Temat: BADANIE CHARAKTERYSTYK ROZRUCHOWYCH WYSOKOPRĘśNYCH LAMP SODOWYCH

Transkrypt

1 Grupa: Elektrotechnika, Studia stacjonarne, II stopień, sem. 1. wersja z dn Laboratorium Techniki Świetlnej Ćwiczenie nr 5 Temat: BADANIE CHARAKTERYSTYK ROZRUCHOWYCH WYSOKOPRĘśNYCH LAMP SODOWYCH Opracowanie wykonano na podstawie następującej literatury: 1. Laboratorium z techniki świetlnej (praca zbiorowa pod redakcją Władysława Golika). Skrypt nr Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań Bąk J., Pabiańczyk W.: Podstawy techniki świetlnej. Wydawnictwo Pol. Łódzkiej, Łódź PN-90/E Technika Świetlna. Terminologia 1. WSTĘP Wg PN ( ) Lampa sodowa wysokopręŝna - lampa wyładowcza duŝej intensywności, której światło pochodzi głównie z promieniowania par sodu o ciśnieniu cząstkowym rzędu 10kPa. Przepływie prądu przez jarznik lampy sodowej towarzyszy zjawisko elektroluminescencji. Elektroluminescencja to emisja promieniowania przez atomy lub cząsteczki wzbudzone kosztem energii pola elektrycznego, która zachodzi przy zderzeniu atomu z inną cząsteczką (elektronem) o duŝej prędkości. Zachodzi w ciałach stałych, cieczach i gazach. Zjawisko wyładowania w gazach lub parach metali wykorzystywane jest przy budowie lamp rtęciowych, metalohalogenkowych, sodowych i innych. Rys. 1. Lampa sodowa wysokopręŝna. Jarznik lampy wykonany z polikrystalicznego tlenku aluminium. Jarznik wykonany z polikrystalicznego tlenku aluminium (ceramika), wytrzymuje wysoką temperaturę ( C) i niszczące działanie sodu. Elektrody - na rdzeń wolframowy w dwóch warstwach nawinięty jest drut wolframowy. Na elektrody naniesiona jest pasta emisyjna ułatwiająca zapłon lampy. Wypełnienie jarznika stanowi rtęć, sód i gaz pomocniczy (argon lub ksenon). Wyładowanie następuje w parach sodu i częściowo w parach rtęci. Zapłon następuje w gazie pomocniczym, a następnie odparowują rtęć oraz sód, który przejmują wiodącą rolę w wyładowaniu. 1

2 Rozkład widmowy. Widmo prąŝkowe z niewielkim udziałem widma ciągłego. Głównie dwie linie rezonansowe sodu 589 i nm (barwa Ŝółta) plus podkład ciągły i inne, słabsze linie w zakresie widzialnym. Brak luminoforu. śółta barwa światła Tb=2000K. Oddawanie barw jest niewłaściwe, wskaźnik oddawania barw ma wartość Ra=25. Rys. 2 Rozkład widmowy lampy sodowej wysokopręŝnej. Bańka tabularna lub eliptyczna. Wewnątrz bańki znajduje się próŝnia, która zapewnia izolacje termiczną pomiędzy jarznikiem a otoczeniem. Trzonki, w większości gwintowe E27, E40. Barwa, wskaźnik oddawania barw i skuteczność świetlna. W lampach sodowych brak jest luminoforu. JeŜeli występuje białe pokrycie bańki to jest to warstwa rozpraszająca a nie luminofor. O skuteczności świetlnej i oddawaniu barw decyduje ciśnienie par sodu (tab. 1). Typ lampy Tabela 1. Parametry wysokopręŝnych lamp sodowych. ciśnienie par skuteczność temperatura sodu [kpa] świetlna η [lm/w] barwowa Tc [K] wskaźnik oddawania barw Ra Standard 27 ok Comfort White Trwałość i spadek strumienia świetlnego w czasie eksploatacji. Trwałość zaleŝy m.in. od częstości włączeń i wynosi do godzin (trwałość średnia 50-cio procentowa). Trwałość uŝytkowa aktualnie produkowanych lamp osiąga wartość godzin. Rys. 3. Krzywa wygasania i krzywa spadku strumienia lampy sodowej SON-T Pro. Pozycja pracy lampy zazwyczaj jest dowolna. Rozruch. Zapłon odbywa się za pomocą zapłonnika, który generuje impuls wysokiego napięcia (2 5 kv). Prąd rozruchowy jest około 1.5 razy większy od prądy znamionowego. Ponowny rozruch. Ponowny rozruch jest moŝliwy po ostygnięciu lampy. Czas ponownego rozruchu zaleŝy od konstrukcji lampy. 2

