Электрик - электричество и энергетика

Эта статья опубликована на сайте Электрик - электричество и энергетика
  http://electrik.org/

URL этой статьи:
  http://electrik.org/news/article122.php

-Посчитаем- лампы накаливания

Статьи / Самодельные устройства для освещения
Послано electrik 11 Апр, 2004 г. - 18:16

Г.ГОРЛАЧЕВ, г.Казань.
Расчет эксплуатационных параметров ламп накаливания и анализ эффективности способов продления срока эксплуатации.


Эксплуатационные параметры ламп накаливания Пл (сопротивление R, ток I и др.) зависят от напряжения Uл и описываются в [1] показательными функциями вида:



Индексами "н" и "л" отмечаются параметры, которыми лампа обладает при номинальном и интересующем нас напряжении соответственно. Степенные показатели m для ламп с вольфрамовой нитью имеют следующие значения:
- сопротивление (R) — mR=0,45;
- ток (I) — mI=0,55;
- мощность (Р) — mP=1,58;
- световой поток (Ф) — mф=3,61;
- температура (Т) — mт=0,35;
- срок службы (t) — mt=13,0.
Для наглядности в табл.1 представлены результаты расчета параметров ламп в относительных единицах по равенствам (1):



т.е. относительно своих номинальных значений, при изменении напряжения на лампе Uл в пределах от 50 до 130%



Из первой строки табл.1. видно, что при напряжении на лампе, равном половине номинального (nU=0,5), эксплуатационные параметры снизятся от своих номинальных величин до следующих значений: сопротивление — 77,3%, ток — 68,2%, мощность — 34,1% и световой поток — 8,2%. При этом срок службы возрастет в 8,192 раза. При повышении напряжения сверх номинального на 30% (nU=1,3 — табл.1, последняя строка), термоэлектрические параметры возрастут несущественно, а срок службы упадет до 3%. При заданном напряжении срок службы определяется не только суммарной продолжительностью горения, но и количеством циклов включений-выключений. Поэтому реальный срок службы будет меньше значения nt из табл.1. Увеличить срок службы лампы за счет ослабления влияния количества циклов включения можно использованием добавочного последовательного резистора. Такой резистор будет снижать установившееся напряжение на лампе Uл и существенно ограничивать мгновенное значение пускового тока. При заданной степени снижения напряжения на лампе nU величина сопротивления добавочного резистора RД может быть найдена из равенства:



Степень влияния добавочного резистора на параметры цепи с лампой удобнее анализировать также в относительных единицах. Для этого введем следующие обозначения:



Степень снижения мгновенного значения пускового тока IпR в цепи с резистором и тока в цепи без резистора IЛ, но с одинаковым напряжением на лампе Uл, обозначим через q:



Результаты расчета параметров по формулам (3)...(6) приведены в табл.2. Из нее видно, что при использовании резистора с минимальным сопротивлением (nU=0,95) мгновенный пусковой ток будет в 1,5 раза меньше тока, возникающего при включении лампы без него.
Приведенные таблицы полезны при использовании относительно дорогих ламп накаливания. В [2] было проанализировано энергопотребление автомобильной лампы АГК 12-55-60. В качестве примера определим параметры лампы типа "L7", используемой в системах подсветки вывесок и реклам. Номинальные параметры этой лампы:



Номинальное сопротивление ее составляет









а номинальный ток



Предположим, что эта лампа будет включаться в сеть с напряжением Uc=218,5 В. В этом режиме будут следующие величины параметров:



Световой поток снизится до 83%, а срок службы возрастет до величины



т.е. почти вдвое. При необходимости еще больше увеличить срок службы лампы, в ее цепь можно ввести дополнительный резистор Rд. Чтобы воспользоваться табл.2, необходимо полученные выше параметры принять за новые номинальные данные, т.е.



Пусть дополнительный резистор снижает напряжение на лампе на 10%, т.е. nU'=0,9. Тогда







Реальный коэффициент снижения напряжения составит



Табл.1 не содержит такого nU. Поэтому срок службы определим по формуле (1) непосредственно. Из нее находим, что 1,1713=7,7.
Подведем итоги вышеизложенного:
- включение лампы с номинальным напряжением 230 В в сеть 220 В должно обеспечивать увеличение расчетного срока службы примерно вдвое;
- включение этой лампы с дополнительным резистором RД=137 Ом в сеть 220 В должно обеспечить увеличение расчетного срока службы более чем в 7 раз. При этом световой поток упадет до 68,3% от номинального; мощность, выделяющаяся в резисторе, составит 3,55 Вт, т.е. около 10% от мощности лампы;
- выгоднее применить две лампы с резисторами вместо одной. Суммарный световой поток возрастет при двух лампах примерно в 1,4 раза, а срок службы двух ламп будет превышать в 3,75 раз срок службы одной лампы в номинальном режиме.
В заключение следует отметить, что:
1. Исходные показатели m являются усредненными, и потому числа в табл.1 и 2 могут отличаться от реальных. Однако они вполне пригодны для практических расчетов.
2. Продолжительность действия пускового тока не превышает нескольких миллисекунд, следовательно, тепловая мощность дополнительного резистора практически определяется установившимся током, т.е величиной Кр согласно табл.2.
3. При понижении напряжения за счет UC<UH и за счет Rд величины КI и Кр в табл.2 будут немного меньше. В нашем примере — всего на 1,07%, что практически и не влияет на расчеты.
Литература
1. Иванов А.П. Электрические источники света. — М.: ГЭИ, 1957.
2. Банников В. Расчет термоэлектрических параметров ламп накаливания. — Радиолюбитель, 1999, N 4, 5.



   Rambler's Top100      
Электрик © 2002-2008 Oleg Kuznetsov