CC BY
23
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Бондаревський С. Л., Данилейко О. К., Рожненко Ж. Г.
УДК 621.321:378.14 Б01: 10.15587/2312-8372.2015.50254
ДОСВ1Д РОЗРОБКИ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ПОР1ВНЯЛЬНОГО АНАЛ1ЗУ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТ1 ДЖЕРЕЛ ШТУЧНОГО ОСВ1ТЛЕННЯ
На кафедрг електромехангки ДВНЗ «Кривор1зький нацюнальний утеерситет»розроблено ла-бораторний стенд для аналгзу характеристик джерел штучного осетлення. Стенд складаеться з деох гдентичних модулге для анал1зу характеристик ламп I модуля керуеання, який призначено для керуеанняроботою ламп I еимгрюеань електричних параметрге джерел сетла. Запропоноеана досить проста методика розрахунку коефщента сетлоеог ефектиеностг.
Клпчов1 слова: лабораторний стенд, лампи штучного осетлення, коефщент сетлоеог ефектиеностг, коефщент пульсацгг сетлоеого потоку.
1. Вступ
В сучасних умовах, у зв'язку з дефщитом та високими щнами на енергоносп, придшяеться все бшьше уваги до енергозбереження в системах енергоспоживання, до яких належать i системи освилення.
Сьогодш близько 19 % свиового споживання електро-енергп припадае на частку штучного свила. Тшьки за-вдяки оптимiзащi систем освилення можна значно ско-ротити обсяг викидiв С02. Модернiзацiя староi системи освiтлення, як правило, знижуе споживання енергп та експлуатацiйнi витрати до 30 %. Використання ште-лектуальних систем управлшня освiтленням стльно з системами датчикiв присутностi i регулюванням си-ли свiтла в залежност вiд денного освiтлення може забезпечити економш до 70 % [1, 2].
2. Анал1з л1тературних даних I постановка задач1
Наразi держава придiляе достатньо уваги питан-ням енергоефективностi iснуючих електротехнiчних систем, зокрема i системам штучного освилення, тому що це запорука енергетичноi безпеки Украiни [3-5]. Для формування в суспiльствi свiдомого ставлення до питання енергозбереження слвд добре знати номенклатуру сучасних ламп, iх властивосп, енерго-ефективнiсть та характеристики, що дозволяе обрати оптимальний варiант побудови системи штучного осви-лення [6-9].
Отже, перед закладами вишо освии, якi повиннi формувати вщношення молодi до енергозаошадливостi, постае завдання пщвищити рiвень теоретичноi та практич-ноi пiдготовки студентiв з питань економп електроенергii в системах освилення [10]. У зв'язку з цим кафедра електромехатки ДВНЗ «Криворiзький нацюнальний ушверситет» впровадила в роботу лабораторт «Енерго-ефективнi пристроi та технологи в електромехашщ», один iз стендiв якоi присвячений дослiдженню та по-рiвнянню енергетичних параметрiв ламп загального та промислового використання.
3. Об'скт та мета роботи
Об'ект роботи — лабораторний стенд. Проведена робота ставила за мету розробку лабораторного стенда та комплексу лабораторних роби, як забезпечать полшшення знань та навичок студенпв з питань енергоефективност систем штучного освилення.
4. Будова та обладнання стенда
Стенд складаеться з трьох модулiв: два модулi для дослвдження характеристик ламп загального та про-мислового призначення (далi за текстом Модуль-Д) та модуля керування (далi за текстом Модуль-К).
Модуль-Д (рис. 1) для дослщження ламп загального призначення складаеться з: 1 — лампи розжарювання;
2 — свiтлодiодноi лампи; 3 — компактноi люмiнесцентноi лампи; 4 — галогенноi лампи; 5 — iндукцiйноi лампи; 6 — кнопки аваршного вiдключення стенда; 7 — дуги
3 отворами для фжсацп фотодатчика люксметра; 8 — автоматичних вимикачiв (АВ) для вмикання вiдповiдноi лампи.
Рис. 1. Модуль для дослщження ламп
44 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 5/1(25], 2015, © Бондаревський С. Л., Данилейко О. К.,
Рожненко Ж. Г
ISSN 222Б-3780
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
J
Модуль-Д для дослiдження ламп промислового при-значення iдентичний за будовою i вiдрiзняeться тiльки встановленими лампами: ртутна газорозрядна (ДРЛ), ртутно-вольфрамова (ДРВ), натрieва (ДНат), метало-галогенна (ДР1).
Модуль-К (рис. 2) призначений для завдання рiз-номанiтних режимiв роботи ламп i складаеться з: 1 — АВ (вмикае/вимикае стенд); 2 — мультиметра; 3 — димера; 4 — перемикача тдключення компенсуючих конденсато-рiв; 5 — перемикача живлення Модуля-Д через димер або «напряму»; 6 — кнопки аваршного вiдключення стенда.
Зазначимо, що елементна база модулiв може на-биратися з будь-якого типу та фiрм виробниюв ламп, АВ, димера, тощо.
Рис. 2. Модуль керування
Для вимiрювання електричних napaMeTpiB обрано ци-фровий мультиметр типу «ИМС Ф1» компанп «ОВЕН». B^ip обумовлено тим, що мультиметр, який допускае пряме пiдключення без трансформатора струму, дозволяе одночасно вимipювати параметри однофазно'i меpежi (на-пруга, струм, повна, активна та реактивна потужност i коефiцiент потужностi (cos j)) та виводити поточне вимipювання на вбудований свилодюдний iндикатоp.
Для вимipювання фотометричних паpаметpiв — люксметр ТМ-202 компанii «TENMARS». Bибip обумовлено тим, що датчик люксметра розташований в окремому корпус i з'еднаний з базою за допомогою гнучкого проводу довжиною 1,5 м, а вимipянi параметри вщо-бражаються на невеликому piдкокpисталiчному дисплей який також може вщображати мiнiмальнi, максимальнi i сеpеднi значення тривалих сеpiй вимipювання, що зручно при необхiдностi отримання узагальнених показникiв.
5. Лабораторн1 роботи, що виконуються на стенда
Стенд передбачае виконання чотирьох лабораторних pобiт з таких тем:
№ 1 — «Поpiвняння енергетичних характеристик ламп освгглення загального та промислового призна-чення»;
№ 2 — «Компенсащя реактивно! енеpгii, що спо-живаеться газорозрядними лампами»;
№ 3 — «Дослщження енеpгоефективностi ламп роз-жарювання при зниженнi напруги живлення»;
№ 4 — «Дослвдження коефщента пульсацп ламп освiтлення загального призначення».
Зупинимося докладнiше на лабораторий pоботi № 1.
Мета роботи — порiвняти енергетичнi параметри ламп.
Загальт теоретичт положения. З точки зору енерго-ефективност основним показником лампи освгглення е свiтлова ефективнiсть випромшювання лампи (одини-цi вимiру лм/Вт) — ввдношення загального свiтлового потоку лампи до потужност випромiнювання. Свилова ефективнiсть залежить вiд спектрального складу випромшювання i дорiвнюе нулю в тих випадках, коли випромшювання не мктить потоку у видимш частинi спектру.
Таким чином, для оцшки енергоефективностi ламп освiтлення треба вимiряти повний свiтловий потiк випромшювання лампи та потужнiсть цього потоку. По-тужнiсть потоку можливо оцшити за електричною по-тужнiстю лампи.
Для вимiрювання або розрахунку повного свилового потоку використовують декiлька способiв.
Перший — скористатися фотометричною сферою або гонiометром [11, 12]. Очевидно, що даний споаб вимагае застосування недешевого обладнання, що уне-можливлюе його використання навчальними закладами в умовах фшансового сьогодення.
Другий — вимiряти люксметром освiтленiсть для певного ряду вимiрiв та апроксимувати 11 в функцп кута повороту датчика люксметра вщносно осi симетрп лампи. Для розрахунку повного свилового потоку необхщно отриману функцiю проiнтегрувати по повнш поверхнi сфери. Очевидно, що даний споаб громiздкий i по-требуе застосування складного математичного апарату.
Третш спосiб, покладений в основу запропонованого стенда, базуеться на другому способi i використовуе спрощену методику розрахунку повного свилового потоку При деяких допущеннях, якi будуть описаш нижче, повний свiтловий потiк розраховують шляхом усеред-нення значень вимiряноi освiтленостi. Вiдомо [11, 12], що освилешсть розраховуеться за формулою:
E =
Id ю dФ
r2dю dS '
(1)
де dФ = Ыю — свггловий потж, який поширюеться вщ джерела в тiлеснoму KyTi dю, dS = r2dю — площа еле-мента, на яку падае цей потж.
