POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA W KIELCACH
LABORATORIUM OŚWIETLENIA ELEKTRYCZNEGO
Ćwiczenie nr 2	Temat ćwiczenia : Badanie lampy rtęciowej .	Zespół nr 3 1. Krzysztof Derlaga 2. Andrzej Nowak 3. Marcin Zuchowicz
Data wykonania ćwiczenia 25.X.1999		Wydział Elektrotechniki , Automatyki i Informatyki

1. Układ pomiarowy

2. Tabele pomiarowe

Zmierzone natężenie oświetlenia pochodzące od obcych źródeł światła i panujące w miejscu pomiarów wyniosło: E'= 250 lx .

a) pierwsze włączenie lamy

t	I	P	E'	E=E'-Eo
s	A	W	lx	lx
10	1,9	88	275	25
20	2	92	275	25
30	2	92	280	30
40	2	88	280	30
50	2	92	290	40
60	2	96	300	50
70	2	108	320	70
80	2	112	325	75
90	2	120	340	90
100	2	132	350	100
110	2	144	375	125
120	1,9	148	400	150
130	1,9	156	440	190
140	1,8	160	480	230
150	1,8	176	580	330
160	1,7	188	630	380
170	1,7	192	720	470
180	1,7	202	780	530
190	1,7	212	850	600
200	1,6	220	880	630
210	1,6	228	950	700
220	1,6	236	1000	750
230	1,5	240	1050	800
240	1,4	244	1090	840
250	1,4	246	1120	870
260	1,4	248	1140	890
270	1,3	248	1150	900
280	1,3	248	1150	900
290	1,3	248	1150	900
Otwarty W2
	1,95	240	1130	880

cosϕ = 0.56 (przy wyłączonym kondensatorze), cosϕ = 0.87 (przy włączonym kondensatorze)

b) powtórne włączenie lampy

t	I	P	E'	E=E'-Eo
s	A	W	lx	lx
10	1,2	4	270	20
20	1,3	4	270	20
30	1,3	4	270	20
40	1,3	4	270	20
50	1,3	4	270	20
60	1,3	4	270	20
260	1,8	104	320	70
270	1,8	116	350	100
280	1,95	136	370	120
290	1,95	144	400	150
300	1,9	156	450	200
310	1,85	168	510	260
320	1,8	180	580	330
330	1,75	188	650	400
340	1,6	200	730	480
350	1,65	220	830	580
360	1,58	224	920	670
370	1,55	232	1000	750
380	1,5	240	1070	820
390	1,4	244	1120	870
400	1,35	248	1130	880
410	1,35	248	1150	900
420	1,35	248	1150	900

c) wpływ zmian napięcia

U	P	I	E'	E=E'-Eo
V	W	A	lx	lx
250	328	1,68	1550	1300
240	312	1,55	1420	1170
230	280	1,4	1300	1050
220	248	1,3	1180	930
210	232	1,2	1070	820
200	196	1,1	940	690
190	164	1	800	550
180	4	1,1	300	50

Na podstawie poniższej zależności zostanie wyznaczona wartość x dla poszczególnych wartości napięcia .

Przekształcając zależność otrzymamy

Po przekształceniu powyższego wzoru oraz dokonaniu obliczeń poszczególnych (dla poszczególnych wartości napięcia) wartości szukanej x otrzymano

U	V	250	240	230	210	200	190
x	-	2,61	2,62	2,73	2,71	3,12	3,58

Średnia wartość x wyniosła 2,9

d) Zmierzone napięcie gaśnięcia lampy U =187 V (85 %)

e) Zmierzone napięcie zapłonu lampy U =105 V (47.7%)

f) Wykres wskazowy napięć U_R, U_S, U w warunkach znamionowych pracy lampy :

t	UR	IR	PR
s	V	A	W
0	10	1,5	40
10	10,5	2,2	40
20	11	2,9	40
30	11,8	3	40
40	12	3,1	40
50	15	3,15	40
60	18	3,15	40
70	21	3,15	40
80	25	3,2	40
90	28	3,1	40
100	30	3,1	40
110	33	3,1	40
120	35	3	40
130	40	3	40
140	46	2,95	40
150	50	2,9	36
160	56	2,85	36
170	61	2,8	34
180	67	2,7	32
190	74	2,6	32
200	80	2,55	28
210	88	2,4	28
220	96	2,3	24
230	104	2,25	24
240	112	2,2	22
250	117	2,15	20
260	120	2,1	20
270	123	2,08	18
280	125	2,05	18
290	128	2	18
300	130	1,9	16
310	130	1,9	16
napięcie panujące na
styczniku US = 144 V

3. Przebiegi charakterystyk :

4. Wnioski :

Na podstawie otrzymanych charakterystyk zauważamy, że po pierwszym włączeniu moc lampy (P) w pierwszej chwili jest stała i wynosi ok. 90 W. Wartość ta utrzymuje się przez pewien czas (ok. 60 s) a następnie w miarę upływu czasu (i nagrzewania się lampy) stopniowo rośnie i po czasie ok. 270 s (pełny zapłon lampy) ustala się na wartości 248 W. Po powtórnym włączeniu lampy przez długi czas w lampie nie następuje zapłon (moc jest znikoma - 4 W), dopiero po ok. 260 s następuje ponowny zapłon i moc lampy zaczyna szybko rosnąć by po czasie 410 s (kiedy nastąpi pełny zapłon lampy) ustalić się na wartości 248 W. Zauważamy zatem, że przy powtórnym załączeniu lampa zaczyna się dopiero jarzyć po czasie w jakim przy pierwszym załączeniu nastąpił już pełny zapłon lampy.

Na podstawie charakterystyki I=f(t) zauważamy, że przy pierwszym załączeniu lampy prąd natychmiast wzrasta do wartości ok. 2 A i przez pewien czas (ok. 120 s) utrzymuje on stałą wartość. Następnie w miarę upływu czasu prąd zaczyna maleć i po czasie ok. 270 s ustala się na wartości 1.3 A. Przy powtórnym załączeniu lampy prąd w pierwszej chwili ustala się (1.3 A) i dopiero po czasie ok. 260 s (zapłon lampy) zaczyna szybko narastać i osiąga po czasie 290 s wartość maksymalną tj. 1.95 A. Następnie stopniowo maleje i po czasie 410 s (pełny zapłon lampy) ustala się (1.35 A). W przypadku charakterystyki φ/φ_n =f(t) zauważamy, że przy pierwszym włączeniu lampy strumień początkowo rośnie bardzo wolno a następnie po czasie ok. 100 s następuje gwałtowny wzrost i po czasie 270 s osiąga wartość znamionową (pełny zapłon lampy). Natomiast przy powtórnym załączeniu lampy zapłon nie następuje natychmiast dlatego strumień w pierwszej chwili jest bardzo mały. Taki stan utrzymuje się, aż do chwili wystąpienia zapłonu lampy tj. ok. 260 s. Od tej chwili strumień szybko wzrasta i po czasie 410 s osiąga wartość znamionową (pełny zapłon lampy).

W przypadku charakterystyki P_R=f(t) zauważamy, że po włączeniu lampy moc lampy ma stałą wartość (40 W) przez ok. 140 s a następnie stopniowo maleje wraz ze wzrostem czasu i po ok. 300 s ustala się na wartości 14 W. Natomiast w przypadku charakterystyki I_R=f(t) prąd w pierwszej chwili po włączeniu lampy miał wartość 1.5 A a następnie wraz z upływającym czasem zaczął szybko rosnąć i po ok. 50 s osiągnął wartość 3.15 A. Po tym czasie prąd powoli malał i po czasie 300 s ustalił się na wartości 1.9 A. Jeżeli zaś chodzi o charakterystykę U_R=f(t) to w pierwszej chwili napięcie na lampie wynosiło ok. 11 V a po ok. 50 s w miarę upływu czasu zaczęło stopniowo rosnąć i po ok. 300 s ustaliło się na wartości 130 V.

Wpływ zmian napięcia na pracę lampy możemy zaobserwować na podstawie charakterystyk P=f(U), I=f(U) oraz

φ/φ_n =f(U). W przypadku charakterystyki P=f(U) zauważamy, że przy zwiększaniu napięcia ponad napięcie znamionowe moc lampy rośnie (liniowo w zakresie napięć mierzonych tj. do 250 V), natomiast przy zmniejszaniu napięcia moc stopniowo maleje (można również założyć, że w funkcji liniowej) a przy napięciu 187 V (85 % napięcia znamionowego) następuje zgaśnięcie lampy (moc lampy natychmiast maleje i osiąga wartość ok. 4 W). W przypadku charakterystyki I=f(U) zauważamy, że przy zwiększaniu napięcia ponad napięcie znamionowe prąd również rośnie (liniowo), natomiast przy zmniejszaniu napięcia maleje (także liniowo). Spadek wartości prądu występuje do momentu zgaśnięcia lampy po czym w miarę dalszego zmniejszania napięcia prąd zaczyna powoli narastać. W przypadku charakterystyki φ/φ_n =f(U) zauważamy, że strumień przy zwiększaniu napięcia ponad napięcie znamionowe rośnie (liniowo) natomiast przy zmniejszaniu napięcia maleje (liniowo do momentu zgaśnięcia lampy (187 V); poniżej tego napięcia strumień gwałtownie maleje).

Napięcie zapłonu lampy otrzymujemy zwiększając stopniowo napięcie od zera. Wyniosło ono w naszym przypadku ok. 105 V (co stanowi ok. 48 % napięcia znamionowego).

Na podstawie pomiarów obliczyliśmy również współczynnik mocy układu (z kompensacją i bez) - cosφ = 0.56 przy wyłączonym kondensatorze oraz cosφ = 0. 87 przy włączonym kondensatorze. Uzyskane wyniki wyraźnie obrazują wpływ dołączenia kondensatora na poprawę współczynnika mocy układu.

Uwaga - Na wykresach zbiorczych P=f(t), I=f(t) oraz φ/φ_n =f(t) (dla pierwszego i powtórnego załączenia lampy) a także P=f(U), I=f(U) oraz φ/φ_n =f(U) wartości mocy są pomniejszone w stosunku do rzeczywistej wielkości w skali 1:100. Miało to na celu lepsze zobrazowanie charakterystyk na wspólnym wykresie.

U_R

U

U_S

---