Znamionowa trwałość żarówek odpowiada 1000 h. W żarówkach specjalnego przeznaczenia, np. w tzw. projektorowych, może być znacznie mniejsza.

Transkrypt

1 Temat: Żarówki, świetlówki i lampy wyładowcze. 1. Żarówki. Przemiana energii elektrycznej na światło w wyniku promieniowania cieplnego zachodzi w żarniku wykonanym ze skrętki lub dwuskrętki wolframowej umieszczonej w szklanej bańce. Żarówki o mocach znamionowych do 25 W wykonuje się przeważnie jako próżniowe, żarówki o mocach większych mają bańki szklane wypełnione azotem, argonem lub innym gazem obojętnym, dzięki czemu dopuszcza się wyższą temperaturę żarników (do 3000 K). Uzyskuje się w ten sposób większą skuteczność świetlną i barwę światła bardziej zbliżoną do białej, zachowując tę samą trwałość żarówek. Skuteczność świetlna znamionowa żarówek tzn. głównego szeregu o mocy W wynosi 8 20 lm/w, a żarówek halogenowych do 35 lm/w. Oznacza to, że jedynie 1,2 4,5 % pobranej mocy przemienia się w światło, a cała reszta przemienia się w ciepło. Znamionowa trwałość żarówek odpowiada 1000 h. W żarówkach specjalnego przeznaczenia, np. w tzw. projektorowych, może być znacznie mniejsza. Budowa żarówki: 1-żarnik, 2-główka, 3-wspornik żarnika, 4-nóżka, 5-bańka, 6-podpórka, 7-słupek, 8-rurka pompowa, 9-krążek izolacji cieplnej, 10-trzonek gwintowany, 11-styk doprowadzający. Luminacja żarówek wynosi do 2000 cd/ cm 2 przy bańkach ze szkła przeźroczystego i jest znacznie mniejsza w żarówkach z bańką ze szkła matowego lub opalizowanego. Powoduje to jednak zmniejszenie się wydajności żarówek odpowiednio o około 5 i 15 %. Skuteczność świetlna żarówek praktycznie nie zależy od temperatury otoczenia. Jest równa skuteczności znamionowej zaraz po załączeniu. Pulsowanie źródła światła żarowego przy częstotliwości źródła zasilania 50 Hz jest praktycznie niezauważalne. Prąd załączania żarówek jest 10 do 14 razy większy niż znamionowy, lecz trwa bardzo krótko (10 40 ms) nie powodując działania zabezpieczeń przetężeniowych. W żarówkach halogenowych (rys. 6.1d) przez dodanie pewnych związków, tzw. halogenowych, najczęściej jodu, stworzono cykl regeneracyjny polegający na tym, że odparowanie w czasie świecenia cząsteczki wolframu łączą str. 1

2 się z jodem w jodki wolframu WJ 2, które dyfundują do strefy o wysokiej temperaturze w pobliżu żarnika ulegają rozkładowi, a cząsteczki wolframu osadzają się z powrotem na żarniku. Podczas świecenia ustala się stan równowagi, a więc tyle samo wolframu odparowuje, co i osadza się na żarnik, dzięki czemu masa żarnika nie ulega zmianie w procesie świecenia. Gdyby żarnik parował równomiernie na całej długości, a odparowane cząsteczki wolframu osiadały również równomiernie na żarniku, trwałość żarówek halogenowych byłaby nieograniczona. W rzeczywistości warunki te nie są spełnione i przekrój drutu wolframowego zwiększa się w miejscach o niższej temperaturze i zmniejsza w miejscach o wyższej temperaturze, co powoduje, że trwałość żarówek jest ograniczona. Znamionowa trwałość żarówek halogenowych w zależności od ich przeznaczenia wynosi h. Cykl regeneracyjny pozwala na podwyższenie temperatury żarnika do 3200 K, dzięki czemu uzyskuje się większą skuteczność świetlną niż w przypadku zwykłych żarówek, do lm/w, przy zachowaniu założonej trwałości żarówek. W celu zapewnienia wysokiej temperatury w żarówce, warunkującej prawidłowy cykl regeneracyjny, bańka żarówki halogenowej jest wykonana ze szkła kwarcowego o formie rurki o małej średnicy, a żarnik jest umieszczony w osi rurki. Trzonki żarówek halogenowych, w zależności od przeznaczenia, mogą być bardzo różne (z bolcami, samochodowe i inne). Znaczącą część żarówek halogenowych wykonuje się z zewnętrznymi szklanymi bańkami ochronnymi i normalnymi trzonkami z gwintem E27 lub E40 (rys. 6.1d). Żarówki halogenowe wytwarza się na napięcie znamionowe V i moc 4, W. Stosuje się je do oświetlenia projektorowego oraz oświetlenia ogólnego zarówno pomieszczeń o różnorodnym przeznaczeniu, jak i terenów otwartych. 2. Lampy fluorescencyjne. W lampach fluorescencyjnych (świetlówkach) strumień świetlny powstaje w wyniku wyładowania elektrycznego w rozrzedzonych parach rtęci (ok. 1 Pa) i przetworzenia niewidzialnego promieniowania nadfioletowego o długości fali 185,0 i 253,7 nm w odpowiednio dobranym luminoforze, którym pokryte są wnętrza szklanych rur lamp, na promieniowanie o pożądanej barwie światła (dzienne, białe, chłodne lub ciepłobiałe). Skuteczność świetlna lamp fluorescencyjnych wynosi lm/w w zależności od typu i mocy znamionowej lampy, barwy światła i rodzaju zastosowanej oprawy. Największe wydajności dotyczą lamp o budowie zwartej typu kompakt ze specjalnymi oprawami (rys. 6.1a, 6.3) przemieniającymi częstotliwość napięcia zasilania do ok. 30 khz. str. 2

