Politechnika Białostocka
Wydział Elektryczny
Katedra Promieniowania Optycznego
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu
Podstawy Techniki Świetlnej
Ćwiczenie numer 2
Badanie wysokoprężnych lamp sodowych i metalohalogenkowych
Opracował: dr inż. Krzysztof Zaremba
2008
Zawartość instrukcji:
1. Wiadomości podstawowe........................................ 3
2. Cel i zakres ćwiczenia ............................................ 4
3. Metodyka badań ..................................................... 5
4. Wymagania BHP .................................................... 5
5. Sprawozdanie studenckie ....................................... 5
6. Pytania kontrolne..................................................... 5
7. Literatura ................................................................ 5
1. Wiadomości podstawowe
Źródła światła wytwarzają promieniowanie elektromagnetyczne, które jest w stanie bezpośrednio wywołać u człowieka wrażenie wzrokowe nazywa się światłem lub promieniowaniem widzialnym. Światło to promieniowanie o długości fali od 380 nm do 780 nm. Ocena ilościowa promieniowania przez oko nie jest jednakowa w całym zakresie widzialnym z powodu różnej czułości widmowej oka dla różnych długości fal. Oznacza to, że promieniowanie o tej samej mocy, lecz różnej długości fali, wywołuje wrażenia świetlne o różnej intensywności. Moc źródła światła oceniona pod względem zdolności wywoływania wrażenia wzrokowego (oświetlania) nazywa się strumieniem świetlnym, który mierzony jest w lumenach [lm]. Wartość znamionowa strumienia świetlnego jest podstawowym parametrem źródeł światła, który można znaleźć w katalogu (często też na opakowaniu).
Wysokoprężne lampy wyładowcze działają na zasadzie wyładowania łukowego w parach metali o wysokim ciśnieniu. Wyładowanie elektryczne między elektrodami powoduje świecenie substancji wypełniających jarznik. Metale i ich związki wypełniające jarznik decydują o jakości uzyskiwanego światła. Z tego względu wysokoprężne lampy dzielą się na:
rtęciowe,
sodowe,
metalohalogenkowe.
Wysokoprężne lampy wyładowcze charakteryzują się dużą ekonomicznością. O energooszczędności źródła światła decyduje jego skuteczność świetlna tzn. jaki strumień świetlny wytwarza ono z jednostki dostarczonej mocy. Skuteczność świetlną wyraża się w lumenach na wat [lm/W]. Stosowane w oświetleniu zewnętrznym żarowe liniowe lampy halogenowe mają skuteczność świetlną 16÷20 lm/W. Niska jest też skuteczność używanych w starszych instalacjach oświetlenia ulicznego wysokoprężnych lamp rtęciowych (światło białe) (do 50 lm/W). Wysokoprężne lampy metalohalogenkowe (światło białe) mają skuteczność do 100 lm/W, a wysokoprężne lampy sodowe (światło żółte) do 130 lm/W. Należy wybierać źródła o jak największej skuteczności świetlnej, pamiętając jednak o problemie odpowiedniego postrzegania barw. Tam gdzie nie jest to ważne, np. przy oświetleniu ulic, najlepsze są wysokoprężne lampy sodowe, w przeciwny wypadku najlepsze są lampy metalohalogenkowe.
Zaletą nowoczesnych, wysokoprężnych lamp sodowych i metalohalogenkowych jest:
wysoka skuteczność świetlna - 90-140 lm/W
wysoka trwałość - 20-40 tys. godzin
możliwość konstruowania opraw o wyższej sprawności i lepszej bryle fotometrycznej (w przypadku lamp z bańką przezroczystą)
Wyładowcze lampy sodowe i metalohalogenkowe potrzebują jednak specjalnych urządzeń do stabilizacji wartości prądu (statecznik, dławik) i do zapłonu (rys. 1). Elektroniczne urządzenia zapłonowe wytwarzają impulsy napięciowe o wartość 1÷5 kV niezbędne do zapłonu wysokoprężnych lamp wyładowczych nie posiadających wewnętrznych urządzeń zapłonowych. Ze względu na wysoką wartość napięcia tych impulsów przynajmniej jeden z przewodów od urządzenia zapłonowego do lampy powinien być wysokonapięciowy.
a)
b)
Rys. 1. Schematy zasilania wysokoprężnych lamp sodowych i metalohalogenkowych
z urządzeniem zapłonowym: a) równoległym, b) szeregowo-równoległym
Do wytwarzania właściwych warunków zapłonu produkowane są dwa podstawowe rodzaje zapłonników impulsowych. Zapłonnik równoległy wyróżnia się niewielkimi gabarytami, małą masą oraz niską stratą mocy, jednak wytwarzane przez niego impulsy zapłonowe oddziałują również na uzwojenie statecznika (rys. 1a). Z tego względu jest rzadko stosowany. Zapłonnik szeregowo-równoległy, w którym statecznik nie jest narażony na działanie impulsów wysokiego napięcia jest w praktyce stosowany znacznie częściej (rys. 1b).
