1. П.В.Пляскин, в.В.Федоров, ю.АБуханов. Основы конструирования электрических источников света.-м.: Энергоиздат, 1983, c.62...105.

2. В.С.Згурский, В.Л.Лисицин,Элементы индикации. Справочник. Энергия, 1980, С.4...40.

3. Г.Г.Ишанин, Э.Д.Панков. Источники и приемники излучения. -М.: Машиностроение. 1982, С.34...37.

4. В.И.Баев Практикум по электрическому освещению и облучению. -М.: Агропромиздат. 1991. -с.67-70.

Лабораторна робота № 2

ДОСЛІДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ПОСЛІДОВНОГО,

ПАРАЛЕЛЬНОГО ТА ЗМІШАНОГО ВКЛЮЧЕННЯ ЛАМП

РОЗЖАРЮВАННЯ

МЕТА РОБОТИ: навчитися обґрунтовувати можливості та особливості включення ламп розжарювання різних потужностей в різноманітних схемах.

СТИСЛІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Будь-яке тіло, температура якого вища абсолютного нуля, здатне до теплового випромінювання. Теплове випромінювання несе з собою енергію випромінювання. Потужність енергії випромінювання та спектральний склад випромінювання даного тіла визначається його тепловим станом, тобто температурою. При невисоких температурах тіла ми маємо діло переважно з інфрачервоним випромінюванням. При збільшенні температури до визначених значень збільшується випромінювання у видимій області спектра (α = 380...770 нм) і воно починає сприйматися як світло.

Однією з найважливіших властивостей теплового випромінювання є те, що воно малоселективне, тобто його енергія розприділена в широкій спектральній області. Зміщення максимума цього спектра по мірі зміни температури абсолютно чорного тіла описується законом Віна

α _т= 2896/Т, (1)

де α _т - довжина хвилі (мкм); Т - температура (°К).

Для слабо нагрітих тіл (Т = 300°К) максимум теплового випромінювання розташований поблизу 10...11 мкм, а для електричних ламп розжарювання (ЛР)

(Т = 2500...2800°К) близько 1,1...1,3 мкм (рис. 2.1).

% Спектральна чутливість променевого та світлового

потоку, відносні одиниці

Рис. 2.1

Лише для такого сильно розігрітого тіла , як сонце (Т ~ 6100°К) максимум випромінювання припадає на видиму область спектра (0,38...0,78 мкм). Одним з найбільш розповсюджених джерел світла є ЛР.

Теплове випромінювання - це випромінювання, яке виникає внаслідок теплового збудження атомів та молекул. Воно випромінюється всіма тілами при любих температурах, більших від абсолютного нуля. Теплове випромінювання тіла характеризується його температурою і є рівноважним: убування енергії, а відповідно, і зниження температури тіла при випромінюванні компенсується за рахунок поглинання енергії. Теплове випромінювання твердих та рідких тіл має безперервний спектр. Для ЛР він має вигляд,зображений на рис. 2.2а. З рис. 2.2а видно, що випромінювання ЛР знаходиться ,в основному, в червоній та інфрачервоній областях спектра. До інфорачервоних променів людське око не чутливе. Око не могло б працювати як орган зору, якби воно сприймало інфрачервоні промені. Максимум власного теплового випромінювання ока при температурі тіла людини 36,6°С припадає на довжини хвиль 9...10 мкм. Якщо б око сприймало інфрачервоні промені з такою чутливістю, яку воно має до жовто-зелених, то власне випромінювання ока склало б 5 млн. кД! Природно, що при наявності такого потужного "прожектора" у власному оці, ми не могли б бачити нічого навкруги. Око не могло б виконувати функції органу зору

Інтенсивність випромінювання

Рис. 2.2

Ультрафіолетові промені також не попадають в око тому, що поглинаються "хрусталіком". І хоча сітківка чутлива до ультрафіолетових променів, світловий діапазон, завдяки захисній ролі кришталика, обривається на 0,38 мкм.

Таким чином, людське око сприймає випромінювання тільки в таких вузьких границях ,як 0,38...0,77 мкм, а ЛР завжди дають жовто-червоне забарвлення усіх предметів.

Середній строк служби ЛР знаходиться в межах від декількох десятків годин до 1...3 тис. годин. На основі багаторічного досвіду прийнято, що ЛР загального призначення доцільно розраховувати на середній строк служби приблизно рівний 1000 год.

Головним показником економічності ЛР, як і інших джерел світла, є світлова віддача. Номінальна світлова віддача ЛР загального призначення знаходиться в межах від 6,7 лм/Вт до 19,1 лм/Вт (див. рис. 2.2б). Відносно невисока світлова віддача ЛР в значній мірі пояснюється їх фізичною природою: світловий ККД вакуумних ЛР дорівнює 1,5 %, а газонаповнених 2-4 %. Одначе і ці рубежі далеко не досягнуті.

Рис. 2.2б

Велика зацікавленість в створенні нових більш ефективних ЛР пояснюється тим, що саме ЛР на сьогоднішній день в Україні є найбільш популярним джерелом світла не тільки в житлових приміщеннях (99 %), але і в промислових будівлях (44%).

Як правило, ЛР включаються , мережу заданої напруги паралельно. При відомому значенні напруги мережі (U_m) і потужності ЛР (Р) можна знайти не тільки струм (І), який протікає через ЛР, а й його (R) тіла розжарювання

I= , А (2)

R=U_m/I = U²_m/P, (3 )

Підбираючи ЛР з однаковим струмом, незалежно від напруги, на яку вони розраховані, можна проводити послідовне включення ЛР. При послідовному з'єднанні ЛР необхідно пам'ятати про те, що опір холодного вольфрамового тіла розжарювання помітно нижчий, ніж гарячого. Формула (2) дозволяє визначити струм лампи в усталеному режимі при розігрітому тілі розжарювання. Тому при послідовному включенні в мережу двох ЛР (див. рис.2.3), одна з яких ЛР1 потужністю 40 Вт і розрахована для вмикання в мережу з напругою 127 В, а друга ЛР2 для кишенькового ліхтаря на напругу 2,5 В і струм 0,29 А, при попередньо замкнутому ключі К, який потім розмикається через 1...2 сек.,- лампи ЛР1 та ЛР2 горять нормально. Якщо ж напругу на лампи подати при розімкнутому ключі К., то лампочка від кишенькового ліхтаря може перегоріти.

ЛР1 – БК 127-40

ЛР – МН 2,5-0,29

Рис. 2.3

При послідовному включені двох ЛР різної потужності, розрахованих на одну й ту ж напругу, яскравість горіння буде різною, яскравіше буде горіти ЛР меншої потужності. Це пояснюється тим, що у ЛР меншої потужності опір тіла розжарювання завжди більший, ніж у ламп більшої потужності. Тому потужність, яка виділяється на ЛР меншої потужності, завжди ближча до номінальної, ніж у ЛР більшої потужності.

Наприклад. Визначити,як будуть горіти ЛР1 (Г 200-100) та ЛР2 (Г 200-15) в схемі рис. 2.3 при розімкнутому ключі К і подачі напруги U_M = 200 В.

Рішення

1. Визначаємо номінальний струм ЛР1 та ЛР2;

І_лр1= 100/200 = 0,5 А;

І_лр2= 15/200 = 0,075 А.

2. Визначаємо номінальний опір ЛР1 та ЛР2:

R_лр1= 200/0,5 = 400 Ом,

Rлр2= 200/0,075 = 2667 Ом

Визначаємо сумарний опір кола рис. 2.3:

RΣ = R_лр1 + R_лр2 = 400 + 2667 = 3067 Ом

В дійсності RΣ так само, як і R_лр1 та R_лр2, будуть меншими, тому що тіла розжарювання лампи будуть нагріті до менших температур в порівнянні з номінальним робочим режимом.

4. Визначаємо струм, який протікає через ЛР1 та ЛР2:

І = 200/3067 - 0,065 А;

5. Визначаємо потужність ламп:

Р_лр1= I²R_лр1= (0,065)² 4ОО = 1,69 Вт

Р_лр2= I²R_лр2= (0,065)² 2667 = 11,40 Вт

Таким чином, на 100 Вт ЛР виділяється всього 1,69 Вт, що майже в 60 разів менше від номінального значення, а на 15 Вт ЛР виділяється 11,4 Вт (=75% від Р_лр2). Тому ЛР1 не буде випромінювати світла взагалі, а ЛР2 буде горіти

достатньо яскраво.

Якщо взяти 5 лампову люстру, то вона завжди розрахована на можливість почергового вмикання окремо двох ЛР, окремо трьох ЛР, або одночасного вмикання п'ятьох ЛР. В цьому випадку з люстри завжди виходить три дроти. Причому один з них (нульовий) відрізняється від двох інших (фазних) по кольору. Для того щоб вказана можливість включення ЛР в люстрі мала місце необхідно люстру підключити в мережу через двохполюсний вимикач так, як це показано на рис. 2.4а.

Рис. 2.4

В цьому випадку при вмиканні ключа Kl (K2 - розімкнутий) будуть, яскраво горіти ЛР1, ЛР2, ЛРЗ (рис. 2.4б); при замиканні ключа К2 (КІ - розім­кнутий) яскраво горять ЛР4 та ЛР5 (рис. 2.4в), при одночасному вмиканні ключів КІ та К2 яскраво горять всі п'ять ЛР (рис. 2.4г). Якщо ж при монтажі люстри буде допущена помилка і люстра буде підключена до мережі так, як це показано на рис.2.4д,е то при замкнутому ключі Kl (K2 - розімкнутий) горять всі п'ять ламп, тільки ЛРІ, ЛР2, ЛРЗ тьмяно, а ЛР4 та ЛР5 трохи яскравіше, але жодна з них не горить на повну потужність (рис.2.4д). При обох замкнених ключах КІ та К2, яскраво горять лампи ЛРІ, ЛР2, ЛРЗ, а лампи ЛР4 та ЛР5 зовсім не горять (рис. 2.4е).

Стійка популярність ЛР пояснюється:

1) низькою собівартістю;

2) зручністю при використанні та обслуговуванні;

3) малими початковими витратами на обладнання освітлення;

4) різноманітністю конструктивного оформлення;

5) широтою параметричного ряду (різні напруги, потужності, світлові

потоки);

6) високою гігієнічністю (немає акустичних шумів при роботі, як це має

місце при використанні люмінесцентних ламп; при руйнуванні колби ЛР оточуюче середовище не забруднюється токсичними продуктами наповнення, як при використанні люмінесцентних ламп, які наповнені ртуттю).

Маркування ЛР складається з слудуючих елементів:

перший елемент – від однієї до чотирьох букв - характеризує лампу по основним фізичним і конструктивним особливостям (В - вакуумна моноспіральна; Г - газонаповнена моноспіральна; Б - газонаповнена біспіральна; К - кріптонова; МТ - з матовою колбою; МЛ - в колбі

молочного кольору; ОП - з опаловою колбою і т.д.), ряд ламп, особливо спеціальних, першого елемента в позначенні не мають;

другий елемент - буквенний вираз з однієї - двох букв визначає призначення лампи (А - автомобільна, Ж - залізнадорожна, KM - комутаторна, ПЖ - прожекторна, CM - для літаків, МН - мініатюрна, МО - місцевого освітлення і т.д.);

третій елемент - цифровий вираз_} визначає номінальну напругу у вольтах і через риску (в залежності від прийнятого маркування даного виду лампи) номінальну потужність у Вт або силу світла в канделах, струм в амперах або світловий потік в люменах; для двохспіральних ламп після номінальної напруги вказують параметри (наприклад потужність) першої та другої спіралей, з'єднаних знаком +;

четвертий елемент - відділена рискою від третього елемента цифра вказує порядковий номер доробки. Для ламп, які розроблені вперше ,четвертий елемент відсутній.

НАПРИКЛАД: БКМТ 220-100-2 - ЛР біспіральна (Б), кріптонова (К) у матовій колбі (МТ), напруга 220 В, потужність - 100 Вт, друга доробка.

ОПИС ДОСЛІДНОЇ ПАНЕЛІ ЛАБОРАТОРНОЇ

УСТАНОВКИ

Випробувальна панель представляє собою підставку, на якій закріплені патрони для різних ЛР. ЛАТР та вимірювальні прилади знаходяться поруч. З'єднання досліджуваних схем здійснюється з допомогою гнучких дротів з наконечниками.

ЗАВДАННЯ

А. Виконується при підготовці до роботи

1. На основі розрахунків показати, як будуть горіти ЛР1 ти ЛР2 в схемі рис. 2.3 при розімкнутому ключі К. Дані для аналізу кожній бригаді з табл. 2.2.

Таблиця 2.2

№ бригади	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Pлр1 , Вт	75	20	40	50	300	15	100	100	150	15	300	500	25	40	75
Uлр1 , В	220	6	28	24	127	127	127	127	127	127	127	127	220	36	220
Pлр2 , Вт	75	6	80	5	50	25	100	100	15	100	50	40	100	100	15
Uлр2 , В	220	2	12	12	24	127	220	127	220	127	21	28	220	220	220
Um , В	200	6	28	36	127	127	127	220	220	127	127	127	220	220	220

2. Як будуть горіти лампи ЛР1, ЛР2, ЛРЗ в схемі рис.2.5 при послідовному з'єднанні трьох ділянок дроту з різних матеріалів. До кінців кожної ділянки під’єднанні ЛР. Дані для аналізу кожній бригаді взяти з табл.2.3.

ЛР1=ЛР2=ЛРЗ

Р_лр= 4 Вт; U_лр=2,5 В

Рис. 2.5

Таблиця 2.3

№ бриг.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
ρ, Ом/мм^2	0,0175 мідь
L, м	10	100	300	100	125	25	75	150	175	90	80	60	25	30	50
d, мм	0,5	0,5	0,5	0,1	0,2	0,3	0,35	0,4	0,45	0,5	0,15	0,2	1,0	0,3	0,5
ρ, Ом/мм^2	0,115 бронза
L, м	10	15	30	15	50	25	150	50	15	30	45	25	25	15	25
d, мм	1,0	1,2	1,4	0,8	0,5	2,0	1,5	2,5	3,0	3,5	4,0	3,5	1,0	0,5	0,7
ρ, Ом/мм^2	0,700 вугілля
L, м	10	2,5	5,0	2,5	7,0	5,0	3,0	2,5	1,5	1,0	0,5	3,5	25	10	20
d, мм	0,5	0,5	0,5	5,0	0,9	0,5	1,0	0,7	0,8	1,2	1,5	1,8	1,0	1	2

При аналізі скористатися формулою

R= ρL/S ,

Де R – опір ділянки кола, Ом;

Ρ – питомий опір матеріалу при t= 20º С, Ом мм²/м;

L – Довжина ділянки кола, м

S – площа поперечного перерізу провідника , мм²

d – діаметр дроту , мм