surse de iluminat

16
SURSE DE ILUMINAT Generalitati Sursele moderne de lumină sunt dispozitive de utilizare ce convertesc energia electrică în radiaţii electromagnetice cu diverse lungimi de undă. Conversia energetică se realizează prin fenomenele de incandescenţă şi luminiscenţă. Incandescenţa constă în emisia de radiaţii vizibile ca urmare a creşterii temperaturii unui corp numit radiator termic. Luminiscenţa este proprietatea materiei de a emite lumină atunci când particulele componente, atomi sau molecule, sunt excitate prin alte procedee decât cele termice. În ambele situaţii radiaţiile luminoase, caracterizate prin [380, 760]nm, sunt generate ca urmare a trecerii electronilor din stări energetice superioare în stări energetice scăzute. Sub aspect energetic, sursele de lumină se caracterizează prin durata de funcţionare D definită ca timpul după care fluxul luminos scade la 80% din valoarea iniţială. După depăşirea acestui timp, funcţionarea lămpii devine neeconomică din punct de vedere energetic. 1. Lămpi electrice cu incandescenţă Lampa cu incandescenţă este un transformator de energie electrică în energie luminoasă. Conversia energetică se realizează pe baza efectului Joule-Lenz al curentului electric ce aduce la incandescenţă un filament metalic ce va emite atât căldură cât şi lumină. Ca element de circuit, lampa cu incandescenţă este un rezistor neliniar, inerţial, cu o caracteristică volt-amper simetrică (fig.1). Lămpile cu incandescenţă, deşi prezintă o mare varietate de tipuri constructive, pot fi grupate în: lămpi cu incandescenţă clasice lămpi cu incandescenţă cu halogeni 1.1. Lămpile cu incandescenţă clasice Principalele elemente constructive sunt: - balonul din sticlă, - filamentul metalic şi - soclul (fig.1.1) 1 Fig.1.1 Lampă cu incandescenţă clasică 1 - filament, 2 - cârlig molibden, 3 - lentilă, 4 - bastonaş, 5 - disc sticlă, 6 - balon, 7 - tub evacuare, 8 – electrozi nichel, 9 - soclu Edison, 10 - soclu Swan

Upload: hashashashas

Post on 17-Dec-2015

266 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

Surse de iluminat

TRANSCRIPT

SURSE DE ILUMINAT

SURSE DE ILUMINAT

Generalitati

Sursele moderne de lumin sunt dispozitive de utilizare ce convertesc energia electric n radiaii electromagnetice cu diverse lungimi de und. Conversia energetic se realizeaz prin fenomenele de incandescen i luminiscen.

Incandescena const n emisia de radiaii vizibile ca urmare a creterii temperaturii unui corp numit radiator termic.

Luminiscena este proprietatea materiei de a emite lumin atunci cnd particulele componente, atomi sau molecule, sunt excitate prin alte procedee dect cele termice. n ambele situaii radiaiile luminoase, caracterizate prin (([380, 760]nm, sunt generate ca urmare a trecerii electronilor din stri energetice superioare n stri energetice sczute.

Sub aspect energetic, sursele de lumin se caracterizeaz prin durata de funcionare D definit ca timpul dup care fluxul luminos scade la 80% din valoarea iniial. Dup depirea acestui timp, funcionarea lmpii devine neeconomic din punct de vedere energetic.

1. Lmpi electrice cu incandescenLampa cu incandescen este un transformator de energie electric n energie luminoas. Conversia energetic se realizeaz pe baza efectului Joule-Lenz al curentului electric ce aduce la incandescen un filament metalic ce va emite att cldur ct i lumin. Ca element de circuit, lampa cu incandescen este un rezistor neliniar, inerial, cu o caracteristic volt-amper simetric (fig.1).

Lmpile cu incandescen, dei prezint o mare varietate de tipuri constructive, pot fi grupate n:

lmpi cu incandescen clasice

lmpi cu incandescen cu halogeni

1.1. Lmpile cu incandescen clasice Principalele elemente constructive sunt:

- balonul din sticl,

- filamentul metalic i

- soclul (fig.1.1)Balonul sau anvelopa lmpii are rolul de a evita contactul dintre aerul atmosferic i filament. El are forme diferite (standard, sferic, lumnare, ptrat) n funcie de destinaia izvorului de lumin. Se poate realiza din diverse tipuri de sticla.

Baloanele din sticl clar transmit n totalitate lumina, dar prezint o luminozitate ridicat, jenant. Din acest motiv se prefer baloanele din:

sticl mat cu asperiti obinut pe cale chimic sau mecanic;

sticl lptoas ce are n compoziie oxizi de thoriu sau fosfor;

sticl opal (opalin) obinut prin acoperirea sticlei clare cu un strat de sili-cai, sau prin includerea n masa sticlei a unor suspensii de ipsos, talc, oxizi de plumb etc.

sticl opalizat prin procedee electrostatice sau prin depunerea unui strat subire de oxid de titan;

sticl colorat i sticl de tip solar cu spectru corectat.

Sticlele mate, lptoase, opaline i opalizate sunt destinate confecionrii lmpilor cu lumin difuz ce asigur un microclimat luminos confortabil.

Soclul lmpii prezint diverse variante constructive (cu filet tip Edison, baionet tip Swan, neted tip sofit cu contacte la ambele capete ale lmpii de form cilindric) i asigur legtura mecanic i electric la dulia corpului de iluminat. n funcie de domeniul de utilizare i tipul constructiv al sursei de lumin, soclurile se confec-ioneaz din aluminiu, alam sau alam nichelat.

Filamentul lmpii se poate realiza din diverse metale greu fuzibile (tantal, rheniu, molibden, wolfram), dar se prefer wolframul sau tungstenul caracterizat prin temperatur de topire ridicat (3665 K), rezisten mecanic bun, volatilizare redus la temperaturi nalte i ductibilitate apreciabil, fapt care permite obinerea prin trefilare a unor fire cu un nalt grad de uniformitate.

Lmpile cu incandescen de utilizare curent se construiesc pentru tensiuni de 125/130, 220 i 230 V, au puteri de 15 .. 1000W, eficacitate luminoas de 10 .. 18 lm/W i o durat de funcionare de 1000 ore.

1.2. Lmpi cu incandescen cu halogeniPerformanele lmpilor cu incandescen clasice sunt limitate de volatilizarea intens a filamentului la temperaturi ridicate. n vederea diminurii acestui proces, concomitent cu mrirea duratei de funcionare i a puterii unitare, au fost concepute i realizate lmpile cu incandescen cu halogeni.

Constructiv, lmpile cu halogeni sunt constituite dintr-un tub cilindric de cuar (material care rezist la temperaturi ridicate), un filament axial din wolfram dublu spiralat i un gaz de umplere (Ar+N, Kr+N, n ultimul timp Kr+Xe) ce conine o cantitate bine determinat de halogen (fig.1.2)

Comparativ cu lmpile cu incandescen clasice, lmpile cu ciclu regenerativ de iod se caracterizeaz prin:

flux luminos constant pe ntreaga durat de funcionare, care este de 2000 de ore;

absena nnegririi balonului;

dimensiuni de gabarit reduse la puteri mari, ceea ce conduce la noi aspecte estetice ale instalaiilor de iluminat interior, n special;

contactele au temperaturi de lucru de 200..300(C i implic socluri de porelan sau calit;

la manevrarea lmpii se interzice contactul balonului cu epiderma, altfel acizii grai ce rmn pe balon conduc la devitrificarea cuarului n timpul funcionrii i la distrugerea lmpii;

2. Lmpi fluorescente cu vapori de mercur de joas presiune

Lmpile fluorescente sunt surse de lumin moderne ce utilizeaz fenomenele de electro- i fotoluminescen, ca urmare a descrcrilor electrice n gaze inerte i vapori de mercur la joas presiune.

