Характеристики електричних апаратів захисту

2. Скласти електричну схему за рис. 7.2 і після її перевірки викладачем упевнитись у захисній дії теплового реле. Для цього виконати два досліди: а) пуск і роботу електродвигуна протягом 5 хв. здійснити при живленні обмоток статора на всіх трьох фазах; за показанням амперметра записати споживаний електродвигуном струм у таблицю 7,2 і порівняти його з номінальним струмом нагрівного елемента теплового реле; б) вимикачем 3) вимкнути одну фазу живлення електродвигуна; записати силу струму, що вимірює; амперметр у колі живлення по двох фазах. Дати можливість електродвигуну попрацювати до моменту автоматичного вимикання апаратом захисту - тепловим реле. Зафіксувати за секундоміром чи годинником час дії теплового реле. Результати занести в таблицю 7.2.

Результати дослідів перевірки захисної дії теплового реле

Рис. 7.2 Електрична схема перевірки захисної дії теплового

струмового реле (елементи схеми, обмежені пунктирною лінією, з'єднані):

QF – вимикач автоматичний триполюсний;

QS1 – вимикач однополюсний (тумблер);

KM – пускач електромагнітний;

KK – теплове струмове реле серії РТЛ;

SB1 – кнопка „Пуск”;

SB2 – кнопка „Стоп”;

PA1 – амперметр;

M – електродвигун трифазний.

Лабораторна робота №8

ШТУЧНЕ ОСВІТЛЕННЯ і ЕЛЕКТРИЧНІ ДЖЕРЕЛА СВІТЛА

Програма роботи

1. На основі матеріалу, що містить рекомендована література і розділ "Загальні методичні вказівки" цього методичного посібника, засвоїти методи розрахунку штучного освітлення виробничих приміщень.

2. Ознайомитись на робочому місці лабораторії з будовою і принципом дії електричних джерел світла. Записати в робочий зошит електричні і світлотехнічні характеристики (таблиця 8.1) досліджуваних електричних джерел світла

3. Скласти електричну схему (рис. 8.1) вмикання електричних ламп розжарювання в електричну мережу. Після перевірки складеної схеми викладачем подати напругу і занести в таблицю 8.2 електричні величини, що характеризують роботу електричних ламп розжарювання.

4. Скласти електричну схему (рис. 8.2) вмикання люмінесцентної лампи в електричну мережу. Після перевірки складеної схеми викладачем подати напругу і занести в таблицю 8.3 електричні величини, що характеризують роботу люмінесцентної лампи сумісно з пуско-регулюючим апаратом.

5. З'ясувати процеси перетворенні електричної енергії в світлову в досліджуваних штучних електричних джерелах світла

Програма позаурочної самостійної підготовки

1. За рекомендованою літературою вивчити і засвоїти найважливіші поняття і одиниці вимірів, що характеризують дію світла на органи зору, з'ясувати зв'язок між найважливішими світлотехнічними одиницями.

2. Вивчити будову, принцип дії і технічні характеристики штучних електричних джерел світла-лами розжарювання і газорозрядних ламп.

3. З'ясувати і засвоїти методику розрахунку штучного освітлення виробничих приміщень.

4. Підготувати робочий зошит для виконання лабораторної роботи, в яким записати:

- назву, мету і програму роботи;

- таблиці 8.1, 8.2, 8.3 дослідних даних;

- електричні схеми для досліджень (рис. 8.1 і 8.2).

Загальні методичні вказівки

За сучасними уявленнями світло - це форма існування матерії у вигляді електромагнітного поля, послідовно-повторна зміна електричного і магнітного стану оточуючого простору.

Послідовно-повторна зміна електричного і магнітного стану була названа електромагнітними коливаннями. Тому світло - це визначена дільниця електромагнітних коливань, або рухомий стан електромагнітного поля, яке розповсюджується в просторі з дуже великою швидкістю. Ця швидкість С, м/с, вперше визначена експериментально на світлових явищах і отримала назву швидкості світла

С=3 · 10³

Електромагнітні коливання можна охарактеризувати частотою коливань υ і довжиною хвилі l. Зважаючи на те, що ці величини взаємозв'язані

l = С / υ

цілком достатньо електромагнітні коливання охарактеризувати одним показником, наприклад, довжиною хвилі .

У технічній літературі світло характеризується довжиною хвилі, вираженій в нанометрах (нм), причому 1м = 10⁹ нм. До світла віднесені електромагнітні коливання з довжиною хвиль від 380 до 760 нм.

Електромагнітні коливання є носіями енергії, розділеної на дуже малі порції - кванти. Для світла порції енергії отримали назву - фотони. Енергія одного кванта електромагнітних випромінювань залежить від довжини хвилі або частоти

e = (h · С) / l

де e - енергія кванта чи фотона випромінювань, дж;

l - довжина хвилі випромінювань, м;

h- постійна Планка, h = 6.62 · 10 -34 дж·с,

С - швидкість світла, м/с.

Електромагнітні коливання, названі світлом, відіграють дуже важливу роль у біології і сільському господарстві: забезпечують умови бачення для Людей, тварин і комах, є енергетичною основою процесу фотосинтезу рослин, процесу, в якому відбувається перехід від неорганічних хімічних сполук до органічних. Лід дією світла інтенсивніше відбувається процес обміну речовин у живих організмах, стимулюються функції ендокринних залоз, підвищується стійкість організмів до захворювань, зростає продуктивність тварин, покращується відтворювальна здатність маточного поголів'я, збільшується вихід молодняка тварин і птиці при їх розведенні і вирощуванні. Все це і зумовило широке використання штучного світла в сільськогосподарському виробництві.

Для кількісного визначення фізичних явищ необхідно оперувати одиницями вимірювань. Відносно явищ, зв'язаних із світлом і умовами сприйняття світла органами зору людини, щ одиниці виявились суб'єктивними, в їх основу покладено дію світла на органи зору людини. Основною світлотехнічною одиницею є сила світла джерела. Така одиниця одержала назву кандела, що в перекладі означає "свічка" Скорочено позначається "сd" в міжнародній системі одиниць і "кд" на російській та українській мовах.

За міжнародним стандартом одиниці сили світла дається таке визначення: це 1/60 тієї сили світла, яке випромінює поверхня абсолютно чорного тіла площею в 1см² при температурі плавлення платини (Т= 2042 К). Існують еталони цієї світлотехнічної одиниці, однак фізичну суть її можна уяснити, ознайомившись з похідними світлотехнічними одиницями - одиницями світлового потоку і освітленості.

Одиницею світлового потоку є люмен (лм). Одному люмену можна дати таке визначення: якщо точкове джерело світла має силу світла одна кандела, випромінює світло рівномірно у всіх напрямках, то кількість світла, обмеженого об'ємним кутом в один стерадіан (ср), дорівнює одному люмену. Це можна виразити відношенням

I = F/ w

Де: I - сила світла джерела, кд;

F - світловий потік, лм;

w - об'ємний кут, ер.

Зважаючи, що точку простору оточує об'ємний кут w = 4p ср, зв'язок між світловим потоком і силою світла джерела можна виразити

F = 4p · І

Цю рівність можна сформулювати так: світловий потік джерела світла, виміряний в люменах, у 4p раз (» 12.56) перевищує силу світла цього джерела, виражену в канделах.

Освітленість - це відношення світлового потоку до площі освітлюваної поверхні. Одиницею освітленості прийнято один люкс (лк) - найбільша освітленість, яку може забезпечити світловий потік в Ілм при рівномірному розподілі світла на поверхні площею 1 м². Якщо позначити освітленість буквою Е , світловий потік - F , а площу освітлюваної поверхні - S , то можна записати таке співвідношення:

Е =F / S (8.1)

На практиці найбільш важливою величиною, яка зумовлює виконання робіт при штучному освітленні, є освітленість робочих приміщень. Дія визначення мінімального рівня освітленості, при якій людина не відчуває втоми, а її органи зору функціонують нормально, були проведені медичні _ досліди для різних робіт. Результати досліджень систематизовані у документі під назвою "Норми штучного освітлення виробничих приміщень в сільському господарстві", виданого в 1980 році. Рівень освітленості, що нормується для виробничого приміщення, позначається Ен.

Метою розрахунку є визначення кількості та взаємного розміщення штучних джерел світла - електричних ламп.

Електричні джерела світла

Пристрої, які перетворюють електричну енергію в світло, одержали назву - електричні лампи. За принципом дії електричні лампи поділяються на два види - розжарювання і газорозрядні лампи. В електричних лампах розжарювання світло випромінює нитка розжарювання, яка нагрівається до високої температури в результаті теплової дії електричного струму, що протікає по ній. Щоб нитка розжарювання витримана високу температуру, її виготовляють із найтугоплавкішого металу - вольфраму, а для захисту металу від хімічних реакцій окислення нитку розміщують у скляній колбі, з якої або зовсім видалено повітря і створено вакуум (вакуумні лампи розжарювання), або атмосферне повітря заміщено сумішшю інертних газів - аргона і азота чи криптона з ксеноном. Останні одержали назву газонаповнених.

