История электротехники

Появление широкого ассортимента новых источников излучения — газоразрядных ламп низкого и высокого давления — потребовало разработки новых методов расчета СП. Продолжал развиваться и совершенствоваться метод элементарных отображений, который трудами Н.А. Карякина, В.В. Трембача и др. превратился в стройную теорию, которая с успехом применяется как для расчета светооптических приборов (учитывает аберрационные и дисперсионные явления), так и светильников с зеркальными отражателями и призматическими рассеивателями. Основные положения этой теории приведены в [9.15,9.18].

Больших успехов достигли отечественные светотехники (Н.А. Карякин, М.М. Елин, В.В. Кузнецов, В.В. Новиков, И.И. Спивак, Ю.В. Фрид и др.) в области расчета приборов прожекторного типа. Разработаны методы расчета одинарных и усложненных оптических систем с источниками излучения, обладающими сложными светящими телами с неравномерной яркостью, а также с линзовыми рассеивателями различных профилей.

Были разработаны методы расчета светильников с линейными светящими элементами (люминесцентные, трубчатые ксеноновые, кварцевые галогенные лампы). Большая заслуга в этом принадлежит Ю.Б. Айзенбергу, А.С. Зусману, Н.В. Чернышовой, В.В. Трембачу, Б.Н. Глебову.

Использование новых мощных источников излучения выдвинуло проблему улучшения теплового режима светильников. Благодаря исследованиям тепловых процессов в СП, проведенным в довоенные годы. Н.Г. Болдыревым и И.Б. Левитиным, во ВНИСИ были созданы конструктивные схемы, выбраны, размеры, формы и материалы новых типов СП различного назначения.

^{Рис. 9.8. Сферы применения современных СП}

Широкое внедрение вычислительной техники во все сферы народного хозяйства позволило сделать дальнейшие шаги в области расчета и разработки СП. Теоретические исследования Ю.Б. Айзенберга, А.А. Коробко, В.В. Трембача позволили использовать метод Монте-Карло, метод «прямого и обратного» лучей применяемый в геометрической оптике для энергетического расчета светооптических систем. Практической реализацией этих работ явилось создание ВНИСИ целой серии СП для тепличных хозяйств и животноводческих комплексов. Рассчитаны, сконструированы и внедрены для целей освещения и облучения световые комплексы в виде плоских и полых световодов (Ю.Б. Айзенберг, А.А. Коробко, В.М. Пятигорский).

В последние десятилетия бурно развивается транспортная, сигнальная, авиационная, железнодорожная, автомобильная, космическая, водная светотехника. На рис. 9.8 приведена классификация современных СП.

9.4. СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Светотехнические установки (СТУ) представляют собой совокупность следующих элементов: источника, генерирующего излучение оптического диапазона спектра; прибора для перераспределения и трансформации этого излучения в пространстве; среды, в которой осуществляется перенос излучения, а нередко и его трансформация, и, наконец, приемника излучения, реакция которого во многом определяет эффективность всей установки. Основное назначение любой СТУ — создание оптимальных условий облучения (освещения) для получения максимальной реакции соответствующего приемника. Многообразие приемников не позволяет Создавать однотипные по своей структуре и назначению установки.

Осветительные установки (ОУ) — установки, использующие излучение видимого диапазона спектра и предназначенные для создания оптимальных условий жизни, работы, отдыха, творчества человека. Все другие установки, обеспечивающие оптимальные условия работы любых других приемников излучения оптического диапазона спектра, носят название облучательных установок (ОБУ).

В настоящее время любая сфера деятельности человека не обходится без освещения, поэтому так разнообразны типы ОУ, которые необходимо проектировать и рассчитывать инженерам-светотехникам. Среди них установки промышленного освещения, освещения общественных зданий и сооружений, подземных и наземных горных выработок, наружного освещения городов и населенных пунктов, освещения на транспорте, естественного и совмещенного освещения зданий и т.д.

Не менее разнообразна группа облучательных установок, которые используют как видимое, так и ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. В зависимости от характера преобразования энергии излучения приемником ОБУ подразделяют на несколько групп: фотоэлектрические, фотохимического действия, теплового действия, фотолюминесценции, фотобиологического действия.

Если представить структуру всей светотехнической науки в виде пирамиды, то в ее основании находятся научные разработки источников излучения и приборов. Вершину этой пирамиды занимают СТУ. Наблюдается постоянная взаимосвязь всех ее частей. Именно установка формулирует требования к характеру излучения источника и основным параметрам прибора. Она же требует учитывать влияние среды как на перенос энергии излучения от источника к приемнику, так и на свойства и структуру пучка переносимого излучения. СТУ тесно связаны с другими науками — математикой, различными отделами физики и химии, физиологией, психологией.

Естественным источником излучения для всего живущего на Земле является Солнце. Оно служит не только источником жизни, но и формирует эту жизнь, наделяя ее системами регистрации излучения. С.И. Вавилов, который много сделал для становления и развития светотехники в нашей стране, в своей книге «Глаз и Солнце» очень убедительно доказал взаимосвязь этих двух субстанций. Первым искусственным источником излучения был факел. Поэтому осветительные установки древности выполнялись в виде равномерно размещенных факелов, свечей, лампад и т.д. Древние зодчие создавали конструкции зданий, выбирали места для их постройки с учетом естественного освещения. При этом учитывалось попадание света и во внутренние помещения.

Появление керосиновых и газовых фонарей расширило возможности осветительной техники, но ненамного. Свет газовых фонарей не был стабильным, огонь то разгорался, то погасал, постоянно вздрагивал, а это отрицательно сказывалось на зрительном восприятии. Революцией в технике освещения стало появление электрических источников света (см. гл. 3).

Вскоре после демонстрации первой электрической лампочки был издан первый учебник по электрическому освещению (1884 г.), написанный кронштадским морским электриком Е.П. Твертиновым, который выполнил и реализовал проект первой установки архитектурного освещения Московского Кремля. Позднее электрическое освещение Зимнего дворца выполнил Ф.А. Врублевский, который вместе с Г.Н. Буряковичем написал книгу «Электрическое освещение и как им надо пользоваться» (1898 г.).

Важнейшее значение для прогресса отечественной светотехники имело избрание в 1893 г. М.А. Шателена (1865–1953 гг.) профессором на первую в России кафедру электротехники Электротехнического института в Петербурге. Им была прочитана публичная лекция на тему «Электрическое освещение больших площадей». В 1901 г. он издал «Руководство к составлению проектов электрического освещения и электрического распределения энергии в жилых помещениях, на фабриках, заводах и других общественных зданиях», явившееся в то время почти единственным пособием такого рода.

Становление и расширение проектных работ в области ОУ приходится на 20-е годы и связано с принятием и началом осуществления плана ГОЭЛРО. К составлению этого плана был привлечен М.А. Шателен. В 1921 г. на VIII Всероссийском электротехническом съезде он сделал доклад «Современное положение и задачи осветительной техники», в котором сформулировал первостепенные задачи в области развития новой для страны отрасли народного хозяйства — светотехники. В решениях съезда было записано, что необходимо создавать и развивать метрологическую базу светотехники (величины и единицы для характеристики источников света, условий освещения, приборы для измерения); разработать нормы освещения для различных производств, характера зрительной работы и характера помещения; обследовать условия освещения действующих промышленных предприятий; организовать институт для работ в области осветительной техники.

М.А. Шателен опубликовал работы «Влияние освещения на безопасность труда» (1921 г.), «Установление эталона силы света в СССР» (1925 г.), «Роль светового хозяйства в общем энергетическом хозяйстве страны» (1930 г.). Он возглавил Комиссию по осветительной технике в Ленинградском отделении Центрального электротехнического совета, Ленинградское отделение Всесоюзной ассоциации лабораторий осветительной техники и Комиссию по светотехнике АН СССР. К участию в работе этих организаций он привлек ведущих специалистов, в числе которых были Л.Д. Белькинд, А.А. Гершун, Д.Н. Лазарев, С.О. Майзель, В.В. Мешков, М.В. Соколов, П.М. Тиходеев, А. А. Труханов. Вопрос об учреждении светотехнического института М.А. Шателен вновь выдвинул на I Всесоюзной светотехнической конференции в 1927 г. И только в 1951 г. его мечта сбылась. В этом году при его участии был организован Всесоюзный научно-исследовательский светотехнический институт (ВНИСИ).