2.1. Construcia lmpilor fluorescente

O astfel de surs de lumin se compune (fig. 2.1) dintr-un cilindru de sticl de forme diferite (liniar, circular, U etc.) a crui lungime (L100...2400mm) i diametru (=10...58mm) depinde de puterea izvorului de lumin (Pl=4...200 W). Pereii exteriori sunt acoperii cu pudr fluorescent, la capete se prevd doi electrozi, iar tubul este umplut cu gaz inert la joas presiune i cteva miligrame de mercur lichid i n stare de vapori.

Electrozii de tip preactivat sunt filamente de wolfram dublu spiralate acoperite cu oxizi alcalino-pmntoi ce au o puternic emisiune termoelectronic la temperatura de regim (900C) a catozilor.

Gazul de umplere, argon la o presiune de 3...4 mmHg , are rolul de a uura amorsarea descrcrii, fiind uor ionizabil.

Pudra fluorescent are n structur o substan de baz (luminoforul propriu-zis), un activator metalic i o substan auxiliar. Aceste materiale, bine omogenizate, se topesc la temperaturi ridicate, apoi se macin i rezult un amestec pulverulent a crui cristale sunt de ordinul micronilor (2...4m). Pudra fluorescent, mpreun cu un liant (nitroceluloz) formeaz o past fluid ce se depune pe peretele interior al lmpii.

n calitate de luminofori se utilizeaz diveri silicai, wolframai sau borai ce au fluorescene diverse (galben-verzui, albastru, roietic etc).

2.2. Dispozitive de pornire reglare

Punerea n funciune a lmpilor fluorescente se face la o tensiune mai mare dect cea de regim (tensiunea de aprindere), iar dup amorsarea descrcrii n arc se impune limitarea curentului prin lamp. Aceste condiii de amorsare i stabilizare a descrcrii se realizeaz cu ajutorul unor elemente auxiliare de circuit, numite generic dispozitive de pornire-reglare i constituite din starter i balast.

Starterul are rolul de a asigura prenclzirea filamentelor i de a ntrerupe, dup un anumit timp, curentul acestora. El se prezint sub diverse forme constructive i una din variantele larg utilizate este starterul cu licrire. Acesta (fig. 2.2) se compune dintr-un tub de sticl umplut cu gaz inert (Ne, Ar) la joas presiune i prevzut cu doi electrozi, unul fix -din nichel i cellalt mobil din bimetal. Dup principiul de funcionare, starterul descris este o lamp cu electrozi reci ce lucreaz n regim de licrire normal, iar dup funcia de circuit ndeplinit este un contact normal deschis cu temporizare la nchidere.

Pentru corecta funcionare a montajelor cu starter este necesar ca ntre tensiunile : Us de amorsare a starterului, Ul de regim a lmpii i Ur a reelei de alimentare s existe relaia :

Ul < Us < Ur

Balastul sau aparatul de preconectare are rolul de a asigura supratensiunea de amorsare a lmpii la ntreruperea circuitului de filamente de ctre starter i de a menine stabil punctul de funcionare al descrcrii n arc.

2.3. Funcionarea lmpilor fluorescente n montaje cu starter cu licrire

S considerm (fig. 2.3) un balast inductiv BI nseriat cu o lamp fluorescent LF ale crei filamente F sunt interconectate prin starterul S.

La conectarea montajului la reea, tensiunea de alimentare ur se regsete la bornele starterului i n acesta se amorseaz o descrcare normal n licrire ce va nclzi gazul inert. De la acesta se nclzete bimetalul, care se dilat i, n final, nchide contactul normal deschis. Curentul din circuitul + us, F, S, F, BI, - us nclzete puternic filamentele i pregtete lampa fluorescent pentru amorsare (se ionizeaz gazul inert i se vaporizeaz mercurul).

ntre timp, gazul din starter se rcete, bimetalul revine n poziia iniial i ntrerupe brusc circuitul de filamente.

2.4. Montaje cu lampi fluorescente

2.4.1. Montaje cu aprindere cu starter

Starterul are rolul de a nchide circuitul format din balast (drosel) i electrozii lmpii, iar dup prenclzirea filamentelor s-l ntrerup brusc. Variaia rapid a curentului prin balast genereaz, prin autoinducie, un impuls de tensiune care va amorsa lampa.

Montajul cu balast inductiv (fig.2.4-a) se obine prin nserierea lmpii fluorescente cu o bobin D cu miez de fier i ntrefier.

Montajul cu balast capacitiv (fig.2.4-b) are elementul de limitare stabilizare a descrcrii format din ansamblul serie drosel normal D - capacitor C, astfel ales nct lampa s funcioneze la curentul nominal.

Montajul duo (fig.2.5) rezult prin conectarea n paralel, n acelai corp de iluminat, a unui montaj inductiv cu unul capacitiv. n acest caz efectul stroboscopic este practic nlturat datorit defazajului de circa 120 electrice ntre curenii lmpilor, deci i ntre fluxurile luminoase emise.

Montajul tandem (fig. 2.6-a) permite alimentarea n serie a dou lmpi de 20 W prin intermediul unui balast inductiv sau capacitiv, destinat lmpilor de 40W. Montajul lucreaz la un factor de putere km 0,4...0,5 i este frecvent ntlnit la corpurile de iluminat echipate cu dou lmpi LFA 20.

Montajul dublu tandem ( fig. 2.6-b ) rezult din conectarea n paralel, pe acelai corp de iluminat, a dou montaje tandem, unul cu balast inductiv i cellalt cu balast capacitiv. Ansamblul are avantajele prezentate la montajele duo i lucreaz la km 0,95.

3. Lmpi cu descrcri n vapori de mercur3.1. Lmpi cu vapori de mercur la joas presiune

Structura de principiu a unei astfel de lmpi are urmtoarele elemente:

un tub de descrcare din sticl sau ceramic, prevzut la capete cu electrozi din wolfram i n care se gsete un gaz inert i o anumit cantitate de mercur sau sodiu;

structur metalic pentru centrarea-fixarea tubului de descrcare i alimentarea cu energie electric a electrozilor;

un balon protector din sticl ce poate fi vidat sau umplut cu un amestec de gaze inerte din punct de vedere electric;

un soclu metalic (filetat, baionet sau alt variant constructiv).

Clasificarea acestor izvoare de lumin se face dup natura vaporilor metalici i presiunea lor din timpul funcionrii. Conform acestui principiu deosebim:

- lmpi cu vapori de mercur la joas sau nalt presiune;

- lmpi cu vapori de sodiu la joas sau nalt presiune.Lampa (fig.3.1) se compune dintr-o incint cilindric de sticl 1, n care se introduce un gaz inert (argon, neon) la joas presiune i cteva miligrame de mercur. La capetele acestui tub de descrcare se plaseaz electrozii principali E1 i E2 (filamente dublu spiralate din tungsten) acoperite cu materiale termoemisive (oxizi de bariu, stroniu, calciu). n vecintatea unuia din electrozii principali, E1, se dispune electrodul auxiliar E3, conectat prin rezistena de limitare R=25 k( la cellalt electrod principal. Ansamblul descris, inclusiv cile de curent 2 i elementele de susinere 3, se protejeaz de aciunea distructiv a mediului prin balonul cilindric 4, din sticl clar. Spaiul dintre cele dou incinte se umple cu gaz inert (argon, azot) ce are rolul de a uniformiza temperatura tubului de descrcare n regim normal de funcionare i de a evita apariia arcului electric ntre intrrile de curent. Balonul de sticl are la unul din capete soclul filetat 5.

