Influența Variațiilor Tensiunii Rețelei asupra Parametrilor Lămpilor cu Incandescență

I. Scopurile lucrării

1. Lucrarea prezintă în principal influenţa pe care o are variaţia tensiunii reţelei asupra principalilor parametrii ai lămpilor cu incandescenţă cum ar fi: curentul absorbit, putere absorbită, flux luminos emis, eficacitate luminoasă, temperatura filamentului, durata de viaţă).

2. În lucrare se pune în evidenţă caracterul rezistiv şi nedeformant al lămpilor cu incandescenţă.

3. Determinarea raportului între rezistenţa electrică a filamentului în stare caldă şi în stare rece şi aprecieri privind şocul de curent care apare în reţeaua de alimentare a lămpii ca urmare a acestui raport.

II. Aspecte teoretice

Producerea radiaţiilor luminoase de către lămpile cu incandescenţă se bazează pe încălzirea până la incandescenţă a filamentului metalic amplasat în interiorul unui balon transparent sau opac de sticlă.

Energia emisă în spectrul vizibil depinde în special de temperatura filamentului. Temperatura uzuală, în regim normal de funcţionare, pentru filamnetul din wolfram (θtop = 3400 ºC) este de circa 2600ºC...3000 ºC; pentru evitarea oxidării filamentului la temperatura de lucru, în interiorul balonului se introduce un gaz inert (argon, azot). În vid, wolframul poate fi încălzit până la cel mult 2100ºC pentru a limita fenomenul de evaporare. În construcţiile uzuale, lămpile cu puteri nominale sub 25 W se realizează cu balon vidat iar balonul celor cu puteri nominale mai mari este umplut cu gaze inerte la presiune de circa 0,1 MPa (în stare rece).

Eficacitatea luminoasă a lămpilor cu incandescenţă este relativ redusă şi variază în limitele 8...20 lm/W în funcţie de puterea nominală a lămpii şi de temperatura de lucru a filamentului.

Variaţia tensiunii de alimentare a lămpilor conduce la modificări imporante ale parametrilor acestora. În acest sens, fiecare lampă poate fi definită prin caracteristicile sale:

(3.1)

în care U este tensiunea la bornele lămpii;

Un – tensiunea nominală a lămpi;

α – parametrul analizat (intensitatea curentului electric, putere absorbită, eficacitate luminoasă, rezistenţa electrică a filamentului, temperatura filamentului, durata de viaţă a lămpii);

αn – valoarea parametrului analizat la tensiunea nominală a lămpii.

În general funcţia indicată în relaţia 3.1. poate fi scrisă sub forma:

(3.2)

unde exponentul k este dependent de parametrul analizat şi de tipul lămpii.

Datorită modificării cu temperatura a rezistivităţii specifice a wolframului, rezistenţa electrică a lămpii prezintă o variaţie importantă la trecerea din starea rece (starea iniţială, lampa neconectată la reţeaua de alimentare) în stare caldă (regim normal de lucru, lampa conectată la reţeaua de alimentare). Din acest motiv, la conectarea lămpii, pe durata încălzirii filamentului, apare un şoc de curent care poate afecta reţeaua de alimentare.

III. Partea practică şi experimentală

Schema utilizată pentru studiul influenţei tensiunii de alimentare asupra parametrilor lămpilor cu incandescenţă este cea din figura 3.1.

Pe figură s-au făcut următoarele notaţii:

ATR – autotransformator reglabil;

V – voltmetru;

OC – osciloscop catodic;

A – ampermetru;

W – wattmetru monofazat;

L – lampă cu incandescenţă;

Rsh – rezistor (şunt) pentru vizualizarea formei curentului electric;

TF – traductor de flux luminos.

La realizarea montajului se va urmări în mod deosebit ca rezistorul Rsh să fie conectat pe conductorul de potenţial zero al montajului.

- Cu ajutorul unui ohmetru se determină, în starea rece, rezistenţa electrică R20 a lămpilor utilizate. Se determină apoi, pentru fiecare lampă studiată, constanta:

(3.3)

unde: ρ20 este rezistivitatea wolframului la temperatura camerei vezi tabelul 3.1

- Se realizează montajul din figura 3.1 şi se variază tensiunea aplicată lămpii în intervalul (0,85...1,1)•Un înregistrându-se în tabelul 3.1. mărimile măsurate.

Tabelul 3.1. – Variaţia parametrilor energetici ai lămpilor cu incandescenţă

Nr. crt. U I P Φ η D

V % A % W % lm % lm/W % ore % Ω•m % ºK %

Variaţia fluxului luminos emis de lămpile cu incandescenţă se poate determina folosind relaţia: