Przedmiot: Urządzenia i sieci elektroenergetyczne
EAIiE
3EC
Grupa: 1
Zespół: C

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z źródłami światła zasilanymi energią elektryczną, ich podstawowymi właściwościami eksploatacyjnymi, aktualnymi tendencjami rozwojowymi w ich konstrukcji oraz pomiarami natężenia oświetlenia w pomieszczeniu. Dodatkowo będziemy sprawdzać jaki wpływ na sieć elektroenergetyczną posiada każe z źródeł światła np. zniekształcenia harmoniczne.

Przebieg ćwiczenia:

- oględziny różnych źródeł światła

- wyznaczenie stałej kuli fotometrycznej

- pomiary porównawcze wybranych parametrów różnych źródeł światła

- pomiary wyższych harmonicznych prądu źródeł jw.,

- pomiary natężenia oświetlenia w pomieszczeniu.

1. Badane źródła światła:

- Świetlówka kompaktowa wzorcowa (18 W, 900 lm, PHILIPS);

- Żarówka mleczna (200 W, 3000 lm, PHILIPS);

- Żarówka (100 W, HELIOS);

- Żarówka halogenowa (42 W, OSRAM);

- Świetlówka kompaktowa (23 W, 1500 lm, PHILIPS);

- Lampa LED (2,5 W, 160 lm, RAFIPOLED).

1. Wyznaczanie stałej kuli fotometrycznej

Rys 3.1 Fotometryczne stanowisko do badań źródeł światła (tzw. Kuli Ulbrichta):

W celu wyznaczenia stałej kuli fotometrycznej należy podłączyć wewnątrz niej źródło światła o znanym strumieniu, włączyć napięcie o wartości znamionowej i po około 2 minutach zmierzyć poprzez wziernik natężenie oświetlenia wewnątrz kuli przy użyciu luksomierza. Stałą fotometryczną wyznacza się ze wzoru:

$$k = \frac{\phi}{E}$$

gdzie:

ϕ [lm] – strumień światła;

E [lx] – natężenie oświetlenia.

Przy użyciu świetlówki wzorcowej o znanym strumieniu 900 lm i wartości natężenia oświetlenia równego 2650 lx stała wynosi:

$$k = \frac{900\ lm}{3000\ lx} = 0,33$$

W przypadku lampy LED o strumieniu 160 lm i zmierzonej wartości natężenia oświetlenia równego 560 lx stała wynosi:

$$k = \frac{160\ lm}{\ 560lx}\sim 0,29$$

W przypadku świetlówki kompaktowej o strumieniu 1500 lm i zmierzonej wartości natężenia oświetlenia równego 4980 lx stała wynosi:

$$k = \frac{1500\ lm}{\ 4980lx}\sim 0,30$$

Natomiast przy użyciu żarówki halogenowej o strumieniu 738 lm i zmierzonej wartości natężenia oświetlenia równego 2410 lx stała wynosi:

$$k = \frac{3000\ lm}{12570lx}\sim 0,31$$

W związku z powyższymi pomiarami można stwierdzić, że stała kuli fotometrycznej użytej podczas ćwiczenia wynosi ok 0,3.

1. Pomiary porównawcze wybranych parametrów źródeł światła

Pomiary wykonywane są przy wykorzystaniu kuli Ulbrichta w układzie pomiarowym przedstawionym poniżej:

Rys 4.1 Układ pomiarowy

W celu obliczenia strumienia świetlnego dla pozostałych źródeł korzystamy ze stałej kuli fotometrycznej obliczonej w poprzednim punkcie według wzoru:

ϕ = k • E.

Wyniki pomiarów i obliczeń zestawione są w tabeli poniżej:

Typ źródła	U [V]	I [mA]	PH [W]	P [W]	cosφ	E [lx]	ϕ [lm]	C $$\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{lm}}}{\mathbf{W}} \right\rbrack$$
Świetlówka kompaktowa wzorcowa	229,2	163	18	20,3	0,54	2650	900	44,33
Świetlówka kompaktowa PHILIPS	229,2	172	20,73	21,69	0,92	4980	1500	69,16
Świetlówka ZIKO	229,8	50	5,8	6,059	0,9	670	750	34,61
Lampa LED	229,8	17	2,5	1,55	0,39	560	160	103,23
Żarówka Helios	230,5	432,7	100	99,37	0,99	4280	1329	13,37
Żarówka halogenowa OSRAM	230	192	42	44,07	0,99	2410	738	16,75

1. Przebiegi prądów i napięć uzyskane za pomocą harmonizera

Świetlówka kompaktowa wzorcowa (18 W, 800 lm)

Świetlówka kompaktowa PHILIPS 23 W, 1500 lm

Świetlówka ZIKO 11W 270lm

Lampa LED 2,5 W 160lm

Żarówka Helios 100 W

Żarówka halogenowa OSRAM 42 W

Jak widać, zwykłe żarówki nie generują znaczących wartości wyższych harmonicznych prądu, w przeciwieństwie do świetlówek oraz lamp diodowych. Przebiegi napięcia odkształcają się natomiast niewiele, porównywalnie, niezależnie od rodzaju źródła światła – jest to zgodne z wynikami pomiarów, gdzie wartości wyższych harmonicznych napięcia są zawsze nieduże.

1. Pomiar natężenia oświetlenia w pomieszczeniu

W celu wykonania pomiarów natężenia oświetlenia w danym pomieszczeniu należy podzielić je na planie na kwadraty o boku 1 m, a następnie wykonać pomiary na środku każdego kwadratu na wysokości 0,8 m nad podłogą. Plan pomieszczenia podzielony na odpowiednie sektory z naniesionymi wynikami pomiarów przedstawiony jest poniżej:

Tablica natężeń światła w sali:

		260	271	249
		466	442	470
		433	522	591
142	393		608	578
85	486		460	502
289	533		504	438
520	642	604	616	370
468	389	497	531	362
482	650	521	581	304
460	417		570
458	380		425
358	320		348

Wszystkie wartości na schemacie podane są w luksach [lx].

Na podstawie tak zmierzonych wartości natężenia oświetlenia należy wyznaczyć:

• średnie natężenie oświetlenia:

$$E_{sr} = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}E_{i}$$

• minimalną równomierność oświetlenia:

$$\delta_{\min} = \frac{E_{\min}}{E_{\max}}$$

• średnią równomierność oświetlenia:

$$\delta_{sr} = \frac{E_{\min}}{E_{sr}}$$

Obliczone wartości wynoszą:

$$E_{sr} = \frac{1}{42} \bullet 19955 = 475\lbrack lx\rbrack$$

$$\delta_{\min} = \frac{85}{650} = 0,13$$

$$\delta_{sr} = \frac{85}{475} = 0,17$$

Uzyskane wartości, szczególnie minimalna równomierność oświetlenia, mogą nieco odbiegać od rzeczywistych, z powodu zakłócenia pomiarów natężenia oświetlenia w sektorach, w których uzyskano wartości skrajne: 85 lx i 650 lx.

1. Wnioski

Żarówki zwykłe oraz halogenowa mają bardzo wysoką wartość współczynnika mocy, pobierają jednak dużo mocy w stosunku do wypromieniowanego strumienia świetlnego inaczej mówiąc sa mało efektywne dużo energii idzie na straty cieplne.

Świetlówki pobierają znacznie mniej energii, dając równocześnie porównywalny strumień świetlny ale mają mniejszą wartość cos ϕ, co skutkuje dużym poborem mocy biernej oraz wprowadzają wyższe harmoniczne do sieci (przykład świetlówka ZIKO). Wytwarzają znacznie mniej ciepła, co samo w sobie jest zaletą, poza tym też sprawia, że lampa ta jest znacznie bardziej energooszczędna.

Lampy diodowe mają bardzo małe moce znamionowe pomimo niskich wartości współczynnika cosϕ i dają bardzo duży strumień świetlny. Ich sprawność czyli ilość dostarczanej energii przekształcanej w światło widzialne wynosi 80-95%

Na podstawie uzyskanych wyników można uznać, że badane pomieszczenie było dobrze oświetlone, gdyż natężenie świetlne wynosi w granicach E_sr = 500 lx.