ćw.2. Badanie lamp wyładowczych.pdf

Politechnika Lubelska

Wydział Elektrotechniki i Informatyki

Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń

Laboratorium Instalacji i Oświetlenia Elektrycznego

Ćwiczenie nr 2

BADANIE LAMP WYŁADOWCZYCH

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i właściwościami lamp wyładowczych, jak

i układami zasilającymi.

1.Wiadomości podstawowe

Podział źródeł światła w tym lamp wyładowczych przedstawiony jest na rys. 1

Źródła światła

Żarówki

Lampy wyładowcze

Diody LED

Tradycyjne

Lampy indukcyjne Świetlówki

Lampy rtęciowe

Lampy sodowe

Zwierciadlane

Tradycyjne

Rtęciowo - żarowe

Niskoprężne

Halogenowe

Kompaktowe

Metalohalogenkowe

Wysokoprężne

Rys. 1. Klasyfikacja źródeł światła

1.1. Wysokoprężna lampa rtęciowa

Lampa rtęciowa jest lampą wyładowczą, w której światło powstaje w wyniku

wzbudzenia atomów rtęci. Ciśnienie cząstkowe par rtęci w ustalonych warunkach osiąga

wartość 10 5 Pa. Lampa może mieć bańkę z powłoką luminoforową i wtedy światło jest

wytwarzane częściowo przez wyładowanie w parach rtęci, a częściowo przez warstwę

luminoforu wzbudzonego promieniowaniem nadfioletowym wyładowania.

1.1.1. Budowa lampy rtęciowej

W szklanej bańce zewnętrznej umieszczono jarznik wykonany w postaci zamkniętej

rurki. Jest on wyposażony w dwie elektrody główne znajdujące się na dwóch przeciwległych

końcach rurki oraz w zależności od mocy lampy, jedną lub dwie elektrody zapłonowe

usytuowane po jednej w pobliżu elektrod głównych. Wyprowadzenie elektrody głównej na

zewnątrz jarznika jest połączony przez opornik zapłonowy z przeciwległą elektrodą

zapłonową. Jarznik jest połączony galwanicznie i mechanicznie z dwoma doprowadzeniami

prądu wyprowadzenie doprowadników na zewnątrz bańki wykonane jest w postaci

próżnioszczelnych przepustów. Bańka zewnętrzna ma najczęściej kształt elipsoidalny, a jej

wnętrze wypełnia mieszanina argonu z azotem. Bańka zewnętrzna izoluje jarznik od wpływu

otoczenia; jej izotermiczny kształt zapewnia także utrzymanie optymalnej temperatury

luminoforu. Jarznik rtęciówki wysokoprężnej wykonany jest ze szkła kwarcowego. W jego

zagniecionych końcach są zamocowane próżnioszczelne przepusty prądowe z folii

molibdenowej. Elektrody jarznika wykonane są z wolframu; elektrody główne mają postać

dwuwarstwowej skrętki nawiniętej na pręciku elektrodowym, a elektroda zapłonowa ma

formę pręcika. Jarznik jest wypełniony argonem i zawiera taką ilość rtęci, aby – przy

ustalonych warunkach pracy – jego wnętrze wypełniła nienasycona para rtęci.

Rys. 1.2. Budowa lampy rtęciowej

1 – rura wyładowcza ze szkła kwarcowego, 2 – elektrody główne, 3 – elektrody pomocnicze, 4 – opornik

zapłonowy, 5 – konstrukcja wsporcza, 6 – bańka ze szkła twardego, 7 – warstwa luminoforu, 8 – trzonek z

gwintem

Szklana bańka zewnętrzna lampy przepuszcza promieniowanie widzialne, zatrzymując

promieniowanie nadfioletowe poniżej 320 nm. Przykładowy rozkład widmowy

promieniowania rtęciówki pokazany został na rys. 1.3. Luminofor naniesiony na wewnętrzną

powierzchnię bańki lampy transformuje wzbudzające go promieniowanie nadfioletowe

jarznika na światło czerwone poprawiając barwę światła. Wskaźnik oddawania barw R a

rtęciówek wysokoprężnych wynosi 40÷59 w zależności od luminoforu użytego do pokrycia

bańki.

Rys. 1.3 Rozkład widmowy promieniowania lampy rtęciowej

1.1.2. Zasada działania lampy rtęciowej

W pracy lampy rtęciowej wyróżnić można trzy zasadnicze etapy: zapłon, czas

rozświecania, tzn. dochodzenia do warunków znamionowych, oraz stan pracy stabilnej,

w którym wszystkie parametry świetlne i energetyczne źródła pozostają stałe i niezmienne.

