1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.1.Изучить устройство, принцип действия, назначение и основные технические параметры газоразрядных ламп высокого давления.
1.2.Изучить работу схем включения в сеть газоразрядных ламп высокого давления.
1.3.Исследовать электротехнические и светотехнические характеристики газоразрядных ламп высокого давления.
2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ
|
Общими элементами конструкции ламп высокого давления ДРЛ, ДРИ и ДНаТ является внутренняя горелка (газоразрядная трубка) из кварцевого стекла (в лампах ДНаТ из поли- или монокристаллической окиси алюминия), активированные самокалящиеся рабочие и поджигающие электроды с токоподводами, ограничительные резисторы в цепи поджигающих электродов, внешняя колба и резьбовой цоколь для подключения лампы к сети (рис. 8).
Рис. 8. Устройство ртутной лампы высокого давления
Внешняя колба лампы служит для защиты горелки от повреждения нагретых выводов, токоподводов и других металлических элементов от окисления, а так же уменьшения влияния окружающей среды на тепловой режим горелки. На внутреннюю поверхность внешней колбы при необходимости наносят различного рода люминофорные покрытия. Внутренняя горелка, в зависимости от типа лампы, после тщательного обезгаживания заполняется: 1) строго дозированным количеством ртути и спектрально-чистым аргоном (лампы ДРЛ), 2) дозированной смесью ртути, аргона и галоидных соединений металлов, в частности иодидов натрия, талия, индия, скандия, тория и др. (лампы ДРИ), 3) дозированной смесью натрия, ртути и ксенона (лампы ДНаТ).
Электрический разряд в горелке начинается при низком давлении паров ртути. После зажигания дугового разряда происходит разогрев горелки и интенсивное испарение ртути, а также галоидных соединений металла и натрия. Давление паров в горелке повышается, что влечет возрастание электрического сопротивления между рабочими электродами. Увеличение сопротивления газоразрядной лампы сопровождается уменьшением тока в цепи включения, увеличением падения напряжения в цепи лампы. Растет мощность, потребляемая лампой, излучаемый световой поток и КПД. Процесс разгорания лампы будет продолжаться до тех пор, пока ртуть, галоидные соединения металла и натрий полностью не испарятся, а температура горелки не стабилизируется. При этом стабилизируются все электрические и светотехнические параметры, наблюдается устойчивый режим работы лампы. Длительность процесса разгорания газоразрядных ламп высокого давления не превышает 10минут, повторно зажечь лампу можно лишь после того как она остынет.
Лампы ДРЛ широко распространены для освещения производственных территорий, строительных площадок, проезжей части дорог и улиц. Они бывают двухэлектродные (горелка содержит два рабочих электрода) и четырехэлектродные (в горелке имеются два рабочих и два поджигающих электрода).
|
Лампы ДНаТ (рис.9, а) имеют световую отдачу излучения сосредоточенно в желто-оранжевой области спектра. Такое излучение позволяет различать положение и форму объектов, но не обеспечивает удовлетворительную цветопередачу освещаемых объектов. Последнее и определяет назначение ламп ДНаТ - освещение улиц и территорий объектов. Для зажигания электрического разряда в лампах ДНаТ используется импульсное зажигающее устройство (УИЗУ) (рис.9, б), генерирующее в рабочем режиме импульс напряжения с амплитудой 510¸4500 В. Схема подключения лампы ДНаТ представлена на рис. 9, в.
Технические данные газоразрядных ламп высокого давления приведены в приложении.
 |
Разряды высокого давления более компактны и имеют более высокие электрические нагрузки; поэтому, чтобы выдержать давление и температуру, для них требуются кварцевые дуговые трубки. Дуговая трубка заключена во внешнюю стеклянную колбу с азотной или аргоно - азотной атмосферой для понижения окисления и искрения. Колба эффективно фильтрует ультрафиолетовое излучение от дуговой трубки.
При высоком давлении ртутный разряд представляет собой в основном голубое и зеленое излучение. Для улучшения цвета люминофорное покрытие внешней колбы добавляет красный свет. Имеются варианты высокого класса с увеличенным содержанием красного света, которые обеспечивают более высокую светоотдачу и улучшенную цветоотдачу.
Все газоразрядные лампы высокого давления требуют некоторого времени для выхода на полную светоотдачу. Начальный разряд происходит через проводящий газовый заполнитель, и металл испаряется по мере возрастания температуры лампы.
При стабильном давлении без специального устройства управления лампа сразу же снова не запустится. Проходит некоторое время, в течение которого лампа остывает до нужной температуры и давление уменьшается, чтобы нормальное напряжение питания или поджигающая схема соответствовали для повторного возникновения дуги.
Газоразрядные лампы имеют отрицательную характеристику сопротивления, так что для управления током необходимо наличие внешнего устройства управления. Наличие компонентов устройства управления вызывает некоторые потери, поэтому пользователь должен учитывать общую мощность при рассмотрении эксплуатационных расходов и расходов на электрическую установку. Для ртутных ламп высокого давления существует исключение. Ртутные лампы бездроссельного включения (ДРВ, HWL) имеющие вольфрамовую нить, которая действует и как устройство для ограничения тока и добавляет теплые цвета к голубому и зеленому разряду. Это позволяет осуществлять прямую замену ламп накаливания.
|
3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
3.1. Ознакомление с измерительными приборами и изучение технических параметров ламп ДРЛ, ДНаТ, ДРИ.
