Что называют коэффициентом пульсации
Коэффициент пульсаций
Форма выходного напряжения ВУ в общем случае содержит постоянную (полезную) составляющую и переменную составляющую (пульсации). Она приведена на рисунке 1.21а.
Под коэффициентом пульсаций понимается отношение амплитуды первой гармоники пульсаций к постоянной составляющей U0, хотя его можно определить по любой гармонике, которая может оказаться больше первой. Представив
Рисунок 1.21 – Выходное напряжение выпрямителя
выпрямленное напряжение рядом Фурье – суммой постоянной составляющей U0 и n гармоник с амплитудами Umn, находят коэффициент пульсаций напряжения:
(1.3)
Постоянная составляющая U0 – полезный эффект выпрямления. Пульсации Umn – вредная составляющая. При сложной форме пульсаций наибольшую величину может иметь не первая гармоника, а гармоника с более высоким номером, хотя обычно под kП понимается именно первая гармоника, которая используется во всех расчётах и приводится в технической документации на оборудование.
В современных выпрямителях, использующих импульсные методы преобразования, форма пульсаций существенно отличается от гармоники (рис. 1.21б). Потребителя обычно не интересует, какая из гармоник больше, а какая меньше. Его интересует общий размах пульсаций или так называемый абсолютный коэффициент пульсаций (kабс), который может рассчитываться по разным формулам, например:
(1.4)
Если, например, задать U0=10В, Um1 = 1В, тогда находим 
Видно, что абсолютный коэффициент пульсаций вдвое больше по величине и объективно отражает пульсации на нагрузке, хотя во всех нормативных документах указываются именно пульсации по первой гармонике. Поэтому к коэффициенту пульсаций надо относиться очень внимательно.
Для оценки помех, проникающих в телефонные каналы связи по цепям питания необходимо учитывать не только амплитуду, но и частоту помехи. Это связано с неравномерной чувствительностью человеческого уха в звуковом диапазоне. Поэтому вводится понятие псофометрического коэффициента 
, зависимость которого от частоты приведена на рисунке 1.22.
Рисунок 1.22 – Псофометрический коэффициент
На частоте f=800 Гц =1. Относительное влияние гармоник с другими частотами характеризуется величиной псофометрического коэффициента.
Эффективное значение псофометрического напряжения пульсаций Uпсф на выходе выпрямителя определяется выражением:
Коэффициент пульсации
Определение и формула коэффициента пульсации
О коэффициенте пульсации чаще всего говорят, когда рассматривают переменный электрический ток. Тогда рассматривают коэффициент пульсации напряжения или силы тока. Существует внутренне деление коэффициентов пульсации напряжения (тока) на: коэффициент пульсации напряжения (тока), коэффициент пульсации напряжения (тока) по среднему значению, по действующему значению.
В общем случае форма напряжения на выходе выпрямляющего устройства имеет постоянную (называемую полезной) и переменную (пульсирующую) составляющие.
Если представить выпрямленное напряжение в виде ряда Фурье, как сумму постоянной составляющей (
) и некоторого числа (
) гармоник, имеющих амплитуды 
, то коэффициент пульсации напряжения (
) можно определить формулой:
где n — номер гармоники.
При этом компоненту считают полезным результатом деятельности выпрямителя, в отличие от пульсаций . Если форма пульсаций сложная, то максимальным значением может обладать не первая гармоника, но обычно под k понимают ее. Она применяется в расчетах и записывается в технических документах оборудования.
Разновидности коэффициентов пульсации напряжения (тока)
Коэффициентом пульсации напряжения (тока) по среднему значению называют величину, равную отношению средней величины переменной компоненты пульсирующего напряжения (тока) к постоянной составляющей.
Коэффициент пульсации напряжения (тока) по действующему значению — это параметр, который находят как отношение действующего значения переменой компоненты пульсирующего напряжения (тока) к его неизменной компоненте.
