Устройство схема энергосберегающей лампы: Устройство и схема энергосберегающей лампы, все подробно

Содержание

Схема энергосберегающей лампы (220 В): устройство, состав

Содержание статьиПоказать

Бытовые энергосберегающие лампы (ЭСЛ) сегодня востребованы, несмотря на популярность светодиодных светильников. Это связано с их удобством, надежностью и эффективностью. Встречаются лампы разной мощности, от 20 Вт до 105 Вт. Чтобы эксплуатация была комфортной, рекомендуем изучить их устройство, которое имеет свою специфику.

Состав и принцип работы

Любая газоразрядная энергосберегающая лампа состоит из стеклянной колбы с инертным газом или парами ртути внутри. Внутрь колбы выведены два электрода, на которые от сети подается напряжение.

Устройство ЭСЛ

Принцип работы следующий: ток вызывает нагрев электродов. Между ними возникает дуговой разряд. Процессами управляет пускорегулирующая аппаратура (ЭПРА), электронная схема с транзисторами и конденсаторами.

Дуговой разряд между электродами воздействует на находящиеся внутри колбы пары ртути и вызывает появление ультрафиолетового излучения. Оно невидимо для глаз, поэтому внутренние стенки колбы покрывают люминофором. Проходя через люминофор, ультрафиолетовое излучение превращается в белый свет видимого спектра. Конкретный оттенок и температура свечения зависят от состава люминофора. Выбор покрытия влияет на стоимость.

Энергосберегающие лампы дают более высокую светоотдачу по сравнению с традиционными приборами накаливания.

Главный недостаток энергосберегающих ламп — невозможность подключения к сети 220 В напрямую. Пары ртути имеют высокое сопротивление, и для формирования нужного разряда требуется высоковольтный импульс.

Принцип работы энергосберегающей лампы

В момент разряда сопротивление внутри колбы становится отрицательным. Если не предусмотреть в схеме защитных элементов, неизбежно проявление короткого замыкания. Защитную функцию в трубчатых установках выполняет электромагнитный балласт старого образца, который монтируется прямо в светильник.

В компактных современных ЭСЛ электромагнитный балласт заменен небольшой электронной схемой ЭПРА.

От качества пускорегулирующего аппарата зависит долговечность и эффективность всей конструкции.

Читайте также

Как сделать блок питания из энергосберегающей лампы

 

Схема энергосберегающей лампы

Схема включает:

  • пусковой конденсатор, подающий импульс;
  • комплект фильтров для сглаживания пульсаций и устранения помех;
  • дроссель для защиты схемы от перепадов тока;
  • транзисторы;
  • драйвер для ограничения тока;
  • предохранитель, исключающий воспламенение схемы при скачках напряжения в сети.

Схема ЭСЛ

В задающем модуле формируется импульс тока, поступает на транзистор и открывает его. Конденсатор заряжается. Скорость зарядки зависит от компонентов схемы.

С транзисторного ключа импульсы передаются на понижающий трансформатор, затем импульсное напряжение через резонансный контур поступает на электроды.

В трубке формируется свечение, параметры которого зависят от конденсатора. Запускающий импульс напряжением около 600 В требует наличия защитной системы.

После пробоя электродов шунтирующий конденсатор резко снижает резонанс и переводит прибор в рабочий режим с равномерным стабильным свечением.

Нужно ли менять схему

Схема энергосберегающих ламп не нуждается в улучшении или доработке. Изменения касаются ремонта неисправностей.

Если устройство не включается, можно попробовать самостоятельно восстановить его. Цоколь лампы разбирается и извлекается схема. Вначале устраняются видимые неполадки, потом следует проверка тестером.

Визуальный осмотр платы управления

Частая причина поломки — выгорание предохранителя. Ее видно невооруженным глазом. На схеме будет присутствовать потемневший элемент с признаками прожога. Производят выпаивание компонента и замену.

Отдельно рассматриваются нити накала колбы. Для проверки нужно выпаять по одному выводу с каждого края и замерить сопротивление тестером. Показатели должны быть одинаковыми. Если нить перегорела, нужно на параллельную спираль припаять резистор с подходящим сопротивлением. После этого лампа должна работать.

Транзисторы, конденсаторы, диоды и другие элементы на схеме проверяются мультиметром. Серьезные перегрузки системы могут привести к короткому замыканию в некоторых узлах. Нужно выявить такой узел и перепаять деталь.

Проверка светодиода или прозвонка мультиметром. Информация на дисплее – О – диод исправен, ток идет; OL – диод исправен, ток не идет.

Читайте также

Разновидности энергосберегающих ламп

 

Рекомендации по использованию

Энергосберегающие лампы удобны и практически без ограничений используются в светотехническом оборудовании. Однако эксплуатация должна осуществляться по правилам, чтобы избежать расходов и убытков.

Обязательно нужно учитывать температурный диапазон конкретного прибора. Он указан в спецификации. Нельзя подвергать лампу перепадам, выходящим за пределы указанного диапазона.

Видео посвящено детальному разбору схемы и простому способу ремонта

В электрических цепях с энергосберегающими лампами не стоит использовать стабилизаторы и устройства плавного старта, предназначенные для простых ламп накаливания. Эти компоненты не отвечают возможностям газоразрядных приборов.

В процессе эксплуатации важно соблюдать правило прогрева, предусматривающее выключение прибора только после 5-10 минут работы. Резкие скачки напряжения негативно сказываются на элементах системы.

Нелишним будет соблюдать технику безопасности при работе с приборами. Энергосберегающие лампы излучают ультрафиолет, который отрицательно воздействует на человека.

Слишком высокая доза облучения приводит к преждевременному старению кожи, возникновению аллергии, иногда провоцирует приступы мигрени или эпилепсии.

По этой причине газоразрядные энергосберегающие лампы лучше устанавливать в отдалении от места постоянного пребывания человека. Установка устройства в настольный светильник точно не будет хорошей идеей.

Схемы энергосберегающих ламп

 

  Здесь представлены схемы популярных энергосберегающих ламп дневного света.
Даже если вы не нашли нужную лампу, ищите аналог, принцип у схем один.

——————————————————

 

 


——————————————————
 

——————————————————
 

 
——————————————————
——————————————————
 

——————————————————
 


——————————————————
 

——————————————————
 


——————————————————

——————————————————-
 

——————————————————
 

——————————————————
 
 


——————————————————

 
——————————————————
 
 


——————————————————
Адрес этой статьи: http://radio-hobby. org/modules/news/article.php?storyid=453
Оригинал: http://www.pavouk.org/hw/lamp/en_index.html
Энергосберегающие лампы
Принцип действия

Ремонт энергосберегающих ламп

Схемы энергосберегающих ламп

Питание ламп дневного света (ЛДС)

Термисторы PTC для энергосберегающих ламп



1). Электрическое поле Земли - источник энергии.

2). Ветродвигатель для ветряка — 1

3). Ветродвигатель для ветряка — 2

4). Получение электрической энергии — 1

Энергосберегающая Лампа




Энергосберегающая или компактная люминесцентная лампа (КЛЛ), условно состоят из двух частей:

1) — малогабаритная люминесцентная колба
2) — электронный пуско-регулирующий аппарат (ЭПРА, электронный балласт), встроенный в цоколь лампы. Посмотрим поближе, что есть на этой плате:



— Диоды — 6 шт. Высоковольтные (220 Вольт) обычно маломощные (не больше 0,5 Ампер).

— Дроссель. (убирает помехи по сети).

— Транзисторы средней мощности (обычно MJE13003).

— Высоковольтный электролит. (как правило 4,7 мкФ на 400 вольт).

— Обычные конденсаторы на разной емкости, но все на 250 вольт.

— Два высокочастотных трансформатора.

— Несколько резисторов.

Работа энергосберегающей лампы на примере наиболее распространённой схемы

(лампа мощностью 11Вт).



Схема состоит из цепей питания, которые включают помехозащищающий дроссель L2, предохранитель F1, диодный мост, состоящий из диодов 1N4007 и фильтрующий конденсатор C4. Схема запуска состоит из элементов D1, C2, R6 и динистора. D2, D3, R1 и R3 выполняют защитные функции. Иногда эти диоды не устанавливают в целях экономии.

При включении лампы, R6, C2 и динистор формируют импульс, подающийся на базу транзистора Q2, приводящий к его открытию. После запуска эта часть схемы блокируется диодом D1. После каждого открытия транзистора Q2, конденсатор C2 разряжен. Это предотвращает повторное открытие динистора. Транзисторы возбуждают трансформатор Tr1, намотанный на ферритовое колечко тремя обмотками в несколько витков. На нити накала поступает напряжение через конденсатор C3 с повышающего резонансного контура L1, TR1, C3 и C6. Трубка загорается на резонансной частоте, определяемой конденсатором C3, потому что его ёмкость намного меньше, чем ёмкость C6. В этот момент напряжение на конденсаторе C3 достигает порядка 600V. Во время запуска пиковые значения токов превышают нормальные в 3-5 раз, поэтому если колба лампы повреждена, существует риск повреждения транзисторов.

Когда газ в трубке ионизирован, C3 практически шунтируется, благодаря чему частота понижается и генератор управляется только конденсатором C6, генерируя меньшее напряжение, но, тем не менее, достаточное для поддержания свечения лампы.
Когда лампа зажглась, первый транзистор открывается, что приводит к насыщению сердечника Tr1. Обратная связь на базу приводит к закрытию транзистора. Затем открывается второй транзистор, возбуждаемый противоположно подключенной обмоткой Tr1 и процесс повторяется.

Неисправности энергосберегающих ламп.

Наиболее частые причины поломки энергосберегающих ламп — обрыв нити накала или выход из строя ЭПРА. Как правило, причиной выхода из строя последнего бывает пробой резонансного конденсатора или транзисторов. Конденсатор C3, часто выходит из строя в лампах, в которых используются дешёвые компоненты, рассчитанные на низкое напряжение. Когда лампа перестаёт зажигаться, появляется риск выхода из строя транзисторов Q1 и Q2 и вследствие этого — R1, R2, R3 и R5. При запуске лампы генератор оказывается, перегружен и транзисторы не выдерживают перегрева. Если колба лампы выходит из строя, электроника обычно тоже ломается. Если колба уже старая, одна из спиралей может перегореть и лампа перестанет работать. Электроника в таких случаях, как правило, остаётся целой.

Чаще всего лампы перегорают в момент включения.

Для того, чтобы сделать режим работы лампы более мягким, энергосберегающую лампу можно модернизировать.

Как правило лампа собрана на защелках.

Необходимо её разобрать:

Отключаем колбу:

Прозваниваем нити накала колбы.


Ремонт.
Если перегорела хотя бы одна из спиралей, колбу выбрасываем, если нет, то она рабочая, и не работает схема.

В некоторых случаях, можно восстановить работоспособность лампы со сгоревшей спиралью, замкнув её. Как вариант — замкнуть резистором на 8-10 OM большой мощности и убрать шунтирующий данную спираль диод, если таковой имеется.

Если перегорает предохранитель (иногда он бывает в виде резистора), что обычно случается при пробое конденсатора C3, вероятно неисправными оказываются транзисторы Q1, Q2, как правило, используются транзисторы MJE13003 и резисторы R1, R2, R3, R5. Вместо перегоревшего предохранителя можно установить резистор на несколько Ом.


Чтобы энергосберегающая лампа работала долго, её можно несколько модернизировать:

1. Установка NTC-термисторапоследовательно с нитью накала. Введение данного элемента позволит ограничить пусковой ток лампы и уберечь нить накала от обрыва. Здесь достаточно даже небольшого сопротивления термистора. В отличие от PTC термистора, который должен быть установлен параллельно резонансному конденсатору и обеспечивать прогрев нитей перед поджигом, данная модернизация не приводит к заметной задержке включения лампы.

2. Проделывание вентиляционных отверстий в цоколе лампы.

Модернизированные таким образом лампы работают в течение многих лет.

Рисунок 1


Для того, чтобы разобрать лампу, необходимо отпаять внутренний проводник от нижней контактной площадки лампы, залитой припоем.

Рисунок 2


Необходимо отогнуть часть цоколя, которая представляет собой металлическую резьбу, чтобы освободить второй внутренний провод. Место, в котором прижат провод, можно определить по небольшой выпуклости или торчащему кусочку провода.

Рисунок 3


Внутри лампы находится печатная плата электронного балласта.

Рисунок 4


Для модернизации подойдёт любой NTC-термистор, предназначенный для ограничения пусковых токов, сопротивлением 20-50 Ом. В холодном состоянии термистор имеет указанное сопротивление, что ограничивает текущий через него ток. При нагреве сопротивление уменьшается и термистор не влияет на работу схемы.

Рисунок 5


Термистор необходимо установить в разрыв нитей накала лампы в любом удобном месте. При работе термистор нагревается, поэтому не стоит устанавливать его вплотную к другим компонентам.

Рисунок 6


Перед сборкой в цоколе лампы необходимо просверлить вентиляционные отверстия, чтобы сделать температурный режим работы более мягким. Ряд отверстий вокруг места крепления трубки лампы служит для отвода тепла от самой трубки. Ряд отверстий ближе к металлической части цоколя служит для отвода тепла от компонентов балласта. Также можно сделать ещё один ряд отверстий — посередине, большего диаметра.

Данная модернизация энергосберегающей лампы поможет существенно продлить срок её службы. Не стоит устанавливать модернизированную лампу в места повышенной влажности (например, ванную комнату).

Наиболее благоприятные условия для работы энергосберегающих лампочек — в открытом виде, либо — широком плафоне или плафоне с вентиляцией, цоколем вверх.



Ниже предоставлены некоторые схемы экономичных ламп дневного света.


Схема энергосберегающей лампы Osram


Схема энергосберегающей лампы Philips

LUXAR 11W

Bigluz 20W

Isotronic 11W

Luxtek 8W

Maway11W

Maxilux 15W

Polaris 11W

BrownieX 20W

PHILIPS ECOTONE 11W


IKEA 7W


OSRAM DULUX EL 11W

OSRAM DULUX EL 21W

EUROLITE 23W

SINECAN 5 2x 26-30W


Возможная схема включения ламп PHILLIPS


мир электроники — Ремонт энергосберегающих ламп самостоятельно

Практическая электроника 

материалы в категории

Энергосберегающая лампочка вещь довольно дорогостоящая поэтому если вдруг она перестала работать не торопитесь её выбрасывать- можно попробовать ее отремонтировать, причем самостоятельно

Внутри энергосберегающей ламы находится преобразователь и, как любое электронное устройство он может выйти из строя.

Причем, как показывает практика, неисправность энергосберегающей лампы скрывается чаще именно в преобразователе: нити накала ламп обрываются гораздо реже.

Итак, для того чтобы добраться до преобразователя лампу нужно сначала вскрыть.
Для этого нужно просто подцепить чем- нибудь тонким корпус (ножом или тонкой отверткой) и освободить защелки.


Внутри энергосберегающая лампа выглядит примерно так:


Пока отключаем колбу: нужно отмотать провода (их четыре) от преобразователя.
Причем именно отмотать- они не припаяны.


Когда мы все разобрали и отсоединили то можно приступать и к ремонту.

По сути причин почему не работает энергосберегающая лампа может быть всего две:
1. Обрыв нити накала. Прозвонить нить накала можно простым мультиметром: сопротивление нитей в исправной лампе обычно в пределах 10…15 Ом. Если вдруг обнаружится обрыв, ну тогда, как говориться, медицина тут бессильна…
Такую колбу можно выбросить, но электронную начинку можно и оставить.
2. Проблема с электроникой. А вот это уже вполне излечимо.
Причем как убедился на собственном опыте причины вполне банальны: «дутые» емкости или плохая пайка.