Перед выполнением работы необходимо ознакомиться с используемым оборудованием.
Технические параметры исследуемых в работе ламп записать в табл. 3.
Таблица 3
Технические параметры исследуемых ламп
| Тип лампы | U, В | P, Вт | Ф, лм | I, А | η, лм/Вт | Номинальный срок службы, ч |
3.2. Изучение электрических и светотехнических характеристик газоразрядных лампы высокого давления при номинальном напряжении питающей сети
Таблица 4
Изменение энергетических и светотехнических параметров ламп при разгорании
| Тип лампы | Измеренные величины | Вычисленные | ||||||
| t | Uл | I | Q | Pл | cosj | E | S | Ф |
| c | В | А | ВАр | Вт | лк | ВА | лм | |
| … |
Установить напряжение 220 В. Через каждые 30 секунд производить измерения мощности потребляемой лампой и схемой, тока цепи, напряжения на дросселе и лампе, освещенность на плоскости и в контрольной точке. Типы ламп для исследований задаются преподавателем. Результаты измерений и расчетов записать в табл. 4.
3.3. Исследование изменения электротехнических и светотехнических параметров лампы при отклонении напряжения сети от номинального.
3.4. После разгорания лампы изменить напряжение питания сети, подождать стабилизации параметров лампы и определить изменения электротехнических и светотехнических параметров источника излучения. Опыт произвести при напряжении питания 220, 210, 200 В и т.д. до погасания лампы. Результаты исследований записать в табл. 5.
По результатам опытов и расчетов на миллиметровой бумаге построить графические зависимости изменения тока, напряжения, активной мощности и коэффициента мощности при разгорании лампы и отклонении напряжения сети от номинального.
В заключении отчета необходимо сформулировать выводы в виде ответов на следующие вопросы:
1. Как и почему изменяются электротехнические и светотехнические параметры исследуемых газоразрядных ламп высокого давления при разгорании?
2. Как влияет отклонение питающего напряжения от номинального значения на электрические, светотехнические и эксплутационные параметры газоразрядных ламп высокого давления?
3. Почему, при отклонении питающего напряжения от номинального значения изменяются электрические, светотехнические и эксплутационные параметры газоразрядных ламп высокого давления?
|
Таблица 5
Зависимость светотехнических и электрических параметров газоразрядной лампы от питающего напряжения сети
| Тип лампы | Измеренные величины | Вычисленные | ||||||
| Uc | Uл | I | S | Pл | Q | cosj | E | Ф |
| В | В | А | ВА | Вт | ВАр | лк | лм | |
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
4.1. Принцип действия и устройство газоразрядных ламп высокого давления типа ДРЛ; натриевых типа ДНаТ; металлогалогенных типа ДРИ.
4.2. Основные электрические, светотехнические и эксплутационные параметры газоразрядных ламп высокого давления. Диапазоны напряжений и шкалы номинальных мощностей, выпускаемых промышленностью данного тина ламп.
4.3. Основные отличия в устройстве газоразрядных ламп высокого давления типов ДРЛ, ДРИ и ДНаТ.
4.4. Преимущества и недостатки ламп ДРЛ, ДРИ и ДНаТ в сравнении с другими источниками оптического излучения.
4.5. Дополнительные устройства для зажигания ламп ДРЛ, ДРИ и ДНаТ. Поясните принцип работы зажигающих устройств.
4.6. Структура условного обозначения пускорегулирующих аппаратов для газоразрядных ламп высокого давления.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Технические данные газоразрядных ламп высокого давления
| Тип лампы | Мощность, Вт | Световой поток, лм | Световая отдача, лм/Вт | Средняя продолжительность горения,ч |
| ДРЛ 125 | ||||
| ДРЛ 250 | ||||
| ДРЛ 400 | ||||
| ДРЛ 700 | ||||
| ДРЛ 1000 | ||||
| ДНаТ 70 | ||||
| ДНаТ 100 | ||||
| ДНаТ 150 | ||||
| ДНаТ 250 | ||||
| ДНаТ 400 | ||||
| ДРИ 250 | ||||
| ДРИ 400 | ||||
| ДРИ 700 | ||||
| ДРИ 1000 | ||||
| ДРИ 2000 | ||||
| ДРИ 3500 |
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Волков В. Д. Светотехника: учеб. пособие / В. Д. Волков, В. П. Шелякин. - Воронеж: Издательство «Кварта», 2003. - 132 с. (Учебная серия «Открытое образование»).
2. Баранов Л.А. Светотехника и электротехнология / Л.А. Баранов, В.А. Захаров. – М.: КолосС, 2006. -344 с.
3. Справочная книга по светотехнике. / под ред. Ю.Б. Айзенберга. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1995. -526 с.
СОДЕРЖАНИЕ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 3
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 15
ПРИЛОЖЕНИЕ 23
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 24
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению лабораторных работ № 3, 4
по дисциплине «Светотехника и электротехнология»,
раздел «Светотехника»
для студентов направления 110800 «Агроинженерия» (профиль «Электроснабжение и электрооборудование сельскохозяйственных предприятий»)
очной и заочной форм обучения
Составители:
Титова Лариса Николаевна
Сергеев Владимир Аронович
Чувашин Евгений Евгеньевич
В авторской редакции
Уч.- изд. л.1,5
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический
университет»
394026 Воронеж, Московский просп., 14
|