Якщо oсвiтленiсть деяко1 пoверхнi незмiнна, то свгг-ловий noTiK можна розрахувати за формулою:
Ф = Е ■ 5,
(2)
де S — площа поверхш, на яку припадае свиловш потж, Е — освiтленiсть, що вимipюеться за допомогою люксметра.
Зазначимо, що на розробленому стендi збереження ввдсташ вiд джерела свiтла до фотодатчика забезпе-чуеться дугою з отворами постшного pадiусу (рис. 1, позищя 7).
Коефiцiент свiтлово'i ефективностi:
Ф
* = ф'
(3)
де Р — електрична потужшсть, що споживаеться лампою i вимipюеться мультиметром (рис. 2, позищя 2).
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 5/1(25], 2015
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
ISSN 222Б-3780
Вираз (2) передбачае HacTynHi допущення:
— джерело свiтла точкове;
— прилад, за допомогою якого вимiрюють освиле-шсть, повинен мати ту саму спектральну чутливкть, що i спектральний склад джерела свiтла. Очевидно, що в умовах проведення навчально! лабора-
торно! роботи цими допущеннями доводиться знехтувати. Порядок виконання роботи.
1. В МодульК перевести перемикач 5 в положен-ня «220 В», 4 — в положення «0».
2. Зсунути дугу (рис. 1) так, щоб лшя цен^в отво-рiв дуги спiвпадала з вертикальною вксю лампи, що дослщжуеться.
3. Включити АВ Модуля-К та АВ вщповщио! лампи в МодульД.
4. Перевести мультиметр в режим вимiрювання активно! потyжностi.
5. Послщовно провести вимiри освiтленостi в пло-щинi отворiв дуги. Покази люксметра та мультиметра занести до табл. 1 у роздш «Вимiрянi величини».
У силу симетрп ламп сила свила у горизонтально площиш не залежить вiд напрямку i е постiйною. Отже освiтленiсть можливо вимiрювати тiльки у однiй чверт кола перетину сфери у вертикальнш площинi шляхом перемiщення датчика люксметра по дуз1
6. Пiсля проведення деюлькох вимiрiв освiтленостi розрахувати:
— середне арифметичне значення освиленосп;
— за виразом (3) свггловий потiк, прийнявши S = = 4 -п-R2 = п — площа сфери (R = 0,5 м — радiyс дуги);
— за виразом (4) коефщент свилово'! ефективностi. Отриманi значення занести до табл. 1 у роздш «Роз-
рахованi величини».
7. Повторити вимiри для всiх ламп Модуля-Д. Зрозyмiло, що в силу прийнятих допущень запропо-
нований метод не е точним, але з урахуванням того, що всi лампи знаходяться в однакових умовах, допустимих для проведення навчальних лабораторних дослщжень, отримаш даш, якi наведенi в табл. 1 ствпадають з усеред-неними значеннями [13], що доступш у мережi Internet, i не е паспортними для ламп, що дослщжуються.
Запропонована в робот конструкщя стенда i приклад лабораторно'! роботи свщчать про широкi можливостi проведення рiзноманiтних лабораторних робiт, якi бу-дуть предметом окремого розгляду.
6. Висновки
1. Для тдвищення практично'! тдготовки майбyтнiх фахiвцiв з електромехашки розроблено лабораторний стенд з використанням сучасного обладнання для систем штучного освилення та визначення 1х характеристик.
2. Стенд активно використовуеться в навчально-му процес при проведеннi лабораторних занять з навчальних дисциплш «Основи енергетично! грамотностi» та «Енергоефективш електромеханiчнi системи та технологи».
Лггература
1. OSRAM [Электронный ресурс]. — Режим доступа: \www/ URL: http://www.osram.ru/osram_ru/. — 08.09.2015.
2. Rehg, J. A. Industrial Electronics [Text] / J. A. Rehg, G. J. Sartori. — New Jersey: Pearson, Prentice Hall, Uper Saddle River, 2006. — 880 p.
