Politechnika Lubelska

Wydział Elektrotechniki i Informatyki

Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń

Laboratorium Instalacji i Oświetlenia Elektrycznego

Ćwiczenie nr 3

BADANIE LAMP FLUORESCENCYJNYCH

1

SPIS TREŚCI

BADANIE LAMP FLUORESCENCYJNYCH..............Błąd! Nie zdefiniowano zakładki.

1. Wiadomości podstawowe o elektrycznych źródłach światła ............................................ 2

1.1. Świetlówki liniowe (standardowe) ............................................................................. 3

1.1.1. Budowa lampy fluorescencyjnej i układu pracy.................................................. 4

1.1.2. Zasada działania lampy fluorescencyjnej............................................................ 7

1.2. Układy antystroboskopowe świetlówek ..................................................................... 8

1.3. Świetlówki kompaktowe .......................................................................................... 10

1.4. Stateczniki elektroniczne.......................................................................................... 10

2. Opis stanowiska laboratoryjnego i wykonanie................................................................ 11

badań.................................................................................................................................... 11

2.1. Opis stanowiska laboratoryjnego ............................................................................. 11

2.2. Badanie własności lamp fluorescencyjnych............................................................. 13

2.2.1. Badanie elektrycznych właściwości lamp fluorescencyjnych........................... 14

2.2.2. Badanie fotometrycznych właściwości lamp fluorescencyjnych ...................... 15

2.3. Wykonanie badań wybranych lamp fluorescencyjnych ........................................... 16

2.3.1. Badanie lamp fluorescencyjnych o mocach 65, 58, 36, 18 W........................... 16

w układzie z jedną świetlówką .................................................................................... 16

2.3.2. Badanie układu z dwiema lampami fluorescencyjnymi o mocy 2*18W .......... 18

2.3.3. Badanie układu z dwiema świetlówkami o mocy 2*18W w układzie ze

statecznikiem elektronicznym serii MULTIWATT firmy Osram............................... 19

2.3.4. Badanie układu ze świetlówką kompaktową..................................................... 20

3. Pomiary krzywej rozsyłu światła..................................................................................... 21

3.1. Omówienie stanowiska i układy pracy..................................................................... 21

3.1.1. Pomiar charakterystyk światłości kierunkowej w układzie konwencjonalnym 22

3.1.2. Pomiar charakterystyk światłości kierunkowej w elektronicznym układzie pracy

..................................................................................................................................... 23

4. LITERATURA ................................................................................................................ 24

2

Celem wykonywanej pracy jest:

• zapoznanie się z budową i zasadą działania lamp fluorescencyjnych (świetlówek),
• przedstawienie problemów techniczno eksploatacyjnych układów zapłonu lamp

fluorescencyjnych,

• badanie zależności wielkości charakterystycznych świetlówek w funkcji czasu,
• wykazanie wpływu zmian napięcia zasilającego na parametry fotoelektryczne

świetlówki dla poszczególnych obwodów stabilizacyjno zapłonowych,

• pomiar krzywej rozsyłu światła oprawy wyposażonej w lampy fluorescencyjne,
W tym celu stworzone zostało stanowisko laboratoryjne umożliwiające badanie lamp

fluorescencyjnych pracujących z różnymi układami zasilającymi.

1. Wiadomości podstawowe o elektrycznych źródłach

światła

Ze

względu na sposób przemiany energii elektrycznej w promieniowanie

elektromagnetyczne o częstotliwości zawartej w zakresie widzialnym widma, rozróżnia się

następujące elektryczne źródła światła:

- temperaturowe (inkandescencyjne), np. żarówki,

- wyładowcze (luminescencyjne), np.: lampy fluorescencyjne (świetlówki), lampy

rtęciowe wysokoprężne, lampy sodowe wysoko i niskoprężne, ksenonowe, łukowe,

- inne, specjalnego przeznaczenia np.: jako „laserowe” przeznaczone do stosowania

w teatrach, dyskotekach w celu uzyskania specjalnych efektów świetlnych.

O energochłonności instalacji oświetleniowej decydują głównie zastosowane źródła

światła. Spośród szerokiego asortymentu obecnie produkowanych źródeł niektóre z nich

zależne są jako wysokowydajne. Zaliczmy do nich przede wszystkim:

- świetlówki proste o średnicach rury od 26 mm do 7 mm i skuteczności świetlnej

granicach 100 lm/W,

- świetlówki kompaktowe o różnych wykonaniach konstrukcyjnych (w tym

zintegrowane ze statecznikiem jako bezpośredni zamiennik żarówki), wysokoprężne

i niskoprężne lampy sodowe o skuteczności świetlnej odpowiednio do 150 lm/W

i 200 lm/W,

3

- wysokoprężne lampy metalohalogenkowe o skuteczności świetlnej do 130 lm/W.

Do źródeł światła, które w pierwszej kolejności powinny być zastąpione źródłami

mniej energochłonnymi zaliczymy żarówki o skuteczności świetlnej do 20 lm/W

i trwałości 1000 h. Mogą one być zastąpione np.: świetlówkami (oszczędność energii

ponad 75%), lampami halogenkowymi (oszczędność energii ponad 30%), czy nawet

lampami sodowymi (oszczędność energii około 80%) oszczędności energii elektrycznej są

wyznaczone przy zachowaniu stałego strumienia świetlnego obu rozwiązań [3].

1.1.

Świetlówki liniowe (standardowe)

Podstawowym źródłem światła, używanym do oświetlania wnętrz miedzy innymi

biur, szkół i obiektów przemysłowych jest świetlówka liniowa. Dzięki swoim unikalnym

cechom, takim jak energooszczędność i niska luminacja, stała się niezastąpionym

rozwiązaniem, zwłaszcza do niskich pomieszczeń [3].

Świetlówki należą do kategorii lamp o fluorescencyjnym wytwarzaniu światła. Ze względu

na konstrukcję rozróżniamy:

a) świetlówki o gorącej katodzie :

- podgrzewanej przy zaświecaniu,

- nie podgrzewanej przy zaświecaniu.

b) świetlówki o zimnej katodzie.

Świetlówki liniowe różnią się między sobą średnicą rury i skutecznością świetlną.

1. Model T12 - tradycyjne świetlówki o średnicy 38mm, wypierane są już z użytku przez

mniejsze i bardziej sprawne.

2. Model T8 - średnica 26 mm, tzw. świetlówki w wąskiej rurze, mają lepszą skuteczność

niż T12, mogą być montowane w oprawach do T12.

3. Model T5 - średnica rury wynosi 16 mm.

4. Model T4 - świetlówki o średnicy 12 mm.

5. Model T2 - generacja świetlówek o średnicy 7 mm.

4

1.1.1. Budowa

lampy fluorescencyjnej i układu pracy

Rys. 1.1. Budowa świetlówki [13]

Liniowa lampa fluorescencyjna składa się z bańki rurowej z przezroczystego szkła,

na której końcach wbudowane są elektrody zwykłe z wolframowej dwuskrętki,

powleczone substancją ułatwiającą emisję elektronów, elektrody przyłączone są do

dwukołkowych trzonków jak na rysunku (1.1). Wnętrze rury powleczone jest warstwą

luminoforu i wypełnione (po wypompowaniu powietrza) małą ilością gazy szlachetnego

(argonu lub jego mieszanką z kryptonem) i metaliczną rtęcią. Ciśnienie nasyconej pary

rtęci w temperaturze roboczej (około 320 K) wynosi od 0,6-1,0 Pa).

We wnętrzu rury występują wyładowania elektryczne pomiędzy dwiema elektrodami

pokrytymi warstwą aktywną. Przy wyładowaniu elektrycznym powstaje w rurze słabe

promieniowane widzialne i silne promieniowanie ultrafioletowe, niewidzialne.

Powierzchnia wewnętrzna rury pokryta jest mieszaniną odpowiednio dobranych substancji

chemicznych wykazujących właściwości fluoroscencyjne, tworzącą warstwę zwaną

luminoforem. Pod wpływem padającego na luminofor niewidzialnego promieniowania

ultrafioletowego następuje świecenie luminoforu. Barwa światła zależy od składu

chemicznego luminoforu.

Świetlówka jak każda lampa wyładowcza, ma ujemną charakterystykę prądowo-

napięciową, wyrażającą się obniżeniem napięcia na lampie w miarę wzrostu prądu; zapór

wymaga pewnego udaru napięcia i małego prądu, przy pracy jest zaś jest odwrotnie-

napięcie się obniża a prąd rośnie [3]. Wskutek tego świetlówka (LF) nie może być

włączona do sieci inaczej jak szeregowo z oporem stabilizującym prąd wyładowania; przy

zasilaniu prądem przemiennym jest to zwykle statecznik (L).

5

Rys. 1.2. Charakterystyka prądowo- napięciowa lampy wyładowczej

Poniższe układy przedstawiają pracę świetlówek z elektrodami podgrzewanymi przy

zapłonie- połączone ze statecznikiem indukcyjnym.

Rys. 1.3. Układ połączeń pojedynczej świetlówki

Rys. 1.4. Szeregowy układ połączeń dwóch świetlówek

Statecznik (L) ma rdzeń żeliwny z regulowaną szczeliną, od wielkości której zależy jego

impedancja, a więc i natężenie prądu świetlówki. Musi on być tak wykonany, aby spełniał

wymagania norm szczególnie w zakresie stabilizacji prądu i mocy lampy przy zmianach

napięcia zasilającego, a także ograniczenia dotyczące odkształcenia prądu lampy. Z chwilą

poprawienia się prądu na dławiku powstaje pole magnetyczne powodujące duży spadek

napięcia. Jeżeli nagle zostanie przerwany obwód to rozładowujące się pole magnetyczne

powoduje powstanie dużego podskoku napięcia do około 1000 V.

