Московский государственный агроинженерный университет

имени В. П. Горячкина

Кафедра: электротехнологии в с/х производстве

Светотехника

Отчет по лабораторной работе №1

«Исследование эксплуатационных показателей работы ламп накаливания и основных характеристик светильников»

Выполнил:

студент 33 группы

___________

Проверил:

Митягина Я. Г.

Москва 2012

1.Оглавление:

2.Цель работы

3.Общие сведения

4.Задачи исследования

5.Графики

6.Вывод

2.Цель работы - изучить особенности работы ламп накаливания, используя элементы математического моделирования; научиться экспериментально определять основные характеристики светильников.

3.Основы теории.

Лампы накаливания относятся к источникам теплового излучения, в соответствии с законами которого световой КПД нагретого тела увеличивается с повышением температуры и достигает максимума для черного тела 14,5 % при Т = 6500 К. Тело излучения ламп накаливания – вольфрамовая нить. Она нагревается электрическим током до температуры 2300…2800 К. Поэтому световой КПД ламп накаливания не превышает 3,5 %. Температура нагрева вольфрамовой нити ограничена из-за её распыления. Увеличение температуры нити на 1 % свыше 2500 К приводит к увеличению скорости распыления вольфрама примерно в 2 раза. Следовательно, от величины напряжения, приложенного к лампе накаливания и влияющего на температуру нагрева вольфрамовой нити, будут существенно зависеть светотехнические и эксплуатационные показатели этого типа ламп.

4. Задачи исследования.

4.1 Задача 1. Определение зависимости основных показателей работы ламп накаливания от подводимого напряжения: Р_л, I_л, Ф_v, η'_v, R_л = f(U). Изменение подводимого к лампе напряжения от 0 до 250 В осуществляют ЛАТРом. Для измерения электротехнических параметров достаточно амперметра и вольтметра. Сопротивление лампы R_л рассчитывают по полученным значения тока и напряжения. Световой поток лампы Ф_v оценивают косвенным путем с помощью люксометра через измеряемую им освещенность по выражению Ф^* = Ф_х/Ф_н = Е_х/Е_н (1). При этом за 100 % принимают значения, соответствующие номинальному напряжению.

Табл 1.Лампа накаливания:

U	В	250	220	200	180	160	140	120	100
Pлн	ВТ	147,20	136,40	118,00	93,60	78,40	63,00	48,00	37,00
Iлн	А	0,64	0,62	0,59	0,52	0,49	0,45	0,40	0,37
Rлн	Ом	359,38	354,84	338,98	346,15	326,53	311,11	300,00	270,27
Флн	Лм	2650,34	2180,0	1552,88	1022,81	642,05	365,82	179,18	52,26
Eлн	лк	355,00	292,00	208,00	137,00	86,00	49,00	24,00	7,00
η'v	лм/Вт	18,01	15,98	13,16	10,93	8,19	5,81	3,73	1,41

Рис1.1 Зависимость основных характеристик 1 лампы накаливания от подводимого напряжения.

Расчеты:

М

(3)

ощность P_л рассчитываем по формуле: P_л = U·I_л;

(4)

(5)

4

(6)

(7)

.2 Задача 2. Вывести эмпирические зависимости исследованных в задаче 1 показателей работы ламп накаливания от подводимого напряжения. Теоретически зависимости параметров ламп накаливания от подводимого напряжения аппроксимируется степенной функцией вида

где А_х – величина исследуемого параметра при напряжении U_x; А_н - номинальная величина исследуемого параметра при номинальном напряжении U_н.

Для каждого параметра характерно свой значение показателя степени α, которое вычисляют по результатам экспериментальных исследований при U_x/U_н = 0,9 и U_x/U_н = 1,1 путем логарифмирования выражения (6). Из двух полученных значений находят среднее.

Расчёт:

Параметр
	1,714	1,520	1,617
	0,714	0,520	0,617
	0,285	0,479	0,382
	4,395	3,559	3,977
	2,680	2,0387	2,36

3.3 Задача 3. Сравнить световую отдачу ламп накаливания различной мощности и номинального напря­жения.

