Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

З установками штучного освітлення щодня доводиться стикатися всім, незалежно від професії, посади або місцезнаходження. Тому можна впевнено сказати, що освітлювальні пристрої є найбільш поширеними серед всіх існуючих інженерних систем. Використання штучного освітлення, безсумнівно, дозволяє забезпечити комфортну і продуктивну діяльність людей в умовах відсутності природного освітлення, однак, має і свої особливості. Світловий потік джерел, які отримують живлення змінною напругою промислової частоти, характеризується пульсацією, здатної негативно позначатися на здоров'ї, самопочутті і працездатності людини.

Основним заходом щодо зниження впливу подібних пульсацій на здоров'я людей є контроль величини, що характеризує їх – допустимого коефіцієнта пульсації. В даний час оцінювання пульсації освітленості проводиться саме за допомогою згаданого вище показника.

1. Актуальність теми

Як вже було сказано вище, освітлювальні установки є найбільш поширеними електричними пристроями серед існуючих і їх вплив найбільш сильно позначається на людині. У зв'язку з цим варто докладніше розглянути один з найсильніших видів негативного впливу освітлення на людину – швидким пульсаціям світлового потоку, викликаним малою інерційністю випромінювання штучних джерел світла. Світловий потік останніх пульсує при живленні змінним струмом з подвійною частотою, тобто при живленні лампи напругою промислової частоти – частота коливань освітленості складе 100 Гц. Цей вид пульсацій невидимий при фіксуванні оком нерухомої поверхні, але може бути виміряний спеціальним приладом і легко виявляється при розгляданні об'єктів, що рухаються. Так, якщо в умовах пульсуючого освітлення швидко переміщати олівець на контрастуючому фоні, то олівець придбає ясно видимі численні обриси.

Також розглянуте явище становить серйозну небезпеку на підприємствах, оснащених обладнанням з відкритими рухомими частинами, які при пульсуючому освітленні можуть здаватися нерухомими або такими, що обертаються в протилежному напрямку.

Це явище можна пояснити на прикладі стробоскопічного вовчка (рис.1–3), на поверхні якого радіуси нанесені через рівні кути. Якщо при обертанні вовчка час його переміщення на кут, рівний куту між сусідніми радіусами, дорівнюючий періоду пульсацій або в ціле число раз меньше його, то почне здаватися, що вовчок зупинився. При незначному збільшенні швидкості – змінив напрямок обертання. Це явище відоме під назвою стробоскопічний ефект.

Рисунок 1 – Стробоскопічний вовчок.Частота обертання вовчка менше за частоту пульсацій

Рисунок 2 – Стробоскопічний вовчок.Частота обертання вовчка співпадає з частотою пульсацій

Рисунок 3 – Стробоскопічний вовчок.Частота обертання вовчка більша за частоту пульсацій

2. Ціль та завдання дослідження, заплановані результати

Метою даного проекту є розробка динамічної моделі електричних джерел світла для аналізу пульсацій світлового потоку. Для виконання поставленого завдання необхідно вирішити наступні проблеми:

  1. Виконати збір і оцінку інформації з даної теми.
  2. Провести перехід від наявного показника оцінювання електромагнітної сумісності по пульсації освітленості до універсального показника.
  3. Створити електронну базу даних пульсацій освітленості, вироблених різними видами ламп.
  4. Провести перехід від наявної залежності продуктивності праці від коефіцієнта пульсації до залежності продуктивності праці від універсального показника.
  5. Виконати розрахунок доз пульсацій для різних видів джерел світла.
  6. Зробити розрахунок зниження продуктивності праці від пульсації освітленості для різних розрядів зорової роботи при використанні різних ламп.

Наукова новизна даної роботи буде полягати в тому, що, на відміну від існуючої практики оцінки пульсації за коефіцієнтом пульсації, буде розроблена динамічна модель оцінки пульсації з урахуванням форми графіка процесу зміни освітленості, а не тільки його мінімальної і максимальної ординат.

3. Огляд досліджень та розробок

3.1 Огляд міжнародних джерел

Порівняно недавно, в 2002 році, Д.Берсон зі співробітниками зробили відкриття нового типу фоторецептора в сітківці ссавців, в тому числі і людини. Виявилося, що функцію переналаштування ритмів добової актівності при впливі світла виконують деякі з гангліозних клітин сітківки (ГКС), названі світлочутливими. Ці клітини реагують на світло з довжинами хвиль в діапазоні 430–470 нм.[1] Вони отримали назву ipRGC (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells) – світлочутливі нервові клітини сітківки ока. Дані дослідження на моделях людини і тварин почали прояснювати нейроанатомію і нейрофізіологію фотосенсорних системи, яка забезпечує вхідний канал для циркадної і нейропсихічної регуляції [2].