3 Rys. 4. Charakterystyka rozruchowa i charakterystyka napięciowa lampy sodowej wysokopręŝnej. U +5% Ul +10% I +5% Φ +15% Układy zasilania lamp sodowych Lampy wyładowcze posiadają ujemną, nieliniową charakterystykę napięciowo-prądową i w związku z tym istnieje konieczność stosowania elementów stabilizujących punkt pracy a pełniących rolę ograniczania prądu płynącego przez lampę (tzw. stateczniki). Lampy sodowe wysokopręŝne pracują zazwyczaj w układach ze statecznikami indukcyjnymi. Do zasilania niektórych typów lamp uŝywa się równieŝ stateczników elektronicznych. Rys. 5. Układy pracy lamp sodowych ze statecznikiem indukcyjnym i dwoma rodzajami zapłonników: szeregowo-równoległym (z lewej) i szeregowym (z prawej), kondensator C do poprawy współczynnika mocy Kompensacja mocy biernej, korekcja współczynnika mocy W układach ze statecznikami indukcyjnymi współczynnik mocy układu ma wartość ok. cosϕ 0.5. W związku z tym naleŝy go skorygować do wartości cosϕ Dla poprawy współczynnika mocy w układach zasilania najczęściej stosuje się kondensator włączony równolegle na wejściu układu. Tabela 2. Podstawowe parametry wybranych typów lamp sodowych. Typ lampy Moc Strumień Skuteczność Temperatura [W] świetlny [lm] świetlna [lm/w] barwowa [K] 3 Wskaźnik oddawania barw Ra NAV-T 70W NAV-T 250W NAV-T 70W SUPER 4Y NAV-T 250W SUPER 4Y SON-T 70W SON-T 250W MASTER SON-T PIA Plus 70W MASTER SON-T PIA Plus 250W NAV Osram, SON Philips, WLS, HS oznaczenie uniwersalne

4 Wymagania normatywne - warunki przeprowadzenia badań oraz wymagania funkcjonalne lamp sodowych wysokopręŝnych określone są w polskiej normie PN-EN Lampy sodowe wysokopręŝne. 2. PRZEBIEG ĆWICZENIA Część 1. Badanie charakterystyk rozruchowych Pomierzyć charakterystyki rozruchowe lamp sodowych: Φ L, P L, I L, U L = f (t). Ustawić zakresy pomiarowe mierników. Zasilić układ napięciem znamionowym odpowiedniego statecznika. Na czas zapłonu naleŝy wyłączyć przyrządy pomiarowe (zewrzeć cewki prądowe mierników, rozłączyć cewki napięciowe). Po upewnieniu się, Ŝe nastąpił zapłon lampy naleŝy włączyć mierniki (przełączyć łączniki). Odczyty wskazań przyrządów pomiarowych naleŝy dokonywać w odstępach piętnastosekundowych. Notować wskazania konwertera proporcjonalne do prądu fotoelektrycznego ogniwa ( x) oraz wskazania watomierza P U, amperomierza I L i woltomierza U L. Układ połączyć zgodnie ze schematem umieszczonym na rys. 6. W sprawozdaniu zamieścić wykresy wykonane w jednostkach względnych. Względne zmiany parametrów lampy H obliczy w następujący sposób: kaŝdą zmierzoną w danym czasie wartość H t podzielić przez wartość ustaloną H ust. zmierzoną po ustabilizowaniu parametrów lampy (1). Na wykresach uwzględnić następujące wielkości: Φ L, P L, I L, U L, η' L. H H ' = t (1) Hust. Wyznaczyć czasy rozruchu t 90 oraz t 60, tj. czas narastania strumienia świetlnego do osiągnięcia wartości 90% i 60% strumienia ustalonego. Przeprowadzić analizę uzyskanych wyników. Rys. 6. Schemat układu pomiarowego Część 2. Badanie parametrów początkowych Przy zasilaniu napięciem znamionowym naleŝy pomierzyć parametry początkowe Φ L, P L, I L, U L. Obliczyć skuteczność świetlną lampy η L [lm/w]. Układ połączyć zgodnie ze schematem umieszczonym na rys. 6. Wykonać skalowanie układu pomiarowego z uŝyciem wzorca strumienia świetlnego. Przeprowadzić analizę uzyskanych wyników. Porównać zmierzony strumień lampy ze strumieniem katalogowym. 4

5 3. TABELE POMIAROWE Tabela nr 1. Badanie charakterystyk rozruchowych Typ lampy: Moc znamionowa Znamionowy strumień świetlny Napięcie znamionowe statecznika P LN =...[W] Φ LN =...[lm] U PN =...[V] t x P L I L U L [s] [-] [W] [A] [-] 5

6 t x P L I L U L [s] [-] [W] [A] [-]

7 t x P L I L U L [s] [-] [W] [A] [-]

8 Tabela nr 2. Badanie parametrów początkowych Typ lampy: Moc znamionowa Znamionowy strumień świetlny Napięcie znamionowe statecznika P LN =...[W] Φ LN =...[lm] U PN =...[V] Wyniki pomiarów Obliczenia U PN x P L I L U L Φ L η L [V] [-] [W] [A] [-] [lm] [lm/w] Typ wzorca strumienia świetlnego: Napięcie fotometrowania wzorca U fot[ V ]: Strumień świetlny wzorca Φ W [lm]: Wskazanie miernika prądu fotoelektrycznego W : Średnia arytmetyczna z trzech wskazań miernika prądu fotoelektrycznego: Wzory do obliczeń: η Φ L L = [lm/w] (2) PL X Φ L = ΦW [lm] (3) W 8