3 Świetlówki wytwarza się na moce znamionowe od 4 do 65 W (bez uwzględnienia mocy traconej w oprawach lamp). Luminancja lamp fluorescencyjnych jest bardzo mała, wynosi bowiem 0,4 1,5 cd/cm 2 w zależności od typu lampy. Lampy fluorescencyjne charakteryzują się bardzo dużą zmianą chwilowej skuteczności świetlnej (pulsacją), w zasadzie zgodną ze zmianą chwilowych wartości prądu przemiennego. Może to powodować wystąpienie tzw. zjawiska stroboskopowego, polegającego na złudzeniu wzrokowym i błędnej ocenie ruchu części wirujących maszyn. Z tego względu konieczne jest zasilanie lamp z różnych faz, zastosowanie specjalnych układów połączeń opraw lamp, przesuwających chwilę przejścia prądu przez zero w poszczególnych lampach (rys. 6.4) lub wykorzystanie specjalnych opraw zwiększających częstotliwość napięcia roboczego do wielu kiloherców (rys. 6.3). Świetlówki są zasilane napięciem 230 V, a napięcie robocze lampy wynosi ok. 110 V. W celu obniżenia napięcia na świetlówce do pożądanej wartości muszą być zainstalowane w oprawach dodatkowe impedancje połączone szeregowo ze świetlówką. Do ograniczenia strat mocy czynnej stosuje się dławiki. To z kolei powoduje konieczność użycia kondensatorów do poprawy współczynnika mocy całej oprawy, od cos = 0,4 0,6 do ok. 0,9. Dławiki i kondensatory montowane w oprawach są dobierane do określonych mocy świetlówek. str. 3

4 Trwałość świetlówek przy świeceniu bez przerwy wynosi do h. W warunkach normalnej eksploatacji jest równa ok h, natomiast przy dużej częstości łączeń maleje do h. Strumień świetlny po 2000 h pracy zmniejsza się do ok. 85 %, a po 4000 h do ok. 75 % wartości znamionowej. 3. Lampy rtęciowe wysokoprężne. W lampach rtęciowych wysokoprężnych strumień świetlny powstaje w wyniku wyładowania łukowego w parach rtęci o wysokim ciśnieniu (do 2 MPa), niekiedy z dodatkiem halogenów, w jarzniku ze szkła kwarcowego umieszczonym w bańce szklanej o kształcie zbliżonym do żarówki (rys.6.1b). Korekta barwy światła z niebieskozielonej na zbliżoną do białej (dziennej) dokonuje się w luminoforze pokrywającym wewnętrzną powierzchnię bańki szklanej. Po załączeniu napięcia wyładowanie w jarzniku rozpoczyna się początkowo między jedną z głównych elektrod a elektrodą pomocniczą, co powoduje podwyższenie się temperatury i ciśnienia par rtęci w jarzniku, zmniejszając rezystancję przestrzeni między elektrodami głównymi. Po kilkudziesięciu sekundach rozpoczyna się wyładowanie pomiędzy elektrodami głównymi. Pełną skuteczność świetlną uzyskuje się po czasie 1 4 min. Skuteczność świetlna lamp rtęciowych wynosi lm/w w zależności od typu lamp, a w lampach tzw. halogenowych osiąga 90 lm/w. Skuteczność lamp nie zależy od temperatury otoczenia. Moce lamp rtęciowych podstawowego przeznaczenia są zawarte w granicach od 50 do 2000 W, a lamp halogenowych do 3500 W, przy czym lampy 2000 i 3500 W są wytwarzane na napięcie znamionowe 380 V. Trwałość lamp rtęciowych wynosi do h. Rtęciówka budowa i układ połączeń: 1-bańka szklana pokryta luminoforem od wewnątrz, 2-elektrody główne, 3-rezystor, 4-elektroda pomocnicza, 5 -jarznik kwarcowy, 6-kropla rtęci. Dł-dławik, C-kondensator. Oprawy lamp rtęciowych powinny być wyposażone w specjalny dławik ograniczający napięcie zasilania do pożądanej wartości. Dodatkowo powinien być również zainstalowany kondensator w celu zmniejszenia poboru mocy biernej indukcyjnej, tak aby wypadkowy współczynnik mocy cosφ był równy ok. 0,95. str. 4

