автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.07, диссертация на тему:Повышение эффективности источников оптического излучения и световых приборов

На правах рукописи

Ашрятов Альберт Аббясович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСТОЧНИКОВ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И СВЕТОВЫХ ПРИБОРОВ

Специальность 05.09.07 - Светотехника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

15 ЯНЗ ¿015

005557888

Саранск, 2014

005557888

Работа выполнена на кафедре источников света Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарёва»

Научный консультант: Официальные оппоненты:

Федоренко Анатолий Степанович, доктор технических наук, профессор

Атаев Артем Еремович, доктор технических наук, профессор, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт», профессор

Сарычев Генрих Сергеевич, доктор технических наук, ОАО «ВНИСИ им. С.И. Вавилова», заведующий лабораторией

Лисицын Виктор Михайлович, доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, Национальный исследовательский Томский политехнический Университет, профессор

Ведущая организация: Государственное унитарное предприятие Респуб-

лики Мордовия «Научно-исследовательский институт источников света имени А.Н. Лодыгина»

Зашита состоится « 18 » февраля 2015 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.117.13 при ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» по адресу: 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д.68, ауд. 243.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке имени М.М. Бахтина ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» по адресу: 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68 и на сайте университета: тг5и.ги/пд/с1155/(И55.рЬр?ЕЬЕМЕКТ_Ш=31556.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 430000, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68а, ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П, Огарёва», диссертационный совет Д212.117.13.

Автореферат разослан «_»_2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.117.13, д.т.н., профессор

Панфилов С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

В настоящее время около 14% вырабатываемой электроэнергии в России расходуется на освещение. В мире на освещение расходуется в среднем 19%, а в США - около 22%. В связи с этим, вопросы, связанные с энергоэффективностью и энергосбережением, стали центральными в современной светотехнике. В 14 странах мира действуют государственные программы энергосбережения в системах освещения Green Light, согласно которым оказывается помощь в развитии направлений, позволяющих экономить электроэнергию. В России, к сожалению, такой программы нет.

Актуальность работы определяется тем, что на освещение в жилых домах, общественных зданиях, в промышленности расходуется значительный объем электроэнергии. Раскрытие больших потенциалов сбережения энергии возможно путем применения инновационных концепций освещения и использования современных энергоэффективных источников света и световых приборов на их основе. Их решением сейчас занимается большое количество фирм и организаций, работающих в области светотехники. Это является актуальной задачей, поскольку дефицит энергии становится проблемой все большего числа российских городов.

Во всем мире, в частности в странах, которые входят в Международное энергетическое агентство (МЭА), к основным энергосберегающим мероприятиям в области освещения можно отнести:

- использование компактных люминесцентных ламп;

- установка электронных пускорегулирующих устройств;

- применение ламп люминесцентных прямых типа Т5;

- применение светодиодных источников света на сверхярких светодио-

дах.

Принятие федерального закона №261-ФЗ «Об энергоэффективности и ....» способствовало увеличению на российском рынке современных высокотехнологичных ламп. Однако производство современных ламп с высокой световой отдачей в России пока не освоено - в таких категориях, как КЛЛ, МГЛ, НЛВД и СД доля импорта на российском рынке составляет от 90 до 100 процентов. В этих условиях российский потребитель, по существу, стал заложником зарубежного качества, поэтому возникла потребность в устройствах, позволяющих оперативно контролировать качество импортируемых источников света.

Подавляющее большинство энергоэффективных источников света функционирует на основе электрического разряда в парах ртути, которая является токсичным веществом и при попадании в окружающую среду может нанести ощутимый вред здоровью человека и окружающей среде. В связи с этим чрезвычайно актуальными являются мероприятия по уменьшению неблагоприятного воздействия ртути на окружающую среду.

Степень разработанности диссертационного исследования. Вся история развития источников оптического излучения и световых приборов на их основе -это яркая иллюстрация огромной работы ученых мира по повышению их эффективности. В каждой области светотехники трудились и продолжают трудиться

выдающиеся ученые. Так фундаментальные работы в области исследования высокоэффективных источников ОИ и световых приборов принадлежат зарубежным и отечественным ученым: В. Эленбаасу, Д. Уэймаусу, В.А.Фабриканту, Г.Н. Рохлину, B.C. Литвинову, С.П. Решенову, А.Е Атаеву, Ю.Б. Айзенбергу, В.В. Трембачу, В.М. Лисицину, A.C. Федоренко, A.M. Кокинову и многим другим. Большой вклад в развитие теоретических и практических основ облучательной техники внесли А. Майер, В.М. Юрков, А.К. Лямцов, И.И. Свентицкий, А.Л. Вассерман, А.Б. Матвеев, Г.С. Сарычев, Л.Б. Прикупец, E.H. Живописцев, A.B. Казаков, A.B. Чурмасов, Б.Н. Орлов, С.А. Овчукова, О.Ю.Коваленко и многие другие. Бурное развитие светодиодной светотехники происходит благодаря фундаментальным работам отечественных и зарубежных ученых: Ж.И.Алферова, Ж. Панкова, Г.В. Сапарина, М.В. Чукичева, И. Акасаки, X. Амано, Ш. Накамура, Б.Ф. Тринчука, А.Э. Юновича и многих других.

Однако, вследствие широкой номенклатуры существующих источников оптического излучения и световых приборов на их основе для повышения их энергоэффективности требуется проведение комплекса исследовательских работ. Это требует определенных затрат времени и средств, поэтому такие задачи решаются по мере их возникновения, то есть когда эффективность источника света или светового прибора не соответствует требованиям времени.

Так с расширением конструктивного исполнения капсульных галогенных ламп накаливания изменяются их характеристики и имеется потребность в определении области наиболее целесообразного применения той или иной конструкции ламп.

Следует отметить, что эффективность разрядной лампы (РЛ) в немалой степени зависит от условий ее питания электрическим током. В этом плане имеются мало изученные режимы питания, которые, с точки зрения световых параметров, обеспечивают более высокие показатели по сравнению с традиционными и, соответственно, требуют их изучения.

Несмотря на основательную изученность процессов, происходящих при работе люминесцентной лампы, оставался открытым вопрос о предпусковых процессах при стартерном пуске люминесцентной лампы.

Так как люминесцентные лампы имеют большой срок службы, то с одной стороны используются различные методы его прогнозирования, а с другой стороны разрабатываются приборы для контроля характеристик ламп, непосредственно влияющих на ее продолжительность горения.

Учитывая то, что люминесцентные лампы обладают высокой эффективностью благодаря электрическому разряду в парах ртути, которая является токсичным веществом, поэтому работы по повышению их экологичности ведутся по сей день.

Бурно развивающиеся в последнее десятилетие светодиодные источники света и световые приборы на их основе, в силу быстрого изменения характеристик, требуют создания методик разработки как светодиодных источников света, так и световых приборов на их основе. Это связано с тем, что существующие методики конструирования световых приборов на основе традиционных источников света для этих целей не пригодны.

С расширением номенклатуры источников оптического излучения расширяются возможности использования оптического излучения в деятельности человека, что требует создания новых световых приборов, соответственно, расширения их номенклатуры. В то же время, большое количество световых приборов в помещении загромождает его, соответственно, целесообразно разрабатывать многофункциональные световые приборы.

Использование оптического излучения для технологических целей позволяет повысить эффективность производства той или иной продукции, в частности это касается животноводства, где ощущается потребность в энергосберегающих и биологически эффективных светотехнических установках.

Таким образом, исследование выше указанных проблем является актуальной работой.

Целью диссертационного исследования является решение комплекса теоретических и практических задач, направленных на повышение эффективности источников оптического излучения и световых приборов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие научно-технические и прикладные задачи:

- определить области наиболее эффективного применения капсульных галогенных ламп накаливания;

- разработать экспериментальные установки и методики измерений для исследования параметров электродов ртутных ламп низкого давления при различном питании;

- провести экспериментальные и теоретические исследования условий работы электродов стандартных люминесцентных ламп и определить возможные способы облегчения условий их работы при питании импульсным током высокой частоты;

- уточнить предпусковые физические процессы на электродах и приэлектродных областях при стартерном пуске люминесцентной лампы;

- разработать приборы для контроля качества ряда источников света, в частности люминесцентных ламп, компактных люминесцентных ламп, и галогенных ламп накаливания с отражателем;

- усовершенствовать технологию производства экологически улучшенных люминесцентных ламп и разработать мероприятия по уменьшению вероятности загрязнения окружающей среды отработанными люминесцентными лампами;

- определить пути повышения энергоэффективности светильников для люминесцентных ламп;

- разработать энергосберегающие и биологически эффективные источники оптического излучения и световые приборы для них;

- разработать метод расчета кривой силы света светодиодных ламп и светодиодных световых приборов;

уточнить и дополнить концепцию конструирования многофункциональных светодиодных световых приборов.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Исследованы условия работы электродов стандартных люминесцентных ламп и определены способы облегчения условий работы электродов стан-

дартных люминесцентных ламп при питании импульсным током высокой частоты. Показано, что импульсным током высокой частоты наиболее целесообразно питать люминесцентные лампы с полыми синтерированными электродами.

2. На основе полученных экспериментальных результатов и модернизированной системы уравнений, описывающей параметры прикатодной области ртутной лампы низкого давления с учетом баланса мощности на катоде и его эмиссионных характеристик, разработана замкнутая математическая модель для расчета основных характеристик катодного пятна при питании лампы импульсным током высокой частоты.

3. Определен механизм возникновения околоэлектродного разряда при стартерном пуске люминесцентной лампы, что позволяет адекватно производить расчет пусковых процессов, а также варьированием конструкции электродного узла менять время разогрева электрода до установившейся температуры в пусковой период.

4 Экспериментально определено и теоретически обосновано, что расстояние от катода до начала положительного столба разряда изменяется с изменением рода и величины разрядного тока, скважности импульсов, диаметра разрядной трубки, рода и давления наполняющего разрядную лампу инертного газа.

5. Определено, что при изменении вида питания люминесцентной лампы, местоположение катодного пятна на электроде практически не изменяется. Поэтому испытание люминесцентных ламп на срок службы необходимо проводить в схеме при высокочастотном питании, а фиксацию скорости движения катодного пятна, осуществлять с использованием методик, хорошо проработанных для случая питания люминесцентных ламп от сети с частотой 50 Гц.

6. Определен механизм возникновения пульсаций светового потока компактных энергосберегающих люминесцентных ламп при их эксплуатации в осветительной установке с выключателем с индикатором его местоположения.

7. Предложен метод формирования и расчета кривой силы света светодиодного источника света.

8. Показано влияние конструкции капсульной галогенной лампы накаливания на ее светораспределение, что необходимо учитывать при выборе области их применения.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Экспериментально показано, что необходимо учитывать конструктивные особенности капсульной галогенной лампы накаливания при выборе области их применения при этом технологические отклонения в точности монтажа тела накала в капсульной галогенной лампе накаливания, монтируемой в отражатель, влияют на кривую силы света галогенной лампы накаливания с отражателем. Разработано устройство для контроля равномерности освещенности светового пятна акцентного светильника (пат. №135078).

2. Разработана и создана экспериментальная установка, позволяющая измерять основные параметры электродов ртутных ламп низкого давления и оперативно анализировать условия работы их электродов при различном питании (пат. №995132).

3. Определено, что наименьшие приэлектродные потери имеют место при питании люминесцентной лампы двухполярными импульсами по сравнению с другими видами питания при прочих равных условиях. Экспериментально показано, что при питании лампы двухполярными импульсами анодное падение потенциала имеет нулевое или отрицательное значение.

4. Разработан алгоритм и составлена программа для расчета параметров катодного пятна и приэлектродных характеристик электродов ртутных ламп низкого давления при питании током повышенной частоты, которая позволяет оперативно оценить характеристики катодного пятна и, прежде всего, относительное изменение продолжительности горения разрядной лампы при изменении ее конструктивных и технологических параметров.

5. Разработана методика определения привеса эмиттера на электроде готовой лампы неразрушающим методом и изготовлен прибор реализующий этот метод.

6. Разработан прибор для контроля работоспособности компактной энергосберегающей люминесцентной лампы с электронным ПРА и определения вида зажигания ее разрядной трубки: быстрого или мгновенного, что позволяет прогнозировать срок службы лампы (пат. №105106).

7. Усовершенствована технология производства экологически улучшенных люминесцентных ламп на основе применения капсульного дозатора ртути с меркуридом титана. Выделение ртути в объем лампы осуществляется после технологической выдержки готовых ламп (пат. №2040068, 2042224, 2094893).

8. Впервые для снижения вероятности попадания капель ртути в окружающую среду при разрушении люминесцентной лампы предложено готовые лампы покрывать прозрачной полимерной пленкой, армированной стекловолокном (пат. №107326).

9. Разработана конструкция ультрафиолетовой разрядной лампы низкого давления, позволяющая увеличить биологическую эффективность излучения лампы независимо от качества и толщины стекла, толщины люминофорного слоя (пат. №2163407).

10. Предложен способ повышения класса защиты светового прибора от поражения электрическим током, термобезопасности светильника, а также термостойкости элементов антивандального светильника (пат. №79322, 91138).

11. Показаны пути повышения энергоэффективности светильников для люминесцентных ламп. Определено, что наибольшую энергоэффективность светильника для люминесцентных ламп, при сохранении исходных характеристик и минимальных затратах, можно получить за счет его полной модернизации в светодиодный.

12. Разработан энергоэффективный облучатель-рецеркулятор, обладающий малыми массогабаритными показателями (пат. №66888).

13. Предложенные новые способы конструктивного решения источников света и световых приборов на основе светодиодов позволили разработать ряд источников света (пат. № 92937, 101527, 110454, 129192, 135392, 139758) и световых приборов (пат.№ 115447, 118719, 136123, 140831, 140838, 143201) различного назначения.

Методология и методы исследования. Методология исследования базируется на системном подходе к комплексу теоретических и экспериментальных результатов, полученных при помощи математических, физических, светотехнических, фотометрических, статистических методов. Решение ряда новых задач теории светотехники, поставленных в работе, разработка теоретических положений и создание на их основе математических моделей, а также алгоритмов расчета параметров источников оптического излучения и световых приборов не противоречит известным достижениям в этой области знаний.

Для решения поставленных задач в работе использовались как общенаучные, так и специальные методы исследования:

- экспериментальные методы, включающие в себя метод сравнительных исследований, метод наблюдения за физическими процессами, метод моделирования, позволяющий путем изготовления моделей исследуемого объекта, в короткие сроки исследовать, например, поведение его характеристик в процессе срока службы;

- эмпирическо-теоретические методы исследований, такие как: метод аналогии, который предполагает на основе установления сходства ряда существенных признаков определить процессы в исследуемом объекте; метод индукции, позволяющий на основе экспериментальных данных сформировать теоретические знания;

- математическое моделирование с использованием прикладных программ

ЭВМ;

- статистические методы обработки экспериментальных данных.

Основные положения, выносимые на защиту:

- технология производства экологически улучшенных люминесцентных ламп на основе применения капсульного дозатора ртути с меркуридом титана;

- результаты комплексных экспериментальных исследований люминесцентных ламп при их питании током высокой частоты;

- механизм возникновения околоэлектродного разряда при стартерном пуске люминесцентной лампы;

- методика определения привеса эмиттера на электроде готовой люминесцентной лампы неразрушающим методом и прибор, реализующий этот метод;

- метод контроля качества компактной энергосберегающей люминесцентной лампы и прибор, реализующий этот метод;

- метод формирования и расчета кривой силы света светодиодного источника света;

- способы повышения энергоэффективности светильников для люминесцентных ламп;

- новые способы конструетивного решения источников света и световых приборов на основе светодиодов.

Степень достоверности и апробация результатов.

Разработанные теоретические положения и новые технические решения защищены патентами на изобретения и полезные модели, а также подтверждены практически. Экспериментальные исследования метрологически обеспечены и проведены на экспериментальной базе Мордовского государственного

университета имени Н.П. Огарева. Облучательные установки опробованы, испытаны и успешно используются в животноводческих хозяйствах Республики Мордовия. Результаты эксперимента и испытаний для подтверждения сопоставлялись с экспериментальными данными других исследователей.

Методы расчета, разработанные программы для ЭВМ испытаны и успешно используются в учебном процессе МГУ имени Н.П. Огарева.

Достоверность результатов обеспечивается использованием различных диагностических методов при проведении экспериментов и учете погрешностей, согласием результатов, полученных разными методами, согласием с имеющимися данными других авторов, обоснованностью использованных теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью поставленных задач и согласованностью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.

Основные результаты диссертационной работы по мере их получения докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом совещании «Состояния разработок и производства газоразрядных источников света, пути их дальнейшего совершенствования» (Полтава, 1982 г.); Межреспубликанской научной конференции «Методы и средства управления технологическими процессами» (Саранск, 1989 г.); Международной конференции «0светление'90» и «Освет-ление'96» (Варна, Болгария, 1990 г., 1996 г.); II Всесоюзном совещания по вопросам материаловедения для источников света и светотехнических изделий (Саранск, 1990 г.); Всесоюзном научно-техническом симпозиуме по газоразрядным источникам света (Полтава, 1991 г.); III Межреспубликанском совещании по вопросам материаловедения для источников света и светотехнических изделий (Саранск, 1992 г.); Международном семинаре МЭИ-СВЕТОТЕХНИКА (Москва, 1992 г.); I Международной светотехнической конференции (Санкт-Петербург, 1993 г.); I, III Всероссийской научно - технической конференции «Светоизлучающие системы, эффективность и применение» (Саранск, 1994 г., 2001 г.); II Международной светотехнической конференции (Суздаль, 1995 г.); Международной научной конференции «Методы и средства управления технологическими процессами» (Саранск, 1995 г.); IV, V Всероссийском с международным участием совещании по материалам для источников света, электронных приборов и светотехнических изделий (Саранск, 1996 г., 2000 г.); I, II, III, IV, V, VII, VIII международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» (Саранск, 1997 г., 1999 г., 2001 г., 2003 г., 2009 г., 2012 г., 2013 г.); IV Международной светотехнической конференции (Вологда, 2000 г.); I, II, IV, V Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики» (Саранск, 2002 г., 2004 г., 2006 г., 2007 г.); V Международной светотехнической конференции «Свет и прогресс!» (Санкт-Петербург, 2003 г.); XXXIV, XXXVII, XXXVIII, XXXIX, XLI научной конференции «Огаревские чтения» (Саранск, 2006 г., 2009 г., 2010 г., 2011 г, 2013 г.); VI Республиканской научно-практической конференции «Наука и инновации в Республике Мордовия» (Саранск, 2007 г.); IV, VI, VII, VIII, IX Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании» (Варна, Болгария, 2008 г., 2010 г., 2011 г., 2012 г., 2013 г.); VI, VII, VIII, IX,

X, XI Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики» (Саранск, 2008 г., 2009 г., 2010 г., 2011 г., 2012 г., 2013 г.); Российской светотехнической интернет - конференции «Свет без границ» (2009 г.); IV Международной научно-технической конференции «Современные проблемы светотехники и электроэнергетики» (Харьков, Украина, 2011 г.); II, V Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК» (Саратов, 2011 г., 2014 г.).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 154 работах, включая 2 монографии, 1 учебник, 1 программу дополнительного профессионального образования, 23 патента РФ и 2 авторских свидетельства СССР, 2 статьи опубликованные в журналах индексируемых в базе данных Web of Science, Scopus, 16 статей, опубликованных в ведущих научно-технических журналах из списка ВАК, а также 108 статей в сборниках материалов и тезисов докладов Международных, Всесоюзных и Всероссийских конференций и симпозиумов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка цитируемой литературы и приложений. Общий объем диссертации (без Приложения) - 435 страниц машинописного текста, включающего 281 рисунок, 23 таблицы и список литературы из 431 наименования. В конце диссертации дано Приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертации обосновывается актуальность темы исследования, ставится ее цель, формулируются основные результаты и положения, выносимые на защиту.

Первый раздел посвящен вопросам повышения эффективности тепловых источников оптического излучения.

Тепловые источники оптического излучения (ТИОИ) в настоящее время пользуются достаточной популярностью, что связано с простотой их устройства и, соответственно, низкой стоимостью. Однако низкая эффективность преобразования электрической энергии в световую энергию посредством нагрева проводника до высокой температуры предполагает потребление значительной электрической энергии, стоимость генерации (получения) которой с каждым годом возрастает. Этот момент вынуждает в законодательном порядке к отказу от широкого применения ТИОИ для целей освещения, в частности ламп накаливания (JIH) общего назначения (ЛОН)

В то же время, существует разновидность ТИОИ, в которых используется так называемый галогенный цикл, который позволяет обеспечить высокую стабильность светового потока в процессе срока службы. Такие ТИОИ называются галогенными лампами накаливания (ГЛН).

Данные преимущества (высокая световая отдача, малые габаритные размеры и сравнительно невысокая стоимость) способствуют широкому применению ГЛН как в светильниках для общего освещения, так и в световых (оптических)

а)

б)

в)

г)

д)

а) - Navigator; б) - Camelion; в) - Эра; г) - PHILIPS-Capsuleline; д) - PHILIPS-Capsuleline Pro Рисунок 1 - Общий вид исследуемых капсульных ГЛН

приборах специального назначения. В связи с этим, даже незначительное повышение эффективности галогенной лампы накаливания позволит получить значительный энергосберегающий эффект.

Для сравнительных исследований были выбраны ГЛН на питающее напряжение 12 В мощностью 20 Вт капсульного исполнения и с отражателем.

Из рисунка 1 видно, что в капсульных ГЛН тело накала может располагаться как вдоль, так и поперек оптической оси лампы. Исследование конструкций капсульных ГЛН, смонтированных в исследуемых ГЛН с отражателями показало, что в ГЛН с отражателями Navigator и Camelion используются капсульные лампы с поперечным расположением тела накала, а в ГЛН с отражателями PILA и PHILIPS - с продольным расположением тела накала.

Общий вид исследуемых капсульных ГЛН приведен на рисунке 1, откуда видно, что они имеют практически одинаковую конструкцию. Отличаются лампы PHILIPS (рисунки 1, г, д и 2), у которых спиральное тело накала располагается вдоль лампы, а не поперек, как у всех других ГЛН. Из рисунка 2 видно, что лампа PHILIPS-Capsuleline Pro имеет сферический купол колбы лампы, а у всех остальных - колба цилиндрическая с закругленными краями в районе купола колбы. Влияние формы колбы на кривую силы света (КСС) ГЛН хорошо видно на рисунке 3. Анализ КСС исследованных ламп показал, что у цилиндрической конструкции колбы в области перехода цилиндрической части в штенгель образуются линзообразные области, которые приводят к фокусировке излучения тела накала, в результате чего в КСС ГЛН возникают всплески и провалы силы света (рисунок 3, а). КСС капсульных ГЛН с телом накала, расположенным вдоль продольной оси

лампы с цилиндрической колбой (рисунок 3, б), имеет более равномерный вид и меньшую разницу между всплесками и провалами силы света. У капсульных ГЛН с телом накала, расположенным вдоль продольной оси лампы с шарообразной колбой (рисунок 3, в), в области штенгеля отсутствуют линзообразные области, поэтому КСС практически не имеет всплесков и провалов силы света. Имеет место снижение силы света в направлении купола лампы в результате того, что тело накала, в данном случае, имеет наименьшую излучающую площадь, равную диа-/-PHILIPS-Capsuleline; „„-„„типя™

2 - PHILIPS-Capsuleline Pro метру спирали Рисунок 2 - Конструкции ламп Таким образом, на вид КСС капсульнои га-

PHILIPS; я) - фронтальный вид; логенной лампы накаливания оказывают как 6) - вид сбоку конструктивные, так и технологические факто-

—■— вертикаль 1 —о--горизонт 2

- горизонт 1 ■ - вертикал» 3 •

КД, 1 -

; 11 6)

s?

I I A ». t'^X-V JL l/л'

f: '1 , V

\

—■— вертикаль 1 --о—горизонт 2

- горизонт 1 —•— вертикаль 2 ■вертжагьЗ горизонт3

ры. Результаты исследования капсуль-ных ГЛН указывают на необходимость их разделения по областям применения в зависимости от их конструкции. Так для применения в светильниках общего освещения, где они, как правило, используются практически без рассеива-телей, целесообразно использовать кап-сульные ГЛН с шарообразной колбой и телом накала расположенным вдоль продольной оси лампы. В этом случае они не будут создавать слепящих бликов. Капсульные ГЛН с цилиндрической колбой и с телом накала расположенным вдоль продольной оси лампы целесообразно использовать в светильниках с рассеивателями и в производстве ГЛН с зеркальным отражателем. Капсульные ГЛН с цилиндрической колбой и с телом накала расположенным поперек продольной оси лампы целесообразно использовать в производстве ГЛН с зеркальным отражателем.

Для создания акцентного освещения широко применяются ГЛН с зеркальным отражателем. Неравномерность освещенности светового пятна может привести к искажению восприятия освещаемого объекта и появлению темных пятен и бликов на нем, что недопустимо при необходимости корректного отображения деталей. В этом случае целесообразно осуществлять контроль равномерности освещения в пределах светового пятна, создаваемого ГЛН с отражателем. Для этой цели целесообразно использовать устройство, регистрирующее его характеристики в цифровом формате. Для оценки равномерности освещенности светового пятна, необходимо выработать определенные критерии и учитывать данное свойство при использовании источников света и светильников акцентного освещения.

