СиЭ_для лабораторных работ. Методические указания для выполнения лабораторных работ 1, 2, 3 Новосибирск 2018 2 удк
 Скачать 0.52 Mb.
|
|
cosφ до 0,9 (без С2 cosφ = 0,5-0,6). Для защиты сети от радиопомех уста- навливаются конденсаторы СЗ и С4. Основные электрические (ток, мощность лампы или комплекта) и све- тотехнические (световой поток, световая отдача, световой КПД и срок службы) характеристики люминесцентных ламп, также как и ламп накали- вания, зависят от напряжения питающей сети (но в меньшей степени). Не- которые характеристики люминесцентных ламп представлены в таблице 2.1. 19 Световая отдача люминесцентных ламп достигает 75 лм/Вт. Она раз- лична для ламп разной мощности (достигает максимального значения для ламп 40 Вт) и разного спектрального типа (максимальное значение для ламп ЛБ, минимальное - для ламп ЛДЦ). Таблица 2.1. Технические характеристики люминесцентных ламп низкого давления Тип лампы Номинальные величины Т сл после 2000ч. горения I, А Р, Вт U л , В F, лм Н, лм/Вт ЛДЦ-15 ЛД-15 ЛХБ, ЛТБ-15 ЛБ-15 0,3 15 58 450 525 600 630 30 35 40 42 315 365 420 440 ЛДЦ-20 ЛД-20 ЛХБ, ЛТБ-20 ЛБ-20 0,35 20 60 620 760 900 980 31 39 45 49 465 570 675 735 ЛДЦ-30 ЛД-30 ЛХБ, ЛТБ-30 ЛБ-30 0,34 30 108 1100 1380 1500 1740 37 46 50 58 775 970 1060 1230 ЛДЦ-40 ЛД-40 ЛХБ, ЛТБ-40 ЛБ-40 0,41 40 108 1520 1960 2200 2480 38 49 55 54 1100 1470 1650 3520 ЛДЦ-80 ЛД-80 ЛХБ, ЛТБ-80 ЛБ-80 0,82 80 108 2720 3440 3840 4320 34 43 48 54 1920 2400 2690 3620 Аналитические зависимости некоторых характеристик люминесцент- ных ламп могут быть представлены: для мощности, потребляемой комплектом (лампа и балластное сопро- тивление) с ПРА типа УБК Р=Р н (1,26k u -0,26); (2.1) для светового потока F= F н (1,05k u -1,05); (2.2) для срока службы Т=Т н • k u -3,2 , (2.3) где Р и Р н , F и F н , Т и Т н - потребляемая комплектом мощность, световой поток и срок службы люминесцентной лампы и соответственно их номи- нальные значения; к u =U/U н - относительный уровень питающего напряже- ния; U и U н - соответственно фактическое и номинальное напряжения пи- тания лампы; к п - коэффициент потерь мощности в ПРА, для люминесцент- ных ламп к п =1,2. 20 С изменением питающего напряжения световая отдача люминесцент- ных ламп меняется очень мало, причем даже увеличивается с уменьшением напряжения сети, достигая максимума при напряжении 80-90% от номи- нального, снижаясь при дальнейшем уменьшении напряжения. Следует отметить, что напряжение на лампе также возрастает с понижением пи- тающего напряжения, в то время как ток лампы понижается. Изменение напряжения сети, питающей люминесцентной лампы, на каждый процент вызывает изменение светового потока на 1-1,5% в ту же сторону. Световой поток люминесцентных ламп изменяется также в зави- симости от температуры окружающего воздуха в зоне установки светиль- ников. При повышении и понижении температуры световой поток люминес- центных ламп снижается. При температуре ниже +10 °С люминесцентные лампы начинают гореть неустойчиво и при дальнейшем понижении могут погаснуть, а негоревшие - незажечься. При низких температурах в трубке почти отсутствуют пары ртути, разряд происходит только в газе, и напря- жение зажигания высоко. При увеличении температуры выше +(20...25) °С также наблюдается увеличение напряжения зажигания, это объясняется увеличением давления внутри трубки, что ухудшает условия зажигания. Средняя продолжительность горения люминесцентных ламп составля- ет 12...15 тыс. ч. Изменение напряжения питающей сети на каждый процент вызывает изменение срока службы на 1,5...3% в противоположную сторону. На срок службы люминесцентных ламп оказывают существенное влияние условия эксплуатации. Так, в условиях изменения напряжения се- ти, частых включений, низких температур окружающей среды срок службы люминесцентных ламп существенно сокращается. Отрицательно сказыва- ются на работе люминесцентных ламп изменения напряжения как в