Экономичность ламп накаливания зависит не только от отклонений напряжения, но и от зна­чений номинального напряжения лампы U_Л.Н. и номинальной мощности Р_Л.Н. . У ламп большей мощности или меньшего номинального напряжения нить накаливания имеет больший диаметр, что позволяет в прочесе изготовления лампы предусмотреть нагрев нити до более высокой темпе­ратуры при сохранении неизменным полезного срока службы 1000 ч.

	1лампа	2лампа	3лампа	1лампа	2лампа	3лампа
P,Вт	9	20	15	40	100	75
I, А	0,04	0,09	0,07	0,18	0,45	0,36
Е, лк	250	445	354	123	631	540
Ф, лм	480	1500	825	400	1350	960
η’v	53,33	75,00	55,00	10,00	13,50	12,8

Табл.3 Световая отдача ламп разной номинальной мощности

Расчеты:

I

(8)

= P/U, U = 220 В;

η^’_v = Ф/P [лм/Вт].

4.4 Задача 4. Экспериментально получить данные для построения кривой силы света с отражателем и без него.

Основные параметры светильника (кривая силы света - I_a = f(a); кпд - η_c = Ф_С / Ф_Л ; защитный угол - γ) могут быть определены с помощью люксметра непосредственно или после математической обработки его показаний.

Для снятия кривой силы света используют гониофотометр, называемый также распределительный фотометр (рис. 2), с помощью которого изменяется пространственная ориентация светильника 1 относительно приёмника излучения 2. При этом центр светильника и приёмника излучения лежит на одной прямой, являющейся оптической осью светильника. Светильник поворачивается на определённый угол вокруг вертикальной оси 4, геометрическое продолжение которой проходит через световой центр светильника. При этом расстояние l от светового центра до приёмника излучения остаётся неизменным. Угол поворота светильника a регистрируется по лимбу 3.

Рис. 2. Конструкция гониофотометра.

Расстояние l должно превышать максимальные линейные размеры приёмника излучения и светильника более чем в 5 раз. Тогда, приняв светильник и приёмник излучения за теоретические точки с погрешностью не более 1%, можно использовать выражение, связывающее освещённость Е в точке пространства и силу света I_a в направлении этой точки:

(10)

где I_a - сила света в направлении приёмника излучения под углом a к оптической оси светильника, ср;

b - угол падения излучения на приёмник, град;

l - расстояние от источника до приёмника излучения, м.

Для принятой конструкции гониофотометра угол b, измеренный между нормалью к приёмной площадке датчика люксметра и направлением падающего излучения, равен нулю (b = 0). Следовательно, из выражения (10) можно определить силу света:

(11)

(12)

(13)

I_a = Е l² Кривые силы света (КСС) строят в системе полярных координат (рис. 3). Если светораспределение симметрично относительно оптической оси, то кривые строят лишь в одном квадранте с направлением оптической оси (a = 0) сверху вниз.

КСС строят для условной лампы со световым потоком 1000 люменов. Этим достигают универсальности использования кривых для ламп любой мощности. Фактическую силу света вычисляют, пользуясь «приведённой» силой света и фактическим световым потоком лампы Ф_Л:

При расчёте освещённости в точке от светильника с любой лампой пользуются выражением:

Рис. 3. Кривая силы света симметричного светильника.

Л

Табл.1.4

ампа накаливания:

С отражателем:

α	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Ia	260,01	249,48	244,62	242,19	232,47	204,12	170,1	17,82	7,29	5,67
E	321	308	302	299	287	252	210	22	9 Табл.1.5	7

Без отражателя:

α	0	10	20	30	40	50	60	70	8 Табл.7 0	90
Ia	212,22	215,46	210,6	210,6	207,36	201,69	197,64	194,4	196,02	176,58
E	262	266	260	260	256	249	244	240	242	218
α	100	110	120	130	140	150	160	170	180
Ia	174,15	191,16	192,78	196,83	180,63	132,03	35,64	20,25	11,34
E	215	236	238	243	223	163	44	25	14

Э

Табл.1.6

Табл.1.7

нергосберегающая лампа:

С отражателем:

α	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Ia	179,82	203,31	225,99	239,76	240,57	226,8	196,02	150,66	123,12	76,14
E	222	251	279	296	297	280	242	186	152	94

Без отражателя:

α	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Ia	139,32	158,76	184,68	198,45	208,17	206,55	200,88	179,82	174,96	157,95
E	172	196	228	245	257	255	248	222	216	195
α	100	110	120	130	140	150	160	170	180
Ia	139,32	129,6	110,97	90,72	67,23	47,79	29,16	14,58	11,34
E	172	160	137	112	83	59	36	18	14

Р

(14)

асчет:

I_a = Е l²;

l = 0,9 м.

4.5 Задача 5. Экспериментально определить защитный угол и по данным предыдущего опыта рассчитать кпд светильника.

КПД светильника определяют отношением потока, вышедшего из светильника Ф_С, к потоку лампы Ф_Л:

η

(15)

(16)

_c = Ф_С / Ф_Л

Световой поток излучателя (лампы или светильника) рассчитывают путём сложения эле­ментарных потоков ΔФ в пределах зональных пространственных углов Δω:

где I_Δα - средняя сила излучения в пределах десятиградусной зоны Δα = 10⁰, кд.

З

Табл.8

Табл.9

начения I_Δα берут из светораспределения для десятиградусных зон α = 0…10, 10…20, 20…30⁰ и т.д. Значения зональных пространственных углов Δω в стерадианах приведены в табл.8. Зная кривые светораспределения для чистой лампы и светильника (лампы с отражателем) можно вычислить η_c по выражению (15).

∆α, градус		∆ω, стерадиан
0…10	170…180	0,095
10…20	160…170	0,283
20…30	150…160	0,436
30…40	140…150	0,623
40…50	130…140	0,774
50…60	120…130	0,897
60…70	110…120	0,992
70…80	100…110	1,058
80…90	90…100	1,091
		∑ = 2π = 6,28

Расчет: Лампа накаливания:

α	0-10	10-20		20-30		30-40		40-50		50-60		60-70	70-80		80-90		90-100
IΔα	213,84	213,03		210,60		208,98		204,53		199,67		196,0	195,21		186,30		175,37
Фл	20,31	60,29		91,82		130,19		158,30		179,10		194,4	206,53		203,25		191,32
IΔα	254,74	247,05		243,40		237,33		218,29		187,11		93,96	12,555		6,48		-
ФС	24,200	69,9151		106,124		147,85		168,96		167,83		93,20	13,283		7,06968		-
α	100 -110		110 -120		120 - 30		130 - 140		140 - 150		150 -160			160 - 170		170 - 180
IΔα	17,01		1,62		4,05		16,20		48,60		96,39			15,39		8,91
ФС	182,66		191,97		194,81		188,73		156,33		83,84			27,95		0,85

Фл = 2462, 7 лм

Фс = 798,45 лм

η_c = = 32%.

Э

Табл.10

нергосберегающая лампа:

α	0-10	10-20		20-30		30-40		40-50		50-60		60-70	70-80		80-90		90-100
IΔα	149,04	171,72		191,57		203,31		207,36		203,72		190,35	177,39		166,46		148,64
Фл	14,16	48,60		83,52		126,66		160,50		182,73		188,83	187,68		181,60		162,16
IΔα	191,56	214,65		232,87		240,16		233,68		211,41		173,34	136,89		99,63		-
ФС	18,19	60,74		101,53		149,62		180,87		189,63		171,95	144,82		108,69		-
α	100 -110		110 -120		120 - 30		130 - 140		140 - 150		150 -160			160 - 170		170 - 180
IΔα	9,72		18,63		20,25		23,49		19,44		18,63			14,58		3,24
ФС	134,46		120,29		100,85		78,98		57,51		38,48			21,87		0,31

Фл = 1889, 1лм

Фс = 1126,1 лм

η_c = = 60%.

4.6 Задача 6. Пользуясь понятием защитного угла светильника g и рисунком 4, избрать мето­дику измерения защитного угла и привести её описание в отчёте.

Рис.4 Защитный угол светильника.

Защитный угол γ характеризует зону ниже уровня светильника (на рис.4 она заштрихо­вана), в пределах которой глаз наблюдателя защищён от слепящёго действия источника излуче­ния.

Если светильник расположен над линией зрения за пределами угла 40⁰ (угол δ на рис.4), то он не оказывает слепящего действия и проверку на ослеплённость можно не проводить.