Lucrarea cu tema:

studiul comparativf al corpurilor de iluminat din punct de vedereal compatibilitnfii electromagnetice

1. Scopul lucirii

In cadrul acestei lucrlri se va :- studia perturbaliile electromagnetice introduse in timpul conectdrii gi func{ionlrii unorlSmpi de iluminat asupra refelei;- realiza un studiu comparativ al corpurilor de iluminat in scopul determindrii tipului celmai dezavantajos d.p.d.v. al compatibilitatii electromagnetice versus alte avantaje tehnico-economice

2. Considera{ii teoretice

2.1. Generaliti{i

Aglomerarea urband gi circulalia intensd din orage creeazd un nivel considerabil deperturba{ii de bandd largil(zgomot de fond) provocat de instalaliile de aprindere aleautovehiculelor, re{eaua urbanf, de transport in comun, aparatele electrocasnice, ldmpile cudescdrciri in gaze, aparatura numericd, oscilatoarele locale, sculele electrice, etc. El senumeqte zgomot artificial, creat de om. Nivelul perturbator ala acestuiavariazd in funclie dezona geografici, de anotimp, de orag, etc. in general este cuprins ?ntre 20 - 40 dB, depinzdndde mijlocul de transport in comun utilizat in zona respectiv[ (acfionare in ce sau ca),densitatea globald a traficului, standardele na{ionale, etc.

2.2. Lilmpi electrice pentru iluminat

Sursele artificiale de lumin6, construite special pentru a produce luminl, sunt numitelimpi. Ele transformd energia electricd in energie luminoasi, iar dupd modul de producere aradia{iilor luminoase deosebim :

- l6mpi ".".."',H;ti:11ff:ltrtrgpe fenomenul de radia{ie termici

-r6mpi-.'i"''ffili:l1:j'.",ff K,H*:ffi:l*:Hl*1'ce*i

2.2.1. Ldmpi cu incandescen{i

Emisia de lumind este datorati unui corp solid adus la incandescenfi prin trecerea unuicurent electric. Elementul radiant termic este filamentul l5mpii -o spirali de fir de wolfram-alimentat la tensiunea refelei. Spectrul radiafiei este continuu, bogat in radialii galbene gi roqii.Puterea gi compozilia radialiilor sunt determinate de legile radia{iei termice lplanck, Wien,Stefan -Boltzmann).

Wolframul are temperatura de topire 3660K, cdreia ii corespunde o eficacitateluminoasd de 50lm/W in vid, dar gi o rezistenfd mecanicd foarte redusd. Pentru creqterearezisten,tei mecanice se adaug[ rnici cantitS{i de oxid de thoriu, cu care filamentul poateajunge la 2800 - 3000K. Filamentul este simplu sau dublu spiralat, pentru a reduce gabaritul,a reduce evaporarea wolframului gi reducerea pierderilor termice in gazul de umplere.

2Spiralizarea conduce insd la scdderea eficacit5lii luminoase cu aproxim ativ Z}yo.

O lamp[ normald folositd pentru iluminat .e .ompune din: filament, ansamblulpiciorug, balonul de sticld qi soclul.

Filamentul este suslinut de doi electrozi metalici care servesc qi la alimentareaftlamentului, de nigte cdrlige de molibden fixate de extremitatea balonaqului d. rti.lt. i;;i;;;din sticld sunt fixali electrozii gi sus{indtorii gi tubul de evacuare - umplere prin care balonulcomunicd cu exteriorul ?n timpul fabricdrii in vederea viddrii balonului qi umplerii sale cugaze inerte, fiind inchis dup6 efectuarea acestor operafii.

Balonul este executat din sticl6 cu magneziu gi baritd, transparenta sau translucidd gieste umplut, de regul6, cu un amestec de gaze inerre 18S% argon gi tS% azot) lao presiune deaprox. 80kPa.

Gazul din balon are rolul de a reduce vitezade volatilizare a filamentuluicre$terea temperaturii de la 2400K (in vid) la aprox 2g00K.

Soclul ldmpilor normale este un soclu cu firetE}7 sau E40.

Caracteristicile limpilor cu incandescenfl:-

ry construiesc pentru o gamf, larg6 de tensiuni (1,2 - 250)v gi puteri (fracliuni dew - 1500w);- eficacitatea luminoasd 8 - l2lm/W - cel mai important parametru din punct de

vedere economic q -Tt-u;

qi permite

- durata de funcfionare: minim 1000ore, dar D -140-42

'

- durata util5: intervalul de timp de la conectare pdnd la momentul c6nd fluxulluminos emis scade Iag}%din (D1n6u1;

- parametrii ldmpilor cu incandescenli prezint|, o dependen(d accentuati faln detensiunea de alimentare.

Prin introducerea unui halogen se produce "ciclul wolfram - halogen" care permitecre$terea temperaturii filamentului la 3000K _+ 11 : ZZlmlW (1000W) _> cregterea durateimedii de func{ionare la 2000 ore.

2.2,2.Ldmpi cu descircare in gaze sau vapori metaliciRadiafiile luminoase apar ca urunare a fenomenelor

cu sau in lipsa fenomenelor de fotoluminiscentd.de electroluminiscenli impreund

Electrolumiscenfa se datoreazd excitdrii unor substan[e speciale in campuri electricealternative de joasd frecvenfd suficient de intense;

Fotoluminiscenfi apare la iradierea cu anumite radia{ii a unor substanfe speciale, caresunt capabile si reemitd energia absorbitd sub formd de radiatii vizibile. Se definesc:- fluorescen{d - timpul intre momentul excitaliei qi emisiei foarter11l, lrg-r - ltrj;;- fosforescenld - timp mare intre cele doud momente.

Tubul de desclrcarein gaz

Este un sistem format dintr-un spaliu inchis in care se g[sesc doi electrozi la o anumitddistanfd. Sistemul este inchis ermetic ai umplut cv gaz. in ptrezenla unui c6mp electric de oanumit6- intensitate, purtdtorii de sarcind (ioni pozitivl gi electroni) iunt accelerali intr-un senssau altul, funcfie de natura sarcinii lor electrice

Deplasarea ordonatd a particulelor incrrcate constituieproduce' prin ciocnirea neelasticd sau elastici a purtdtorilor degazului, excitlri sau ionizdri ale acestora.

Prin ioniz[ri se produc noi purtdtori de sarcind, care contribuie la intrelinereadesc[rcdrii, iar prin excitiri se produc f.no*.ne luminoase care caracte rizeazddescrrcarea.

In vederea utilizlrii liniilor emise ?n domeniul ultraviolet al spectrului, fluxul radiat de

un curent electric ce poatesarcind cu atomii neutrii ai

3

descdrcare este trimis pe un strat de substanld fluorescentd, denumit6luminofor.Felul descdrcdrii depinde de urmdtoriifactori: fetul cbmpului electric,felul gazului,

presiunea gazului, Jblul electrozilor, distunfa dintri electrozi, fenomenele de tu catod,parametrii activi oi circuitului exterior.

Principala form5 de descdrcare in l[mpile cu descdrcare in vapori metalici estedescdrcarea in arc. Tensiunea minimd necesard amorslrii desc[rcdrii ?n arc se nume$tetensiune de aprindere. Datoritd faptului cd descdrcarea in arc are caraeteristicd tensiune -curent descrescdtoare (adicd au panti negativd), stabilizarea regimului de funcfionare serealizeazd cu ajutorul unui balast inductiv.

a' Tuburi fluorescente (limpi fluorescente cu vapori de Hg de joasi presiune)La o descdrcare in vapori de Hg la joasd presiune se p.oluc

-radialii ultraviolete

puternice, care sunt transformate in radiilii vizibile de cdtre luminofor, aplicat, uscat sauumed, pe suprafa1a interioard a tubului de sticld. in tub se gdseqte o atmosfer[ de argon la opresiune de 3 - 4 torr, precum qi cOteva mg de Hg.

Electrozii tubului sunt din Wf, dublu spirilali gi acoperili cu oxid de bariu.Tuburile fluorescente nu pot fi conectate direct la releaua de alimentare, fiindc6

fJretea(fJaprindere.

Pentru rcalizarca condiliilor de aprindere qi penhu asigurarea funcfiondrii stabile sefolosesc accesorii: starterul qi balastut.

STARTER- lampd cu licirire cu electrozi reci. Unul din electrozi este din s6rm[ denichel, iar al doilea es_te bimetal. in parale cu lampa, ?n caseta din material plastic, se leagd uncondensator de 5 - 20nF pentru eliminare a pirazililor radiofonici. Lampa de desc6rcarecon{ine Na gi Ar, care produc o descdrcare luminiscenid de culoare violet.

BALAST - asigurd funcfionarea stabild a tuburilor fluorescente.o balast inductiv - inftgurare din Cu pe un miez de fier, care reprezint6 o

impedan{i inductiv5. Legat in serie cu tubul, produce un defazajde 600 acurentului fati de tensiune cosrp = Q,J;

o balast capacitiv - balast inductiv ?n serie cu un condensator (la f : 50H2,Xs:2Xy).PrezintL o impedanli capacitivd qi prezintd cosg :0,5 capacitiv ;o balast pentru aprindere rapidl fari starter - cuprinde ?n afari de oinductantd un circuit suplimentar format dintr-o cupaiitute qi o inductan{6.Circuitul suplimentar este aproape in rezonanld la frecvenla reielei gi in timpulpre?nc[lzirii filamentelor, produce la bomele ldmpii o tensiune ridicatdnecesard aprinderii. Cu acest balast se elimind timpul necesar acliondriistarterului gi aprinderea este mai siguri la temperaturi joase ale mediului. Areun factor de putere cosrp > 0,95.

Caracteristicile tuburilor fl uorescente- gama de puteri nominale 14,19,20,40,65,g0W.- eficacitate luminoasd 50 - 70lmlW;- durata de funcfionare mare 4000 - 7500 ore, cu condilia ca dupf, aprindere sdfuncf ioneze3-4ore;- temperatura tubului redusl aprox. 400C;- prezintd' efect stroboscopic @ - i (la obiecte in migcare de rotalie se poate produce

impresia cI acestea se rotesc invers sau stau pe loc).

Func{ionarea tuburilor fluorescente (LFA)Fenomenele se urmdresc pe o schemi cu balast inductiv.

La inchiderea intreruptorului "a", tensiunea sursei se aplicd in intregime tubului qistarterului' Tensiunea de 220Y este insuficienti pentru u-orru..u descdrcdrii in tub, dar estesuficientd pentru amorsarea descdrcdrii rn starter. i; -;;"

cdldurii degajate electroziistarterului se incdlzesc, bimetalul se deformeazd gi scurtci rcuiteazdtubur:

1=--9-= u

in urma trecerii curentului , or," ,lltrn.iJJ *:;." se incdlzesc la -9000c, temperaturdla care fenomenul de emisie termoelechonicd este suficient de intens. concomitent bimetalulstarterului se rdceqte 9i dupd cdteva fracfiuni de secundd, electrozii starterului se desfac qiintensitatea curenturui prin iircuit se reduce brusc la o valoare aproape nur[.

dtTensiunea electromotoare indusd - tensiunea relelei produce un vdrf de tensiunesuficient de mare pentru amorsarea descdrcdrii la incepui in atmosfera de argon gi apoi invaporii de Hg formafi' Dupd aprinderea tubului, tensiuneu ."1.1"i se imparte pe balast qi pe

Utuu f 0'5U."teu.este--aplicatd gi starterului, dar este prea micd pentru amorsareadescdrcrrii starterului (are IJu'= 160:190v) gi starterul iese din func{iune pe toatd duratafunc{ionarii tubului' cic.lul dL aprindere dureazd" | - 2s gi se repeta, dacd dintr-un motivoarecare tubul nu s-a aprins.Pentru a ?mbundtdfi factorul de putere se folosegte un condensator legat la borneletubului cu care se ajunge la cosg = 0,g5 .'0,95.

Pe ldngd schema prezentatdse mai forosesc urmdtoarere scheme de montaj:Schema cu balast capacifiv coscpr = 0,5 capacitiv

A I=O- I : - I =A (D :LA I3 e=AO

balast capacitiv (X" = 2X.)

Schema cu aprindere rapidi firi starter

Montajul duo

Avantajele acestei scheme :- conectate in paralel doui circuite: unul cu balast inductiv gi celdlalt cu balast capacitiv,

rezultd cos<p = 1;- efect strabosco-pic foarte redus, datoritd dafazajuluide 1200 dintre curen{i.

Montajul tandem

b. Limpi cu vapori de Hg de inalti presiune (BVA)

Se compun dinh-un tub de desc5rcare propriu-zis din cuarf (transparenr penrruradia{iile UV) agezat intr-un balon de sticld acoperit pe suprafald interioard cu luminoior. inapropierea electrozilor principali se gdsesc electrozi auxiliari de polaritate inversd (suntlegali printr-un rezistor de celdlalt electrod principal). La aplicarea tensiunii de alimentareintre electrodul principal gi auxiliar se produce o desc[riare in arc, care face posibil[descdrcarea in gaz intre cei doi electrozi principali. Ca urmare gazul incepe si lumineze qi seproduce clldurd la care Hg se evapord gi presiunea vaporilor de Hg creqte ia cdteva atmosfere.In continuare lumina este produsd de atomii de Hg excitali. Yaporizarea Hg-ului dureazd,3 -8 minute, numai dupd aceea lampa produce fluxul luminos nominal. Lampadecuplatd de laretea se poate recupla numai dup[ rdcire, care dureazd tot 3 - 8 minute. Se folosesc in serviciucontinuu.

Schem6 simpld de conectare la retea:

Caracteristici:

- eficacitate luminoasl mare 40 - 60 lm/W;- durata de funcfionare 2000 - 3000 ore;- indexul de redare a culorilor 43 - 55;- factor de putere inductiv scizut cose:0,5 - 0,6;- luminanfd ridicatd 5.l06cd/m2, fenomen de orbire imponant

Se utilizeazd in iluminatul exterior gi in iluminatul interior al haielor industriale inalte.

c. Limpi cu vapori de sodiu de inalti presiuneLiniile de rezonanfd ale sodiului au l, : 589nm, in apropierea lungimii de und6 la care

ochiul ptezintd maximul sensibilitilii spectrale, deci nu .rie nr".rurd folosirea fenomenuluide fotoluminiscenfd.

Desclrcarea are loc intr-un tub ceramic translucid in care se gasegte sodiu, vapri de Hgqi xenon. Temperatura necesard oblinerii unei eficacitdli luminout. opiirn. se asiguri priiintroducerea fubului de descdrcare intr-un balon de sticll vidat, transparent sau acoperit cu unstrat difuzant.

Amorsarea desc6rcdrii are loc in amestecul xenon - vapori de Hg, gi fiindca nu exist6electrozi auxiliari, necesitd o tensiune de 3 - 4kV, furnizatd de un diipozitiv de aprindere(igniter) sub forma unui tren de impulsuri de inaltd fiecventd gi tensiune.

Regimul de funcfionare nominal se obline dupd cdteva minute de la conectare. Lacregterea presiunii vaporilor de sodiu lurnina ldmpii devine alb - aurie, cu un pronunlatconfinut de energie in domeniul rogu.

Pauza necesard pentru reaprinderea l6mpii, dupd intreruperea alimentarii, este de 2 - 3minute necesare rdcirii tubului ceramic.

Caracteristici:- gama de putere 250 -1000w.- eficacitatatea luminoasd 100 _ 1201m/W,- redarea culorilor satisftcdtoare Ru :23 - 25,- luminanla ldmpilor mare 9.l06cd/m2,- durata de funcfionare 6000 _ 10000 ore,- sensibile la variafiile tensiunii re.telei de alimentare.

Se utilizeazd la iluminat exterior.

Din motive economice, in ultima perioadi se folosesc pe scara targl tlmpile cudesclrciri in gaze, dar cu unele repercusiuni nedorite asupra nivelului d1 perturba{iielectromagnetic.

Sistemul de aprindere al limpilor fluorescentede bandl largi intermitenti.

reprezinti o sursi de perturba{ii

2.3. Analiza func{ionirii tuburilor cu desclrcare in gaze d.p.d.v. al compatibilitnfielectromagnetice

Sistemul starter (Fig. la) este o sursl de perturbalii de bandi largd, tranzitorie. pdn6 la

I

aprinderea ldmpii, starterul conduce, ceea ce corespunde la func{ionarea cu o sarcindinductivd importantd. Dupi incdlzirea electrozilor gi aprinderea limpii, contactul starterului sedeschide.

Semnalele perturbatoare puternice apar numai la conectarea ldmpilor. Din punctual de vedereal perturbafiilor radio, ele sunt considerate pocnituri cu frecvenld mic[ de repetifie qi nuprezintd mare importan[d. Insd ele pot fi semnificative in vecindtatea aparaturii medicaleultrasensibile, altor aparate de misura sau a stimulatoarelor cardiace, care funclioneazd,lafrecvenfe joase.

Starter

Fig. la. Sistemul de aprindere al ldmpilor fluorescente

Fig. lb. Varia{ii perturbatoare de tensiune ale sistemului de aprindere al ldmpilor fluorescente

In figura lb este prezentat qi graficul de variafie in timp al tensiunii la aprindere. Valorilelimitd ale perturbafiilor admisibile sunt specificate de CISPR 15 (VDE 0875 in Germania).

In lipsa unor mdsuri de antiparazitarc sau la distanle mici, interferenleleelectromagnetice produse de ldmpile fluorescente in regim permanent, deranleazd recep{iaradio pe unde medii gi lungi. Perturbafiile se transmit in special prin conducfie de-a lungulliniilor de alimentare a acestor limpi.

2.4. Detalii tehnice asupra limpilor cu desclrcare in gazeLlmpile cu descdrcarc in gaze cu dispozitive de aprindere electronice au in construclia

lor un generator de IF de 30-50KFIz, care alimenteaz6.lampaprintr-un circuite LC de limitare

8

a curentului. Acestea modificd confinutul de armonici al refelei: 90% pt. armonica a 3-a, 75%o pt. a5'a qi 60% pt. a 7-a (raportate la 50Hz). Studiul valorilor acestor arm^onic este important deoareceele trebuiesc reduse prin filtrare la valorile admise prin normative, {in6nd totodatd cont de spafiulocupat gi de costuri.

Ldmpile cu descdrciri ?n gaze la inaltd presiune pot produce perturba{ii importante p6n[ indomeniul FIF 9i UIF, datoritd, dezvoltdrilor rapide ale descarcdriilapresiuni ridicate gi distan{emici intre electrozi.

In prezent se folosesc pe scard largd ldmpile cu halogen ce prezintl urmatoarele avantaie:- Fluxul luminos este constant ?n timp (balonul este in permanen{I curat)- Durata de via,ta este de 3000-4000 ore, mai mare decdt a ldmpilor cu incandescen,t6normale- Eficacitate luminoasd mai mare cu30%o- Dimensiuni mai reduse- Permit alimentarea cu tensiuni mici, nepericuloase- Au fiabilitate mare in medii cu vibra{ii (filament mai gros qi robust)Alimentarea acestui tip de l6mpi se face la joasd tensiune la tensiuni nominale de 5-24V gi

puteri de 10-50W gi sunt alimentate cu surse de alimentare in comutalie. Aceste surse audenumirea comerciald de transformatoare electronice pi au puterea nominal6 de 60-200W.

Fa{d de transformatoarele cu miez deavantaje:

- greutate redusd- randament marc (98yo)- factor de putere ridicat (0.99)

fier transformatoarele electronice au numeroase

- protecfie la supratensiune, suprasarcind, scurtcircuit, supratempe raturd- soft-start (curent de pornire mic).

Din scurta analizd, a legdturii dintre eficienfa energetica a ldmpilor de iluminat gicompatibilitatea electromagneticI concluzi ile sunt eviden-te :

1' Avdnd in vedere politica de cregtere a eficientei energetice in iluminat, l6mpilefluorescente si cele incandescente cu halogen alimentate la inalta frecventa, sunt tot maimult utilizate.

2. Balastul electronic pentru lampa fluorescenta compacta tip FLE 20 TBXlg27, 20 W, estedimensionat corespunzdtor, cu pierderi mici, factorie putere ridicat si dimensiuni reduse.

3' Transformatorul electronic ca sursa de alimentare pentru lampa cu halogen de joasatensiune este din ce in ce mai ieftin si are eficienta ridicata.

4' Sursele electronice de alimentare introduc perturbalii in releaua electrica si scad calitateaenergiei electrice. Schemele analizate sunt prevezute cu filtie care reduc perturbatiile la unnivel sub cel admisibil.

3. Determiniri experimentale

Pentru realizarca lucrdrii se utilizeazdmodului cu limpi de iluminat care are in component6 5tipuri. Se va utiliza schema de montaj din figura 2.

Fig.2. Schema de montaj

Mod de lucru:

l. Se realizeazd schema de conexiuni conform schemei de montaj din figura 2.2. Se conecteazd,pefind ldmpile de pe modul urmdrind vizualilareape osciloscop a formei

perturbaliei introduse la conectare de c[tre fiecare lampl in parte. O aten{ie deosebitd se vaacorda ldmpii cudescdrcare in gaze. Se vor realiza cdte 3 determiniri pentru fiecare lamp6gi se va media valoarea pentru determinarea perturbaliei introduse in refea.

3. Pentru fiecare lampi studiati se vor desena formele perturbafiilor vizualizate pe osciloscopla scara corespunz[toare determindrilor.

4. Se va determina valoarea de vdrf a fieclrei perturbafii vizualizate pe osciloscop si durataacesteia. Se va completa tabelul 1, utilizOnd modelul din tabel pentru fiecare lampdstudiat[.

Nr.crt. Iipul limpii Valoare de vdrf apertubafiei V*

Valoarea devdrf mediatd

Durata t(ms)

2

J

4. Concluzii gi observa{iiSe va realizainbaza determindrilor experimentale gi a datelor tehnico-economice un studiulcomparativ al ldmpilor studiate.

Tabelul

10

AIIEXA I - Rezultate deja ob{inute

Tabelul INr.crt. Tipul ldmpii Valoare de vdrf a pertubafiei

V,, (mV)Durata t(ms)

Lampd lumdnare TTINGSRAM 4000 J

2 4000 J

5 3700 24 SUNNYCAIJpR+c 24OV 50W 2900 J

5 t200 +

6 29007 FLE20TB)VL/827 220_240v F;27 LBXU6 420 J

8 720 29 2600 2l0 PHILIPS Reflector 4OW EZ7 24OV NR63 3OD ICT 2000 2l l 1800 J

12 l 100 0.1l3 3900 zt4 PHILTPS ML I 60W E27 235_24sv sLv 800 u.)15 2s00 u. f

l l

ANEXA 2 - Modele de imagini ob{inute pe ecranul osciloscopului pentru limpileanalizate, in vederea realizirii determ in irilor

12

Tabel 1. Determinari experimentale

Nr. crt.

Tip lampa/ caracteristici

PN [W]

UN [V]

Umas [V]

Imas [A]

Uvv_perturb [A]

Δtperturb [s]

Forme de unda obtinute

1. 2. 3. 4.