Если же вдруг внешний осмотр недостатков не выявил, то можно попробовать проверить и сами радиоэлементы (транзисторы, диоды и прочие). А для того чтобы было немного попроще найти неисправность в энергосберегающей лампе, то давайте рассмотрим типичную схему преобразователя:

По сути, это импульсный блок питания. Схема запуска состоит из элементов VD1, С2, R6 и динистора VS1. Диоды VD2, VD3 и резисторы R1, R3 выполняют защитные функции. При включении ЛДС через R6 заряжается С2, в определенный момент открывается динистор VS1 и формируется импульс, открывающий транзистор VT2. После этого конденсатор С2 разряжен, а диод VD1 шунтирует эту цепь. Запускается генератор на транзисторах VT1, VT2 и трансформаторе Тг1.

На нити лампы поступает напряжение через «силовой” конденсатор С6, резонансный СЗ и индуктивность L1. Разряд в лампе происходит на резонансной частоте, определяемой емкостью СЗ. Во время разряда СЗ шунтируется, и частота контура снижается, так как в работу вступает конденсатор С6 большей емкости. В это время транзистор VT1 открыт, сердечник Тг1 входит в насыщение, и за счет обратной связи по базе транзистор закрывается. Далее процесс повторяется.

Ранее, когда энергосберегающий лампы были не столь компактными (помните: так называемые «лампы дневного света»- длинные такие…
Да в общем-то они и сейчас применяются в потолочных светильниках…), схема поджига электролампы была еще проще: так называемая дроссельная схема запуска, вот его схема:


Нити накала в такой лампе включены последовательно через стартер. Дроссель выполнен на Ш-образном магнитопроводе.
Напряжение сети при замыкании тумблера, проходя через дроссель, поступает на нить накала первой колбы лампы, далее — на стартер и вторую нить накала. Стартер служит прерывателем.

Напряжение зажигания тлеющего разряда стартера меньше напряжения сети, но больше рабочего напряжения лампы.

В стартере возникает газовый разряд, его контакты нагреваются и замыкаются, ток течет через нити накала лампы, и они раскаляются до температуры около 800°С. Контакты стартера остывают, размыкаются, в дросселе возникает ЭДС самоиндукции, т.е. дроссель выдает импульс высокого напряжения на электроды ЛДС, что вызывает зажигание газового разряда в лампе.

В принципе, и для энергосберегающей лампы можно было-бы приделать нечто подобное, но слишком уж это все громоздко и внутрь корпуса точно не влезет…

Доп материал к статье: Энергосберегающие лампы.Преимущества и недостатки

Примечание: схемы и изображения позаимствованы на сайте http://radio-house.ucoz.ru/

РЕМОНТ И ПЕРЕДЕЛКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП

РЕМОНТ И ПЕРЕДЕЛКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ЛАМПА ОТ 12В

    Мотал на глаз и на память интерпритируя размер сердечников, по схеме непрерывной обмотки. Первой намотал коллекторную обмотку 10 витков проводом 0.4мм, второй базовою 6 витков проводом 0.2мм, проложил слой изоляции намотал внахлест нагрузочную обмотку проводом 0.1 получилось около 330-340 витков. В нагрузку подключил лампу от сканера 7w, устройство сразу заработало, чему свидетельствовал исходящий от лампы свет. Рядом лежала 13-ваттная энергосберегающая лампа со сгоревшей спиралью, решил попробовать осилит это детище подобную нагрузку, был приятно удивлен, при токе в пол ампера при напряжении 12 вольт лампа светит достаточно ярко.

    Так же работает от двух литий-ионных аккумуляторов, правда потребляя на 150 ма больше. Во едино спаял навесным монтажом (4 деталюги) и все это чудесным образом разместилось в оригинальном корпусе из под балласта на 220.

    Транзистор не особо греется, через пять минут работы на нем можно держать палец. Теперь эта конструкция поедет прямиком на дачу, где как обычно постоянно перебои с электричеством, можно будет чай попить или постель разложить при дневном свете.

 

Что можно сделать, если у Вас сгорела компактная люминесцентная лампа

    Хотя на эконом лампы, в зависимости от производителя, существует гарантия и даже до 3-х лет. Но потребители могут столкнуться с тем что лампочка перегорела, а у вас не сохранилась упаковка, чек покупки, магазин переехал в другое место т.е по каким-то независящим от вас причинам вы не можете обменять поломанную вещь. Мы решили предложить Вам воспользоваться оригинальным решением по использованию, перегоревших эконом ламп которое мы нашли на просторах огромного Интернет-ресурса и предлагаем его Вам.

    Помните, вы подвергаете жизнь опасности, попав под напряжение 220В!

    Проще всего её выбросить в мусор, ну а можно из неё сделать … другую, а если ламп сгоревших накопилось несколько, то можно заняться и …. ремонтом.
    Если вы хотя бы раз держали паяльник в руках, то эта статья для Вас.
    Вы сделать самостоятельно электронный баласт для ламп дневного света и включить лампу до 30 Ватт, без стартёра и дросселя, с помощью маленькой платки снятой с нашей эконом лампы. При этом она будет зажигаться мгновенно, при понижении напряжения не будет ‘Моргать’.

    Данная лампа перегорает двумя способами:
    1) горит электронная схема

    2) перегорает спираль накала

    Для начала выясняем, что же произошло. Разбираем лампу (очень часто собраны на защелках, более дешовые варианты склены).

    Отключаем колбу, откусываем провода питания:

    Прозваниваем накалы колбы (для принятия решения выбросить колбу или нет)

    Мне не повезло, перегорели обе спирали накала (первый раз в моей немалой практике, обычно одна, а когда сгорает схема то и ни одной). В общем если хотя бы одна сгорела колбу выбрасываем, если нет, то она рабочая, а сгорела схема.
    Рабочую колбу отлаживаем на хранение (до следующей сгоревшей экономки) и потом к рабочей схеме цепляем колбу. Так из нескольких делаем 1, а может и больше (как повезёт).
    А вот вариант изготовления лампы дневного света. Можно подключить, как и 6 Ваттную лампу с «китайского» фонаря (например, я обмотал её пластиком с зелёной бутылки, а схему спрятал в сгоревшее зарядное устройство, от мобильного телефона и получилась классная подсветка для аквариума) так и 30 Ваттную лампу дневного света:

 

Можно ли отремонтировать электронный балласт?

    Люминесцентные лампы с электронным балластом сегодня можно встретить повсеместно. Очень популярны настольные лампы с прямоугольными плафонами и двухколенным держателем. Во всех магазинах электротоваров уже продаются лампы, вворачиваемые в обычные патроны с круглой резьбой вместо классических ламп накаливания. В частности, петербургский метрополитен в последнее время напрочь избавился от ламп накаливания, заменив их люминесцентными. Преимущество таких ламп очевидно — продолжительный срок службы, низкое потребление электроэнергии при высокой светоотдаче (достаточно сказать, что 11-Ваттная люминесцентная лампа заменяет 75-Вт лампу накаливания), мягкий свет со спектром, близким к естественному солнечному свету.
    Ведущими производителями люминесцентных ламп являются фирмы Philips, Osram и некоторые другие. К сожалению, на отечественном рынке имеется достаточно китайских ламп низкого качества, которые выходят из стоя гораздо чаще, чем их фирменные собратья. Подробный рассказ об электронных балластах, о принципах работы, преимуществах, схемотехнических решениях есть в книге «Силовая электроника для профессионалов и любителей». Раздел книги называется «Балласт, с которым не утонешь. Новые методы управления люминесцентными осветительными лампами». Поэтому читатели, которым необходимо получить первоначальные
сведения об электронных балластах, могут обратиться к книге, ну а здесь рассматривается достаточно частный вопрос ремонта вышедших из стоя ламп.
    История появления этой статьи связана с приобретением автором лампы неизвестной фирмы (фото 1). Данная лампа безотказно работала в люстре несколько месяцев, однако по истечении этого времени она просто перестала зажигаться. Ничего не оставалось сделать, как разобрать лампу, аккуратно (с боков) поддев тонкой отверткой корпус (он состоит из двух половинок, скрепляющихся между собой тремя выступами-защелками).

    Разобранная лампа показана на фото 2. Она состоит из круглого цоколя, схемы управления (собственно электронного балласта) и пластмассового кружка, в который вклеена трубка, которая дает свет. При разборке лампы следует соблюдать осторожность, чтобы, во-первых, не разбить баллон и не повредить себе руки, глаза и прочие части тела, а во-вторых, чтобы не повредить электронную схему (не оторвать «дорожки») и корпус (пластмассовый).

    Исследования, проведенные с помощью мультиметра, показали, что в баллоне лампы перегорела одна спираль. На фото 3, которое получено уже после вскрытия баллона, видно, что спираль перегорела, затемнив люминофор в окрестностях. Было сделано предположение, что с электронным балластом ничего не случилось (это позже подтвердилось). С большой долей уверенности можно утверждать, что нить лампы — самое слабое место, и в подавляющем большинстве вышедших из стоя ламп будет наблюдаться скорее перегорание нити, нежели выгорание электронной части схемы.
    Кстати, об электронной схеме электронного баласта. Она показана на фото 4. Схема перерисована с печатной платы. Кроме того, на ней не показаны некоторые элементы, не затрагивающие основ работы балласта, а также не приведены номиналы. Балласт лампы представляет собой двухтактный автогенератор полумостового типа с насыщающимся трансформатором. Такой автогенератор хорошо описан в книгах и дополнительных пояснений не требует. На входе установлен диодный мост VD1-VD4 с фильтром С1, С2, L1. Конденсатор C1 препятствует проникновению высокочастотных помех в питающую сеть, конденсатор C2 служит фильтром сетевых пульсаций, дроссель L1 ограничивает пусковой ток и фильтрует ВЧ помехи. Дроссель L2 и конденсатор C3 являются элементами резонансного контура, напряжение в котором «зажигает» лампу. Конденсатор C4 — пусковой. Понятно, что при обрыве одной из нитей лампа уже не загорится.

    Очень важный элемент схемы — предохранитель F1. Если в схеме электронного балласта что-то случится (например, «выгорят» транзисторы полумоста, создав «сквозной» ток, или пробьется конденсатор C1, С2, или пробьется диодный мост), предохранитель защитит сеть от короткого замыкания и возможного пожара. На фото 5 этот предохранитель показан.

    Он представляет собой колбочку без классического держателя с длинными выводами, один из которых припаян к цоколю, а другой, к печатной плате балласта. Так что если предохранитель перегорел, скорее всего, что-то случилось в схеме балласта, и нужно проверять его элементы. А если нет, балласт наверняка цел.
    Самое интересное, что такую энергосберегающую лампу можно отремонтировать, и обойдется это дешевле, чем приобрести новую лампу. Она будет выглядеть, конечно, не так красиво, как промышленная, но вполне прилично (если все делать аккуратно). Итак, нужно приобрести сменный элемент для настольной лампы, например, такой, как показан на фото 6. Производителем этой лампы является итальянская фирма Osram, мощность лампы — 11 Вт, что соответствует 75 Вт лампы накаливания.

    На коробочке лампы есть интересная информация о потребляемой мощности других ламп, а также по надежности. Данная лампа мощностью 9 Вт заменит 60-Ваттную лампу накаливания, 9 Вт — 40- Ваттную, а 5 Вт — 25-Ваттную. Гарантированное время наработки на отказ — 10000 часов, что соответствует 10 лампам накаливания. Это — примерно 13 месяцев непрерывной работы. Цоколь дампы должен содержать четыре вывода, то есть две спирали (фото 7). У данной лампы правые два вывода относятся к одной спирали, левые два — к другой спирали. Если расположение спиралей неочевидно, всегда можно разыскать нужные выводы с помощью мультиметра — спирали имеют низкое сопротивление порядка нескольким Ом.

    Выводы лампы необходимо осторожно, не допуская перегрева, облудить припоем.

    Теперь займемся подготовкой основания, к которому будем крепить лампу. Кружок, похожий на имеющийся, залитый белой массой (фото 8), нужно изготовить новый и напильником подготовить площадку, к которой будет приклеена лампа (фото 9). Колбу лампы разбивать категорически не рекомендуется.

    Дальше лучше проверить, как зажигается лампа. Подпаиваем выводы лампы к балласту (фото 11) и включаем балласт в сеть. Для приработки стоит его потренировать, включая-отключая несколько раз и выдержав во включенном состоянии несколько часов. Лампа светится достаточно ярким светом, и при этом греется, поэтому ее лучше положить на дощечку и накрыть несгораемым листом. Когда тренировка проведена, разбираем эту конструкцию и начинаем монтаж лампы.

    Берем тюбик суперклея «Момент» и наносим на сопрягаемые поверхности несколько капель. Потом вставляем выводы в отверстия и плотно прижимаем детали друг другу, выдерживая полчаса в таком виде. Клей надежно «схватит» детали (фото 10). Лучше использовать этот клей, или дихлорэтан, поскольку для надежного крепления пластмасса в сопрягаемом месте должна немного расплавиться.

    Осталось собрать лампу. Впаиваем балласт в цоколь, не забыв о предохранителе. Заранее (до впайки) нужно припаять четыре провода, которыми лампа будет связана с балластом. Подойдет любой провод, ну лучше, чтобы это был провод типа МГТФ во фторопластовой термостойкой изоляции (фото 12). Собирается лампа тоже просто — достаточно уложить провода внутри цоколя, или скрутить их жгутиком, и затем защелкнуть фиксаторы. Отверстия от прошлого баллона в целях электробезопасности лучше заклеить кружочками, ввырезанными из упаковки от молочных продуктов.

    Отремонтированная лампа готова (фото 13). Ее можно ввернуть в патрон.
    В заключение отмечу, что можно достаточно просторно фантазировать на тему электронных балластов. К примеру, вставить лампу в красивый светильник и подвесить его к потолку, используя части от сгоревшей лампы.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ БЛОКОВ ПИТАНИЯ ИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП

 


Адрес администрации сайта: [email protected]
   

 

Схема энергосберегающей лампы и ее устройство

Выбор освещения для бытовых условий, зачастую сосредоточен на ртутных лампах за счет имеющихся преимуществ и экономных качеств. Нередко возникает необходимость ремонта, поэтому схема энергосберегающей лампы будет полезной для нахождения причины неисправности и последующего ее устранения.

Все люминесцентные лампы состоят из трех важных элементов: колбы, цоколя и электронного блока. Поэтому важно знать, какой из механизмов вышел из строя, чтобы правильно провести процедуру ремонта.

Расшифровка схемы устройства ртутной лампы или принцип работы

Поступающее напряжение от источника переходит на установленный фильтр, вследствие чего происходит подключение к диагонали мостовой платы. Следующая диагональ подсоединена к элементу, который состоит из фильтра-транзистора и токового стабилизатора. Элемент подключен к сетевой нагрузке (энергосберегающей лампе), которая включается параллельно с помощью конденсатора.

Важно! При поступлении электроэнергии на диодный мост переменное напряжение переходит в постоянное. Следовательно, образуется опасное напряжение 310 Вольт.

В механизме «экономки» содержится трансформатор, обеспечивающий обратную связь для совершения генерации. Каждая из ртутных лампочек имеет одинаковую схему и аналогичный принцип работы.