5 Lampy rtęciowe halogenowe wymagają stosowania specjalnych urządzeń zapłonowych (rys.6.5). Prąd załączenia lampy wynosi 1,5 1,7 wartości prądy znamionowego. Pełną skuteczność świetlną lampa uzyskuje po czasie 2 4 min od chwili załączenia. Po wyłączeniu lampa daje się ponownie załączyć dopiero po kilkuminutowej przerwie koniecznej do jej ochłodzenia, po której rozpoczyna się ponowny proces zapłonu, początkowo o niewielkiej skuteczności świetlnej. Lampy rtęciowe wysokoprężne stosuje się do oświetlania terenów otwartych, ulic, placów, obiektów sportowych oraz pomieszczeń przemysłowych, w których wykonuje się prace raczej mało i średnio dokładne. 4. Lampy sodowe wysokoprężne. Strumień świetlny w lampach sodowych powstaje w wyniku wyładowania elektrycznego w jarzniku wypełnionym głównie parami sodu. Ze względu na ciśnienie par sodu w czasie świecenia rozróżnia się lampy sodowe wysokoprężne i niskoprężne. W lampach sodowych wysokoprężnych ciśnienie par sodu z dodatkiem par rtęci i gazu pomocniczego, głównie ksenonu, wynosi ok. 2 MPa. Barwa światła jest złocistożółta, monochromatyczna. Skuteczność świetlna lamp sodowych wynosi lm/w i nie zależy od temperatury otoczenia. Trwałość lamp zawiera się w granicach h, a przeciętnie h. Wytwarza się lampy o mocach znamionowych od kilkudziesięciu do 1000 W. Luminancja lamp sodowych wysokoprężnych jest równa cd/cm 2 w lampach z zewnętrzną bańką ze szkła przezroczystego oraz 4 30 cd/cm 2 z bańką ze szkła mlecznego rozpraszającego. Lampy sodowe wysokoprężne wymagają specjalnych opraw z dławikiem ograniczającym napięcie oraz urządzeniem zapłonowym (rys. 6.5b) i kondensatorem zmniejszającym pobór mocy biernej. Pełną skuteczność świetlną lampy te uzyskują po upływie 5 7 min od chwili zapłonu. Lampy sodowe wysokoprężne stosuje się powszechnie do oświetlania ulic, placów i innych obiektów otwartych, gdzie trochę nienaturalna złocistożółta barwa ich światła nie ogranicza zastosowania. str. 5

6 5. Lampy sodowe niskoprężne. W lampach sodowych niskoprężnych strumień świetlny powstaje w wyniku wyładowania elektrycznego w parach sodu o ciśnienie ok. 1 Pa. Barwa światła jest żółtopomarańczowa. Skuteczność świetlna lamp sodowych niskoprężnych wynosi lm/w w zależności od typu lampy i nie zależy od temperatury otoczenia, a ich trwałość nawet do h pracy. Luminancja tych lamp jest umiarkowana, wynosi do 10 cd/cm 2. Pełny strumień świetlny uzyskuje się po stosunkowo długim czasie, nawet do kilkunastu minut od chwili zaświecenia. Lampy sodowe niskoprężne stosuje się do oświetlania terenów otwartych o niewielkich powierzchniach, takich jak skrzyżowania dróg, tunele oraz niekiedy w pomieszczeniach zamkniętych jako oświetlenie dekoracyjne. Ze względu na niewielkie moce znamionowe tego typu lamp (do 200 W) i niewielkie strumienie świetlne pojedynczych lamp, nie znajdują one szerszego zastosowania do oświetlania dużych terenów otwartych, wymagającego zawieszenia lamp na znacznej wysokości, pomimo ich dużej jednostkowej skuteczności świetlnej, większej niż innych źródeł światła. str. 6