За конструкцією нитки розжарювання лампи бувають моно спіральні (нитка виконана з дроту, який скручено в спіраль) або біспіральними (із дротяної спіралі скручено більшу спіраль).

Перевагами ламп розжарювання є простота конструкції, простота схеми вмикання в електричне коло і невисока вартість. Строк дії цих ламп приблизно 1000 годин.

У газорозрядних лампах світло виникає при переході атомів газу із збудженого в не збуджений стан. Збудження атомів газу відбувається за рахунок протікання електричного струму по газу-наповнювачу.

Найбільш поширеними газорозрядними лампами є люмінесцентні лампи низького тиску. Ці лампи містять скляну трубку, на внутрішню поверхню якої нанесено спеціальну речовину, здатну світитися - люмінофор. Простір скляної трубки заповнено інертним газом аргоном, в який додають невелику дозу ртуті. В нормальних умовах тиск газу в трубці ртутно-люмінесцентної лампи низький і не перевищує 1 мм ртутного стовпчика. На кінцях трубки розміщені електроди, що нагадують за будовою нитки розжарювання. Коли відбувається електричний розряд в газі, що наповнює трубку, іншими словами, коли електричний струм проходить через газ від одного електрода до протилежного, відбувається збудження атомів газу аргону і пари ртуті. Перехід від збудженого у не збуджений стан атомів газу супроводиться виділенням окремих квантів електромагнітних випромінювань. Атоми аргону випромінюють світло голубого кольору, а атоми ртуті - невидимі ультрафіолетові промені, які, попадаючи на люмінофор,, перетворюються у видиме випромінювання - світло. Поверхня трубки люмінесцентної лампи випромінює світло, спектр якого залежать від хімічного складу люмінофору. Добирають люмінофор так, щоб світло лампи нагадувало денне, тому такі лампи одержали ще одну назву - лампи денного світла.

Перевагами газорозрядних ламп є відносна їх довговічність (строк дії приблизно 10000 годин) І можливість одержання бажаних кольорових характеристик випромінюваного світла. Недоліками є - складність виготовлення і вмикання в електричну мережу, висока вартість. У схемі вмикання таких ламп повніші бути пускорегулювальні апарати - стартер і дросель. Стартер замикає на деякий час (1...5 с) коло струму через електроди лампи. При цьому електроди нагріваються до температури 800-900 С, підготовлюючи лампу до засвічування. Далі контакти стартера розмикаються, і коло струму теж розмикається. На цьому закінчуються функції стартера, при свіченні лампи він вже не потрібен.

Дросель під час розмикання контактів стартера створює імпульс підвищеної напруги (приблизно 1000 В) за рахунок ЕРС самоіндукції. Цей імпульс зумовлює електричне "пробивання" розрідженого газу і лампа засвічується. Але на відміну від стартера на цьому функції дроселя не закінчуються. При іонізації газу в лампі його опір зменшується із збільшенням сили струму. Тому дросель відіграє роль обмежувача струму в робочому режимі лампи, коли електричний опір газу незначний.

Досконалість конструкції штучник електричних джерел світла можна характеризувати відношенням кількості світла до кількості спожитої електричної енергії. На практиці таким показником є світлова віддача відношення світлового потоку, що випромінює лампа, до електричної потужності, яку вона споживає

а= F / Р

де: а - світлова віддача, лм/Вт;

F - світловий потік лампи, лм;

Р - електрична потужність, Вт,

Чим більша за значенням світлова віддача, тим технічно досконаліше джере.110 світла. Світлова віддача електричних ламп розжарювання складає в середньому 13 лм/Вт, Різні удосконалення конструкції дозволили збільшити показник до 22 лм/Вт. Світлова віддача ртутно-люмінесцентних ламп низького тиску значно більша І складає 60...65 лм/Вт. Найбільшу світлову віддачу мають натрієві лампи - газорозрядні лампи, випромінюючим тілом в яких є газоподібна пара металу натрію. Світлова віддача натрієвих ламп досягає 130 лм/Вт, тому в перспективі можливе використання таких ламп для освітлення виробничих приміщень

З поняттям світлової віддачі зв'язане поняття світлового коефіцієнта корисної дії (ККД) електричних ламп різних типів. Беручи до уваги те. що органи зору людини найтужливіші до випромінювань з довжиною хвилі l = 555 нм, а потужність в 1 Вт такого випромінювання сприймається як світловий потік в 683 лм, світловий ККД джерела світла

h = a / 683, або h = (100 · а / 683)%

Економія електричної енергії при штучному освітленні виробничих приміщень може бути досягнута за рахунок застосування ламп з більш високою світловою віддачею.