За счет поступления напряжения, трубки лампы загораются на частоте резонанса, который определяется конденсатором. В подобной ситуации напряжение в механизме лампочки достигает пиковой величины порядка 600 В.

При запуске люминесцентного светильника напряжение поднимается выше допустимого значения в 3 раза, следовательно, при нарушенной целостности колбы, транзистор подвергается риску повреждения. С момента ионизации газа в трубках прибора, происходит спад напряжения, поддерживающий свечение лампочки.

Схема ртутной лампы

Важно! Если нарушена принципиальная схема энергосберегающей лампы, — ее срочно нужно отремонтировать.

Рабочий состав энергосберегающей лампы

Своевременная замена всех источников света на энергосберегающие позволит сохранить расходы электричества в быту и производственной сфере до 5 раз. В чем же особенность работы подобных устройств и за счет чего они позволяют тратить электроэнергии меньше, будучи одинаковыми по яркости и столь долговечными. Для начала рассмотрим, что включено в рабочую схему люминесцентных ламп:

  • цоколь —это устройство, предназначенное для подсоединения лампочки к электросети. Для бытовых условий обычно предоставляется варианты виде Е-14 и Е-27. В промышленном хозяйстве пользуются лампами с цоколем Е-40;
  • энергетический блок предназначен для осуществления свечения прибора. Его механизм схож с тем, что установлен в приборах дневного освещения. Благодаря установленной электронике;
  • рабочая схема оснащена специальными элементами, позволяющими экономить до 80% электроэнергии поступающей к лампочке.

Внутренняя часть лампы полностью заполнена неблагоприятными веществами: ртутью и аргоном. При повреждении колбы есть риск отравления человека вредными парами.

Устройство ртутной лампы

Внимание! Работать с энергосберегающими лампами нужно аккуратно, чтобы избежать отравления инертным газом и ртутным веществом.

Распространенные неисправности ламп на схеме

Как и все источники освещения, ртутные и люминесцентные лампы аналогично приходят в негодность спустя несколько сотен часов эксплуатации. В этой главе рассмотрим наиболее распространённые поломки, случающиеся с подобного типа приспособлениями.

  1. Вздутие конденсатора. Выход из строя данного элемента происходит из-за воздействия повышенного напряжения или коротких замыканий в сети, в которой не установлен защитный элемент (автомат или УЗО).
  2. Пробой конденсатора. Причиной такого последствия также является повышенное напряжение. В таких случаях ртутная лампа будет светить в местах где проходит вольфрамовая нить.
  3. Частичное нарушение герметизации стеклянной колбы. Это может произойти спустя длительный срок с момента эксплуатации. Проявляется подобная неисправность плохим силовым потоком.
  4. Перегорание вольфрамовых нитей, причем как одной, так и обеих. Признаком этого выступает полный отказ от работы приспособления. Однако, эта причина элементарно устраняется при имении соответствующего навыка.
  5. Неисправности динистора. Обнаружить такое повреждение можно при исключении поломки других деталей.

    Видимое повреждение люминесцентной кварцевой лампы

Внимание! Устранить неисправность энергосберегающей лампы можно при помощи инструкции по этой ссылке.

Условия использования ртутных ламп: полезные советы

Структура ртутной лампочки довольно хрупкая, поэтому обращение с ней должно быть предельно аккуратным. Ни в коем случае при установке прибора в светильник не прикасайтесь к колбе руками. Лучше воспользоваться мягкой тканью или перчатками.

Лишний раз воздержитесь от включений. Эти приборы рассчитаны на определенное количество запуска, поэтому лучше не рисковать и не сокращать сроки ее работы. Если все-таки нельзя избежать регулярных запусков света, лучше пользоваться устройствами с плавной системой старта.

В специализированных точках устанавливают минимальный срок гарантии до 6 месяцев, однако некачественный продукт гораздо быстрее выйдет из строя. Плафоны светильников должны хорошо пропускать свет, иначе вы не добьётесь нужного освещения в помещении даже при использовании самой яркой люминесцентной лампы.

Обязательно учитывайте стоимость электронного изделия, если вы приобретаете его в целях экономии электроэнергии. Так как дешевые варианты не всегда соответствуют стандартам, которым должна отвечать настоящая «экономка».

Вас могут заинтересовать:

Современные энергосберегающие лампы — принцип работы

Энергосберегающие лампы очень компактны, им совсем не нужны стартеры для запуска освещения, не приходится слушать гудящие дроссели и к тому же не нужно подолгу вставлять контактные штырьки лампы в цоколь.

Современные энергосберегающие лампы оборудованы чаще всего резьбовым цоколем и не доставляет большого труда установить их  в осветительное оборудование.

Как работает энергосберегающая люминесцентная лампа?

Лампа содержит пары ртути, а также газы аргон, неон, иногда криптон. При подаче электроэнергии на лампу, мощность нагревает катод и он начинает излучать электроны. Электроны ионизируют газовую смесь до образования плазмы. Плазма излучает ультрафиолетовый свет, который человеческому глазу не видим, он “заставляет” светится люминофор, которым покрыты стенки трубки, в итоге, люминофор выдает готовый продукт – видимый свет.

Достоинства и недостатки люминесцентной лампы

  • К поверхности лампы можно безопасно прикасаться из-за низкой рабочей температуры. Люминесцентные лампы создают ровный, рассеянный свет, поэтому их называют лампы дневного освещения.
  • Сберегают электроэнергию до 80%.
  • Световой поток энергосберегающей лампы в 30 Вт способна произвести светопередачу такой же мощности как обычная лампа накаливания в 150 Вт.
  • Энергосберегающие лампы надежных производителей по сроку службы превосходят лампы накаливания в 8 – 10 раз.

У ламп есть свои недостатки.

  • Начинает светить тускло при низких температурах. Рекомендуется в холодных помещениях использовать в закрытых светильниках.
  • Не работает при использовании диммера.
  • Снижается ресурс работы при частом включении и выключении освещения. Используйте энергосберегающие лапы в тех помещениях, где они будут работать не менее двух часов непрерывно.
  • Некоторые виды энергосберегающих ламп мерцают при наличии индикатора подсветки на выключателе.

Почему не нужно боятся устанавливать энергосберегающие лампы?

По мнению некоторых людей, люминесцентные лампы излучают вредное для здоровья ультрафиолетовое излучение. Действительно избыток ультрафиолетового излучения пагубно для здоровья, которое в итоге может спровоцировать развитие рака кожи или крови. Например, не рекомендуется долгое пребывание на солнце в часы его активного воздействия, но ни кто не будет спорить с тем, что умеренное воздействие солнечного света на организм человека очень даже полезен: снимает усталость, содействует хорошему обмену веществ, повышает настроение.

Энергосберегающая лампа в сотни раз уступает в излучении солнечного света. Можно сказать, искусственное ультрафиолетовое излучение полезно для здоровья, ведь в зимний период, когда  пасмурно и так недостает света, искусственное излучение как раз кстати.Единственное,  не рекомендуется частое и долгое пребывания у лампы, на расстоянии примерно 50 см. При удаленном освещении ультрафиолетовое излучение настолько рассеивается, что в общем — то о вреде говорить не приходится.

Из всего сказанного можно сделать вывод: нет необходимости сторонится энергосберегающей лампы, которые благотворно влияют на физическое и психическое здоровье, да и к тому же существенно экономят электроэнергию.

Оцените качество статьи:

Что такое энергоэффективное освещение и методы его реализации

Энергоэффективное освещение и способы его реализации

По оценкам, на освещение приходится около 20% от общего производства электроэнергии в мире. Качество и количество света не только влияют на наше здоровье, комфорт, безопасность и производительность, но также влияют на экономику. Многие страны тратят огромные средства из своего бюджета на электроэнергию на освещение.

Для достижения эффективного использования электроэнергии страны постоянно переходят на энергоэффективное освещение, которое является наиболее экономичным и надежным методом энергосбережения.В области освещения используются хорошо известные технологии для оптимизации существующих средств управления и осветительного оборудования для снижения потребления энергии при более высоком качестве освещения. Давайте подробно обсудим эту концепцию.

Что такое энергоэффективное освещение?

Когда потребление энергии продуктом снижается, не влияя на его производительность, конечный отклик или уровень комфорта пользователя, это называется энергоэффективностью. Энергоэффективный продукт потребляет меньше энергии для выполнения той же функции по сравнению с тем же продуктом с большим потреблением энергии.

Энергоэффективность в секторе освещения обеспечивает необходимый уровень освещенности схемы освещения для того приложения, для которого она была разработана, при минимальном потреблении энергии. Проще говоря, энергоэффективное освещение может сэкономить электроэнергию, сохраняя при этом хорошее качество и количество света.

Энергоэффективное освещение подразумевает замену (или переоснащение) традиционных ламп (таких как лампы накаливания) на энергоэффективные, такие как люминесцентные лампы, лампы CFL и светодиодные лампы.Он также включает в себя соответствующие средства управления освещением, такие как таймеры, средства управления на основе инфракрасных и ультразвуковых датчиков и т. Д.

Он включает в себя автоматическое выключение света, когда он не используется, особенно в дневное время. В нем используются электронные дроссели вместо балластов при обычном освещении, а также с использованием электронных схем; при необходимости можно добиться затемнения света.

Эти энергоэффективные схемы могут применяться для внешнего освещения, внутреннего освещения жилых домов и внутреннего освещения коммерческих зданий.Эти схемы не только снижают потребление энергии, но и улучшают качество освещения, повышают безопасность и благополучие персонала, а также уменьшают воздействие на окружающую среду.

Зачем нужно энергоэффективное освещение?

Освещение является основным требованием любого объекта и влияет на повседневную деятельность людей. Это составляет значительную часть общего потребления энергии в бытовых, коммерческих и промышленных установках.

В промышленности потребление энергии для освещения составляет лишь небольшую часть от общего объема потребляемой энергии, что составляет около 2-5 процентов от общего потребления энергии.На его долю приходится от 50 до 90 процентов в домашнем секторе, и она может возрасти до 20-40 процентов в случае коммерческого / строительного секторов, комплексов информационных технологий и гостиниц.

Таким образом, это становится важной областью, в которой необходимо экономить энергию, особенно в бытовом секторе. Поэтому решения по повышению эффективности освещения играют ключевую роль в возможностях энергосбережения.

Из-за высокого энергопотребления традиционные лампы накаливания и лампы высокого разряда необходимо заменить энергоэффективными лампами.Традиционные лампы не только потребляют большое количество электроэнергии, но они используют большую часть потребляемой энергии для производства тепла, а не света (например, 90% потребляемой энергии в случае ламп накаливания).

С установкой энергоэффективного освещения количество потребляемой энергии в конечном итоге будет снижено, что приведет к снижению счетов за электроэнергию.

Следовательно, необходимо энергоэффективное освещение

  • Чтобы снизить потребление электроэнергии, тем самым уменьшив счета за электроэнергию
  • Чтобы сэкономить электроэнергию, а не тратить ее впустую с точки зрения потерь
  • Для снижения выбросов парниковых газов, поскольку обычные лампы вызывают выбросы CO 2
  • Для снижения пиковой нагрузки

Вы также можете прочитать: Сколько ватт солнечных батарей нам нужно для наших бытовых электроприборов?

Советы, приемы и методы по внедрению энергоэффективного освещения

Лучшим и эффективным решением для энергосбережения является внедрение энергоэффективных технологий освещения в секторе освещения, что облегчает всестороннюю модернизацию систем освещения и управления.

Были внесены значительные улучшения и инновации в технологии освещения, которые могут предложить большой потенциал для экономии энергии во многих осветительных приложениях, таких как домашнее освещение, уличное освещение, гостиничные и розничные прожекторы, офисное и промышленное освещение и т. Д.

методы или типы энергоэффективного освещения , которые обычно используются как возможности энергосбережения.

  1. Замена ламп на энергоэффективные лампы

Энергоэффективные лампы могут обеспечить такое же количество освещения с большей экономией энергии при низких затратах по сравнению с обычными лампами.Традиционные лампы накаливания потребляют много энергии для получения света, при этом 90 процентов потребляемой энергии выделяется в виде тепла, а также они потребляют больше энергии, обычно в 3-5 раз больше, чем фактическое количество для производства света.

Энергоэффективные лампы решают эти проблемы, предлагая гораздо больше преимуществ, чем лампы накаливания. Два самых популярных варианта энергоэффективных ламп — это КЛЛ (компактная люминесцентная лампа) и светодиодные (светоизлучающие диоды) лампы.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)

КЛЛ лампы представляют собой миниатюрные или фигурные версии люминесцентных ламп большого размера.Эти лампы сочетают в себе эффективность люминесцентного освещения с популярностью и удобством ламп накаливания.

Вкручиваются в светильники, подходящие для всех стандартных ламп накаливания, но не в стандартные люминесцентные светильники с длинными трубками. В зависимости от марки и области применения они бывают разных стилей, цветов и размеров.

КЛЛ потребляют на 75 процентов меньше энергии и производят на 75 процентов меньше тепла для получения того же количества света по сравнению с лампами накаливания.Они служат в 10-15 раз дольше и стоят в 10-20 раз дороже, чем лампы накаливания.

Эти лампы изготовлены с трубкой из фосфорного стекла, состоящей из инертного газа (аргона) и паров ртути. Они используют электронный балласт для создания высокого напряжения во время запуска, и это может быть отдельный блок или постоянно встроенная лампа. Некоторые специальные и старые модели КЛЛ поставляются с отдельным балластом, а некоторые КЛЛ — со встроенным балластом.

Когда через электроды пропускают электрический ток, возбуждаются электроны, связанные с атомами ртути, которые, в свою очередь, излучают ультрафиолетовый свет.Когда ультрафиолетовый свет попадает на флуоресцентное покрытие, он превращается в видимый свет.

Сравнительная таблица ламп накаливания, КЛЛ и светодиодных ламп.

На сегодняшнем рынке доступны различные типы ламп CFL. Некоторые из них — спиральные лампы, трехтрубные лампы, торшеры, шаровые лампы, прожекторы и канделябры. В случае замены ламп накаливания КЛЛ выбираются в соответствии с люменами, которые указывают количество генерируемого света, как показано на рисунке ниже.

Они доступны в различных цветах света, таких как теплый белый и мягкий белый, холодный белый и ярко-белый и т. Д., В зависимости от типа применения. В таблице ниже показан диапазон светлых цветов КЛЛ для конкретного применения.

Светоизлучающие диоды (светодиоды)

Светодиоды представляют собой твердотельные полупроводниковые устройства и более энергоэффективны, чем даже КЛЛ. Они производят мало тепла и более качественное освещение, чем любые другие лампы. На момент создания использование светодиодов было ограничено в качестве индикаторов с одной лампочкой в ​​электронных схемах.

Позже несколько светодиодов объединены в группы для разработки небольших ламп в устройствах с батарейным питанием, таких как зарядные фонари, фонарики и т. Д. Сегодня светодиодные лампы доступны во многих новых стилях ламп, которые достаточно ярки, чтобы заменить традиционные лампы накаливания.

Светодиодные лампы потребляют на 75 процентов меньше энергии, чем традиционные лампы накаливания, и на 50 процентов меньше энергии, чем у КЛЛ. Они могут служить в 8-25 раз дольше, чем лампы накаливания, и до четырех раз дольше, чем CFL.В отличие от ламп накаливания и КЛЛ, светодиодные лампы не выделяют тепла и, следовательно, достаточно холодны, чтобы их можно было прикоснуться. Но это дороже; однако они доступны в долгосрочной перспективе.