6

Układy zasilające świetlówki mają charakter indukcyjny, ponieważ statecznik powoduje

przesunięcie prądu względem napięcia co powoduje, że w czasie ich pracy cos

ϕ

wynosi

około 0,5. Taki niski współczynnik mocy przyczynia się do powstania dużych prądów

w sieci przy zachowaniu tej samej mocy. Dla skompensowania tego zjawiska instaluje się

dodatkowo kondensatory.

Kondensator (C) powoduje przesunięcie prądu w przeciwną stronę niż statecznik

uzyskując odpowiednią wartość cos

ϕ

[2]. Stosowane kondensatory do poprawy

współczynnika mocy układów zasilania świetlówek przedstawione są w tablicy 2.2. [2].

Tablica 1.1. Zestaw kondensatorów do poprawy współczynnika mocy cos

ϕ [2]

ŚWIETLÓW

KA

moc

ŚWIETLÓWKA +

STATECZNIK

moc

KONDENSATOR

250V

pojemność

4W 10W 2,0µF
6W 12W 2,0µF
8W 14W 2,0µF

13W 19W

2,0µF

15W 25W

4,5µF

18W 27W

4,5µF

22W 32W

5,0µF

30W 40W

4,5µF

32W 43W

5,0µF

36W 46W

4,5µF

58W 71W

7,0µF

65W 78W

7,0µF

Zapłonnik jest jednym z podstawowych elementów tradycyjnego układu zapłonu

świetlówek Prawidłowo dobrany zapłonnik gwarantuje właściwą ich pracę. Np. zapłonnik

ZTA jest przeznaczony do zapłonu świetlówek o mocach 4..22W zasilanych napięciem -

110V. Zalecany również do stosowania w oprawach zasilanych napięciem -220V, gdy

świetlówki połączone są szeregowo. Zapłonniki ZTE przeznaczone są do zapłonu

świetlówek pojedynczych o mocach 4...65 i 4....80W zasilanych napięciem ~220/240 V.

Rys. 1.5. Zapłonniki do układu świetlówek

Zapłonnik służy do zaświecenia rury o gorącej, podgrzewanej przy zapłonie katodzie.

W kraju stosowany jest powszechnie zapłonnik lampowy, którego zasadniczą część

7

stanowi neonówka o jednej elektrodzie sztywnej, a drugiej bimetalowej, która ogrzewa się

pod wpływem temperatury i zwiera z drugą. Styki zapłonnika są zwarte przez kondensator,

celem tłumienia zakłóceń radiowych. Pod wpływem ciepła bimetal zamyka obwód.

Z chwilą zamknięcia się styków, następnie bimetal ochładza się i rozwiera styki.

Rys. 1.6. Budowa zapłonnika lampowego do świetlówek [6]

1- bańka szklana z neonem, 2 - blaszka bimetalowa, 3 – styk, 4 – kondensator przeciwzakłóceniowy

1.1.2. Zasada

działania lampy fluorescencyjnej

Gdy układ jest wyłączony, obwód zapłonnika jest otwarty. Po włączeniu napięcia

na elektrodach zapłonnika występuje napięcie sieci w skutek czego wystąpi w nim

wyładowanie świetlące. W skutek wytworzonego przy tym wyładowaniu ciepła elektroda

bimetalowa rozpinając się zewrze obwód lampy. Popłynie wtedy prąd którego wartość

ograniczona jest tylko impedancją statecznika i rezystancją elektrod lampy, jest on więc

około 1,6 razy większy od prądu lampy. Pod jego wpływem nagrzewają się skrętki

świetlówki, nastąpi emisja elektronów z ich powierzchni i jonizacje gazu w ich pobliżu.

Tymczasem lampka zapłonnika stopniowo stygnie i po krótkiej chwili elektrodo

bimetalowa odginając się przerywa obwód prądu. Wielkość siły elektromotorycznej

samoindukcji powstałej w dławiku zależna jest od wartości chwilowej prądu w chwili jego

przerwania i w najkorzystniejszych warunkach wynosi ona około 1200 V. Ta fala

przepięciowa występuje na stykach rozrywającego się zapłonnika, a więc tym samym na

elektrodach świetlówki. Do zapłonu lampy wewnątrz w której wystąpiła termoemisja

wystarcza przepięcie o wartości 700 V, jednakże nie zawsze taka wartość jest osiągalna.

