Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Энергосберегающие световые технологии» для студентов «Агроинженерия». Титова Л.Н., Белозоров С.А

При работе с лампой накаливания мощностью 60 Вт экономия от использования одного энергосберегающего светильника в среднем составляет 500-1000 рублей (от 250 до 500 кВт/ч в год).

Встроенный оптико-акустический датчик состоит из оптического датчика (фотоэлемента), микрофона, реле времени и электронного ключа. Благодаря фотоэлементу светильник включается только в темное время суток, а микрофон дает сигнал на включение света только при наличии людей (порог включения составляет 65±5 дБ). Через 50±10 секунд после того, как люди покинули помещение, реле времени подает сигнал на отключение света.

Светильник состоит из основания (материал - полиамид), корпуса (материал - поликарбонат), керамического патрона, встроенного оптико-акустического выключателя.

Плафон и основание выдерживают сильный удар любым твердым предметом, что исключает доступ к основным элементам светильника с помощью обычного инструмента.

Датчик (сигнализатор) присутствия позволяет включать светильники и регулировать уровень освещенности в зависимости от яркости света, присутствия и движения людей в той или иной зоне помещения, за счет чего и происходит экономия электроэнергии.

Помимо освещения, «интеллектуальный» датчик присутствия также может управлять и вентиляцией, отоплением, ролл - ставнями и т.д. Благодаря двухлинзовой технологии, датчик присутствия может осуществлять управление электроприборами и в помещении прямоугольной (вытянутой) формы. Один сигнализатор присутствия при высоте установки 3,5 м над уровнем пола, может обеспечить всеохватывающий контроль в помещении 18х9 метров.

Уровень освещенности, при котором включается датчик присутствия регулируется в пределах 5-1200 лк. Надежная работа обеспечивается благодаря точному измерению освещенности двумя встроенными датчиками. Время выдержки при отключении регулируется в пределах от 1 до 30 минут. Установка прибора осуществляется в стандартную коробку для скрытой проводки (подрозетник). Также возможен монтаж с открытой проводкой при использовании дополнительно поставляемой коробки для открытой установки. Несколько датчиков можно объединить в цепь при помощи функции «ведущий/ведомый».

В зависимости от модели, датчики присутствия могут быть как для скрытого, так и для открытого монтажа. Максимальный ток релейного выхода достигает 16А. Сигнализатор работает в диапазоне освещенности от 5 до 1200 лк. 

Датчики движения позволяют управлять освещением как внутри помещения, так и снаружи, могут управлять освещением на лестничных площадках, дворовых территориях, коридорах и в других помещениях.

При помощи регулятора можно выставить порог освещенности, при котором будут срабатывать датчики движения, так же можно выставить задержку времени на отключение освещения и чувствительность датчика движения. В зависимости от модели датчика движения, максимальный угол обнаружения человека может быть равен от 120 до 360 градусов. При помощи специальных заслонок можно ограничить контролируемую зону.

Монтаж датчика движения можно осуществлять на стене, на потолке, на углах здания или вместо выключателей в стандартном подрозетнике.

Так как датчики движения специально рассчитаны именно на человека, то они будут игнорировать появление домашних животных (за исключением крупного рогатого скота).

Датчики движения могут управлять освещением, передавая сигнал от датчика на управляющий блок по радиоканалу. К одному приемнику (техническому боксу) может быть подключено до 10 датчиков движения. При этом питание самих сенсоров осуществляется при помощи 6 элементов питания типа LR6.

Датчики движения могут устанавливаться на стены, потолки, межэтажные перекрытия, в углы (в зависимости от модели). Датчики, устанавливаемые на стену,  работают в диапазоне освещенности от 5 до 2000 люкс, а датчики движения для установки в углы, на потолок  - в диапазоне от 5 до 1000 люкс. Выдержка времени  на отключения оборудования или освещения от 5 секунд до 15 минут. Угол обнаружения  - до 360 градусов. Возможна установка как внутри помещения, так и вне помещений (степень защиты до IP54).

Светорегуляторы (диммеры)

Ди́ммер (от англ. dim — затемнять) — регулятор электрической мощности нагрузки, как правило включаемый последовательно с ней. Обычно используется для регулировки яркости свечения ламп накаливания или галогенных ламп.

В простейшем случае может представлять собой переменный резистор (реостат), однако на таком регуляторе выделяется чересчур большая мощность и он перегревается. Можно также применять автотрансформаторы, но они громоздки.

В настоящее время распространены электронные диммеры, первый представитель которых — тиристорный. В качестве силового элемента в нём использовался тиристор, подключаемый к нагрузке через диодный мост. Во всех современных диммерах в качестве силового элемента используется симистор.

По способу управления различаются:

механический

электронный

дистанционный

акустический.

