Analiza Tehnico Economica a Surselor Moderne de Iluminat

Introducere

Iluminatul prezintă un aspect foarte important în viața noastră. Iluminatul a permis mărirea orelor de lucru peste timpul în care dispunem de lumina naturală. Iluminatul este și unul din elementele determinante ale calității vieții.

Iluminatul artificial este obținut cu ajutorul surselor de lumină alimentate din rețeaua de energie electrică, el vine în completarea iluminatului natural.

Iluminatul electric este cea mai răspândită aplicație tehnică a fenomenelor electromagnetice, îl regăsim în iluminatul casnic, iluminatul stradal, industrial, iluminatul de siguranță și avertizare, iluminatul artistic/ spectacular, iluminat publicitar, sistemul de iluminat al mașinii, etc.

Iluminatul electric are o mare influență asupra muncii profesionale și asupra activității culturale, asupra igienei individuale și colective, asupra vieții personale și sociale.

Calitatea iluminatului se stabilește în funcție de destinația încăperii, caracteristicile mediului ambiant, activitățile ce urmează a se desfășura. Nivelul de iluminare este cel mai important factor în determinarea vizibilității și detaliilor obiectelor. Acest nivel variază în funcție de sarcina care urmeaza a se executa, acesta fiind de ordinul a 50- 150lx pentru iluminatul general rezidențial. În ciuda importanței pe care o are iluminatul, majoritatea utilizatorilor cunosc puține lucruri despre aspectele tehnice și economice privind calitatea iluminatului obținut, aportul real al consumului de electricitate pentru iluminat și eficiența energetică a lămpilor.

Proiectarea, executarea și exploatarea instalațiilor de iluminat necesită cunoștințe speciale, pentru ca să se facă economii de energie electrică fără a se reduce efectul luminos al instalației.

Tema acestei lucrări este analiza tehnico- economică a surselor moderne de iluminat, având ca studiu experimental analiza a 4 surse de iluminat diferite . Am ales și am tratat cu multă plăcere și interes această temă deoarece iluminatul prezintă un aspect foarte important în viața noastră, se regăsește în toate domeniile.

În lucrarea de față am prezentat începând cu primul capitol o scurtă descriere a surselor de iluminat, iar în capitolul doi am prezentat componentele electronice ale acestor surse. În capitolul trei am prezentat câteva valori normate ale iluminării. În capitolele patru și cinci am descris aparatele de măsura folosite în scopul desfășurării lucrării. În ultimul capitol este prezentat standul și măsurătorile efectuate și concluziile la care am ajuns în urma analizei acestei lucrări.

CAPITOLUL 1. SURSE MODERNE DE ILUMINAT – LĂMPI ELECTRICE

Sursele de lumină au la bază fenomene și reacții chimice care emit o radiație electromagnetică (Lumina) în spectrul vizibil al ochiului uman. Aceste fenomene sau reacții chimice pot avea loc în mediul înconjurător (apropiat sau îndepartat) sau în incinte realizate de către tehnologia umană. Lămpile electrice sunt surse primare artificiale de lumină care emit radiație luminoasă (eventual pe lângă alte radiații din domeniul optic) prin transformarea energiei electrice.

În continuare voi prezenta câteva surse de lumină cu ajutorul cărora se pot ilumina spațiile întunecate.

Clasificarea lămpilor electrice

Fenomenele care stau la baza funcționării lămpilor electrice sunt radiația termică și luminescența.

În lămpile bazate pe radiația termică, emisia de radiație optică și în principal, luminoasă este datorată unui corp solid, adus la incandescență de un curent electric. Corpul incandescent poate funcționa în vid sau în atmosferă de gaz inert, temperatura de lucru având un rol important în obținerea eficacității sursei.

Fenomenul de luminescență constă în emiterea de către o substanță a unei radiații electromagnetice a cărei intensitate (pentru anumite lungimi de undă sau pentru intervale spectrale restrânse) este mai mare decât cea a radiației termice emise de către substanță, la aceeași temperatură. Radiația luminescentă poate avea loc indiferent de starea de agregare a substanței.

În funcție de cauza care provoacă radiația, în construcția lămpilor electrice prezintă interes electroluminescența și fotoluminescența (mai ales fluorescența).

Electroluminescența apare sub acțiunea purtătorilor de sarcină (electroni și ioni) care se deplasează într-un câmp electric. Electroluminescența este proprie descărcării electrice în gaze și în vapori metalici în care atomii gazului sau vaporilor metalici sunt excitați și ionizați de către ciocnirile cu purtătorii de sarcini.

Fotoluminescența este produsă prin absorbția fotonilor, adică sub acțiunea unei radiații electromagnetice. Dintre fenomenele de fotoluminescență, ne interesează în mod deosebit fluorescența care reprezintă o fotoluminescență ce persistă un timp extrem de scurt (sub s) după excitarea substanței cu radiație electromagnetică. În lămpile cu descărcare electrică se folosește fluorescența unor substanțe solide, în vederea creșterii eficacității luminoase si/ sau a modificării compoziției spectrale a radiației.

Funcționarea anumitor lămpi are la bază folosirea unor radiații mixte cum sunt: electroluminescența +fotoluminescența, electroluminescența + radiația temică sau electroluminescența + radiația termică + fotoluminescență (fluorescență).

În consecință, ținând seama și de caracteristicile mediului radiant, în tehnica iluminatului se folosesc următoarele categorii de lămpi:

Lămpi cu incandescență

Bazate pe fenomenul de radiație termică. La care energia electrică este folosită pentru încălzirea filamentului până la temperaturi ridicate. Dupa mediul în care funcționează elementul radiant termic (filamentul), se deosebesc:

Lampă cu vid

Fig. 1.1.1.1 lampă cu vid

Lampă cu halogeni

Fig.1.1.1.2 lampă cu halogen

Lampă cu gaze inerte

1.Balon de sticlă

2. Gaz inert de joasă presiune

3. Filament tungsten

4. Fir de contact

5. Fir de contact

6. Suport de sârmă

7. Montură de sticlă

8. Contact lateral

9. Soclu filetat

10. Izolație

11. Contactul central

Fig.1.1.1.3 lampă cu gaze inerte

Lămpi cu descărcare electrică în vapori metalici

Bazate pe fenomenul de luminescență. În care lumina este produsă printr-o descărcare luminescentă într-un amestec de mai multe gaze și vapori metalici; Cele mai folosite lămpi sunt:

lămpi cu vapori de mercur la joasă presiune (tuburi fluorescente);

lămpi cu vapori de mercur la înaltă presiune;

lămpi cu vapori de sodiu la joasă presiune și înaltă presiune;

lămpi cu vapori de mercur și halogenuri metalice.

Lămpi cu lumină mixtă

Cea mai răspândită fiind lampa cu descărcare electrică în vapori de mercur la înaltă presiune, cu luminofor și de element de stabilizare a curentului de descărcare (balast).

Parametri principali ai lămpilor electrice

Parametrii care servesc pentru compararea diverselor tipuri de lămpi, în

vederea stabilirii sursei de lumină care urmează a fi folosită într-o instalație de iluminat, precum și pentru aprecierea avantajelor și dezavantajelor acestora, se pot grupa in trei categorii: parametrii tehnici de bază, parametrii tehnico-economici și de exploatare și cost. Încadrarea unui parametru în una din cele trei categorii nu este strictă deoarece nu se poate face totdeauna o distincție netă între un parametru tehnic (fizic) și un parametru de exploatare.

Valorile nominale ale parametrilor sunt prevăzute în standarde sau în normele interne de fabricație. Întrucât producția de lămpi este o producție de masă, în care intervin fluctuații atât în privința proprietățiilor și dimensiunilor materialelor folosite, cât și în privința procesului tehnologic de fabricație, standardele sau normele respective prevăd de asemenea, abaterile admisibile de la valorile nominale ale parametrilor.

Parametri tehnici de bază

Puterea nominală P absorbită de la rețea determină consumul de energie electrică și servește ca bază pentru evaluarea eficacitații sursei.

Tensiunea nominală trebuie să corespundă rețelei (circuitului) la care se conectează lampa.

Fluxul luminos ɸ emis la funcționarea lămpii în condiții nominale servește pentru aprecierea eficacității sursei, dar influențează și stabilirea numărului de surse de lumină necesare într-o instalație de iluminat.

Distribuția spectrală ( culoarea radiației) este indicată prin temperatura de culoare și, eventual, prin coordonatele tricromatice.

Durata de funcționare D este reprezentată prin intervalul de timp, exprimat în ore, în care lampa funcționează, în condiții date, până la înlocuirea sa, datorită pierderii totale sau parțiale a posibilitații de funcționare. Durata poate reprezenta o funcționare neîntreruptă sau o sumă de intervale de funcționare a lămpii, de la punerea în funcțiune și până la scoaterea din exploatare.

Durata este un parametru care se definește static pentru un lot de lămpi.

Durata totală este determinată de pierderea capacitații de funcționare prin arderea filamentului sau imposibilitatea amorsării descărcării electrice. Durata medie se determină pentru un lot de lămpi și reprezintă intervalul de timp în care ies din funcțiune 50 % din numărul lămpilor din lotul supus încercării. Durata medie este o dată importantă de catalog și este impusă de standarde. Durata garantată exprimă timpul în care trebuie să funcționeze orice lampă livrată de fabrică dacă sunt respectate condițiile de exploatare impuse (ea este, evident, inferioară duratei medii).

Durata utilă este determinată de scăderea fluxului luminos al lămpii până la o anumită limită, care poate fi 70-80% din fluxul luminos inițial, după care exploatarea lămpii nu mai este avantajoasă.

Parametri tehnico-economici si de exploatare

Eficacitatea luminoasă η este cel mai important parametru al unei lămpi, creșterea eficacității luminoase a lămpilor constituind indicatorul principal al nivelului tehnic al fabricii producătoare și, în același timp, principala direcție de îmbunătățire a fabricației. Aceasta se explică prin faptul că o parte însemnată din producția de energie electrică a unei țări se consumă pentru iluminat și deci cea mai neînsemnată creștere a eficacității luminoase a unei lămpi are ca rezultat, la nivelul oricărui utilizator și la scară națională, o importantă economie de energie electrică și costuri mai scăzute de exploatare a instalațiilor de iluminat, concomitent cu îmbunătățirea iluminatului la locurile de utilizare.

Eficacitatea luminoasă se obține împărțind fluxul luminos φ emis de lampă la puterea electrică P absorbită de la sursa de alimentare :

η = , în lumen pe watt [lmW–1] (1.4)

La o putere dată a lămpii, creșterea eficacității luminoase se realizează prin creșterea fluxului luminos, obținându-se la aceeași putere consumată, o îmbunătățire a iluminatului fără creșterea consumului de energie electrică.

Adaptarea la instalația de iluminat este determinată de gama de puteri în care se fabrică lampa, de dimensiunile corpului luminos, de schemele de conectare la rețea.

Stabilitatea fluxului luminos în timp și valoarea luminanței lămpii sunt parametri care influențează igiena vederii. Valori necorespunzătoare ale acestor parametri pot duce la oboseala vederii și la reducerea performanțelor activității vizuale prin așa-numitul efect de orbire.

Redarea culorilor obiectelor iluminate este evaluată prin indicele de redare a culorilor.

Surse de iluminat economice

Lămpi CFL(Compact fluorescent Light)

Becurile economice (Compact Fluorescent Light) consuma de 5 ori mai putin decat unul cu incandescenta care oferă aceeași lumină, are o durată de viață de 4 ori mai mare, însă poate fi și de 20 ori mai scump.

Lampa Compact Fluorescentă (CFL) sau Becul Economic având același principiu de funcționare ca și tubul fluorescent cu diferența că integrează și partea electronică de alimentare cu energie electrică a generatorului de electroni.

Fig 1.5.1 Lampa compact fluorescentă

Avantajele unui bec economic:

– Durata de viață a unui bec economic este intre 8,000 și 15,000 ore dacă este folosit corespunzător. Astfel, putem economisi timpul necesar schimbării becurilor mai ales dacă se găsesc în locuri greu accesibile (cum ar fi sistemul de iluminat exterior al casei);

– Becurile economice se încing mult mai puțin decât cele cu incandescență. Acest lucru reprezintă un mare avantaj pentru diverse corpuri de iluminat care impun limite de putere asupra becurilor (plafoniere, veioze, etc);

– Preferința temperaturii de culoare – unii dintre noi preferă lumina rece. Becurile cu incandescență nu pot avea lumina rece .

Dezavantajele unui bec economic:

– Becurile economice au dimensiuni mai mari decât becurile cu incandescență. Lămpile de iluminat pentru hote spre exemplu sunt mult prea mici pentru a putea fi înlocuite cu becuri economice;

– Becurile economice se pot arde ușor dacă există variații regulate de tensiune ;

– Prețul unui bec economic este mult mai mare decât unul cu incandescență. În cazul în care avem de schimbat toate becurile din casă costul va fi mai mare;

– Calitatea variază mult în funcție de producător;

– Lumina becurilor cu incandescență este identică cu lumina generată de soare. Este o lumină caldă, care nu poate fi obținută cu ajutorul becurilor economice.

Lămpi economice cu LED

Cea mai nouă tehnologie în domeniul surselor de iluminat o reprezintă LED-urile. Se prevede că în urmatorii ani LED-urile vor deveni sursa de lumină cea mai des utilizată, reprezentând circa 40-50 % din piața internațională de iluminat.

LED este abrevierea de la Light-Emitting-Diode, adică diodă care emite lumină.

LED-ul este realizat dintr-un material semiconductor dopat cu impurități pentru a crea o joncțiune p-n și emite pe o singură lungime de undă, în mod natural, în funcție de materialul utilizat în joncțiune.

Fig.1.5.2 Structura unui LED

LED-ul creează lumina printr-un “proces rece”, la aplicarea curentului electric semiconductorilor (galiu, arsen sau fosfor), aceștia sunt stimulați de mișcarea electronilor, generând fotoni care sunt percepuți de ochiul uman sub formă de lumină. Acestea nu se ard, nu devin fierbinți și nu utilizează nicio substanță periculoasă.

LED-ul disipă caldură prin baza LED-ului astfel aproape toată energia este transformată în lumină, spre deosebire de becul cu filament care transformă 95% din curentul electric consumat în caldură, care se pierde.

În funcție de tipul constructiv LED-urile se împart în:

a) led-uri THT (fig a de mai jos);

b) led-uri SMD (fig.b de mai jos);

c) led-uri de putere (unul sau mai multe led-uri smd de putere mare).

Fig. 1.5.2a LED de mică putere

Acese tipuri de led-uri sunt concepute pentru a atrage atenția la ceva, cum ar fi: un buton de ieșire de la un dispozitiv, un buton roșu de la o cameră video, etc.

Fig. 1.5.2b LED de mare putere

Aceste led-uri sunt utilizate pentru a ilumina suprafețe. Se folosesc pe un singur suport mai multe LED-uri pentru a mări puterea lămpii și pentru a creea în același timp o lumină albă de mare intensitate.

În funcție de numărul de culori redate deosebim: led-uri simple, bicolore și tricolore (cele din urmă se mai numesc led-uri RGB).

Apărut la inceputul anilor 90, becul LED a fost folosit inițial doar pentru lucruri minore: instalații pentru bradul de Crăciun, pixuri cu lanternă sau lumini decoramentale. În prezent însă, tehnologia a avansat și becul LED este folosit atât pentru iluminarea locuințelor cât și în condiții mai dure, ca farurile autovehiculelor de ultimă generatie.

Avantajele becurilor LED:

– Un bec cu led consumă de 2 ori mai puțin decât unul fluorescent și de 10 ori mai puțin decât unul cu incandescență;

– Becurile LED ajung până la 50,000 ore de funcționare. Astfel sunt economisite alte costuri suplimentare necesare schimbării becurilor din locurile greu accesibile;

– Becurile LED sunt foarte rezistente la șocuri și vibrații, astfel se pot folosi în condiții mult mai grele decât celelalte tipuri de becuri.

– Eficiența energetică- au o eficacitate luminoasă mult mai mare decât versiunile cu lămpi fluorescente.

Dezavantajele becurilor LED:

-Prețul. La ora actuală soluția cu LED-uri este mai scumpă ca investiție inițială, comparativ cu soluțiile clasice, dar se amortizează în timp (datorită eficienței energetice, a costurilor de înlocuire mari pentru sursele tradiționale );

-Dependeța de temperatură. Randamentul LED-urilor depinde de temperatura mediului ambiant: dacă temperatura este mare randamentul scade și invers.

1.6 Unități de măsură a radiației luminoase

Pentru sistemul fotometric s-a definit ca și mărime fundamentală intensitatea luminoasă și are ca unitate de măsurare candela – [cd], iar ca și mărimi derivate: fluxul luminos cu unitatea de măsură lumen [lm], iluminare cu unitatea de măsură lux [lx], luminanța cu unitatea de măsurare candela pe metru pătrat [cd/m2], intensitate energetică cu unitatea de măsurare Watt pe steradiani [W/sr], respectiv sunt utilizate și mărimi ce caracterizează lumina din punct de vedere calitativ precum eficacitatea luminoasă, temperatura de culoare, culoarea luminii și indicele de redare a culorilor.

Unități de măsură ale luminii:

Fluxul luminos Φ [lm] – Toată puterea radiată emisă de o sursă de lumină și percepută de ochiul uman se numește flux luminous;

Intensitatea luminoasă I este măsura fluxului luminos Φ emis în unghiul solid Ω. O sursă de lumină emite fluxul luminos în diferite direcții (în unghi solid Ω – cu unitatea de măsură steradian [sr]) și la diferite intensități.

Iluminarea, E, indică gradul la care o anumită suprafață este iluminată. Aceasta reprezintă raportul dintre fluxul luminos și suprafața de iluminat. Unitatea de masură este lux [lx]. Un nivel de iluminare de 1 [lx] apare atunci când un flux luminos de 1 [lm] se distribuie uniform pe o suprafață de 1 [m2];

Luminanța, L, a unei surse de lumină sau a unei suprafețe iluminate reprezintă o măsură a „cât de mult este stimulat ochiul uman și prin urmare cât de mare este impresia de strălucire creeată în mintea umană”.

Capitolul 2. COMPONENTE ȘI CIRCUITE ELECTRONICE ÎN CORPURILE DE ILUMINAT MODERNE. BALASTE, IGNITERE, ȘTARTERE

Corpul de iluminat este un aparat destinat în principal pentru redistribuirea fluxului luminos al lămpilor în limitele unor unghiuri solide importante în scopul iluminării obiectelor relativ apropiate și care conține toate elementele necesare pentru fixarea lămpilor și pentru conectarea lor la rețeaua electrică.

Dintre lămpile luminescente destinate iluminatului general , cele mai importante și mai răspândite sunt tuburile fluorescente cu descărcari electrice în vapori de mercur la joasă presiune și cu catod cald, denumite în limbaj curent tuburi fluorescente, lămpi fluorescente tubulare.

Lămpile fluorescente se compun dintr-un tub de sticlă, pe al cărui perete interior este depusă substanța fluorescentă sub forma unui strat de pulbere fină.

Elementele lămpii fluorescente :

1.Tub de sticlă;

2.Strat luminofor;

3. Spirală de wolfram;

4. Știfturi de contact;

5. Socluri;

6. Subansamble picioruș.

Pentru aprinderea lămpii, catozii ei trebuie încălziți înainte de aplicarea tensiunii de aprindere, pentru a fi puși în situația de a emite electroni. Pe de altă parte , caracteristica tensiune-curent a lămpii fluorescente fiind negativă, dupa aprinderea ei curentul trebuie limitat prin intermediul unui balast. Realizare aunor condiții (pentru aprindere și pentru funcționare) se face cu ajutorul unor accesorii ,și anume :ștarterul și balastul.

Balastul electronic

Balasturile pentru lămpile fluorescente sunt puse în cutii metalice prevăzute cu borne de conexiuni , permițând racordarea conductoarelor de la 0,75-2,5 mm .

Balasturile electronice consumă cu 30% mai puțină energie electrică decât balasturile feromagnetice. Balastul este prevăzut cu filtru de armonici de joasă frecvență și cu protecție contra perturbațiilor vârfurilor de tensiune.

Balastul electronic furnizează cele trei faze necesare aprinderii și funcționării unei lămpi, și anume:

– controlează energia pentru încălzirea filamentelor;

– furnizează tensiunea necesară declanșării descărcării în gaz;

– limitează curentul la valoarea nominală stabilită de producătorii de lămpi.

Utilizând componente inductive și capacitive, balasturile electronice comandă lămpile la o frecvență ridicată (35kHz). Utilizarea balasturilor electronice în locul celor clasice în sistemele de iluminat reduce semnificativ energia consumată.

În domeniul balasturilor electronice cele mai noi tehnologii permit realizarea unor dispozitive cu gabarit redus, cu performanțe ridicate, având un preț de cost acceptabil.

Evoluțiile recente din domeniul tehnologiei balasturilor electronice permit ca utilizarea acestora în iluminatul stradal să fie mult mai atractivă atât din punct de vedere economic cât și ergonomic.

Factorul determinant în dezvoltarea balastului electronic este economia energiei dar există si alți factori care pledează pentru utilizarea balastului electronic, de pildă :

1. cost de întreținere redus (prin absența starter-ului și a condensatorului de compensare) ;

2. creșterea duratei de funcționare a lămpilor, prin controlul curentului;

3. flux luminos constant pentru tensiuni de alimentare instabile;

4. distorsiuni ale formei de undă a curentului mai mici de 5%;

5. factor de putere aproape unitar.

Balasturile electronice prezintă o serie de avantaje deosebite:

Înlocuirea balastului clasic prin utilizarea unei bobine cu miez din fier necesar limitării curentului de funcționare, care determină un factor de putere redus la care consumul propriu de energie activă – la lămpile de 250W- este de aprox. 60W.

Balastul electronic lucrează la frecvența de 50 kHz și transferă puterea activă către sursa de lumină cu un randament de minim 96% și nu consumă putere reactivă; prin utilizarea balastului electronic se obține o creștere a fluxului luminos cu 10-15% și o dublare a duratei de viață a sursei de lumină.

Balastul electronic poate fi comandat de la distanță și permite variația fluxului luminos, astfel că, în perioadele de trafic redus (după ora 23 și până la ora ieșirii din noapte) nivelul de iluminare poate fi redus până la 20%.

Permite comanda consumului lămpilor cu sodiu de la 100% până la 60% cu o reducere corespunzătoare a fluxului luminos de aprox. 20%, dar la economia de 60W inițial (față de balasturile clasice) se mai adaugă 60W prin reducerea puterii reduse pentru lampa cu vapori de sodiu de 250W.

Utilizarea balasturilor electronice are un impact deosebit asupra mediului. Studiile efectuate de specialiștii în domeniu relevă faptul că, pentru producerea unui kWh în centralele electrice, se utilizează combustibili fosili și se emană în atmosferă un kilogram de dioxid de carbon. Având în vedere economia de peste 1 kWh pentru balasturile electronice de 250W și de peste 0,650kWh pentru balasturile electronice de 150W, obținută pe durata unei zile, se asigură limitarea poluării mediului ambiant cu:

• 5.000 kg dioxid de carbon pe zi și cu 1.825.000 kg pe an (balast electronic 250W)

• 650 kg dioxid de c arbon pe zi și cu 237.000 kg pe an (balast electronic 150W).

Această etapă a dus la importante economii de energie electrică de până la 40%, creșterea duratei de viață a surselor de lumină cu cca. 20% și renunțarea la o serie de componente ale corpurilor de iluminat care produc poluarea mediului exterior.

2.1 Balast electronic

Rolul balastului

Balastul are rolul de a controla curentul electric care trece prin tubul de gaz. Becurile cu descărcare în gaz au particularitatea ca atunci când sunt alimentate de la o sursă de curent electric cu intensitate și tensiune constantă, în timpul funcționării încep să consume din ce în ce mai mult curent ceea ce ar putea duce la distrugerea lor sau a sursei de curent.

Limitatorul de curent este proiectat să livreze becului o cantitate de curent din ce în ce mai mică pentru a evita distrugerea becului.

În procesul de fabricație a becurilor ecologice s-au folosit mai multe tipuri de balast. La început se utilizau balaste electromagnetice.

Becurile cu balast electromagnetic produceau un efect de clipire, o anumită intermitență în iluminare, care era destul de neplăcută. Cu timpul în locul balastului electromagnetic a început să fie folosit balastul electronic. Folosirea lui a redus foarte mult acel efect neplăcut astfel încât la becurile noi el este aproape insesizabil.

Fig.2.2 Schema de conectare a tubului la balastul electronic

Ștarterul

În afară de câteva montaje speciale, fiecare lampă fluorescentă posedă un dispozitiv de pornire (ștarter) care permite preîncălzirea electrozilor și aprinderea lămpii.

Ștarterul este o lampă mică cu neon cu descărcare lentă, prevăzută cu 2 electrozi din care 1 executat dintr-o plăcuță de bimetal. La conectarea lămpii fluorescente la rețea în ștarterul calculat pentru tensiunea rețelei se produce o descărcare lentă între electrozi. Descărcarea mărește temperatura în interiorul ștarterului, plăcuța de bimetal se îndoaie și închide contactul electric, încălzindu-i pe aceștia din urmă până la temperatura necesară. Când descărcarea încetează temperatura ștarterului coboară, ceea ce duce la conectarea circuitului ștarterului deoarece lamela de bimetal își ia vechea poziție.

Spre sfârșitul duratei de funcționare a lămpii din cauza pulverizării și micșorării cantității de material de emisie aflat pe electrozii acesteia, este necesar să se aplice o tensiune mai ridicată pentru asigurarea funcționării normale a lămpii. Din această cauză tensiunea crește până la o valoare la care ștarterul se declanșează din nou și repetă neîncetat încercările de a conecta lampa. Datorită acestor declanșări repetate ale ștarterului lampa începe să pâlpâie. Pentru a îndepărta acest fenomen dăunător, se întrebuințează un ștarter fără pâlpâiri.

2.3 Ștarter

Igniterul

Igniter cu bimetal

Igniterul cu bimetal are la bază principiul producerii unei supratensiuni prin întreruperea unui circuit inductiv constituit de balast.

La aplicarea tensiunii rețelei, contactele sunt închise și balastul este pus în scurtcircuit pe rețea. Curentul de scurtcircuit se închide prin lamela bimetalică și prin încălzitor. Încălzirea lamelei bimetalice face ca, după un timp, lamela să se curbeze și astfel să deschidă circuitul, dând naștere unui impuls de tensiune de amplitudine 800 ÷ 3800 V, care amorsează descărcarea în lampă (după circa 30 secunde de la conectare la rețea). În timpul funcționării lămpii, contactele sunt menținute deschise, prin încălzirea bimetalului de către elementul încălzitor, aflat sub curentul de descărcare.

Schema de conexiune este redată in figura 2.4.1 .

În balonul vidat -1 se găsesc o lamelă bimetalică -2 și un încălzitor – 3 si contactele -4.

Fig.2.4.1schemă conexiune igniter cu bimetal

Igniter electronic

Igniterele electronice funcționează pe principiul încărcării sau descărcării unui condensator prin inductanța de stabilizare (balast), elementul de comutație fiind un tiristor sau un triac.

Avantajele igniterelor electronice sunt:

– posibilitatea obținerii unui singur impuls, a două impulsuri sau a unui tren de impulsuri, în funcție de circuitul de comandă a elementului de comutație;

– funcționarea ordonată, tensiunea de vârf reproducându-se în fiecare alternanță sau în toate perioadele;

– posibilitatea defazării impulsurilor față de tensiunea de alimentare, asigurând funcționarea independent de variațiile tensiunii rețelei;

– aprinderea practic instantanee a lămpii.

Cel mai simplu igniter este igniterul cu tiristor, care asigură producerea de impulsuri de tensiune la bornele balastului în decursul unei singure alternanțe dintr-o perioadă, prin descărcarea bruscă a unui condensator. Descărcarea se realizeazăprin intermediul tiristorului, a cărui conducție este comandatăde descărcarea condensatorului.

Fig.2.4.2 Igniter electronic

Capitolul 3. VALORILE NORMATE ALE ILUMINĂRII ȘI PUTERII ÎN LOCUINȚE

Iluminatul dintr-o încăpere sau zonă de lucru trebuie să asigure vizibilitatea bună a sarcinilor vizuale și realizarea acesteia în condiții de confort vizual.

Iluminatul dintr-o încăpere trebuie să asigure:

– confortul vizual persoanelor care lucrează în încăpere: lucrători, operatori, prin inducerea acestora de senzații pozitive în timpul activității;

– performanța vizuală, care determină efectuarea sau perceperea sarcinii vizuale cu rapiditate și acuratețe, chiar și în condiții dificile și pentru perioade îndelungate;

– siguranța vizuală, astfel încât lucrătorii să fie capabili de a percepe vizual spațiul înconjurător.

Pentru realizarea unui sistem de iluminat ce să ofere în încăpere un mediu luminos confortabil, este necesar să se acorde atenție următorilor factori:

– nivelului de iluminare și uniformității acesteia;

– culorii luminii și redării culorilor;

– direcționării fluxului luminos;

– distribuției luminanțelor;

– orbirii;

– fenomenului de pâlpâire;

– prezenței luminii de zi;

– considerațiilor energetice;

– menținerii sistemului de iluminat în timp.

Normativul pentru proiectarea clădirilor de locuit NP057-02 recomandă valorile de calcul pentru nivelurile de iuminare medie pentru diferitele încăperi ale locuinței și valoarea minimă a puterii instalate.

Aceste valori se regăsesc în tabelul 3.1.

Tabel Nivelul de iluminare și puterea electrică recomandată în locuințe

Normativul privind cerințele de calitate pentru unități funcționale de cazare ( camere, garsoniere și apartamente ) în cladiri hoteliere NP-079-02 recomandă niveluri de iluminare similare pentru încăperile din clădirile hoteliere.

Nivelul de iluminare în clădiri hoteliere

Nivelurile de iluminare recomandate în funcție de destinație

Calculul iluminării

Unul din aspectele cu importanță mare în evaluarea instalațiilor de iluminat este dat de calculul iluminării intr-un anumit punct din spațiu, cum este sarcina vizuală și al iluminării medii pe un anumit plan din spațiu, fie el planul de lucru.

Iluminarea (E) are două componente, directă și reflectată,

. (3.4)

Componenta directă este determinată de partea din fluxul luminos al surselor de lumină ce este emis către punctul sau suprafața în cauză.

Componenta reflectată este produsă de partea din fluxul luminos al surselor de lumină care este orientat înspre alte direcții din spațiu, atinge tavanul, pereții sau mobilierul încăperii și ajunge astfel în punctul sau pe suprafața în cauză în urma unor reflexii multiple.

Calculul iluminării medii

Iluminarea medie pe o anumită suprafață este determinată prin medierea valorilor iluminării calculate pentru o mulțime „p” de puncte de pe suprafața considerată: =sumă (E)/p (3.5) sau prin aprecierea globală a fluxului luminos emis de sursele de lumină ce ajunge pe suprafața de arie A, pe baza definiției iluminării ca flux luminos pe unitatea de arie.

= /A (3.5.1).

Metoda factorului de utilizare(MFU)

Această metodă permite determinarea iluminării medii orizontale (EH ) în planul util al încăperii, luând în considerare fluxul luminos util reflectat de pereți și tavan. Este o metodă simplă, rapidă și eficientă în calculele de dimensionare și predimensionare a sistemelor de iluminat. Se are în vedere că din fluxul total, ,

emis de sursă (lampă) numai o parte este util , , restul fiind absorbit de pereți, tavan, pardoseală sau este transmis. Pierderea de flux luminos este evidențiată prin factorul de utilizare –U- care reprezintă proporția din ce atinge suprafața planului util .

(3.6)

Factorul de utilizare se definește cu relația:

u= (3.6.1)

și depinde de: randamentul corpurilor de iluminat, distribuția fluxului luminos (direct, indirect, mixt etc.), factorii de reflexie ai pereților, și tavanului , forma încăperii, caracterizată prin indicele încăperii:

I=lL/h(l+L) (3.6.2)

unde L, l, sunt lungimea respectiv lățimea încăperii, iar h reprezintă distanța dintre corpul de iluminat și planul util.

Modelul matematic simplificat pentru aplicarea metodei factorului de utilizare în locuințe

Această metodă se bazează pe introducerea a patru convenții simplificatoare:

Factorul de utilizare se adoptă cu o valoare medie generală de U=0,5, care țin cont de distribuția largă a fluxului luminos al aparatelor de iluminat spcecifice locuințelor;

Factorul de menținere se adoptă la valoarea minimă admisă de norma CIE de M=0,8, care ține cont de valorile recomandate de producători;

Numărul de aparate de iluminat ce realizează iluminatul general al încăperii este egal cu 1;

Numărul de lămpi pe aparat de iluminat este în general egal cu 1.

Iluminarea medie de întreținere realizată intr-o încăpere este:

(3.7)

unde: este fluxul luminos al lămpii înscris pe eticheta acesteia, A-aria suprafeței încăperii.

Fluxul luminos al lămpii ce va asigura valoarea normată ( de întreținere) a iluminării într-o încăpere este:

(3.7.1)

CAPITOLUL 4. . INSTRUMENTE DE MĂSURĂ A PARAMETRILOR LUMINOTEHNICI ȘI ELECTRICI

4.1 Luxmetru digital MALVOLUX 5032 C USB

Aparatele de măsură a luminanței și iluminării MAVOLUX 5032 sunt instrumente de măsurare de înaltă precizie și ușor de mânuit. Ele permit masurarea precisă a iluminării în lx (lux) sau fc (footcandle).

Combinat cu adaptorul de luminanță, disponibil ca accesoriu opțional, Mavolux 5032 poate fi folosit de asemenea pentru măsurarea luminanței. Senzorul de lumină este color corectat, adică capacitatea de răspuns spectrală a fost potrivită cu cea a ochiului omului V(λ). Precizia potrivirii V(λ) este principala diferență între cele două tipuri de Mavolux 5032C și Mavolux 5032B.

Clasele de precizie pentru aparatele de măsurarea iluminării au fost definite în Specificațiile Standard DIN 5032, Partea 7 (CIE 69). În consecință, Mavolux 5032C este conform cu Clasa C, Mavolux 5032B este coform cu clasa B (CIE 69). Corectarea cosinus potrivită este integrată în sonda senzorului de lumină, astfel încât lumina de incidență oblică va fi măsurată cu precizie. În consecință, Mavolux 5032C respectă clasa C, Mavolux 5032B respectă clasa B.

Ambele tipuri de Mavolux permit măsurarea luminii de intensitate foarte mare (lumina zilei, faruri) fără accesorii adiționale. În special Mavolux 5032B având o sensibilitate inițială de 0.01lx este potrivit pentru măsurarea intensităților de lumină foarte joase, cum ar fi iluminatul de urgență.

Fig.4.1 Luxmetru digital MALVOLUX 5032 C

Tabel 4.1 Date tehnice MAVOLUX 5032 USB

4.2 Analizor de energie Fluke 434

Analizorul de energie Fluke 434 II este instrumentul ideal pentru monitorizarea energiei. Utilizând funcția Calculator pierdere de energie, modelul 434 II măsoară costurile fiscale ale energiei irosite din cauza calității reduse a energiei. Această capacitate de monetizare a energiei ne permite să identificam zonele cu cele mai mari pierderi de energie ale instalației, astfel încât să putem determina soluții potențiale de economisire a energiei. Adăugăm măsurători de bază ale calității energiei la restul beneficiilor și obținem un instrument de depanare puternic.

Caracteristici:

• Calculator de pierder de energie: Măsurători clasice de putere activă și reactivă, dezechilibru și putere armonică, sunt cuantificate pentru a identifica costurile fiscale ale pierderilor de energie.

• Depanare în timp real: Analiza tendințelor utilizând instrumente cursor și de distanță focală.

• Cea mai mare tensiune de siguranță din industrie: 6600 V CAT IV/1000 V CAT III nominală pentru utilizarea la punctul de intrare la instalația electrică.

• Măsurare trifazată completă și neutră: Cu patru sonde de curent flexibile incluse, cu flexibilitate subțire îmbunătățită pentru a se potrivi și în cele mai înguste locuri.

• Stabilirea automată a tendințelor: Fiecare măsurătoare este înregistrată întotdeauna automat, fără nicio setare.

• Monitor de sistem: Zece parametri de calitate a energiei pe un ecran conform cu standardul de calitate a energiei EN50160.

• Funcție de înregistrare a energiei: Configurabil pentru orice condiții de testare cu memorie pentru până la 600 de parametri la intervale definite de utilizator.

• Vizualizare grafice și generare de rapoarte: Cu software de analiză inclus.

• Durata de viață a bateriei: Timp de funcționare de șapte ore per fiecare încărcare a acumulatorului Li-ion.

Capitolul 5. MODULUL AMBIENT CONTROL

Platforma Waspmote Plug & Sense! este proiectată pentru implementarea rapidă a senzorilor aplicației Smart City, oferind dispozitive care sunt pre-configurate să creeze servicii pentru Smart parking sau Smart Environment, direct din cutie. Probele de senzor pot fi adăugate la dispozitiv sau înlocuite fără să fie nevoie de dezinstalare, păstrând costurile reduse asta fiind o soluție de durată.

Sensibilitatea ridicată este adecvată pentru utilizarea în interior și exterior; capacitatea în timp real de a monitoriza răspunsul face ca Libelium’s Smart Lighting , sa fie o solutie atractivă pentru utilizarea în orașele inteligente, clădiri și sisteme de securitate inteligente.

Fig 5. Modulul ambient control

Descriere generală

Acest model este conceput pentru a monitoriza parametrii de mediu principali în mod simplu. Doar trei sonde de senzori sunt premise pentru acest model, cum este indicat în tabelul următor.

Tabel 5.1 Caracteristici modul ambient control

După cum se vede în figura de mai jos, datorită sondei direcționabile, sonda sensor de luminozitate poate fi plasată în diferite poziții. Senzorul poate fi focalizat direct de la sursa de lumină pe care dorim să o măsurăm.

Fig.5.1 Modulul și senzorul lux accuracy

5.1.1 Detalii senzor de luminozitate LDR

Specificatiile senzorului(LDR):

Rezistența în întuneric: 20 MΩ;

Rezistența la lumină(10lux): 5 ~ 20kΩ;

Domeniul spectral: 400 ~ 700nm;

Temperatula de functionare: -30ºC ~ +75ºC.

Fig.5.1.1 Senzor de luminozitate LDR

Acesta este un senzor rezistiv al cărui conductivitate variază depinzănd de intensitatea luminii primite pe partea photosenzitivă a acestuia. Domeniul de măsură spectral (400nm- 700nm) coincide cu spectrul vizibil uman astfel încât acesta poate fi utilizat pentru a detecta lumina/ întunericul în același mod în care ar face-o și ochiul uman.

5.1.2 Detalii senzor de luminozitate Lux accuracy

Specificatiile senzorului ( precizie lucși):

Gamă dinamică: 0.1 pana la 40000 lux;

Gamă spectrală: 300 – 1100nm;

Gama de tensiune : 2.7 – 3.6 V;

Temperatura de funcționare (de lucru) : : -30ºC to +80ºC ;

Consum tipic: 0.24mA;

Consum maxim: 0.6mA;

Utilizare: în interior și în exterior.

Fig.5.1.2 Senzorul lux accuracy

Acesta este un convertor lumină-digital care transformă intensitatea luminii într-un semnal de ieșire digital. Acest dispozitiv combină o foto-diodă de bandă largă (vizibil + infrarosu) și o foto-diodă cu răspuns în infraroșu într-un singur circuit integrat CMOS, capabil să ofere un răspuns aproape fotonic într-un domeniu dinamic pe 20 biți (rezoluție 16 biți). Două ADC convertesc curenții foto-diodei într-o ieșire digitală, care reprezintă radiația măsurată pe fiecare canal. Această ieșire digitală, in lucși, este derivată folosind o formulă empirică, pentru a aproxima răspunsul ochiului uman.

Configurarea și programarea modulului

Acest modul poate fi programat cu ajutorul mediului de dezvoltare integrat al Libelium(IDE).

Libelium oferă un generator de cod petru a ajuta în primii pași de dezvoltare. Acest generator de cod este disponibil la secțiunea de dezvoltare pe site-ul web al Libelium.

Compilarea unui program nou

Pentru a utiliza compilatorul Waspmote IDE trebuie să rulați scriptul executabil denumit "Waspmote", care se află în dosarul în care a fost instalat compilatorul.

Waspmote IDE este împărțit în 4 părți principale, dupa cum se poate vedea în figura următoare.

Fig.5.2.1 Compilatorul waspmote IDE

Prima parte este meniul care permite configurarea parametrilor generali, cum ar fi portul serial selectat. A doua parte este un meniu buton care permite compilarea, deschiderea, salvarea sau încărcarea codului selectat de pe placă. Partea a treia conține codul principal care se va încărca în Waspmote și a patra parte ne arată posibila compilare și erorile de încărcare, precum și mesajele de succes în cazul în care procedeul este efectuat corect.

Următorul pas este de a configura dosarul în care programele create vor fi salvate. În IDE Waspmote, acest dosar se numește "caiet de schite", și poate fi configurat prin accesarea tab-ul 'File / Preferences ". Făcând clic pe această filă se va deschide o fereastră nouă în care locația caietului de schițe poate fi indicată. Odată ce calea dosarului caiet de schițe este indicat, testarea descărcarii programului trebuie să fie salvată în acest dosar.

Încărcarea unui nou program

Un cod nou poate fi încărcat în Waspmote fără a deschide Waspmote Plug & Sense ! Doar conectați o parte a cablului USB la acest conector, scoțând capacul de protecție, dacă este necesar și conectați cealaltă parte la un PC. Amintiți-vă că Waspmote trebuie să fie pornit pentru a permite încărcarea unui cod nou. Etapele următoare descriu acest proces în detaliu.

Pasul 1: Îndepărtați capacul de protecție a conectorului USB

Fig.5.2.2a capac conexiune USB

Pasul 2: Conectați cablul USB la modulul waspmote. Conectați o parte din cablul furnizat de USB-ul tată-tată la conectorul USB-mamă. Pentru modelele cu GPRS, GPRS + GPS sau 3G Module, este disponibil un micro-USB .

Fig.5.2.2b conexiune mufă USB

Pasul 3: Conectarea cablului USB între modulul Libelium și PC.

Fig.5.2.2c conexiune modul-PC

Pasul 4: Asigurați-vă că ați deschis modulul apăsând butonul ON/OFF .

Fig.5.2.2.d butonul ON/OFF al modulului

Pasul 5: Deschideți compilatorul waspmote IDE

Pasul 6: Selectarea codului corespunzător. Dupa alegerea codului corespunzător modululi libelium și a senzorului, se salvează schița (waspmote IDE are un buton pentru salvare) de exemplu, cu numele de "Waspmote Plug Sense_test_code", apoi verificați mesajul IDE "Done Saving".

Fig.5.2.2e butonul de salvare schiță

Pasul 7: Se selectează versiunea API corespunzătoare modulului mergând la tools/ board.

Fig.5.2.2f selcția boardului

Pasul 8: Selectarea portului USB

Selectați portul serial corespunzător mergând la tools / port serial. Dacă sunteți în imposibilitatea de a vedea portul USB adecvat poate că ar trebui să instalați cele mai recente drivere FTDI.

Fig.5.2.2g selectarea portului de comunicare

Pasul 9: Compilarea codului

Compilați codul (IDE are un buton pentru asta), și verificați dacă nu există erori sau avertismente. IDE ar trebui să spună "Done Compiling".

Fig.5.2.2h procedura de compilare

Pasul 10: Încărcarea codului

Apăsați butonul de încărcare și vedeți mesaje care vin de la IDE. Pe parcurs după puțin timp, veți vedea mesajul "upload to I / O board". Așteptați câteva secunde până când procesul se termină și apoi verificați să nu existe mesaje de eroare, doar mesajul „Upload done”.

Pasul 11: Deschiderea monitorului serial

Dacă procesele de încărcarea sunt finalizate cu succes se deschide Serial Monitor pentru a vedea rezultatele codului încărcat.

Fig.5.2.2i lansare Serial Monitor pentru modului „Ambient Control”

Conținutul codului sursă

Liniile de cod au următoarele explicații:

// Puneti libraria aici (#include …)

void setup() {

// puneti codul de configurare aici, pentru a rula o singură dată:

}

void loop() {

// puneti codul principal aici, pentru a rula în mod repetat:

}

Codul pentru senzorul de luminozitate Lux Accuracy:

#include <WaspSensorAmbient.h>

float Value;

void setup() {

USB.ON();

USB.println(F("start"));

delay(100);

}

void loop() {

// Turn on the sensors

SensorAmbient.setSensorMode(SENS_ON, SENS_AMBIENT_LUX);

delay(10000);

// Read the sensors

Value = SensorAmbient.readValue(SENS_AMBIENT_LUX);

// Turn off the sensors

SensorAmbient.setSensorMode(SENS_OFF, SENS_AMBIENT_LUX);

USB.println(Value);

}

CAPITOLUL 6. STANDUL EXPERIMENTAL ȘI MĂSURĂTORILE

Ca studiu de caz la tema de licență aleasă de mine împreună cu domnul profesor coordonator am stabilit că este interesant de facut o evaluare tehnico-experimentală a diferitelor surse de iluminat în timp și spațiu. Pentru aceasta se urmărește monitorizarea comportamentului surselor de iluminat în aceleași condiții de mediu și funcționare.

Prin urmare, pentru realizarea acestei părti am folosit următoarele :

Tub neon cu led de 18W;

Corp neon cu balast clasic cu tub de 36W;

Corp neon cu balast electronic cu tub de 36W;

Lampă cu incandescență de 60w;

Aparate de măsură.

Desfășurarea lucrării

Pentru realizarea lucrării am folosit standul experimental (Fig.6.1) care este alcătuit din lămpile enumerate mai sus, analizor energetic monofazat cu conexiune PC, traductori de iluminație, de curent și tensiune și accesorii specifice.

Fig.6.1Standul experimental

O etapă premergătoare desfășurării lucrării a fost punerea în funcțiune a modulului Libelium.

Pentru aceasta am parcurs următorii pași:

documentare despre libelium și instalarea compilatorului waspmote IDE în PC;

documentare cu scopul realizării codului sursă;

conectarea modulului la PC prin cablul USB;

conectarea la alimentare a modulului (butonul ON/OFF);

compilarea codului sursă;

încărcarea codului sursă;

testare

În figura 6.1a se poate observa momentul testării modulului, testarea realizându-se conform pașilor de mai sus.

Fig.6.1a testarea modulului ambient control

În urma testării am obținut rezultatele din figura următoare (fig.6.1b):

Fig.6.1b valori obținute în urma testării modulului (valorile sunt in lucși)

Pentru măsurarea parametriilor cu relevanță electrică am folosit analizorul de energie Fluke 434. Pentru măsurarea datelor tehnice, firul de alimentare trebuie despicat, faza și nulul pentru a putea conecta cleștii ampermetrici.

Fig.6.1c Conexiunea analizorului de energie Fluke 434

Pentru a măsura parametrii luminotehnici, și anume cantitatea de lumină generată de lămpi, am folosit luxmetrul digital Mavolux 5032 și modulul Ambient Control împreună cu senzorul de lumină Lux Accuracy descris la capitolul 5.

Pentru a face măsurătorile am parcurs următorii pași:

Pasul 1: Am conectat corpul de neon cu balast clasic la standul experimental, după cum se poate vedea în figura 6.1d.

Fig. 6.1d Standul și corpul de neon cu balast clasic

Pasul 2: Am facut conexiunea între balastul electronic și corpul de neon, după care le-am conectat la standul experimental, cum se poate observa în figura 6.1e.

Fig. 6.1e Standul și corpul de neon cu balast electronic

Pasul 3 constă în conectarea tubului LED la standul experimental.

Pasul 4: Am conectat lampa cu incandescență la standul experimental.

Pentru fiecare pas în parte am realizat măsurători pentru a vizualiza parametrii electrici, cât si cei luminotehni.

Măsurători

Pentru măsurători am folosit laboratorul de măsurători din cadrul Universității.

Aparate folosite pentru măsurători:

analizor de energie Fluke 434;

modulul libelium ambient control;

luxmetru digital MALVOLUX 5032C USB;

6.2.1 Măsurătoare tub LED

Pentru realizarea măsurătorilor am folosit corpul de neon cu balast clasic, corpul de neon cu balast electronic, tubul cu LED și lampa cu incandescență.

Măsurători cu analizorul de energie Fluke 434

În graficul următor este prezentată puterea electrică absorbită pentru tubul cu LED pe o durată de funcționare de 10 minute.

Puterea maximă absorbită este de 14,8W.

Fig. 6.2.1 diagrama puterii active absorbite

În următoarele figuri sunt prezentate consumul de putere si de energie pentru tubul cu LED. Avem puterea reală sau activă (kW), puterea aparentă (kVA, produsul dintre tensiunea și curentul RMS), puterea reactivă (kVAR, componenta reactivă a puterii aparente produsă de diferența de fază între curentul și tensiunea AC în bobine și condensatori), factorul de putere (PF raportul dintre puterea reală și cea aparentă), factorul de deplasare (DPF sau cos φ, raportul între puterea reală și cea aparentă pentru fundamentală).

Fig. 6.2.1a consumul de putere Fig. 6.2.1b consumul de energie

În figura 6.2.1c sunt indicate tensiunea, curentul și frecvența, iar în figua 6.2.1d distribuția armonicelor în rețeaua de alimentare.

Fig. 6.2.1c Tensiunea, curentul și frecvența

Fig. 6.2.1d Armonici de tensiune/ curent generate de tubul cu LED

Măsurarea cantității de lumină emisă

În graficul următor este monitorizată cantitatea de lumină emisă de tubul cu LED.

Valoarea minimă este de 336 lx, iar valoarea maximă este de 343 lx.

Valoarea medie fiind 338 lx

Fig. 6.2.1e Monitorizarea cantității de lumină emisă exprimată în lux (lx).

6.2.2 Măsurătoare balast clasic și corp de neon

Măsurători cu analizorul de energie Fluke 434

În următorul grafic este prezentată puterea electrică absorbită pentru corpul de neon cu balast clasic pe o perioadă de 10 minute.

Puterea maximă absorbită fiind de 50W.

Fig. 6.2.2 Diagrama puterii active absorbite

În următoarele figuri sunt prezentate consumul de putere si de energie.

Fig. 6.2.2a consumul de putere Fig. 6.2.2b consumul de energie

În figura 6.2.2c sunt indicate tensiunea, curentul și frecvența, iar în figua 6.2.2d distribuția armonicelor în rețeaua de alimentare.

Fig. 6.2.2c tensiunea, curentul și frecvența

Fig. 6.2.2d Armonici de tensiune/ curent

Măsurarea cantității de lumină emisă

În graficul următor este monitorizată cantitatea de lumină emisă de tubul de neon cu balast clasic. Valoarea variază între 334- 343lx, valoarea medie fiind 339 lx.

Fig. 6.2.2e Monitorizarea cantității de lumină emisă exprimată în lux (lx).

6.2.3 Măsurătoare balast electronic și corp de neon

Măsurători cu analizorul de energie Fluke 434

În graficul următor este prezentată puterea electrică absorbită pentru corpul de neon cu balast electronic pe o perioadă de 10 minute.

Puterea maximă absorbită fiind de 21W

Fig. 6.2.3 diagrama puterii active absorbite

În următoarele grafice sunt prezentate consumul de putere si de energie.

Fig. 6.2.3a consumul de putere Fig. 6.2.3b consumul de energie

În figura 6.2.3c sunt indicate tensiunea, curentul și frecvența, iar în figua 6.2.3d distribuția armonicelor în rețeaua de alimentare.

Fig. 6.2.3c tensiunea, curentul și frecvența

Fig. 6.2.3d Armonici de tensiune/ curent

Măsurarea cantității de lumină emisă

În graficul următor este monitorizată cantitatea de lumină emisă de tubul de neon cu balast electronic. Valoarea variază între 238- 248lx, valoarea medie fiind de 239lx.

Fig. 6.2.3e Monitorizarea cantității de lumină emisă exprimată în lux (lx).

6.2.4 Măsurătoare bec incandescent

Măsurători cu analizorul de energie Fluke 434

În graficul următor este prezentată puterea electrică absorbită pentru becul cu incandescență pe o perioadă de 10 minute.

Puterea maximă absorbită fiind de 51W.

Fig. 6.2.4 Diagrama puterii active absorbite

În următoarele grafice sunt prezentate consumul de putere si de energie.

Fig. 6.2.4a consumul de putere Fig.6.2.4b consumul de energie

În figura 6.2.4c sunt indicate tensiunea, curentul și frecvența, iar în figua 6.2.4d distribuția armonicelor în rețeaua de alimentare.

Fig. 6.2.4c tensiunea, curentul și frecvența

Fig. 6.2.4d Armonici de tensiune/ curent

Măsurarea cantității de lumină emisă

În graficul următor este monitorizată cantitatea de lumină emisă de becul incandescent.

Valoarea cantității de lumină emisă variază între 184- 197lx, valoarea medie fiind 189lx.

Fig. 6.2.4e Monitorizarea cantității de lumină emisă exprimată în lux (lx).

6.3 Tabel comparativ si concluzii finale

În tabelul 6.3 sunt menționate rezultatele experimentale aferente surselor de lumină analizate.

Tab. 6.3 Caracteristicile lămpilor analizate

Concluzii:

În urma măsurătorilor experimentale și analizei temei de licență am ajuns la următoarele concluzii:

Din punct de vedere al eficienței luminoase tubul cu led este cel mai eficient, deoarece aproape toată energia consumată de LED se transformă în lumină vizibilă. Cel mai ineficient fiind becul cu incandescență, deoarece o mare parte din energia electrică este transformată în căldură;

În cazul lămpilor economice mai apar pe lângă armonica fundamentală (1 x 50Hz) o multitudine de armonici de ordin superior (3 x 50Hz, 5 x 50Hz, 9 x 50Hz, s.a.m.d). THD al curentului este mai mare în cazul balastului electronic, iar la THD pentru tensiune este aproximativ 4% pentru fiecare lampă;

tubul fluorescent emite mai mult zgomot în comparație cu tubul cu LED, acesta funcționând în liniște fără a scoate nici un fel de sunet;

Tuburile fluorescente emit mai putină căldură decât becurile incandescente, dar emit mai multă căldură decât tuburile LED;

atât tubul cu LED cat si corpul de neon cu balast electronic se aprind fără pâlpâire; funcționare fără pâlpâire;

tubul de neon conectat la balastul electronic consumă mai puțin decât cel cu balastul clasic, și poate funcționa la frecvențe înalte;

corpurile de iluminat cu LED-uri nu emit infraroșii sau raze ultraviolete, ceea ce reprezintă un câștig d.p.d.v al sănătății;

În urma analizei temei de licență am ajuns la concluzia că sursele de iluminat cu LED au cel mai bun randament, deoarece aprox 95 la sută din energia consumată este transformată în lumină. Chiar dacă aceste surse cu tehnologie LED sunt mai scumpe, acestea pot genera economii mari pe termen lung deoarece au o durată de funcționare mai mare decât celelalte lămpi. LED-urile consumă mult mai puțin curent decât tuburile fluorescente echivalente ca luminozitate.

Consumând mai puțină energie electrică, LED-urile sunt astfel mai prietenoase cu mediul încojurător și cu buzunarul celor care le folosesc. Au performanțe foarte bune, o gamă de culori a luminii practic nelimitată, si nu conțin materiale periculoase.

În următorii ani LED-urile vor deveni sursa de lumină cea mai des utilizată.

Anexe:

Detaliu experiment

Măsurători cu Fluke

Standul și lampa incadescentă (măsurători)

Standul și tubul cu LED (măsurători)

Defazaj bec incandescent 60W

Defazaj balast electronic și tub fluorescent 36W

Defazaj tub LED 18W

Defazaj balast clasic și tub fluorescent de 36W

Bibliografie online:

http://www.libelium.com/development/plug-sense/sdk_applications- vizitat la data de 06.04 ora 13:30

http://ham.aprs.ro/Cursuri/electrotehnica/CAPITOLUL%2010..pdf – vizitat la data de 17.06.2015. ora 12 30

http://www.tehnium-azi.ro/page/articole_articles/_/articles/notiuni-teoretice-din-electronica/led-uri-si-montaje-cu-led-uri-r39 – vizitat la data de 20.06 ora 17:00

http://www.engineering.upm.ro/master-ie/mse/mat_did/elen071/bil_cladiri/CAPITOLUL%20VIII.pdf- vizitat la data de 20.06 ora 16:05

http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/LAMPI-ELECTRICE-PENTRU-ILUMINA54646.php – vizitat la data de 17.06 ora 12:15

www.virtualelectric.ro/links/download/NORMATIV_PENTRU_PROIECATAREA_SI_EXECTUAREA_SISTEMELOR_DE_ILUMINAT_ARTIFICIAL_DIN_CLADIRI_.doc – vizitat la data de 19.06 ora 13:15

http://www.fluke.com/fluke/roro/instrumente-pentru-calitatea-puterii/logging-power-meters/fluke-434-series-ii-energy-analyzer.htm?pid=73937 – vizitat la data de 27.06 ora 21:00

www.arc.ro/userfiles/docs/ecomm/Manual%20MAVOLUX_5032.doc – vizitat la data de 07.07 ora 18:15

http://lec.florinrpop.ro/images/lec/crefen/2006-raport.pdf – vizitat șa data de 19.06 ora 12:50.