В частности, можно исследовать цифровое изображение освещаемой тестовой поверхности белого цвета (рисунок 4) и получить необходимые данные об освещенности и светораспределении. Анализ цифрового изображения позволяет контролировать примерный уровень равномерности освещенности тестовой поверхности. При этом, в настоящее время назрела необходимость создания программного обеспечения, способного работать с растровым изображением светового пятна и анализировать степень неравномерности его освещенности. Более того, благодаря развитию и распространению мобильных телефонов, смартфонов и

»1

p rr ^ CO

II L V \\

1/ J

.j

Рисунок 3 - КСС капсульной ГЛН: а) - Эра, б) - PHILIPS-Capsuleline, el - PHIUPS-CaDsuleline Pro

Navigator Camelion PILA PHILIPS

Рисунок 4 - Фотографии тестовой поверхности при освещении ГЛН с отражателем планшетов с фотокамерами, целесообразно разработать мобильное приложение, способное оценивать значения равномерности освещенности и непосредственно на месте получать качественную оценку светового пятна.

Второй раздел посвящен повышению эффективности разрядных ламп низкого давления. На долю ЛЛ приходится порядка 36,4% потребляемой электроэнергии в общем балансе источников света, а производят они около 60% световой энергии . Причем, по структуре парка средств освещения, которые будут в России в 2015 году, люминесцентные лампы будут составлять 34%.

Как известно, люминесцентные лампы (ЛЛ) включают в питающую сеть последовательно с балластом, стабилизирующим ток лампы. На переменном токе промышленной частоты, как правило, используется индуктивный балласт, в котором теряется до 20% мощности, потребляемой ЛЛ. К тому же осветительная установка с индуктивным или емкостно-индуктивным балластом имеет низкий коэффициент мощности. Поэтому, в настоящее время широко применяются полупроводниковые ПРА, питающие ЛЛ током высокой частоты квазисинусоидальной формы. В тоже время исследования, проведенные рядом отечественных ученых, показало на большую на 10-15% эффективность ЛЛ при питании импульсным током высокой частоты, при этом потери в импульсном ПРА меньше по сравнению с неимпульсными. Однако при импульсном питании для достижения необходимой мощности лампы, ток через нее во время импульса должен существенно превышать свое действующее значение. Естественно возникает вопрос - как поведут

себя электроды стандартных ламп? Не отразится ли такой режим питания на их долговечности и эффективности?

Целью экспериментальных исследований является, с одной стороны проверка эффективности и долговечности электродов стандартных люминесцентных ламп при импульсном питании, а так же поиск путей улучшения этих показателей и, с другой стороны, выяснение физических процессов на электродах и приэлектродных областях ЛЛ при питании их импульсами тока высокой частоты (ВЧ).

а 6 в г

Рисунок 5 - Фотографии приэлектродной области ГЛНД при различных видах питания: а - переменный ток частотой 50 Гц; б - то же, но в катодный полупериод; в - постоянный ток; г - однополярные импульсы с частотой 60 кГц при скважности = 5

В работе широко использована комплексная методика оценки параметров электродов разрядных ламп низкого давления, предусматривающая комплексное рассмотрение основных параметров, ответственных за потери на электродах и приэлектродных областях, процессы расходования материала эмиттера, как в рабочем режиме, так и в пусковом. В процессе проведения экспериментальных исследований получила дальнейшее развитие методика определения суммарного анодно-катодного падения потенциала, которая предусматривает определение размеров приэлектродных областей.

Экспериментально определено, что расстояние от катода до начала положительного столба разряда изменяется с изменением рода и величины разрядного тока, скважности импульсов, диаметра разрядной трубки, рода и давления наполняющего разрядную лампу (РЛ) инертного газа (рисунок 5). Экспериментальные результаты были аппроксимированы следующими формулами:

- для электродов в разрядной трубке диаметром 26 мм

/„=2,04-0,1?,-/,, (1)

- для электродов в разрядной трубке диаметром 38 мм

= 3,97 - 0,27д„ -(2,78-0,31?„)/„ + 0,14^2,5-щ), (2)

где [кс __ расстояние от катодного пятна до начала положительного столба в см; qu - скважность импульсов; 1Р - действующее значение величины разрядного тока в А; Р - давление наполняющего разрядную трубку аргона в Па. Эти формулы

справедливы при питании ЛЛ однополярными импульсами с частотой следования от 5 до 100 кГц при скважности от 2 до 5 и действующих величинах разрядного тока от 0,2 до 0,5 А, а также при давлении наполняющего лампу аргона от 133 до 530 Па в выражении (2.6) и для давления аргона 333 Па в выражении (2.5), при этом погрешность, расчета составляет ± 10%.

Использование выражений (1 и 2) позволило усовершенствовать метод определения суммарного анодно-катодного падения потенциала посредством коротких разрядных ламп, где учитывается изменение протяженности положительного столба разряда при изменении условий питания лампы.

Рак 1=20 кГц

>Р = 0,43 А

з>- ......

5 Чи

а) б)

Рисунок 6 - Зависимость потребляемой мощности электродом и приэлектродной областью от величины разрядного тока при различном питании газоразрядной лампы (а) и от скважности импульсов (б):

--диаметр трубки-колбы 38 мм;----диаметр

трубки-колбы 26 мм; 1 - переменный ток частотой 50 Гц; 2 -постоянный ток, 3 - однополярные импульсы частотой 20 кГц скважностью 2; 4 - однополярные импульсы частотой 20 кГц. скважностью 5; 5 - двухполярные импульсы частотой 20 кГц скважностью 2; 6 - двухполярные импульсы частотой 20 кГц скважностью 5

Экспериментально-расчетные исследования показали, что наименьшие при-электродные потери имеют место при питании PJI двухполярными импульсами по сравнению с другими видами питания при прочих равных условиях (рисунок 6). Экспериментально показано, что при питании лампы двухполярными импульсами анодное падение потенциала имеет нулевое или отрицательное значение.

На основе полученных экспериментальных результатов и модернизированной системы уравнений, описывающей параметры прикатодной области РЛНД с учетом баланса мощности на катоде и его эмиссионных характеристик, разработана замкнутая математическая модель для расчета основных характеристик КП при питании импульсным током повышенной частоты.

Метод расчета режима КП на оксидном катоде в дуговом разряде НД при питании переменным током частотой 50 Гц разработан С.П. Решеновым. Система уравнений для КП объединяет в себе большое количество различных величин и связей, полный учет которых приводит к большим трудностям при вычислении. Поэтому при расчете режима КП учитывались наиболее существенные связи и исходя из экспериментальных результатов работы РЛНД при питании импульсами тока ВЧ было принято ряд допущений.

Особенности импульсного питания прежде всего касаются уравнения теплового баланса для участка электрода в пределах КП, которое имеет вид:

Рм- + Р, + Роке + Pat ~Р. ~ Р„ -Рг~Рв=0, (3)

где Рж - мощность, выделяющаяся при прохождении тока разряда через вольфрамовую проволоку в пределах катодного пятна; Л - мощность, приносимая ионами; Рокс - мощность, выделяющаяся при прохождении тока в оксидном слое в пределах катодного пятна; РАТ - мощность, приносимая в зону катодного пятна возбужденными атомами; Ре - мощность охлаждения поверхности катодного пятна вследствие эмиссии электронов; Р„ - мощность, уносимая из зоны катодного пятна излучением; Рг - мощность, отводимая через газ; Р„ - мощность, отводимая от зоны катодного пятна вдоль катода за счет теплопроводности.

Особенности импульсного питания необходимо учесть в следующих составляющих баланса мощности.

(4)

0 0

где /к - длина спирали в пределах катодного пятна; ги,('1\) - сопротивление вольфрамовой проволоки длиной 1 см при температуре. Тк; Ip(i,x) - величина тока разряда в точке в данный момент.

Р, = ^ЫсЛ^Л + V]dt = -¡=1,, + UX (5)

т0 л/<7„

где lm - амплитудное значение разрядного тока, /„ = I//('„)- ионная доля тока на катоде; а - коэффициент аккомодации; UK - катодное падение потенциала; Ц - потенциал ионизации инертного газа.

Г'окг = -\1„г,,ЛтМ = '1г„ЛтХ

О

о

(6)

гДе Г„ЛТ,) - сопротивление слоя оксида в пределах катодного пятка.

(7)

где Д<р - снижение работы выхода электронов под действием электрического поля у поверхности катода.

На основе замкнутой математической модели для расчета основных характеристик КП при питании импульсным током ВЧ разработан алгоритм и составлена программа для расчета параметров КП и приэлектродных характеристик электродов РЛНД при питании током ВЧ, которая позволяет оперативно оценить характеристики КП и относительного изменения срока службы ЛЛ при вариации ее питания и геометрических параметров спирального электрода. Расчетные и экспериментальные исследования показали, что при питании ЛЛ однополярными импульсами тока ВЧ ее срок службы сокращается вдвое, причем, при большем значении скважности имеет место большее сокращение продолжительности горения. Изменение конструкции и геометрических параметров спирального электрода не позволяет существенно увеличить срок службы РЛ при импульсном высокочастотном питании.

Расчетные исследования хорошо коррелируются с экспериментальными исследованиями долговечности электродов, которая определялась на основании использования разработанного метода прогнозирования при испытаниях ЛЛ на продолжительность горения, защищенного патентом.

Экспериментально показано, что при питании стандартных ЛЛ однополярными импульсами тока ВЧ, снижения сокращения их продолжительности горения можно достичь двумя способами: осуществляя подогрев катода от дополнительного источника током в 0,2+0,3 раза меньше разрядного, причем ток разряда и ток подогрева по электроду должны протекать встречно; в ЛЛ вместо спиральных электродов монтировать полые синтерированные электроды, позволяющие использовать мгновенный пуск ЛЛ, при этом условия работы электродов не ухудшаются по сравнению с условиями работы при питании переменным током частотой 50 Гц.

Пусковой режим электродов существенно влияет на долговечность ЛЛ. При этом определяющими характеристиками являются темп нарастания температуры электрода в пусковой период и установившееся его значение.

Расчет пускового разогрева электрода выполняется на основе нестационарного уравнения теплового баланса. Однако методика расчета пускового процесса не учитывает шунтирующего действия околоэлектродного разряда (ОЭР), замедляющего темп нарастания температуры электрода до установившейся величины, поэтому расчетные данные пусковых параметров справедливы до температур 1200-1300 К, при которых, как правило, возникает ОЭР. Расчетная оценка влияния ОЭР затруднительна вследствие того, что до последнего времени был не ясен механизм его возникновения.

Для выяснения механизма возникновения ОЭР была разработана экспериментальная установка, позволяющая наблюдать и регистрировать этот процесс в наиболее характерных точках осциллограммы {Уэл(0 (рисунки 7 и 8).

В момент времени 51Ш (рисунок 8, г), вследствие роста тока подогрева, на верхней части электрода возникает катодное пятно с высокой эмиссионной способностью, что приводит к росту доли тока, протекающего через ОЭР и, соответственно, снижению падения напряжения на электроде, при этом у верхнего ввода характерные признаки наличия катодного пятна (как на рисунке 5, г), то есть в первый полупериод (рисунок 7) верхний ввод имеет отрицательный потенциал и участок с оксидом выполняет роль катода. Противоположный ввод, соответственно, выполняет роль анода. То есть местоположение ОЭР зависит от периода переменного тока, а размеры ОЭР - от величины тока подогрева.

Исследования влияния конструкции электродного узла на характер возникновения ОЭР в пусковой период ЛЛ, в частности - влияния капсульного дозатора ртути, приваренного к одному из вводов электрода показало, что несимметричность электродного узла приводит к повышению темпа предпускового разогрева электрода, а вероятность зажигания ЛЛ с непрогретыми электродами снижается.

Исследование работы ЛЛ при питании переменным током ВЧ показало, что схемных решений электронных ВЧ ПРА достаточно много и каждый производитель ВЧ ПРА выбирает, с его точки зрения, наилучший вариант (рисунок 9). Оценить условия работы электродов ЛЛ при ее питании от того или другого ПРА дело достаточно трудоемкое. В свою очередь от режима работы электродов при ВЧ питании непосредственно зависит срок службы ЛЛ, поэтому данный параметр косвенно характеризует согласованность ЛЛ с ВЧ ПРА.

Проведенные исследования показали, что при изменении вида питания ЛЛ, местоположение КП на электроде практически не изменяется. Поэтому испытание ЛЛ на срок службы необходимо проводить в схеме с соответствующим ВЧ ПРА, а фиксацию темпа движения КП, осуществлять с использованием методик, хорошо проработанных для случая питания ЛЛ от сети с частотой 50 Гц.

Известно, что продолжительность горения ЛЛ определяется в основном запасом эмиттера на электродах и скоростью его расходования. Запас эмиттера за-

Рисунок 8 - Фотографии околоэлектродного пространства в точке "О гш'Ха) по рисунку 7 и в моменты времени 3 гг^ (б), 3,3 тз (в), 5 те (г) и 7,5 тэ (д)

/ \ / /

/ \ \ /

К

0 2 5 5 7 5 10 125 15 17 5 20 Imi

Рисунок 7 - Осциллограмма [/эл(0

Напряжение питания, В

1И40 —&-Моу^аюг

Напряжение питания,!

^^тгаэогнс

Рисунок 9 - Изменение световых параметров светильника ЛП046-2«36 с различными ПРА при вариации напряжения питания

висит от конструкции электрода, от технологии нанесения и обработки эмиссионного покрытия в процессе термовакуумной обработки электродов. В связи с этим целесообразно контролировать "привес оксида" в готовой ЛЛ. Проведя

анализ существующих методов определения "привеса оксида", был разработан оригинальный метод, основанный на зависимости тепловой инерции электрода от привеса оксида, который был реализован в изготовленном приборе "Оксид-1" для определения привеса оксида на электроде готовой ЛЛ без ее разрушения. Анализ источников погрешностей данного прибора позволил усовершенствовать его (рисунок 10), что позволило обеспечить точность измерения привеса оксида ±1 мг для 85% объема проверяемой партии, но не хуже чем ±2 мг для отдельно взятой лампы. Экспериментальные исследования показали, что величина времени нарастания напряжения на электроде до уровня 0,85 от установившегося значения {/м является практически линейной функцией от величины привеса оксида на испытуемом электроде ЛЛ. Соответственно зависимость т0КС=Л1«) может быть описана линейным уравнением вида у = кх+т :

"'оке = 4 + 'н(т=0), (8)

где 1Х — время нагрева испытуемого электрода ЛЛ;

¿„(т=о) — время нагрева электрода той же конструкции, что и испытуемый, но без оксида;

к,л - коэффициент, характеризующий угол наклона зависимости т0КС =//„) и зависящий от конструкции электрода.

Кроме того была разработана методика определения оптимального тока накала для измерения времени нагрева электрода.

В настоящее время повсеместно проводятся мероприятия по повышению энергоэкономичности осветительных установок. Одним из путей энергосбережения в осветительной технике, особенно в сфере бытового освещения, является использование компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). Наиболее удобными для этих целей являются КЛЛ со встроенными электронными ВЧ ПРА (КЛЭ), которые позволяют их исполь-

Рисунок 10 - Схема включения электрода ЛЛ для измерения его времени разогрева (*„) до наперед заданной части от установившегося значения температуры

зовать в световых приборах, предназначенных для эксплуатации с ЛОН.

В то же время известно, что отечественные электрические сети имеют существенные колебания напряжения, как во времени, так и в пространстве. Особенно велики колебания сети в сельской местности. В связи с этим проведенные исследования светотехнических характеристик КЛЭ показали, что их работоспособность сохраняется в широких пределах напряжения питающей сети, в частности при снижении напряжения питания до 150 В, световая отдача ламп практически не изменяется. Однако, несмотря на примерно одинаковые конструктивные и геометрические параметры исследованных КЛЭ, они имеют достаточно разнообразные светотехнические характеристики. Это связано с тем, что КЛЭ представляет собой комплект «КЛЛ+ВЧ ПРА» и незначительные изменения каждого элемента данного комплекта оказывает влияние на его светотехнические характеристики. Особо следует заострить внимание на вид пуска КЛЭ, так как данный процесс оказывает существенное влияние на срок службы лампы, и не только.

В осветительных установках широко используются выключатели со встроенными индикаторами, показывающими их местоположение. Данные выключатели обеспечивают большую комфортность эксплуатации осветительной установки, так как позволяют легко определять их расположение в темном помещении. Однако замечено, что в ряде случаев при замене ЛОН на КЛЭ в осветительной установке с таким выключателем, наблюдаются световые вспышки КЛЭ с частотой ~1 Гц, когда она находится в выключенном состоянии.

Для исследований данного явления были использованы выключатели в которых для индикации используется газоразрядная лампа (ГЛ) или светодиод (СД), которые включаются параллельно контактам выключателя через ограничительный резистор. Различные производители выключателей используют различные ограничительные резисторы от величины которого зависит ток, протекающий через индикатор и, соответственно, мощность потребляемая им из сети. Так при сопротивлениях 470 и 120 кОм через ГЛ протекают, соответственно, токи 0,35 мА и

1.2 мА, при этом за одни сутки потребляется энергии, соответственно, 1,8 и

6.3 Вт-час. В масштабах страны это может составлять мегаватты в час. Для сравнения - СД индикатор потребляет за сутки - 0,4 Вт-час (при токе 0,075 мА).

Исследования показали, что световые вспышки КЛЭ происходят тогда, когда в схеме КЛЭ отсутствует позистор, включаемый параллельно пусковому конденсатору и разрядной трубке для обеспечения «быстрого пуска» лампы. Отсутствие позистора приводит практически к «мгновенному», то есть «холодному пуску» КЛЭ. Известно, что одно холодное зажигание люминесцентной лампы уменьшает ее срок службы на 3^4 часа, поэтому при эксплуатации КЛЭ без позистора, не зависимо от выключателя, следует ожидать сокращения срока службы КЛЭ. Поэтому лампы без позистора не должны попадать к потребителю!

Исследование КЛЭ различных производителей показало, что у некоторых конструкций ЭПРА на ее печатной плате предусмотрено место для монтажа позистора, но сам позистор — отсутствует. Следовательно, КЛЭ одного производителя может быть как с позистором, так и без него, соответственно, наличие позистора необходимо контролировать при приобретении КЛЭ.

Исследование изменения характеристик КЛЭ при исключении позистора из схемы ЭПРА показало, что наиболее информативным параметром является изменение во времени падения напряжения на КЛЭ, при питании последней от сети -220 В через цепочку "ГЛ - ограничительный резистор". Так, в случае отсутствия позистора возникают пульсации напряжения на ней с периодичностью 0,5-И,5 Гц, при этом разница между максимальным амплитудным значением напряжения на лампе и минимальным лежит в пределах от 10 до 35 В (у разных КЛЭ эта разница различна). Если в КЛЭ присутствует позистор, то световые пульсации отсутствуют, а пульсации напряжения на ней практически отсутствуют, при этом разница между максимальным амплитудным значением напряжения на лампе и минимальным составляет 1-КЗ В (у разных КЛЭ эта разница различна).

Данный способ контроля наличия позистора в схеме КЛЭ был реализован в приборе, схема которого приведена на рисунке 11. Использование данных приборов (рисунок 12) торговыми представителями импортирующих организаций позволит предотвратить поступление некачественных КЛЭ на отечественный рынок.

Существенным недостатком ЛЛ, как уже отмечалось, является то, что в них применяется жидкая ртуть и возникает серьезная экологическая проблема, связанная с производством, транспортировкой, хранением, эксплуатацией и утилизацией ЛЛ.

Анализ существующих технологий введения ртути в объем ЛЛ (меркуриза-ция) показал, что наиболее подходящим способом, который не требует радикальной перестройки технологического процесса и, соответственно, производственного оборудования, является капсульный метод, который позволяет исключить из технологического процесса ртуть в чистом виде.

Уменьшение вероятности зартученности окружающей среды при изготовлении, хранении, транспортировании и эксплуатации путем поддержания минимального количества металлической ртути в ЛЛ достигается тем, что термическое разложение источника ртути осуществляют частично. Для этого металлическая капсула с интерметаллическим соединением ртути - меркуридом титана - приваривается к одному из вводов смонтированной ножки, которая заваривается в ЛЛ.

Рисунок 12 - Общий вид прибора

Рисунок 11 - Электрическая схема прибора для контроля работоспособности КЛЭ. 1 - КЛЭ; 2 - переключатель режимов контроля, 3 - индикатор; 4 - аналого-цифровой преобразователь цифрового вольтметра; 5 - блок питания цифрового вольтметра; 6 - блок ограничения тока КЛЭ; 8 - ГЛ, 9 - резистор; 7 - питающая сеть -220 В, 10 - электрическая «вилка»; II- включатель

Выделении ртути в объем лампы происходит после ее отпайки на откачном автомате при нагреве капсулы примерно до 900°С.

Однако, при производстве экологически улучшенных ЛЛ (ЭУЛЛ) типа ЛБ 20-Э был получен низкий выход годной продукции, что потребовало выяснения причин и доработки технологического процесса, для чего был проведен комплекс работ по исследованию:

- свойств капсульного дозатора ртути (КДР);

- различных параметров технологического процесса изготовления ЭУЛЛ, оказывающих воздействие на КДР:

- условий меркуризации ЭУЛЛ с КДР, имеющими различный состав;

- режимов работы электродов различной конструкции в ЭУЛЛ с КДР.

Исследование влияния технологического процесса изготовления ЛЛ на выделение ртути из исследуемых модификаций КДР проводилось путем изготовления опытных партий ЭУЛЛ с различными модификациями КДР. Исследование проводили путем количественного анализа выделения ртути на различных операциях изготовления ЭУЛЛ путем взвешивания капсул до монтажа на электродный узел и после обработки лампы на линии. Данные исследования позволили произвести выбор наиболее приемлемой модификации КДР и отладить режим термовакуумной обработки электродов ЭУЛЛ.

С целью сведения до минимума вероятности загрязнения производственных площадей предложено проводить меркуризацию ЭУЛЛ после технологической выдержки, то есть на заключительной операции производства ЭУЛЛ, перед их отправкой потребителю. Однако в данном случае, возникли определенные трудности контроля "чистоты наполнения ЭУЛЛ" после ее отпайки на откачном автомате. Поэтому предложена методика оценки качества наполнения не меркуризо-ванных ЭУЛЛ, которая позволяет производить отбраковку ламп и уменьшить количество годных ламп, случайно попадающих в брак. Блок-схема, реализующая предложенный способ контроля "чистоты наполнения ЭУЛЛ" приведена на рисунке 13.

Таким образом, при освоении производства экологически улучшенных ЛЛ был проведен комплекс исследовательских работ, позволивший определить оптимальный состав капсульного дозатора и режим термовакуумной обработки электродов на откачном автомате, разработать оригинальный способ контроля чистоты наполнения лампы после ее отпайки, создать схемы меркуризации ЛЛ

Представляется также актуальным осуществление покрытия готовых ЛЛ прозрачной полимерной пленкой, в результате чего, с одной стороны, повышается ударопрочность ЛЛ, а с другой, в случае разрушения у потребителя, она не рассыпается и минимальное количество ртути попадает в окружающую среду. Для уменьшения вероятности разрыва прозрачной полимерной пленки при раз-

Рисунок 13 - Блок-схема устройства для контроля чистоты наполнения ЛЛ

рушении лампы, целесообразно пленку армировать стекловолокном. Это особенно важно при эксплуатации ЛЛ в жилых помещениях.

Известно, что оптическое излучение оказывает большое влияние на жизнедеятельность высокоорганизованных животных и человека, вызывая комплекс зрительных, нейрогуморальных, поведенческих, психофизических и других реакций, в целом определяющих положение и характер приспособлений организма в сложной системе отношений с окружающей средой. Причем каждый участок спектра оптического излучения оказывает «свое» воздействие на различные живые организмы. В сельскохозяйственном производстве используется практически весь спектр оптического диапазона электромагнитных волн: от инфракрасной области до ультрафиолетовой области С. Это связано с тем, что в процессе эволюции живые организмы адаптировались к естественному электромагнитному фону Земли, а именно к оптическому диапазону излучений. Соответственно, при содержании животных в закрытых помещениях, возникает недостаток того или иного излучения, необходимого для нормальной жизнедеятельности животного.

В целях выявления оптимального соотношения бактерицидной и эритемной

составляющих потока излучения была разработана и испытана экспериментальная установка, позволяющая варьировать соотношения бактерицидной и эритемной составляющих потока излучения при облучении животных. Результаты экспериментов показали, что облучение животных целесообразно осуществлять УФ излучением областей В и С. Для возможности осуществления комбинированного облучения животных без изменения существующих облучателей была разработана РЛНД с изменяемым соотношением бактерицидного и эри-темного потоков (рисунок 14), которая позволяет увеличить биологическую эффективность излучения лампы независимо от качества и толщины стекла, толщины люминофорного слоя.

Третий раздел посвящен повышению эффективности твердотельных источников оптического излучения.

Твердотельные источники оптического излучения (светодиоды) работают на постоянном токе и низком напряжении. Для стабилизации прямого тока через р-л-переход светодиода (СД) используется драйвер. На практике, для питания СД широко применяются драйверы на основе широтно-импульсной модуляция, то есть питание СД осуществляется импульсным током с переменной скважностью. Путем изменения скважности происходит изменение яркости свечения (за счет инерционности процессов восприятия излучения человеческим глазом) при постоянном амплитудном значении тока. Такие драйверы работают на частотах, превышающих критическую частоту мельканий (от килогерц до сотен мегагерц).

12 3 4

Рисунок 14 - Конструкция ртутной РЛНД с изменяемым соотношением бактерицидного и эритемного потоков: 1 - колба из увиолевого стекла; 2 - выступы, предотвращающие соприкосновение с люминофором; 3 - активированные электроды; 4 - цоколи; 5 - люминофор; 6 - внутренняя трубка из увиолевого стекла

Их КПД составляет 85-95 %. Однако эффективность работы СД источника света также в значительной степени зависит от теплового режима работы светодиодных структур что, соответственно, требует его детального изучения.