Jeżeli przeskok wyładowania pomiędzy elektrodami lampy wystąpi to na lampie ustala się

napięcie o wartości około 115 V. W celu obniżenia napięcia na świetlówce do pożądanej

wartości muszą być zainstalowane w oprawach dodatkowe impedancje połączone

szeregowo ze świetlówką. Do ograniczenia strat mocy czynnej stosuje się dławiki. To

8

z kolei powoduje konieczność użycia kondensatora do poprawy współczynnika mocy cosφ

całej oprawy od 0,4-0,6 do 0,9. Lampka zapłonnika jest tak skonstruowana, że napięcie to

nie wystarcza do jej zaświecenia( wystarcza ona bowiem w tym celu napięcia ok. 180-190

V), tak że styki zapłonnika pozostają otwarte, a w jego obwodzie płynie prąd tylko przez

kondensator dołączony do zapłonnika w celu tłumienia zakłóceń radiowych wywołanych

pracą zapłonnika.

Jeżeli świetlówka nie zaświeca się, cykl zapłonu powtarza się kilkakrotnie aż do skutku.

Zapłonnik termiczny nie zaświeca pewnie w warunkach ciężkiej pracy (np.: przy silnym

mrozie), powoduje obniżenie czasu zapłonu w stosunku do chwili włączenia napięcia

i w istotny sposób zmniejsz trwałość lampy ze względu na wstępne podgrzewanie jej

elektrod. Te wady ograniczają w znacznym stopniu stosowanie zapłonnika termicznego,

chociaż stwierdzić należy, że w kraju jest on do tej chwili najpopularniejszy [3]

1.2. Układy antystroboskopowe świetlówek

Świetlówka zasilana napięciem przemiennym o częstotliwości 50 Hz gaśnie

i zapala się 100 razy w ciągu sekundy. Oko ludzkie nie reaguje na tak szybkie zmiany

strumienia świetlnego. Części wirujące maszyn mogą jednak wydawać się przy

oświetleniu takim światłem nieruchome lub też można odnieść wrażenie, że obracają się ze

znacznie mniejszą prędkością kątową. Jest to tzw. zjawisko stroboskopowe. Dla

zmniejszenia niepożądanego zjawiska stroboskopowego stosuje się współpracę dwóch lub

więcej świetlówek w takich układach, aby w momencie gaśnięcia jednej świetlówki, druga

świeciła, dając możliwie duży strumień świetlny. W rezultacie zmniejszają się znacznie

wahania strumienia świetlnego w czasie i zjawisko stroboskopowe staje się praktycznie

niezauważalne. Rezultat ten uzyskuje się, dzięki zasilaniu co najmniej dwóch świetlówek

napięciem przesuniętym w fazie [6].

Rys. 1.7. Układ antystroboskopowy dwuświetlówkowy zasilany z sieci jednofazowej

9

Rys. 1.8. Układ antystroboskopowy trójświetlówkowy zasilany z sieci jednofazowej

Rys. 1.9. Układ antystroboskopowy trójświetlówkowy zasilany z sieci trójfazowej z oddzielnymi

statecznikami

Rys. 1.10. Układ antystroboskopowy trójświetlówkowy zasilany z sieci trójfazowej ze statecznikiem

trójfazowym wykonanym na rdzeniu trójkolumnowym.

10

1.3.

Świetlówki kompaktowe

Świetlówki kompaktowe przy takim samym jak w żarówkach strumieniu świetlnym

(ilości światła) zużywają pięciokrotnie mniej energii elektrycznej. Dają więc trudną do

zbagatelizowania możliwość 80% oszczędności w kosztach eksploatacji oświetlenia. Ich

trwałość wynosi od 8000 do 12000 godzin pracy. Są łatwe w stosowaniu ponieważ część

typów jest wyposażona tak jak żarówki w standardowe trzonki typu E-27 lub E-14. Mogą

więc być używane w tych samych oprawach, zwłaszcza jeśli ich wymiary są zbliżone do

kształtu żarówek.

Oprócz wersji z trzonkami typu żarówkowego produkuje się także świetlówki kompaktowe

ze specjalnymi trzonkami dwu i cztero kołkowymi. Starsze i tańsze typy wykonywane były

z konwencjonalnymi układami stabilizacyjno-zapłonowymi. Najnowsze świetlówki

kompaktowe współpracują niemal wyłącznie z układami elektronicznymi na ogół

montowanymi w ich wnętrzu.

Dzięki znacznie wyższej skuteczności przetwarzania energii elektrycznej na

promieniowanie świetlne, wytwarzają pięciokrotnie mniej ciepła niż żarówki. Można więc

stosować wyższe moce świetlówek kompaktowych bez obawy termicznego uszkodzenia

opraw, co ma krytyczne znaczenie w wypadku żarówek.

Odpowiednie luminofory i elektroniczne urządzenia stabilizacyjno-zapłonowe zapewniają

stabilne świecenie, natychmiastowy zapłon bez migotania i niezawodne działanie

niezależne od liczby włączeń [11].

1.4. Stateczniki

elektroniczne

Znaczne oszczędności energetyczne w oświetleniu można uzyskać poprzez

stosowanie stateczników elektronicznych (głównie w obwodach świetlówek). Układy

elektroniczne zasilają świetlówki napięciem wysokiej częstotliwości z zakresu 24 do 100

kHz (najczęściej około 42 kHz). Korzyści wynikające z takiego zasilania są następujące:

• wzrost skuteczności świetlnej lamp. Powyżej 30 Hz wynosi on 10%,
• sprawność stateczników elektronicznych jest większa niż stateczników

magnetycznych, przez co uzyskuje się większą skuteczność świetlną całego układu

lampy (nawet o 50%),

• świetlówki pracują stabilniej (ze stałą mocą) w szerokim zakresie zmian napięcia

sieciowego (przy zmianach napięcia ± 10%, zmiana mocy lampy wynosi ± 2%),

11

• zmniejsza się tętnienie strumienia świetlnego, ograniczając występowanie efektu

stroboskopowego,

• trwałość świetlówek z układami elektronicznymi rośnie o 50% w stosunku do układów

konwencjonalnych,

• zmniejsza się spadek strumienia świetlnego w okresie eksploatacji,
• zakłócenia elektromagnetyczne przenoszone drogą przewodową i powietrzną są

skutecznie ograniczane przez użycie filtrów elektronicznych instalowanych na wejściu

statecznika oraz metalowa obudowę,

• mniejszy ciężar i gabaryty stateczników elektronicznych w stosunku do

konwencjonalnych,

• łatwa współpraca z układami sterującymi i regulatorami strumienia świetlnego.

Wady to wprowadzenie do sieci wyższych harmonicznych (3 i 5), co powoduje wzrost

prądów płynących przez przewody zerowe i ochronne.

Ta

sama

świetlówka pracująca ze statecznikiem elektronicznym daje oszczędności

energii rzędu 15 % w stosunku do układu z dławikiem.

Oszczędności energii rzędu 18% można uzyskać przy zamianie świetlówek

standardowych o średnicy 38 mm na świetlówki o zmniejszonej średnicy 26 mm bez

konieczności wymiany opraw oświetleniowych, czy osprzętu elektrotechnicznego oprawy.

2.

Opis stanowiska laboratoryjnego i wykonanie badań

2.1.

Opis stanowiska laboratoryjnego

Na głównej tablicy stanowiska laboratoryjnego znajdują się:

• Wyłącznik główny (WG).
• Gniazdo podwójne zasilające autotransformator (AT) włączane za pomocą (WG),

druga część gniazda zasilana jest na stałe.

• Dławiki.
• Zapłonniki.
• Stateczniki magnetyczne i elektroniczny.
• Lampy fluorescencyjne.
• Świetlówka kompaktowa.
• Zaciski do zmiany konfiguracji układu zasilającego.

12

• Wyprowadzone zaciski do podłączenia mierników laboratoryjnych.

Układ pomiarowy należy zasilić poprzez autotransformator, który służy do

nastawiania napięcia zasilającego U

1.

Na stanowisku laboratoryjnym znajduje się sześć

układów pomiarowych do badania świetlówek. Przed przystąpieniem do pomiarów należy

odpowiednio połączyć wybrany układ.

Przedstawione są cztery układy konwencjonalne z zapłonnikiem termicznym w tym trzy

jednoświetlówkowe (świetlówki 1, 2, 3), jeden dwuświetlówkowy (świetlówki 3, 4),

a także dwa układy elektroniczne, jeden ze statecznikiem elektronicznym (11) firmy

OSRAM QUICKTRONIC MULTIWATT (świetlówki 5, 6) oraz układ do badania

świetlówki kompaktowej (10).

Do ograniczenia strat mocy czynnej stosuje się statecznik (7, 8, 9), który powoduje

także powstanie dużego podskoku napięcia do około 1000 V.

Stosowanie statecznika powoduje konieczność użycia kondensatora do poprawy

współczynnika mocy cos φ. Wartości pojemności kondensatora dla układów

świetlówkowych przedstawione są w tablicy 1.1.

Pomiar układów konwencjonalnych dla porównania może być dokonywany z kompensacją

oraz bez kompensacji mocy biernej, w tym celu należy użyć kondensatorów C1 o wartości

9µF lub C2 o wartości 4,5 µF zależnie od mocy badanej świetlówki (świetlówek). Aby

wykonać pomiar bez kompensacji należy odłączyć kondensator za pomocą wyłącznika 12.

Stanowisko pomiarowe wyposażone jest także w skrzynkę bezpiecznikową 13, oraz

w gniazdo wtykowe 14 zasilające układ pomiarowy za pomocą transformatora. Lewa część

gniazda zasilana jest na stałe a prawa poprzez skrzynkę bezpiecznikową 13.

Widok tablicy głównej stanowiska laboratoryjnego przedstawia rys. 2.1.

13

2.2. Badanie

własności lamp fluorescencyjnych

Celem badań jest poznanie problemów techniczno eksploatacyjnych, układów

zapłonu i pracy lamp fluorescencyjnych w funkcji czasu oraz wykazanie wpływu zmian

napięcia zasilającego na parametry fotoelektryczne w poszczególnych obwodach

stabilizacyjno zapłonowych.

14

W tym celu będziemy badać układy konwencjonalne z zapłonnikiem termicznym, oraz

układy z zapłonnikiem elektronicznym.

Podczas ćwiczenia badanie będą następujące lampy fluorescencyjne:

a) TLD 65, 58, 36, 18W firmy Osram w układzie konwencjonalnym z jedną

świetlówką

b) układ konwencjonalny z dwiema świetlówkami 2*18W,

c) układ z dwiema świetlówkami 2*18W z zapłonnikiem elektronicznym serii

MULTIWATT,

d) świetlówka kompaktowa (możliwość porównania z żarówką)

2.2.1. Badanie

elektrycznych

właściwości lamp fluorescencyjnych

Na podstawie wskazań woltomierza i amperomierza można określić moc pozorną S

pobieraną przez badaną świetlówkę

I

U

S

⋅

=

[VA]

(1.1)

Watomierz wskazuje pobieraną moc czynną

ϕ

cos

⋅

⋅

=

I

U

P

[W] (1.2)

przy czym cos

ϕ jest współczynnikiem mocy

S

P

=

ϕ

cos

(1.3)

gdzie P jest to moc czynna odczytana z watomierza W

1

. A zatem sprawność lampy wraz

z układem zasilającym jest równy

P

Φ

=

η

[lm/W]

(1.4)

Ze wskazań watomierza i amperomierza można określić rezystancję wewnętrzną

świetlówki

2

I

P

R

=

[

Ω] (1.5)

Zakłada się przy tym , że dławik L reprezentuje w obwodzie pomiarowym tylko reaktancję

L

XL

⋅

=

ω

.

[

Ω] (1.6)

Znając impedancję Z obwodu wyznaczoną z prawa Ohma

15

I

U

Z

=

[

Ω]

(1.7)

można oszacować indukcyjność dławika

f

R

Z

L

π

2

2

2

−

=

[H]

(1.8)

Wzór [7] jest słuszny tylko wtedy, gdy w obwodzie nie ma kondensatora C (wyłącznik

W otwarty). Gdy do obwodu włączy się kondensator (wyłącznik W zamknięty), to będzie

można obliczyć tylko reaktancję X obwodu ze wzoru

2

2

R

Z

X

−

=

[

Ω]

(1.9)

2.2.2.

2.2.2. Badanie fotometrycznych właściwości lamp

fluorescencyjnych

Strumień świetlny

Φ dla różnych wartości napięcia możemy wyznaczyć na

podstawie przybliżonej zależności

n

n

E

E

Φ

=

Φ

[lm]

(1.10)

gdzie:

Φ

n

— całkowity znamionowy strumień świetlny.

E

n

— natężenie oświetlenia przy napięciu znamionowym U

1

=230V.

E — natężenie oświetlenia dla danej wartości napięcia zasilającego.

Natężenie oświetlenia E określa ilość strumienia świetlnego padającego na

powierzchnię fotoogniwa. Pomiar wykonuje się za pomocą luksomierza

S

E

Φ

=

[lx]

(1.11)

stąd otrzymujemy

S

E

⋅

=

Φ

[lm]

(1.12)

gdzie:

Φ — strumień świetlny

S — powierzchnia fotoogniwa

4

2

d

S

π

=

[m

2

] (1.13.)

16

gdzie:

d — średnica fotoogniwa

Kąt bryłowy

ω oblicza się na podstawie wzoru:

2

r

S

=

ω

[sr]

(1.14)

gdzie:

r — odległość fotoogniwa od środka świetlnego oprawy

Światłość I’

αC

w określonym kierunku jest gęstością strumienia świetlnego

w obrębie kąta przestrzennego obejmującego dany kierunek.

I’

αC

=

ω

Φ

[cd]

(1.15)

W celu porównania ze sobą krzywych światłości różnych opraw oświetleniowych

przyjęto, że krzywe te powinny być przedstawione w przeliczeniu na strumień świetlny

źródła światła 1000 lm zastosowany w oprawie. Wartość światłości przelicza się według

wzoru:

I

αC

=

0

1000

'

Φ

⋅

C

I

α

[cd]

(1.16)

gdzie:

I’

αC

— rzeczywista wartość światłości w danym kierunku

α i danej płaszczyźnie C.

Φ

0

— strumień świetlny źródła światła zastosowanego w oprawie oświetleniowej.

2.3.

2.3. Wykonanie badań wybranych lamp fluorescencyjnych

Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia należy zapoznać się ze

stanowiskiem laboratoryjnym i lampą podaną do badania przez prowadzącego

laboratorium. Po przeprowadzeniu badań należy wyznaczyć charakterystyki P1, E,

η, Ι1,

cos

φ= f(t, U1) dla różnych układów pracy świetlówek.

2.3.1.

Badanie lamp fluorescencyjnych o mocach 65, 58, 36, 18 W

w układzie z jedną świetlówką

Poprzez połączenie ze sobą odpowiednich zacisków na tablicy głównej należy

dobrać odpowiednią konfigurację układu do badania lampy fluorescencyjnej podanej przez

17

prowadzącego ćwiczenie zwracając uwagę na odpowiedni dobór statecznika, zapłonnika i

kondensatora do mocy świetlówki.

Określić napięcie zapłonu i napięcie gaśnięcia świetlówki, wyznaczyć charakterystykę

zapłonu, zbadać wpływ zmian napięcia zasilającego na parametry świetlne lampy. Wyniki

pomiarów zanotować w odpowiednich tabelach i dokonać obliczeń poszczególnych

wielkości tj. współczynnik mocy cos

ϕ

, strumień i sprawność lampy fluorescencyjnej.

Rys. 2.2. Schemat połączeń do badania lamp fluorescencyjnych o mocach 65, 58, 36, 18 W

Tablica 2.1. Wyznaczenie charakterystyki zapłonu

Świetlówka badana P= U= Φ=

t I

1

U

1

P

1

E cosφ

Φ

η

min

A V W lx – lm lm/W

Tablica 2.2. Wyznaczenie charakterystyk napięciowych
Świetlówka badana P= U= Φ=

I

1

P

1

U

1

I

2

P

2

U

2

I

3

P

3

U

3

E cosφ

Φ

η

A W V A W V A W V lx – lm lm/W

Zmierzone napięcie zapłonu lampy U=

Zmierzone napięcie gaśnięcia lampy U=

18

2.3.2. Badanie

układu z dwiema lampami fluorescencyjnymi o mocy

2*18W

Poprzez połączenie ze sobą odpowiednich zacisków na tablicy głównej należy tak

zmienić konfigurację połączeń, aby otrzymać układ dwuświetlówkowy jak na rys. 1.4.

Dalsza część pomiarów wykonywana jest tak jak w układach jednoświetlówkowych

V3

V2

V1

Rys. 2.3. Schemat połączeń do badania układu z dwiema lampami fluorescencyjnymi o mocy 2*18W

Tablica 2.3. Wyznaczenie charakterystyki zapłonu

Świetlówka badana P= U= Φ=
t I

1

U

1

P

1

E cosφ

Φ

η

min

A V W lx – lm lm/W

Tablica 2.4. Wyznaczenie charakterystyk napięciowych

Świetlówka badana P= U= Φ=
I

1

P

1

U

1

I

2

P

2

U

2

I

3

P

3

U

3

E cosφ

Φ

η

A W V A W V A W V lx – lm lm/W

Zmierzone napięcie zapłonu lampy U=

Zmierzone napięcie gaśnięcia lampy U=

19

2.3.3.

Badanie układu z dwiema świetlówkami o mocy 2*18W

w układzie ze statecznikiem elektronicznym

serii MULTIWATT

firmy Osram

Tak jak w poprzedniej części ćwiczenia za pomocą odpowiednich połączeń

zaciskównależy dobrać taką konfigurację układu, która będzie umożliwiała pomiar ze

statecznikiem elektronicznym tak jak na rys. 1.5.

W tej części ćwiczenia nie określamy napięcia zapłonu i gaśnięcia świetlówek, gdyż zbyt

niskie napięcie mogłoby uszkodzić układ elektroniczny. Należy wyznaczyć

charakterystykę zapłonu w funkcji czasu, a wpływ zmian napięcia zasilającego na

parametry świetlne lamp będziemy dokonywać w bezpiecznym przedziale 200 – 250 V.

Wyniki pomiarów zanotować w odpowiednich tabelach i dokonać obliczeń

poszczególnych wartości tj. współczynnik mocy cos

ϕ

, strumień i sprawność świetlówki.

V

Rys. 2.4. Schemat połączeń do badania układu z dwiema lampami fluorescencyjnymi o mocy 2*18W

w układzie ze statecznikiem elektronicznym

Tablica 2.5. Wyznaczenie charakterystyki zapłonu

Świetlówka badana P= U= Φ=
t I

1

U

1

P

1

E cosφ

Φ

η

min

A V W lx – lm lm/W

20

Tablica 2.6. Wyznaczenie charakterystyk napięciowych

Świetlówki badane P= U= Φ=

I

1

U

1

P

1

E cosφ

Φ

η

A V W lx – lm lm/W

2.3.4.

2.3.4. Badanie układu ze świetlówką kompaktową

Należy zmienić konfigurację układu tak, aby dokonać pomiaru wybranej

świetlówki kompaktowej wg. Rys. 1.6.

Określić napięcie zapłonu i napięcie gaśnięcia świetlówki, wyznaczyć charakterystykę

zapłonu, zbadać wpływ zmian napięcia zasilającego na parametry świetlne świetlówki

kompaktowej. Wyniki pomiarów zanotować w odpowiednich tabelach i dokonać obliczeń

poszczególnych wielkości tj. współczynnik mocy cos

ϕ

, strumień i sprawność lampy

fluorescencyjnej.

V

Rys. 2.5. Schemat układu ze świetlówką kompaktową

Tablica 2.7. Wyznaczenie charakterystyki zapłonu

Świetlówka badana P= U= Φ=
t I

1

U

1

P

1

E cosφ

Φ

η

min

A V W lx – lm lm/W

21

Tablica 2.8. Wyznaczenie charakterystyk napięciowych

Świetlówka kompaktowa P= U= Φ=
I

1

U

1

P

1

E cosφ

Φ

η

A V W lx – lm lm/W

Zmierzone napięcie zapłonu lampy U=

Zmierzone napięcie gaśnięcia lampy U=

3.

Pomiary krzywej rozsyłu światła

3.1.

Omówienie stanowiska i układy pracy

Zamontowana oprawa w stanowisku jest przystosowana do pomiaru krzywej

rozsyłu światła w układzie konwencjonalnym i elektronicznym. Przełączanie układów jest

możliwe za pomocą dwóch wyłączników; W1— układ konwencjonalny, W2— układ

elektroniczny.

Wyłączniki te współpracują ze stycznikami umożliwiając niezależną pracę układów, które

są połączone wg. schematów przedstawionych na rys. 1.7. i 1.8. (zakreskowana część

schematu)

Pomiary krzywej rozsyłu światła są przeprowadzane dla różnych typów rastr na innym,

specjalnie przygotowanym do tego celu stanowisku do którego dołączona jest instrukcja.

V

Rys. 3.1. Schemat układu konwencjonalnego

22

V

Rys. 3.2. Schemat układu elektronicznego

3.1.1. Pomiar

charakterystyk

światłości kierunkowej w układzie

konwencjonalnym

Tablica 1.1.

Kąt

α

E

Φ

I

′

I

Płasz-

czyzna

˚ lx lm cd cd

C

0

C

90

23

3.1.2. Pomiar

charakterystyk

światłości kierunkowej w elektronicznym

układzie pracy

Tablica 1.2.

Kąt

α

E

Φ

I

′

I

Płasz-

czyzna

˚ lx lm cd cd

C

0

C

90

24

4. LITERATURA

1. Zbigniew Grabowski, Henryk Szypowski „Oświetlenie elektryczne” wydanie II,;

PWN; Warszawa 1969r

2. Katalog; Źródła światła – program produkcji 2000/2001 OSRAM

3. Zbigniew Gabryjelski „Sieci i urządzenia oświetleniowe” Wydawnictwo

Politechniki; Łódź 1997r

4. Zbigniew Turlej „Indukcyjne źródło światła” Światło Środowisko

Nr 2, 1994r

5. Henryk Markiewicz „Instalacje elektryczne” WNT; Warszawa 2003r

6. Gerard Bartodziej, Eugeniusz Kałuża „Aparaty i urządzenia elektryczne”

Warszawa 1994r

7. Philips „Profesjonalne oświetlenie „Elektroinfo” nr 4, 2004r

8. Ireneusz Wawrzyniak, Marek Kołakowski „Rastry” Oświetlenie INFO

nr 2(10) kwiecień-czerwiec 2005

9. Marek Kołakowski „Technika świetlna” miesięcznik Elektrosystemy

nr 10 / 2001, 2003 i 2004r

10. Mieczysław Banach „Oświetlenie elektryczne” WPW Wydawnictwa Politechniki

Warszawskiej; Warszawa 1970r

11. Andrzej Pawlak „Charakterystyka elektrycznych źródeł światła” - Dodatek –

Informator światło

12. Richard Forster „Elektroinstalator” wrzesień 2004r

13. Jan Grzonkowski „Źródła światła – rozwój, stan aktualny. Przegląd

Elektrotechniczny