Lmpile cu descrcri n vapori de mercur la joas presiune au puteri cuprinse n gama P=801000 W, eficaciti luminoase de =3040 lm/W, durate de funcionare D=3000 ore i se recomand numai pentru iluminatul exterior deoarece au un indice de redare a culorilor IRC de valoare sczut.3.2. Lmpi cu vapori de mercur la inalta presiune

Lampa cu vapori de mercur la nalt presiune (fig.3.2) are ca principal element constructiv un tub de descrcare 1 din sticl de cuar transparent la radiaii ultraviolete i rezistent la temperatura de regim a arcului electric. n tub se introduce un gaz inert (argon) i mercur (10..300 mg n funcie de puterea lmpii), iar la capete se prevd electrozii principali E1, E2 i electrodul secundar E3. Electrodul principal este constituit dintr-o baghet metalic pe care se nfoar un filament de wolfram dublu spiralat i acoperit cu material termoemisiv. Electrodul secundar este o srm de wolfram sau molibden plasat n vecintatea unui electrod principal i conectat galvanic la cellalt electrod principal prin rezistena de limitare R=25 k.

Tubul de descrcare, elementele de susinere 2, cile de curent 3 i rezistenele de limitare se introduc ntr-un balon ovoidal de sticl 4 a crui form corespunde cu una din izotermele (~350oC) cilindrului de cuar. Balonul 4 este umplut cu gaz inert (argon, argon+azot) ce ajunge la presiunea atmosferic n timpul funcionrii lmpii.

Anvelopa de sticl 4 are funciuni multiple i anume: protejeaz elementele componente ale sursei de aciunea distructiv a factorilor de mediu; asigur echilibrul termic al descrcrii n arc prin uniformizarea pierderilor convective, deci independena funcionrii de temperatura mediului ambiant; absoarbe radiaiile ultraviolete i permite modificarea caracteristicilor fotometrice ale descrcrii; diminueaz, prin mtuirea suprafeei interioare, luminana ridicat a tubului de descrcare.

Lampa este prevzut cu un soclu metalic 6 cu filet E27 sau E40 (la puteri mari) a crui temperatur este de maximum 200 oC, respectiv 250 oC.

Racordarea la reea se face prin intermediul unui balast inductiv B, iar aprinderea lmpii are loc n dou etape, ca i n cazul lmpilor de joas presiune.Descrierea intrerupatoarelor utilizate1.Intrerupator simplu (uniploar)Intrerupatorul simplu inchide si deschide o conexiune electrica (pe un singur fir)

2.Intrerupator cap scara

Intrerupatoarele cap scara nu sunt doar simple aparate care inchid si deschid circuitul ca in cazul unui simplu intrerupator. Ele joaca rolul unui comutator, avand in permanenta un contact inchis (indiferent de pozitia lui pornit/oprit)

3.Intrerupator cruce

Spre deosebire de intrerupatoarele cap scara care comuta intre doua pozitii respectiv 0-1 sau 0-2 (dupa cum am vazut) la instalatiile cap scara, intrerupatorul cruce comuta doua conexiuni respectiv A-B si C-D in A-D si B-C

Pe scurt acesta inverseaza cele doua ramuri(conductori care se leaga intre aparatele cap scara) ale intrerupatoarelor cap-scara.

4.Variator (dimmer) Variatorii de lumin sunt dispozitive care regleaza nivelul de lumina. Principiul lor de funcionare este acela c permit trecerea curentului electric numai pentru o mai mic sau mai mare poriune dintr-o alternan (a tensiunii de alimentare cu frecvena de 50Hz). Pentru o sarcin rezistiv cum sunt becurile cu incandescen acest lucru se traduce n emisia unei lumini de o intensitate mai mic. Variatoarele nu se pot folosi la becuri economice sau lampi cu LEDuri.Lucrri practice

Lucrarea NR.1

-s se realizeze circuitul de aprindere cu bec incandescent/economic i ntreruptor

Lucrarea NR.2

-s se realizeze circuitul de aprindere lamp de nalt presiune cu vapori de mercur, cu drosel i ntreruptor.

Lucrarea NR.3

-s se realizeze circuitul de aprindere lamp cu vapori de mercur cu autoaprindere i ntreruptor

Lucrarea NR.4

-s se realizeze circuitul de aprindere lamp fluorescent 18 W cu starter, drosel i ntreruptor

Lucrarea NR.5

-s se realizeze circuitul de aprindere lamp fluorescent cu drosel electronic i ntreruptor.

