циклом вкл./выкл.), и вид синусоидальной кривой, которая отображает текущей показатель интенсивности свечения. Качественное освещение и менее ощутим стробоскопический эффект если данные показатели будут минимальными.

Для наглядности приведены следующие средние показатели наиболее распространенных источников света:

Тип	Индекс	Процент
Люминесцентные осветительные приборы + электронные ПРА	0,00	1,8
Светодиодные лампы со стабилизаторами питающих токов	0,0037	2,83
Простые лампы накаливания	0,022	6,31
Миниатюрные люминесцентные лампы спирального типа (CFL)	0,021	7 ,72
Лампы Т12 (линейного типа) + ПРА электромагнитные	0,071	28,41
Люминесцентные осветительные приборы + ПРА электромагнитные	0,11	37,002
Металл-галогенные	0,162	52,01
Лампы высокого давления натриевые	0,31	95,003
LED-лампы без подключения стабилизатора	0,458	99,009

Низкие показатели мерцания у лампы накаливания объясняется ее конструкцией, где разогретая спираль (служащая источником света), не может так быстро остывать и как следствие полностью затухать. Совершенно другие показатели наблюдаются у газоразрядных и люминесцентных ламп, где включение и выключение происходит мгновенно. Данную проблему решают путем увеличения частоты питающего тока до 20 кГц, как результат – мигание становится невидимым для глаз.

Причины мерцания LED ламп

Светодиодные лампы (они же Led лампочки, диодные лампы) в силу своей конструкции представляют собой прямые преобразователи электрического тока в световой луч. Как результат, они мгновенно реагируют на импульсы питающего тока. При использовании простейшего варианта подключения LED светильника, мерцания прямо пропорциональны частоте протекающего тока. Если светодиод подключен к сети с выпрямленным переменным током, то наблюдается мерцание удвоенной частоты. Вторая причина – диммирование. Простые диммеры, построенные на тиристорах, выполняют модулирование напряжения путем изменения цикла вкл./выкл., тем самым ослабляя световой поток. ШИМ (широтно-импульсная модуляция) изменяет яркость свечения, выполняя цикл вкл./выкл. на частоте 200 Гц и выше, что позволяет снижать показатели мерцания.

Устройство и принцип работы

Конструктивно люминесцентные лампы представляют собой стеклянную колбу, внутренняя поверхность которой покрывается специальным составом – люминофором. Он состоит из галофосфата кальция и других примесей, некоторые варианты содержат редкоземельные элементы – тербий, европий или церий, но такие комбинации являются довольно дорогими.

Из колбы на этапе изготовления откачивается весь воздух, а емкость заполняется смесью инертных газов, чаще всего аргона, и паров ртути. В зависимости от модели лампы химический состав, как инертных газов, так и люминофора будет отличаться. Внутри газовой смеси располагается вольфрамовая нить накала, которая покрывается эмитирующим покрытием.

Рис. 1. Устройство и принцип действия люминесцентной лампы

Принцип действия такой энергосберегающей лампы заключается в такой последовательности электрохимических процессов:

• На контакты газоразрядной ртутной лампы подается напряжение питания, за счет чего в цепи нити накаливания начинает протекать электрический ток.
• При протекании электрического тока с поверхности нити начинает распространяться тепловая энергия и частицы эмиттеры, которые активируют инертный газ и обуславливают выделение ультрафиолетового излучения.
• Свечение газов имеет относительно низкий процент видимого спектра, так как большая часть приходится на ультрафиолетовые волны. Но при достижении ультрафиолетом стеклянной колбы газоразрядной лампы, происходит активация и последующей свечение люминофора.

Спектр свечения люминесцентных лампочек может варьироваться в довольно широком диапазоне. Выбор оттенков свечения в осветительных устройствах осуществляется посредством изменения процентного соотношения магния и сурьмы в составе люминофора.

Также важным моментом является температурный показатель, поэтому величина подаваемого напряжения и протекающего электрического тока должны иметь постоянное значение для каждого диаметра колбы. Именно строгое соблюдение электрических характеристик по отношению к ее геометрическим параметрам в люминесцентной лампе позволяет выдавать нужный цвет и яркость свечения.

Борьба с мерцанием

Устранить или снизить мигание ламп позволяет использование специальных драйверов питания, включающие в себя выпрямляющий контур и конденсаторы высокой мощности. Устройство исключает мерцания, подавая постоянный сглаженный ток.

Однако стоимость таких устройств, их размеры и т.д. могут требовать некоторых затрат и дополнительных конструкторских решений. Также применяются диммеры, питающие светодиоды током повышенной частоты (несколько тысяч герц), однако устройства требуют специального расположения относительно лампы, что не всегда возможно реализовать.

Источник