3. Енергетична безпека Украши та св1ту [Електронний ресурс]: реферативний огляд. — Ки!в, 2015. — Режим доступу: \www/URL: http://www.nbuv.gov.ua/sites/default/ files/all_files/references/201504/vtdo_ro_4.pdf. — 08.09.2015.
4. Булгакова, М. Енергозбереження в Украшк правов1 аспекти i практична реал1зац1я [Текст] / М. Булгакова, М. Приступа. — Рiвне: видавець О. Зень, 2011. — 54 с.
5. Торкатюк, В. I. Проблеми енергозбереження в контекст забезпечення енергетично! безпеки держави [Електронний ресурс]: ст. / В. I. Торкатюк, О. С. Салтанова, С. В. Моз-говий та ш. — Харгав, 2013. — Режим доступу: \www/URL: http://eprints.kname.edu.ua/32271/1/86.pdf. — 08.09.2015.
6. Гончаров, А. К вопросу энергоэффективности и энергосбережения в освещении [Электронный ресурс] / А. Гончаров, И. Денисов, И. Козырева, Ю. Федченко, А. Яковлев // Полупроводниковая светотехника. — 2011. — № 4. — Режим доступа: \www/URL: http://www.led-e.ru/assets/files/ pdf/2011_4_5.pdf. — 08.09.2015.
7. Боммель, В. В. Качество освещения и энергоэффективность: критический обзор [Текст] / В. В. Боммель // Светотехника. — 2011. — № 1. — С. 6-11.
8. Красножон, Ю. Сказка о четырех долларах [Текст] / Ю. Крас-ножон // Современная светотехника. — 2010. — № 6. — С. 7-8.
9. Bangali, J. A. Energy Efficient Lighting Control System Design For Corridor illumination [Electronic resource] / J. A. Bangali, A. D. Shaligram // International Journal of Scientific & Engineering Research. — April 2012. — Vol. 3, № 4. — Available at: \www/URL: http://www.ijser.org/researchpaper/ Energy-Efficient-Lighting-Control-System-Design-For-Corri-dor-illumination.pdf. — 08.09.2015.
10. Гвоздев, С. М. Энергоэффективное электрическое освещение [Текст]: учебное пособие / С. М. Гвоздев, Д. И. Панфилов, Т. К. Романова и др.; под ред. Л. П. Варфоломеева. — М.: Издательский дом МЭИ, 2013. — 288 с.
Таблиця 1
Результата вимiрiв
Тип лампи Вимiрянi величини Розраховаш
□свилешсть, лк P, Вт Есер, лк Ф, лм K, лм/Вт
Е, Е2 Е3 Е4 Еб
галогенна 800 590 480 340 210 84 484 1520,5 18,10
свилодшдна 280 270 315 360 410 5 327 1027,3 205,46
люмшесцентна 800 675 665 575 510 23 645 2026,3 88,1
розжарювання 940 655 700 696 805 120 759,2 2385,1 19,88
шдукцшна 1350 1170 1065 1000 1100 41 1137 3572 87,12
ДРЛ 4200 3100 2290 1570 1390 157 2510 7885,4 50,23
ДРВ 1090 800 550 355 280 125 615 1932,1 15,46
ДНат 3990 3300 2580 1350 400 89 2324 7301,1 82,03
ДР1 16320 14750 13200 8840 3730 327 11368 35713,6 109,22
I 46
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 5/1(25], 2015
ISSN 222Б-3780
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
11. Сапожников, Р. А. Теоретическая фотометрия [Текст] / Р. А. Сапожников. — Л.: Энергия, 1967. — 267 с.
12. Гуревич, М. М. Фотометрия [Текст] / М. М. Гуревич. — Л.: Энергоатомиздат, 1983. — 272 с.
13. Айзенберг, Ю. Б. Справочная книга по светотехнике [Текст] / под ред. Ю. Б. Айзенберга. — М.: Знак, 2006. — 972 с.
опыт РАЗРАбОТКИ ЛА60РАТ0РН0Г0 СТЕНДА
ДЛЯ СРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ИСТОЧНИКОВ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
На кафедре электромеханики ГВУЗ «Криворожский национальный университет» разработан лабораторный стенд для анализа характеристик источников искусственного освещения. Стенд состоит из двух идентичных модулей для анализа характеристик ламп и модуля управления, который предназначен для управления работой ламп и измерений электрических параметров источников света. Предложена достаточно простая методика расчета коэффициента световой эффективности.