Lucrarea NR.6

-s se realizeze circuitul de aprindere a 2 lamp fluorescente 18 W cu startere, drosel i ntreruptor.

Lucrarea NR.7

-s se realizeze circuitul de aprindere bec cu incandescen cu variator de intensitate luminoas

Lucrarea NR.8

-s se realizeze circuitul de aprindere iluminat incint cu 2 intreruptoare cap-scar

Desfasurarea lucrarii

Obiectivul lucrarii este familiarizarea cu diversele tipuri de surse de iluminat, modul de conectare a acestora, precum si modalitatea de comanda.

Standul experimental are o structura modulara.

Este compus din 6 parti.

1. reprezinta o schema de alimentare cu automentinere.

2. modulul de masurare a tensiunii, curentului si puterii din circuit

3. actionarea prin intermediul unui comutator bipolar a unei lampi cu filament si a unei lampi cu halogen.

4. actionarea unei lampi cu vapori de mercur de joasa presiune prin intermediul unui dispozitiv de comutatoare cap scara.

5. conectarea si actionarea unei lampi fluorescente

6. actionarea unei lampi economice cu balast electronic prin intermediul unui denzor de miscare.

Dupa efectuarea conexiunilor, conform instructiunilor conducatorului lucrarii, se va trece la alimentarea cu energie electrica a standului experimental.

Se va actiona butonul de pornire. (punerea in evidenta a schemei cu automentinere)

Se vor introduce pe rand in circuit modulele 3, 4, 5 si 6, masurandu-se de fiecare data curentul si tensiunea.

Se va calcula puterea absorbitita.

Se va conecta apoi in circuit watmetrul, pentru fiecare din modulele 3, 4, 5 si 6 si se va citi indicatia acestuia.

Toate valorile se vor trece in tabelul de mai jos.

Se vor compara marimile citite cu valorile obtinute prin calcul.

Se vor trage concluzii referitoare la consumul de putere pentru fiecare categorie de lampi.

Module

3456

U

I

P(calculata)

P(citita)

Fig.1.1 Lamp cu incandescen clasic

1 - filament, 2 - crlig molibden, 3 - lentil, 4 - bastona,

5 - disc sticl, 6 - balon, 7 - tub evacuare, 8 electrozi nichel,

9 - soclu Edison, 10 - soclu Swan

Fig.1.2 Lamp cu ciclu regenerativ de iod

1 intrare curent, 2 tub cuar, 3 filament de wolfram,

4 suport filament, 5 amestec gaz umplere i iod

Fig. 2.1 Lamp fluorescent liniar

1 soclu, 2 argon, 3 perete de sticl, 4 pudr fluorescent, 5 filament, 6 mercur

mercur

L

(

1

2

3

4

5

6

7

6

5

4

3

2

1

Fig. 2.2 Starter cu licrire

1 tub sticl, 2 electrod mobil, 3 electrod fix, 4 caset PVC, 5 born, 6 plac borne, 7-condensator

Fig. 2.3 Montaj cu balast inductiv

S

F

F

LF

BI

e

+

+

ur

i

S

S

LF

LF

D

D

BC

BI

US

US

C

b)

a)

Fig. 2.4 Montaje cu balast inductiv (a) i capacitiv (b)

i - curentul din circuit, ul tensiunea pe lamp, ub tensiunea pe balast, S starter cu licrire, LF lamp fluorescent, D drosel, C capacitor, BI balast inductiv, BC balast capacitiv

S

S

US

BC

BI

Fig. 2.5 Montaj duo

Fig.2.6 Montaje tandem (a) i dublu tandem (b)

a

BI

Us

S

S

b

BI

BC

Us

S

S

S

S

3

E2

1

E1

2

3

6

~

E3

4

2

5

R

B

C

Fig. 3.2 Lamp cu vapori de mercur la nalt presiune

4

E2

3

2

1

E1

E3

R

5

~

B

C

Fig. 3.1 Lamp cu vapori de sodiu la joas presiune

PAGE 3