Utilizarea Energiei

LUCRAREA 1

INFLUENŢA CALITĂŢII TENSIUNII DE

ALIMENTARE ASUPRA PARAMETRILOR FUNCŢIONALI AI LĂMPILOR CU INCANDESCENŢĂ

1. Scopul lucrării

În cadrul lucrării se analizează modul în care principalii parametri energetici şi funcţionali ai lămpilor cu incandescenţă (intensitatea curentului electric absorbit, puterea electrică absorbită, temperatura filamentului, durata de viaţă a lămpii) se modifică atunci când variază tensiunea reţelei electrice de alimentare.

De asemenea, în cadrul lucrării se va pune în evidenţă caracterul nedeformant şi practic nedefazant al receptorului. Prin determinarea raportului între rezistenţa electrică a filamentului în stare caldă şi în stare rece, se vor face aprecieri privind şocul de curent electric care apare în reţeaua de alimentare, la conectarea lămpii.

2. Aspecte teoretice

Energia electrică absorbită de lampă conduce la încălzirea până la incandescenţă a filamentului metalic plasat în interiorul balonului transparent din sticlă. Ca urmare, lampa cu incandescanţă devine o sursă de radiaţii luminoase.

Energia emisă în spectrul vizibil depinde în special de temperatura filamentului.

Valoarea nominală a unui parametru al lămpii (putere, tensiune, curent electric, eficienţă luminoasă, durata de viaţă etc.) este o mărime de referinţă, specifică unui lot de produse cu caracteristici apropiate, definită în condiţii specifice. Valoarea nominală este indicată de fabricant şi diferă de valorile reale, obţinute în condiţiile specificate, în limitele abaterilor acceptate.

În calcule, ca mărimi nominale se iau valorile corespunzătoare tensiunii nominale aplicate.

Eficienţa 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 importante ale parametrilor acestora. În acest sens, fiecare lampă poate fi definită prin caracteristicile sale

(1.1)

în care :

U este valoarea tensiunii la bornele lămpii,

UN – tensiunea nominală a lămpii,

X – parametrul analizat (intensitatea curentului electric, puterea absorbită, eficienţa luminoasă, rezistenţa electrică a filamentului, temperatura filamentului, durata de viaţă a lămpii),

XN – valoarea parametrului analizat la tensiunea nominală a lămpii.

În general, funcţia indicată în relaţia (1.1) poate fi scrisă sub forma :

(1.2)

unde exponentul k are o valoare dependentă de parametrul analizat şi de tipul lămpii.

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

3. Schema utilizată

Pentru realizarea lucrării va fi utilizată schema indicată în fig. 1.1.

În fig. 1.1 au fost utilizate notaţiile:

AT este autotransformator reglabil,

OC – osciloscop catodic,

L – lampă cu incandescenţă,

TF – traductor de flux luminos,

SAD – sistem de achiziţie de date,

TC – traductor de curent electric,

PC – calculator numeric.

4. Modul de lucru

4.1. Cu ajutorul unui ohmmetru se determină, în starea rece, rezistenţele electrice R20 ale lămpilor utilizate. Se determină apoi, pentru fiecare lampă studiată, constanta :

,

în care este rezistivitatea wolframului la temperatura camerei, determinată din anexa 1.

4.2. Se realizează montajul din fig. 1.1 şi se variază tensiunea aplicată lămpii în intervalul ( 0,85…1,1 ) UN . Se înregistreaza în tabelul 1.1 mărimile măsurate.

Tabelul 1.1

Determinarea caracteristicilor energetice şi funcţionale ale lămpilor cu incandescenţă

Nr.

crt. U I P   D

T

V % A % W % lm % lm/W % ore % m % K %

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

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

.

Fluxul nominal pentru lămpile cu incandescenţă uzuale este indicat în anexa 2.

Modificarea duratei de viaţa în funcţie de tensiunea aplicată se poate descrie cu ajutorul relaţiei :

Durata nominală de viaţă a lămpilor cu incandescenţă uzuale este indicată în anexa 2. Temperatura filamentului lămpii poate fi determinată folosind graficul , indicat în anexa 1.

4.3. Pentru tensiunea nominală aplicată la bornele lămpii, se va calcula raportul .

4.4. Aplicând la bornele lămpii o tensiune egală cu tensiunea nominală, se calculează factorul de putere 

 = ,

pentru a pune în evidenţă caracterul practic nedefazant al lămpilor cu incandescenţă.

4.5. Se va pune în evidenţă caracterul nedeformant al lămpilor cu incandescenţă pe baza analizei curbelor de curent electric absorbit de receptor.

4.6. Conectând osciloscopul la ieşirea traductorului de flux luminos TF se urmăreşte modul în care variază fluxul luminos în raport cu variaţia în timp a curentului electric.

5. Chestiuni de studiat

5.1 Se vor trasa curbele :

; ; ;

; ; ,

în care U este tensiunea electrică la bornele lămpii studiate, I  intensitatea curentului electric în circuitul lămpii, P – puterea activă absorbită de lampă,  - eficienţa luminoasă a lămpii, T – temperatura filamentului lămpii,  - fluxul luminos emis de lampă, D – durata de viaţă a lămpii ; indicele “N ” se referă la valorile nominale ale parametrilor.

5.2. Pentru lămpile incandescente studiate se determină raportul rezistenţelor electrice în stare caldă şi în stare rece .

5.3. Se pune în evidenţă caracterul nedeformat şi practic nedefazant al lămpilor cu incandescenţă.

5.4. Cu ajutorul traductorului de flux luminos, se pune în evidenţă valoarea practic constantă în timp a fluxului luminos emis de lampă.