Politechnika Poznańska
Laboratorium Elektrotechniki
Elektrotechnika - laboratoria
Nazwisko i imię:
Dawid Kasprzak
Andrzej Ziegler
Krzysztof Zięntek
Adrian Tomczak
Semestr:
3
Wydział:
B M i Z
Kierunek:
M e c h a t ro n i k a
Grupa dziek./lab:
2 / 1
Temat ćwiczenia:
Pomiar parametrów elektrycznych źródeł światła
Data wykonania ćwiczenia:
11.01.2010r.
Data i podpis prowadzącego:
Ocena:
CEL ĆWICZENIA
Zapoznanie się z układami połączeo najczęściej stosowanych lamp oświetleniowych
oraz z ich właściwościami.
WSTĘP TEORETYCZNY
Lampa żarowa
Zasada działania lampy żarowej jest niezwykle prosta. Lampa żarowa w swojej podstawowej
części jest szczelną baoką szklaną zawierającą drut wolframowy zwany potocznie żarnikiem
lub skrętką, który jest podgrzewany przepływającym przez niego prądem elektrycznym.
Działanie żarówki opiera się na właściwości przedmiotów do emitowania energii podczas ich
podgrzewania do wysokich temperatur. Temperatura skrętki jest zależna od natężenia prądu
elektrycznego przepływającego przez skrętkę. Z kolei moc elektryczna żarówki (P) zależy od
napięcia zasilania (U) oraz oporności drutu (R), z którego wykonana jest skrętka.
P = U
2
/ R
Dla tradycyjnych żarówek wartośd napięcia zasilania jest stała i określona wartością napięcia
sieciowego, które w Polsce wynosi 230V.
Rys. 1. Układ do badania parametrów żarówki: 1 – autotransformator, 2 – zestaw
przyrządów
pomiarowych, 3 – badana żarówka
Lampy fluorescencyjna
Zasada działania lampy fluorescencyjnej opiera się na wyładowaniach zachodzących
pomiędzy elektrodami w szklanej tubie wypełnionej parami rtęci i argonu. Przyłożone do
elektrod napięcie powoduje wyładowanie w gazie, a w konsekwencji emisję światła
ultrafioletowego, które to następnie jest zamieniane na światło widzialne przechodząc przez
luminofor umieszczony na ściankach tuby. Jednak, aby to nastąpiło, konieczne jest najpierw
podanie impulsu jonizującego gaz w lampie. Następnie, podczas świecenia lampy,
przepływający przez lampę prąd zapewnia ciągły stan zjonizowania gazu. Aby zapłon lampy
odbył się bez migotania, wstępnie podgrzewa się elektrody do temperatury z zakresu od
600°C do 700°C. Zabieg ten przyczynia się także do zwiększenia żywotności lampy.
Rys. 2. Układ do badania parametrów lampy fluorescencyjnej ( świetlówki): 1- dławik
(statecznik), 2 –
świetlówka LF, 3 - zapłonnik
Lampa wyładowcza
Lampa, która świeci poprzez wyładowania elektryczne w parach metali lub gazów. W
zależności od typu lampy, jej baoka może byd pokryta luminoforem (specjalna farba, która
zamienia niewidzialne promieniowanie elektromagnetyczne na widzialne).Występuje w
kształcie rury lub przypominającym żarówkę, może byd z gwintem lub bez. Lampa może
wymagad dodatkowych urządzeo zapłonowych, w zależności od jej rodzaju. Prawie wszystkie
źródła wyładowcze wymagają urządzenia ograniczającego prąd wyładowania - statecznika.
Najczęściej w tym celu stosuje się dławiki magnetyczne. Coraz powszechniej są one jednak
zastępowane przez elektroniczne układy zasilające o lepszych parametrach. Urządzenia
stabilizujące i zapłonowe najczęściej montowane są w oprawie.
Rys. 3. Układ do badania parametrów lampy wyładowczej (rtęciowej); 1- dławik (statecznik),
2 – lampa rtęciowa LRF
Luksomierz
Przyrząd pomiarowy do pomiaru natężenia oświetlenia.
WYNIKI POMIARÓW
Wyniki badao żarówki - lampa żarowa 200W
Lampa żarowa o parametrach: U
n
= 220 V ; P
n
= 200 W
Natężenie oświetlenia w pomieszczeniu wynosiło (bez włączonych lamp badanych)
E
P
= 78 lx
Wyniki badao świetlówki - świetlówka kompaktowa 14W
U [V]
I [A]
P [W]
E [lx]
S [VA]
230
0,11
12
755
25,3
200
0,105
10
668
21
180
0,1
9
596
18
160
0,1
10
528
16
140
0,098
7
460
13,72
120
0,095
6
356
11,4
100
0,092
5
260
9,2
80
0,1
4,4
55
8
60
0,088
3
2
5,28
40
0
0
0
0
20
0
0
0
0
0
0
0
0
0
U [V]
I [A]
P [W]
E [lx]
230
0,9
196
2722
200
0,84
158
1667
180
0,78
132
1122
160
0,74
110
699
140
0,68
90
396
120
0,63
70
200
100
0,57
53
83
80
0,51
38
25
60
0,44
24
4
40
0,36
12
1
20
0,28
5
0
0
0
0
0
Świetlówka o parametrach: U
n
= 220 V ; P
n
= 14 W
Natężenie oświetlenia w pomieszczeniu wynosiło (bez włączonych lamp badanych)
E
P
= 78 lx
Wyniki badao lampy wyładowczej - rtęciowo-żarowa MIXF 160W
U [V]
I [A]
P [W]
E [lx]
S [VA]
230
0,94
200
2605
216,2
200
0,84
155
1770
168
180
0,76
124
1335
136,8
160
0,68
97
965
108,8
140
0,58
70
600
81,2
120
0
0
0
0
100
0
0
0
0
80
0
0
0
0
60
0
0
0
0
40
0
0
0
0
20
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Lampa wyładowcza o parametrach: U
n
= 220 V ; P
n
= 125 W
Natężenie oświetlenia w pomieszczeniu wynosiło (bez włączonych lamp badanych)
E
P
= 78 lx
Wnioski:
Żarówka żarowa jest najprostszą i najpopularniejszą konstrukcją wykorzystywaną jako źródło
światła. Kiedy żarówka jest ciepła, zapala się niemal natychmiastowo, ponieważ nie musi
tracid energii na rozgrzanie żarnika. Jednak najpopularniejsza żarówka jest zarazem źródłem
światła o najmniejszej sprawności. Jest to związane z emisją ciepła, na które tracona jest
większośd pobieranej przez żarówkę mocy. Możemy za to w tego typu żarówce płynnie
regulowad natężenie światła zmieniając napięcie od bardzo niskiego do znamionowego. Na
wykresie bardzo dobrze widad, jak w prosty sposób regulując napięcie na żarówce możemy
płynnie regulowad emisją światła.
W świetlówce napięcie zapłonu jest nieco wyższe niż w lampie żarowej. Jak widad na
wykresach natężenia światła od natężenia i od mocy pozornej (bo to za moc pozorną
płacimy, a nie za czynną) świetlówka jest lampą bardzo energooszczędną – zużywa bardzo
mało prądu, a co za tym idzie pobiera niską moc. Świetlówki nie są jednak doskonałe i
używając ich zyskujemy na energii, ale tracimy na jakości świecenia – spośród badanych
źródeł światła emitują najmniej światła (zmierzone natężenie światła jest najniższe).
Dodatkowo wymagają one jakiegoś czasu (najczęściej kilku sekund) na zapłon. Jak można
łatwo zauważyd z wykresów największa zaleta świetlówek, czyli ich energooszczędnośd idzie
w parze z ich największą wadą – zawsze będą świeciły słabiej od żarówek czy to żarowych czy
rtęciowych. Nie możemy więc bezpośrednio porównywad mocy świetlówek i żarówek. Z
wykresu natężenia światła świetlówki od prądu widad wyraźnie, że świetlówka pobiera prąd
nie zmieniający się zasadniczo wraz ze wzrostem napięcia.
Lampa rtęciowa wyróżnia się najwyższym napięciem zapłonu, które wynika z jej budowy, co
przekłada się na najdłuższy czas zapłonu, który maleje jednak wyraźnie wraz ze stopniem
nagrzania żarówki. Dzieje się tak ze względu na to, że moc pobierana nie jest już
przeznaczana na nagrzanie żarówki, która nie zdążyła jeszcze ostygnąd.
Zarówno lampy rtęciowe, jak i świetlówki energooszczędne są znacznie bardziej
zawansowane i skomplikowane w swojej budowie niż zwykłe żarówki (lampy żarowe). Wiążą
się z tym trudności związane z utylizacją zużytych lamp, spowodowane zawartością
szkodliwej dla zdrowia człowieka i środowiska rtęci.
Jeśli chodzi o żywotnośd lamp, należy zauważyd, ze klasyczne żarówki podczas zapłony
przeżywają krytyczny moment, kiedy muszą rozgrzad wolframowe włókno do temperatury
świecenia w bardzo krótkim czasie. Przez włókno płyną wtedy duże prący rozruchowe i
dlatego właśnie podczas włączania dochodzi najczęściej do przepalenia żarówki – przerwania
wolframowego drucika. Żarówki energooszczędne zazwyczaj pracują znacznie dłużej, niż
żarówki żarowe, najczęściej włączane rzadziej i na dłużej. Lampy rtęciowe również
przeznaczone są raczej do pracy ciągłej (częste zapalanie i gaszenie skraca ich żywotnośd),
dlatego najczęściej pracują w roli oświetlenia drogowego, gdzie są zapalane i świecą przez
kilka do kilkunastu godzin, po czym są wyłączane przez czujniki zmierzchowe.