В основе механического диммера — потенциометр, в данном случае подключённый не непосредственно к нагрузке, а передающий сигнал через схему управления на силовой элемент (симистор).

В электронных диммерах возможны следующие датчики воздействия:

контактный (сенсорный)

бесконтактный (инфракрасный, ультразвуковой или ёмкостный).

В дистанционных диммерах управление производится с инфракрасного пульта. Акустический реагирует на громкий звук или на команды, подаваемые голосом. В одном приборе могут одновременно использоваться разные способы управления.

Функции диммера

Самые первые диммеры имели механический способ управления и могли выполнять только одну функцию — изменяли яркость светильника. Современные микроконтроллерные многофункциональные светорегуляторы имеют расширенный набор функций:

управление яркостью

автоматическое отключение

имитация присутствия

плавное отключение

дистанционное управление

акустическое или голосовое управление.

Конструкция

Тиристорный диммер (рис. 4)

Диоды D2…D5 образуют диодный мост. ZD — динистор, D1 — диод, R — переменный резистор небольшой мощности, C — конденсатор, SCR — тиристор, мощность которого определяет мощность нагрузки.

В первый момент тиристор SCR закрыт, а конденсатор C заряжается через R. Напряжение во входной полуволне продолжает нарастать, и в некоторый момент открывается динистор ZD, а за ним и тиристор SCR. Между клеммами начинает проходить значительный ток, пока напряжение в полуволне не спадёт до закрытия ZD. Конденсатор при этом разрядится через D1 и тиристор. Тиристор закроется. На следующем полуцикле всё повторится.

Рис. 4. Схема тиристорного диммера

Принцип действия такого диммера состоит в том, что открывая тиристор в разные моменты времени относительно перехода напряжения через 0, можно «обрезать» синусоидальные волны регулируемого напряжения и тем самым менять действующее значение напряжения и ток в нагрузке.

Дроссель

Большинство диммеров (регуляторов тока) снабжаются дросселями, чтобы разгрузить довольно жесткий режим переключений силового ключа (транзистора, тиристора, симистора). Дроссель, последовательно соединенный с ключом, играет роль усилителя функциональности диммера, частота переключений ключа в диапазоне 10-30 кГц и при таких частотах в соответствующем дросселе наводится мощное индуктивное сопротивление, гасящее ток в цепи нагрузки, но, регулируя скважность периодов с помощью ключа, изменяем индуктивное сопротивления дросселя.

Недостатки

Регулируемое напряжение теряет синусоидальную форму. Это приводит к сомнительности его однозначного дальнейшего преобразования трансформаторами.

Возникают помехи, вплоть до радиочастотных.

Два включённых последовательно диммера могут вести себя непредсказуемо.

Регулировка нелинейно зависит от значения R.

С диммерами несовместимы люминесцентные лампы с нерегулируемым ЭПРА и включены по стартерной схеме.

Особенности

При применении с лампами накаливания (для их включения «с нуля») позволяют избежать броска тока через лампу, часто приводящую к её преждевременному перегоранию.

При регулировке лампы накаливания изменяется не только яркость, но и цветовая температура света — чем меньше яркость, тем она краснее.

Применение

Для регулирования яркости ламп накаливания и люминесцентных ламп с индуктивным балластом, температуры различных нагревателей резисторного типа (например, паяльников и утюгов).

С осторожностью, рискуя повредить, можно применять для регулировки частоты вращения электродвигателей.

Не следует применять для радиоприёмников, телевизоров и других устройств с трансформаторным питанием или импульсным блоком питания (в том числе люминесцентные лампы с электронным балластом).

Не рекомендуется, во избежание влияния помех, включать устройства с диммерами рядом с радиоприёмниками и чувствительными измерительными приборами. Так, если включён паяльник с диммером, то на экране осциллографа рядом могут появиться посторонние сигналы, а прослушивание ДВ/СВ радиоприёмника в комнате с регулируемым освещением может вообще оказаться невозможным.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Перед выполнением работы необходимо ознакомиться с используемым оборудованием.

Общее освещение ауд. 119/3 организовано потолочными встраиваемыми в подвесные потолки светильниками с люминесцентными лампами. Характеристики светильников приведены в прил. 2. Лампы в светильнике подключены через регулируемое ЭПРА (рис. 5), позволяющее изменять световой поток в зависимости от общей освещенности.

Рис. 5. Подключение ламп через ЭПРА

Из прил. 1 определить нормируемую освещенность, показатель ослепленности, коэффициент пульсации и коэффициент естественной освещенности (КЕО).

В данной лабораторной работе производятся измерения электрических и светотехнических характеристик светильников с газоразрядными и светодиодными источниками светового излучения.

Плавное изменение освещенности от группы светильников производится диммированием через пульт ДУ. Количество включенных одновременно групп определяется преподавателем.

Измерение освещенности в заданной точке производится люксметром «MASTECH MS6610». Освещенность в контрольной точке определяется, как разница между измеренным значением и фоновым (Е_фон – освещенность при выключенных световых приборах)

Е=Е_изм.-Е_фон.(лк). (8)

3.2. Определить зависимости электрических и светотехнических характеристик светильников при изменении напряжения питающей сети (диммирование).

3.2.1. Измерить горизонтальную освещенность от светильников общего освещения в контрольной точке.

3.2.2. По показаниям универсального прибора Щ1 определить напряжение Uс, активную Р, реактивную Q, полную мощности S, ток I, cos, потребленную электроэнергию W* за 15 мин при изменении светового потока светильников. Показания прибора занести в табл. 5.

3.2.3. При номинальном напряжении измерить температуру светильника Т⁰С (использовать пирометр), коэффициент пульсации светового потока и яркость светильника (использовать «Эколайт-1»). Результаты измерений отразить в отчете.

Таблица 5

Зависимость светотехнических и электрических характеристик исследуемых ламп от значения питающего напряжения

3.2.4. По опытным данным определить световой поток Фс, коэффициент использования светового потока _с осветительной установки, потребляемую электроэнергию за час W.

Расчеты выполняются по следующим формулам

W= 4W*, кВтч. (9)

Ф_с=4КЕ Нр ², лм, (10)

где Фс - световой поток, излучаемый светильником, лм;

Нр - ближайшее расстояние от светильника до рабочей поверхности, на которой измеряется освещенность, м; (измеряется при помощи лазерной рулетки Bosh DLE40);

К - коэффициент, учитывающий воздействие отраженных световых потоков на освещаемую точку (зависит от месторасположения точки и источника, а также от отражающих свойств поверхностей, окружающих источник и освещаемую точку). Для рассматриваемого лабораторною стенда К равен 0,36...0,49.

Коэффициент использования светового потока осветительной установки _с - это отношение светового потока, падающего на горизонтальную поверхность Фр, к световому потоку осветительного прибора Фоп (или суммарному потоку всех ламп, размещенных в данном освещаемом помещении)

_с = Фр / Фоп. (11)

Полученные значения занести в табл. 5.

3.2.5. Рассчитать z – коэффициент неравномерности освещения - это отношение средней освещённости к минимальной.

, (12)

где Е_ср, Е_min – определяется по измерениям в нескольких точках на рабочей поверхности.

3.2.6. Рассчитать КЕО - коэффициент естественной освещённости,

КЕО= (E_вн /E_нар )100%, (13)

где E_вн — естественная освещённость в точке M внутри помещения, а E_нар — наружная освещённость на горизонтальной поверхности.

3.3. По результатам табл. 5 построить зависимости тока I, мощности Р, светового потока Фс и световой отдачи _c от значения напряжения электрической сети Uс к которой подключены светильники.

3.4. Для светодиодных светильников произвести измерения и расчеты по п.п. 3.2. Результаты занести в табл. 5.

3.5. Используя данные табл.5 произвести расчет необходимого количества светодиодных светильников для освещения ауд. 119/3 при минимальной нормируемой освещенности Е=400 лк. Основные характеристики светодиодных светильников СВО-02/1-32/50 и СВО-02/1-64/100 приведены в прил. 3.

3.6. Расчет искусственного освещения производится методом коэффициента использования светового потока по данным, полученным в лабораторной работе.

Данный метод расчета искусственного освещения состоит в определении светового потока, необходимого для достижения заданных показателей освещенности. При расчете искусственного освещения таким способом учитывается отраженный свет и необходимость в равномерном распределении светового потока. Формулы, которые используются для расчета искусственного освещения, зависят от вида источника освещения.

Расчет производится по формуле

N=( E^.S^.z^.Kз)/(Фс^. η), (14)

где N – количество светильников принятых к установке в помещении. Прежде чем приступить к расчёту требуемого светового потока светильника, необходимо определиться с количеством осветительных приборов, которые будут установлены в помещении. Определяя количество светильников, необходимо руководствоваться рекомендуемым отношением L/Нр.

После вычисления требуемого светового потока светильника может возникнуть ситуация невозможности установки осветительных приборов с таким световым потоком. Например, величина расчётного световой потока светильника может выходить за рамки параметров выпускаемой осветительной продукции. В этом случае следует изменить количество светильников N и провести расчёт повторно. Если требуется уменьшить расчётный световой поток светильника, то количество светильников N необходимо увеличить. И наоборот: если нужно повысить требуемый световой поток одного светильника, необходимо уменьшить общее количество осветительных приборов.