Wadą wysokoprężnych lamp sodowych i przede wszystkim metalohalogenkowych jest długi czas ustalania się ich parametrów (rys. 2). Dodatkowo zanik napięcia w sieci powoduje niemożność zaświecenia się tych lamp, aż do chwili ostygnięcia lampy. Ma to szczególne znaczenie w miejscach, gdzie konieczne jest zapewnienie ciągłości oświetlenia.
Wadą wysokoprężnych lamp sodowych (rys. 3) jest bardzo słabe oddawanie barw. Wszystkie przedmioty oświetlone tymi lampami są żółte lub pomarańczowe, a większość innych barw jest nierozróżnialna (np. zielona). W wysokoprężnych lampach metalohalogenkowych, dzięki dodaniu halogenków pierwiastków ziem rzadkich, uzyskuje się znaczną poprawę barwy światła.
Wysokoprężne lampy metalohalogenkowe starego typu (rys. 4a) charakteryzują się jednak dużą zmiennością barwy Zastosowanie w jednej instalacji kilku takich lamp obok siebie prowadzi często do powstania nieestetycznych plam świetlnych o różnych barwach. Problem ten nie występuje w przypadku lamp nowego typu (rys. 4b).
a) 
b) 
Rys. 4. Wysokoprężne lampy metalohalogenkowe:
starego typu z jarznikiem kwarcowym
nowego typu z jarznikiem ceramicznym
2. Cel i zakres ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie danych technicznych wysokoprężnych lamp sodowych i metalohalogenkowych oraz ich układów zasilających. Pomiar charakterystyk czasowych i napięciowych układów z tymi źródłami światła oraz czasu ponownego zapłonu.
3. Metodyka badań
W ćwiczeniu badane będą różnego typu wysokoprężne lampy sodowe i metalohalogenkowe o mocy 70W. Przed przystąpieniem do pomiarów należy znaleźć w odpowiednim katalogu parametry badanego źródła światła (moc, skuteczność świetlna, obwód zasilający, itp.). Obwód zasilający należy podłączyć zgodnie ze schematami znajdującymi się na stateczniku i układzie zapłonowym
W pierwszym kroku należy zmierzyć charakterystykę czasową rozgrzewania się lampy. W tym celu należy po włączeniu zimnej lampy mierzyć co 30 s natężenie oświetlenia (głowica luksomierza w czasie pomiarów jednej lampy musi pozostawać nieruchomo). Następnie należy zmierzyć charakterystykę napięciową, mierząc parametry elektryczne obwodu przy napięciu zasilającym: 210, 220, 230, 240 i 250 V. Końcowy pomiar dotyczy czasu ponownego zapłonu lampy po chwilowym zaniku napięcia w sieci (wyjęciu i włożeniu wtyczki).
4. Wymagania BHP
Wymagania BHP są zgodne z ogólnym regulaminem obowiązującym w laboratorium z przedmiotu: „Podstawy Techniki Świetlnej”.
w czasie pomiarów źródła światła mocno nagrzewają się!!!
5. Sprawozdanie studenckie
Sprawozdanie powinno zawierać: cel i zakres ćwiczenia, opis stanowiska badawczego z uwzględnieniem użytych przyrządów pomiarowych i urządzeń, przebieg realizacji ćwiczenia, zestawienie i analizę wyników badań, wnioski.
Na podstawie pomiarów i danych katalogowych lamp wyznaczyć: roczne zużycie energii i jej koszt zakładając, że lampa świeci rocznie 4000 godzin (świecenie całonocne). Dodatkowo należy obliczyć roczne zużycie energii i jej koszt w przypadku zastosowania wysokoprężnej żarówki halogenowej o porównywalnym strumieniu świetlnym (znaleźć w katalogu). Porównać wyznaczone parametry wszystkich badanych lamp. Charakterystykę czasową wykreślić w postaci względnej przyjmując, że rozgrzana oprawa wysyła 100% strumienia świetlnego.
6. Pytania kontrolne
strumień świetlny źródeł światła
skuteczność świetlna źródeł światła
typy wysokoprężnych lamp wyładowczych
układ zasilania wysokoprężnych lamp sodowych i metalohalogenkowych
różnice pomiędzy impulsowymi układami zapłonowymi równoległymi i szeregowo-równoległymi
zalety lamp wysokoprężnych
wady wysokoprężnych lamp sodowych
wady wysokoprężnych lamp metalohalogenkowych
7. Literatura
Dybczyński W.: Laboratorium sprzętu oświetleniowego. Wydawnictwa PB, Białystok, 1993
Żagan W.: Podstawy techniki świetlnej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2005
5
Rys. 3. Budowa wysokoprężnej lampy sodowej
Rys. 2.Przykładowe charakterystyki czasowe rozgrzewania się wysokoprężnej lampy
Wyszukiwarka