Сравнительное исследование режима работы энергосберегающих и обычных источников света с помощью цифровой лаборатории «Архимед»
,
Руководитель: Филиппова Илзе Яновна
Санкт-Петербург, ГОУ СОШ № 000
|
Рис. 1 Электрическая схема установки |
В современных световых приборах в последние годы стали часто появляться энергосберегающие лампы. Закономерным является вопрос – каким образом удается уменьшить потребляемую электрическую энергию и насколько эти источники света идентичны стандартным, а именно – лампам накаливания.
Для сравнительного исследования энергосберегающих ламп и ламп накаливания была собрана следующая электрическая цепь (см. рис. 1). В качестве электроизмерительных приборов в этой цепи были использованы датчики цифровой лаборатории «Архимед» с пределами измерения ± 2.5 А для датчика тока и ± 25 В для датчика напряжения. На исследуемые объекты подавалось стандартное напряжение, что привело к необходимости параллельно к изучаемой лампе присоединить делитель напряжения, составленный из резисторов 60 кОм и 1 кОм и измерять датчиком напряжение на резисторе в 1 кОм. Для оценки световой энергии, излучаемой разными типами источников света, был использован датчик освещенности цифровой лаборатории.
|
Рис. 2 Сравнение графика потребляемой энергии и яркости свечения энергосберегающей лампы номинальной мощностью 30/150 Вт |
Настройки датчиков: частота измерений 1000 замеров в секунду, длительность регистрации – 0.5 с. Для измерений использовалась цифровая лаборатория «Архимед» третьего поколения, регистратор для которой совмещен с миникомпьютером Nova5000EX. Для обработки результатов измерений было использовано программное обеспечение миникомпьютера Nova5000: программа Multilab, позволяющая отображать и обрабатывать данные, регистрируемые датчиками. Для анализа данных использовалась программа электронных таблиц PlanMaker миникомпьютера Nova5000EX.
Сравнение зарегистрированных датчиками графиков зависимостей силы тока и напряжения от времени для энергосберегающих ламп и ламп накаливания показали, что в отличие от лампы накаливания, для которой потребляемый ток изменяется фактически синхронно с напряжением, ток энергосберегающей лампы большую часть периода колебаний напряжения равен нулю. Такие характеристики у этих ламп создаются с помощью специальной электрической схемы, вмонтированной в цоколь лампы. Для определения потребляемой мощности зарегистрированные данные для тока и напряжения поточечно перемножались с использованием соответствующего инструмента Мастера анализа программы Multilab. На рис. 2 приведен график потребляемой мощности энергосберегающей лампы. Для сравнения на этом рисунке приведен график изменения во времени освещенности. Видно, что обе характеристики изменяются с одинаковой частотой (100 Гц). Зарегистрированные данные с использованием процедуры экспорта из Multilab импортировались в электронные таблицы – программу PlanMaker. По возможностям и инструментам эта программа похожа на программу Excel из пакета офисных программ. Для определения среднего значения потребляемой за все время регистрации мощности суммировались 500 мгновенных значений произведения силы тока и напряжения (мощности), полученная сумма делилась на число измерений – 500. Для вычисления мощности излучаемого источником света были использованы соотношения между фотометрическими единицами канделой, люксом и люменом и табличное значение соотношения между канделой и мощностью излучения в единицах Вт. Итоговая формула имеет вид: мощность излучения (Вт)=4*π*R2*освещенность (лк)/683, где R (м) – расстояние от источника света до датчика освещенности.
Проведенные расчеты показали, что для ламп накаливания световая мощность составляет примерно 3,5% от потребляемой электрической мощности (было изучены 4 лампы накаливания разной мощности). Для энергосберегающих ламп этот параметр оказался примерно в 3 раза выше, т. е. составил около 10% от потребляемой электрической мощности (было исследовано 5 энергосберегающих ламп разной мощности), но не в пять раз выше, как указано на упаковке ламп. Спектральные исследования, проведенные с использованием светофильтров из комплекта датчика цветности (колориметра) цифровой лаборатории «Архимед», показали, что для лампы накаливания максимум энергии излучения приходится на красную область (41%), на зеленую приходится только 1/3 от всей энергии излучения. Для энергосберегающей лампы распределение энергии оказалось иным – 2/3 приходятся на зеленую область. Как известно, человеческий глаз максимальную чувствительность имеет именно в зеленой части спектра.
Вывод: эффективность энергосберегающих ламп обусловлена сочетанием двух факторов: в три раза более высоким КПД по сравнению с обычными лампами накаливания и тем, что их излучение сосредоточено в спектральной области, к которой наиболее чувствителен человеческий глаз.