сторо- ну повышения, так и в сторону понижения от номинального значения. При повышении напряжения увеличивается давление ртутных паров в лампе, снижается эффективность ее работы, а также и продолжительность горе- ния. При понижении напряжения лампы либо не загораются, либо их горе- ние сопровождается усиленным распылением оксидного вещества с като- дов и, следовательно, сокращается срок службы. В процессе горения лю- минесцентной лампы, а также при ее включении происходит распыление оксидного покрытия катодов, при полном расходовании которого лампа перестает зажигаться. Чем чаще происходит включение лампы, тем сильнее сокращается срок ее службы, происходит так называемый "износ включе- нием". В среднем срок службы люминесцентных ламп сокращается на 2...3 часа при каждом включении. КПД люминесцентных ламп более высок, чем у ламп накаливания. Методика выполнения работы Для снятия основных характеристик люминесцентных ламп собирают 21 схему, изображенную на рис. 2.1. Экспериментальные зависимости тока, потребляемой комплектом мощности и освещенности (светового потока) от уровня напряжения сни- мают путем изменения подводимого напряжения при помощи лабораторно- го автотрансформатора (ЛТ). Результаты замеров заносят в таблицу 2.2. Таблица 2.2. Результаты измерений характеристик люминесцентных ламп Тип лампы Замерено Рассчитано U c , В Р, Вт I, А Е, лк F, лм Н, лм/Вт cos Р, Вт ЛБ-40 ЛД-40 ЛДЦ-40 Интервалы изменения напряжения 10 В. Максимальное значение на- пряжения на должно превышать 250 В. При измерении освещенности сле- дует брать разность показаний люксметра при включенной и выключенной лампе. По полученным данным рассчитывают: а) световой поток (лм) 2 2 cos ) 2 2 sin ( 2 A hlE F , (2.4) где h - высота расположения светящейся линии над освещенной поверхностью (рис. 2.6); l - длина лампы, м; E A - освещенность в исследуе- мой точке А, лк; - угол, под которым видна светящаяся линия из точки расчета (в радианах); - угол от светящейся линии до измеряемой точки. Рис. 2.6. Расчетная схема для определения светового потока люминесцентной лампы Рассчитанный световой поток сравнивают с определенным с помощью люксметра F лк = 4πЕт 2 , (2.5) где Е - освещенность, регистрируемая люксметром, лк; т - расстояние до лампы, м; б) световую отдачу комплекта (лм/Вт) H=F/P, (2.6) 22 где Р - мощность, потребляемая комплектом, Вт; в) коэффициент мощности комплекта "лампа-ПРА" cos =P/U c •I, (2.7) где Р - мощность, потребляемая комплектом, Вт; U c - напряжение питания. В; I - ток в цепи комплекта, А. По данным таблицы 2.2 на миллиметровой бумаге в о.е. строят зави- симости тока I, мощности комплекта Р, светового потока F, светоотдачи Н от напряжения сети. На этот же рисунок следует нанести известные зависимости тока, мощности, светового потока, светоотдачи и срока службы люминесцентных ламп от напряжения в сети. Контрольные вопросы 1. Из каких основных частей состоит люминесцентная лампа? 2. Каковы основные преимущества и недостатки люминесцентной лампы по сравнению с лампой накаливания? 3. Какие типы люминесцентных ламп выпускаются отечественной промышленностью? 4. Объясните назначение и устройство электродов люминесцентных ламп. 5. Чем обусловлена проводимость газового разряда? 6. Каково давление газа в осветительных люминесцентных лампах в холодном состоянии и как оно меняется при включении? 7. Для какой цели люминесцентная лампа снабжается стартером? Его устройство и назначение. 8. Для чего нужен дроссель люминесцентной лампы? 9. Объясните порядок зажигания и работы газоразрядной лампы в це- пи с индуктивным балластом. 10. Каковы требования к напряжению, питающему люминесцентные лампы? 11 .Что происходит с напряжением на люминесцентной лампе при увеличении сопротивления балласта и почему? 12.Как изменяются основные светотехнические характеристики лю- минесцентной лампы при изменении напряжения питания? 13.Какие условия окружающей среды необходимы для нормальной работы с люминесцентными лампами? 14.Какими способами можно увеличить cosφ установки с люминес- центными лампами? Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Электрическая принципиальная схема проведения эксперимента. 23 3. Таблицы технических (паспортных) данных испытуемых ламп (таб- лица 2.3) и приборов, используемых в работе (таблица 2.4). Таблица 2.3. Паспортные данные исследуемых ламп Наименование Тип Мощность, Вт Напряжение на лампе, В Световой по- ток, лм Длина, мм Таблица 2.4. Паспортные данные приборов Наименование Тип Система Предел измерения Цена деления Род тока Класс точности 4. Таблица результатов измерений и расчетных величин. 5. Графики расчетных, справочных и экспериментальных зависимо- стей. 6. Выводы по работе. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 Исследование работы люминесцентных ламп с различными балластными сопротивлениями Цель работы: исследование условий пуска и работы люминесцент- ной лампы в схемах с различными балластами (индуктивным и емкостным) Программа работы 1. Ознакомиться с принципами пуска и работы люминесцентной лам- пы в схемах с различным балластом. Изучить назначение отдельных эле- ментов схем. 2. Ознакомиться с лабораторной установкой и записать технические (паспортные) данные люминесцентной лампы, балластных сопротивлений и измерительных приборов. 3. Собрать электрические схемы согласно рис. 3.5. и 3.6. (для схем с различными балластами) и определить напряжение и мощность при номи- нальном токе и освещенности, создаваемой лампой. 4. Определить расчетным путем основные характеристики лампы (с различными балластами) в номинальном по току режиме: световой поток, световую отдачу лампы и комплекта, коэффициент мощности и коэффици- ент искажения К иск 5. Снять осциллограммы кривых тока и напряжения на лампе (с раз- личными балластами) и пульсаций светового потока. 6. Составить отчет о работе. Краткие теоретические сведения 24 Для зажигания и горения люминесцентных и других газоразрядных ламп необходимо включение последовательно с ними пускорегулирующих аппаратов (ПРА), т.е. к сети подключается не просто лампа, а комплект "лампа-ПРА". Схемы и конструкции ПРА чрезвычайно разнообразны: стартерные, бесстартерные (быстрого и мгновенного зажигания), токоограничивающие и др. В стартерных аппаратах (УБ) начальный подогрев электродов обеспе- чивается кратковременным замыканием контактов стартера, включенного параллельно лампе. В бесстартерных аппаратах (АБ) начальный подогрев электродов обеспечивается подачей на электроды напряжения от специальных витков дроссельной катушки. Ранее имевшие место недостатки стартерных схем – повышенная пожарная опасность и относительно малая надежность - сей- час устранены, и в настоящее время стартерные схемы получили преиму- щественное применение. Принципиальная схема стартерного включения люминесцентной лампы представлена на рис. 3.1. Рис. 3.1 Принципиальная схема стартерного зажигания Стартер (пускатель или зажигатель) присоединяется параллельно лю- минесцентной лампе и представляет собой реле, которое автоматически кратковременно замыкает свои контакты при включении в сеть, обеспечи- вая этим начальный подогрев электродов лампы и облегчая ее последую- щее зажигание. Стартеры могут иметь различную конструкцию. Приме- няемые в отечественных осветительных установках стартеры представляют собой реле тлеющего разряда в виде миниатюрной разрядной лампы, на- полненной неоном, один из электродов которой биметаллический. При включении между электродами стартера возникает тлеющий раз- ряд, нагревающий биметаллическую пластинку. Биметаллическая пластин- ка изгибается и замыкает через электроды лампы цепь. Разряд в стартере прекращается, и обычно меньше чем через 1 с, вследствие охлаждения кон- тактирующей биметаллической пластинки, цепь стартера прервется. Тогда магнитная энергия (ЭДС самоиндукции) дросселя создает импульс напря- жения, благодаря которому лампа зажигается. Таким образом, схема явля- ется схемой с импульсивным зажиганием. После зажигания лампы стартер 25 уже не может замкнуться, так как его напряжение зажигания больше, чем напряжение на лампе. Для бесстартерных схем изготовляются лампы со специальной конст- рукцией электродов, однако могут использоваться и лампы стартерного за- жигания, но тогда срок их службы сокращается. Использование бесстар- терных схем целесообразно в случаях, когда необходимо более быстрое, чем в стартерных схемах, зажигание ламп, а также при затрудненности дос- тупа к лампам для обслуживания. При бесстартерных схемах наблюдаются большие потери мощности в ПРА (до 35%), чем при стартерных (до 25%). В качестве балластных сопротивлений, стабилизирующих разряд в люминесцентных лампах, используются индуктивные, емкостные и актив- ные сопротивления. При работе на переменном токе в качестве стабилизирующего устрой- ства чаще всего применяют индуктивные сопротивления - дроссели (реак- торы), включаемые последовательно с люминесцентной лампой. На рис. 3.1 приведена схема включения люминесцентной лампы с индуктивным балла- стом. Дроссель представляет собой катушку из медного провода со сталь- ным сердечником. В рабочем режиме дроссель стабилизирует напряжение на лампе, ограничивает величину разрядного тока. Преимуществами дросселей по сравнению с резисторами (активными сопротивлениями) являются меньшие потери энергии и наличие сдвига фаз между напряжением и током, облегчающего повторное зажигание лампы. К недостаткам дросселей следует отнести сравнительно большую мас- су и габариты, а также значительное снижение коэффициента мощности: до 0,5-0,6. Для повышения коэффициента мощности параллельно с лампой включается конденсатор. Применение резисторов в качестве стабилизирующих устройств при работе разрядных ламп на переменном токе, хроме больших потерь элек- троэнергии, неблагоприятно сказывается на сроке службы ламп. Емкостные балласты также применяются редко, так как в таких схемах возникают длительные темновые паузы и толчки тока при повторных зажи- ганиях лампы. Таким образом, ПРА - совокупность элементов, обеспечивающих за- жигание лампы, нормальный режим ее работы при заданных отклонениях напряжения, подавление радиопомех, возникающих при зажигании и рабо- те лампы. ПРА должны удовлетворять следующим требованиям: быть надежны- ми, иметь минимальные собственные потери, стоимость и эксплуатацион- ные расходы, быть безопасными и долговечными. 26 Ряд типов ПРА обеспечивает и еще одну функцию - повышение коэф- фициента мощности комплекта "лампа-ПРА" до требующегося уровня - так называемые компенсированные ПРА. Другие типы ПРА, в которых исполь- зуются только индуктивные или индуктивно-емкостные элементы, не обес- печивают должного уровня коэффициента мощности (некомпенсированные ПРА). При использовании индуктивных некомпенсированных ПРА наряду с ними в части ламп осветительной или облучательной установки приме- няют ПРА, в которых использованы балластные сопротивления преимуще- ственно емкостного характера. В этом случае можно получить удовлетво- рительный коэффициент мощности установки в целом. Конструкционно-эксплуатационные характеристики пускорегули- рующих аппаратов отражены в обозначениях ПРА, регламентированных ГОСТ 16809-71. Обозначение строится по, следующей схеме: 1) число ламп, обслуживающих ПРА; 2) основные характеристики аппаратов: ДБ - дроссель балластный, УБ - стартерный аппарат с предварительным подогревом электродов, АБ – бес- стартерный аппарат горячего зажигания, МБ - аппарат мгновенного зажи- гания; 3) вид балластного сопротивления: И - индуктивное, Е -емкостное, К - компенсированный ПРА; 4) наличие (буква А) или отсутствие (не обозначается) сдвига фаз ме- жду токами многолампового аппарата; 5) мощность и символ лампы (при необходимости) -числитель, напря- жение сети - знаменатель; 6) исполнение: В - встроенное в светильник или кожух, Н - независи- мое; 7) уровень шума: нормальный (не обозначается), П - пониженный, ПП - особо низкий; 8) условный номер разработки. Например, обозначение ПРА типа 2УБК-40/22в АВПП-010 расшифро- вывается следующим образом: ламповый компенсированный стартерный аппарат к лампам мощностью 40 Вт для включения в однофазную сеть 220 В, со сдвигом фаз между токами ламп, встроенного исполнения, с особо низким уровнем шума, с номером разработки 010. В одноламповых светильниках чаще всего устанавливаются аппараты УБИ и АБИ, в светильниках с четным числом ламп - равное число аппара- тов УБИ (АБИ) и УБЕ (АБЕ) или двухламповые компенсированные аппара- ты 2УБК (2АБК), при которых одна из ламп питается током отстающим, другая - опережающим напряжение по фазе. При работе люминесцентных ламп с недокомпенсированным ПРА ко- эффициент мощности комплекта "лампа - ПРА" в зависимости от мощности 27 ламп находится в пределах 0,5 -0,6, при двухламповых компенсированных ПРА- не ниже 0,92, при одноламповых компенсированных" не ниже 0,85. Влияние отклонений и колебаний напряжения на работе люминес- центных ламп сказывается меньше, чем на работе ламп накаливания, но при напряжении, меньшем 85% номинального, зажигание ламп не обеспе- чивается. Зажигание ламп в схемах с УБИ происходит при напряжении се- ти U c 78 – 82 % номинального (U н ), погасание включенных ламп - при U c 63 – 66 % номинального; в схемах с 2УБК лампы зажигаются при U c 75 - 80 %, лампы отстающего тока гаснут при U c 53 - 60 %; в схеме с 2БЛ - 80 зажигание происходит при U c 77 - 82 %, погасание - при U c 65 – 70 %. По условиям окружающей среды ПРА делятся на аппараты для закры- тых отапливаемых и неотапливаемых помещений, для наружных электро- установок. По защите от воздействия окружающей среды различают ПРА следующих исполнений: незащищенное, брызгозащищенное, пылезащи- щенное, для повышенных температур окружающей среды. По уровням радиопомех, создаваемых горящей лампой, ПРА делятся на аппараты с нормальным и пониженным уровнем радиопомех. Последние предназначены для работы в административных и жилых помещениях. Промышленность выпускает унифицированные серии ПРА к люминес- центным лампам мощностью от 40 до 150 Вт. Наиболее широко распро- странены стартерные (УБ) и, бесстартерные (АБ) схемы с индуктивным и емкостным балластом, а также компенсированные пускорегулирующие ап- параты (УБК и АБК). ПРА подразделяются на классы, отличающиеся ре- жимом пуска люминесцентных ламп: ПРА импульсивного зажигания с предварительным подогревом электродов, ПРА горячего зажигания с по- стоянным подогревом электродов, ПРА xo-лодного (мгновенного) зажига- ния. Потери мощности в ПРА стартерного зажигания составляют 20...25 % мощности лампы, в схемах быстрого зажигания 30...35 %. Стоимость бес- стартерных ПРА в 1,5...2 раза выше стартерных, но эти недостатки окупа- ются за счет их большой надежности, некоторого увеличения срока службы ламп в результате создания благоприятных пусковых режимов в ПРА с по- стоянным подогревом электродов и, как следствие, меньших эксплуатаци- онных затрат. ПРА мгновенного зажигания эксплуатационных преиму- ществ не имеют. Осциллограмма напряжений и тока на лампе при включении индук- тивного балласта приведена на рис. 3.2. Напряжение питающей сети, изменяющееся с промышленной часто- той f = 50 Гц, 2f (100) раз в секунду изменяет свою полярность. С такой же частотой (т. е. двойной промышленной) будет повторно зажигаться (пере- зажигаться) люминесцентная лампа. Длительность бестоковых пауз опре- 28 деляется как изменением мгновенного значения напряжения, так и видом балластного сопротивления Рис. 3.2. Осциллограмма напряжений и тока на лампе с индуктивным балластом: М с - напря- жение сети; U л - напряжение на лампе; i - ток лампы; U з , - напряжение зажигания Коэффициент мощности "лампа - ПРА" определяется: |