3203

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ЗАЖИГАНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДРЛ И ДНаТ

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1.Изучить устройство, принцип действия, назначение

иосновные 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

Газоразрядные лампы высокого давления ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные), ДРИ (дуговые ртутные металлогалогенные) и ДНаТ (дуговые натриевые) используются в сельском хозяйстве, уличном освещении, промышленности в качестве источников видимого излучения. Эти лампы объединяет принципиальная схожесть конструкции, высокая световая отдача, большой срок службы, значительная единичная мощность при сравнительно небольших габаритах.

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. 1.12).

61

Рис. 1.12. 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. Увели-

62

чение 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 10 минут, 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).

Введение в горелку ламп ДРИ галоидных соединений металлов и возможности варьирования количественного состава смеси в процессе изготовления позволило получить спектр излучения, близкий к естественному даже без применения люминофора на внутренней поверхности внешней колбы. Однако лампы ДРИ с люминофором на внешней колбе обеспечивают более качественную цветопередачу.

Лампы ДНаТ (рис. 13, 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 (ИЗУ) (рис. 13, б), генерирующее в рабочем режиме импульс напряжения с амплитудой 510 4500 В. Схема подключения лампы ДНаТ представлена на рис. 1.13, в.

63

Технические данные газоразрядных ламп высокого давления приведены в приложении 4.

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.

а) б) в)

Рис. 1.13. а) Лампа ДНаТ; б) ИЗУ; в) схема подключения лампы

64

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

сиспользуемым оборудованием.

Технические параметры исследуемых в работе ламп записать в табл. 3.

65

Таблица 8 Технические параметры исследуемых ламп

3.2. Изучение электрических и светотехнических характеристик газоразрядных лампы высокого давления при номинальном напряжении питающей сети.

Таблица 9 Изменение энергетических и светотехнических параметров

ламп при разгорании

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

ирасчетов записать в табл. 9.

3.3.Исследование изменения электротехнических и светотехнических параметров лампы при отклонении напряжения сети от номинального.

66

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. 10.

Таблица 10 Зависимость светотехнических и электрических параметров

газоразрядной лампы от питающего напряжения сети

По результатам опытов и расчетов (табл. 9, 10) построить графические зависимости изменения тока, напряжения, активной мощности и коэффициента мощности при разгорании лампы и при 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 эксплуатационные параметры газоразрядных ламп высокого давления?

67

3. Почему, при отклонении питающего напряжения от номинального значения изменяются электрические, светотехнические и эксплуатационные параметры газоразрядных ламп высокого давления?

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 эксплуатационные параметры газоразрядных ламп высокого давления. Диапазоны напряжений и шкалы номинальных мощностей, выпускаемых промышленностью данного типа 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.

68

Раздел 2. Практические работы

ВВЕДЕНИЕ

DIALux – программа для планирования и дизайна освещения, разрабатываемая с 1994 года DIALGmbH (DeutcheInstitutfurAngevvandteLichttechnik) – Немецким ин-

ститутом прикладной светотехники.

DIALux поддерживает международные и национальные стандарты европейских стран.

DIALux многоязычен. Он поддерживает более 15 языков интерфейса, в том числе русский язык.

DIALux запускается на всех текущих платформах Windowsи непрерывно улучшается квалифицированной группой разработчиков. Актуальная версия программы и обновления DIALux могут быть загружены с сайта http://www.dialux.com.

Расчет в программном комплексе DIALux отличается простотой и наглядностью, так как программа при расчете позволяет во всех тонкостях учитывать не только световой поток, приходящийся на рабочую поверхность от источника света, но и световой поток, преломляющийся и отражающийся и попадающий на рабочую поверхность от стен, потолка, расстановки мебели в помещении, а также от отражающих свойств всех этих поверхностей.

Программа DIALux позволяет, кроме непосредственно расчета освещенности на любой поверхности, контролировать показатели качества освещения: горизонтальную освещенность, насыщенность помещения светом, равномерность освещения, цветовую насыщенность объекта, применить энергосберегающие мероприятия на стадии проектирования и произвести оценку их эффективности [5].

69

Практическая работа № 1

ОСНОВЫ РАБОТЫ С DIALux

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с принципами работы в DIALux, изучить интерфейс программы, научиться проводить простейший расчет освещения помещений.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

2.1.Основные возможности DIALux

Косновным возможностям компьютерного проектирования ОУ в программном комплексе DIALux относятся:

• освещение внутри помещений и дизайн интерьера;

• наружное освещение;

• уличное освещение;

• аварийное освещение;

• дневной свет;

• сцены освещения;

• энергетическая оценка.

Программа позволяет рассчитывать внутреннее и наружное освещение, при этом расчет осуществляется при заданном тине и количестве светильников, и их расположении.

При расчете учитывается геометрия помещений, цвет и текстура поверхностей, а также расставленная в помещении мебель.

Самыми востребованными результатами расчета являются графическое изображение распределения освещенности по рабочей поверхности и общий трехмерный вид освещенного помещения. Кроме того, можно получить изолинии постоянной освещенности, таблицу и график освещенностей, ведомость светильников и их паспортные данные.

Уникальная возможность планирования и построения сцен освещения с элементами управления раскрывает допол-

70