Тольяттинский государственный университет

Институт энергетики и электротехники

Кафедра «Электроснабжение и электротехника»

Лабораторная работа №1

«Изучение конструкции ламп накаливания. Исследование светотехнических характеристик светильников с лампами накаливания»

по дисциплине «Светотехника»

Проверил: Платов В.И.

Исполнитель: Назаров М.А.

Осипов А.Д.

Цветков Е.Д.

Ковалевич В.Г.

Группа: ЭЭТп-1401

Тольятти, 2017

1. Цель работы

Исследование зависимости тока, мощности, освещенности, световой отдачи и светового потока ламп накаливания от напряжения сети.

2. Программа работы

   1. Изучить устройство лампы накаливания, в качестве которой используется лампа накаливания ЛОН 40 (мощность P=75 Вт, тип цоколя Е27, длина 110 мм, диаметр 61 мм, световой поток 420 лм);

   2. Записать паспортные параметры. Замерить сопротивление лампы (r_EL1oc) при температуре окружающей среды (t_oc, °C);

   3. Перед включением стенда в работу убедиться, что все тумблеры SA1...SA18 разомкнуты. Автоматическим выключателем QF1 включить напряжение 220 В на лабораторный стенд;

   4. На стенде включить тумблер SA1;

   5. Изменяя напряжение на зажимах лампы автотрансформатором TV, по показаниям цифрового мультиметра и люксметра PG снять зависимости тока, мощности и освещенности от напряжения сети. Интервалы изменения напряжения рекомендуются 20 В в диапазоне от 0 до 240 В;

   6. По полученным данным вычислить следующие значения:

а) сопротивление лампы при работе, Ом:

, (2.1)

где U_EL1, I_EL1 – напряжение и ток лампы, определяемые по цифровому мультиметру (дисплей L1);

б) световой поток (приближенно), лм:

, (2.2)

где l – расстояние от тела накала до фотоэлемента, м;

E_EL1 – освещенность по показаниям люксметра, лк;

в) световую отдачу, лм/Вт:

, (2.3)

где P_EL1 – потребляемая лампой мощность, Вт по цифровому мультиметру (дисплей L1);

г) температуру тела накала, К:

, (2.4)

где r₀ – сопротивление нити лампы при 0°С, Ом,

, (2.5)

где α₁ – температурный коэффициент сопротивления, град^-1;

для вольфрама принимается α₁=0,0052 град^-1.

Световой КПД лампы при номинальном напряжении определяется по формуле:

, (2.6)

где η_L – коэффициент преобразования мощности в лучистый поток (для ламп накаливания η_L=0,9).

7. Результаты изменений и вычислений свести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Результаты исследований для лам накаливания.

Результаты измерений							Результаты вычислений
UEL1		IEL1		EEL1	PEL1		rEL1		T		FEL1		ην
В	о.е.	А	о.е.	лк	Вт	о.е.	Ом	о.е.	К	о.е.	лм	о.е.	10-4 лм/Вт	о.е.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
20	0,09	0,09	0,3	0	1,93	0,03	222	0,3	1360	0,32	0	0	0	0
40	0,18	0,12	0,4	0	5,1	0,08	333	0,45	2000	0,46	0	0	0	0
60	0,27	0,15	0,5	0	9,15	0,14	400	0,55	2384	0,55	0	0	0	0
80	0,36	0,17	0,57	0	14,2	0,21	471	0,64	2791	0,65	0	0	0	0
100	0,45	0,19	0,63	1	20	0,30	526	0,72	3112	0,72	2	0,04	1,39	0,14
120	0,55	0,21	0,7	2,5	26,5	0,40	571	0,78	3371	0,78	4	0,1	2,62	0,26
140	0,64	0,23	0,77	4,8	34,5	0,52	609	0,83	3586	0,83	8	0,2	3,87	0,39
160	0,73	0,25	0,83	7,7	41,1	0,62	640	0,87	3766	0,88	13	0,32	5,21	0,52

Продолжение таблицы 2.1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
180	0,82	0,27	0,9	12,2	49,7	0,75	667	0,91	3920	0,91	21	0,51	6,82	0,68
200	0,91	0,28	0,93	17,5	57,4	0,87	714	0,97	4194	0,97	30	0,73	8,48	0,85
220	1	0,3	1	23,9	66,3	1	733	1	4304	1	41	1	10,02	1
240	1,09	0,31	1,03	32,5	75	1,13	774	1,06	4539	1,05	56	1,36	12,05	1,2

8. По результатам, представленным в таблице, построить графики I_EL1, E_EL1, T, P_EL1, F_EL1, в функции U_EL1.

3. Ход работы

При снятии сопротивления с помощью мультиметра получаем r_EL1ос=36 Ом.

По формуле 2.5 рассчитаем сопротивление нити лампы при 0°С:

Ом.

Проведем расчет на примере 100 В.

По формуле 2.1 рассчитаем сопротивление:

Ом.

Рассчитаем температуру тела накала по формуле 2.4:

К.

По формуле 2.2 рассчитаем световой поток:

лм.

Получаем световую отдачу по формуле 2.3:

.

Световой КПД лампы при номинальном напряжении по формуле 2.6:

.

По аналогии рассчитаем для остальных напряжений и занесем результаты в таблицу 2.1.

Запишем следующий скрипт в MatLab и построим график (рисунок 3.1). Остальные графики по аналогии:

clear, clc, close all

for i=1.0: 1.0: 12.0

disp(i);

uel(1,i)=20*i;

end

ueloe=uel/uel(1,11);

iel=0.01*[9 12 15 17 19 21 23 25 27 28 30 31];

ieloe=iel/iel(1,11);

eel=[0 0 0 0 1 2.5 4.8 7.7 12.2 17.5 23.9 32.5];

pel=[1.93 5.1 9.15 14.2 20 26.5 34.5 41.1 49.7 57.4 66.3 75];

peloe=pel/pel(1,11);

rel=uel./iel;

reloe=rel/rel(1,11);

reloc=36;

toc=15;

alpha=0.0052;

r0=reloc/(toc*alpha+1);

T=(rel-r0)/alpha*r0+273;

l=0.4;

fel=3.4*l*l*eel;

kpd=fel/683/0.9/pel;

plot(uel,iel,'g');

xlabel('U_{EL1}, В');

ylabel('I_{EL1}, А');

grid on

Рисунок 3.1 – График зависимости тока от напряжения

Рисунок 3.2 – График зависимости освещенности от напряжения

Рисунок 3.3 – График зависимости температуры от напряжения

Рисунок 3.4 – График зависимости мощности от напряжения

Рисунок 3.5 – График зависимости светового потока от напряжения

Вывод

В ходе проведенного эксперимента мы выяснили, что при увеличении напряжения ток возрастает линейно; зависимость освещенности и мощности от напряжения имеет вид параболы, следовательно, при увеличении напряжения в n раз освещенность и мощность увеличатся в n² раз; при увеличении температуры напряжение будет увеличиваться по экспоненте. Зависимость светового потока от напряжения показывает, в какой момент и при каком напряжении лампочка начинает гореть и то, что при увеличении напряжения световой поток будет возрастать по параболе.