При проведении исследований характеристик СД следует иметь в виду, что вследствие несовершенства технологии, параметры СД значительно различаются не только между партиями, но и внутри одной партии СД. Большой разброс характеристик создает проблемы при конструировании световых приборов, поэтому вводят бинование СД - разделение их на группы со схожими характеристиками. В связи с этим обстоятельством, целесообразно осуществлять теоретические исследования характеристик путем моделирования изучаемых процессов.

Импульсный режим эксплуатации СД может оказать существенное влияние на рабочие характеристики, так как температура кристалла значительно меняется во время импульса и во время паузы между импульсами, в результате этого максимальная температура кристалла отличается от температуры кристалла при его питании постоянным током.

В зависимости от параметров кристалла, частоты следования импульсов и скважности, светодиод может работать в двух режимах импульсного тока - нера-зогревающем и разогревающем (рисунок 15).

При работе СД в импульсном режиме скорость разогрева и охлаждения кристалла, а следовательно, и тепловой режим существенным образом зависят от параметров импульсного тока (/,„У), электрической мощности, подводимой к кристаллу Р, геометрических размеров кристалла и теплоотвода, коэффициентов теплопроводности. Для расчета тепловых характеристик была построена математическая модель разогрева и охлаждения структуры СД при питании импульсным током на основе уравнения баланса энергий подводимой к кристаллу и отводимой от него с помощью излучения и теплопередачи:

где Р - электрическая мощность, подводимая к кристаллу; Фс и Рт - мощности, отводимые от кристалла излучением и путем теплопроводности; Ст - теплоемкость светодиодной структуры; с!Т- приращение температуры за время Л.

Используя ряд упрощений, получим уравнение баланса энергии для структуры светодиода:

РЖ = Ф,ск + РТЛ + Стс1Т,

(9)

Т

I

т.

я)

0)

Рисунок 15 - Зависимость температуры кристалла от времени в неразогревающем (я) и разогревающем (б) режиме работы

Р(1-Фе)-Х{Т-Точ,) = Ст^.

(10)

где х - коэффициент теплопроводности; Гокр - температура окружающей среды.

Решение данного уравнения для рабочего цикла, когда на светодиод подается питание, и он излучает световой поток:

Р(\-л\ п

т=т„+(т„-т+-

где Г„ - температура в момент начала импульса.

Решение уравнения (10) для цикла остывания, когда электрическая мощность к кристаллу не подводится, будет выглядеть следующим образом:

т = Токр+{Т„-Т)-е

* окр ' Vх Л) ^ окр t w • (12)

Расчет температуры в любой момент времени при питании импульсным током осуществляется с применением ЭВМ. Алгоритм расчета состоит из последовательного расчета температуры при каждом импульсе нагрева и охлаждения, причем конечная температура п-\ цикла, является начальной температурой п-го цикла.

Для определения параметров уравнений математической модели были проведены экспериментальные исследования динамики изменения температуры кристалла СД. Измерения проводились методом прямых напряжений, основанном на измерении электрических параметров полупроводниковой структуры при изменении температуры. Для его реализации предварительно осуществляется калибровка - измерение импульсных вольтамперных характеристик СД, помещенного в печь с заданными значениями температур. Полученная зависимость электрических параметров от температуры впоследствии используется для расчета температуры кристалла работающего СД.

Для измерений была использована универсальная плата расширения для персонального компьютера NI PCI-6251 (АЦП-ЦАП), с помощью которой задавались токи питания СД и проводились измерения их характеристик. Для проведения исследований температуры кристалла СД была разработана программа в среде Lab View, блок схема которой приведена на рисунке 16. Полученные экспериментальные данные хорошо согласуются с рассчитанными, учитывая то, что кроме кристалла происходит быстрый нагрев токовых вводов, контактных площадок.

контакта кристалл-монтажное основание. Разработанная экспериментальная установка на основе виртуального прибора (рисунок 16) позволяет измерять температуру СД в

ВП калибровки светодиода

ВП выбора типа измерения

ВП измерения ф отоапектриче ск их характеристик

ВП измерения ВАХ

ВП стабилизации температуры

Гр адуир ов очный ВП генерации

график импульсного ВП гсшерения

термопары 70» ВАХ

Рисунок 16 - Блок схема виртуального прибора (ВП) для измерения температуры СД

световых приборах в реальных условиях их эксплуатации.

В третьем разделе также показаны пути повышение эффективности СД ламп для прямой замены J1H. В частности, для повышения энергоэкономичности осветительных установок целесообразно иметь широкую номенклатуру источников света и светильников.

Светодиодные лампы для прямой замены (СДЛПЗ) ГЛН с отражателями широко применяются как для общего освещения, так и для создания акцентного освещения, что требует наличия достаточно широкой номенклатуры, как с точки зрения мощности, так и разнообразия их светораспределения. Последнее можно достичь, если использовать при конструировании СД модуля светодиоды с различными КСС. В этом случае путем интегрирования фотометрических тел используемых СД можно получить любую КСС, занимающую промежуточное значение между КСС выпускаемых СД. Для проектирования заданной КСС СДЛПЗ ГЛН предложен инженерный метод расчета КСС, который реализован в программе Microsoft® Office Excel. При расчете использовались следующие допущения:

1) оптические оси дискретных СД направлены параллельно оптической оси СДЛПЗ ГЛН;

2) однотипные СД имеют одинаковые круглосимметричные КСС;

3) СД не экранируют друг друга и не экранируются другими конструктивными элементами СДЛПЗ ГЛН;

4) СД являются точечными источниками света;

5) фотометрические тела разных СД располагаются в одной точке.

Для экспериментальной проверки предложенного инженерного метода расчета СДЛПЗ ГЛН были рассчитаны варианты этих ламп. По результатам расчета были изготовлены макетные образцы СДЛПЗ ГЛН, результаты измерения КСС

которых показали хорошее согласие с расчетными данными (рисунок 17).

В настоящее время благодаря большему сроку службы и световой отдаче, чем ГЛН, разработаны и выпускаются КЛЭ с зеркальным отражателем для непосредственной замены ГЛН с отражателем типа MR16. Однако данные лампы имеют существенный недостаток, это наличие ртути в разрядной трубке лампы. Поэтому альтернативным решением является использование ламп MR16, построенных на основе светодиодов. Причем, как показали исследования, проведенные на макетном образце (рисунок 18). взяв за основу конструктив данной лампы и изменяя положение СД модуля относительно выходного отверстия лампы, можно изменять тип ее КСС от косинусной до глубокой, тем самым расширяя области применения СДЛПЗ КЛЛ в исполнении MR16.

а) 6) в)

Рисунок 17 - Фотометрические тела трех макетных образцов СДЛПЗ ГЛН: а) - вариант 1 - 6x120°; 7x60°; 7x20°; 6) - вариант 2 - 13x120°; 7x20°; в) - вариант 3- 13x120°; 6x60°; 1x20°

---"Ч_

__ i- = А

^—*

т выходного отверсты

( раиеивлтеле.

=| До СД глодкля, с

28 — & 26 с |>в<

Рисунок 18 - Изменение характеристик макетного образца СДЛПЗ КЛЛ при изменении положения СД модуля

Исследование существующих СД ламп-ретрофитов показало, что создание СДЛПЗ ЛОН с характеристиками, полностью повторяющими заменяемую лампу, является достаточно сложной задачей. Поэтому при конструировании СД ламп-ретрофитов подбирают компромиссные варианты, которые позволяют достичь соответствия одного из превалирующих параметров заменяемой ЛН в конструируемой СДЛПЗ ЛН. Так для повышения эффективности теплоотвода пластинчатого радиатора СДЛПЗ ЛОН поверхности пластин должны иметь коэффициент поглощения излучения более 0,75 и коэффициент почернения более 0,7. В этом случае, даже при наличии застойных явлений между ребрами радиатора будет происходить отвод тепла за счет энергетической светимости материала радиатора.

Ряд ЛН с прозрачной колбой применяются в световых приборах (СП), в которых тело накала ЛН располагается в определенной точке внутри СП и имеет заданные габаритные размеры, под которые рассчитана оптическая система СП, например, автомобиля. В этом случае для адекватной замены автомобильной ЛН (АЛН) на СД лампу, последняя должна иметь не только близкую КСС, но и близкие габаритные размеры излучающей части. В противном случае СП с СДЛПЗ АЛН не обеспечит требуемое светораспределение и, например, может повысить вероятность дорожно-транспорт-ного происшествия.

При решении данной задачи геометрические размеры излучающей части СД должны быть близки к излучающей части заменяемой ЛН, а в пространстве располагаются в том же месте что и ТН (рисунок 19). Варьируя расположением СД (3

или 8, рисунок 19) и профилем отражающей поверхности 6, можно создавать СДЛПЗ АЛН для СП, рассчитанных на использование как прямого, так и отраженного излучения от отражателя СП.

Следует отметить, что моделирование КСС СДЛПЗ АЛН осуществлялось в программе Microsoft® Office Excel по методике описанной выше. Таким образом, предлагаемый метод конструирования позволяет обеспечить светораспределение СД лампы максимально приближенной к светораспределению ЛН, для замены которой конструируется СД лампа.

Вид А

Рисунок 19 - Конструкция СДЛПЗ АЛН с местным разрезом: 1 - корпус; 2 - цоколь; 3, 8 - СД; 4 - теплопроводное основание; 5 - теплорассеивающие пластины; 6,1 - отражающие поверхности

а) б) в) г)

Рисунок 20 - Фотометрическое тело светильника с: я) - ЛЛ; б) - СДЛПЗ ЛЛ без рассеивателя; в) - СДЛПЗ ЛЛ с призматическим рассеивателем; г) - СДЛПЗ ЛЛ с матовым рассеивателем

В настоящее время практически все крупные предприятия, производители СД источников света, осуществляют выпуск СДЛПЗ линейных ЛЛ. Номенклатурный ряд таких СД ламп соответствует всем типоразмерам линейных ЛЛ в трубках Т10, Т8иТ5.

Исследование характеристик СДЛПЗ ЛЛ показало, что КСС светильника с зеркальной оптикой существенно изменяется (рисунок 20), что требует более тщательного подбора СДЛПЗ ЛЛ для этих светильников.

В выпускаемых в настоящее время СДЛПЗ ЛЛ для достижения требуемой величины светового потока используется требуемое количество одинаковых СД. КСС таких СДЛПЗ ЛЛ определяется видами КСС или различными двойными углами половинной яркости (200,5) используемых светодиодов.

Расширить номенклатуру КСС СДЛПЗ ЛЛ можно за счет расположения требуемого количество одинаковых СД под разными углами относительно оптической оси лампы. Еще большего разнообразия КСС СДЛПЗ ЛЛ можно достичь, располагая оптические оси СД с различными КСС под разными углами относительно оптической оси СДЛПЗ Л Л (рисунок 21). Проектирование заданной КСС СДЛПЗ ЛЛ осуществляется предложенным инженерным методом расчета КСС. При расчете используются те же допущения. Отличие заключается в том, что требуемая КСС формируется группой СД, после чего требуемое число таких групп СД равномерно распределяются по длине СДЛПЗ ЛЛ.

В настоящее время более широко вместо традиционных светодиодов со

Рисунок 21 - Формирование КСС СДЛПЗ ЛЛ в поперечной плоскости

сферическим корпусом (LED Lamp) в СДЛПЗ ЛЛ применяют более малогабаритные светодиоды для поверхностного монтажа на печатных платах, которые позволяют механизировать сборку светодиодной линейки СДЛПЗ ЛЛ. Для реализации способа формирования КСС СДЛПЗ ЛЛ в поперечной плоскости с помощью SMD светодиодов предлагается осуществлять их монтаж не на жесткую линейку, а на гибкую печатную плату, которая затем приклеивается к теплопроводящему основанию, которое формирует направления оптических осей светодиодов.

Четвертый раздел посвящен повышению эффективности световых приборов (СП), которая определяется как эффективностью его источника оптического излучения, так и эффективностью самой конструкции СП. Исходя из многообразия областей применения и конструктивного исполнения СП, рассмотрение возможных путей повышения эффективности СП, их устройства и характеристик осуществляется по типу применяемых источников света.

В разделе 1 было показано, что в настоящее время для целей освещения широко применяются ГЛН. Однако выпускается достаточно большой ассортимент светильников, в конструкции которых применяется патрон под резьбовой цоколь Е14 или Е27. Такие светильники рассчитаны на применение ЛОН или других, более энергоэффективных ламп (КЛЭ или СДЛПЗ ЛОН). В четвертом разделе рассмотрены возможные пути повышения их эффективности.

В настоящее время выпускается достаточно широкая номенклатура СП со степенью защиты IP54. Они предназначены для наружного и внутреннего освещения. При использовании термостойкого стекла, область применения данных СП существенно расширяется. Они применяются в различных помещениях с повышенной влажностью и температурой, в том числе в банях и саунах. Причем, в саунах и банях используются исключительно влагозащищенные светильники с лампами накаливания, так как другие источники света не предназначены для работы в таких условиях. Такие светильники, в основном, имеют класс защиты от поражения электрическим током I, которые предполагают наличие заземления СП, что в ряде случаев усложняет монтаж и эксплуатацию электроустановки.

Проведенные исследования показали, что замена в светильнике ЛОН типа Б230-60 на ГЛН типа КГМ 12-50 при вдвое большем сроке службы и меньшей потребляемой мощности, обеспечивает больший световой поток и на 4,6 % увеличивается КПД светильника за счет снижения экранировки излучаемого светового потока ГЛН (рисунок 22). При этом, благодаря питанию ГЛН низким напряжением (12 В), повышается класс защиты СП от поражения электрическим током до III. Питание ГЛН низким напряжением в таких случаях осуществляется через понижающий электромагнитный или электронный трансформатор, которой как и прочие электроустановочные изделия согласно СНиП 11-80-75, необходимо располагать в соседнем помещении с нормальными условиями эксплуатации.

Полученные результаты рекомендуется использовать при проектировании СП со степенью защиты IP54, что позволит расширить их номенклатуру.

Как было указано выше, в саунах и банях используются исключительно влагозащищенные светильники с лампами накаливания. Наличие повышенной температуры окружающей среды предполагает применение материалов, стойких к

Рисунок 22 - Общий вид светильника (а), его корпус с электропатроном и ЛОН типа Б230-60 (б); его корпус с ГЛН типа КГМ 12-50 (в)

таким температурам, поэтому в производстве таких светильников используются исключительно металлы и стекло. В тоже время, светильник в таких условиях должен быть не теплопроводным и не теплоемким. Это требование позволяет избежать термотравмы при случайном соприкосновении человека с поверхностью светильника в горячем помещении. Поэтому, при конструировании таких СП в качестве конструкционного и светотехнического материала целесообразно использовать древесину светлых пород, имеющих наибольший коэффициент отражения. Как правило, такие светильники крепятся на поверхности стен и находятся в поле зрения находящегося в помещении человека. Поэтому светильник должен оказывать минимальное слепящее действие и эргономично вписываться в интерьер банного помещения, не ухудшая его дизайн. В связи с этим, для снижения бле-скости ГЛН, последний направляет световой поток на диффузно рассеивающий отражатель, а горизонтальные пластины часть светового потока рассеивают в нижнюю полусферу (рисунок 23).

Исследования светотехнических характеристик, проведенные по стандартным методикам, показали, что КПД светильника составляет около 33 %, а свето-распределение светильника формируется в результате суммирования глубокой КСС ГЛН и полуширокой КСС пластинчатого рассеивателя светильника.

В настоящее время антивандальные светильники, как правило, конструируют на основе СД. Они имеют металлический корпус и светопрозрачный рассеива-

тель из ударопрочного поликарбоната. Однако недостатком рассеивателя из ударопрочного поликарбоната является его низкая термостойкость, он плавится и возгорается даже при воздействии пламени газовой зажигалки. Так температура размягчения поликарбоната составляет 145°-150°С, а температура Рисунок 23 - Схема устройства (я) и общий вид макет- ВОСПламенения - выше 500°С,

ного образца светильника (б): 1 - ГЛН; 2 - диффузно

, он горит сильно коптящим рассеивающии отражатель; 3 - горизонтальные дере- г

вянные пластины; 4- нижняя пластина с отверстием 5 пламенем с выделением про-

1

дуктов распада, в том числе фенола.

Для устранения данного недостатка антивандального светильника необходимо рассеивателю придать термостойкость. Это достигается тем, что рассеива-тель выполняется из термостойкого композиционного материала, внешняя поверхность которого представляет собой ударопрочное (закаленное) термостойкое неорганическое стекло, а внутренняя поверхность которого покрыта слоем ударопрочного светопрозрачного полимера.

Общий вид макетного образца антивандального светильника, приведен на рисунке 24, в котором применены 52 сверхярких маломощных СД. Исследование светотехнических характеристик антивандального светильника показало соответствие его характеристик, характеристикам соответствующих светильников, имеющихся на отечественном рынке.

Главной задачей современной светотехники является создание комфортной световой среды для труда и отдыха человека, сохранения здоровья. Чтобы правильно и эффективно обеспечить искусственным освещением современную квартиру необходимо учесть потребность жильцов в правильно подобранном и продуманном сочетании трех видов освещения - общего, местного и специального. В

современной квартире до 80 функциональных процессов, для которых необходимо общее и местное освещение. С учетом специального освещения насчитывается свыше сотни процессов и этот перечень далеко не полон. Снабжать каждый процесс отдельным светильником неэффективно. Подобная проблема может быть решена только путем придания светильникам многофункциональности. Создание многофункциональных световые приборов (МСП) является одной из семи ключевых стратегий развития светотехники в США до 2020 г. и очень актуально для России.

Под многофункциональным подразумевается СП, совмещающий в себе функции нескольких однофункциональных светильников и (или) облучательных приборов и выполняющий данные функции одновременно, либо раздельно во времени, обеспечивающий оптимальные условия освещения (облучения) в ряде различных функциональных процессов. Основное требование к МСП - возможность качественно обслуживать те функциональные процессы, для которых они предназначены.

Предлагается МСП разделить на следующие группы:

1) декоративные МСП с возможностью совмещения ряда функций светильников общего, местного освещения и облучательных приборов. Их многофункциональность зависит от возможности быстрой смены пользователем цветных светофильтров, отражателей, рассеивателей, смены ИС, вида люминесцентных экранов, использования диммируемых ПРА для ЛЛ, диммеров для ЛН и диммирующих драйверов для светодиодов;

Рисунок 24 - Общий вид макетного образца антивандального светильника

2) многофункциональные светильники для общего и местного освещения, способные изменять уровни освещенности рабочей поверхности от нуля до максимума за счет особенностей конструкции (возможности перемещения световой части при эксплуатации) и использования стандартных диммируемых ПРА для JIJI, диммеров для ЛН и диммирующих драйверов для светодиодов;

3) многофункциональные облучательные приборы, совмещающие в себе специальные функции: для бактерицидного облучения, эритемного облучения, облучения растений, цветосветовой подсветки растений и т.д. за счет возможности быстрой смены источников излучения, вида люминесцентных экранов, отражателей, рассеивателей в них.

В рамках каждой группы МСП были сконструированы, изготовлены и исследованы макетные образцы МСП:

- МСП с переменной цветностью. Существует направлении в медицине, в котором лечение проводится светом различных цветов (цветотерапия). Специалисты считают, что цвета, которые нас окружают, способны влиять на самочувствие и настроение человека, лечить многие заболевания. Конструктивное исполнение такого МСП может быть различным. В данном случае был разработан МСП местного освещения, устройство и общий вид которого приведен на рисунке 25. Для обеспечения длительной работы массива светодиодов в замкнутом пространстве осуществляется их воздушное охлаждение с помощью вентилятора, расположенного в основании МСП. Шарообразный рассеиватель выполняет две функции: снижает блескость СД; осуществляет смешение цветов за счет многократных отражений внутри сферы. Цвет свечения в данном МСП варьируется изменением электрического режима питания RGB светодиодов посредством контроллера, который позволяет изменять цвет МСП либо по заданной программе, либо при внешнем управлении. Количество СД, используемых в МСП определяется исходя из необходимости создания светового потока при белом свечении, равным ЛОН мощностью 60 Вт, которая наиболее часто используется в бытовых светильниках.

Исследование световых характеристик МСП показало, что интенсивность

Рисунок 25 - Устройство (я) и общий вид МСП без (б) и с рассеивателем (в)

каждого цвета регулируется от нуля до 100 %, что позволяет синтезировать практически любой цвет из палитры цветов. КПД светильника для белого цвета равен 66 %, что соответствует КПД СП с матовыми рассеивателями. Для разработки и конструирования новых моделей МСП целесообразно использовать более мощные RGB свегодиоды, за счет этого МСП будет генерировать более высокий световой поток и, соответственно, такие светильники найдут более широкое применение.

- МСП с изменяемым светораспределением за счет быстрой смены отражателей, что позволяет его использовать как для местного, так и для общего освещения. Конструктивно это достигается за счет использования полусфрического опалового рассеивателя, который опирается на кольцеобразное основание из теплопроводного материала на котором располагаются СД, оптические оси которых направлены на внутреннюю поверхность рассеивателя, который имеет различное соотношение между коэффициентом отражения внутренней поверхности рассеивателя и его коэффициентом пропускания. Исходя из выражения

р + а + т = 1 (13)

где р - коэффициент отражения; а - коэффициент поглощения; т - коэффициент пропускания, используя рассеиватель с коэффициентом отражения внутренней поверхности более 0,9 - светильник будет излучать рассеянный свет в нижнюю полусферу пространства, а используя рассеиватель с коэффициентом пропускания около 1,0 - светильник будет излучать световой поток в верхнюю полусферу пространства. Устанавливая различные соотношения между коэффициентом отражения внутренней поверхности рассеивателя и его коэффициентом пропускания в различных участках внутренней поверхности рассеивателя (рисунок 26) будет получаться различное светораспределение МСП (рисунок 27).

В первом варианте примерно половина излучения СД отражается в область купола рассеивателя. В результате этого увеличивается осевая сила света в верхнюю полусферу, а доля светового потока, попадающего в нижнюю полусферу -уменьшается. Кроме этого уменьшается доля светового потока, излучаемая на границе верхней и нижней полусфер. Таким образом данный вариант МСП по светораспределению относится к классу "О", то есть отраженного света.

Во втором варианте, судя по площади, занимаемой КСС, увеличивается доля светового потока, излучаемого МСП в нижнюю полусферу. Данный вариант в наибольшей степени соответствует СП для общего освещения, то есть по светораспределению относится к классу "Р" - рассеянного света.

Рисунок 26 - Варианты расположения отражателя (1) на рассеивателе МСП

, А

1/ V-

а) б) в) г)

Рисунок 27 - КСС макетного образца МСП (а) с / вариантом (б), с II вариантом (в) и с III вариантом (г) расположения отражателя по рисунку 26

В третьем варианте весь световой поток излучается в нижнюю полусферу. По светораспределению такой светильник относится к классу "П", то есть прямого света. Как правило, такое светораспределение имеют СП, предназначенные для местного освещения.

Таким образом, по сравнению с существующими конструкциями СП, предлагаемая концепция конструирования МСП позволяет расширить функциональные возможности светового прибора за счет расширения способов его крепления и изменения излучения светового потока светильника в верхнюю и в нижнюю полусферы пространства.

- МСП для местного освещения переносного исполнения. Существующие переносные СП (ПСП) нельзя в полной мере отнести к многофункциональным СП. Как правило, ПСП применяются в случаях, когда требуется временное освещение рабочего места для производства каких-либо работ. В случае использования для производства работ электроинструмента, для его подключения к питающей сети используются электрические удлинители. В этом случае, с одной стороны, необходимо наличие двух стационарных розеток для подключения ПСП и удлинителя, с другой - наличие двух питающих самостоятельных проводников, вызывают определенные неудобства в работе, так как вдвое возрастает вероятность их повреждения, что может привести к замыканию электрической цепи или поражению работника питающим напряжением.

ПСП с удлинителем должен быть снабжен выключателем источника света, что позволит использовать его только как удлинитель, при этом выключатель должен иметь индикатор, работающий в проблесковом режиме, что позволит легко находить подключенный к питающей сети ПСП с выключенным источником света в затемненном помещении. С целью повышения функциональности ПСП, необходимо обеспечить возможность изменения его светораспределения, по крайней мере обеспечивая две светотехнические функции: общее и местное освещение. Так, используя в оптической части ПСП СД с различной КСС, путем комбинации их включения и регулировки питающего тока, варьировать в широких пределах КСС ПСП. Добавляя в оптическую часть ПСП RGB-светодиоды появляется возможность использовать ПСП в качестве светосигнального прибора, либо осуществлять корректировку цветности излучения ПСП.

С учетом большинства приведенных выше рекомендаций, разработан переносной светодиодный СП (рисунок 28), имеющий световую отдачу 38 лм/Вт и световой поток 690 лм (аналог ПСП с ЛОН 60 Вт).

Рисунок 28 - Общий вид макетного об- В четвертом разделе также рассмат-

разца многофункционального ПСП риваются пути повышения эффективности

СП с ЛЛ, которые широко применяются для целей освещения административно-офисных и производственных помещений. По оценкам специалистов в России в 2015 году, ЛЛ будут составлять 34% в структуре парка средств освещения. Соответственно, даже небольшое повышение их эффективности будет иметь большой энергосберегающий эффект по стране.

В настоящее время светотехнические предприятия выпускают однотипные светильники с ЛЛ, которые комплектуются либо электромагнитными ПРА (Эм-ПРА), либо ЭГ1РА с различным индексом энергоэффективности. Кроме того, в стране эксплуатируется огромный парк светильников с ЛЛ, укомплектованные ЭмПРА. Как показали исследования, повышение энергоэффектиности светильников с ЛЛ и, соответственно, осветительной установки в целом целесообразно проводить за счет использования ЭПРА с индексом энергоэффективности ЕЕ1=А2. В данном случае, несмотря на более высокую стоимость цифровых ЭПРА, осветительная установка гарантированно будет иметь характеристики, заложенные при ее проектировании, а окупаемость, согласно расчетам специалистов, произойдет максимум за 3,5 года.

Другой путь повышения энергоэффектиности светильников с ЛЛ - установка в них СДЛПЗ ЛЛ или установка в них вместо ЛЛ линейных СД модулей и драйвера.

Исследование характеристик светильника типа ЛП046-2><36 при установке в него однотипных СДЛПЗ ЛЛ мощностью 36 Вт различных производителей показало, что при их установке в светильник без демонтажа ЭмПРА, потребляемая мощность возрастает на -1 Вт и составляет 40,5 Вт, а световая отдача снижается на -3,5 %. Кроме того определено, что световая отдача светильника с СДЛПЗ ЛЛ вдвое выше световой отдачи светильника с ЛЛ и ЭмПРА, однако световой поток он излучает на 7 % меньше. В то же время, светильник с СДЛПЗ ЛЛ без призматического рассеивателя имеет в 2,5 раза больше световую отдачу и генерирует световой поток на 7 % больше, чем светильник с ЛЛ и ЭмПРА, при этом КСС светильника с СДЛПЗ ЛЛ больше соответствует КСС светильника с ЛЛ и ЭмПРА.

Это еще раз показывает, что КСС СДЛПЗ ЛЛ рассчитаны для эксплуатации без призматического рассеивателя или зеркальной оптики светильников в которые они устанавливаются (рисунок 20, г).

Ряд производителей СД модулей предлагают комплекты для сборки СД светильников. Учитывая, что в модулях используются высокоэффективные СД средней мощности, со световой отдачей, доходящей до 160 лмЛЗт, установка модулей в светильник вместо ЛЛ может существенно повысить его энергоэффективность.

Рисунок 29 - Расположение светодиодных модулей и источника постоянного тока на основании светильника ЛП046

В связи с этим, было оценено изменение характеристик светильника ЛП046-2х 36-004 при замене ЛЛ на светодиодные модули (рисунок 29).

Исследование светотехнических параметров светильника ЛП046 с СД модулями показало, что

при напряжении питания 220 В ±10%, светильник потребляет 40,8 Вт при этом коэффициент мощности равен 0,97; световой поток равен 3540,4 лм, а световая отдача светильника - 87 лм/Вт при КПД светильника 84 %. При использовании для модернизации люминесцентного светильника современной компонентной базы, можно получить световую отдачу более 100 лм/Вт.

Кроме достоинств, одним из недостатков СД является их высокая яркость, которая приводит к увеличению блескости СП. Производители СДЛПЗ ЛЛ для снижения их блескости, в подавляющем большинстве, используют, несмотря на

низкое значение коэффициента пропускания, опаловый рассеиватель.

Для снижения блескости светильника ЛП046 с СД модулями, СД модули были закрыты опаловыми рассеива-телями, которые применяются в СДЛПЗ ЛЛ (рисунок 30).

Исследование световых характеристик показало, что световой поток снизился до 2842 лм, а световая отдача, соответственно, до 70 лм/Вт. Таким образом КПД светильника в таком исполнении равен 68 %, что превышает КПД светильника ЛП046-2><36-704 Norma, а по световому потоку и световой отдаче находится на уровне светильника ЛП046 с СДЛПЗ ЛЛ.

Результаты исследования КСС светильника ЛП046 с СД модулями показали что призматический рассеиватель светильника ЛП046 излучение светодиодов формирует в своеобразную "прямоугольную" КСС, а при использовании дополнительного опалового рассеивателя, излучающая площадь увеличивается и КСС по виду приближается к КСС светильника ЛП046-2><36-004.

Таким образом, повышение энергоэффективности находящихся в эксплуатации светильников с ЛЛ целесообразно осуществлять путем их полной модернизации, то есть демонтажа электроустановочных устройств и ЭмПРА светильника с последующим монтажом СД модулей и драйвера. При этом для адекватной замены, с точки зрения светораспределения, целесообразно СД модули закрывать опаловыми рассеивателями. что позволит снизить блескость светильника до уровня светильника с ЛЛ. При этом оценки показали, что данный метод повышения энергоэффективности светильников с ЛЛ значительно дешевле, чем замена ЛЛ на СДЛПЗ ЛЛ. Так стоимость источника питания и 4 СД модулей составляет ~

Рисунок 30 - Свечение светильника ЛП046 с СД модулями без рассеивателя (я) и с опаловым рассеивателем (б)

Рисунок 31 - Устройство ландшафтного светодиодного СП

750 руб., а стоимость двух СДЛПЗ люминесцентных ламп мощностью 36 Вт, в зависимости от производителя, может составлять от 1000 до 4500 рублей.

В четвертом разделе также рассматриваются пути повышения эффективности СП для ландшафтного освещения, Номенклатура ландшафтных светильников широка. В работе рассматриваются световые столбики, которые монтируются в грунт или асфальтированную, брусчатую, бетонированную поверхность. Ландшафтные СП, как правило, имеют защиту от пыли и атмосферных осадков (класс IP54) и степень ударопрочное™ от внешних механических воздействий (IK код от 02 - стандартный, до 10 -вандалоустойчивый).

В светильниках для ландшафтного освещения применяются практически все источники света, наиболее эффективными яляются светодиоды, однако все они не отличаются разнообразием КСС. В лучшем случае, равномерное круговое освещение пространства вокруг светового столбика без слепящего действия.

Нами предложено строить конструкцию светового столбика (рисунок 31) по технологии освещения Flat Beam® («плоский луч») на основе дискретных светодиодов /, каждый из которых осуществляет освещение определенного участка около светового столбика с заданным уровнем освещенности. Для предотвращения блескости СП, оптические оси 2 СД направлены вниз и с помощью зеркальных поверхностей 3 и 4 формируется требуемая КСС. Кроме того, наличие в конструкции дискретных СД позволяет осуществлять динамическое освещение окружающего пространства. Например, при отсутствии людей, поддерживать уровень освещенности, достаточный для обеспечения декоративного освещения окружающего пространства, а при появлении человека, в зоне его движения создавать требуемый уровень освещенности для комфортного его передвижения, при этом полностью отсутствует блескость у данного ландшафтного СП.

В четвертом разделе также рассматриваются пути повышения эффективности облучательных приборов, которые широко применяются в сельском хозяйстве для повышения продуктивности животных. Причем, как показали исследования, для оздоровления состояния окружающей среды целесообразно применять установки озонирования воздуха, а добавка бактерицидной составляющей к эритем-ному потоку при малых облученностях способствует повышению степени эритемы кожи животных, что благоприятно сказывается на их самочувствии. В связи с этим предложен энергоэффективный облучатель, в котором объединены три процесса: облучения животных эритемным и бактерицидными потоками, и обеззараживание воздуха помещения в котором они находятся. В данном облучательном приборе облучение происходит эритемными лампами в нижнюю полусферу (рисунок 32), а обеззараживание воздуха осуществляется бактерицидными лампами, излучение которых направлено вверх, где за счет конвекции движется воздух в

Рисунок 32 - Устройство облучателя со смешанным излучением эритемного и бактерицидного потока: 1 — эритемное излучение; 2 - эритемная люминесцентная лампа; 3 - бактерицидная лампа; 4 - бактерицидное излучение; 5-теплопроводная перегородка; 6- отражатель бактерицидного излучения;

7- отражатель эритемного излучения; 8 - электромагнитные ПРА; 9 - конвекционные потоки облучаемого воздуха; ¡0- упругий держатель лампы.

корпусе облучателя, при этом бактерицидное излучение, отраженное от верхней пластины из полированного алюминия, направляется в нижнюю полусферу на облучаемых животных.

Использование комбинированного облучателя для профилактического облучения и обеззараживания животноводческих помещений позволило повысить продуктивность животных, улучшить показатели здоровья. В результате испытаний на данный облучатель получено положительное заключение о его эксплуатационных качествах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Получены результаты экспериментальных исследований капсульных ГЛН, показывающие необходимость учитывать их конструктивные особенности при выборе области их применения. При монтаже капсульной ГЛН в отражатель необходимо контролировать неравномерность освещенности светового пятна, для чего необходимо создать программное обеспечение, способное работать с растровым изображением светового пятна и анализировать степень неравномерности его освещенности.

2. На основе теоретических и экспериментальных результатов работы выработан комплексный подход к исследованию параметров электродов ртутных ламп низкого давления, что позволяет оперативно анализировать условия работы их электродов при различном питании. Определено, что наименьшие приэлек-тродные потери имеют место при питании люминесцентной лампы двухполярны-ми импульсами по сравнению с другими видами питания при прочих равных условиях. Экспериментально показано, что при питании лампы двухполярными импульсами анодное падение потенциала имеет нулевое или отрицательное значение.

3. На основе экспериментальных исследований определен механизм возникновения околоэлектродного разряда при стартерном пуске люминесцентной лампы, что позволяет адекватно производить расчет пусковых процессов, а также варьированием конструкции электродного узла менять время разогрева электрода до установившейся температуры в пусковой период.

4. На основе полученных экспериментальных результатов и модернизированной системы уравнений, описывающей параметры прикатодной области РЛ НД с учетом баланса мощности на катоде и его эмиссионных характеристик, разработана замкнутая математическая модель для расчета основных характеристик

КП при питании импульсным током повышенной частоты, которая легла в основу программы, позволяющей оперативно оценить характеристики КП и, прежде всего, относительное изменение продолжительности горения ЛЛ при изменении ее конструктивных и технологических параметров.

5. Экспериментально определено, что при изменении вида питания ЛЛ, местоположение катодного пятна на электроде практически не изменяется. Поэтому испытание ЛЛ на срок службы необходимо проводить в схеме с ВЧ ПРА, а фиксацию темпа движения КП, осуществлять с использованием методик, хорошо проработанных для случая питания ЛЛ от сети с частотой 50 Гц.

6. Разработана методика, сконструирован и изготовлен прибор для определения привеса оксида, обеспечивающий точность измерения ±1 мг для 85% объема проверяемой партии, но не хуже чем ±2 мг для отдельно взятой ЛЛ.

7. Исследованы характеристики КЛЭ различных производителей. Определено, что отсутствие в схеме КЛЭ позистора приводит к мгновенному зажиганию лампы и, соответственно, к сокращению продолжительности горения КЛЭ, а также к возникновению световых вспышек КЛЭ в выключенном состоянии в осветительной установке с выключателем со встроенным индикатором, показывающим его местоположение. Разработан прибор для определения без разборки КЛЭ наличия в его схеме позистора. Анализ качества импортных КЛЭ показал на необходимость более строгого подхода к ее сертификации, что будет способствовать защите внутреннего рынка от некачественной продукции.

8. Разработана технология производства экологически улучшенных люминесцентных ламп на основе применения капсульного дозатора ртути с мерку-ридом титана, которая исключает меркуризацию ламп в процессе их производства. Меркуризация люминесцентных ламп осуществляется после технологической выдержки готовой продукции. Данная технология не снижает производительности существующих производственных линий. Для снижения вероятности разбрызгивания капель ртути при разрушении ЛЛ предложено готовые ЛЛ покрывать прозрачным полимерным покрытием из лакового фторполимера Ф-32Л, армированным стекловолокном.

9. Созданы и защищены патентами новые конструкции ультрафиолетовых РЛНД и облучательных приборов многофункционального назначения, позволяющие увеличить биологическую эффективность излучения, энергосберегающие и ресурсосберегающие свойства за счет использования спектра излучения в области УФ-С и уменьшения потребляемой мощности и габаритных размеров.

10. Предложен инженерный метод расчета КСС светодиодных ламп для прямой замены ГЛН и линейных ЛЛ, который был апробирован на изготовленных макетных образцах.

11. Разработаны рекомендации по способам повышения класса защиты светового прибора от поражения электрическим током, термостойкости антиван-дального светильника, а также термобезопасности светильника

12. Предложены пути повышения энергоэффективности светильников для ЛЛ. Определено, что наибольшую энергоэффективность люминесцентного светильника, при сохранении исходных характеристик и минимальных затратах, можно получить за счет его полной модернизации в светодиодный.

13. Предложенные новые способы конструктивного решения источников света и световых приборов на основе светодиодов, которые позволили разработать ряд источников света, а также многофункциональные, ландшафтные и анти-вандальные световые приборы.

Результаты настоящей диссертации нашли применение в ГУП РМ "НИИИС им. А.Н.Лодыгина", ГУП РМ "Лисма", ОАО "АСТЗ", ОАО "Орбита", ОАО "Электровыпрямитель", ОАО "КЭТЗ", ЗАО "Трансвет", ООО "СЭЛЗ", ООО НТЦ "Свет-2", ОАО "Саранский завод точных приборов", ООО "Непес-Рус", ОАО «СКТБ «Ксенон», СПК "Садовод".

Материалы диссертации использованы в учебнике с грифом Минобрнауки "Расчёт и конструирование люминесцентных ламп", в котором автором написана Гл.4 и совместно с А.С.Федоренко - Гл. 1 и 6.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации Учебник и монографии

1. Ашрятов, A.A. Расчёт и конструирование люминесцентных ламп : учеб. для студ. вузов, для студ. бакалавриата по напр. "Электроника и наноэлектрони-ка", для студ. магистратуры по напр. "Теоретическая и прикл. светотехника" / А.А.Ашрятов, А.С.Федоренко. - Саранск: Изд-во СВМО, 2013. - 333 с. - ISBN 9785-905093-44-9.

2. Ашрятов, A.A. Процессы на электродах и приэлектродных областях люминесцентных ламп при питании импульсным током повышенной частоты (Расчет, моделирование и экспериментальные исследования): Монография / А.А.Ашрятов. - Саранск: Изд-во СВМО, 2011. - 128 с. - ISBN 978-5-901661 -20-8.

3. Мышонков, А.Б. Исследование характеристик светодиодных источников света при питании импульсным током: монография / А.Б.Мышонков, А.А.Ашрятов. - Саранск: Изд-во СВМО, 2013. - 84 с.

Патенты

1. Регулируемый трансформатор: а.с. 995132 СССР, МПК5 H01F29/06. /

A.A. Ашрятов; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. -№ 3344585; заявл. 09.10.81; опубл. 07.02.83. Бюл. № 5.

2. Устройство для определения продолжительности горения газоразрядных ламп: а.с. 1034096 СССР, МПК5 H01J9/42 / А.А.Ашрятов, Е.В.Охонская,

B.Н.Ширчков; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. - №3409272; заявл. 19.03.82; опубл. 07.08.83. Бюл. № 29.

3. Люминесцентная лампа: пат. №2040068 Рос. Федерация: МПК H01J61/28 / Духонькин В.А., Ашрятов A.A., Мелякин В.И., Лопаткин Ю.В.; заявитель и патентообладатель АО "Лисма-СЭЛЗ". - №5059727/07; заявл. 9.06.1992. опубл. 20.07.1995.

4. Лампа-светильник: патент на промышленный образец № 40609 Рос. Федерация: Кл. 26-04, 26-05 / Симонов A.B., Духонькин В.А., Караваев Г.В., Ашрятов A.A.; патентообладатель: Акционерное общество "Лисма-Саранский электроламповый завод", Саранск (RU); заявл. 11.12.1992; опубл. 25.12.1994.

5. Способ изготовления люминесцентных ламп: пат. №2042224 Рос. Федерация: МПК H01J9/395 / Духонькин В.А., Ашрятов A.A., Мелякин В.И., Ло-

паткин Ю.В.; заявитель и патентообладатель АО "Лисма-СЭЛЗ". - №93015020/10; заявл. 22.03Л 993. опубл. 20,08.1995.

6. Способ изготовления люминесцентных ламп: пат. №2094893 Рос. Федерация: МПК H01J9/395, H01J9/42, H01J61/28 / Ашрятов A.A., Духонькин В.А., Мизонов В.Л., Мелякин В.И., Симонов A.B.; заявитель и патентообладатель АО "Лисма-СЭЛЗ". - № 96105272/07; заявл. 19.03.1996. опубл. 27.10.1997.

7. Газоразрядная лампа низкого давления: пат. 2163407 РФ: МПК7 H01J61/42 / Ашрятов A.A., Коваленко О.Ю., Овчукова С.А.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. - №99116802/09; заявл. 03.08.1999; опубл.20.02.2001. - Бюл. №5.

8. Устройство для облучения сельскохозяйственных животных: пат. 66888 Рос. Федерация: МПК А01К1/00 / Ашрятов A.A., Коваленко О.Ю. Захаржевский O.A. Панфилов С.А.; № 2007119597/22; заявл. 25.05.2007; опубл. 10.10.2007.

9. Антивандальный светильник (варианты): пат. 79322 Рос. Федерация: МПК F21S8/00 / Ашрятов A.A.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. - № 2008117885/22; заявл. 04.05.2008; опубл. 27.12.2008, Бюл. № 36

10. Световой прибор: пат. на полезную модель 91138 Рос. Федерация: МПК F21V 11/00 / Ашрятов A.A., Керманов С.Г.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. - 2009136362/22; заявл, 30.09.2009. опубл. 27.01.2010, Бюл. №3.

11. Светодиодная лампа: пат. 92937 Рос. Федерация: МПК F21S8/00 / Ашрятов A.A., Волков C.B.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. -№2009144243; заявл. 30.11.2009; опубл. 10.04.2010.

12. Светодиодный световой модуль: пат. 101527 Рос. Федерация: МПК F21S8/00 / Ашрятов A.A., Волков C.B.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. - №2010132457/07; заявл. 02.08.10. опубл. 20.01.2011.

13. Устройство контроля работоспособности компактных люминесцентных энергосберегающих ламп: пат. на полезную модель 105106 Рос. Федерация: МПК Н05В41/00 / Ашрятов A.A., Ашрятов Э.А.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. - № 2010151797/07; заявл. 16.12.2010; опубл. 27.05.2011, Бюл. № 15.

14. Защитное пленочное покрытие источника света (варианты): пат. 107326 Рос. Федерация: МПК F21V15/00 / Ашрятов A.A., Борисов С.И., Федоренко A.C.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. - № 2011111375/07; заявл. 25.03.2011. опубл. 10.08.2011.

15. Светодиодная лампа: пат. 110454 Рос. Федерация: МПК F21S8/00 / Ашрятов A.A.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. -№2011119661; заявл. 16.05.2011; опубл. 20.11.2011, Бюл. № 32.

16. Многофункциональный светодиодный световой прибор: пат. 115447 Рос. Федерация: МПК F21S10/00 / Ашрятов A.A., Федоренко A.C., Якомас-кин C.B.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева.

№ 2011131258/07; заявл. 26.07.2011; опубл. 27.04.2012, Бюл. №12.

17. Световой прибор: пат. 118719 Рос. Федерация: МПК F21L17/00 / Коваленко О.Ю., Ашрятов A.A., Медведева A.A. и др.; заявитель и патентообладатель

МГУ им. Н.П.Огарева. - № 2011137114/07; заявл. 7.09.2011; опубл. 27.07.2012, Бюл. №21.

18. Светодиодная лампа: пат. 129192 Рос. Федерация: МПК F21S8/00 / Ашрятов A.A.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. -№2013100653; заявл. 09.01.2013; опубл. 20.06.2013.

19. Устройство для контроля световых приборов (варианты): пат. 135078 Рос. Федерация: МПК F21S8/00 / А.А.Ашрятов, Н.С.Вязанкин, С.Д.Шибайкин, Д.Ю.Голов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО "МГУ им. Н.П.Огарева" (RU). -№2013107050/07; заявл. 18.02.2013; опубл. 27.11.2013.

20. Светодиодная лампа. / пат. 135392 Рос. Федерация: МПК F21S8/00 / Ашрятов A.A.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. -№2013121861; заявл. 13.05.2013; опубл. 10.12.2013, Бюл. №34.

21.Ландшафтный светодиодный световой прибор (варианты): пат. 136123 Рос. Федерация: МПК F21S8/00 / Ашрятов A.A., Чуракова Д.К.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. - № 2013129047/07; заявл. 25.06.2013; опубл. 27.12.2013, Бюл. №36.

22. Светодиодная лампа: пат. 139758 Рос. Федерация: МПК F21S13/00 / Ашрятов A.A.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. -№2013136583/07; заявл. 5.08.2013; опубл. 20.04.2014.

23. Переносной светодиодный световой прибор: пат. 140831 Рос. Федерация: МПК F21S6/00 / Ашрятов A.A.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. - № 2013149897/07; заявл. 7.11.2013; опубл. 20.05.2014.

24. Многофункциональный светодиодный световой прибор (варианты): пат. 143201 Рос. Федерация: МПК F2IS8/00 / Ашрятов А.А, Прытков C.B.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. - №2013152492; заявл. 26.11.2013; опубл. 17.06.2014.

25. Световой прибор с изменяемым светораспределением: пат. 140838 Рос. Федерация: МПК F21L17/00 / Ашрятов A.A., Прытков C.B.; заявитель и патентообладатель МГУ им. Н.П.Огарева. - №2013158573; заявл. 27.12.2013; опубл. 20.05.2014.

Статьи в периодических журналах перечня ВАК РФ

1. Ашрятов, A.A. Проблемы и задачи демеркуризации и утилизации люминесцентных ламп / А.А.Ашрятов // Светотехника. - 1991. - № 12. - С.14.

2. Ашрятов, A.A. Производство экологически улучшенных люминесцентных ламп / А.А.Ашрятов, В.А.Духонькин, А.В.Симонов // Светотехника. - 1993. -№7.-С. 18-19.

3. Ашрятов, A.A. Новая кольцевая люминесцентная лампа со встроенным электронным ПРА / А.А.Ашрятов, В.А.Духонькин, Г.В.Караваев, А.В.Симонов // Светотехника. - 1993. - № 7. - С.29.

4. Ашрятов, A.A. Исследование характеристик компактных люминесцентных ламп со встроенным электронным ПРА / А.А.Ашрятов // Светотехника. -2009.-№2.-С.41-42.

5. Ashryatov, A.A. Research into characteristics of compact fluorescent lamps with built-in electronic ballast / A.A.Ashryatov // Light & Engineering. - 2009. - V. 17. - № 3. - P.34-36.

6. Ашрятов, A.A. Измерение температуры кристалла маломощного свето-диода / А.А.Ашрятов, С.А.Микаева, А.Б.Мышонков // Приборы. 2010. - №5. -С.56-61.

7. Ашрятов, A.A. Измерение температуры кристалла маломощных свето-диодов / А.А.Ашрятов, С.А.Микаева, А.Б.Мышонков // Автоматизация и современные технологии. - 2011. — №3. - С. 10-13.

8. Ашрятов, A.A. О возможности дальнейшего повышения световой отдачи люминесцентных ламп низкого давления. / А.А.Ашрятов, С.А.Микаева, А.С.Федоренко // Светотехника. - 2011. - № 5. - С.15-19.

9. Ашрятов, A.A. Прибор для контроля характеристик компактных люминесцентных ламп / А.А.Ашрятов, С.А.Микаева // Контроль. Диагностика. - 2012. -№ 1. - С.53-55.

10. Ashryatov, A.A. On further increasing the luminous efficacy of low pressure fluorescent lamps / A.A.Ashryatov, S.A.Mikaeva, A.S.Fedorenko // Light & Engineering. - 2012. - V. 20. - № 2. - P.93-98.

11. Ашрятов, A.A. Исследование линейных светодиодных ламп / А.А.Ашрятов, М.А.Кокинов, С.А.Микаева // Естественные и технические науки. -№6 (62). - 2012. - С.338-353.

12. Микаева, С.А. Амальгамные лампы в установках по обеззараживанию воды / С.А.Микаева, А.С.Микаева, А.А.Ашрятов, О.Ю.Коваленко // Автоматизация и современные технологии. - 2012. - №9. - С.10-15.

13. Ашрятов, A.A. Исследование линейных светодиодных ламп для прямой замены люминесцентных ламп / А.А.Ашрятов, С.А.Микаева // Справочник. Инженерный журнал с приложением. - 2013. - №9. - С.55-60.

14. Федоренко, A.C. Световые приборы переменной цветности с использованием светодиодов / A.C. Федоренко, A.A. Ашрятов, М.В. Вдовин, С.А. Микаева // Автоматизация и современные технологии. - 2013. - №10. - С.26-34.

15. Микаева, С.А. Сборка многофункциональных световых приборов переменной цветности с использованием светодиодов / С.А. Микаева, A.C. Микаева, A.A. Ашрятов, A.C. Федоренко, М.В. Вдовин // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2014. - № 1. - С.3-9.

16. Ашрятов, A.A. Многофункциональные световые приборы переменной цветности с использованием светодиодов / А.А.Ашрятов, А.С.Федоренко, М.В.Вдовин, С.А.Микаева // Справочник. Инженерный журнал с приложением. -2014. -№2.-С.46-53.

17. Ашрятов, A.A. Прибор для контроля сборки компактных люминесцентных ламп / А.А.Ашрятов, С.А.Микаева, А.С.Микаева // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2014. - № 2. - С.23-26.

18. Ашрятов, A.A. Метод расчета пространственного светораспределения системы разноориентированных светодиодных излучателей / А.А.Ашрятов, С.В.Прытков, А.О.Сыромясов // Компьютерные исследования и моделирование. -2014. - Т. 6. - № 4. - С.577-584.

А также 108 статей в сборниках материалов и тезисов докладов Международных, Всесоюзных и Всероссийских конференций и симпозиумов.

Отпечатано ООО «13 РУС» 430005. г, Саранск, ул. Советская. 22.

Подписано в печать 05.12.14. Формат 60x84 '/in. Усл. псч. л. 2.56. Тираж 100 экг Закат № 370.