Часто потребителям не важно, какая из гармоник на выходе выпрямляющего устройства обладает наибольшим размахом. Интерес составляет общий размах пульсаций, который характеризует абсолютный коэффициент пульсаций (
), который определяют выражением:
Или применяют формулу:
Коэффициент пульсации напряжения измеряют при помощи осциллографа или двух вольтметров.
Коэффициент пульсации — это одна из самых значимых характеристик выпрямителя — устройства, которое предназначено для превращения переменного напряжения источника электрической энергии в постоянное.
Единицы измерения
Коэффициент пульсации рассматривают как безразмерную величину или он может указываться в процентах.
Примеры решения задач
| Задание | Каковы коэффициенты пульсации по первой гармонике, абсолютные коэффициенты пульсации в двух вариантах расчета, если постоянное напряжение на выходе выпрямляющего устройства составляет  20 В, а напряжение пульсаций  ? |
| Решение | Коэффициент пульсации напряжения по первой гармонике найдем, используя выражение: |
где n =1. Проведем вычисления:
Абсолютный коэффициент пульсации напряжения (вариант 1) найдем, применяя формулу:
Вычислим :
Второй вариант абсолютного коэффициента пульсации напряжения:
| Задание | При подаче переменного напряжения  в виде синусоиды на первичную обмотку согласующего (рис.1) на зажимах вторичной обмотки он будет иметь напряжение:  Диод проводит электрический ток только половину периода переменного напряжения. В положительную половину периода, когда на аноде диода (VD) потенциал больше нуля, он открыт и при этом все напряжение вторичной обмотки трансформатора приложено к диоду. Каким будет коэффициент пульсации тока по среднему значению? |
Полученный в результате выпрямления в одной половине периода ток разложим в ряд Фурье:
Среднее значение силы тока, которое содержится в пульсирующем токе равно:
Тогда среднее значение напряжения после выпрямления найдем как:
Коэффициент пульсации тока по средней величине будет равен:
Копирование материалов с сайта возможно только с разрешения
администрации портала и при наличие активной ссылки на источник.
Коэффициент пульсации
Любой искусственный источник света, работающий от переменного напряжения бытовой сети 220 В, пульсирует, несмотря на наличие в его схеме выпрямителя. Производители осветительных приборов стараются свести этот эффект к минимуму, ведь от качества освещения зависят здоровье и производительность человека.
Определение и формула коэффициента пульсации
Коэффициент пульсации напряжения (Кп) – это величина, определяющая отношение максимальной составляющей переменного напряжения (Uпер.макс.) к его постоянной составляющей (Uпост). Для удобства она выражается в процентах.
Аналогично рассчитываются и пульсации тока.
Iпер. макс. – это переменная составляющая тока. Iпост. – его постоянная составляющая.
Как проверить пульсации
Измерить пульсацию в домашних условиях без пульсметра и люксметра – задача весьма проблематичная. Примерно посмотреть, насколько сильно моргает источник света, не так трудно. Как правило, невооружённым глазом этот пагубный эффект незаметен. Однако, если воспользоваться камерой мобильного телефона, пульсации становятся заметны. Оценка проводится по характерным горизонтальным полосам на экране смартфона.
Виды коэффициентов пульсации напряжения (тока)
При расчетах применяются различные виды коэффициентов. Помимо вышеописанного определения этой величины, встречается и пульсации по действующему значению. В этом случае расчёт иной. В числителе берётся не максимальное, а действующее значение напряжения или тока.
Коэффициент пульсации освещённости
Коэффициент пульсаций освещённости – качественная характеристика осветительных приборов, используемых в помещении. Она регламентируется ГОСТ-ом, СП52.13330.2011 и широким перечнем других санитарных норм и критериев. С физической точки зрения, данный коэффициент показывает, как сильно снижена яркость светильника в момент её минимального значения.
Коэффициенты пульсаций различных источников света
Различные осветительные приборы отличаются по степени пульсации. Наиболее хороши в этом плане устаревшие лампочки накаливания. Их вольфрамовая спираль практически не успевает измениться в яркости в моменты прохождения сетевого напряжения через ноль. Вдобавок старая лампочка пульсирует с удвоенной сетевой частотой, т.е. на 100 Гц. Этот параметр превышает чувствительность большинства людей.
Люминесцентные и led светильники, особенно устаревшие, менее хороши. Здесь всё зависит от качества их электроники. Иногда в продаже попадаются образцы, чьё моргание заметно невооружённым глазом. Модели дороже лишены такого дефекта.
Внимание! Применение диммеров существенно увеличивает пульсации. Особенно это ощущается на низкой яркости лампочки. Также диммеры (особенно симисторные) вносят нежелательные помехи в сеть.
Алгоритм вычисления пульсаций
Расчёт коэффициента пульсации производится с помощью специализированного ПО и таблиц. Основные этапы процесса следующие:
Расчёт индекса помещения
От индекса помещения зависят его будущие световые параметры. Расчёт выполняется следующим образом.
Здесь a и b – длина и ширина помещения, h – расстояние от рабочей поверхности до осветительных приборов. Из равенства очевидно, что индекс помещения пропорционален его площади. Под рабочей поверхностью подразумевается плоскость на высоте 800 мм от пола (типичный письменный стол).
Расчёт наименьшего количества квадратов сетки N
Расчёт актуален для помещения любой формы. Учитываются геометрические характеристики помещения, такие, как его площадь (Sп). Параметр N пропорционален числу квадратов N1.
Здесь Sк – площадь квадрата, образованного наименьшей стеной помещения.
Расчёт коэффициента пульсации светильника Кпi
Данное вычисление необходимо для того, чтобы принять во внимание пульсации светильников, подключенных к одной из фаз (Кпis). Также учитывается и вид лампочек.
Единицы измерения
При полноценных расчетах осветительной системы возникает необходимость пользоваться следующими физическими величинами:
СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03 и СП 52.1333.2011
Гигиенические стандарты на освещение регламентируются на государственном уровне. Они представлены в документах СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03 и СП 52.1333.2011. Ознакомившись с ними, можно выяснить, какой уровень освещения требуется для промышленных предприятий, учебных, офисных, финансовых учреждений или жилых помещений.
Отрицательное воздействие несоблюдения правил
Недостаточный уровень освещённости и её пульсации оказывают пагубное влияние на здоровье человека. Нарушения правил способны вызвать хронические заболевания. Из каждодневных факторов плохого света выделяются излишняя утомляемость глаз, головная боль, депрессивность и рассеянность.
Порог восприятия частоты пульсаций
Частота, на которой мерцающий свет начинает казаться непрерывным, зависит от индивидуальных особенностей конкретного человека. У большинства людей она составляет от 30 до 60 Гц. Имеются и различия в том, как именно смотреть на предмет. Глаза наиболее восприимчивы к пульсациям, если речь идёт о периферийном зрении. При прямом взгляде чувствительность снижается.
Стробоскопический эффект
Стробоскопический эффект, по большей части, свойственен промышленным предприятиям и цехам со станками и прочим опасным оборудованием. Колебания света в сочетании с инертностью зрения могут создать нежелательные иллюзии. К примеру, если частота вращения токарного станка кратна пульсации освещения, то человек, смотрящий на вращающуюся деталь, будет видеть, что она неподвижна. Данный эффект чреват получением травмы и свойственен всем подвижным агрегатам.
Как убрать пульсацию в светодиодной лампе
Самый простой способ – купить новую лампочку от качественного производителя. Если нужно привести в порядок имеющийся под рукой осветительный прибор, то первым делом стоит увеличить ёмкости входного и выходного электролитических конденсаторов. Чем они больше, тем меньше коэффициент пульсаций. В случае, если не помогло, то проблема кроется либо в самих светодиодах, либо в их драйвере (микросхеме). При таком диагнозе проще вернуться к первому способу и заменить лампочку на другую.
Дополнительная информация. Конденсаторы на выходе диодного моста нужны, чтобы выпрямить и сгладить сетевое напряжение. При их замене нельзя превышать номинальное напряжение, иначе они, скорее всего, взорвутся.