З цього приводу екс-президент МКО професор В.Ван Боммель висловив ідею про необхідність розробки нових критеріїв освітлення з урахуванням нового відкриття. [3]

Також серед інших міжнародних джерел, що описують розглянуту проблему, варто виділити роботу К. Поллак, Л. Шметтерера і Ч. Е. Ріви під назвою Influence of Flicker Frequency on Flicker-Induced Changes of Retinal Vessel Diameter (Вплив частоти мерехтіння на індуковані флікером зміни діаметра судин сітківки ока людини) [5]. Ця праця була опублікована в журналі investigative ophthalmology and visual science і присвячена дослідженню реакції організму людини на вплив мерехтливим світлом.

У своїй статті К. Поллак, Л. Шметтерер і Ч. Е. Ріва вивчали зміну діаметра судин сітківки ока людини за допомогою спеціальної фундус-камери, призначеної для зйомки дна очного яблука.

Для проведення необхідних вимірювань ними була використана спеціальна установка - аналізатор судин сітківки, яка включала в себе фундус-камеру (поле 50 °, model FF 450, Zeiss, Jena, Germany), відеокамеру, монітор в режимі реального часу і комп'ютер з програмним забезпеченням для аналізу зображень для точного визначення артеріального і венозного діаметрів сітківки.

Флікер генерувався шляхом фокусування світла від системи ксенонової лампи потужністю 150 Вт (Oriel, Stratford, CT) на секторному диску. Перед лампою був встановлений фільтр нижніх частот з відсіченням при 550 нм (Laser Components, Olching, Germany). Світло, що проходило через диск, потрапляло на волоконно-оптичний кабель, розташований за диском. Світло на виході кабелю був введено в канал освітлення фундус-камери.

У дослідженні брали участь сім чоловіків і дві жінки (середній вік, 34 ± 11 років).

В результаті було встановлено, що повторювана стимуляція мерехтливим світлом при частоті 8 Гц приводила до середньої реакції в венозній діаметрі в розмірі 2,1%. Приблизно через 20 секунд після початку досліду зазвичай спостерігалося стійка зміна діаметра судин. Після припинення мерехтіння відбувалося швидке його зменшення, яке сягало базового рівня приблизно через 6 секунд. Однак проведені вимірювання також показали, що діаметр продовжував знижуватися нижче базової лінії, досягаючи мінімуму приблизно через 10–40 секунд після припинення стимулу. Причину цього явища вченим ще належить вивчити.

Також дослідження показали, що під час стимуляції мерехтливим світлом діаметр змінювався абсолютно у всіх судинах сітківки.

На основі проведених дослідів вчені дійшли висновку, що швидкість крові в артеріях сітківки і вен значно зростає, що може привести до розвитку очних розладів. Крім того, вчені прийшли до наступного висновку: у кішок і людей зміна діаметра буде, серед інших змінних, залежатиме від яскравості, довжини хвилі, і глибини модуляції стимулу, а також середньої освітленості сітківки і розташування стовбура.

Останнє ствердження також свідчить про актуальність даної роботи і необхідність розробки динамічної моделі оцінювання пульсацій світлового потоку, яка дозволила б враховувати не тільки їх мінімальні і максимальні значення, а й форму графіка, і процес зміни освітленості.

3.2 Огляд локальних джерел

Серед фахівців ДонНТУ проблемами електромагнітної сумісності та якості освітлення займається доктор технічних наук, професор Курінний Едуард Григорович.

Серед публікацій, присвячених проблемі розрахунку дози флікера, можна вказати статтю під назвою Похибки розрахунку доз флікера напруги і перевірка функціонування флікерметра [6], написану в співавторстві з Дмитрієвою Е. Н. і Топчій В. А. У цій публікації автори вказують на невідповідність в діючих стандартах між вимогами до точності вимірювання доз флікера і розмахами коливань, пропонують способи вдосконалення перевірки флікерметра і нормування похибок.

Крім того, були також проведені дослідження газорозрядних ламп, як одних з найбільш поширених, і можливості їх живлення напругою підвищеної частоти для зменшення пульсацій світлового потоку. Опис отриманих результатів можна знайти в статті під назвою Ефективність застосування напруги підвищеної частоти для живлення газорязрядних ламп [7], написаної Курінним Е. Г. та Арутюнян А. Г.

У даній роботі була вдосконалена методика визначення залежності продуктивності праці від коефіцієнта пульсації освітленості (Ф. М. Черниловська).

Як відомо, універсальним показником є доза пульсації [8], [9], яка, як і доза флікера, оцінює додаткове стомлення людини, але в іншому частотному діапазоні.

Дослідження проводилися на основі відповідної моделі пульсації, основу якої становить зважуючий фільтр 1 (рис. 2), який моделює реакцію зору людини на зміну миттєвих значень освітленості e (t). Втома людини моделюється квадратором 2 і ланкою 3 десятихвилинного осереднення.

Рисунок 4 – Модель пульсації світлового потоку

Спочатку дослідним шляхом знаходилися значення продуктивності праці при одно-, дво- та трифазному включенні ламп, причому на 100% була прийнята продуктивність при однофазному їх включенні. Під час дослідів реєструвалися коефіцієнти пульсації на частотах 100, 200 і 300 Гц, тобто фактично коефіцієнти доз пульсації. Були отримані наступні значення коефіцієнтів і продуктивності: 73 і 100; 40 і 115,8; 13 і 138,6%.

Методом найменших квадратів отримані дані були апроксимовані авторами за допомогою виразу:

з похибкою менш, ніж 0,9%.

За змістом розрахункова продуктивність відноситься до випадку роботи при незмінній освітленості. Саме цю продуктивність природно прийняти за 100%. При нульовому коефіцієнті дози формула, наведена вище, дає значення 140, 34%. Вводячи нормувальний множник 100 / 140,34, замість виразу, приведеного вище, отримаємо необхідну залежність, яка справедлива для пульсацій будь-якої форми:

Проілюстрована ця залежність була на прикладі люмінесцентних ламп. Також були розглянуті кілька варіантів схем живлення ламп:

  1. Схема без перетворювача частоти,
  2. Схема з індивідуальним перетворювачем частоти,
  3. Схема з груповим перетворювачем частоти на підвищеній частоті,
  4. Схема із загальним випрямлячем і індивідуальними инверторами.

Техніко-економічне зіставлення розглянутих схем показало, що варіант з проміжною мережею постійного струму дає найбільший економічний ефект: в порівнянні зі схемою з груповим перетворювачем частоти вона на 13, 64% ефективніше. Застосування мереж постійного струму можливо не тільки для живлення освітлення, але і комп'ютерів, систем управління. В цьому випадку ефективність буде ще вище.

В результаті проведеної роботи автори прийшли до наступних висновків:

  1. Застосування підвищеної частоти для живлення газорозрядних ламп ефективно не тільки для виробництв з напруженою зоровою роботою, але і для систем зовнішнього освітлення.
  2. Для живлення ламп по схемі з груповим перетворювачем частоти рекомендується частота 400 Гц. Частота для живлення ламп з індивідуальними перетворювачами частоти не обмежується.
  3. Перспективним є застосування систем освітлення із загальним випрямлячем, мережею постійного струму і індивідуальними инверторами.

Висновок

У даній роботі буде виконаний збір та оцінка інформації про пульсації різних видів ламп, створена електронна база даних пульсацій їх світлового потоку, а також запропонована динамічна модель електричних джерел світла, яка дозволить оцінювати пульсації з урахуванням форми графіка процесу зміни освітленості, а не тільки його мінімальної і максимальної ординат.

При написанні даного реферату магістерська робота ще знаходиться в стадії розробки. Остаточне завершення: червень 2018 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список використаної літератури

  1. Рончи Л. Р. – Зрительные и биологические воздействия света в новом тысячелетии: предложения для образования. //Светотехника. – 2005. – №6, С. 24-27.
  2. Брейнард Г.К., Провенсио И. Восприятие света как стимула незрительных реакций человека. //Светотехника. – 2008. – №1, С.6–12.
  3. В. Ван Боммель. Результаты последних исследований и их значение для светотехнической практики. //Светотехника. – 2005. – №4. С.4–6.
  4. Осветительные установки. – Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. – 288 с., ил.
  5. Kaija Polak, Leopold Schmetterer, Charles E. Riva. Influence of Flicker Frequency on Flicker-Induced Changes of Retinal Vessel Diameter. – Investigative ophthalmology & visual science, August 2002.
  6. Дмитриева Е.Н., Куренный Э.Г., Топчий В.А. Погрешности расчета доз фликера напряжения и проверка функционирования фликерметра. // Электричество. - 2013.
  7. Куренный Э.Г., Арутюнян А.Г. Эффективность применения напряжения повышенной частоты для питания газорязрядных ламп. // Наукові праці ДонНТУ – Електротехніка і енергетика – Випуск 67 – 2003.
  8. Куренный Э.Г., Шидловский А.К., Арутюнян А.Г. Динамические модели электромашнитной совместимости электрических источников света. – Техническая электродинамика, 1985, №2. – С. 12–16.
  9. Куренный Э.Г., Дмитриева Е.Н., Куренный Д., Цыганкова Н.В. Совершенствование фликер-модели. – Электричество, 2003, №2. – С. 17–23.