Ключевые слова: лабораторный стенд, лампы искусственного освещения, коэффициент световой эффективности, коэффициент пульсации светового потока.
Бондаревський Статслав Львович, кандидат техтчних наук, кафедра електромеханжи, ДВНЗ «Kpueopi3bKuü нащональний утверситет», Украта, e-mail: kafEM@mail.ru.
Данилейко Олег Костянтинович, старший викладач, кафедра електромехатки, ДВНЗ «Кpивоpiзький нащональний утверситет», Украта, e-mail: kafEM@knu.edu.ua. Рожненко Жанна Георгпвна, кандидат техшчних наук, доцент, кафедра електромеханжи, ДВНЗ «Кpивоpiзький нащональний утверситет», Украта, e-mail: kafEM@knu.edu.ua.
Бондаревский Станислав Львович, кандидат технических наук, кафедра электромеханики, ГВУЗ «Криворожский национальный университет», Украина.
Данилейко Олег Константинович, старший преподаватель, кафедра электромеханики, ГВУЗ «Криворожский национальный университет», Украина.
Рожненко Жанна Георгиевна, кандидат технических наук, доцент, кафедра электромеханики, ГВУЗ «Криворожский национальный университет», Украина.
Bondarevskyi Stanislav, SIHE «Kryvyi Rih National University», Ukraine, e-mail: kafEM@mail.ru.
Danileyko Oleg, SIHE «Kryvyi Rih National University», Ukraine, e-mail: kafEM@knu.edu.ua.
Rozhnenko Zhanna, SIHE «Kryvyi Rih National University», Ukraine, e-mail: kafEM@knu.edu.ua
УДК 621.391:681.518 001: 10.15587/2312-8372.2015.52017
блиндюк в. с. ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЧАСОВО1 СТРУКТУРИ
ВИХ1ДНОГО СТРУМУ КАНАЛУ ПЕРЕДАЧ1 СИГНАЛ1В СИСТЕМИ АЛСН
Коректний математичний опис струму шунта системы АЛСН необхгдний для строгого ана-лгзу роботи цгег системи в цглому. Тснуючг моделг цього струму побудованг на основг спрощуючого припущення про малгсть швидкостг руху шунта. Це обмежуе гх цттсть для розв'язання тео-ретичних та практичних задач. В статтг отриманий математичний опис струму шунта для випадку його руху 1з сталою швидкгстю. Вираз збериае справедливгсть для широкого д1апазону числових значень швидкостг.
Ключов1 слова: автоматична локомотивна сигналгзацгя, рейкова лгнгя, шунт, сигнальний 1м-пульс, параметричне коло.
1. Вступ
Канал передачi сигналiв е важливою складовою части-ною систем автоматично! локомотивно'1 сигналiзацii не-перервного типу (АЛСН). Iснуючi системи АЛСН мають недостатньо високу пропускну здатшсть i достовiрнiсть передачi поввдомлень [1]. Це обумовлюе актуальшсть задачi 1х подальшого вдосконалення.
2. Анал1з найновших дослщжень та публжацш
На вихщний струм каналу передачi сигналiв системи АЛСН впливае багато факторiв як завадового, так i шформацшного характеру. В робот [1] описано структуру сигналу та подано перелж основних зава-дових впливiв. Робота [2] присвячена дослщженню ди на сигнал завад, обумовлених намагшчуванням рейок.
Цьому ж питанню присвячена робота [3], де в розгляд додатково включене питання спотворення сигнального струму з причини нелшшносп магштних властивостей рейок. В робот [4] дослщжений вплив феромагштних неоднорвдностей коли (стршки, хрестовини) на струм шунта. Робота [5] присвячена поширенню математично! моделi цього струму на випадок руху власне шунта. Аналiз даних роби вказав на те, що вони або висви-люють емтричш результата, слабко придатш для подальшого узагальнення, або базуються на припущенш знехтувано! мало! швидкост руху, що обмежуе область придатност отриманих в них ствввдношень.
3. О6'ект, мета та задач1 дослщження
Об'ектом дослгдження дано! роботи е процес фор-мування в рейковш лшп струму рухомого шунта системи АЛСН.
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 5/1(25], 2015, © Блиндюк В. С.