Из вышесказанного можно подчеркнуть, что расчет пульсаций источников света является важной и ответственной работой. Без проведения всех необходимых вычислений невозможна проектировка промышленных, общественных или бытовых зданий.
Видео
Что значит коэффициент пульсации освещенности
Коэффициент пульсации освещенности – один из качественных показателей, используемый при проверке света в помещениях разного назначения. Этот критерий не на слуху, но он оказывает большое влияние на человека, при нарушении установленных норм повышается утомляемость и возрастает опасность травматизма на производствах. Поэтому его проверяют специальным оборудованием, чтобы убедиться, что свет соответствует установленным стандартам.
Что такое коэффициент пульсации освещенности
Под этим термином подразумевается относительная глубина колебаний освещенности ламп или светильников, возникающая во время работы оборудования при его питании переменным током. По сути, это показатель изменения яркости, который присущ тому или иному виду оборудования и влияет на комфорт выполняемой работы. При превышении регламентных показателей работоспособность снижается, причем, чем дольше пульсация влияет на зрение, тем выше утомляемость.
Допустимое значение зависит от типа выполняемой работы и зрительного напряжения, которое требуется в конкретной ситуации. Большинство норм были установлены, исходя их возможностей осветительного оборудования, используемого в середине прошлого века. В тот период нормы составляли 10, 15 или 20%, некоторые из них используются до сих пор, другие стали жестче и изменились в меньшую сторону.
Во всех помещениях, в которых используется компьютерная техника или установлены дисплеи, показатель пульсации освещенности не должен превышать 5%.
Рассматриваемый коэффициент возрастает, если для регулировки яркости света используются диммеры. Причем, изменения наблюдаются только у устройств, работа которых основана на принципе широтно-импульсной модуляции. Имеет значение и частота, если она ниже 300 Гц, то влияние особенно заметно.
Нормы и требования к частоте пульсации
Тут все зависит от типа используемого оборудования и особенностей его подключения. Стоит отметить, что самые высокие показатели пульсации света, превышающие 30% присущи электромагнитным ПРА и газоразрядным лампам, работающим от однофазной линии. Поэтому их чаще всего используют для уличного освещения и мест, в которых не требуется постоянное зрительное напряжение.
Кстати! Вопреки сложившемуся мнению пульсация присуща и стандартным лампам накаливания. Когда они работают от однофазной питающей сети, показатель может составлять до 15%.
Отдельного внимания требует светодиодное оборудование. Принцип его работы отличается от стандартных вариантов, показатель зависит от схемотехнических особенностей используемого в системе блока питания. Во многих дешевых изделиях для снижения себестоимости на выходе вместо постоянного напряжения подается выпрямленный ток с промышленной частотой, что приводит к тому, что пульсация может достигать отметки в 30%.
При покупке светодиодного оборудования надо обязательно запрашивать у производителя или поставщика техническую документацию со всеми основными показателями, включая пульсацию света. Причем, необходимо изучать данные о каждом продукте отдельно, даже если они похожи по характеристикам. Нередко бывает, что рабочие показатели у двух почти одинаковых светильников сильно различаются.
Не стоит забывать и о том, что показатели пульсации существенно увеличиваются при использовании в системе диммеров с частотой до 300 Гц. Лучше использовать варианты с показателями, превышающими 400 Гц. Также стоит отметить, что если частота питания более 5 кГц, то показатели мерцания снижаются до 1%.
Этот вариант особенно хорошо работает со стандартным и компактным люминесцентным оборудованием. Благодаря современным технологиям на них можно подавать питание с частотой свыше 25 кГц, что позволяет обеспечить минимальное мерцание света без дополнительных устройств.
Норма пульсации освещенности зависит от источника света и количества фаз, к которым подключается оборудование. Основные коэффициенты для самых распространенных ламп таковы:
Причины стробоскопического эффекта
Стробоскопический эффект – явление искажения восприятия движущихся или вращающихся элементов оборудования. Это часто можно заметить на вращающемся шкиве токарного станка, при определенных условиях создается иллюзия, что он стоит на месте или крутится в обратную сторону. Явление наблюдается в случаях, когда частота переменного тока, питающего светильник, получается кратной частоте вращения оборудования или механизмов.
