Laboratorium Sprzętu Oświetleniowego

Transkrypt

1 Laboratorium Sprzętu Oświetleniowego wersja z dnia Specjalność: Technika Świetlna, sem. 9, studia stacjonarne jednolite Termin: Wtorek godz. 11:15-14:15, Czwartek godz. 11:45 14:45 Prowadzący: Krzysztof Wandachowicz Nr ćw. Temat 1 Badanie parametrów początkowych, rozruchowych i charakterystyk napięciowych Ŝarówek oraz świetlówek kompaktowych zintegrowanych. 2 Badanie parametrów początkowych, rozruchowych, charakterystyk napięciowych oraz przebiegów czasowych wartości chwilowych napięć i prądów świetlówek w układzie pracy ze statecznikiem indukcyjnym. 3 Badanie parametrów elektrycznych i fotometrycznych diod elektroluminescencyjnych (LED). 4 Badanie parametrów początkowych, rozruchowych i charakterystyk napięciowych wysokopręŝnych lamp metalohalogenkowych 5 Badanie charakterystyk wyładowania łukowego świetlówek. Badanie stateczników elektronicznych do świetlówek. 6 Badanie wpływu temperatury złącza p-n na parametry elektryczne i fotometryczne diod elektroluminescencyjnych (LED). Literatura - Skrypt 1792 ćw. nr 30 - PN-IEC 64 śarówki z Ŝarnikiem wolframowym do uŝytku domowego i podobnych celów oświetleniowych. - PN-EN 60969:2002 Lampy samostatecznikowe do ogólnych celów oświetleniowych -- Wymagania funkcjonalne. - ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI I PRACY z dnia 20 maja 2005 r. w sprawie wymagań dotyczących dokumentacji technicznej, stosowania etykiet i charakterystyk technicznych oraz wzorów etykiet dla urządzeń. Dziennik Ustaw z 2005 r. Nr 98, pozycja 825 (punkt 7. Lampy do uŝytku domowego). - Katalogi producentów lamp elektrycznych: Philips, Osram. - Skrypt 1792 ćw. nr 30 - PN-EN Świetlówki dwutrzonkowe. Wymagania funkcjonalne - Katalogi producentów lamp elektrycznych: Philips, Osram. - Karty katalogowe producentów LED. - Publikacja CIE 127: Measurement of LEDs - Skrypt 1792 ćw. nr 31 - PN-EN (U) Lampy metalohalogenkowe - Katalogi producentów lamp elektrycznych: Philips, Osram. - Skrypt 1792 ćw. nr 36 - Katalogi producentów sprzętu oświetleniowego (lampy, stateczniki): Philips, Osram. - Karty katalogowe producentów LED. - Publikacja CIE 127: Measurement of LEDs

2 ZADANIA SZCZEGÓŁOWE do ćwiczenia laboratoryjnego nr 1 Temat: Badanie parametrów początkowych, rozruchowych i charakterystyk napięciowych Ŝarówek oraz świetlówek kompaktowych zintegrowanych. Przedmiot badań: śarówki halogenowe z bańką Ŝarówek do ogólnych celów oświetleniowych, trzonek E27. Świetlówki kompaktowe zintegrowane z róŝnym układem rurek oraz z balonem. Poznanie właściwości oraz porównanie parametrów Ŝarówek halogenowych przeznaczonych do ogólnych celów oświetleniowych ze zintegrowanymi świetlówkami kompaktowymi. 1) Pomierzyć charakterystyki rozruchowe lampy (tylko świetlówki): Φ, P, I, cosϕ = f(t). Dokonywać odczytów wskazań przyrządów pomiarowych w odstępach dziesięciosekundowych. Wykonać wykresy w jednostkach względnych. Przeprowadzić ich analizę. Wyznaczyć czasy rozruchu: t 90, t 80 oraz t 60 (czasy narastania strumienia do wartości 90%, 80% oraz 60% strumienia ustalonego). 2) Parametry początkowe: Przy zasilaniu napięciem znamionowych U n pomierzyć parametry początkowe lampy: Φ, P, I, cosϕ. Obliczyć skuteczność świetlną η. Wyznaczyć klasę efektywności energetycznej badanych lamp. 3) Pomierzyć charakterystyki napięciowe lamp: P, I, Φ, η, cosϕ w funkcji napięcia zasilającego dla Ŝarówki: U P = (1,1 0.5)U n. dla świetlówki: U P =1.1U n U g (w dół do napięcia gaśnięcia U g ). Kiedy lampa zgaśnie zanotować napięcie gaśnięcia lamp U g. W przedziale +/- 10% U n wykonać pięć pomiarów: (1.10, 1.05, 1.00, 0.95, 0.90) U n UWAGA: Dla kaŝdej badanej lampy wykonać pomiar z Ŝarówką pomocniczą. Wykonać wykresy w jednostkach względnych, obliczyć wykładniki potęgowe charakterystyk n H i przeprowadzić ich analizę. 4) Wzorcowanie układu pomiarowego strumienia świetlnego: Wykonać pomiar ze wzorcem strumienia Φ W. Wykonać pomiar z Ŝarówką pomocniczą. 5) Przeprowadzić analizę porównawczą badanych lamp. Przyrządy pomiarowe: Napięcie na lampie U p NatęŜenie prądu I Moc P, Nat. prądu - I Współczynnik mocy - cosϕ Strumień świetlny Φ Multimetr laboratoryjny Escort 3136A. Zaciski com-v. Funkcja ~V. Zakres: Auto. Multimetr laboratoryjny Escort 3136A. Zaciski com-a. Funkcja ~A. Zakres: shift+ Auto. Miernik mocy: HIOKI 3333 Uwaga: miernik naleŝy włączyć przed podłączeniem napięcia na zaciski wejściowe miernika. Luksomierz / miernik prądu fotoelektrycznego: Photometer B510 LMT. Zespołowy wzorzec strumienia, napięcie fotometrowania dla wszystkich wzorców U f =230V: W100-1: Φ w =1246 lm, W100-2: Φ w =1278 lm, W100-3: Φ w =1193 lm, W100-4: Φ w =1237 lm, W100-5: Φ w =1241 lm, Schemat układu zasilania i układu pomiaru strumienia Ŝarówek. Schemat układu zasilania świetlówek kompaktowych.

3

4 ZADANIA SZCZEGÓŁOWE do ćwiczenia laboratoryjnego nr 2 Temat: Badanie parametrów początkowych, rozruchowych, charakterystyk napięciowych oraz przebiegów czasowych wartości chwilowych napięć i prądów świetlówek w układzie pracy ze statecznikiem indukcyjnym. Przedmiot badań: Świetlówka liniowa T8 18W (PN-EN karta nr 2220). Poznanie właściwości świetlówki liniowej pracującej ze statecznikiem indukcyjnym. 1) Pomierzyć charakterystyki rozruchowe lampy: Φ, P U, I L, U L, cosϕ U, = f(t). Dokonywać odczytów wskazań przyrządów pomiarowych w odstępach dziesięciosekundowych. Wykonać wykresy w jednostkach względnych. Przeprowadzić ich analizę. Wyznaczyć czasy rozruchu: t 90 oraz t 60 (czasy narastania strumienia do wartości 90%, oraz 60% strumienia ustalonego). 2) Parametry początkowe: Przy zasilaniu napięciem znamionowych U n pomierzyć parametry początkowe lampy: P U, I L, U L, cosϕ U, współrzędne barwy (x,y). Sprawdzić wymagania normy: U l (PN-EN p a), (x, y) (PN-EN p b). 3) Pomierzyć charakterystyki napięciowe lampy: Φ, P U, I L, U L, cosϕ U w funkcji napięcia zasilającego U P, dla U P = 1.1U n U g (w dół do napięcia gaśnięcia U g ). W przedziale +/- 10% U n wykonać pięć pomiarów dla nast. wartości napięć: (1.10, 1.05, 1.00, 0.95, 0.90) U n Zanotować napięcie gaśnięcia lampy U g. Wykonać wykresy w jednostkach względnych, obliczyć wykładniki potęgowe charakterystyk n H i przeprowadzić ich analizę. 4) Przy zasilaniu napięciem znamionowych pomierzyć napięcia i prądy w dwóch układach połączeń (z kondensatorem C i bez kondensatora), zarejestrować na oscyloskopie cyfrowym przebiegi wartości chwilowych napięcia zasilającego U S, napięcia na lampie U L, prądu lampy J L oraz prądu pobieranego z sieci J S. Za pomocą zestawu komputerowego oraz oscyloskopu cyfrowego zapisać zarejestrowane przebiegi. Odczytać kąty przesunięcia fazowego pomiędzy prądem a napięciem: U S I L : (kąt ϕ) U S I S z kond. C : (kąt ϕ C ) Wykonać wykresy wektorowe (U S, I S, I C, I L, U L, U D ). Obliczyć współczynnik mocy układu (z kompensacją cosϕ C i bez kompensacji cosϕ U ). Przyrządy pomiarowe: Moc układu - P U,Współczynnik mocy - cosϕ U Miernik mocy: HIOKI 3333, Uwaga: miernik naleŝy włączyć przed Nat. prądu lampy - I L podłączeniem napięcia na zaciski wejściowe miernika. Napięcie: zasilające - U S, na lampie - U L, na dławiku - U D Multimetr przenośny WENS 53 Nat. prądu: pobieranego z sieci - I S, lampy - I L, płynącego przez Multimetr lab. Escort 3136A. Zaciski com-a. Funkcja ~A. Zakres: shift+ kondensator - I C Auto. Rezystancja R=1Ω, R=1-10Ω, Oporniki dekadowe DR1b(1a)-16, 0.7A (2A) Oscyloskop GDS-2204 Pomiary: przycisk AutoSet, pokrętło Position Odwrócenie sygnału Js Menu F2 Kursory: przycisk Cursor F2 pokrętło Variable Rejestracja: przycisk Run/Stop Software: FreeWave: Przyciski: Image, Read, Stop, Ink Saver. Strumień świetlny - Φ Luksomierz L-12, zakres 200 lx (odległość ok. 75cm) współrzędne barwy (x y) Kolorymetr MINOLTA CL-200

5 ZADANIA SZCZEGÓŁOWE do ćwiczenia laboratoryjnego nr 3 Temat: Badanie parametrów elektrycznych i fotometrycznych diod elektroluminescencyjnych (LED). Przedmiot badań: Diody elektroluminescencyjne róŝnych typów: - K2 Star, L2K2 MWW4-11-BU00 (biała) IFmax = 1000mA, UF typ = 3.72 V, (egz. uszkodzony ) - Ostar, LEWE2A LZNY-6K8L MY-7K-0 (biała) IFmax = 700mA, UF typ = 14 V, - Cree, XR-E NW Q2 5A (biała) IFmax = 700mA, UF typ = 3.5 V, - Cree, XLamp 7090 (Red, Green, Blue), IFmax = 350mA. Poznanie właściwości oraz porównanie parametrów diod elektroluminescencyjnych przy zmianie natęŝenia prądu przewodzenia. 1) Wyznaczyć zmiany parametrów elektrycznych i fotometrycznych w funkcji natęŝenia prądu przewodzenia. a) zmieniać wartość natęŝenia prądu przewodzenia IF w zakresie od zera do maksymalnej dopuszczalnej wartości: w zakresie od 0 do 100mA ( mA) następnie co 100mA, b) pomierzyć natęŝenia prądu przewodzenia IF, napięcie przewodzenia UF, wskazanie fotoprzetwornika proporcjonalne do strumienia badanej diody x. c) dla maksymalnej wartości natęŝenia prądu przewodzenia IF pomierzyć współrzędne barwy (x,y) i temperaturę barwową Tb. d) Wykonać obliczenia i wykreślić charakterystyki: IF=f(UF) oraz Φ, η =f(if), 2) Wzorcowanie: a) wykonać pomiar z Ŝarówką pomocniczą (Ŝarówka halogenowa 20W/12V, U fot. =9V): - pz wskazanie fotoprzetwornika przy pomiarze z Ŝarówką pomocniczą (zamknięty otwór w kuli O1), - po wskazanie fotoprzetwornika przy pomiarze z Ŝarówką pomocniczą (otwarty otwór w kuli O1), b) wykonać pomiar z Ŝarówką projekcyjną (Ŝarówka halogenowa z odbłyśnikiem 85W/13.8V, U fot. =9V): - w wskazanie fotoprzetwornika przy pomiarze z Ŝarówką projekcyjną (światło wpada do kuli), - Ew natęŝenie oświetlenia w płaszczyźnie otworu przesłony P1, - obliczyć wartość strumienia świetlnego wpadającego do kuli Φw: Φ w =Ew So, gdzie: S o 2 = π r, gdzie: r = 7mm (promień otworu w przesłonie P1) - strumień świetlny badanej diody Φx obliczyć ze wzoru: x po Φ x = Φ w w pz Urządzenia i przyrządy pomiarowe: Zasilacz DC ARRAY 3644A 18V/5A Rezystor Rr 105Ω / 2.5A NatęŜenie prądu przewodzenia - I F Multimetr laborat. Escort 3136A. Zaciski com-a. Funkcja A. Zakres: shift+ Auto. Napięcie przewodzenia - U F Multimetr laborat. Escort 3136A. Zaciski com-v. Funkcja V. Zakres: Auto. Strumień świetlny - Φ Miernik prądu fotoelektrycznego LMT I 520, luksomierz L-100 Schemat układu zasilania badanych diod świecących Ilustracja stanowiska do wyznaczania strumienia świetlnego

6 Ilustracja sposobu wykonywania pomiarów i skalowania.

7 ZADANIA SZCZEGÓŁOWE do ćwiczenia laboratoryjnego nr 4 Temat: Badanie parametrów początkowych, rozruchowych i charakterystyk napięciowych wysokopręŝnych lamp metalohalogenkowych. Przedmiot badań: Kompaktowa lampa metalohalogenkowa (CDM-TD 70W/942, CDM-TD 70W/830, HQI-TS 70W/WDL, HQI-TS 70W/NDL). Poznanie właściwości elektrycznych i fotometrycznych lamp metalohalogenkowych. 1) Pomierzyć charakterystyki rozruchowe lampy: Φ, P U, I L, P L, U L, cosϕ U, cosϕ L = f(t). Dokonywać odczytów wskazań przyrządów pomiarowych w odstępach dziesięciosekundowych. Wykonać wykresy w jednostkach względnych. Przeprowadzić ich analizę. Wyznaczyć czasy rozruchu (czas narastania strumienia do wartości 90% strumienia ustalonego). 2) Parametry początkowe: Przy zasilaniu napięciem znamionowych pomierzyć parametry początkowe lamp: Φ, P U, I L, P L, U L, cosϕ U, cosϕ L. Sprawdzić wymagania normy: Φ, P L, U L (LMH - PN-EN patrz karta danych lampy). Przy odczytywaniu wskazań z kolejnych mierników zastosować metodę odtwarzania strumienia. 3) Pomierzyć charakterystyki napięciowe lampy: Φ, P U, I L, P L, U L, cosϕ U, cosϕ L = f(u P ) dla U P = 1,1U n U g W przedziale +/- 10% Un wykonać pięć pomiarów: (0.9, 0.95, 1.0, 1.05, 1.1) U n, które będą słuŝyły do wyznaczenia wykładników potęgowych. Przy odczytywaniu wskazań z kolejnych mierników zastosować metodę odtwarzania strumienia. Zanotować napięcie gaśnięcia lampy U g. Wykonać wykresy w jednostkach względnych, obliczyć wykładniki potęgowe charakterystyk n H i przeprowadzić ich analizę. 4) Wzorcowanie układu pomiarowego strumienia świetlnego. Wykonać pomiar ze wzorcem strumienia. Przyrządy pomiarowe: Napięcie zasilające - U P NatęŜenie prądu lampy - J L Moc układu - P U Napięcie na lampie - U L Moc lampy - P L Strumień świetlny - Φ Miernik mocy HIOKI 3333 Woltomierz analogowy, zakres 75V (wyłączyć woltomierz na czas zapłonu) Watomierz analogowy, zakres 100V, 1A (wyłączyć watomierz na czas zapłonu) Luksomierz / miernik prądu fotoelektrycznego: Photometer B510 LMT. Zespołowy wzorzec strumienia, napięcie fotometrowania dla wszystkich wzorców U f =230V: W100-1: Φ w =1246 lm, W100-2: Φ w =1278 lm, W100-3: Φ w =1193 lm, W100-4: Φ w =1237 lm, W100-5: Φ w =1241 lm,

8 ZADANIA SZCZEGÓŁOWE do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5 Temat: Badanie charakterystyk wyładowania łukowego świetlówek. Badanie stateczników elektronicznych do świetlówek. Przedmiot badań: Statecznik elektroniczny z regulacją mocy świetlówki (strumienia) QT DeLuxe HF 1x18/ DIM (w technologii 1-10V) oraz QT DALI-T/E 1x18/ DIM. Świetlówka liniowa T8 18W (PN-EN karta nr 2220), świetlówka kompaktowa 18W, świetlówka T8 40W. Poznanie właściwości świetlówki liniowej pracującej ze statecznikiem indukcyjnym. 1) Połączyć układ zasilania świetlówki napięciem stałym. Obserwować strefy wyładowania wewnątrz bańki świetlówki, zanotować wyniki obserwacji. Pomierzyć charakterystykę napięciowo prądową lampy U L =f(j L ), zmieniać natęŝenie prądu lampy J L w zakresie od ok. 150% wartości prądu znamionowego do około 10mA. Narysować, opisać i przeanalizować charakterystykę napięciowo prądową. Elementy obwodu: - zasilacz DC - KIKUSUI, - Ŝarówka o mocy 150W, - statecznik do świetlówki o mocy 36W, - opornik suwakowy 650 Ω / 1A, - amperomierz prądu stałego (Multimetr Escort 3136A. Zaciski com-ma. Funkcja -A.), - woltomierz (Multimetr Escort 3136A. Zaciski com-v. Funkcja -V), - świetlówka bez luminoforu LF 40W. 2) Połączyć układ zasilania świetlówki ze statecznikiem elektronicznym. Pomierzyć charakterystyki napięciowe lampy: Φ, P U, I S, U L, cosϕ U w funkcji napięcia zasilającego U P, dla U P = 1.1U n U g (w dół do napięcia gaśnięcia U g ). W przedziale +/- 10% U n wykonać pięć pomiarów dla nast. wartości napięć: (1.10, 1.05, 1.00, 0.95, 0.90) U n Zanotować napięcie gaśnięcia lampy U g. Wykonać wykresy w jednostkach względnych, obliczyć wykładniki potęgowe charakterystyk n H i przeprowadzić ich analizę 3) Pomierzyć charakterystyki regulacyjne statecznika: - Φ', Pu, Is, f, cosϕu = f (Rr) dla Rr = 100kΩ (0 ) - Φ', Pu, Is, f, cosϕu = f (Ur) dla Ur = (10 1)V co 1V - Φ', Pu, Is, f, cosϕu - dla kilku połoŝeń punktu pracy przy regulacji za pomocą przycisku Touch DIM Przyrządy pomiarowe: Moc układu - P U,Współczynnik mocy - cosϕ U NatęŜenie prądu pobieranego z sieci - I S Napięcie: regulacyjne - U r, na lampie - U L NatęŜenie prądu lampy - I L Częstotliwość napięcia na lampie - f Zasilacz AC/DC Zasilacz DC Strumień świetlny - Φ Miernik mocy: HIOKI 3333, Uwaga: miernik naleŝy włączyć przed podłączeniem napięcia na zaciski wejściowe miernika. Multimetr lab. Escort 3136A. Zaciski com-v. Funkcja ~V. Zakres: Auto. Multimetr lab. Escort 3136A. Zaciski com-a. Funkcja ~A. Zakres: shift+ Auto. Multimetr lab. Escort 3136A. Zaciski com-v. Funkcja Hz. KIKUSUI ARRAY 3644A 18V/5A Luksomierz L-12, zakres 200 lx (odległość ok. 75cm)

9 ZADANIA SZCZEGÓŁOWE do ćwiczenia laboratoryjnego nr 6 Temat: Badanie wpływu temperatury złącza p-n na parametry elektryczne i fotometryczne diod elektroluminescencyjnych (LED). Przedmiot badań: Diody elektroluminescencyjne róŝnych typów: - K2 Star, L2K2 MW14-11-BV00 (cool white) IFmax = 1000 ma, UF typ = 3.72 V, R j-pcb = 13 K/W - K2 Star, L2K2 MWN2-11-BS00 (neutral white) IFmax = 350 ma, UF typ = 3.72 V, R j-pcb = 13 K/W - Ostar, LEWE2A LZNY-6K8L MY-7K-0 (5600K) IFmax = 700 ma, UF typ = 14 V, R j-pcb = 4.2 K/W - Cree, XR-E NW Q2 5A (neutral white) IFmax = 700 ma, UF typ = 3.5 V, R j-pcb = R j-sp + R SP-PCB = = 10 K/W - Cree, XLamp 7090 (Red, Green, Blue), IFmax = 350 ma, R j-pcb = R j-sp + R SP-PCB = = 19 K/W Poznanie właściwości oraz porównanie parametrów diod elektroluminescencyjnych przy zmianie temperatury złącza p-n. Badanie rozkładów widmowych i poznanie właściwości kolorymetrycznych. 1) Wyznaczyć zmiany parametrów elektrycznych i fotometrycznych w funkcji temperatury złącza p-n. - Dla przyjętej stałej wartości natęŝenia prądu przewodzenia IF zmieniać temperaturę Tj złącza p-n. - Wymusić zmianę temperatury Tj złącza p-n poprzez zmianę natęŝenia prądu I P ogniwa Peltiera. NaleŜy wymusić zarówno chłodzenie (I P =0.5A, 1.5A, 2.5A, zacisk czerwony +, czarny -) jak i grzanie diody (zmiana polaryzacji ogniwa Peltiera, I P =-0.5A, -1.0A, -1.5A, zacisk czerwony -, czarny +). Nie naleŝy przekraczać wartości temperatury Tj złącza p-n powyŝej C. Pomiędzy płytką PCB a powierzchnią mocowania diody zastosować pastę termoprzewodzącą. - Po ustabilizowaniu termicznym układu zmierzyć napięcie przewodzenia UF, wskazanie fotoprzetwornika proporcjonalne do strumienia x, natęŝenie prądu ogniwa Peltiera I P oraz temperaturę złącza Tj. - Wykonać obliczenia i wykreślić charakterystyki: strumienia Φ, mocy P, skuteczności świetlnej η, napięcia przewodzenia UF badanej diody w funkcji temperatury złącza Tj. Model oporu przewodzenia ciepła w diodzie świecącej. R j-sp - opór przewodzenia ciepła pomiędzy złączem p-n a punktem lutowania, R SP-PCB - opór przewodzenia ciepła pomiędzy punktem lutowania a punktem pomiaru temperatury na płytce PCB. Temperaturę złącza p-n Tj moŝna obliczyć ze wzoru: T T + (R P) = T + (R I U ) j = PCB j PCB PCB j PCB 2) Badanie właściwości spektrofotometrycznych i kolorymetrycznych. - Wyznaczyć rozkłady widmowe diod LED za pomocą spektrofotometru X4, - Odczytać wartości temperatury barwowej Tc i wskaźnika oddawania barw Ra, długości fali przy której występuje max. promieniowania λm, długości fali dominującej λd i czystości pobudzenia Pe. - Pomiary wykonać dla kilku wartości prądu przewodzenia IF, - Zamieścić dokumentację wyników pomiarów. Przeprowadzić analizę. 3) Wzorcowanie: wykonać według wskazówek zamieszczonych w ćwiczeniu nr 3. Urządzenia i przyrządy pomiarowe: Zasilacz DC ARRAY 3644A 18V/5A Rezystor Rr 13Ω / 6.3A lub 105Ω / 2.5A NatęŜenie prądu przewodzenia - I F Multimetr laborat. Escort 3136A. Zaciski com-a. Funkcja A. Zakres: shift+ Auto. Napięcie przewodzenia - U F Multimetr laborat. Escort 3136A. Zaciski com-v. Funkcja V. Zakres: Auto. Strumień świetlny - Φ Miernik prądu fotoelektrycznego LMT I 520, luksomierz L-100 Rozkład widmowy, par. kolorymetryczne X4 Light Analyzer Miernik temperatury Center 303 Type K F F