Светодиоды состоят из полупроводниковых материалов и образуют PN-переходы. Когда ток течет через эти соединения, он высвобождает энергию в виде света. Длина волны и, следовательно, цвет света зависят от состава материалов. Светодиоды могут излучать желтый, красный, синий, зеленый и белый свет.Для освещения несколько белых светодиодов сгруппированы в кластеры, чтобы обеспечить необходимое освещение для приложения.

Светодиодные лампы

доступны в различных формах, размерах и стилях в зависимости от типа применения, для которого они предназначены. Некоторые из этих типов включают в себя рассеивающие лампы, светодиодные лампы с регулируемой яркостью, лампы со штыревым цоколем для трекового освещения, лампы с ввинчивающимся цоколем для отражателя, светодиоды с пламенным наконечником и ламповые светодиодные лампы.

Сравнение ламп накаливания, КЛЛ, светодиодных и галогенных ламп и ламп.

  1. Улучшение управления освещением

Освещением можно управлять с помощью различных датчиков, чтобы лампы могли работать всякий раз, когда они необходимы. Эти датчики обнаруживают присутствие людей, движение, время или присутствие и на основе выходного сигнала датчика включают и выключают лампы. Типы этих элементов управления включают инфракрасные датчики, автоматические таймеры, датчики движения (инфракрасные и ультразвуковые датчики) и диммеры.

Фотодатчики контролируют дневные условия и соответственно посылают сигналы на главный контроллер для автоматического выключения ламп на рассвете и включения в сумерках.Этот тип управления освещением обычно используется с уличным и наружным освещением.

Уличное освещение — еще одна важная область энергосбережения, поскольку оно способствует значительному энергопотреблению, особенно на автомагистралях. Централизованные системы управления чаще всего используются при управлении уличным освещением.

Популярным централизованным управлением является система SCADA (диспетчерский контроль и сбор данных), которая обеспечивает удаленное управление работой уличных фонарей из центра.Системы на основе GSM / GPRS также используются для дистанционного управления уличным освещением.

  1. Замена существующих приспособлений и балластов

Замена энергоэффективных принадлежностей новыми энергоэффективными приспособлениями и балластом обеспечивает превосходную экономию энергии, долговечность и надежность. Основная функция светильника или осветительной арматуры — распределять, направлять и рассеивать свет.

Некоторые светильники могут поглощать более половины света, излучаемого лампой, что снижает эффективность освещения.Светильники с более высокой эффективностью могут излучать больше света, и, следовательно, можно сэкономить энергию и деньги. Такие светильники состоят из отражателей, которые направляют свет в нужном направлении.

Все газоразрядные лампы требуют пускорегулирующего устройства для достижения требуемой работы. Обычные балласты магнитного типа вызывают потери мощности, которые обычно составляют 15 процентов от мощности лампы. Это также может повысить температуру прибора во время работы. Таким образом, необходимо выбрать правильный балласт, чтобы снизить потери балласта, температуру арматуры и мощность системы.На сегодняшнем рынке доступно много электронных или твердотельных балластов, которые могут сэкономить от 20 до 30 процентов энергии по сравнению со стандартными балластами.

Вы также можете прочитать:

Настоящая правда о домашних энергосберегающих устройствах

Бытовые энергосберегающие устройства — эффективны? Что на самом деле правда?

Бытовые энергосберегающие устройства низкого напряжения в последнее время привлекают большое внимание как потребителей, так и производителей. Обычно он используется в жилых домах для экономии энергии и уменьшения счетов за электроэнергию.Это небольшое устройство, которое следует подключать к любой розетке переменного тока в доме (в основном возле счетчика энергии). Более того, некоторые компании заявляют, что их энергосберегающие устройства экономят до 40% энергии.

Многие считают, что заявления компаний-производителей энергосберегающих устройств ложны. Почти все люди, покупающие энергосберегающие устройства, делают это, чтобы уменьшить свои счета за электроэнергию на .

Многие люди, которые использовали эти энергосберегающие устройства, сказали, что они могут снизить свои счета за электроэнергию с помощью этих устройств; однако снижение оказалось не таким значительным, как они ожидали.Более того, они не могли понять, произошло ли сокращение счетов за электроэнергию из-за энергосбережения или из-за их усилий по сокращению потребления электроэнергии. Было несколько серьезных дискуссий о подлинности устройства.

В этой заметке мы попытаемся найти настоящую правду об этих энергосберегающих устройствах, которые утверждают, что экономят до 40% энергии.

Принцип работы энергосберегающего устройства в соответствии с производством

Энергосберегающее устройство — это устройство, которое подключается к розетке питания.Очевидно, просто оставив устройство подключенным, вы сразу же снизите потребление энергии. Типичные претензии — это экономия от 25% до 40%.

Известно, что электричество, которое приходит в наши дома, носит нестабильный характер. В этом токе много колебаний, подъемов и падений, а также скачков / скачков. Этот нестабильный ток не может использоваться ни одной бытовой техникой. Более того, флуктуирующий ток расходует электрический ток в цепи, преобразовывая электрическую энергию в тепловую.

Эта тепловая энергия не только выбрасывается в атмосферу, но и наносит вред приборам и электропроводке.

Домашнее устройство энергосбережения — Принципиальная схема

Энергосберегающее устройство накапливает электроэнергию внутри устройства с помощью системы конденсаторов и высвобождает его более плавным образом в нормальное состояние без скачков напряжения. Системы также автоматически удаляют нагар из контура, что также способствует более плавному электрическому потоку. Это означает, что у нас будет меньше скачков мощности. Больше электричества, протекающего по цепи, можно использовать для питания приборов, чем раньше.

В основном утверждается, что энергосберегающие устройства работают по принципу технологии защиты от перенапряжения . Энергосберегающие устройства работают над выпрямлением этого нестабильного электрического тока, чтобы обеспечить плавный и постоянный выход. Колебания напряжения непредсказуемы и не поддаются контролю. Однако энергосберегающие устройства используют колебания тока для обеспечения полезной мощности, действуя как фильтр и позволяя только плавному току проходить через цепь. В энергосберегающих устройствах для этой цели используются конденсаторы.Когда в цепи возникает скачок тока, конденсатор энергосберегающего устройства накапливает избыточный ток и высвобождает его при резком падении. Таким образом, из устройства выходит только плавный выходной ток.

Кроме того, устройство энергосбережения также удаляет любой углерод из системы, что способствует более плавному потоку. Основное преимущество энергосберегающих устройств состоит не в том, что они обеспечивают резервную систему в периоды слабого тока , а в том, что они защищают бытовую технику. Известно, что резкое повышение мощности может вывести из строя электроприбор.Таким образом, функция энергосбережения не только защищает прибор, но и увеличивает его срок службы. Кроме того, они также снижают потребление энергии и, следовательно, счета за электроэнергию.

Количество энергии, сэкономленной энергосберегающим устройством, зависит от количества приборов в электрической цепи. Кроме того, системе требуется не менее недели, чтобы полностью адаптироваться к схеме, прежде чем она начнет демонстрировать максимальную производительность. Максимальная экономия напряжения будет видна в областях, где колебания тока самые высокие.

Обзор мошенничества с энергосберегающим устройством для дома

Коррекция коэффициента мощности для бытовых потребителей (домовладельцев) — это афера? В лучшем случае каждая единица стоит вложения. Коррекция коэффициента мощности имеет смысл для некоторых коммерческих / промышленных потребителей.

Многие компании продвигают и рекламируют, что их блок энергосбережения может снизить потребление электроэнергии в домашних условиях за счет использования метода «активной коррекции коэффициента мощности» на линии питания.Концепция кажется довольно впечатляющей, поскольку концепция верна и принята с юридической точки зрения. Но на практике мы обнаружим, что это невозможно.

Чтобы подтвердить вышеприведенное утверждение, сначала нам нужно понять три термина:
  1. Тип электрической нагрузки дома,
  2. Базовая терминология мощности (кВт, кВА, кВАр).
  3. Методика тарифов на электроэнергию компании электроэнергии для бытовых и промышленных потребителей.

В каждом доме существует два основных типа нагрузки: резистивная, такая как лампы накаливания, обогреватели и т. Д.а другой — емкостный или индуктивный, например, кондиционеры, холодильники, компьютеры и т. д.

Коэффициент мощности резистивной нагрузки, такой как тостер или обычная лампа накаливания, равен 1 (единице). Устройства с катушками или конденсаторами (например, насосы, вентиляторы и балласты люминесцентных ламп) — Реактивная нагрузка имеет коэффициент мощности меньше единицы. Когда коэффициент мощности меньше 1, ток и напряжение не в фазе. Это происходит из-за того, что энергия накапливается и выделяется в индукторы (катушки двигателя) или конденсаторы в каждом цикле переменного тока (обычно 50 или 60 раз в секунду).

При работе с переменным (AC) питанием необходимо понимать три термина.

  1. Первый термин — киловатт (кВт) и представляет реальной мощности. Настоящая сила может выполнять работу. Счетчики коммунальных услуг на стороне дома измеряют это количество (реальную мощность), и энергетическая компания взимает за это плату.
  2. Второй член — это реактивная мощность, измеряемая в кВАр. В отличие от кВт не может выполнять работу. Бытовые потребители не платят за KVAR, и счетчики коммунальных услуг на домах тоже не регистрируют его.
  3. Третий член — полная мощность, обозначаемая как кВА. Используя мультиметры, мы можем измерить ток и напряжение, а затем умножить показания и получить полную мощность в ВА.
Треугольник мощности

Коэффициент мощности = Реальная мощность (Вт) / Полная мощность (ВА)

Следовательно, Реальная мощность (Вт) = Полная мощность × PF = Напряжение × Ампер × PF .

В идеале PF = 1 , или единица, для устройства определяет чистое и желаемое энергопотребление, в основном бытовое оборудование (рассеиваемая выходная мощность становится равной приложенной входной мощности).

В приведенной выше формуле мы видим, что если коэффициент мощности меньше 1, амперы (потребление тока) приборов увеличиваются, и наоборот.

При резистивной нагрузке переменного тока напряжение всегда совпадает по фазе с током и составляет идеальный коэффициент мощности, равный 1. Однако при индуктивных или емкостных нагрузках форма волны тока отстает от формы волны напряжения и не является тандемной. Это происходит из-за присущих этим устройствам свойств накапливать и выделять энергию с изменяющейся формой волны переменного тока, и это вызывает общую искаженную форму волны, снижая чистый коэффициент мощности устройства.

Производитель заявляет, что указанная выше проблема может быть решена путем установки хорошо рассчитанной цепи индуктивности / конденсатора и автоматического и соответствующего переключения для исправления этих колебаний. Блок энергосбережения предназначен именно для этой цели. Эта коррекция позволяет максимально приблизить уровень коэффициента мощности к единице, тем самым значительно улучшая кажущуюся мощность. Повышенная полная мощность будет означать меньшее потребление ТОКА всеми бытовыми приборами .

Пока все выглядит нормально, но какой толк от вышеуказанного исправления?

Счет за коммунальные услуги, который мы оплачиваем, никогда не основывается на кажущейся мощности (кВА), а основан на реальной мощности (кВт).Счет за коммунальные услуги, который мы оплачиваем, никогда не выставляется за кажущуюся мощность, а за реальную мощность.

За счет снижения текущего потребления не снижает счета за электроэнергию домашних потребителей.


Исследование энергосбережения при бытовой нагрузке

Давайте попробуем изучить на примере реактивно-резистивную электрическую нагрузку и характеристики скачков напряжения.

1. Энергосбережение при реактивной нагрузке дома

Возьмем один пример для реактивной нагрузки: холодильник с номинальной реальной мощностью 100 Вт при 220 В переменного тока имеет коэффициент мощности = 0.6. Таким образом, мощность = Вольт X Ампер X PF становится 100 = 220 × A × 0,6 Следовательно, A = 0,75 Ампера

Теперь предположим, что после установки режима энергосбережения, если коэффициент мощности доведен до 0,9, результат выше теперь будет отображаться как: 100 = 220 × A × 0,9 и A = 0,5 Ампера

Во втором выражении мы ясно показываем, что снижение потребления тока холодильником, но что интересно, в обоих вышеупомянутых случаях Real Power остается той же , то есть холодильник продолжает потреблять 100 Вт, и поэтому счет за коммунальные услуги остается прежним.Это просто доказывает, что хотя коррекция коэффициента мощности, выполняемая устройством энергосбережения, может снизить силу тока приборов, она никогда не может снизить их энергопотребление и сумму счета , электрическую, .

Реактивная мощность не является проблемой для реактивной нагрузки бытовой техники, такой как переменный ток, заморозка, двигатель для ее работы. Это проблема для электроэнергетической компании, когда они взимают плату только за кВт. Если два потребителя используют одинаковое количество реальной энергии, но у одного коэффициент мощности равен 0.5, то этот покупатель также потребляет удвоенный ток. Этот повышенный ток требует, чтобы Энергетическая компания использовала более крупные трансформаторы, проводку и сопутствующее оборудование.

Для возмещения этих затрат Энергокомпания взимает штраф с промышленных потребителей за их низкий коэффициент мощности и дает им преимущества, если они улучшают свой коэффициент мощности. С бытовых потребителей (домов) никогда не взимается дополнительная плата за их реактивную мощность.

2. Энергосбережение в резистивной нагрузке дома

Поскольку резистивная нагрузка не имеет коэффициента мощности, нет никаких проблем с фильтрацией напряжения и тока, поэтому мощность = напряжение x ток.


3. В условиях скачка / колебания напряжения бытовой техники

Приведенное выше обсуждение просто доказывает, что пока напряжение и ток постоянны, потребляемая мощность также будет постоянной. Однако, если из-за колебаний входное напряжение возрастет, то, как объяснялось выше, ваши приборы будут вынуждены потреблять пропорциональное количество энергии. Это становится более очевидным, потому что ток, будучи функцией напряжения, также увеличивается пропорционально.Однако это повышение энергопотребления будет пренебрежимо малым; следующая простая математика докажет это.

Рассмотрим лампочку, потребляющую 100 Вт мощности при 220 вольт. Это просто означает, что при 240 вольт он потребляет около 109 ватт мощности. Рост составляет всего около 9%, и, поскольку такие колебания случаются довольно редко, это значение может быть уменьшено до менее 1%, что незначительно.

Таким образом, приведенные выше обсуждения убедительно доказывают, что энергосберегающие устройства никогда не могут работать и эта концепция практически неосуществима.


Что происходит при установке энергосбережения?

На рисунке показан результат использования режима энергосбережения. Кондиционер (у которого есть большой двигатель компрессора) все еще потребляет реактивную мощность, но она питается от расположенного поблизости конденсатора (который находится в тех коробках «KVAR»). Если бы вы установили его на кондиционере и включили вместе с кондиционером, а также правильно рассчитали конденсатор, то на линии, идущей обратно к панели предохранителей, не было бы реактивной мощности.

Если провод между панелями предохранителей очень длинный и недостаточного размера, уменьшение тока приведет к тому, что он будет охлаждаться и иметь более высокое напряжение на кондиционере. Эта экономия за счет более прохладной проводки минимальна.

Что происходит, когда установлен Power Saver

Еще одна сложность заключается в том, что если вы установите блок «KVAR» на панели предохранителей, он ничего не сделает для тепловых потерь, за исключением двух футов огромного провода между панелью предохранителей и счетчиком электроэнергии. . Многие блоки KVAR продаются как коробки, которые вы устанавливаете в одном месте.

Если ваш блок коэффициента мощности слишком велик, он будет обеспечивать реактивную мощность для чего-то другого, возможно, вашего соседа.

Заключение

Устройства коррекции коэффициента мощности улучшают качество электроэнергии, но обычно не повышают энергоэффективность ( означает, что они не уменьшат ваш счет за электроэнергию ). Есть несколько причин, по которым их заявления об энергоэффективности могут быть преувеличены.

Во-первых, с бытовых потребителей взимается плата не за кВА в час, а за использование киловатт-часов .Это означает, что любая экономия энергии не приведет напрямую к снижению счета за коммунальные услуги бытового пользователя.

Во-вторых, единственный потенциал для реальной экономии энергии мог бы возникнуть, если бы продукт был помещен в цепь только при работающей реактивной нагрузке (например, двигатель) и отключался от цепи, когда двигатель не работал. Это непрактично, учитывая, что в обычном доме есть несколько двигателей, которые могут включиться в любое время (холодильник, кондиционер, вентилятор HVAC, пылесос и т. Д.).), но само устройство Power Saver предназначено для постоянного автономного подключения рядом с панелью выключателя в доме.

И уж точно не так, как производители рекомендуют их устанавливать, то есть постоянно подключая их к главной панели. Это приводит к увеличению емкостного коэффициента мощности, когда асинхронные двигатели выключены, и может создать некоторые реальные проблемы с вызывным напряжением.

KVAR должен иметь идеальный размер для балансировки индуктивных нагрузок. Поскольку наши двигатели периодически включаются и выключаются, и мы не используем кондиционер зимой, невозможно подобрать его надлежащего размера, если у нас нет чего-либо, чтобы контролировать линию и включать и выключать ее емкость (конденсаторы) по мере необходимости.

Добавление конденсатора может повысить линейное напряжение до опасного уровня, поскольку он взаимодействует с входящими линиями электропередачи. Добавление конденсатора в линию, на которой есть гармонические частоты (созданные некоторым электронным оборудованием), может привести к нежелательному резонансу и высоким токам.

Для коммерческих объектов коррекция коэффициента мощности редко бывает рентабельной, основанной только на экономии энергии. Основная часть экономии, которую может предложить коррекция коэффициента мощности, заключается в отказе от платы за коммунальные услуги при низком коэффициенте мощности .

Экономия энергии обычно ниже 1% и всегда ниже 3% нагрузки, причем больший процент имеет место, когда двигатели составляют значительную часть общей нагрузки объекта. Сама по себе экономия энергии не делает установку рентабельной.

Как достигается энергоэффективное освещение и каковы методы?

Энергоэффективное освещение снижает потребность в электроэнергии и является экономически эффективным методом осветительной системы по сравнению с традиционными методами освещения.

В годы тенденций разрыв между показателями выработки электроэнергии и показателями спроса вызывает беспокойство, так как он подразумевает неспособность системы электроснабжения удовлетворить спрос на электроэнергию, что является предупреждением о недостаточном энергосбережении.

По данным международных агентств, на освещение приходится 19 процентов мирового потребления электроэнергии и 25-30% домашнего энергопотребления.

Что такое энергоэффективное освещение?

Освещение необходимо для видимости объектов в темных местах или ситуациях. Эффективность означает, насколько хорошо свет излучается при заданной входной мощности.

В обычных лампах, таких как лампы накаливания и газоразрядные лампы, большая часть электроэнергии тратится впустую в виде тепла, а также, поскольку балласт требует высокого напряжения во время запуска, они потребляют больше энергии.

Энергоэффективное освещение

Энергоэффективное освещение включает в себя использование большего освещения от менее мощных источников света путем замены источников с высоким энергопотреблением, таких как лампы накаливания, лампы высокой разрядки и т. Д. Это также используется в различных технологиях управления, таких как GPRS, GSM или SCADA. Он также заменяет осветительные аксессуары высокой мощности на устройства малой мощности, такие как электронные балласты, светильники и т. Д.


3 Энергосберегающие методы освещения

Замена обычной лампы накаливания

В лампах накаливания 90 процентов электроэнергии расходуется в виде тепла. а не света, а также потребляется в 3-5 раз больше энергии.Таким образом, замена этих ламп на энергосберегающие дает эффективную систему освещения. Есть два основных типа энергоэффективных фонарей или лампочек.
1. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)
2. Светодиодные лампы

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)
Это наиболее распространенный тип энергосберегающих ламп. Они доступны в различных размерах, формах и номиналах и используют более передовые технологии, чем лампы накаливания.

Они потребляют на 75 процентов меньше энергии и служат в 10-15 раз дольше, чем обычные лампы.Лампы CFL потребляют большой ток во время пуска и низкий ток во время работы.

Компактные люминесцентные лампы

CFL-лампы состоят из стеклянной трубки с фосфорным покрытием (для цветопередачи), заполненной газообразным аргоном и парами ртути.

Электронный балласт используется для создания высокого напряжения во время пуска для создания дуги между электродами. Его работа такая же, как и у всех люминесцентных ламп. Когда эта лампа запитана, электричество, проходящее между электродами, возбуждает пары ртути.Этот пар ртути вызывает излучение ультрафиолетового света, который, в свою очередь, вызывает видимый свет за счет фосфорного покрытия.

Светодиодные лампы (светоизлучающие диоды)

Это также самый энергоэффективный и самый долговечный тип ламп, единственным ограничением которого является их дороговизна. Они отличаются от обычных ламп тем, что не перегорают и не нагреваются.

Светодиодные лампы

Они производят такое же освещение, как лампы накаливания, при этом потребляют на 80 процентов меньше электроэнергии по сравнению с лампами накаливания и люминесцентными лампами.Светодиодные лампы служат дольше, так как их срок службы составляет 50000 часов.

На рисунке ниже показано, как эти лампы рассчитаны на одинаковую светоотдачу или освещенность. Чем выше номинальная мощность, тем больше ток, потребляемый от источника питания.

Сравнение ламп по мощности

При одинаковом освещении лампы накаливания имеют несколько более высокую номинальную мощность, чем лампы LED и CFL, поэтому потребление энергии в этом случае велико.

По сравнению с лампами КЛЛ, светодиодные лампы имеют несколько более низкий рейтинг, поэтому потребление энергии в этом случае слишком низкое.Следовательно, энергоэффективные лампы экономят электроэнергию по сравнению с обычными лампами. А также с точки зрения жизненного цикла эти лампы сокращают выбросы CO2 и загрязнение ртутью при сжигании ископаемого топлива.

Использование элементов управления освещением

Еще одним ключом к снижению энергопотребления является использование световой энергии по мере необходимости с имеющимся светом. Это возможно за счет наличия различных сенсорных устройств для включения света, таких как датчики движения, инфракрасные датчики, автоматические таймеры и т. Д.Эти датчики определяют наличие дневного света, присутствие людей и других живых существ, инструкции по удаленному управлению и т. Д.

Wireless Street Light Control

Централизованные системы на основе GSM / SCADA / GPS также эффективно и надежно контролируют и контролируют систему освещения для экономии энергии как показано на рисунке. Автоматическую интенсивность уличного освещения также можно контролировать с помощью таймера, который постепенно снижает интенсивность, уменьшая движение в ночное время и обеспечивая полное отключение в утренние периоды.

Замена аксессуаров на энергоэффективные

Аксессуары к лампам, такие как балласты, светильники и т. Д., Также играют важную роль в энергосбережении. Балласты или дроссели, устанавливаемые с лампами, включая неинтегрированные балласты в лампах КЛЛ, должны быть электронными или медными балластами с низкими потерями для экономии энергии по сравнению с обычными балластами. Это также улучшает коэффициент мощности.

Новый способ экономии энергии — использование энергоэффективных светильников, которые потребляют на 75 процентов меньше энергии, чем стандартные лампы накаливания.Эти светильники не только увеличивают освещенность за счет низкого энергопотребления, но и защищают лампы, продлевая срок их службы.

Это все об энергоэффективном освещении. При замене энергосберегающих ламп и балластов используются передовые методы управления для улучшения системы освещения. Надеюсь, вы поняли эту концепцию.

Пожалуйста, напишите свои предложения и комментарии по этой статье в разделе комментариев ниже.

Кредиты на фотографии:

Энергоэффективное освещение от smallbusiness
Детали ламп CFL от energystar
Сравнение ламп по мощности на 2.bp
Беспроводное управление уличным освещением от iotcomm

Электроэнергия и мощность — University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Выразить электрическую мощность через напряжение и ток
  • Опишите мощность, рассеиваемую резистором в электрической цепи.
  • Рассчитать энергоэффективность и рентабельность приборов и оборудования

В электрической цепи электрическая энергия непрерывно преобразуется в другие формы энергии.Например, когда в проводнике течет ток, электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию внутри проводника. Электрическое поле, создаваемое источником напряжения, ускоряет свободные электроны, увеличивая их кинетическую энергию на короткое время. Эта увеличенная кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию в результате столкновений с ионами решетчатой ​​структуры проводника. В работе «Работа и кинетическая энергия» мы определили мощность как скорость, с которой работа выполняется силой, измеряемой в ваттах.Мощность также можно определить как скорость передачи энергии. В этом разделе мы обсуждаем скорость передачи энергии или мощности в электрической цепи.

Мощность в электрических цепях

Электроэнергия ассоциируется у многих с электричеством. На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Как называется электроэнергия?

Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт ((Рисунок) (а)).Лампа на 60 Вт светится ярче, чем лампа на 25 Вт. Хотя это не показано, лампа мощностью 60 Вт также теплее, чем лампа мощностью 25 Вт. Тепло и свет производятся путем преобразования электрической энергии. Кинетическая энергия, теряемая электронами при столкновениях, преобразуется во внутреннюю энергию проводника и излучения. Как напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

(a) На фото выше две лампы накаливания: лампа мощностью 25 Вт (слева) и лампа мощностью 60 Вт (справа).Лампа мощностью 60 Вт обеспечивает более интенсивный свет, чем лампа мощностью 25 Вт. Электрическая энергия, подаваемая в лампочки, преобразуется в тепло и свет. (b) Эта компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) излучает такой же свет, что и лампа мощностью 60 Вт, но при входной мощности от 1/4 до 1/10. (кредит а: модификация работ «Dickbauch» / Wikimedia Commons и Грега Вестфолла; кредит b: модификация работ «dbgg1979» / Flickr)

Чтобы рассчитать электрическую мощность, рассмотрите разницу напряжений на материале ((рисунок)).Электрический потенциал выше, чем электрический потенциал при, а разность напряжений отрицательна. Как обсуждалось в разделе «Электрический потенциал», между двумя потенциалами существует электрическое поле, которое указывает от более высокого потенциала к более низкому. Напомним, что электрический потенциал определяется как потенциальная энергия на заряд, и заряд теряет потенциальную энергию, перемещаясь через разность потенциалов.

Когда есть разность потенциалов в проводнике, присутствует электрическое поле, которое указывает в направлении от более высокого потенциала к более низкому.

Если заряд положительный, на него действует сила электрического поля. Эта сила необходима, чтобы заряд двигался. Эта сила не ускоряет заряд на всем расстоянии из-за взаимодействия заряда с атомами и свободными электронами в материале. Скорость и, следовательно, кинетическая энергия заряда не увеличиваются в течение всего пути, и заряд, проходящий через область, имеет ту же скорость дрейфа, что и заряд, проходящий через область.Однако с зарядом работает электрическое поле, которое изменяет потенциальную энергию. Поскольку изменение разности электрических потенциалов отрицательное, электрическое поле оказывается равным

.

Работа, совершаемая над зарядом, равна произведению электрической силы на длину приложения силы,

Заряд движется с дрейфовой скоростью, поэтому работа, выполняемая над зарядом, приводит к потере потенциальной энергии, но средняя кинетическая энергия остается постоянной. Потерянная электрическая потенциальная энергия проявляется в материале как тепловая энергия.В микроскопическом масштабе передача энергии происходит из-за столкновений между зарядом и молекулами материала, что приводит к повышению температуры в материале. Потеря потенциальной энергии приводит к повышению температуры материала, которая рассеивается в виде излучения. В резисторе он рассеивается в виде тепла, а в лампочке — в виде тепла и света.

Мощность, рассеиваемая материалом в виде тепла и света, равна скорости изменения работы во времени:

При использовании резистора падение напряжения на резисторе отводится в виде тепла.Закон Ома гласит, что напряжение на резисторе равно току, умноженному на сопротивление. Таким образом, мощность, рассеиваемая резистором, равна

.

Если резистор подключен к батарее, мощность, рассеиваемая в виде лучистой энергии проводами и резистором, равна. Мощность, подаваемая от батареи, равна току, умноженному на напряжение.

Электроэнергетика

Электроэнергия, полученная или потерянная каким-либо устройством, имеет вид

.

Мощность, рассеиваемая резистором, имеет вид

.

Из трех различных выражений для электроэнергии можно сделать разные выводы.Например, подразумевается, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше выдается мощность. Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат, эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза и составляет примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Проверьте свое понимание Электродвигатели имеют достаточно высокий КПД.Двигатель мощностью 100 л.с. может иметь КПД 90%, а двигатель мощностью 1 л.с. может иметь КПД 80%. Почему важно использовать высокопроизводительные двигатели?

Несмотря на то, что электродвигатели имеют высокий КПД, 10–20% потребляемой мощности тратится впустую, а не используется для выполнения полезной работы. Большая часть 10–20% потерянной мощности передается в тепло, рассеиваемое медными проводами, используемыми для изготовления катушек двигателя. Это тепло увеличивает тепло окружающей среды и увеличивает потребность электростанций, обеспечивающих электроэнергию.Спрос на электростанцию ​​может привести к увеличению выбросов парниковых газов, особенно если электростанция использует уголь или газ в качестве топлива.

Предохранитель

А ((Рисунок)) — это устройство, которое защищает цепь от слишком высоких токов. Предохранитель — это, по сути, короткий отрезок провода между двумя контактами. Как мы видели, когда ток проходит по проводнику, кинетическая энергия носителей заряда преобразуется в тепловую энергию в проводнике. Кусок проволоки в предохранителе находится под напряжением и имеет низкую температуру плавления.Проволока предназначена для нагрева и разрыва при номинальном токе. Предохранитель поврежден и подлежит замене, но он защищает остальную цепь. Предохранители срабатывают быстро, но есть небольшая задержка по времени, пока провод нагревается и обрывается.

Предохранитель

А представляет собой отрезок провода между двумя контактами. Когда через провод проходит ток, превышающий номинальный, провод плавится, разрывая соединение. На фото — «перегоревший» предохранитель в месте обрыва провода, защищающего цепь (кредит: модификация работы «Шардайы» / Flickr).

Автоматические выключатели также рассчитаны на максимальный ток и разомкнуты для защиты цепи, но могут быть сброшены. Автоматические выключатели реагируют намного быстрее. Работа автоматических выключателей выходит за рамки этой главы и будет обсуждаться в следующих главах. Еще один метод защиты оборудования и людей — прерыватель цепи замыкания на землю (GFCI), который широко используется в ванных комнатах и ​​кухнях. Торговые точки GFCI очень быстро реагируют на изменения тока. Эти выходы открываются при изменении магнитного поля, создаваемого токоведущими проводниками, что также выходит за рамки данной главы и рассматривается в следующей главе.

Стоимость электроэнергии

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Поскольку мы видим, что

— это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение интервала времени t . Если мощность доставляется с постоянной скоростью, то значение энергии можно определить по. Например, чем больше горело лампочек, тем больше использовалось P ; чем дольше они включены, тем больше т .