Чаще всего подобное явления можно наблюдать в производственных помещениях, освещаемых люминесцентными лампами. По сути, из-за переменной подачи электроэнергии получается так, что период включения и выключения лампы накладывается на периодичность вращения механизма.
Из соображений безопасности все производственные помещения ранее освещались лампами накаливания, так как у них показатель мерцания намного ниже, что сводило к минимуму опасность стробоскопического эффекта. В современных условиях лучшим решением стали светодиодные светильники, но только при условии использования качественного оборудования с блоками питания, подающими постоянный ток.
Влияние пульсаций на организм человека
Это явление было замечено достаточно давно, самые масштабные исследования проводились в середине прошлого века. Согласно результатам, любая световая пульсация с частотой до 300 Гц оказывает негативное влияние на организм человека.
Если постоянно находиться в помещении с некачественным светом, будет меняться суточный гормональный ритм. Кроме того, если мерцание имеет частоту до 120 Гц, человеческий мозг реагирует на постоянные изменения и постоянно пытается обработать поступающую информацию на подсознательном уровне.
Из-за длительного напряжения люди намного быстрее и сильнее устают. Теряется концентрация, снижаются умственные способности. Также это влияет на тех, кто занимается интеллектуальным трудом – из-за высокой загрузки мозга принимать решения и проводить исследования намного сложнее, эффективность снижается в разы.
Если мерцание превышает 300 Гц, оно никак не воздействует на людей и не перегружает их мозг. Стоит ориентироваться на этот показатель при выборе оборудования.
Как и чем измерить коэффициент пульсаций
Все требования и нормативы, касающиеся характеристик света, изложены в нормах ГОСТ Р54945-2012 «Методы измерения коэффициента пульсации освещенности». Именно этим документом руководствуются проектные и контролирующие организации.
Использование измерительных приспособлений
Все контролирующие организации, а также предприятия для определения коэффициента пульсации используются осциллографы. С их помощью можно очень быстро и точно провести замеры в помещении любого размера и формы. Ранее для расчетов применялась формула, показанная ниже.
Также можно применять специальные программы. В этом случае вводятся все необходимые данные, после чего производятся расчеты.
Для профессионального использования подойдет только поверенное оборудование, поэтому применяется определенный перечень осциллографов или универсальных приспособлений. Для дома можно приобрести модель попроще, она не будет идеально точной, но сможет сориентировать по показателю пульсации, этого достаточно для оценки освещения.
| Объект | Коэффициент естественной освещенности, % | Искусственная освещенность, ЛК | Коэффициент пульсации, % |
|---|---|---|---|
| Жилые комнаты (гостиные, спальни) | 2 | 150 | — |
| Детские комнаты | 4 | 400 | 10 |
| Рабочие комнаты (кабинеты, офисы) | 3 | 400 | 15 |
| Рабочее место оператора ПК | — | 300 | 5 |
| Классные комнаты, аудитории | 4 | 500 | 10 |
| Торговые залы | 4 | 500 | 10 |
| Дороги | — | 2-30 | — |
| Пешеходные пространства | — | 1-20 | — |
| Эвакуационное и аварийное освещение | — | 0,1-15 | — |
Народные методы
Если осциллографа под рукой нет – можно использовать простые методы, которые позволят определить мерцание, которого не видно в обычных условиях. Самые популярные способы:
В некоторых смартфонах есть функция подавления мерцания, поэтому проверить пульсацию не получится.
Способы снижения пульсации освещения
Тут может быть несколько путей решения. Все зависит от особенностей помещения и типа используемых приборов, чаще всего используют такие методы:
В видео обсуждается влияния световых пульсаций на безопасность участников дорожного движения.
Контролировать пульсацию освещения надо обязательно. Она влияет на комфорт пребывания человека, его утомляемость, а в производственных помещениях от этого показателя зависит безопасность.