Достоинствами галогенных ламп накаливания являются повышенный срок службы (до 10 тыс. часов), высокая световая отдача (до 29 лм/Вт). Недостатки - высокая стоимость и необходимость эксплуатации только в горизонтальном положении.

Люминесцентные лампы.

Люминесцентные лампы работают на основе люминесценции - свечения газа в трубке лампы под действием электрического тока. В отличие от ламп накаливания в газоразрядных источниках света светящимся телом является участок межэлектродного промежутка. До включения в сеть газоразрядная лампа является диэлектриком. Под действием приложенного напряжения происходит ионизация газового промежутка и он становится проводником электрического тока. Для зажигания таких ламп необходимо приложить напряжение из расчета 500...1000 В на 1 м длины трубки. После зажигания лампы сопротивление ее значительно уменьшается, поэтому рабочий ток необходимо ограничивать. Для этих целей служат пускорегулирующие аппараты (ПPА).

Устройство люминесцентной лампы.

На внутреннюю поверхность стеклянной трубки (колбы) равномерно по всей длине нанесен тонкий слой люминофора, преобразующий ультрафиолетовую часть излучения разряда в парах ртути в видимое излучение. Благодаря люминофору световая отдача в люминесцентной лампе доходит до 75 лм/Вт. В качестве люминофора в люминесцентных лампах применяется галофосфат кальция, активированный марганцем и сурьмой, изменяя соотношение которых, можно изменять цветность излучения.

Электроды, которые находятся на концах колбы (рис.4), выполняются из вольфрама. Для улучшения термоэлектронной эмиссии электроды покрываются веществом, состоящим из карбонатов бария, стронция и кальция. Для возникновения ультрафиолетовых лучей в лампу добавляется дозированное количество ртути. После зажигания лампы ртуть испаряется и газовый разряд теперь идет уже в парах ртути. При движении электроны сталкиваются с атомами ртути и отдают им часть кинетической энергии. При этом электроны атома ртути переходят на некоторую новую орбиту. Такая структура возбужденного атома нестабильна. Электрон стремится перейти в свое прежнее положение. При обратном его переходе на более низкий энергетический уровень выделяется квант лучистой энергии, преобладающими в этом излучении являются ультрафиолетовые лучи. Колба лампы наполнена инертным газом аргоном, который способствует надежному горению разряда в трубке, облегчению зажигания лампы и уменьшению распыления электродов. Давление газа составляет 400 Па (3 мм. рт. ст). Наиболее распространенными являются люминесцентные лампы ЛД-40, ЛБ-40, название которых расшифровывается следующим образом: люминесцентная, дневного (или белого) света, мощностью 40 Вт.

Рис.4. Устройство люминесцентной лампы.

Пускорегулирующие аппараты со стартерным зажиганием.

Стартер представляет собой стеклянный баллон, наполненный газом неоном. В баллон впаяны два электрода, один из которых биметаллический. Параллельно контактам стартера включается конденсатор для устранения радиопомех.

Дроссель-катушка с большим числом витков необходим для создания импульса напряжения при зажигании лампы и для ограничения тока, протекающего через лампу.

Работа люминесцентной лампы.

При подаче напряжения на лампу (рис.2) начальный ток потечет по следующей цепи: клемма сети, дроссель, первичный электрод лампы, стартер, второй электрод лампы, клемма сети. Величина этого тока незначительная и составляет доли ампера. Этот ток, проходя через газ между электродами стартера, нагревает этот газовый промежуток (т.к сопротивление этого газового слоя довольно велико). Вместе с газом нагреваются и электроды стартера. Биметаллический электрод при нагревании изгибается и соединяется со вторым электродом. При замыкании контактов стартера ток в цепи резко увеличивается, т.к исключается сопротивление газового промежутка стартера. Величина этого тока, в основном, определяется индуктивным сопротивлением дросселя. Ток, который течет по цепи при замкнутых контактах стартера называется пусковым током. Пусковой ток разогревает электроды люминесцентной лампы до температуры около 1000°К. Лампа готова к зажиганию. Так как электрическое сопротивление замкнутых электродов стартера мало, они охлаждаются (Q=I2R) и размыкаются (биметаллический электрод возвращается в начальное положение). При размыкании контактов стартера ток в цепи резко уменьшается, такое резкое уменьшение тока вызывает быстрое уменьшение магнитного поля дросселя, что в свою очередь приводит к возникновению ЭДС самоиндукции, импульс которой достигает 500...600 В. Это напряжение, накладываясь на напряжение сети, пробивает газовый промежуток в лампе, и начинается электрический разряд в газе, а затем и в парах ртути. Невидимое для глаза ультрафиолетовое излучение, возникающее в результате этого разряда, облучает слой люминофора и вызывает видимое свечение его.

Стробоскопический эффект.

Люминесцентные лампы, работающие на переменном токе, создают пульсирующий световой поток. Эта пульсация светового потока значительно больше, чем у лампы накаливания.

Освещение движущихся предметов пульсирующим световым потоком приводит к так называемому стробоскопическому эффекту, который выражается в искаженном представлении об истинном состоянии движения. Так, при совпадении частоты пульсации светового потока и скорости вращения предмета, вращающаяся часть кажется неподвижной, что может привести к травматизму. В других случаях предмет может казаться движущимся в обратном направлении. Простейшей мерой уменьшения глубины пульсаций светового потока является включение соседних люминесцентных ламп в разные фазы трехфазной системы тока.

Преимущества и недостатки люминесцентных ламп.

По сравнению с лампами накаливания люминесцентные лампы имеют следующие преимущества:

у них значительно большая световая отдача - до 75 лм/Вт (у ламп накаливания общего пользования - до 20 лм/Вт);

более благоприятный спектр излучения;

невысокая температура поверхности трубки;

срок службы до 10000 часов (у лампы накаливания - до 1000 часов).

Недостатками люминесцентных ламп являются:

сложная конструкция (требуется пуско-регулирующая аппаратура);

большие габариты;

чувствительность к температуре окружающей среды (при t°<0 зажигание не гарантируется).

3. Подготовка к работе люксметра.

Люксметр Ю-116 состоит из измерителя, который представляет собой прибор магнитоэлектрической системы, обозначенный на схеме 1 буквой PL и отдельного селенового фотоэлемента BL. Фотоэлемент с насадкой, расположенный в пластмассовом корпусе, соединяется с измерителем шнуром при помощи разъемного соединения. Прибор имеет две шкалы: 0-100 и 0-30.

При нажатой правой кнопке следует пользоваться шкалой 0-100, а при нажатой левой - шкалой 0-30. Показания прибора в делениях по соответствующей шкале умножается на коэффициент ослабления, который зависит от применяемой насадки, имеющей на своей поверхности маркировку КМ, КP и КТ и равняется соответственно 10, 100, 1000. Например, на фотоэлементе установлена насадка КP, нажата левая кнопка, стрелка показывает 10 делений по шкале 0-30. Измеряемая освещенность равна 10&100= 1000 лк.

4. Световые и электрические характеристики источников света.

4.1 Номинальное напряжение - это напряжение, на которое лампа рассчитана для работы. Лампы накаливания общего назначения выпускаются на следующие диапазоны напряжений: 215...225; 220...235; 230...240; 235...245 В. Для увеличения срока службы следует приобретать лампы с с большим номинальным напряжением. Люминесцентные лампы, в основном, рассчитаны на напряжение сети 220 В, причем на самой лампе, в зависимости от мощности, падение напряжения составляет 102...110 В, остальная часть напряжения падает на дросселе.

4.2 Электрическая мощность лампы указывается как средняя величина для номинального значения напряжения. Промышленность выпускает лампы накаливания общего назначения мощностью от 15 до 1000 Вт.д.иапазон мощностей люминесцентных ламп меньше и составляет, в основном, 15...80 Вт.

4.3 Световой поток характеризует мощность видимого излучения, оцениваемого глазом человека, измеряется в люменах (лм). Световой поток можно выразить через освещенность, измеренную люксметром:

Ф = 4Еl2

где Е - освещенность, лк;

l - расстояние между лампой и фотоэлементом, м;

4.4 Световая отдача характеризует экономичность источника света и определяется отношением излучаемого светового потока к мощности лампы:

 лм/Вт

где P - мощность лампы, Вт.

4.5 Световой КПД. Многочисленными измерениями установлено соотношение между мощностью и световым потоком - ваттом и люменом: 1 Вт=683 лм при однородном излучении с длиной волны, равной 555 нм. Отсюда световой КПД

4.6 Срок службы. Средний срок службы лампы накаливания общего назначения составляет 1000 часов. На срок службы значительно влияет колебание напряжения. Зависимость имеет вид:

где , UН - соответственно срок службы и напряжение по паспортным данным. Срок службы люминесцентных ламп составляет 5000...10000 часов, причем срок службы уменьшается как при увеличении, так и при уменьшении напряжения относительно номинального.

Таблица 1.

Таблица 2.

Сопротивление лампы определяется по закону Ома:

 Ом

Активная мощность, потребляемая из сети, расходуется в дросселе и в лампе. Мощность лампы:

. Ки, Вт

где: Ки - коэффициент искажений (Ки =0,6...0,7)

Активную мощность дросселя можно определить как разность показаний ваттметра и мощности лампы

 Вт

Содержание ОТЧЕТА

1. Название, цель работы.

2. Схемы, таблицы.

3. Графики зависимости H = f (P) для лампы накаливания и люминесцентной лампы в общих координатных осях.

4. Аналогично п.3 график = f (P).

5. Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. С какой целью лампы накаливания заполняются инертным газом?

2. Чем объясняется повышенный срок службы галогенных ламп по сравнению с обычными лампами накаливания?

3. Как увеличить срок службы ламп накаливания?

4. Назначение дросселя и стартера в схеме зажигания люминесцентной лампы.

5. От чего зависит цветность излучения люминесцентной лампы?

6. Преимущества и недостатки люминесцентных ламп.

7. После зажигания люминесцентной лампы отключили стартер. Лампа будет работать или погаснет?

8. Что такое стробоскопический эффект и как уменьшить его влияние?

9. Почему для искусственного досвечивания растений применяют люминесцентные лампы и практически не используют лампы накаливания?

Литература

1. Прищеп Л.Г. Учебник сельского электрика. - М.: Агропромиздат, 1986,с.245 - 368.

Методические указания к лабораторной работе № 12

"Исследование полупроводниковых выпрямителей переменного тока"

Теоретические сведения

Именно p-n переход является основой любого полупроводникового диода и определяет его свойства, технические характеристики и параметры.

Если к катоду присоединить "минус" источника питания, а к аноду - "плюс", то электроны из области n будут стремиться достичь анода, а "дырки" из области р будут притягиваться "минусом" катода. Следовательно, через p-n переход будет протекать ток, и диод будет открыт. Если изменить полярность, приложенную к выводам диода, то электроны из области n будут притягиваться "плюсом" катода, а "дырки" области р - "минусом" анода, и ток через p-n переход протекать не будет, следовательно, диод будет закрыт.

Таким образом, диод - это прибор, обладающий односторонней проводимостью, т.е. Через диод ток может протекать только в одном направлении. Существуют различные схемы выпрямителей переменного тока. Простейшей является схема выпрямителя с одним диодом (рис.2а).

В данном случае через нагрузку RН протекает ток только одной полуволны (рис.2 б). Поэтому среднее значение выпрямленного напряжения значительно меньше входного и составляет 0,45 от действующего напряжения на входе выпрямителя

U0 = 0,45Uвх

Недостатком данной схемы является очень высокий коэффициент пульсаций:

U~1

КП = - --

Ud

где U~1 - амплитуда переменной составляющей основной гармонии выпрямленного напряжения;

Ud - среднее значение выпрямленного напряжения.

Коэффициент пульсации показывает, насколько выпрямленное напряжение отличается от прямой линии. Для приведенной выше схемы КП=1,57.

С целью уменьшения пульсаций чаще всего применяют мостовую схему с четырьмя диодами (рис.3а):

В данном случае через нагрузку протекает ток обоих полупериодов. Так, при положительной полуволне входного напряжения ток протекает по следующей цепочке: клемма 1®VD2®RH®VD3®клемма 2; при отрицательной полуволне (т.е. когда к первой клемме подводится "минус", а ко второй "плюс") ток протекает по следующей цепочке: клемма 2®VD4®RH®VD1®клемма 1. Следовательно, при обеих полуволнах входного напряжения через нагрузку протекает ток в одном направлении (рис.3б). При этом среднее значение выпрямленного напряжения составляет 0,9 от действующего входного напряжения U0=0,9Uвх.

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения значительно меньше, чем у предыдущей схемы (рис.2а): КП=0,67.

Аналогичный коэффициент пульсации дает схема с двумя диодами, но в этом случае еще необходим трансформатор с нейтральной точкой, поэтому такая схема применяется реже, в данной работе ее рассматривать не будем.

Для выпрямления трехфазного тока самой распространенной является мостовая схема (рис.4а).

В данной схеме одновременно от каждой фазы ток протекает по двум цепочкам (от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом):

Фаза A®VD1®RH®VD5®фаза В

Фаза A®VD1®RH®VD6®фаза С

Фаза В®VD2®RH®VD6®фаза С

Фаза В®VD2®RH®VD4®фаза А

Фаза С®VD3®RH®VD4®фаза А

Фаза С®VD3®RH®VD5®фаза В

При этом выходное напряжение близко к амплитудному значению линейного напряжения и составляет:

Uâûõ = 2,34Uô. âõ

На рис.4б видно, что пульсации выходного напряжения совсем незначительные и для данной системы КП=0,05.

Для уменьшения пульсации выходного напряжения применяют сглаживающие фильтры. В простейшем случае в качестве фильтра в схему параллельно нагрузке включают конденсатор (рис.5). Энергетической основой работы такого фильтра является накопление энергии емкостью в моменты времени, когда возрастает ток или напряжение в нагрузке, и отдача накопленной энергии в нагрузку, когда происходит спад напряжения или тока, при этом происходит замедление этого спада и заполнение "провалов" выходного напряжения. Чем больше емкость конденсатора, тем больше запасенной энергии и тем эффективнее сглаживаются пульсации выходного напряжения. Также для уменьшения пульсаций последовательно с нагрузкой включают дроссель (катушку индуктивности) (рис.5). Уменьшение пульсаций происходит за счет того, что индуктивность препятствует быстрому нарастанию тока и поддерживает ток при его уменьшении. Использование конденсаторов совместно с дросселем (на рис.5-рис.7 сглаживающий фильтр выведен пунктирной линией) позволяет получать выходное напряжение по форме, близкой к прямой линии.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему рис.5.

2. Снять осциллограмму входного напряжения и зарисовать ее в масштабе.

3. Снять показания приборов и осциллограмму выходного напряжения при следующих режимах:

Конденсаторы С1, С2 и дроссель L1 отключены;

Подключен конденсатор С1;

Подключены конденсаторы С1 и С2;

Подключены конденсаторы С1, С2 и дроссель L1.

Показания приборов свести в таблицу 1.

Собрать схему Рис.6.

Снять осциллограмму выходного напряжения и показания приборов при замкнутом положении выключателя S1.

6. Повторить пункт 5 при обрыве цепи диода VD1 выключателем S1.

7. Собрать схему рис.7.

8. Снять осциллограмму выходного напряжения и показания приборов при:

Замкнутом положении выключателей S1 è S2;

Разомкнутом положении S1 и замкнутом S2;

Обрыве диодов VD1 è VD3 (S1 è S2 разомкнуты).

Показания приборов свести в таблицу 2.

Содержание отчета

Название, цель работы.

Схема, таблицы.

Осциллограммы входного и выходного напряжения для всех опытов.

Краткие выводы по работе.

Контрольные вопросы

Для чего необходимо выпрямлять переменный ток?

Почему диод проводит ток только в одном направлении?

Назовите преимущества и недостатки исследуемых схем.

Что такое коэффициент пульсации?

Почему при подключении конденсаторов параллельно нагрузке коэффициент пульсации уменьшается?

Каким образом дроссель сглаживает пульсации?

Что произойдет, если дроссель подключить параллельно нагрузке?

Что произойдет, если дроссель подключить последовательно с нагрузкой?

Как определить, какой диод в мостовой схеме вышел из строя?

Таблица 1.

Таблица 2.

Литература

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983,с. 208 - 218.

2. Прищеп Л.Г. Учебник сельского электрика. - М.: Агропромиздат, 1986, с.296 - 303.

Страницы: 1, 2, 3, 4