Единица измерения энергии в счетах за электричество — киловатт-час, что соответствует соотношению. Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете себе это доказать.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления.Это не только снижает стоимость, но и снижает воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии, потребляемой в доме, идет на освещение, а для коммерческих предприятий это число приближается к 40%. Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания — это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. (Рисунок) (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет.КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, соединенную со стандартным резьбовым основанием, подходящим для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными инвестициями для КЛЛ.)

Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше, чем лампы накаливания. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные лампы (которые представляют собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в пять раз дольше, чем КЛЛ.

Расчет рентабельности светодиодной лампы Типичной заменой лампы накаливания мощностью 100 Вт является светодиодная лампа мощностью 20 Вт. Светодиодная лампа мощностью 20 Вт может обеспечивать такое же количество света, как и лампа накаливания мощностью 100 Вт. Какова экономия затрат при использовании светодиодной лампы вместо лампы накаливания в течение одного года, если предположить, что 0,10 за киловатт-час — это средний тариф на электроэнергию, взимаемый энергетической компанией? Предположим, что лампочка включена на три часа в день.

Стратегия

(a) Рассчитайте энергию, используемую в течение года для каждой лампочки, используя.

(б) Умножьте энергию на стоимость.

Решение

  1. Рассчитайте мощность для каждой лампочки.
  2. Рассчитайте стоимость для каждого.

Значение Светодиодная лампа потребляет на 80% меньше энергии, чем лампа накаливания, экономя 8,76 фунтов стерлингов по сравнению с лампой накаливания в течение одного года. Светодиодная лампа может стоить 20 фунтов стерлингов, а лампа накаливания мощностью 100 Вт может стоить 0,75 фунтов стерлингов, что необходимо учитывать при расчетах. Типичный срок службы лампы накаливания составляет 1200 часов, а светодиодной лампы — 50 000 часов.Лампа накаливания прослужит 1,08 года при 3 часах в день, а светодиодная лампа — 45,66 года. Первоначальная стоимость светодиодной лампы высока, но стоимость для домовладельца составит 0,69 евро за лампы накаливания против 0,44 евро за светодиодные лампы в год. (Обратите внимание, что светодиодные лампы дешевеют.) Экономия затрат в год составляет примерно 8,50 фунтов стерлингов, и это только для одной лампы.

Проверьте свое понимание Является ли эффективность различных лампочек единственным соображением при сравнении различных лампочек?

Нет, эффективность — очень важный фактор для лампочек, но есть много других соображений.Как упоминалось выше, важными факторами являются стоимость лампочек и срок их службы. Например, лампы CFL содержат ртуть, нейротоксин, и их необходимо утилизировать как опасные отходы. При замене ламп накаливания, которые управляются диммером на светодиоды, может потребоваться замена диммера. Диммерные переключатели для светодиодных фонарей сопоставимы по цене с переключателями ламп накаливания, но это начальная стоимость, которую следует учитывать. Также следует учитывать спектр света, но существует широкий диапазон цветовых температур, поэтому вы сможете найти тот, который соответствует вашим потребностям.Ни одно из этих упомянутых соображений не предназначено для того, чтобы препятствовать использованию светодиодных или CFL лампочек, но они являются соображениями.

Замена ламп накаливания на КЛЛ или светодиодные лампы — простой способ снизить потребление энергии в домах и коммерческих объектах. Лампы CFL работают с совершенно другим механизмом, чем лампы накаливания. Механизм сложен и выходит за рамки данной главы, но здесь приводится очень общее описание механизма. Лампы CFL содержат пары аргона и ртути, заключенные в трубку спиральной формы.В лампах CFL используется «балласт», который увеличивает напряжение, используемое лампой CFL. Балласт производит электрический ток, который проходит через газовую смесь и возбуждает молекулы газа. Возбужденные молекулы газа излучают ультрафиолетовый (УФ) свет, который, в свою очередь, стимулирует флуоресцентное покрытие внутри трубки. Это покрытие флуоресцирует в видимом спектре, излучая видимый свет. Традиционные люминесцентные лампы и лампы CFL имели короткую временную задержку до нескольких секунд, пока смесь «нагревалась» и молекулы переходили в возбужденное состояние.Следует отметить, что эти лампы содержат ртуть, которая ядовита, но если лампа сломана, ртуть никогда не выделяется. Даже если колба сломана, ртуть имеет тенденцию оставаться во флуоресцентном покрытии. Количество также довольно невелико, и преимущество экономии энергии может перевесить недостаток использования ртути.

Лампы CFL заменяются на светодиодные, где LED означает «светоизлучающий диод». Диод был кратко обсужден как неомический прибор, сделанный из полупроводникового материала, который позволяет току течь в одном направлении.Светодиоды — это особый тип диодов, изготовленных из полупроводниковых материалов, наполненных примесями в комбинациях и концентрациях, которые позволяют преобразовывать дополнительную энергию движения электронов во время электрического возбуждения в видимый свет. Полупроводниковые устройства будут объяснены более подробно в Физике конденсированного состояния.

Коммерческие светодиоды быстро становятся стандартом для коммерческого и жилого освещения, заменяя лампы накаливания и лампы CFL. Они предназначены для работы в видимой области спектра и изготовлены из галлия, легированного атомами мышьяка и фосфора.Цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материалов, используемых в полупроводнике, и от силы тока. В первые годы развития светодиодов маленькие светодиоды на печатных платах были красного, зеленого и желтого цветов, но теперь светодиодные лампочки можно запрограммировать на получение миллионов цветов света, а также множества различных оттенков белого света.

Сравнение ламп накаливания, КЛЛ и светодиодных ламп

Экономия энергии может быть значительной при замене лампы накаливания или лампы CFL на светодиодную.Лампочки оцениваются по количеству энергии, потребляемой лампочкой, а количество светового потока измеряется в люменах. Люмен (лм) — это производная от системы СИ единица светового потока и мера общего количества видимого света, излучаемого источником. Лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить лампой CFL мощностью 13–15 Вт или светодиодной лампой мощностью 6–8 Вт, все три из которых имеют световой поток примерно 800 лм. Таблица светоотдачи некоторых часто используемых лампочек представлена ​​на (Рисунок).

Срок службы лампочек трех типов значительно различается.Срок службы светодиодной лампы составляет 50 000 часов, у CFL — 8 000 часов, а лампы накаливания — всего 1200 часов. Светодиодная лампа является самой прочной, легко выдерживает грубое обращение, такое как сотрясение и удары. Лампа накаливания плохо переносит такое же обращение, поскольку нить накаливания и стекло могут легко сломаться. Лампа CFL также менее долговечна, чем светодиодная лампа, из-за своей стеклянной конструкции. Количество выделяемого тепла составляет 3,4 БТЕ / ч для светодиодной лампы мощностью 8 Вт, 85 БТЕ / ч для лампы накаливания мощностью 60 Вт и 30 БТЕ / ч для лампы КЛЛ.Как упоминалось ранее, основным недостатком лампы CFL является то, что она содержит ртуть, нейротоксин, и ее необходимо утилизировать как опасные отходы. Из этих данных легко понять, почему светодиодные лампы быстро становятся стандартом в освещении.

Световой поток светодиодных ламп, ламп накаливания и КЛЛ
Световой поток
(люмен)
Светодиодные лампы
(Вт)
Лампы накаливания
(Вт)
Лампочка CFL
(Вт)
450 4-5 40 9−13
800 6-8 60 13−15
1100 9−13 75 18-25
1600 16-20 100 23−30
2600 25−28 150 30-55

Сводка отношений

В этой главе мы обсудили отношения между напряжением, током, сопротивлением и мощностью.(Рисунок) показывает сводку соотношений между этими измеряемыми величинами для омических устройств. (Напомним, что омические устройства подчиняются закону Ома.) Например, если вам нужно рассчитать мощность, используйте розовую секцию, которая показывает, и.

Этот кружок показывает сводку уравнений для отношений между мощностью, током, напряжением и сопротивлением.

Какое уравнение вы используете, зависит от того, какие значения вам даны или вы измеряете. Например, если вам заданы ток и сопротивление, используйте.Хотя все возможные комбинации могут показаться ошеломляющими, не забывайте, что все они представляют собой комбинации всего двух уравнений, закона Ома и степени.

Сводка

  • Электрическая мощность — это скорость, с которой электрическая энергия подается в цепь или потребляется нагрузкой.
  • Мощность, рассеиваемая резистором, зависит от квадрата тока через резистор и равна.
  • Единицей измерения электрической энергии в системе СИ является ватт, а единицей СИ электрической энергии — джоуль.Другой распространенной единицей измерения электроэнергии, используемой энергокомпаниями, является киловатт-час (кВт · ч).
  • Общее количество энергии, использованной за интервал времени, можно найти с помощью.

Концептуальные вопросы

Обычные бытовые приборы рассчитаны на 110 В, но энергетические компании выдают напряжение в диапазоне киловольт, а затем понижают напряжение с помощью трансформаторов до 110 В для использования в домах. В следующих главах вы узнаете, что трансформаторы состоят из множества витков проволоки, которые нагреваются при протекании через них тока, тратя часть энергии, которая выделяется в виде тепла.Звучит неэффективно. Почему энергокомпании транспортируют электроэнергию этим методом?

Несмотря на то, что проводники имеют низкое сопротивление, линии от энергокомпании могут достигать нескольких километров. Использование высокого напряжения снижает ток, необходимый для обеспечения потребности в мощности, и это снижает потери в линии.

В вашем счете за электроэнергию указано потребление в киловатт-часах (кВт · ч). Отражает ли это устройство количество заряда, тока, напряжения, мощности или энергии, которые вы покупаете?

Резистор перегревается, возможно, до его возгорания.В цепи обычно добавляются предохранители, чтобы предотвратить такие несчастные случаи.

Погружной нагреватель — это небольшой прибор, используемый для нагрева чашки воды для чая путем пропускания тока через резистор. Если напряжение, подаваемое на прибор, увеличится вдвое, изменится ли время, необходимое для нагрева воды? На сколько? Это хорошая идея?

Проблемы

Какое максимальное напряжение может быть приложено к резистору с номиналом?

Разрабатывается нагреватель, использующий катушку из нихромовой проволоки 14-го калибра для выработки 300 Вт при напряжении 0,1 м.Как долго инженер должен делать провод?

,

Альтернативой КЛЛ лампам и лампам накаливания являются светодиодные лампы. Лампу накаливания мощностью 100 Вт можно заменить светодиодной лампой мощностью 16 Вт. Оба излучают 1600 люмен света. Если предположить, что стоимость электроэнергии составляет 0,10 фунтов стерлингов за киловатт-час, сколько стоит эксплуатировать лампочку в течение одного года, если она работает четыре часа в день?

Мощность, рассеиваемая резистором с сопротивлением. Что такое ток и падение напряжения на резисторе?

Опаздывая на самолет, водитель случайно оставляет включенными фары, припарковав автомобиль на стоянке аэропорта.Во время взлета водитель понимает ошибку. Только что заменив аккумулятор, водитель знает, что это автомобильный аккумулятор на 12 В с номиналом 100. Водитель, зная, что с этим ничего нельзя поделать, оценивает, как долго будут гореть фары, предполагая, что есть две фары на 12 В, каждая с номинальной мощностью 40 Вт. Что сделал водитель?

Студенту-физику предоставляется одноместная комната в общежитии. У ученика есть небольшой холодильник, который работает с током 3,00 А и напряжением 110 В, лампа с лампочкой на 100 Вт, верхний свет с лампочкой на 60 Вт и различные другие небольшие устройства, в сумме составляющие до трех. .00 Вт. (A) Предполагая, что электростанция, которая поставляет электричество 110 В в общежитие, находится в 10 км, а в двух алюминиевых передающих кабелях используется провод 0-го калибра диаметром 8,252 мм, оцените процентную долю от общей мощности, поставляемой энергокомпания, которая потеряна при передаче. (б) Каков будет результат, если энергокомпания будет поставлять электроэнергию напряжением 110 кВ?

а.
г.

 *** QuickLaTeX не может составить формулу:
\ begin {array} {c} P = 493 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {W} \ hfill \\ I = 0.0045 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {A} \ hfill \\ R = 9.91 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {Ω} \ phantom {\ rule { 0.2em} {0ex}} \ hfill \\ {P} _ {\ text {loss}} = 201 \ mu \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {W} \ hfill \\ \ text {%} \ text {loss} = 0,00004 \ text {%} \ hfill \ end {array}

*** Сообщение об ошибке:
Ошибка ввода пакета: символ Юникода Ω (U + 03A9)
начальный текст: ... R = 9.91 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {Ω}
Файл завершился при сканировании использования \ text @.
Экстренная остановка.

 

А 0,50 Вт, резистор пропускает максимально возможный ток без повреждения резистора.Если бы ток был уменьшен вдвое, какая была бы потребляемая мощность?

Глоссарий

электрическая мощность
временная скорость изменения энергии в электрической цепи

Электроэнергия и энергия | Физика II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, подаваемую источником питания.
  • Рассчитайте стоимость электроэнергии при различных обстоятельствах.

Мощность в электрических цепях

Электроэнергия ассоциируется у многих с электричеством. Зная, что мощность — это коэффициент использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии ? На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт. (См. Рис. 1 (а).) Поскольку оба работают от одного и того же напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность.Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

Рис. 1. (a) Какая из этих лампочек, лампа мощностью 25 Вт (вверху слева) или лампа мощностью 60 Вт (вверху справа), имеет более высокое сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? Можно ли по цвету сказать, что нить накаливания мощностью 25 Вт круче? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Dickbauch, Wikimedia Commons; Грег Вестфол, Flickr) (b) Этот компактный люминесцентный светильник (CFL) излучает такую ​​же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но с входной мощностью от 1/4 до 1/10.(кредит: dbgg1979, Flickr)

Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q — это перемещенный заряд, а В, — напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность — это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна

.

[латекс] P = \ frac {PE} {t} = \ frac {qV} {t} \\ [/ latex].

Учитывая, что ток равен I = q / t (обратите внимание, что Δ t = t здесь), выражение для мощности принимает вид

P = IV

Электрическая мощность ( P ) — это просто произведение тока на напряжение.Мощность имеет знакомые единицы ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность выражается в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 A ⋅V = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. {2} R \\ [/ latex].

Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.) Из трех различных выражений для электрической мощности можно получить различное понимание. Например, P = В 2 / R означает, что чем меньше сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше передаваемая мощность.Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат в P = V 2 / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза и составляет примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная мощность

(a) Рассмотрим примеры, приведенные в Законе Ома: сопротивление и простые цепи и сопротивление и удельное сопротивление.Затем найдите мощность, рассеиваемую фарой автомобиля в этих примерах, как в горячую, так и в холодную погоду. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?

Стратегия для (а)

Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность. Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P = V 2 / R , чтобы найти мощность.

Решение для (а)

Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем

P = IV = (2.{2}} {0,350 \ text {} \ Omega} = 411 \ text {W} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

30 Вт, рассеиваемые горячей фарой, являются типичными. Но 411 Вт в холодную погоду на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.

Стратегия и решение для (b)

Ток при холодной лампочке можно найти несколькими способами. Переставляем одно из уравнений мощности, P = I 2 R , и вводим известные значения, получая

[латекс] I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} = \ sqrt {\ frac {411 \ text {W}} {{0.350} \ text {} \ Omega}} = 34,3 \ text {A} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Холодный ток значительно выше, чем установившееся значение 2,50 А, но ток будет быстро снижаться до этого значения по мере увеличения температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) спроектированы так, чтобы выдерживать очень высокие токи на короткое время при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует использования специальных плавких предохранителей с замедленным срабатыванием.

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Поскольку P = E / t , мы видим, что

E = Pt

— это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение интервала времени t . Например, чем больше горело лампочек, тем больше использовалось P ; чем дольше они включены, тем больше т .Единицей измерения энергии в счетах за электроэнергию является киловатт-час (кВт ч), что соответствует соотношению E = Pt . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3.6 × 10 6 Дж.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии в доме расходуется на освещение, в то время как в коммерческих учреждениях эта цифра приближается к 40%.Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания — это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. Рис. 1 (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, соединенную со стандартным резьбовым основанием, подходящим для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными вложениями в КЛЛ.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные фонари (которые представляют собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.

Установление соединений: энергия, мощность и время

Отношение E = Pt может оказаться полезным во многих различных контекстах.Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, зависит, например, от уровня мощности и продолжительности вашей активности. Степень нагрева источника питания зависит от уровня мощности и времени ее применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения зависит от мощности и времени воздействия.

Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)

Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если стоимость лампы составляет 25 центов? (б) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая обеспечивает такой же световой поток, но составляет четверть мощности и стоит 1 доллар.50, но длится в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?

Стратегия

Чтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала находим используемую энергию в киловатт-часах, а затем умножаем ее на стоимость киловатт-часа.

Решение для (а)

Энергия, используемая в киловатт-часах, определяется путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:

E = Pt = (60 Вт) (1000 ч) = 60,000 Вт ч

В киловатт-часах это

E = 60.0 кВт ⋅ ч.

Сейчас стоимость электроэнергии

Стоимость

= (60,0 кВт ч) (0,12 долл. США / кВт час) = 7,20 долл. США.

Общая стоимость составит 7,20 доллара за 1000 часов (примерно полгода при 5 часах в день).

Решение для (b)

Поскольку CFL использует только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 доллара США / 4 = 1,80 доллара США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты составят 1/10 стоимости лампы за этот период использования, или 0.1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость 1000 часов составит 1,95 доллара США.

Обсуждение

Следовательно, использование КЛЛ намного дешевле, даже несмотря на то, что первоначальные вложения выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать в себя для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывается.

Подключение: Эксперимент на вынос — Инвентаризация использования электроэнергии

1) Составьте список номинальной мощности для ряда приборов в вашем доме или комнате.Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем цифровые часы. Оцените энергию, потребляемую этими приборами в среднем за день (оценивая время их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение 120 В, тогда используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что используемые длинные люминесцентные лампы рассчитаны на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто все выходные, и что эти огни были оставлены включенными с 6 часов вечера.{2} R \\ [/ латекс].

  • Энергия, используемая устройством с мощностью P за время t , составляет E = Pt .

Концептуальные вопросы

1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце жизни, особенно незадолго до того, как их нити оборвутся?

Мощность, рассеиваемая на резисторе, равна P = V 2 / R , что означает, что мощность уменьшается при увеличении сопротивления. Тем не менее, эта мощность также определяется соотношением P = I 2 R , что означает, что мощность увеличивается при увеличении сопротивления.Объясните, почему здесь нет противоречия.

Задачи и упражнения

1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 2 МВ при токе 2,00 × 10 4 A ?

2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, который потребляет 250 А тока от аккумуляторной батареи 24,0 В?

3. Заряд в 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 часа. Какова выходная мощность, если выходное напряжение вычислителя равно 3.00 В? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих потребностей в энергии. (Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

4. Сколько ватт проходит через него фонарик с 6,00 × 10 2 за 0,500 ч использования, если его напряжение составляет 3,00 В?

5. Найдите мощность, рассеиваемую в каждом из этих удлинителей: (a) удлинительный шнур с сопротивлением 0,0600 Ом, через который 5.00 А течет; (б) более дешевый шнур с более тонким проводом и сопротивлением 0,300 Ом.

6. Убедитесь, что единицами измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .

7. Покажите, что единицы 1V 2 / Ω = 1W, как следует из уравнения P = V 2 / R .

8. Покажите, что единицы 1 A 2 Ω = 1 Вт, как следует из уравнения P = I 2 R .

9. Проверьте эквивалент единиц энергии: 1 кВт ч = 3,60 × 10 6 Дж.

10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 2 кВ и направляются к цели для получения рентгеновских лучей. Вычислите мощность электронного луча в этой трубке, если она имеет ток 15,0 мА.

11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт на 2,00 часа в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электроэнергия стоит 12,0 центов / кВт · ч? См. Рисунок 3.

Рисунок 3. Водонагреватель электрический по запросу. Тепло в воду подается только при необходимости. (кредит: aviddavid, Flickr)

12. Сколько электроэнергии необходимо для тостера с тостером мощностью 1200 Вт (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 цента / кВт · ч?

13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, если общая стоимость (капиталовложения плюс эксплуатация) будет одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов / кВтч.Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с КЛЛ по рентабельности.

14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрическую систему 6,00 В. а) Каково сопротивление горячему свету у фары мощностью 30,0 Вт в такой машине? б) Какой ток протекает через него?

15. Щелочные батареи имеют то преимущество, что они выдают постоянное напряжение почти до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А · ч и 1,58 В будет поддерживать горение лампы фонарика мощностью 1,00 Вт?

16.Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его выходная мощность? б) Какое сопротивление пути?

17. В среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените ежегодные затраты на электроэнергию для работы 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их потребляемая мощность составляет в среднем 150 Вт, а стоимость электроэнергии составляет в среднем 12,0 центов / кВт · ч.

18. Старая лампочка потребляет всего 50,0 Вт, а не 60,0 Вт из-за истончения ее нити за счет испарения.Во сколько раз уменьшается его диаметр при условии равномерного утонения по длине? Не обращайте внимания на любые эффекты, вызванные перепадами температур.

Медная проволока калибра 19. 00 имеет диаметр 9,266 мм. Вычислите потери мощности в километре такого провода, когда он пропускает 1,00 × 10 2 A.

Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует 120 В переменного тока с эффективностью 95,0%.а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (b) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов работы в ночное время? (См. Рисунок 4.)

Рис. 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.

21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается разрядом молнии с током 20 000 А, напряжением 1,00 × 10 2 МВ и длиной 1.00 мс? (б) Какая масса древесного сока может быть увеличена с 18ºC до точки кипения, а затем испарена этой энергией, если предположить, что сок имеет те же тепловые характеристики, что и вода?

22. Integrated Concepts Какой ток должен вырабатывать подогреватель бутылочек на 12,0 В, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00 × 10 2 алюминия от 20 ° C до 90º за 5,00 мин?

23. Integrated Concepts Сколько времени требуется хирургическому прижигателю, чтобы поднять температуру на 1.00 г ткани от 37º до 100, а затем закипятите 0,500 г воды, если она выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не обращайте внимания на передачу тепла в окружающую среду.

24. Integrated Concepts Гидроэлектрические генераторы (см. Рисунок 5) на плотине Гувера вырабатывают максимальный ток 8,00 × 10 3 A при 250 кВ. а) Какова выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и покидает систему с низкой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не изменяется), но теряет 160 м в высоте.Сколько кубических метров в секунду необходимо при КПД 85,0%?

Рис. 5. Гидроэлектрические генераторы на плотине Гувера. (кредит: Джон Салливан)

25. Integrated Concepts (a) Исходя из 95,0% эффективности преобразования электроэнергии электродвигателем, какой ток должны обеспечивать аккумуляторные батареи на 12,0 В 750-килограммового электромобиля: отдых до 25,0 м / с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 2 м за 2,00 мин при постоянной 25.Скорость 0 м / с при приложении силы 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Двигаться с постоянной скоростью 25,0 м / с, прилагая силу 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. Рисунок 6.

Рис. 6. Электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)

26. Integrated Concepts Пригородный легкорельсовый поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении.а) Какова его мощность в киловаттах? (b) Сколько времени нужно, чтобы достичь скорости 20,0 м / с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 4 кг, при условии эффективности 95,0% и постоянной мощности? (c) Найдите его среднее ускорение. (г) Обсудите, как ускорение, которое вы обнаружили для легкорельсового поезда, сравнивается с тем, что может быть типичным для автомобиля.

27. Integrated Concepts (a) Линия электропередачи из алюминия имеет сопротивление 0,0580 Ом / км. Какова его масса на километр? б) Какова масса на километр медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева.Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель, работающий на 120 В, может поднять температуру 1,00 × 10 2 -граммовой алюминиевой чашки, содержащей 350 г воды, с 20 ° C до 95 ° C за 2,00 мин. Найдите его сопротивление, предполагая, что оно постоянно в процессе. (b) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

29. Integrated Concepts (a) Какова стоимость нагрева гидромассажной ванны, содержащей 1500 кг воды, от 10 ° C до 40 ° C, исходя из эффективности 75,0% с учетом передачи тепла в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9 центов / кВт kWч. (b) Какой ток потреблял электрический нагреватель переменного тока 220 В, если на это потребовалось 4 часа?

30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 480 В? (b) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют коэффициент 1.00 — сопротивление Ом? (c) Что неразумного в этом результате? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 10,0 кВ? (b) Найдите сопротивление 1,00 км провода, которое вызовет потерю мощности 0,0100%. (c) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? (г) Что необоснованного в этих результатах? (e) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

32.Создай свою задачу Рассмотрим электрический погружной нагреватель, используемый для нагрева чашки воды для приготовления чая. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он увеличивал температуру воды и чашки за разумный промежуток времени. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем технологическом процессе. Среди факторов, которые следует учитывать, — это используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкость, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев.Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до того, как в погружном блоке будут достигнуты опасные температуры.

Глоссарий

электрическая мощность:
— скорость, с которой электрическая энергия подается источником или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1. 2,00 × 10 12 Вт

5.{6} \ text {J} \\ [/ latex]

11. 438 $ / год

13. $ 6.25

15. 1.58 ч

17. 3,94 миллиарда долларов в год

19. 25,5 Вт

21. (а) 2,00 × 10 9 Дж (б) 769 кг

23. 45.0 с

25. (а) 343 A (б) 2,17 × 10 3 A (в) 1,10 × 10 3 A

27. (а) 1,23 × 10 3 кг (б) 2,64 × 10 3 кг

29. (a) 2,08 × 10 5 A
(b) 4,33 × 10 4 МВт
(c) Линии передачи рассеивают больше мощности, чем они должны передавать.
(d) Напряжение 480 В неоправданно низкое для напряжения передачи. В линиях передачи на большие расстояния поддерживается гораздо более высокое напряжение (часто сотни киловольт), чтобы уменьшить потери мощности.

Световод: люминесцентные балласты

Световод

Для работы всех газоразрядных ламп, включая люминесцентные, требуется балласт. Балласт обеспечивает высокое начальное напряжение для инициирования разряда, а затем быстро ограничивает ток лампы для безопасного поддержания разряда.Производители ламп указывают электрические входные характеристики лампы (ток лампы, пусковое напряжение, пик-фактор тока и т. Д.), Необходимые для достижения номинального срока службы лампы и характеристик выходного светового потока. Аналогичным образом Американский национальный институт стандартов (ANSI) публикует рекомендуемые характеристики входной мощности для всех ламп типа ANSI. Балласты предназначены для оптимальной работы ламп уникального типа; однако некоторые пускорегулирующие аппараты могут адекватно работать с несколькими типами ламп. В этих случаях оптимальные характеристики лампы обычно не достигаются при всех условиях.Менее чем оптимальные условия могут повлиять на пусковые характеристики лампы, светоотдачу и срок службы.

Тип цепи и режим работы

Балласты люминесцентных ламп производятся для трех основных типов люминесцентных ламп: предварительного нагрева, быстрого запуска и мгновенного запуска.

Операция предварительного нагрева Электроды лампы нагреваются до начала разряда. «Выключатель стартера» замыкается, позволяя току течь через каждый электрод. Выключатель стартера быстро охлаждается, размыкая выключатель и вызывая напряжение питания на дуговой трубке, вызывая разряд.Во время работы на электроды не подается вспомогательное питание.

Операция быстрого запуска Электроды лампы нагреваются до и во время работы. Балластные трансформаторы имеют две специальные вторичные обмотки для подачи на электроды надлежащего низкого напряжения.

Мгновенный запуск Электроды лампы не нагреваются перед работой. Балласты для ламп мгновенного пуска предназначены для обеспечения относительно высокого пускового напряжения (по сравнению с лампами предварительного нагрева и быстрого пуска) для инициирования разряда на ненагретых электродах.

Быстрый запуск — самый популярный режим работы для 4-футовых 40-ваттных ламп и 8-футовых ламп высокой мощности. Преимущества быстрого запуска включают плавный запуск, длительный срок службы и возможность регулирования яркости. Лампы мощностью менее 30 Вт обычно работают в режиме предварительного нагрева. Лампы, работающие в этом режиме, более эффективны, чем режим быстрого запуска, поскольку для постоянного нагрева электродов не требуется отдельная мощность. Однако эти лампы имеют тенденцию мерцать при запуске и имеют более короткий срок службы.Восьмифутовые «тонкие» лампы работают в режиме мгновенного пуска. Мгновенный запуск более эффективен, чем быстрый запуск, но, как и в режиме предварительного нагрева, срок службы лампы короче. Лампа F32T8 высотой 4 фута 32 Вт — это лампа для быстрого пуска, обычно работающая в режиме мгновенного пуска с электронными высокочастотными балластами. В этом режиме работы эффективность лампы повышается с некоторым сокращением срока службы лампы.

Энергоэффективность

Люминесцентные лампы достаточно эффективны при преобразовании входной мощности в свет.Тем не менее, большая часть энергии, подаваемой в систему балласта люминесцентных ламп, производит ненужную тепловую энергию.

Существует три основных средства повышения эффективности системы балластных люминесцентных ламп:

  • Уменьшить балластные потери
  • Включить лампу (лампы) на высокой частоте
  • Уменьшить потери на электроды лампы


Новые, более энергоэффективные балласты, как магнитные, так и электронные, используют один или несколько из этих методов для повышения эффективности системы балласта лампы, измеряемой в люменах на ватт.Потери в магнитных балластах были уменьшены за счет замены алюминиевых проводов на медные и за счет использования магнитных компонентов более высокого качества. Потери балласта также могут быть уменьшены за счет использования одного балласта для управления тремя или четырьмя лампами вместо одной или двух. Тщательная схемотехника увеличивает эффективность электронных балластов. Кроме того, электронные балласты, которые преобразуют частоту источника питания 60 Гц в высокую частоту, работают с люминесцентными лампами более эффективно, чем это возможно при 60 Гц. Наконец, в схемах быстрого запуска некоторые магнитные балласты повышают эффективность за счет отключения питания электродов лампы после запуска.

Балластный фактор

Одним из наиболее важных параметров балласта для проектировщика / инженера по свету является коэффициент балласта. Балластный коэффициент необходим для определения светоотдачи конкретной балластной системы лампы. Фактор балласта — это мера фактического светового потока для конкретной системы балласта лампы по сравнению с номинальным световым потоком, измеренным с эталонным балластом в условиях испытаний ANSI (на открытом воздухе при 25 ° C [77 ° F]). Для балласта ANSI для стандартных 40-ваттных ламп F40T12 требуется балластный коэффициент равный 0.95; такой же балласт имеет балластный коэффициент 0,87 для 34-ваттных энергосберегающих ламп Ф40Т12. Однако многие балласты доступны как с высоким (в соответствии со спецификациями ANSI), так и с низким балластным коэффициентом (от 70 до 75%). Важно отметить, что значение балластного фактора является характеристикой не просто балласта, а балластной системы лампы. Балласты, которые могут работать с несколькими типами ламп (например, балластный блок F40 мощностью 40 Вт может работать с лампами F40T12 мощностью 40 Вт, F40T12 на 34 Вт или F40T10 мощностью 40 Вт), как правило, будут иметь различный балластный коэффициент для каждой комбинации ( е.g., 95%, <95% и> 95% соответственно).

Балластный коэффициент не является показателем энергоэффективности. Хотя более низкий балластный коэффициент уменьшает световой поток лампы, она также потребляет пропорционально меньшую входную мощность. Таким образом, тщательный выбор системы балласта лампы с определенным балластным коэффициентом позволяет дизайнерам лучше минимизировать потребление энергии, «настраивая» уровни освещения в помещении. Например, в новом строительстве, как правило, лучше всего использовать высокий балластный коэффициент, поскольку для удовлетворения требований к уровню освещенности потребуется меньше светильников.При модернизации или в областях с менее важными визуальными задачами, таких как проходы и коридоры, балласты с более низким балластным фактором могут быть более подходящими.

Чтобы избежать резкого сокращения срока службы лампы, балласты с низким балластным коэффициентом (<70%) должны работать с лампами только в режиме быстрого запуска. Это особенно актуально для 32-ваттных ламп F32T8, работающих на высокой частоте.

Найти балластный коэффициент для комбинаций лампы и балласта может быть непросто, так как немногие производители балластов предоставляют эту информацию в своих каталогах.Однако, если входная мощность для конкретной системы балласта лампы известна (обычно ее можно найти в каталогах), можно оценить балластный коэффициент.

Мерцание

Электромагнитные балласты предназначены для согласования входного напряжения 60 Гц с электрическими требованиями ламп. Магнитный балласт изменяет напряжение, но не частоту. Таким образом, напряжение лампы пересекает ноль 120 раз в секунду, что приводит к колебаниям светоотдачи 120 Гц. Это приводит к мерцанию около 30% для стандартных галофосфорных ламп, работающих при 60 Гц.Мерцание обычно незаметно, но есть свидетельства того, что мерцание такой силы может вызывать побочные эффекты, такие как напряжение глаз и головная боль.

С другой стороны, в большинстве электронных балластов используется высокочастотный режим, который снижает мерцание лампы до практически незаметного уровня. Процент мерцания конкретного балласта обычно указывается производителем. Для данного балласта процент мерцания будет функцией типа лампы и состава люминофора.

Слышимый шум

Одной из характеристик электромагнитных балластов с железным сердечником, работающих на частоте 60 Гц, является создание слышимого шума.Шум может увеличиваться при высоких температурах, и он усиливается некоторыми конструкциями светильников. В лучших балластах используются высококачественные материалы и обработка для снижения шума. Уровень шума оценивается A, B, C или D в порядке убывания предпочтения. Балласт с рейтингом «А» будет тихо гудеть; балласт с рейтингом «D» будет издавать громкое жужжание. Количество балластов, их уровень шума и характер окружающего шума в комнате определяют, будет ли система создавать звуковые помехи.

Практически все энергоэффективные магнитные балласты для ламп F40T12 и F32T8 имеют рейтинг «А», за некоторыми исключениями, такими как низкотемпературные балласты.Тем не менее, шум магнитных балластов может быть заметен в особенно тихой среде, например в библиотеке. С другой стороны, хорошо спроектированные электронные балласты высокой частоты не должны издавать заметного гудения. Все электронные балласты имеют рейтинг «А» по ​​звуку.

Затемнение

В отличие от ламп накаливания, люминесцентные лампы не могут быть должным образом затемнены с помощью простого настенного устройства, такого как те, которые используются для ламп накаливания. Чтобы люминесцентная лампа могла регулировать яркость во всем диапазоне без сокращения срока службы лампы, необходимо поддерживать напряжение нагревателя ее электрода, в то время как ток дуги лампы снижается.Таким образом, лампы, работающие в режиме быстрого запуска, являются единственными люминесцентными лампами, подходящими для применения в широком диапазоне диммирования. Мощность, необходимая для поддержания постоянного напряжения на электродах во всех условиях диммирования, означает, что диммирующие балласты будут менее эффективными при работе ламп на пониженных уровнях.

Диммирующие балласты доступны как в магнитной, так и в электронной версиях, но использование электронных диммирующих балластов дает явные преимущества. Для регулирования яркости ламп магнитным пускорегулирующим устройствам требуется ПРА, содержащее дорогостоящие устройства переключения большой мощности, которые регулируют входную мощность, подаваемую на пускорегулирующие устройства.Это экономически целесообразно только при управлении большим количеством балластов в одной ответвленной цепи. Кроме того, светильники должны управляться в больших зонах, которые определяются схемой системы распределения электроэнергии. Поскольку система распределения фиксируется на ранних этапах процесса проектирования, системы управления, использующие балласты с магнитным регулированием яркости, негибкие и неспособны приспосабливаться к изменениям в схемах использования.

Диммирование ламп с электронным балластом, с другой стороны, осуществляется внутри самого балласта.Электронные балласты изменяют выходную мощность ламп с помощью сигнала низкого напряжения в выходной цепи. Переключающие устройства большой мощности для кондиционирования входной мощности не требуются. Это позволяет управлять одним или несколькими балластами независимо от системы распределения электроэнергии. В системах электронного балласта с регулируемой яркостью можно использовать низковольтную сеть управления для группирования балластов в зоны управления произвольного размера. Эта сеть управления может быть добавлена ​​во время ремонта здания или даже, в некоторых случаях, во время модернизации освещения.Низковольтную проводку не нужно прокладывать в кабелепроводе, что помогает снизить затраты на установку. Кроме того, менее затратно изменить размер и протяженность зон освещения путем перенастройки низковольтной проводки при изменении схемы использования. Низковольтная проводка также совместима с фотоэлементами, датчиками присутствия и входами системы управления энергопотреблением (EMS).

Диапазон диммирования балластов сильно различается. С большинством электронных диммируемых балластов уровни освещенности могут варьироваться от полной мощности до минимум примерно 10% от полной мощности.Тем не менее, также доступны электронные балласты с полным диапазоном регулирования яркости, которые работают с лампами при световом потоке до 1%. Балласты с магнитным диммированием также предлагают множество вариантов диммирования, включая диммирование во всем диапазоне.

Взято из Advanced Lighting Guidelines: 1993 (Second Edition), первоначально опубликованной Комиссией по энергетике Калифорнии.

Дополнительные световоды

(PDF) Сравнительное исследование энергосберегающих источников света

За исключением ламп накаливания, признанных нежелательными из-за более низкого КПД

, для всех энергосберегающих ламп требуется дополнительный коэффициент мощности

цепей корректирующих конденсаторов.Типичные коэффициенты мощности освещения

ламп и бытовых приборов, работающих в активном, пассивном или выключенном

режимах ожидания, показаны в таблице 11.

Коэффициенты мощности работающих бытовых электронных приборов

от 0,60 до 0,80 или ниже. Коэффициенты мощности ЭПРА

составляют 0,40–0,50, если не скорректировать добавлением дополнительных конденсаторных цепей

.

5. Суммарные гармонические искажения (THD)

IEEE Std.519 (1992) рекомендует поддерживать THD напряжения 5%

и THD тока 32% в распределительной сети общего пользования

<69 кВ.ANSI C82.77 (2002) рекомендует, чтобы все коммерческие ПРА

для помещений с проводным подключением> 28 Вт поддерживали коэффициент мощности 0,90 при максимальном коэффициенте гармонических искажений тока

32%. Для этого требуются светильники с жесткой проводкой для жилых помещений мощностью менее

120 Вт, отвечающие минимальному коэффициенту мощности 0,50 и максимальному коэффициенту гармонических искажений 200%

. Тем не менее, он рекомендует балласты для светильников <50 Вт

для поддержания 0,50 PF при максимальном THD 32% по току. CFL принимает

сильно искаженных пиков тока, вводя гармоники тока

в электрическую сеть.Конденсаторы могут улучшить коэффициент мощности смещения, но не коэффициент мощности искажения

. IEC / TR3 61000-3-6 включает

допустимых уровней для систем низкого, среднего, высокого и сверхвысокого напряжения

. Он позволяет достигать THD напряжения до 6% для 5-й гармоники, 5% для

3-й и 2% для 2-й гармоники в цепях низкого и среднего напряжения.

Максимально допустимый ток гармоник на ватт составляет 3,4 мА (для

3-я гармоника), что соответствует THD тока 78,2%. Напряжение THD

возникает из-за взаимодействия между искаженными токами нагрузки и сопротивлением

энергосистемы.Гармонические напряжения и токи равны

целым кратным основной частоты. Нечетные гармоники

включают гармоники прямой последовательности (h = 1,7,13 …), отрицательные

гармоник (h = 5, 11, 17 …) и тройные

гармоник нулевой последовательности (h = 3, 9,15 …). Четные гармоники (h = 2,4,6 …) суб-

гармоники и интергармоники (h = 87,5, 112,5 и т. Д.) Часто встречаются

редко. Некоторые четные гармоники (h = 4, 10, 16 …) представляют собой

гармоник прямой последовательности, а другие (h = 2,8,14…) представляют собой

гармоник обратной последовательности. Иногда субгармоники индуцируются в системе

, вызывая чувствительность глаза и субсинхронный резонанс (SSR) в генераторах электростанции

. Последовательность гармоник приведена в таблице 12.

Полуволновые выпрямители с одним импульсом генерируют все типы гармоник

(h = 2,3,4,5,6,7 …), два полнополупериодных выпрямителя с двумя импульсами дают нечетные

гармоник (h = 3,5,7,9 …), шестиимпульсные трехфазные двухполупериодные выпрямители

производят селективные нечетные гармоники (для четных n:

h = 3n

1 = 5, 7, 11, 13, 17, 19…) и 12-импульсные трехфазные полные выпрямители

производят нечетные гармоники более высокого порядка (h = 11, 13, 23,

35, 37 …). Гармоники более низкого порядка имеют значение из-за потерь мощности

из-за их вклада в снижение коэффициента мощности, а гармоники более высокого порядка

важны в отношении помех и потерь тока на вихревые

. Трехфазные нагрузки, такие как приводы с регулируемой скоростью и лифты

, создают (h = 5, 7, 11, 13, 17, 19 …) гармоники, а однофазные нагрузки

создают (для нечетных n: h = 2n1 = 3, 5, 7, 9, 11…) гармоники.

Гармоники прямой последовательности имеют тенденцию ускоряться, но отрицательные

гармоники имеют тенденцию замедлять скорость асинхронных двигателей. Однако нулевые гармоники последовательности

протекают через звезду на землю, вызывая чрезмерные потери тепла и мощности

. IEEE 519–1992 рекомендует

ограничивать нечетные гармоники <11 до 4,0% для I

SC

/ I

L

<20 и 7,0% для

20

SC

/ I

л

<50.Однако нечетные гармоники> 35 должны оставаться ниже

1,4% для I

SC

/ I

L

> 1000. Четные гармоники не должны превышать 25% от нечетных

гармоник на PCC. Для напряжения <69 кВ текущий THD должен оставаться на

ниже 32%, а THD напряжения 5%.

Гармоники с утроением нулевой последовательности могут складываться по фазе в нейтрали

в заземленном проводе. Трансформаторы, питающие промышленные нагрузки, имеют высокие токи нейтрали

, несмотря на сбалансированные нагрузки.Гармоники подключенных трансформаторов типа Y – Y

могут проходить от первичной к вторичной

через заземленные нейтрали. Энергетические системы, чувствительные к падению напряжения, и дуговые печи

используют подключенные трансформаторы

D

D

для остановки потока гармоник

[37]. Срабатывание защитных реле, гармонические перегрузки, высокие уровни искажений напряжения и тока

, повышение температуры в проводниках, двигатели, кабели и генераторы

способствуют снижению качества и надежности системы распределения переменного тока

[38,39].Существует около десяти

различных технологий управления гармониками. Эти технологии

включают дроссели или сетевые дроссели (критерий 3%), изоляцию привода

, трансформаторы

(соотношение 1: 1 и коэффициент k = 4–50), дроссели постоянного тока (сторона постоянного тока выпрямителей

), 12-импульсные преобразователи ( уменьшают 85% гармоник), импульсный распределительный трансформатор

(уменьшает гармоники на 50–80%), настроенные

параллельных фильтров (улучшают коэффициент мощности), широкополосные последовательные блокирующие фильтры

(улучшают коэффициент мощности), 18-импульсный преобразователь или дифференциальный дельта-автотранслятор —

Формирователи

(подавляют 90% гармоник) и последовательно или параллельно активные фильтры

вводят противоположные гармоники для подавления 2–50-й гармоники для улучшения коэффициента мощности системы

.Коммерческие предприятия могут выбрать фильтры с блокировкой нейтрального тока

(уменьшают 80% нейтральных токов и 10–30% среднеквадратичных фазных токов

), зигзагообразные трансформаторы или ловушки нулевой последовательности (блок

восходящего потока гармоник), нейтрали увеличенного размера или с номиналом k trans-

преобразователь (k13 или k20) для использования номинальной грузоподъемности. Многие инженеры

заменяют гармонические решения конденсаторами коррекции коэффициента мощности на

, увеличивая пропускную способность трансформаторов и кабелей за счет снижения требований

кВА.Конденсаторы увеличивают мощность в кВт, уменьшая ток нагрузки

, что приводит к уменьшению потерь I

2

R. Однако гармоники

иногда могут резонировать и повредить конденсаторы коррекции коэффициента мощности.

Уменьшение гармоник также улучшает коэффициент мощности системы. Чтобы избежать гармонического резонанса

, инженеры могут использовать другие методы, которые улучшают коэффициент мощности

, а также уменьшают гармоники. Эти методы включают фильтры гармоник

,

, активные фильтры и последовательные широкополосные фильтры возбуждения.Приводы с регулируемой скоростью

могут использовать реакторы, 18-пульсные преобразователи, фазовращающие трансформаторы

и синхронные конденсаторы, чтобы улучшить коэффициент мощности

, избегая гармонического резонанса [40]. Другой метод

заключается в замене конденсаторной батареи на недостаточную или избыточную компенсацию требуемой

кВА при условии, что это не вызывает перенапряжения. Лучший выбор

зависит от реальных ситуаций. Если гармоническое решение избавляет от штрафа PF

, уменьшая общие гармоники, то его можно рассматривать как оптимальный выбор

.

6. Сценарий с низким коэффициентом мощности и высоким коэффициентом нелинейных искажений

КГИ и коэффициент мощности по току — это два разных явления, возникающих из

совершенно разных ситуаций. Одним из воздействий тока THD является увеличение величины среднеквадратичного тока

, что (I

2

R) увеличивает мощность

потерь в системе. Однако небольшая нагрузка с КНИ 200% не может повлиять на

в целом, а большая нагрузка даже с КНИ 100% может серьезно повлиять на систему. Точно так же меньшая нагрузка с 0.4 PF

не может повлиять на систему, но большая нагрузка с 0,6 PF может отрицательно повлиять на

систему, поскольку THD также проявляется в низком PF.

Leave Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *