POLITECHNIKA ŁÓDZKA WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, ELEKTRONIKI INFORMATYKI I AUTOMATYKI INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI INSTYTUT ELEKTRODYNAMIKI AKADEMII NAUK UKRAINY PRZYAZOWSKI UNIWERSYTET TECHNICZNY W MARIUPOLU VI -UKRAINSKIE PROBLEMY ELEKTROENERGETYKI Łódź, 16-17 września 2010 r. WYNIKI POMIARÓW PARAMETRÓW ELEKTRYCZNYCH I ŚWIETLNYCH SAMOCHODOWYCH ŹRÓDEŁ ŚWIATŁA Z TRZONKIEM P14,5s Przemysław Tabaka Instytut Elektroenergetyki Politechniki Łódzkiej Streszczenie: Obecnie na rynku dostępnych jest wiele różnych typów żarówek samochodowych. Wielu kierowców chcąc poprawić oświetlenie swoich pojazdów decyduje się na zakup źródeł światła, na opakowaniach których słowo Xenon ma sugerować niewiarygodną jasność świecenia. W pracy przedstawiono wyniki pomiarów laboratoryjnych kilkunastu samochodowych źródeł światła typu H1 różnych producentów. Zmierzono parametry elektryczne i fotometryczne w funkcji napięcia zasilającego. 1. PRZEDMIOT I ZAKRES BADAŃ Do badań porównawczych wybrano kilkanaście dostępnych na rynku źródeł światła stosowanych w reflektorach samochodowych m.in. do świateł mijania. Wszystkie źródła posiadają trzonek P14,5s (źródła typu H1) i przewidziane są do zasilania z samochodowej instalacji elektrycznej o napięciu znamionowym 12 V. Badaniom laboratoryjnym poddano trzynaście żarówek halogenowych (różnych producentów) o mocy 55 W każda i jedną lampę ksenonową o mocy 35 W. Na potrzeby niniejszej pracy, każde źródło światła zaopatrzono umownym symbolem. Ogólne informacje dot. poszczególnych źródeł zestawiono w tab. 1. Źródła z bańkami pokrytymi niebieskim filtrem wyróżniono w tabeli poprzez wypełnienie komórek szarym kolorem. Przykładowe fotografie badanych lamp zamieszczono w tab. 2. W odniesieniu do poszczególnych źródeł zbadano: wpływ napięcia zasilającego na parametry fotometryczne i elektryczne, widmo promieniowania oraz temperaturę barwową. W przypadku lampy wyładowczej dodatkowo wyznaczono czas do uzyskania pełnego strumienia świetlnego.
Tab. 1. Ogólne informacje dot. badanych źródeł światła L.p. Producent Nr produktu Homologacja Dodatkowe informacje Kraj produkcji symbol.: Żarówki halogenowe :. 1. NARVA 48320 E1 Niemcy (1) 2. PHILIPS 12258 PR E1 +30% więcej światła Niemcy (2) 3. GE 50310/1U E1 Węgry (3) 4. GE 50310MU E1 +50% więcej światła Węgry (4) 5. ALL Ride 01224 E4 +50% więcej światła, Chiny (5) mega biała 6. ALL Ride 01227 E4 +50% więcej światła, Chiny (6) niebieska 7. Rinder 77404 E4 +50% więcej światła, Niemcy (7) niebieska 8. PHILIPS 12258 BV E4 efekt lampy ksenonowej Niemcy (8) 9. Import: 30562 E4 +30% więcej światła Chiny (9) Bottari Polska 10. Import: 30580 E4 wysoka moc Chiny (11) Bottari Polska 11. Farenheit brak inf. E13 super białe światło Korea (12) 12. OSRAM 64150 E1 Niemcy (13) 13. OSRAM 64150 SVS E1 +50% więcej światła Niemcy (14).: Lampa ksenonowa :. 14. brak inf. e4* ) Temperatura 6000 K brak inf. (10) * ) dot. układu zasilającego (przetwornicy) Tab. 2. Przykładowe zdjęcia badanych źródeł światła (numeracja nad zdjęciami odpowiada symbolom źródeł) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 2/12
Tab. 2. Przykładowe zdjęcia badanych źródeł światła cd. (9) (11) (12) (13) (14) (10) 2. WPŁYW NAPIĘCIA ZASILAJĄCEGO NA PARAMETRY FOTOMETRYCZNE I ELEKTRYCZNE Pomiary strumienia świetlnego przeprowadzono wg metody opisanej w literaturze [2] wykorzystując lumenomierz przestrzenny - kulę Ulbrichta. Pomiary te opierają się na znanej zasadzie porównania wskazań miernika prądu fotoelektrycznego podczas kolejnego umieszczania (we wnętrzu kuli) źródła badanego i wzorcowego. Układ pomiarowy przedstawiono na rys. 1. W przypadku żarówek halogenowych do pomiarów przystąpiono po ok. 10-minutowym ich świeceniu w lumenomierzu. Dla ksenonowej lampy wyładowczej czas ten wynosił ok. 30 min. W samochodowej instalacji elektrycznej napięcie znamionowe (w przypadku pojazdów osobowych) wynosi 12 V. W warunkah eksploatacyjnych, napięcie to jest zawsze większe i przeważnie wynosi wg [4] 13,2 14 V. Przykładowe wartości napięcia występujące w pojeździe marki VW Golf III zestawiono w tab. 3. Ponieważ zmiana napięcia zasilającego wpływa na wartość strumienia świetlnego, pomiary przeprowadzono w dość szerokim zakresie, a mianowicie od 12 V do 14,5 V, z krokiem co 0,1 V. Tab. 2. Przykładowe wartości napięcia w pojeździe przy pracującym silniku L.p. Wykaz włączonych urządzeń podczas pomiarów napięcia na akumulatorze Zmierzone wartości napięcia 1. brak włączonych dodatkowych urządzeń 14,1 V 2. światła mijania 13,7 V 3. światła mijania + dmuchawa na stopniu 1 lub 2 13,6 V 4. światła mijania + dmuchawa na stopniu 3 13,5 V 5. światła mijania + dmuchawa na stopniu 4 13,3 V 6. światła mijania + światła przeciwmgłowe tylne 13,5 V 7. światła mijania + światła przeciwmgłowe przednie i tylne 13,4 V 3/12
W 2 W 4 W 3 Ż p Ż P 1 OF P 2 R b R s A V Atr V A R Pr L G P St W 1 230 V ~ Rys. 1. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania strumienia świetlnego: L kula Ulbrichta; P 1, P 2 przesłony; Ż źródło wzorcowe/badane; OF ogniwowo foelektryczne; R b, R s rezystory dekadowe; G galwanometr; R rezystor suwakowy 3,6 Ω; Atr autotransformator; Pr prostownik; St stabilizator napięcia; P przełącznik; W 1, W 2, W 3, W 4 - łączniki Na rys. 1, 2 i 3 przedstawiono odpowiednio przebiegi strumienia świetlnego, prądu, mocy w funkcji napięcia zasilającego dla wszystkich z 14-stu zbadanych źródeł światła. Pomiary strumienia świetlnego przeprowadzono z wykorzystaniem lumenomierza znajdującego się w laboratorium dydaktycznym. Z uwagi na nie spełnienie założeń leżących u podstaw teorii kuli Ulbrichta m.in. zabrudzenie wnętrza kuli - które jest nieuchronne z biegiem czasu, uzyskane wyniki (skala po prawej stronie) unormowano względem źródła (3) (skala po lewej) dla którego strumień świetlny przy na pięciu 13,2 V powinien być na poziomie ok. 1500 lm. 2600 2200 2500 2100 2400 2000 2300 1900 2200 1800 2100 1700 2000 1600 1900 1500 1800 Φ [lm] 1700 1400 1300 1600 1200 1500 1100 1400 1000 1300 0900 1200 0800 1100 0700 1000 0600 900 500 12,00 12,10 12,20 12,30 12,40 12,50 12,60 12,70 12,80 12,90 13,00 13,10 13,20 13,30 13,40 13,50 13,60 13,70 13,80 13,90 14,00 14,10 14,20 14,30 14,40 14,50 U [V] (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) Rys. 1. Przebieg strumienia świetlnego w funkcji napięcia zasilającego 4/12
3. KONTROLA USTWIENIA SAMOCHODOWYCH ŚWIATEŁ MIJANIA Zadaniem reflektorów jest nie tylko właściwe oświetlenie drogi przed pojazdem ale także zagwarantowanie, że nie nastąpi oślepianie kierowców jadących z przeciwka. Spełnienie tych wymagań możliwe jest przy właściwie ustawionych światłach. Ponieważ kontrola ustawienia świateł jest wymogiem urzędowym, jest ona przeprowadzana podczas przeglądu technicznego pojazdu. Termin badań zależny jest od wieku pojazdu i wynosi odpowiednio: do 3 lat od pierwszej rejestracji nowego pojazdu, następnie do 2 lat od poprzedniego badania i wreszcie corocznie. Mało kto zdaje sobie sprawę, że wymiana źródła światła w reflektorze samochodowym skutkuje zmianą jego rozsyłu światłości. Pomimo, że tolerancje dot. położenia żarnika w stosunku do trzonka są bardzo niewielkie, to jakiekolwiek zmiany wzajemnego położenia bryły świecącej (żarnika) względem odbłyśnika będą wpływały na kształt bryły fotometrycznej reflektora. Na rys. 7. przedstawiono zdjęcia żarowek halogenowych różnych producentów, w których zauważane są różnice w położeniu żarników. W związku z wprowadzeniem w naszym kraju obowiązku całodobowego używania świateł mijania (zgodnie z Ustawą z dnia 7 marca 2007 r.) kierowcy zmuszeni są częściej wymieniać przepalone żarówki. Większość z nich bez namysłu podejmuje decyzję o zakupie następnej kierując się ceną. Po wymianie źródła na nowe w zasadzie żaden z kierowców nie dokonuje korekcji ustawienia świateł. W celu zasygnalizowania problemu przeprowadzono następujący eksperyment. Korzystając z urządzenia do kontroli świateł na Stacji Kontroli Pojazdów dokonano obserwacji ekranu pomiarowego przyrządu, umieszczając w reflektorze świateł mijania źródła różnych Rys. 7. Różnice w usytuowaniu żarników producentów. Próby wykonano na względem trzonka pojeździe marki VW Golf III, rok. prod. 1997 r. Przed przystąpieniem do eksperymentu dokonano korekcji ustawienia świateł na przyrządzie pokazanym na rys. 8. Rys. 8. Ustawienie względem pojazdu przyrządu do kontroli świateł Rys. 9. Obraz na ekranie pomiarowym przyrządu do kontroli świateł z właściwym ustawieniem reflektora o asymetrycznym świetle mijania 8/12
Obraz jaki powinno uzyskać się na ekranie pomiarowym przyrządu do kontroli świateł mijania z właściwym ustawieniem reflektora przedstawiono na rys. 9. Po skorygowaniu ustawienia świateł mijania uzyskano obraz na ekranie pomiarowym taki jak na rys. 10 źródło oznaczone symbolem (0). Następnie źródło (0) w które wyposażony był reflektor (żarówka halogenowa firmy Narva) zaczęto zastępować innymi lampami nie dokonując już korekcji ustawienia świateł. Wśród źródeł znalazła się także lampa ksenonowa źródło (10), która w świetle obowiązujących przepisów nie może być stosowana w reflektorach samochodowych przystosowanych do żarówek halogenowych. Informację na temat rodzaju źródła, do pracy z którym został przewidziany reflektor, producenci zwykle zamieszczają na kloszu (rys. 11.). Wytłoczony symbol HCR informuje, że reflektor został przewidziany do pracy z żarówkami halogenowymi (litera H w symbolu). Pozostałe składniki oznaczają odpowiednio: C asymetryczne światła mijania, R światła drogowe. dla źródła (0) dla źródła (4) dla źródła (1) dla źródła (10) dla źródła (2) dla źródła (11) Rys. 10. Uzyskane obrazy na ekranie pomiarowym przyrządu do kontroli świateł, model HL 24 POLAND Rys. 11. Zdjęcie reflektora samochodowego z wytłoczonymi symbolami 9/12