Załączenie napięcia powoduje powstanie szybko narastającego impulsu napięciowego

pomiędzy elektrodą główna i pomocnicza, oraz jonizację gazu w tym rejonie (wyładowanie

tlące). Wyładowanie tlące rozprzestrzenia się następnie na cały jarznik pod wpływem pola

elektrycznego, istniejącego pomiędzy dwiema elektrodami głównymi. Efektem tego jest

dalsze podgrzewanie w/w elektrod, aż do momentu, gdy emisja elektronów z elektrod jest już

wystarczająca do zapoczątkowania łuku elektrycznego. Elektroda pomocnicza – dzięki

wysokiej wartości rezystancji, włączonej szeregowo z nią – przestaje tym samym odgrywać

role w dalszym procesie emisji promieniowania.

Jonizacja argonu, wypełniającego rurkę wyładowczą, zostaje zakończona, a rezultatem

powstania łuku elektrycznego jest gwałtowny wzrost temperatury wewnątrz jarznika, co

z kolei powoduje stopniowe parowanie rtęci. Wzrasta ciśnienie par rtęci, łuk elektryczny

zawęża się, a energia promieniowania koncentruje się w zakresie fal dłuższych – światło staje

się więc bardziej białe. Ostatecznie, stabilizacja łuku elektrycznego następuje przy ciśnieniu

par rtęci, zawartym w przedziale 2 × 10 5 – 15 × 10 5 Pa (2 - 15 atmosfer), a lampa uzyskuje

stan równowagi termodynamicznej. Czas rozświecania lampy wynosi ok. 4 minut.

1.2. Lampy rtęciowo – żarowe

Lampa rtęciowo – żarowa zwana taż lampą o świetle mieszanym zawiera w jednej

bańce szeregowo połączone jarznik rtęciowy i żarnik, ma zatem podobną budowę do

rtęciówek wysokoprężnych.

1.2.1 Budowa lamp rtęciowo-żarowych

Głównymi częściami składowymi lampy rtęciowo-żarowej są: jarznik, elektrody

(główna i pomocnicza), żarnik, bańka zewnętrzna, pokryta warstwą powłoki luminoforowej,

gaz, wypełniający jarznik i bańkę, getter, oraz trzonek.

Rys. 1.4 Budowa lampy rtęciowo – żarowej

1- doprowadniki prądu, 2, 6 – oporniki elektrod zapłonowych, 3, 8, elektrody zapłonowe, 4 – elektrody główne, 5

– jarznik, 7 – żarnik, 9 – podpórka żarnika, 10 – bańka ze szkła twardego, 11 - luminofor

W lampach rtęciowo – żarowych część strumienia świetlnego uzyskiwana jest

w następstwie wyładowania elektrycznego, które zachodzi w specjalnie skonstruowanej rurce

wyładowczej, zwanej jarznikiem. Część promieniowania, pochodzącego z wyładowania

w gazie, mieści się w zakresie promieniowania widzialnego, natomiast pozostała część,

emitowana jako promieniowanie ultrafioletowe, przekształcana jest przez luminofor

w promieniowanie widzialne.

Jarznik – podobnie jak w przypadku lamp rtęciowych – wykonany jest ze szkła

kwarcowego, charakteryzującego się niska absorpcją promieniowania ultrafioletowego

i promieniowania widzialnego, oraz zdolnością do wytrzymywania bardzo wysokich

temperatur. Zawiera on niewielką ilość rtęci oraz gaz wypełniający, zazwyczaj argon,

ułatwiający zapłon lampy, Jarznik posiada kształt rurki, zatopionej z obu stron, do której

doprowadzone są elektrody, Elektrody główne składają się z wolframowego rdzenia, którego

koniec owinięty jest wykonaną z wolframu skrętką, pokrytą materiałem emisyjnym, Elektroda

pomocnicza – molibdenowa lub wolframowa – jest kawałkiem drucika, umieszczonego blisko

jednej z elektrod głównych i połączonego z drugą elektrodą za pośrednictwem 25 Ω rezystora

(dzięki elektrodzie pomocniczej możliwe jest zapoczątkowanie wyładowania w gazie –

odległość pomiędzy elektrodami głównymi jest bowiem zbyt wielka, by przyłożony impuls

napięciowy mógł spowodować jego jonizację).

Żarnik wolframowy spełnia rolę ogranicznika prądu w obwodzie lampy, oraz stanowi

dodatkowe źródło strumienia świetlnego. Posiada on kształt skrętki wolframowej,

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: